NO300411B1 - Stöpeutstyr - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører støpeutstyr for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig vannstøping (direct chili (DC) casting) av metaller, spesielt støping av pressbolt eller valseblokk av aluminium, omfattende et formrom som har et åpent i forhold til formrommet innoverragende, varmeisolert (hot top) innløp for tilførsel av smeltet metall og et åpent utløp hvor det er anordnet tilførselsmidler for vann for direkte avkjøling av det smeltede metall, og at veggen i formrommet, helt eller delvis utgjøres av et permeabelt materiale, idet olje og/eller gass tilføres gjennom det permeable materialet slik at det dannes et olje- og/eller gassjikt mellom metallet og formveggen som hindrer metallet i å komme i direkte kontakt med formveggen.

Å tilføre olje og/eller gass i formrommet i en støpeform som angitt ovenfor er tidligere kjent fra en rekke publikasjoner. Bl.a. viser U.S. patent nr. 4.157.728 (Showa) DC støpeutstyr hvor olje og gass tilføres samtidig gjennom smale spalter i formveggen som består av grafittmateriale. På grunn av trykkdifferansen og kapillærvirkning vil fluidene (oljen og gassen) delvis også tilføres gjennom grafittmaterialet i området ved siden av spaltene. Imidlertid har det vist seg i praksis at spaltene som tilfører olje og gass lett kan tettes igjen av metall, spesielt i startfasen. Dessuten er gasstrykket vanskelig å regulere med slike spalter idet det lett kan overstige det metallstatiske trykket i kokillen (formrommet) og derved skape ugunstige forhold såsom bobling og oksyddannelse under støpeprosessen som i sin tur gir en ujevn, ikke konsistent overflate på det støpte produkt.

Angjeldende støpeutstyr som vist i U.S. patent nr. 4.157.728 gir derfor ikke tilfredsstillende støperesultat med hensyn på reproduserbarhet og kvalitet for støpeproduktet.

Det samme gjelder støpeutstyret som vist i U.S. patent nr. 4.598.763 (Wagstaff). I stedet for å anvende spalter, tilføres oljen og gassen i formrommet via en og samme grafittring eller grafittseksjon. Grafittringen er anordnet i formrommet i det området hvor størkningsfronten for metallet befinner seg under støpeoperasjonen. Hensikten med å tilføre olje og gass i dette område gjennom en og samme ring er at det skal sikre tilstrekkelig smøring samtidig som gassen trykker metallet bort fra grafittringen. Det er imidlertid en vesentlig ulempe med denne løsningen at oljen som tilføres i øvre del av ringen, tetter igjen porene i grafitten slik at området hvor gassen tilføres blir forskjøvet nedover og stadig gjort smalere, samtidig som oljetilførselen blir redusert. Tiltettingen skyldes delvis at oljen inneholder små partikler som fanges opp i porene (grafitten virker som filter) og delvis at oljen forkokser i grafitten på grunn av den høye temperaturen oljedelen av grafittringen befinner seg i ved størkningsfronten av metallet. For å motvirke effekten av poretetting er det derfor vanlig å la gasstilførselen stå åpen mellom støpeoperasjonene. Dette medfører imidlertid økt forbruk av gass.

Bruk av grafitt i støpeformer er også kjent fra UK patentsøknad nr. 2014487. Her tilføres gass gjennom en porøs ring som utgjør det veggdannende organ i formrommet, mens olje dyppes ned i formrommet mellom det flytende metall og gassmembranen. Som ved anvendelse av løsningen vist i US patent nr. 4.157.728 (Showa), gir dette en dårlig fordeling av smørefilmen og et stort oljeforbruk.

Med foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til DC støpeutstyr for støping av metall hvor ovennevnte problemer med de kjente løsningene er eliminert eller vesentlig redusert.

Oppfinnelsen er karakterisert ved at oljen og gassen hver for seg tilføres gjennom to uavhengige og ved hjelp av tetningselement eller lignende fysisk adskilte ringer eller veggelement, idet det øvre veggelementet for tilførsel av olje er anordnet over det området hvor størkningsfronten for metallet befinner seg, mens det nedre veggelement for tilførsel av gass er anordnet direkte overfor størkningsfronten for metallet og strekker seg fra formrommets nedre ende og over metallets kontaktpunkt mot formveggen.

Med denne løsningen oppnåes flere fordeler:

Tilførselen av olje og gass påvirkes ikke innbyrdes av hverandre over tid, hvilket medfører stabile forhold i kokillen som gir støpeemner med konsistent kvalitet både med hensyn til metallurgiske egenskaper og overflatekvalitet.

Kostnader forbundet med vedlikehold av kokillene holdes på et meget lavt nivå.

Justeringer av gass eller oljemengde under støping eller mellom støpe-operasjonene utføres kun i meget spesielle tilfeller.

Da oljen tilføres i et område som under støpeoperasjonene ikke er i kontakt med flytende metall, elimineres problemet med forkoksing av oljen i det oljeførende element.

Oljeelementet kan skiftes ut uavhengig av gasselementet og omvendt.

Elementene for tilføring av de to fluidene kan optimaliseres uavhengig av hverandre for å gi optimale forhold (f.eks. uniform, fordeling av gass og olje langs kokillens omkrets) under støpeoperasjonene.

Mindre forbruk av gass da det ikke er nødvendig med gasstilførsel mellom

støpesyklusene.

De uselvstendige kravene 2-6 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen. Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og under henvisning til vedføyde tegning hvor: Fig. 1 viser i skjematisk form et vertikalt snitt gjennom en støpeform for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig vannstøping av metaller som er forsynt med elementer for tilførsel av olje og gass i h.h.t. oppfinnelsen. Fig. 2 viser samme støpeform, men med alternativt utformede elementer i h.h.t.

oppfinnelsen.

Fig. 1 viser som nevnt i skjematisk form et vertikalt snitt gjennom en støpeform 1 for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig vannstøping av metaller. Støpeformen 1 kan være innrettet for fremstilling av valseblokk som har kvadratisk eller rektangulært tverrsnitt, eller være innrettet for fremstilling av pressbolt som har sirkulært eller ovalt tverrsnitt.

På grunn av de store dimensjonene, vil det ved fremstilling av valseblokk normalt bare være et fåtall slike støpeformer som vist i Fig. 1 pr. støpeutstyr. For fremstilling av pressbolt, som har betydelig mindre dimensjoner, er det imidlertid for hvert støpeutstyr vanlig å sammenstille flere støpeformer i en felles rammestruktur og med felles overliggende reservoar for tilførsel av smeltet metall (ikke nærmere vist). Under anvendelsen av uttrykket støpeform i det etterfølgende, kan det således dreie seg om hvilket som helst vannkjølt, kontinuerlig eller semi-kontinuerlig støpeutstyr med hvilke som helst dimensjoner.

Fig. 1 viser som nevnt skjematisk et vertikalt snitt gjennom en støpeform for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig vannstøping av metaller. Støpeformen omfatter et øvre, oppad åpent innløpsparti 2, et innoverragende, midtre parti 3, og et nedre formrom eller kokille 4 som er åpen nedad. Ved formrommets 4, nedad åpne side, dvs. ved støpeformens utløp er det anordnet et understøttelse eller bunndel 5 som er vertikalt bevegelig ved hjelp av en stempel-/sylinderanordning e.l. (ikke nærmere vist). Denne understøttelsen slutter tett mot støpeformens utløp ved innledningen til støpesyklusen.

Støpeformen består av en ytre mansjett 6, fortrinnsvis utført i aluminium eller stål, hvor olje-12 og gasselementet 13 er festet inn ved hjelp av klemring (ikke nærmere vist i figuren). I støpeformens innløpsparti er det festet inn et ildfast, isolerende materiale 7. Støpeformen er i sin tur festet til en moderformramme som ikke er nærmere vist på tegningen.

Det ildfaste materiale 7 i støpeformen danner veggen i midtpartiet 3 som populært betegnes som "hot-top". Hot-top'en 7 danner en innsnevring i støpeformens hulerom i strømningsretningen og frembringer et overheng 9 ved innløpet til selve formrommet 4.

Ved formrommets nedre parti er det anordnet en vannspalte 10 for tilførsel av vann som strekker seg langs hele omkretsen av formrommet og som står i forbindelse med et vannreservoar i tilknytning til støpeformen (ikke nærmere vist).

Ved støping av metall med denne type utstyr, tilføres flytende metall ovenfra gjennom innløpet 2 under samtidig bevegelse av understøttelsen 5 nedad og direkte kjøling av metalloverflaten med vann som tilføres gjennom vannspalten 10. Denne direkte kjølingen av metallet med vann har gitt navnet til prosessen: "Direct Chili (DC) Casting".

Det spesielle med foreliggende oppfinnelse består i at veggen i formrommet 4 like under hot-top'en 7 utgjøres av to separate og ved hjelp av en fysisk sperre i form av et tetningselement e.l. 14 adskilte permeable ringer eller veggelementer 12,13 idet det øvre veggelement 12 for tilførsel av olje er anordnet over det området hvor størkningsfronten for metallet befinner seg, mens det nedre veggelementet 13 for tilførsel av gass er anordnet direkte overfor størkningsfronten for metallet og strekker seg fra formrommets nedre ende og over metallets kontaktpunkt mot formveggen. Olje respektive gass tilføres formrommet 4 gjennom veggelementene 12 respektive 13 fra en pumpe/forråd (ikke vist) via boringene eller kanalene 15,16.

Hensikten med sperren 14 som kan være en metallpakning eller annet ikke porøst materiale, et impregneringsmiddel e.l. er å hindre at oljen presses over fra det øvre, oljetilførselselementet 12 til det nedre gasstilførselselementet 13 eller vice versa. Det er også et viktig trekk ved oppfinnelsen at oljetilførselselementet 12 skal være beliggende over menisken for metallet (metalloverflaten) i formrommet, dvs. i det området under hot-top'en hvor det under støpingen dannes en gasspute 17. Grunnen til dette er at oljetilførselselementet derved ikke kommer i direkte kontakt med det varme metallet slik at forkoksing av oljen i elementet hindres. Herved unngås at oljetilførselselementet igjentettes på grunn av forkoksing. Dessuten, siden oljetilførselselementet 12 ikke utsettes direkte for den høye metalltemperaturen, vil det for dette element kunne benyttes permeable materialer som tåler lavere temperaturer, f.eks. sintermetaller såsom sinterbonse. For øvrig når det gjelder tilførselen av olje, er det et vesentlig poeng at den tilføres i små mengder, jevnt fordelt langs omkretsen av formromveggen slik at det dannes et tynt oljesjikt utenpå det nedenforliggende gasstilførselselementet eller -ringen 13.

Istedenfor et porøst materiale av sintermetall, grafitt eller keramisk materiale, vil det som et alternativ som vist i Fig. 2 kunne benyttes et oljetilførselselement som utgjøres av en spalte 18 fylt med mineral/keramisk fiberpapir, som for eksempel Fiberfrax (R).

Når det for øvrig gjelder gasstilførselsringen 13, så må denne være utført i et permeabelt materiale som tåler metallsmeltetemperaturen. Fortrinnsvis kan denne ringen eller elementet være fremstilt av porøs grafitt eller porøst keramisk materiale.

Claims (6)

1. Støpeutstyr for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig vannstøping av metaller, spesielt støping av pressbolt eller valseblokk av aluminium, omfattende et formrom (4) med et oppad åpent innløp (2) og et mellomliggende innoverragende og varmeisolert overheng (hot-top (8)) og et utløp med en vertikal bevegbar understøttelse (5) samt midler (10) for tilførsel av vann for kjøling av det smeltede metall, idet veggen i formrommet helt eller delvis utgjøres av et permeabelt materiale, og idet olje og/eller gass er innrettet til å tilføres gjennom det permeable materialet slik at det dannes et olje- og/eller gassjikt mellom metallet og formveggen som hindrer metallet å komme i direkte kontakt med formveggen, karakterisert ved at oljen og gassen hver for seg er innrettet til å tilføres gjennom to uavhengige og ved hjelp av tetningselement (14) eller lignende fysisk adskilte ringer eller veggelement (12,13), idet det øvre veggelementet (12) for tilførsel av olje er anordnet over det området hvor størkningsfronten for metallet befinner seg, mens det nedre veggelement for tilførsel av gass er anordnet direkte overfor størkningsfronten (19) for metallet (11) og strekker seg fra formrommets nedre ende og over metallets kontaktpunkt mot formveggen.

2. Utstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at veggelementet (12) for tilførsel av olje er tildannet av porøst metallisk materiale, grafitt, eller et porøst keramisk materiale.

3. Utstyr ifølge krav 1, karakterisert ved at veggelementet for tilførsel av olje er tildannet av en spalte (18) som er fylt med varmebestandig fiberpapir.

4. Utstyr ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at veggelementet (13) for tilførsel av gass er tildannet av grafitt eller porøst keramisk materiale.

5. Utstyr ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at tetningselementet (14) er tildannet av en pakning av metall eller annet varmebestandig, ikke porøst materiale.

6. Utstyr ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at tetningselementet (14) er tildannet av et sperresjikt av impregneringsmateriale.