NO302689B1 - Fremgangsmåte ved avkjöling i en kontinuerlig stöpeprosess, og en stöpeform til bruk ved fremgangsmåten - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en avkjølingsmetode og en støpeform til bruk ved en kontinuerlig støping for å støpe blokker av smeltet aluminium, aluminiumslege-ringer, eller andre metaller.

I denne kontinuerlige støpemetoden som vist generelt i fig. 4, injiseres et smeltet metall 13 inn i en form 12 som avkjøles ved hjelp av vann fra en trakt 11 gjennom en dyseplate 15, slik at det smeltede metallet avkjøles i formen 12 for å støpe en blokk 14. Det smeltede metallet 13 som innføres fra dyseplaten 15 til støpeformen 12, kommer i kontakt med veggoverflaten til formen 12 og danner et tynt fast skall, og videre støpes og avkjøles med et kjølevann som stråler ut fra formen 12.

Ved den kontinuerlige støpingen er en høyere hastighet ønsket for å forbedre produksjonen, og det er nødvendig å gjennomføre en høyere støpehastig-het og samtidig å fremme støpekvaliteten på grunn av høy avkjøling.

Ved høyhastighetsstøpingen, for å danne det størknede skallet i formen for størkning av smeltemetallet, er det nødvendig å trekke ut en større varmemengde og derved å øke mengden av et kjølevann. Kjølevannet som stråler ut fra formen påføres og avkjøler direkte støpeblokken. Imidlertid, når støpehastigheten økes, ettersom overflatetemperaturen til blokken blir høyere i kjølevannstreffposisjonen, frembringer imidlertid blokkoverflaten en overgangskokesone og en sjiktkokesone, og det oppstår en dampfilm som er i adiabatisk fase mellom støpeblokkoverflaten og kjølevannet. Så, selv om mengden av kjølevannet økes, fungerer ikke kjøle-vannet effektivt på grunn av en varmeuttrekking som øker faren for et utbrudd, og som genererer problemer for på den måten å skape kvalitetsdefekter i støpe-blokken. Disse problemene har således vært faktorer som betydelig reduserer støpestabiliteten og kvalitetsstabiliteten.

For å løse disse problemene, er det kjølemetoder for direkte påføring av et kjølevann ved to trinn som omtalt f.eks. i JP, A Sho-58-212849 (japansk patent-publikasjon av ubehandlet søknad).

Imidlertid, i to-trinns kjølemetoden med kjølevannet som er omtalt i den ovennevnte japanske patentpublikasjonen, idet en avstand mellom en første av-kjølingssone og en andre avkjølingssone blir betydelig lang, dvs. er en halv til to ganger diameteren av støpeblokken, er overflatetemperaturen til støpeblokken avkjølt i den første avkjølingssonen igjen oppvarmet i den andre avkjølingssonen med varmestrømning fra innvendig område av støpeblokken. Således, selv om den andre avkjølingen utføres, er overgangskokingen og filmkokingfenomenet igjen frembrakt for å redusere avkjølingseffektiviteten. Ifølge høyhastighetsstø-pingen økes denne tendensen for å redusere avkjølingseffektiviteten betydelig. Det er derfor et mål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangs måte for å avkjøle en støpeblokk i en kontinuerlig støping hvori, selv om en kontinuerlig støpehastighet økes, kan en hensiktsmessig avkjøling utføres for å hindre en fare for et utbrudd for på den måten å tilveiebringe en stabil støping og en høy kvalitet på støpeblokken.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte ved avkjøling i en kontinuerlig støpeprosess hvor en støpeblokk kontinuerlig trekkes tilbake og stø-pes fra en form idet en metallsmelte avkjøles i nevnte form, kjennetegnet ved at et første kjøletrinn omfattende tilføring av et første kjølevann fra nevnte form til nevnte metallsmelte som avkjøles i nevnte form, og et andre avkjølingstrinn, omfattende tilføring av et andre kjølevann til berørte soner av en overgangskokesone og en sjikt-kokesone som genereres av den første kjølevannsimpulsen, slik at et dampsjikt generert i sonene skilles ut for å utløse kimkoking, og uten kompensasjon ved økning av mengden og trykket av kjølevannet for reduksjon av kokevirkning i overgangs-kokesonen og sjiktkokesonen som frembringes på en overflate av støpeblokken med høy temperatur.

Denne oppfinnelse er fortrinnsvis kjennetegnet ved at det anvendes en første kjølevanns-treffvinkel mot en støpeblokkoverflate på 15 til 30°, og en andre kjølevanns-treffvinkel mot støpeblokkoverflaten på 30 til 60°. Støpeblokken kan videre anvendes med en diameter på 152 mm (6") til 229 mm (9"), og en støpe-blokks-kontaktposisjon med et første kjølevann som tilføres fra formen ved en avstand L1 på 15 mm-40 mm fra startpunktet av en menisk, og en avstand L2, mellom støpeblokkens kontaktposisjon med det første kjølevannet som tilføres fra formen og en annen støpeblokk-kontaktposisjon med det andre kjølevannet som tilføres til overgangskokesonen og sjiktkokesonen, på 15 mm - 25 mm.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en kontinuerlig støpeform for

kontinuerlig trekking og støping av en støpeblokk fra en form, idet en metallsmelte avkjøles i nevnte form, kjennetegnet ved at den omfatter vannkjølekapper som er anordnet i den indre delen av nevnte form, og en primær-kjølevannsstråledyse og en sekundær kjølevannsstråledyse som er anbrakt ved en forhåndsbestemt avstand i tilbaketrekkingsretningen til nevnte støpeblokk. Videre kan en primær kjø-levannsstråledyse være innstilt ved en vinkel på 15 til 30° mot støpeblokkover-flaten, og en sekundær kjølevannsstråledyse innstilt ved en vinkel på 30 til 60° mot støpeblokkoverflaten. Den primære kjølevannsstråledysen har en slisseform på hele den indre periferioverflate og den sekundære kjølevannsstråledyse har en spor- eller hullutforming.

Denne oppfinnelsen vil illustreres i detalj ved et anvendelseseksempel;

Normalt ved en støpeblokk, når et kjølevann treffer direkte på en støpeform med høy temperatur for å avkjøle den, produseres dampbobler eller dampsjikt på støpeblokken med høy temperatur, slik at kjølevannet som kommer i kontakt med støpeblokken, trekker ut varme fra støpeblokkoverflaten med høy temperatur.

Imidlertid, selv når kjølevannet stråler ut til en støpeblokk med høy temperatur på omkring 600°C for å fremme en tvungen konveksjonsvarmeoverføring, produseres overgangskokesonen og sjiktkokesonen straks etter at kjølevannet kommer i kontakt med støpeblokken med høy temperatur, slik at de dekkes med et dampsjikt slik at kjølevannet ikke kontakter støpeblokkoverflaten. For å forhind-re dampfilmen, selv om mengden av kjølevann økes for å forbedre kjøleeffektene, er det en grense for disse kjøleeffekter, og samtidig, selv om trykket til kjølevannet økes, er det også en grense for forbedringen av kjøleeffektiviteten.

På den ene siden avhenger lengden av en ikke-størknet del av støpeblok-ken i støpeprosessen på en betydelig høy korrelasjon med en kjølevannsmengde, en avkjølingsposisjon og en støpeblokks overflatetemperatur. Den kortere lengden av den ikke-størknede støpeblokkdelen forhindrer flere støpesprekker, og den svakere kjøling forårsaker den lengre lengden av den ikke-størknede støpeblokk-delen, slik at utstrekningen av den massive-væskesameksisterende fase spres for å øke faren for støpesprekker.

Denne oppfinnelsen har til hensikt på bakgrunn av de ulemper som disse fenomener forårsaker, å tilveiebringe et fast størknet skall ved stadig å stråle et kjølevann til en overgangskokesone og en sjiktkokesone for å splitte et kontinuerlig dampsjikt som fremstilles derpå med trykket av kjølevannet, og for å avkjøle støpeblokkoverflaten med et direkte kjølevann for å generere en kimkoking for på den måten å fremskaffe en effektiv avkjøling, uten å kompensere med økningen av mengden og trykket til kjølevannet for reduksjonen av kjøleeffektiviteten i overgangskokesonen og sjiktkokesonen som produseres på støpeblokkoverflaten med høy temperatur.

Ved støping av en støpeblokk som har en stor diameter på 152 til 229 mm (6-9"), er en første kjølevannsimpuls' kontaktposisjon med en støpeblokk med høy temperatur anbrakt i en avstand L1 på fortrinnsvis 15-40 mm fra en menisk. Når avstanden L1 er mindre enn 15 mm, økes faren for å generere utbruddet i starten av støpingen og utbruddet på grunn av små forandringer av støpeforholdene un-der støping. Når avstanden L1 overskrider 40 mm, retarderes den direkte kjølin-gen med kjølevannet for å forårsake overflatedefekter slik som utpressing av luft (luftblærer) og utvendige sprekker i støpeblokkoverflaten. Dybden av et omvendt segregeringslag blir dyp for å generere kvalitetsdefekter.

Det er også gunstig å innstille en avstand L2 til 20-40 mm mellom det første kjølevannets kontaktposisjon med støpeblokken og den andre kontaktposisjonen med støpeblokken til det andre kjølevannet. Når avstanden L2 overskrider 45 mm, retarderes avkjølingen for å forlenge den ikke-størknede lengden innen stø-peblokken, for på den måten å øke faren for støpesprekkene.

Kjølevannets treffvinkel mot støpeblokkoverflaten er en av de viktige fakto-rene ved effektiv støping. Det er gunstig å innstille en første kjølevannstreffvinkel ved 15-30° og en andre kjølevannstreffvinkel ved 30-60°. Når den første kjøle-vannstreffvinkelen er innstilt til mindre enn 15°, økes avstanden fra menisken for å forårsake utluftingen, og når den innstilles til mer enn 30°, strømmer kjølevannet i motsatt retning ved begynnelsen av støpingen for å forårsake utbruddet. Det er nødvendig å innstille den andre kjølevannstreffvinkelen ved 30-60° for på den måten å splitte dampsjiktet som genereres i overgangskokesonen og sjiktkokesonen til det første kjølevannet.

Med hensyn til formen av en kjølevannsstråledyse som dannes i en avkjø-lingsform, er hele periferien til støpeformen fremskaffet med en sliss-, spor-, eller hulltypeåpning. Den primære kjølevannsstråledyse tilpasser seg den slissformede åpningen på hele den indre periferiske overflate av formen for å kjøle enhetlig hele den ytre periferien av støpeblokken. Det sekundære kjølevannsstråledyse tilpasser seg den sporede eller hullede åpningen på hele periferien til formen for å splitte dampsjiktet som produseres i overgangskokesonen og sjiktkokesonen.

Ytterligere trekk og fordeler med oppfinnelsen vil komme frem fra den de-taljerte beskrivelse nedenfor, sammen med de vedføyde tegninger.

Fig. 1 er et langsgående seksjonssnitt av en viktig del, som viser en avkjø-lingstilstand til en kontinuerlig støping ifølge denne oppfinnelse;

fig. 2 er et langsgående seksjonssnitt av en viktig del som viser en startfase av støpingen;

fig. 3 er et delvis forstørret snitt av fig. 1; og

fig. 4 er et langsgående seksjonssnitt av en viktig del som viser en avkjø-lingstilstand i den konvensjonelle kontinuerlige støpingen.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil vesentlig illustreres med refe-ranse til de vedføyde tegninger. Denne oppfinnelse brukes ikke bare ved hori-sontalstøping, som er illustrert heri, men kan også brukes i en vertikalstøping.

Fig. 1 er et langsgående seksjonssnitt av et avkjølt parti i støpingen, som er en typisk utførelse av denne oppfinnelse, fig. 2 er et langsgående seksjonssnitt for å vise det avkjølte partiet ved begynnelsen av støpingen, og fig. 3 er et partielt for-størret seksjonssnitt av den avkjølte delen.

I disse tegningene er en trakt, et smeltemetall, en dyseplate, en dyse, en startblokk, og en startbolt henholdsvis indikert ved 1,3,5,6,7 og 8. Disse delene har vesentlig den samme konstruksjonen som de konvensjonelle støpedeler.

En kjøleform som er omtalt som den karakteristiske delen av denne oppfin- neise, er angitt ved 2. Første og andre ringvannkjølekapper 21, 22 er formet i fremre og bakre posisjoner ved et forhåndsbestemt rom på den samme aksen av kjøleformen. En del av hver vannkjølekappe 21, 22 er koplet med en utvendig kjølevannstilførselsledning. De første og andre vannkjølekapper er henholdsvis åpnet på den indre overflaten av kjøleformen 2 for å forme individuell stråledyse 23, 24. Stråledysen 23 til den første vannkjølekappen 21, som er anordnet nær trakten 1, er formet med en slissåpning på hele den indre periferiske overflate av formen 2. Stråledysen 4 til den andre vannkjølekappen 22, som er anordnet langt fra trakten 1, er formet med en sporet eller hullet åpning på hele den indre periferiske overflaten av formen 2.

En innstillingsposisjon av stråledysen 23 til den første vannkjølekappen 21 er bestemt ved en kontaktposisjon med støpeblokken 4 av kjølevannet som stråler fra stråledysen 23. Ved støpeblokkdiameter på 152 til 229 mm er kontaktposisjonen fortrinnsvis anbrakt i utstrekningen L1 på 15 til 40 mm for å innstille stråledysen ved avstanden L1 fra menisken.

En innstillingsposisjon av dysen 24 til den andre vannkjølekappen er også bestemt ved avstanden L2 mellom kontaktposisjonen for det første kjølevannet med støpeblokken 4, og den andre kontaktposisjonen for det andre kjølevannet med støpeblokken 4. Ved støpeblokkdiameter på 152 til 229 mm er avstanden L2 fortrinnsvis i utstrekningen fra 20-45 mm.

Dessuten, vanligvis i de første og andre vannkjølekapper 21 og 22, utøver kjølevannets treffvinkel mot støpeblokkoverflaten, en stor virkning på kjøleeffekti-viteten. Ifølge denne oppfinnelse er vinkelen som formes mellom impuls-kjølevannet og støpeblokkoverflaten fortrinnsvis innstilt ved 15-30° i det første kjølevannet og ved 30-60° i det andre kjølevannet.

I den kontinuerlige støpingen med den ovennevnte konstruksjonen, inn-settes en startblokk 7 i en kjøleform 2 ifølge denne oppfinnelse, ved starten av støpingen som vist i fig. 2. En startbolt 8 festet til spissen av støpeblokken kon-taktes med en endeflate av en dyseplate 5. I denne tilstanden innføres et smeltemetall gjennom dyse 6 til dyseplaten 5 inn i formen 2, og når startblokken 7 trekkes tilbake ved en forhåndsbestemt hastighet fra formen 2, startes støpingen.

Mange dyser 6 er formet i dyseplaten 5. Smeltemetallet 3 i trakten 1 introduseres gjennom dysene 6 inn i kjøleformen 2, og siden smeltemetallet 3 kontakter den indre overflaten av formen 2, avkjøles overflaten av smeltemetallet for å produsere et tynt størknet skall. Så avkjøles smeltemetallet direkte med et første kjølevann som stråles fra den primære stråledysen 23 til formen 2, for på den måten å fremskynde størkningen. Således, siden en overgangskokesone og en sjiktkokesone introduseres på overflaten av støpeblokken 4 ved impulsen av det første kjølevannet, når et andre kjølevann stråler ut fra den sekundære stråledysen 24 til kjøleformen 2 mot dampsjiktet av disse sonene, brytes overgangskokesonen og sjiktkokesonen ut med det påførte kjølevannet for å utløse en kimkoking, for på den måten å produsere et fast størknet skall med den andre kjølingen direkte mot støpeblokkoverflatene.

Denne oppfinnelse er illustrert i utførelseseksempelet hvori en støpeblokk av en aluminiumslegering basert på japansk industriell standard 60, 63 støpes ved å bruke et støpeapparat som vist i fig. 1 i de følgende støpetilstandene. (1) Avstanden L1 mellom menisken og kontaktposisjonen til det første strålekjølevannet forandres varierende i de følgende støpetilstandene for å støpe støpeblokken. Resultatene er vist i en tabell 1.

a. Typer av legering: JIS 6063 aluminiumslegering

b. Diameter av støpeblokk : 7" (178 mm)

c. Støpehastighet : 350 mm/min.

d. Støpetemperatur : 690°C

e. Mengde av primært strålekjølevann : 85 l/min.

(2) Avstanden L2 mellom kontaktposisjonene på støpeblokken til det første og andre påførte kjølevannet forandres varierende i de følgende støpetilstandene for å støpe blokken. Resultatene er vist i tabell 2.

a. Type legering : JIS 6063 aluminiumslegering b. Diameter av støpeblokk : 7" (177,8 mm)

c. Støpehastighet : 350 mm/min.

d. Støpetemperatur : 690°C

e. Mengde av primært strålekjølevann : 85 l/min.

f. Mengde av sekundært strålekjølevann : 45 l/min. g. Avstand mellom menisk og kontakt-

posisjon av primært påført kjølevann : 25 mm

Som angitt ovenfor, ifølge oppfinnelsen, kan fordelaktige resultater oppnås som følger; 1. Da en liten avstand fra en menisk produserer et fast skall, er det mulig å fremskaffe en stabil høyhastighets-støping for på den måten å forbedre produksjonen og yteevnen betydelig. 2. Siden det er mulig å fremskaffe effektiv koking, er en mengde av et kjø-levann betydelig redusert for å minimalisere et kjølevannspumpeutstyr og for å spare energi. 3. Da en kraftig avkjøling utføres ved den ubetydelige avstand fra menisken, er det mulig å hindre overflatedefekter slik som luftporer o.l. 4. Idet kraftig avkjøling utføres i to trinn, produseres bare en kort ikke-størknet del i støpeblokken for å hindre innvendige defekter slik som støpe-sprekker o.l. 5. Idet en innvendig blanding av støpeblokken blir fin ved den kraftige av-kjølingen, har den til hensikt å forkorte en homogeniseringsprosesstid, for å fremme en lett ekstrusjon og for å forbedre styrken av et ekstruderingsmateriale.

Det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til egenskapene og en utførelse som spesielt er fremlagt ovenfor, men kan utføres på andre måter uten å avvike fra dens område.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved avkjøling i en kontinuerlig støpeprosess hvor en stø-peblokk (4) kontinuerlig trekkes tilbake og støpes fra en form (2) idet en metallsmelte (3) avkjøles i nevnte form (2),karakterisert vedet første kjøle-trinn omfattende tilføring av et første kjølevann (33) fra nevnte form (2) til nevnte metallsmelte (3) som avkjøles i nevnte form (2), og et andre avkjølingstrinn, omfattende tilføring av et andre kjølevann (34) til berørte soner av en overgangs-kokesone (L1) og en sjikt-kokesone (L2) som genereres av den første kjølevanns-impulsen, slik at et dampsjikt generert i sonene skilles ut for å utløse kimkoking, og uten kompensasjon ved økning av mengden og trykket av kjølevannet for reduksjon av kokevirkning i overgangs-kokesonen (L1) og sjiktkokesonen (L2) som frembringes på en overflate av støpeblokken med høy temperatur.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det anvendes en første (33) kjølevannstreffvinkel mot en støpeblokk-overflate på 15-30°, og en andre (34) kjølevannstreffvinkel mot nevnte støpeblokk-overflate på 30-60°.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det anvendes en diameter på 152-229 mm for nevnte støpeblokk (4), og en kontaktposisjon av et første kjølevann (33) som tilfø-res fra nevnte form (2) innstilles ved en avstand (L1) på 15-40 mm fra startpunktet av en menisk.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det anvendes en støpeblokk som har en diameter på 152-229 mm og det anvendes en avstand (L2) mellom nevnte støpeblokks kontaktposisjon med det første kjølevannet (33) som tilføres fra nevnte form (2) og en annen støpeblokk-kontaktposisjon til det andre kjølevann (34) som tilføres til nevnte overgangs-kokesone og nevnte sjiktsone, på 15-25 mm.

5. Kontinuerlig støpeform for kontinuerlig trekking og støping av en støpeblokk (4) fra en form (2), idet en metallsmelte (3) avkjøles i nevnte form (2),karakterisert vedat den omfatter vannkjølekapper (21, 22) som er anordnet i den indre delen av nevnte form (2), og en primær-kjølevannsstråledyse (23) og en sekundær kjølevannsstråledyse (24) som er anbrakt ved en forhåndsbestemt avstand i tilbaketrekkingsretningen til nevnte støpeblokk (4).

6. Kontinuerlig støpeform ifølge krav 5, karakterisert vedat en vinkel til nevnte primære kjølevanns-stråledyse (23) mot nevnte støpeblokk-overflate er 15-30°, og en annen vinkel til nevnte sekundære kjølevanns-stråledyse mot nevnte støpeblokkoverflate er 30-60°.

7. Kontinuerlig støpeform ifølge krav 5, karakterisert vedat nevnte primære kjølevanns-stråledyse (23) har en slisseform på hele den indre periferioverflaten derav, og nevnte sekundære kjøle-vannsstråledyse (24) har en sporet eller hullet utforming.