NO333512B1 - Anordning ved utstyr for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig stoping av metall - Google Patents

Abstract

Anordning ved utstyr for kontinuerlig eller semikontinuerlig støping av metall, spesielt direkte kjølt (DC) støping av aluminium i form av en langstrakt streng, pressbolt eller valseblokk, innbefattende en støpeform med et formrom eller kokille (3) som er forsynt med et innløp som via tilførselsrenner (6, 18) og fordelingskammer (5) står i forbindeise et metallforråd (13), samt et i kokillen anordnet utløp med en understøttelse og innretninger for kjøling av metallet tilknytning til tilførselsrennene (6, 18) mellom metallforrådet (13) og kokillene (3), er det anordnet en metalløftekasse (15) som er forbundet ved et innløp (16) med metallforrådet (13) via en renne (18) og med fordelingskammeret (5) og kokillene (3) gjennom et utløp (17) via en annen renne (6). Metalløftekassen er lukket mot omgivelsene og forsynt med en koblingsstuss (19) for tilkobling til en vacuum-kilde slik at metall ved oppstarting av en støpeoperasjon er innrettet til å suges inn i metalløftekassen og løftes til et nivå som er høyere enn nivået for fordelingskammeret (5) over kokillene (3).

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved utstyr for kontinuerlig eller semikontinuerlig støping av metall, spesielt direkte kjølt (DC) støping av aluminium, innbefattende en støpeform med et formrom eller kokille som er forsynt med et innløp som står i forbindelse et metallforråd og et utløp med innretninger for kjøling av metallet slik at det utstøpes gjennom utløpet en gjenstand i form av en langstrakt streng, pressbolt eller valseblokk.

Utstyr av ovennevnte art er alminnelig kjent og benyttes for utstøping av legert eller ulegert metall som anvendes i videreforedlingen av metallet nedstrøms i produksjonskjeden, for eksempel til omsmelting - og ekstruderingsformål.

En hovedutfordring for denne type kjent støpeutstyr har vært å oppnå en seigringsfri og slett overflate på det støpte produktet. Spesielt har dette vært viktig for produkter hvor overflaten ikke fjernes før videre forming utføres.

Overflateseigringen er antatt å være forårsaket av to hovedfenomen, nemlig invers seigring og utsvettinger.

Når metallet kommer i kontakt med kokillen vil størkning starte i et tynt sjikt. Denne størkningen vil skje normalt ut fra kokillen inn mot midten av barren. Når metallet går fra flytende til fast fase vil volumet ytterst gå ned og dette må etterfylles med opplegert smelte fra områder lengre inn. Dette gir en størkning som blir kalt invers p.g.a. at seigringen foregår mot størkningsfronten. Denne typen seigring gir typisk en tynn opplegert sone under overflaten av barren som er 10-20% høyre på legeringselement enn nominelt legeringsinnhold.

Det andre fenomenet, utsvettinger oppstår når det størknede skallet ytterst på barren ikke er i fysisk kontakt med kokilleveggen. Da kan opplegert metall bli presset ut gjennom det størknede (oppsmelting) eller delvis størknede skallet. Denne størkningen gir en tynn og høyt opplegert sone utenfor opprinnelig overflate og en tilsvarende utarmet sone under den opprinnelig overflaten.

Invers seigring og utsvettingere antas i sin tur å være påvirket av en rekke forhold så som varmeovergang fra barre til kokillevegger, lengde av kontaktsone mellom kokille og barre, samt kornforfining og størkningsmorfologi m.m.

Videre, for å redusere seigringen er det bl.a. viktig å redusere varmeovergang mellom kokille og barre, å redusere metallnivå over eller i kokille, å redusere svingninger i metall nivå (gir mindre seigringer og variasjoner i overflatetopografi), samt å unngå periodiske svingninger i kontaktflate p. g. a. varierende gasstrykk og volum inne i "hot-top"-former som gir de karakterisktiske ringene som sees på overflaten av pressbolt.

En metode som er i daglig bruk og kan resultere i en barre uten overflateseigring er elektromagnetisk støping, men denne metoden krever mye med hensyn på investeringer og styringssystem. Ved elektromagnetisk støping oppheves trykkforskjellene over skallet, dvs. utsvettingen forsvinner. Samtidig er det ingen kontakt mellom metall og formvegg og det dannes derfor heller ikke en invers seigringssone. Ved bruk av konvensjonell støpeteknologi er det mulig å redusere både utsvettinger og invers seigring ved å redusere effekten av kokillens kontakt med metallet.

En annen metode som er patentsøkt av søkeren og som er vist og beskrevet i WO 2005/000500 og hvor det anvendes såkalt "hot top" med tilførselsanordninger for gas og olje i størkningsområdet for metallet, reduseres kontaktflaten mot kokillen og varmeovergangen til denne. Dermed vil en liten invers seigringssone oppnås. Ved denne støpemetoden tilføres også metallet på en slik måte at det metallostatiske trykket er nærmere eller lik null slik at utsvetting er eliminert.

Fra US 3552478 er det videre kjent støpeutstyr med en hevertløsning tilsvarende den som er vist i forannevnte WO-publikasjon. Prinsipielt sett viser denne US 3552478 en noe annen løsning der metallet overføres direkte fra et metallforråd til en støpeinnretning via en hevertløsning. Denne kjente løsningen mangler imidlertid fordelingskammer for et større antall kokiller og er således kun innrettet for "monoblokkstøping" av metall.

Med foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til en metode for kontinuerlig eller semikontinuerlig støping av metall som bygger på prinsippet i henhold til søkerens ovennevnte WO søknad, men hvor tilførselen av metall til kokillene, spesielt i oppstårtfasen, er vesentlig forenklet. Fyllingen av støpebordet skjer raskere, støpingen kommer raskt over i lavtrykksstøpemodus og mengden av restmetall etter støpingen er vesentlig redusert. Ytterligere er det kommet frem til en løsning som forenkler reguleringen av metallnivået i kokillen/e, dvs. metallnivået i forhold til primær- og sekundærkjølingen, slik at det på en enkel måte er mulig å tilpasse støpeoperasjonen til den aktuelle legeringen som skal støpes.

Oppfinnelsen erkarakterisert vedtrekkene som er angitt i karakteristikken i krav 1.

Det uselvstendige kravet 2 angir fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere i det etterfølgende ved hjelp av eksempel og med henvisning til vedføyde figurer, hvor: Fig. 1 viser i perspektiv, delvis sett fra siden og forfra, et enkelt støpeutstyr en

anordning for tilførsel av metall i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 2 a), b), c) viser i lengdesnitt og i forstørret målestokk tre sekvenser av tilførelsdelen, inklusive en kokille som er innbefattet i støpeutstyret vist i Fig. 1.

Som nevnt viser Fig. 1 i perspektiv eksempel på et enkelt støpeutstyr 1 i henhold til oppfinnelsen for DC støping av pressbolt. Enkelt i den forstand at det her bare innbefatter seks kokiller eller støpeformer 3 (se også Fig. 2) med metallinnløp 4. Denne type utstyr kan innbefatte langt flere kokiller, opp til et par hundre avhengig av bl.a. diameter, og kan ha kapasitet til å støpe ut flere titalls tonn metall i timen.

Utstyret innbefatter i grove trekk, foruten kokillene som ikke er vist i Fig. 1, en rammekonstruksjon 2 med et termisk isolert rennesystem 6 for tilførsel av metall fra et metallforråd (holdeovn eller lignende) 13 samt et tilsvarende isolert fordelingskammer (metallmanifold) 5 (se Fig. 2 a) forfordeling av metallet til de respektive kokillene. Over fordelingskammeret 5 er utstyret forsynt med et avtakbart lokk eller deksel 7 som er innrettet til å holde fordelingskammeret lukket mot omgivelsene. Luftekanaler 9 (se Fig. 2 b) som munner ut i andre rørstusser 12 med en stengeinnretning 10, står i forbindelse med formrommet 11 i kokillen 3.

Det spesielle med foreliggende oppfinnelse, utover det som fremgår av søkerens ovennevnte WO patentsøknad, består i, som vist i Fig. 1 og Fig. 2, at det i tilknytning til tilførselsrennene 6,18, mellom metallforrådet 13 og kokillene 3, er anordnet en metalløftekasse 15. Metalløftekassen er i likhet med rennene 6,18 og fordelingskammeret 5 for kokillene termisk isolert ved hjelp av hensiktsmessig isolerende materiale 14 og er forbundet ved et eller flere innløp 16 med metallforrådet 13 via rennen 18 og med kokillene 3 gjennom et eller flere utløp 17 via rennen 6. Metalløftekassen 15 er ellers lukket mot omgivelsene, men forsynt med en koblingsstuss 19 for vakuum slik at metall kan suges inn i metalløftekassen og løftes til et nivå som er høyere enn nivået for fordelingskammeret 5 over kokillene 3. Metalløftekassen har et volum som fortrinnsvis er noe større enn det volum av metall som er nødvendig for å fylle fordelingskammeret og kokillene i forbindelse med at støpeoperasjonen settes i gang. Hensikten med metalløftekassen er å få løftet metallet til et høyere nivå for å få fylt støpebordet og derigjennom kunne få etablert transport av metall til støpekokillene basert på syphonprinsippet. Virkemåten for metalløftekassen er ellers som følger: Ved semi-kontinuerlig DC støping av for eksempel pressbolt, som vist i figurene, støpes metallet ut i definerte lengder (bolt) og tilførselen av metall fra forrådet 13 stenges før gjenværende metall fjernes etter hver støpeoperasjon. Når en ny støpeoperasjon settes i gang, åpnes det således for tilførsel av metall til rennene, 6,18 slik at flytende metall tilføres disse og strømmer samtidig gjennom metalløftekassen 15. Metalløftekassen settes nå under vakuum (hensiktsmessig undertrykk) via sugestussen 19 ved åpning av en ventil 20 som er anordnet i tilknytning til sugestussen. Metallet suges med dette fra metallforrådet 13 og inn i metalløftekassen til et høyere nivå som vist i Fig. 2 a) og en metallsluse 21 anordnet i rennen 18 foran metalløftekassen er åpen. Etter at metallet er sugd til et tilstrekkelig høyt nivå i metallsugekassen, stenges metallslusen 21. Deretter reduseres undertrykket i metalløftekassen slik at metallet strømmer til kokillene 3 via rennen 6 og fordelingskammeret 5, som vist i Fig. 2 b). På dette tidspunkt (ref. Fig. 2 b) er metallnivået i rennen 6 og fordelingskammeret 5 høyere enn i rennen 18.

Når støpebordet er fylt med metall starter selve støpeoperasjonen ved at støpebordet (understøttelsen for kokillene) senkes. Nivået i rennen 6 reduseres derved. Samtidig etableres et undertrykk i fordelingskammeret 5 ved at kammeret påføres et undertrykk fra vakuumkilden via koblingsstussen 8 med ventilen 22, slik at metalltilførselen til fordelingskammeret og dermed kokillene opprettholdes ved hjelp av nevnte hevertprinsipp.

Når nivået i rennene 6 og 18 er tilnærmet likt, åpnes metallslusen 21 som vist i Fig, 2a) slik at metallet strømmer fra metallforrådet 13 via rennene og løftekassen til kokillene. Samtidig som metallslusen 21 åpner, starter reguleringen av metallnivået i rennen 6 ved hjelp av en sluse 23 som er anordnet på motsatt side av løftekassen i forhold til slusen 21.1 eksempelet som her er vist benyttes en sluse 23 for regulering av metallnivå. Imidlertid kan også andre ventil- eller stengeinnretninger for regulering av nivå benyttes, for eksempel dyse/pinne løsning.

Når nivået i rennen 6 har nådd en ønsket høyde i forhold til metallstøpehøyden i kokillen(e), åpnes ventilen 10 for utlufting av kokillen(e) mot omgivelsene, eller alternativt mot et annet ønsket mottrykksreservoar. Metallnivået i kokillen reguleres fra dette tidspunkt ved regulering av metallnivået i rennen 6 ved hjelp av slusen 23 på basis av nivåmålinger ved hjelp av en nivådetektor 24 som kan være en laserdetektor eller lignende. Støpingen foregår ellers som vist og beskrevet i søkerens ovennevnte WO 2005/000500.

Claims (2)

1. Anordning ved utstyr for kontinuerlig eller semi-kontinuerlig støping av metall, spesielt direkte kjølt (DC) støping av aluminium i form av en langstrakt streng, pressbolt eller valseblokk, innbefattende en støpeform med et formrom eller kokille (3) som er forsynt med et innløp som via tilførselsrenner (6, 18) og et lukket fordelingskammer (5) står i forbindelse et metallforråd (13), samt et i kokillen anordnet utløp med en bevegbar understøttelse og innretninger for kjøling av metallet, karakterisert ved at det i tilknytning til tilførselsrennene (6,18) mellom metallforrådet (13) og kokillene (3), er anordnet en metalløftekasse (15) som er forbundet ved et innløp (16) med metallforrådet (13) via en renne (18) og med fordelingskammeret (5) og kokillene (3) gjennom et utløp (17) via en annen renne (6), idet metalløftekassen er lukket mot omgivelsene og forsynt med en koblingsstuss (19) for tilkobling til en vakuumkilde slik at metall ved oppstarting av en støpeoperasjon er innrettet til å suges inn i metalløftekassen og løftes til et nivå som er høyere enn nivået for fordelingskammeret (5) over kokillene (3) og deretter overføres til fordelingskammeret, idet metalløftekassen (15) minst har et volum tilsvarende den mengde metall som er nødvendig for å fylle fordelingskammeret (5) og kokillene (3) og videre idet det på hver side av metalløftekassen (15) i tilknytning til rennene (18, 6) er anordnet metallsluser (21, 23) for avstengning eller regulering av metallgjennomstrøningen og nivået i rennene (6,18) i forbindelse med oppstart, og avslutning av hver støpeoperasjon, samt regulering av metallnivået under støpeoperasjonen .

2. Anordning i følge krav 1, karakterisert vedat metallnivået i rennene (6,18) reguleres på basis av detektert metallhøyde ved hjelp av en nivådetektor (24) anordnet over rennene (6,18), mellom metallslusene (21,23).