NO770606L

NO770606L - PROCEDURE AND DEVICE FOR CONTINUOUS MOLDING OF METAL MELT IN MOLDING MOLDS.

Info

Publication number: NO770606L
Application number: NO770606A
Authority: NO
Inventors: Ulrich Feurer; Urs Schraner
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1976-02-24
Filing date: 1977-02-23
Publication date: 1977-08-25
Also published as: DE2707774A1; FR2342112A1; NL7700977A; BR7700951A

Description

Fremgangsmåte og anordning forMethod and device for

kontinuerlig støpning av metallsmelte i støpeformer. continuous pouring of molten metal into moulds.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for kontinuerlig støpning av. metallsmelter- i støpeformer, særlig smelter av aluminium eller aluminiumlegeringer, -for fremstilling av stanggods eller båndgods ved hjelp av en støpeanordning, som sett i strømningsretningen, utgjøres av en beholder foret med ildfast material, en dyse festet til bunnen av beholderen, en varmeveksler samt et omrøringsverktøy. The present invention relates to a method and a device for continuous casting of. metal melts - in casting molds, in particular melts of aluminum or aluminum alloys, - for the production of bars or strips by means of a casting device, which, seen in the direction of flow, consists of a container lined with refractory material, a nozzle attached to the bottom of the container, a heat exchanger and a stirring tool.

Det er tidligere kjent en fremgangsmåte og en anordning for kontinuerlig støpning av ovenfor angitt art, hvorved en smelte først omrøres inne i et dyseområde og deretter avkjøles i én etterfølgende form i smeltens strømningsretning ved hjelp av en varmeveksler. Se f.eks. GB-PS 705.762. Med hensyn til de fysiske egenskaper for delvis størknede metallsmelter er det videre kjent at sådanne smelter bl.a. har høyere viskositet enn ikke delvis størknede smelter. There is previously known a method and a device for continuous casting of the type indicated above, whereby a melt is first stirred inside a nozzle area and then cooled in one subsequent form in the flow direction of the melt by means of a heat exchanger. See e.g. GB-PS 705.762. With regard to the physical properties of partially solidified metal melts, it is further known that such melts i.a. have a higher viscosity than non-partially solidified melts.

De hittil kjente fremgangsmåter og anordninger for kontinuerlig støpning av metallsmelter i støpeformer oppviser .flere ulemper. Disse henger sammen med den praktiske oppnåelige kvalitet ved massetilvirkning av støpte gjenstander, med visse vanskeligheter som oppstår under støpeprosessen såvel som den .forholdsvis langsomme nedsenkningshastighet for smeiten under støpeprosessen. The previously known methods and devices for continuously casting metal melts in molds exhibit several disadvantages. These are related to the practically attainable quality in mass production of cast objects, with certain difficulties that arise during the casting process as well as the relatively slow immersion rate of the forge during the casting process.

Ved fremstilling av støpeprodukter ved hjelp av tidligere kjente fremgangsmåter må f.eks. under overgangen fra flytende til fast tilstand overhetningsvarmen, som alt etter støpeprosessens art kan oppgå til 100°C overoppvarming over likvidus-temperaturen, samt den samlede størkningsvarme avledes, således at den største oppnåelige produksjonstakt begrenses i uønsket grad. When manufacturing cast products using previously known methods, e.g. during the transition from liquid to solid state the superheating heat, which depending on the nature of the casting process can amount to 100°C overheating above the liquidus temperature, as well as the total solidification heat is dissipated, so that the greatest achievable production rate is limited to an undesirable degree.

Som følge av den størkningskrympning som opptrer etter støpe-prosessen opptrer det allerede under selve støpningen flere ulemper, f.eks. i forbindelse med smeltematningen. På grunn av denne størkningsskrumpning som først inntrer, i formen foreligger det også en forholdsvis sterk tendens til rissdannelser såvel i formen som i støpestykket. As a result of the solidification shrinkage that occurs after the casting process, several disadvantages already occur during the casting itself, e.g. in connection with the melt feed. Due to this solidification shrinkage which occurs first, in the mold there is also a relatively strong tendency for cracks to form both in the mold and in the casting.

På denne bakgrunn er cet et formål for foreliggende oppfinnelseOn this background, cet is an object of the present invention

å angi en fremgangsmåte og fremskaffe en anordning for kontinuerlig støpning av metallsmelter på sådan måte at de ovenfor angitte ulemper ved kjente fremgangsmåter og anordninger for sådan kontinuerlig støpning av metallsmelter unngås, særlig ved fremstilling av stang- eller båndgods. to specify a method and provide a device for continuous casting of metal melts in such a way that the above-mentioned disadvantages of known methods and devices for such continuous casting of metal melts are avoided, particularly in the production of bar or strip goods.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at smelte som strømmer gjennom en dyse først fratas en del av sitt varmeinnhold i . arbeidsområdet for et omrøringsverktøy som er anbragt i dysen, This is achieved according to the invention by melt flowing through a nozzle first being deprived of part of its heat content in . the working area of a stirring tool placed in the nozzle,

og derpå den således behandlede smelte ledes videre til en støpe-form. and then the thus treated melt is passed on to a casting mould.

Nevnte anordning for utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåteSaid device for carrying out the method of the invention

har videre som særtrekk at det på et plan i det indre av dysen er anordnet et omrøringsverktøy drevet av en drivinnretning, mens det på dysens utside er anordnet en varmeveksler. Ytterligere utførelser og konstruksjoner i henhold til oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til de vedføyde tegninger. Figurene på disse tegninger viser forenklet to utførelser av foreliggende oppfinnelsesgjenstand, idet: further has as a distinctive feature that a stirring tool driven by a drive device is arranged on a plane in the interior of the nozzle, while a heat exchanger is arranged on the outside of the nozzle. Further designs and constructions according to the invention will appear from the following description with reference to the attached drawings. The figures in these drawings show simplified two embodiments of the subject of the present invention, in that:

Fig. 1 er en skisse av et første utførelseseksempel av en anordning for kontinuerlig støpning av en metallsmelte og utstyrt med en vertikalt rettet dyse. Fig. 2 viser et annet utførelseseksempel av en anordning for kontinuerlig støping av en metallsmelte ved hjelp av en dyse som. kan være anordnet i vilkårlig vinkelstilling i forhold til vertikalretningen og bl.a. kan tjene til støpning-av horisontalt stanggods, og Fig. 3 viser et funksjonskjerna for en styre- og reguleringsinnretning tilsluttet støpeanordningen for styring og regulering av smeltetemperaturen i samsvar med forut bestemte referanse-verdier, såvel som et innstillingsorgan for innstilling av åpningsbredden av en ringspalte i støpedysen for tilpasning til strømnings-egenskapene for en metallsmelte som er nådd frem til anvendelses-stedet. Fig. 1 is a sketch of a first embodiment of a device for continuous casting of a metal melt and equipped with a vertically directed nozzle. Fig. 2 shows another design example of a device for continuous casting of a metal melt by means of a nozzle which. can be arranged in any angular position in relation to the vertical direction and i.a. can be used for casting horizontal bars, and Fig. 3 shows a functional core for a control and regulation device connected to the casting device for controlling and regulating the melting temperature in accordance with predetermined reference values, as well as a setting device for setting the opening width of an annular gap in the casting die for adaptation to the flow characteristics of a metal melt that has reached the point of use.

I henhold til fig. 1 og 2 består begge de to viste utførelser av anordningen for kontinuerlig støpning av en metallsmelte, sett i smeltens strømningsretning, av en renne 1 som innvendig er foret med ildfast material 2, en dyse 4 som er festet til bunnen 3 av rennen 1 og har et konisk avsmalnende forløp nedover samt er utstyrt med en varmeveksler 5, mens en støpeform 6,.f;eks. i form av en kokille, er tilsluttet dysen 4. According to fig. 1 and 2, both of the two versions shown of the device for continuous casting of a metal melt, viewed in the direction of flow of the melt, consist of a chute 1 which is internally lined with refractory material 2, a nozzle 4 which is attached to the bottom 3 of the chute 1 and has a conically tapering course downwards and is equipped with a heat exchanger 5, while a mold 6, e.g. in the form of a mold, is connected to the nozzle 4.

Til veggen 7 i rennen 1 er en omrøringsinnretning 8 festet påA stirring device 8 is attached to the wall 7 of the chute 1

sådan måte ved hjelp av stillskruer 9 at den kan innstilles i høyderetningen. Omrøringsinnretningen 8 er utstyrt med en driv-motor 10, som over en aksel 11 står i drivforbindelse med et omrøringsverktøy 12. in such a way by means of adjusting screws 9 that it can be adjusted in the height direction. The stirring device 8 is equipped with a drive motor 10, which is connected via a shaft 11 to a stirring tool 12.

Omrøringsverktøyet 12 har kjegleform og forløper konsentrisk med det konisk utformede hulrom 13 innvendig i dysen 4. Mellom veggen 14 i dysen 4 og det kjegleformede omrøringsverktøy 12 befinner det seg en ringformet spalte 15, hvis bredde kan forandres ved heving eller senkning av omrøringsanordningen eller omrørings-verktøyet 12 ved hjelp av nevnte stillskruer 9. The stirring tool 12 has a cone shape and extends concentrically with the conically designed cavity 13 inside the nozzle 4. Between the wall 14 of the nozzle 4 and the cone-shaped stirring tool 12 there is an annular gap 15, the width of which can be changed by raising or lowering the stirring device or stirring the tool 12 using said set screws 9.

Den varmeveksler 5 som er anordnet på dysen 4 i samme høydeområde som omrørerverktøyet 12, består av en mantel 16 som omgir dysen 4 i en viss avstand, således at det dannes et ringformet kammer 17 mellom dysens vegg 14 og dens omgivende mantel 16, for. opptagelse av et flytende kjølemiddel, f.eks. vann. Dette kammer 17 er utstyrt med en tilførselsledning- 18 og en avløpsledning 19, henhv. for: tilførsel av kjølemiddel ved hjelp av en ikke vist doseringspumpe og bortføring av kjølemidlet etter gjennomstrømning av kammeret. The heat exchanger 5 which is arranged on the nozzle 4 in the same height range as the stirring tool 12, consists of a mantle 16 which surrounds the nozzle 4 at a certain distance, so that an annular chamber 17 is formed between the wall 14 of the nozzle and its surrounding mantle 16, for. absorption of a liquid refrigerant, e.g. water. This chamber 17 is equipped with a supply line 18 and a drain line 19, respectively. for: supply of coolant by means of a dosing pump not shown and removal of the coolant after flow through the chamber.

Ved den nedre ende av støpeformen 6 er det anordnet sprøytedyse 21, som på ikke nærmere vist måte er forbundet med en vannledning og hvorved den streng av delvis størknet smelte 20 som trenger ut av dysen 4, avkjøles ved vannspyling. At the lower end of the mold 6, there is arranged a spray nozzle 21, which is connected in a manner not further shown to a water line and whereby the string of partially solidified melt 20 which penetrates out of the nozzle 4 is cooled by water flushing.

Den styre- og reguleringsinnretning som er vist i fig. 4, tjener til styring og regulering av temperaturen av den smelte som trenger ut gjennom dysen 14, og består av en temperaturføler 23 anordnet i nærheten av dyseåpningen 22, og som over et styreorgan 24 er tilsluttet en regulator 25 samt en elektromagnetisk drevet reduksjonsventil 26 i tilførselsledningen 18 for varmeveksleren 5. I denne tilførselsledning kan det dessuten være anordnet en strømningsmåler 35, hvis så ønskes. The control and regulation device shown in fig. 4, serves to control and regulate the temperature of the melt that penetrates through the nozzle 14, and consists of a temperature sensor 23 arranged near the nozzle opening 22, and which is connected via a control device 24 to a regulator 25 and an electromagnetically driven reduction valve 26 in the supply line 18 for the heat exchanger 5. A flow meter 35 can also be arranged in this supply line, if desired.

Det innstillingsorgan 27 som er vist i fig. 3, og tjener til innstilling av åpningsbredden av den ringspalte 15 som foreligger i støpedysen 4 mellom omrøringsverktøyet 12 og dysens innervegg, tjener samme formål som det høydeinnstillingsorgan 9 for omrøringsverktøyet 12 som er vist i fig. 1 og 2. The setting device 27 which is shown in fig. 3, and serves for setting the opening width of the annular gap 15 that exists in the casting nozzle 4 between the stirring tool 12 and the inner wall of the nozzle, serves the same purpose as the height setting device 9 for the stirring tool 12 shown in fig. 1 and 2.

Innstillingsorganet 27.består av en skruespindel 29 som er dreibar ved hjelp av et håndhjul 28 og på ikke vist,i og for seg kjent måte står i inngrep med. tenner anordnet i en utstikker 30 fra omrøringsverktøyet 8, hvorved den bevegelige utstikker 30 og således også omrøringsverktøyet 12 kan føres opp og ned langs en vertikal føringssøyle 31, i samsvar med strømningsegenskapene for den foreliggende smeltetype og tilsvarende innstilling av spaltebredden 15. På utstikkeren 30 er ,det festet en viser 32 for avlesning av det innstilte høy.denivå på en skala 33. Videre er det anordnet et anvisningsinstrument 34 for avlesning av den innstilte åpningsbredde for ringspalten 15. The setting member 27.consists of a screw spindle 29 which can be turned by means of a hand wheel 28 and engages in a manner not shown, in a manner known per se. teeth arranged in a protrusion 30 from the stirring tool 8, whereby the movable protrusion 30 and thus also the stirring tool 12 can be guided up and down along a vertical guide column 31, in accordance with the flow characteristics for the present type of melt and corresponding setting of the slot width 15. On the protrusion 30 is an indicator 32 is attached for reading the set high level on a scale 33. Furthermore, an indicating instrument 34 is arranged for reading the set opening width for the ring gap 15.

På ikke nærmere vist måte kan også innerrommet i dysen 4 såvel som omrøringsverktøyet 12 også være utført sylindrisk, idet tilfelle støpeanordningen bare er utført for en bestemt type metallsmelte, og det således ikke er nødvendig med noen forandring av åpningsbredden for ringspalten 15. In a manner not shown in detail, the inner space in the nozzle 4 as well as the stirring tool 12 can also be made cylindrical, in which case the casting device is only made for a specific type of metal melt, and it is thus not necessary to change the opening width for the annular gap 15.

I henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte fratas metallsmelten 20 kort før innstrømningen i støpeformen kontinuerlig en del av sin varme ved hjelp av varmeveksleren 5 på sådan måte at smeiten kan tilføres støpeformen 6 med regulert varmeinnhold og regulert hastighet. According to the method of the invention, the metal melt 20 shortly before flowing into the mold is continuously deprived of part of its heat by means of the heat exchanger 5 in such a way that the melt can be supplied to the mold 6 with regulated heat content and regulated speed.

Den foreliggende metallsmelte, f.eks. av en legering AlSi^, føres fra rennen 1 i flytende tilstand inn i den konisk utformede dyse 4, hvori samtidig omrøringsverktøyet 12 roterer med en omdreinings-hastighet i området 100 - 5000 omdreininger pr. minutt. The present metal melt, e.g. of an alloy AlSi^, is fed from the chute 1 in a liquid state into the conically designed nozzle 4, in which at the same time the stirring tool 12 rotates at a revolution speed in the range of 100 - 5000 revolutions per second. minute.

Under omrøringsprosessen flyter, smeiten gjennom den ringformede spalte 15, idet smeltens gjennomstrømningshastighet på ønsket måte reguleres ved forandring av spaltens bredde. Ved gjennom-strømning av smeiten 20 gjennom spalten 15 trekkes en del av smeltens varmeinnhold ut gjennom ytterveggen 13 for dysen 4 During the stirring process, the melt flows through the annular slot 15, the flow rate of the melt being regulated in the desired manner by changing the width of the slot. When the melt 20 flows through the gap 15, part of the heat content of the melt is extracted through the outer wall 13 of the nozzle 4

ved hjelp av varmeveksleren 5.. Den smelte som nå foreligger ved den nedre ende av dysen 4, har en lavere temperatur og således et mindre varmeinnhold enn den tidligere hadde i rennen 4. by means of the heat exchanger 5. The melt that is now present at the lower end of the nozzle 4 has a lower temperature and thus a lower heat content than it previously had in the chute 4.

Den gunstigste driftstemperatur for støpeprosessen innstilles automatisk i ringspalteområdet ved hjelp av styre- og regulerings-innretningene 23, 24, 25 og 26. Kjølevirkningen av varmeveksleren 5 såvel som innstillingen av ringspaltens foranderlige bredde for påvirkning av smeltens gjennomstrømningstakt, kan således avstemmes i forhold til hverandre på sådan måte at smeiten i en forut bestemt tilførselstakt i avhengighet av sitt varmeinnhold føres inn i støpeformen 6, f.eks. en stangstøpningskokille eller en annen passende støpeform eller støpemaskin, hvori smeiten ved videre avkjøling størkner til et fast støpeprodukt. The most favorable operating temperature for the casting process is automatically set in the annular gap area by means of the control and regulation devices 23, 24, 25 and 26. The cooling effect of the heat exchanger 5 as well as the setting of the variable width of the annular gap for influencing the flow rate of the melt can thus be coordinated in relation to each other in such a way that the melt is fed into the mold 6 at a predetermined feed rate depending on its heat content, e.g. a bar casting mold or other suitable mold or casting machine, in which the melt solidifies on further cooling into a solid cast product.

På i og for seg kjent, men.ikke nærmere vist måte, er det også mulig å anordne induksjonsspoler. langs dysens omkrets i nivå med varmeveksleren, for derved å frembringe elektromagnetiske felt for omrøring av smeiten. In a manner known per se, but not shown in more detail, it is also possible to arrange induction coils. along the circumference of the nozzle at the level of the heat exchanger, thereby producing electromagnetic fields for stirring the melt.

Med hensyn til det ovenfor omtalte avhengighetsforhold mellom smeltens gjennomstrømningstakt og dens varmeinnhold skal det i denne sammenheng særlig henvises til de fysiske egenskaper som en metallsmelte oppnår ved senkning av sitt varmeinnhold. With regard to the above-mentioned dependency relationship between the flow rate of the melt and its heat content, in this context particular reference must be made to the physical properties that a metal melt achieves by lowering its heat content.

Nedsetning av smeltens varmeinnhold medfører på kpnt måte forA reduction in the heat content of the melt leads in a similar way to

det første bare en størkningsskrumpning og for det andre en tiltagende viskositet for delvis størknede smelter, hvorved synkehastigheten urner støpningen kan betraktelig forhøyes på fordelaktig måte. Foruten dette skal det særlig henvises til at det ved nedsetning av smeltens varmeinnhold ved utstrømning fra dysen 4 oppnås en forbedring av varmerissforholdet for det nedkjølte støpestykke. firstly only a solidification shrinkage and secondly an increasing viscosity for partially solidified melts, whereby the sinking rate of the casting can be considerably increased in an advantageous manner. In addition to this, reference should be made to the fact that by reducing the heat content of the melt upon outflow from the nozzle 4, an improvement in the heat crack ratio for the cooled casting is achieved.

Tegningene viser bare to utførelseseksempler for oppfinnelsens støpeanordning. Det vil imidlertid være innlysende at det også er mulig å oppvise andre utførelsesformer for dysen, omrørings-verktøyet og varmeveksleren, uten at oppfinnelsens ramme derved overskrides. Ut fra oppfinnelsens fremgangsmåte såvel som den beskrevne anordning for gjennomføring av denne fremgangsmåte fremkommer flere fordeler sammenlignet med hittil kjente fremgangsmåter og anordninger for støpeprosesser av foreliggende art, idet det kan oppnås inntil 100%øket senkehastighet og tilsvarende forbedrede egenskaper for de fremstilte støpestykker. The drawings show only two design examples for the molding device of the invention. However, it will be obvious that it is also possible to show other embodiments of the nozzle, the stirring tool and the heat exchanger, without thereby exceeding the scope of the invention. Based on the method of the invention as well as the described device for carrying out this method, several advantages emerge compared to hitherto known methods and devices for casting processes of the present kind, as up to 100% increased lowering speed and correspondingly improved properties of the manufactured castings can be achieved.

Den nedsatte størkningsskrumpning medfører en forbedring av visse støpetekniske egenskaper, og gir blant annet et gunstigere matningsforhold såvel som en nedsatt tendens tri varmeriss-dannelse. Foruten å løse de spesielle problemer ved stangstøpning vil dette også ha en gunstig virkning ved formstøpning. Ved stangstøpning oppnås f.eks. forbedringer med hensyn til korn-seigring, blokkseigring, strukturjevnhet og så videre. Ujevnheter på grunn av svevekrystaller kan f.eks. unngås ved at sådanne krystaller mangfoldiggjøres i sådan grad, ved støpning i delvis størknet tilstand, at det atter oppnås en homogen struktur over hele støpetverrsnittet.... I tillegg oppnås ved hjelp av de på forhånd størknede partikler, alt etter deres finhet og antall, The reduced solidification shrinkage leads to an improvement in certain casting technical properties, and provides, among other things, a more favorable feeding ratio as well as a reduced tendency for thermal crack formation. In addition to solving the special problems with rod casting, this will also have a beneficial effect with mold casting. In rod casting, e.g. improvements with respect to grain-segregation, block-segregation, texture smoothness and so on. Irregularities due to suspended crystals can e.g. is avoided by the fact that such crystals are multiplied to such an extent, when casting in a partially solidified state, that a homogeneous structure is again achieved over the entire casting cross-section.... In addition, with the help of the previously solidified particles, depending on their fineness and number,

en tilsvarende partikkelfinhet i støpeproduktet,.uten at det er nødvendig med noen spesiell smeltebehandling eller tilsats av spesielle legeringsbestanddeler. a corresponding particle fineness in the cast product, without the need for any special melting treatment or the addition of special alloy components.

Claims

1. Method for continuous casting of a metal melt in a casting form, in particular melts of aluminum and aluminum alloys, for the production of bars or strips, characterized in that melt flowing through a nozzle (4) is first stripped of part of its heat content in the working area of a stirring tool (12) which is placed in the nozzle, and then the thus treated melt (2G) is passed on to a mold (6).

2. Procedure as stated in claim 1, characterized in that the flow rate of the melt through the nozzle (4) is regulated by means of a stirring tool (12) which can be adjusted in the longitudinal direction of the nozzle.

3. Procedure as stated in claim 1, characterized in that the temperature of the metal melt is controlled and regulated in such a way that the melt (20) located in the annular gap (15) of the nozzle is in a partially solidified state.

4. Device for carrying out the method stated in claim 1, said device for continuous casting of a metal melt, seen in the direction of flow, consists of a container lined with refractory material, a nozzle attached to the bottom of the container, a heat exchanger and a stirring tool, characterized in that a stirring tool (12) driven by a drive device (8) is arranged on a plane in the interior (13) of the nozzle (4), while a heat exchanger (5) is arranged on the outside of the nozzle.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that said container, which is lined with refractory material (-2), is in the form of a chute (1).

6. Device as specified in claim 4, characterized in that the interior (13) of the nozzle (4) is designed conically tapering downwards.

7. Device as stated in claim 4, characterized in that the stirring tool (12) is conically designed.

8. Device as specified in claims 4, 6 and 7, characterized in that the stirring tool is arranged in such a height position concentric with the axis of symmetry for the interior (13) of the nozzle (4), that an annular gap (15) occurs between the wall of the nozzle ( 14) and the stirring tool (12).

9. Device as specified in claims 4, 7 and 8, characterized in that the drive device (8) is arranged for height adjustment and attachment to the casting device.

10. Device as specified in claim 4, characterized in that the interior of the nozzle and the stirring tool is cylindrical.

11. Device as stated in claim 4, characterized in that the casting device comprises a control and regulation device (23, 24, 25 and 26) designed to keep the temperature in the annular gap (15) of the nozzle at a predetermined value.

12. Device as stated in claim 4, characterized in that spray nozzles (21) are arranged at the exit of a rod mold (6).

13. Device as stated in claim 4, characterized in that the nozzle (4) and the stirring tool (12) are arranged together in an inclined position.

14. Device as stated in claim 4, characterized in that induction coils are arranged along the circumference of the nozzle and at the same level as the heat exchanger (5) which serve as stirring tools.