NO811916L - Apparat og fremgangsmaate for kontinuerlig stoeping av metallstenger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører støping av metallstrenger i sin almindelighet og, nærmere bestemt, et systera hvor det anvendes en avkjølt, oscillerende formanordning for kontinuerlig høyhastighetsstøping av strenger av kobber og kobberlegeringer med innbefatning av messing.

Det er i og for seg en velkjent prosess å støpe uavgren-sede lengder av metallstrenger av en smeltemasse, hvorved smeltemassen trekkes gjennom en avkjølt form. Formen omfatter vanligvis et støpeelement av et ildfast materiale, f.eks. grafitt som er avkjølt ved hjelp av en omsluttende vannkappe. US-patentskrift 3 354 936 omtaler således en avkjølt støpeanord-ning som avtettet er innført i bunndelen av en smeltemassebe-holder, for 'ned støping av store barrer. Under innvirkning av tyngdekraften fremføres smeltemassen gjennom formen. Under nedstøping er det imidlertid en risiko for at smeltemassen "bryter ut", og at smeltemassebeholderen må tømmes eller skrå-stilles, for reparering eller utskifting av formen eller støpe-elementet .

Horisontalstøping gjennom en avkjølt form har også vært forsøkt. Foruten vanskelighetene i forbindelse med utbrudd og utskifting kan tyngdekraften forårsake ujevn herding som resulterer i en støpning med uensartet tverrsnitt eller av mindre-verdig overflatekvalitet.

Det har også vært benyttet forskjellige anordninger for oppstøping. Tidligere forsøk er omtalt i US-patentskrift 2 553 921 og 2 171 132. Det førstnevnte beskriver et vannkjølt, metallisk "støperør" med et utvendig keramikkbelegg som neddyp-pes i en smeltemasse. i praksis har det vist seg umulig å finne et brukbart metall for støperøret, støpingene utsettes for ujevn avkjøling og kondenserte metalldamper avsettes i en spalte som dannes mellom støperøret og ytterbelegget grunnet materialenes forskjellige varmeutvidelseskoeffisienter. Ifølge det sistnevnte patentskrift benyttes likeledes en vannkjølt "mantel", men denne er montert ovenfor smeltemassen, slik at denne må suges opp til mantelen ved vakuumvirkning. En ildfast, koaksial forlengelse av mantelen er innført i smeltemassen. Denne koaksiale forlengelse er nødvendig for å forebygge "soppfasongdannelse", dvs. dannelse av en massiv metallmasse av større diameter enn den avkjølte mantel. På samme måte som ved anordningen ifølge US-patentskrift 2 553 921 kan det, i spalter som oppstår grunnet varmeutvidelse, i dette tilfelle mellom mantelen og forlengelsen, oppsamles kondenserte metalldamper som forårsaker dårlig overflatekvalitet eller avbrudd i støpingen.

Nyere anordninger og fremgangsmåter for oppstøping er kjent fra US-patentskrift 3 746 0 77 og 3 872 913. Ifølge det sistnevnte skrift vil problemene i forbindelse med varmeut-videlsen unngås ved anvendelse av en "dyse" hvor bare spissen plasseres i smeltemassen. Dysens øvre ende omsluttes av en vannkjølt kappe. Da smeltemassens overflate befinner seg nedenfor kjølesonen, vil det kreves et vakuumkammer ved dysens øvre ende, for at smeltemassen skal kunne suges opp til kjølesonen. Tilstedeværelsen av et slikt vakuumkammer vil imidlertid begrense strengtrekkingshastigheten og dessuten kreve avtetning.

Ifølge ovennevnte US-patentskrift 3 746 077 nedsenkes en kjølemantel og et parti av en innkapslet dyse i smeltemassen,

og vakuumkammeret blir derved overflødig. Nedsenkningsdybden er tilstrekkelig til at smeltemassen vil fremføres til herdningssonen, uten at anordningen nedsenkes dypt. Både mantelen og grenseflatene mellom mantel og dyse er beskyttet mot smeltemassen ved hjelp av et omsluttende, isolerende ytterlag. Underenden av ytterlaget ligger an mot dysens nedre ytterflate og sperrer derved for en direkte strøm av smeltemasse til kj.øle-mantelen.

De ovenstående systemer kan i hovedtrekk sies å være av "lukket"-formtype, idet det flytende metall kommuniserer direkte med herdningsfronten. Den avkjølte form vil typisk bli matet fra en tilstøtende beholder som er fylt med smeltemasse. I motsetning dertil vil smeltemassen, i et "åpen"-formsystem, fremmates direkte gjennom et tilførselsrør til en form hvori den avkjøles meget hurtig. Åpen-formsystemer anvendes vanligvis ved nedstøping av store barrer av stål og iblant aluminium, kobber eller messing. Åpen-formstøping blir imidlertid ikke anvendt ved fremstilling av produkter med lite tverrsnitt,

fordi det er meget vanskelig å kontrollere nivået av den flytende masse og følgelig av plasseringssonen for herdingsfronten.

En vanskelighet som oppstår i forbindelse med lukket-formstøping, skyldes støpebakkekanalens varmeutvidelse mellom herdingsfrontens begynnelsespunkt og punktet for den fullsten-dige herdning, som benevnes "trompetmunningen". Dette forhold resulterer i dannelsen av utvidelser i støpningstverrsnittet som fastkiles mot et snevrere parti av støpeelementet. Den fastkilte seksjon kan brekke og danne en ubevegelig "skalle". Slike skaller kan bevirke at strengen avbrytes, eller de kan avsettes på støpeelementet og fremkalle overfla tedefekter på støpningene. Det er derfor viktig at støpekanalen bevarer ensartet dimensjon i støpesonen. Ifølge de førnevnte patentskrif-ter 3 872 913 og 3 746 077 er disse problemer brakt under kontroll grunnet en relativt svak, vertikal temperaturstigning langs dysen, delvis som følge av en moderat avkjølingshastighet, for opprettelse av en stort sett flat herdningsfront. Med slike moderate temperaturkurver kan akseptable kvalitetsstøp-ninger bare frembringes ved en relativt lav hastighet, typisk mellom 12 og 102 cm pr. min.

Kondensering av metalldamper representerer et annet, be-tydelig problem ved støping gjennom en avkjølt form. Kondensasjonen er særlig brysom ved støping av elementer av lagermetall, zink eller andre legeringer som koker ved temperaturer under legeringens smeltepunkt.Zinkdamp vil uten vanskelighet gjen-nomtrenge såvel de materialer som vanligvis anvendes for fremstilling av støpeelementer som de vanlige isoleringsmaterialer, og kan kondenseres til væske i kritiske soner. Flytende zink som avsettes på formen nær herdningsfronten, kan koke ved støp-ningens ytterflate og derved forårsake overflatedefekt i form av blæredannelser. På grunn av disse vanskeligheter er de eksisterende støpeapparater og -teknikker ikke egnet for kom-mersiell høyhastighetsproduksjon av messingstrenger av god kvalitet.

Måten hvorpå støpningen trekkes gjennom den avkjølte form, representerer også en viktig side ved støpeprosessen. Et syk-lisk mønster omfattende en uttrekkingstakt etterfulgt av et opphold, er kommersielt brukt i forbindelse med støpeanordnin-gen som er kjent fra det ovennevnte US-patentskrift 3 872 913. US-patentskrift 3 908 747 omtaler en styrt, reversert arbeidstakt for dannelse av støpehud, forebyggelse av støpingsavbrudd og kompensering av støpingens sammentrekning under avkjølingen i formen. En reversert takt for delvis omsmelting av støpingen er likeledes omtalt i Britisk patentskrift 1 087 026. US-patentskrif t 3 354 936 beskriver et mønster av relativt lange, fremadrettede slag som etterfølges av perioder hvorunder støp-ningens bevegelse stoppes og reverseres i løpet av en relativt kort arbeidstakt. Dette mønster benyttes ved nédstøping av store barrer, for å unngå invertert seigring. I alle disse systemer er imidlertid takthastighetene og netto-støpehastig-hetene langsomme. I '936-systemet har f.eks. de fremmadrettede takter en varighet av tre til tyve sekunder, baklengstaktene en varighet av ett sekund, og nettohastigheten er trettitre til trettiåtte cm/min.

Det er i og for seg kjent å vibrere en form for kontinuerlig støping, for å oppnå en løsgjøringsvirkning som vil lette bevegelsen av den nystøpte stang gjennom formen og dessuten, hvilket er viktigere, forhindre strekksprekker i den størknende støpehud dersom formens fremføringshastighet under en del. av syklusen overstiger hastigheten av stangen som støpes. Videre vil støpeprosesstaktene i tilknytning til formoscillering til-late at stangen uttrekkes av formen med konstant hastighet, hvilket vil lette ytterligere behandling- etter støpingen, såsom omforming av stangen til en strimmel. En oscillerende formanordning av særlig hensiktsmessig konstruksjon er beskrevet i US-patentsøknad serienr. 117 028, hvortil det henvises.

Det er derfor et hovedformål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en avkjølbar formanordning og en fremgangsmåte for kontinuerlig støping av høykvalitets-metallstrenger, særlig av kobber og kobberlegeringer med innbefatning av messing, ved produksjonshastigheter som er mange ganger høyere enn de som tidligere har kunnet oppnås ved lukkede formsystemer.

Et annet formål ved ■■ oppfinnelsen er å frembringe en formanordning som oscillerer stort "sett i samme retning som stangens støperetning, med liten eller ingen bevegelse i sideret-ning.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å frembringe en slik avkjølbar formanordning'for oppstøping med formanordningen i vibrasjonsbevegelse og neddykket i smeltemassen.

Et annet formål er å frembringe en slik formanordning som muliggjør en sterk temperaturstigning langs et støpeelement, særlig ved den nedre ende av en herdningssone, uten derav føl- gende skalldannelse eller dimensjonsforandringer i støpesonen.

Et annet formål er å frembringe en støpningsuttrekkspro-sess for anvendelse ved en slik formanordning med henblikk på fremstilling av høykvalitets-strenger ved eksepsjonelt høye hastigheter.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å frembringe en formanordning med de ovennevnte fortrinn, som kan fremstilles til relativt lav pris, er letthåndterbar og varig.

En avkjølbar, oscillerende formanordning for kontinuerlig høyhastighets-støping av metallstrenger omfatter et hult støpe-element av ildfast materiale. En smeltemasse, fortrinnsvis av kobber eller en kobberlegering, eksempelvis messing, står i væskeforbindelse med den ene ende av støpeelementet. En kjølerinnretning, fortrinnsvis vannkjølt, er trangttilpasset montert rundt støpeelementet. Kj ølerinnretninger har en høy kjølekapa-sitet.som frembringer en herdningsfront i en støpesone i avstand fra støpeelementets ende i tilgrensning til smeltemassen. Det er anordnet midler for transportering av smeltemassen gjennom formanordningen med henblikk på herding av en stang eller streng. Formanordningen er opplagret for svingebevegelse i en •retning stort sett parallelt med stangens fremføringsretning gjennom formen, og midlene som bibringer formanordningen en oscillierende bevegelse under fremføringen av stangen eller strengen, fremkaller satmme virkning som såvel fremadrettede som bakutrettede takter i støpeprosessen. Som følge av formens svingebevegelse samtidig med uttrekkingen av stangen eller strengen med konstant hastighet, kan den relative bevegelse mellom form og stang kontrolleres i stor utstrekning. Det er anordnet midler for levering- av kjølemedium til den avkjølte form under svingebevegelsen.

I en foretrukket versjon av oppfinnelsen er kjølemanifold-forlengelsesseksjon forbundet med kjølerinnretningen, for til-føring av kjølemiddel til denne. Manifold-forlengelsesseksjonen er i sin tur forbundet med en forsyningsmanifold hvorfra den mottar kjølemiddel. Ved hjelp av en hette som omslutter kjølerinnretningen og manifold-forlengelsesseksjonen, er disse deler termisk isolert fra smeltemassen. Isoleringshetten er ved fjærbelastede monterL ngselementer fastgjort til forsyningsmani-folden. Manifold-forlengelsesseksjonen omfatter tre konsen triske rør som avgrenser to mellomliggende, langstrakte ring-kanaler, hvorav den ene er innrettet for levering av kjølemid-del til k j ølerinnre tningen, mens den annen tjener for opptakel-r se av kjølemidlet fra kjølerinnretningen. De to innerste rør er glidbart innpasset i O-ringspakningsbokser i forsynings-manifolden.

Midlene for'frembringelse av formsvingningen innbefatter minst én hydraulisk drivanordning som styres av en servoventil og et computersystem. Det kan frembringes typer av formsving-ningsbølger som gir ubegrenset variasjon i uttrekkshastighet, tilbakeføringshastighet og opphold. Dette er særdeles nyttig ved bestemmelse av optimale formbevegelsesprogrammer for ulike støpelegeringer.

Støpeelementet har fortrinnsvis ensartet tverrsnitt i langsgående retning. Innerveggen kan være svakt konisk eller avtrappet i oppadgående retning. Støpeelementet er fortrinnsvis glideinnpasset i kjølerinnretningen, for å lette utskiftingen. Innen den termiske ekspansjon mot kjølerinnretningen er støpeelementet fastholdt mot aksialbevegelse ved hjelp av et svakt fremspring, i det motsvarende kjølerveggparti nær overkanten og et anslag i støpeelementets yttervegg, som bringes i anlegg mot kjølerinnretningens underside. Videre er det, i den foretrukne versjon, innført en metallfoliehylse mellom den ytre isoleringsdel og den tilgrensende utsparing, for å lette demonteringen av isolatoren.

Kjølerinnretningen er fortrinnsvis av dobbeltveggkonstruk-sjon med et ringkammer mellom veggene.Innerveggen i tilgrensning til støpeelementet er fortrinnsvis utformet av en hel blokk- av aldersherdet kromkobberlegering, og ytterhylsen er fortrinnsvis fremstilt av rustfritt stål. Underendene av de indre og ytre vegger eller "deler" er fortrinnsvis fastgjort ved en kobber/gull-loddeskjøt. En sirkulerende vannstrøm har temperatur og strømningshastighet innenfor et typisk, avgrenset område som gir en høy avkjølingshastighet for smeltemassen som fremføres gjennom støpeelementet, samtidig med at avsetting av vanndampkondensat på formanordningen eller støpningen forebyg-ges. En dampskjerm og pakninger er fortrinnsvis anordnet mellom den neddykkede ende av kjølerinnretningen og den omsluttende isolerL ngshet.te.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et forenklet perspektivriss av et streng-fremstillingsanlegg basert på anvendelse av oscillerende støpe-formanordninger og fremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et sideriss, delvis i snitt, av den oscillerende form- og bærekonstruksjon i tilknytning til en ovn som opptar en smeltemasse, Fig. 3 viser et perspektivriss av bærekonstruksjonen for den oscillerende støpeform, Fig. 4 viser et separat snitt av forsyningsmanifold-forlengelsesseksjonen og støpeelementet ved konstruksjonen ifølge fig. 2, Fig. 5 viser et forstørret riss av kjøleinnretningen og støpeelementet som er vist i fig. 4, Fig. 6 viser et øvre planriss av kj ølerinnretningen ifølge fig. 5, Fig. 7-9 viser skjematisk posisjoner for støpeelementet i en smeltemasse under ulike trinn i formens svingebevegelse, Fig. 10 viser et forenklet vertikalsnitt hvor støpeovnen ifølge' fig. 1 er vist i sin nedre og øvre ytterstilling i forhold til formmontasjene, Fig. 11 og 12 viser forenklede vertikalsnitt av alternative arrangement for kontrollering av støpeelementets ekspansjon under støpesonen,. Fig. 13 viser en vogn for opplagring åv en oscillerende støpeform, Fig. 14 viser et separat planriss av vognanordningen i konstruksjonen ifølge fig. 2 for opplagring og forflytting av den oscillerende støpeform, samt Fig. 15 viser et sideriss, delvis i snitt, av vognanordningen ifølge fig. 14.

Det er i fig. 1 vist et hensiktsmessig anlegg for kontinuerlig fremstilling av metallstrenger av ubestemt lengde ved oppstøping av strengene gjennom avkjølte former i overensstem-melse med oppfinnelsen. Fire strenger 12 støpes samtidig av en smeltemasse som opptas i en støpeovn 16. Strengene som kan ha forskjellige tverrsnittsformer, såsom kvadratisk eller rektan- gulær, og diametre, er i det etterfølgende beskrevet som av sirkulær tverrsnittsform med diameter mellom 6 og 51 mm.

Som det fremgår av fig. 1, støpes strengene 12 i fire av-kjølte formanordninger 18 som er opplagret på fire vertikalt bevegelige vognmontasjer 20. En uttrekkermaskin 22 drar strengene med konstant hastighet gjennom formanordningene og leder dem til et par bommer 24 og 24' som styrer strengene til fire kveilere 26 av helletype,'hvor strengene samles i kveiler. Hver bom 24 er hul for å lede kjøleluft som tilføres gjennom kanaler 28 langs bommen.

Smeltemassen fremstilles i en eller flere smelteovner (ikke vist) , eller i en kombinert smelte- og forrådsovn (ikke vist). Selv om foreliggende oppfinnelse er egnet for produksjon av strenger av mange forskjellige metaller og legeringer, har den i særlig grad befatning med fremstillingen av strenger av kobberlegeringer, spesielt messing. Ved hjelp av en øse 30 som er opphengt i en overliggende kran (ikke vist) overføres smeltemassen fra smelteovnene til støpeovnen 16. Øsen har fortrinnsvis en tut av tekannetypen, for å kunne overføre smeltemassen med et minimum av fremmedmateriale såsom slagg og skum. For å lette overføringen, er øsen- svingbart opplagret i en vugge 32 på en støpeplattform 34. Gjennom et keramikkhellekar 36 ledes smeltemassen fra øsen 30 til det indre av støpeovnen 16. Utgangsenden av karet 36 befinner seg nedenfor støpeovns-dekslet og i et punkt i avstand fra formmontasjene 18. Ved kontinuerlig produksjon, i motsetning til satsstøping, over-føres ytterligere smeltemasse til støpeovnen når denne er omtrent halvfull, for at smeltemassen skal blandes såvel kjemisk som termisk.

Støpeovnen er montert på en hydraulisk elevatortralle 38 av sakstype med en gruppe belastningsceller 38a (fig. 10) for avføling av tyngden av støpeovnen med innhold. Ovnens høyde-stilling styres av utgangssignaler fra belastningscellene 38a, slik at smeltemassens nivå i forhold til kjølerinnretningen reguleres automatisk. Som det tydeligst fremgår av fig. 10, kan støpeovnen beveges mellom en nedre ytterstilling hvori formdelene 18 befinner seg i avstand ovenfor overflaten av smeltemassen 14 når støpeovnen er fylt, og en øvre ytterstilling (vist ved brutte linjer) hvori formdelene befinner seg nær bunnen av støpeovnen. Støpeovnens høydestilling justeres kontinuerlig under støpingen, for å opprettholde formdelenes 18 valgt nedsenkningsdybde i smeltemassen. I den nedre stilling er formdelene tilgjengelig for utskifting og vedlikehold, etter at ovnen er rullet til side.

Det bør bemerkes at det beskrevne produksjonsanlegg vanligvis innbefatter hjelpeutstyr for nivåkontroll, såsom sonder og flottører, i tillegg til periodisk, manuell måling ved hjelp av en nedsenket wire. Disse eller andre, konvensjonelle nivå-målemetoder og kontrollsystemer kan også komme til anvendelse istedenfor belastningscellene, som primærsystem. Selv om foreliggende oppfinnelse er beskrevet i tilknytning til fikserte formdeler og en bevegelig støpeovn, kan andre arrangementer også finne anvendelse. Ovnen kan holdes i samme nivå og til-føres smeltemasse periodisk eller kontinuerlig, for å opprettholde samme nivå. Av andre alternativer kan nevnes en meget dyp neddykking som vil gjøre nivåregulering overflødig. En vesentlig fordel ved oppfinnelsen er muligheten for en slik dyp nedsenkning. Hvert av disse arrangementer har fortrinn og ulemper som vil være åpenbare for den fagkyndige.

Støpeovnen 16 er en 965-mm kjerneløs induksjonsovn med en fastpresset aluminiumsforing som opphetes av en kraftkilde. En ovn av denne størrelse og type kan romme ca. fem tonn smeltemasse. Ovnen 16 har en helletut 16a som leder til et overløps-og uthellingskar 42 (fig. 10).

Som det videre fremgår av fig. 1, omfatter uttrekkermaskinen 22 fire parvis motsatte klemruller 44 som hver for seg befinner seg i friksjonsanlegg mot en av strengene 12. Klemrullene 44 er forbundet med en felles aksel som drives av en servostyrt, reverserbar, hydraulisk motor 46. En konvensjonell, hydraulisk pumpeenhet for variabelt volum og konstant trykk, som frembringer trykk opp til 210 kp// cm 2, driver motoren 46.

En konvensjonell, elektronisk programmererinnretning (ikke vist) produserer et program for signaler som styrer motorens 46 funksjon gjennom et konvensjonelt servosystem. Programmet innbefatter en programmert startfaserutine som gradvis øker uttrekks-hastigheten. Drivrullene 44 kan enkeltvis frigjøres fra en valgt streng 12, uten at fremføringen av de øvrige strenger avbrytes.

Fig. 2 viser en støpeformanordning 18 som er neddykket i en smeltemasse 14 i en ovn 16. Det er i fig. 2 vist en beskyt-telseskjegle 48 som smelter bort etter at anordningen 18 er nedført i smeltemassen 14. Beskyttelseskjeglen 48 er som regel fremstilt av kobber, og vil oppløses fullstendig på mindre enn ett minutt. Formålet ved beskyttelsesk jeglen' er å forhindre at skum og andre urenheter trenger inn i et støpe-element 112 under neddykkingen. Etter at anordningen er nedsenket i smeltemassen og kjeglen er oppløst, trekkes smeltet metall gjennom anordningen 18. Prosessen startes opprinnelig ved innføring av en massiv igangsetterstang (med en bolt i enden) gjennom støpeelementet 112, fra den øvre ende av anordningen, og ned i smeltemassen. Smeltet metall vil størkne på bolten, og når stangen trekkes gjennom støpeelementet 112, vil smeltet metall følge med og størkne underveis. Etter at en herdnet stang eller streng 12 er innført mellom klemrullene 44, blir igangsetterstangen (med et lite stykke av strengen 12) av-skilt fra den øvrige del av strengen 12..Etter å være utformet av smeltemassen 14, uttrekkes strengen 12 kontinuerlig med konstant hastighet ved hjelp av et eller flere par klemruller 44.

Strengen 12 forflyttes således kontinuerlig fra smeltemassen med en konstant hastighet av normalt 51-102 cm/min i retning som vist ved en pil 52. Under fremføringen av strengen 12 vil hele formanordningen 18 oscillere i vertikalretning. I hovedtrekk er anordningen 18 forbundet med en vognanordning 20 for kontrollert svingebevegelse.

Under svingebevegelsen avkjøles formanordningen 18 av et kjølemiddel som gjennom fleksible rør 56 overføres til en manifold 54 som er montert på vognanordningen 20. Dette kjølesys-tem er spesielt"beskrevet i forbindelse med fig. 3 og 4.

Det påpekes at selv om det* i produksjonsanlegget ifølge fig. 1 er anadnet fire uavhengig oscillerende formanordninger 18 for fremstilling av fire strenger 12, kan ethvert antall rekkeplasserte formanordninger komme til anvendelse, alt etter de spesielle produksjonskrav.

Da formanordningen 18 oscillerer under støpeprosessen, vil det utvikles store, dynamiske krefter som må opptas av bærekonstruksjonen. Underkonstruksjonen som opptar disse belastninger med minimal nedbøyning, er i det etterfølgende detaljert beskre vet i forbindelse med fig. 2 og 3. Som det fremgår av fig. 3, er bærekonstruksjonen i sin helhet anordnet i form av en stiv stålkasse. De vertikale belastninger opptas av konstruksjonens søyleelementer 58, 60, 62 og 64 som består av H-bjelker av stål. Søyleelementene 58, 60, 62 og 64 er sammenføyd gjennom horisontale H-stålbjelker 66, 68, 70 og 72. De horisontale elementer 66, 68, 70 og 72 er fortrinnsvis fastsveiset til søyleelemen-tene 58, 60, 62 og 64. De horisontale H-bjelker 66, 68, 70 og 72 er slik plassert, at flensflatene forløper i horisontalret-ning av hensyn til maksimal stivhet under opptakelse av de belastninger som skyldes svingebevegelsen.Bjelkene 72 og 74 er ytterligere forsterket av vinkelskinner henh. 72a og 74a som er påsveiset bjelkene. Bjelkene 66 og 70 er avstivet i vertikalretning av strevere 75, 76, 78 og 80, likeledes av stål. Bære-konstruksjonens underparti er ytterligere forsterket av stålbjelker 82 og 84.

Vognkonstruksjonen er forbundet med vinkelskinnene 72a og 74a som holder hele vognen gjennom de horisontale H-bjelker 72 og 74. Vognbelastningsbanene er fremført til rammefundamentet gjennom bjelker 86, 88, 78, 80, 75 og 76. H-stålbjelker 89 og 90 er fastsveiset mellom de horisontale bjelker 68 og 72. Disse -bjelker 89 og 90 understøtter den oscillierende vogns overkonstruksjon i form av vertikale H-bjelker 91 og 92 og horisontale H-bjelker 93, 94 og 95. Bjelkene 93 og 95 er fastsveiset til stålbjelken 74 som forbinder de øvre ender av søyle-bjelkene 60 og 64. Konstruksjonens stivhet økes ved hjelp av de avstivede H-stålbjelker 86 og 88.

Vognarordningen 20 (fig. 2) er vist mer detaljert i fig. 13. Denne anordning 20 er konstruert av stålhjørneplater 201 og 202 som er fastsveiset til en bunnplate 203 og en bakplate 205. En overplate 207 er sveiset til bakplaten 205 og hjørne-platene 201 og 202, for å fullføre konstruksjonen. Platene 201 og 202, med tykkelse ca. 25 mm, er gjort lettere ved å forsynes med huller henh. 209 og 210.

Vognanordningen 20 understøtter manifolden 54 (fig.. 2) ved hjelp av bolter som er ført gjennom huller 211a (fig. 13) som omgir en åpning 213 i bunnplaten 203. Den støpte streng passe-rer gjennom åpningen 213 på sin vei mot klemrullene 44 (fig. 2). Som det fremgår av fig. 13 og 14, tvinges vognanordningen til å beveges i vertikalretning langs' skinner 215. Disse skinner 215 er atskilt fra vinkelplatene 201 og 202 ved hjelp av avstandsholdere 217. Skinnene 215 og avstandsholderne 217 er boltet og naglet til hjørneplatene 201 og 202.

Skinnene 215 har skråkanter som ligger tett an mot av-fasede løperuller 219 (fig. 14). Rullene 219 er boltet til konstruksjonen 221. Konstruksjonen 221 innbefatter kassesek-sjoner som øker stivheten. Konstruksjonen 221 er fastboltet til den overkonstruksjon som er beskrevet i forbindelse med fig. 3.

Som vist i fig. 14 og 15, er vognanordningen 20 opplagret på en hydraulisk sylinder 225, for svingebegelse i vertikalret-ningen. Stemplet i den hydrauliske sylinder 225 er fastgjort til vognanordningens 20 overplate ved hjelp av et monterings-element 227. Den hydrauliske sylinder 225 styres av en servoventil 229 ved hjelp av en manifoldblokk 231.

Den hydrauliske sylinder 225 er selv opplagret' i armer 233 (fig. 14) som er boltet til konstruksjonsdelen 221. Servoven-tilen 229 styres av et regneverk (ikke vist) som bestemmer den ønskede, innbyrdes bevegelse mellom streng og form med henblikk på tilfredsstillende herdning av den støpte streng. Særlig vil støpeformsvingningen fremkalle samme, effekt i forhold til stangen eller strengen 12 som et mønster av fremad- eller bakutgående takter av selve strengen eller stangen.

Fig. 7-9 viser formsvingningens virkning på støpehuddanel-sen, og tjener som referense for uttrykkene "fremadgående" og "bakutgående" takter. I fig. 7 er formanordningen 18 vist i sitt laveste punkt i smeltemassen 14. Akkurat på dette tids-punkt innledes formanordningens akselerasjon i oppadgående retning, som-vist ved en liten pil 41. Samtidig er strengens hastighet i oppadgående retning større enn formens hastighet i oppad- eller fremadgående retning. Det bør bemerkes at strengens 12 herdningshud 12a er meget tynn. I fig. 8 er formanordningen 10 vist omtrent midtveis i sin opp- og nedadgående bane i smeltemassen. Idet formen når midtpunktet, er dens oppadgående hastighet større enn strengens. Dette skyldes formanordningens akselerasjon i oppadgående retning, som er ca . 2 g i de fleste tilfeller. Det understrekes igjen at strengens hastighet er konstant og at bare formanordningens hastighet varier- er. I fig. 8 er en herdings front 29 forflyttet nesten til smeltemassens overflate. Støpehuden 12a er tykkere enn den viste hud i fig-. 7 .

Fig. 9 viser støpeformen i sin øvre ytterstilling i be-vegelsesbanen. På det spesielle stadium ifølge fig. 9 er formens hastighet i oppad- eller fremadgående retning lik null, og formen er i ferd med å innlede sin nedadgående bevegelse til-bake til posisjonen ifølge fig. 7. I denne viste stilling er støpehuden tykkest. De fremadgående og bakutgående hastigheter kan innstilles separat i regneverket, for oppnåelse av optimal overflatekvalitet og rnaterialstruktur. Det vil fremgå av fig. 7-9 at uttrykket "fremadgående takt" betegner formanordningens bevegelse bort fra smeltemassen, mens uttrykket "bakutgående takt" betegner formanordningens bevegelse videre inn i smeltemassen .

En foretrukket versjon av formanordningen 18 er vist i fig. 4 og 5, hvorav det fremgår hvordan kjølemidlet tilføres anordningen kontinuerlig. Kjølemidlet, fortrinnsvis vann, inn-føres i manifolden 54 gjennom et innløp 100 og strømmer nedad gjennom en ringkanal 101 i en manifoldforlengelsesseksjon 102 og fortsetter inn i en kjølerinnretning 103 for avkjøling av en støpeform 104. Kjølemidlet tilbakeføres gjennom en ringkanal 105 og ut gjennom et utløp 106. Kanalene 101 og 105 består av de ringformede mellomrom som avgrenses av tre konsentriske rør 107, 108 og 109, samtlige av stål. Ytterrøret 107 er ved en koblingsflens forbundet med manifolden 54. De to innerrør 108 og 109 er glidbart innført gjennom O-ringspakningsbokser 110

i manifolden 54. Det er derved mulig å kompensere dimensjonsforandringer på grunn av stigende temperaturer.

Det konsentriske rørmønster for manifoldforlengelsesseksjonen 102 tillater høye strømningshastigheter av kjølemidlet i forening med en reduksjon av tverrsnittsflaten for anordningen som må oscillere i smeltemassen i støpeovnen. Minsking av tverrsnittsf la ten er viktig for å begrense'den hydrodynamiske belastning på den oscillerende støpe formanordning.

Som vist detaljert i fig. 5, er et rørformet støpeelement 112 omsluttet av kjølerinnretningen 103. Det nedre endeparti 112a av støpeelementet 112 rager ut over undersiden 103a av kjølerinnretningen. Støpeelementpartiet 112a og i det minste en ctei av kj ølerinnretningen neaayKK.es i smeltemassen i^unaer støping. Under innvirkning av kuprostatisk trykk tvinges flytende smeltemasse inn i støpeelementet i retning mot kjølerinnretningen . I startfasen innføres en rett stanglengde i støpeelementet gjennom en grafittplugg og plasseres med sin nedre ende som helst er forbundet med en bolt, i en viss avstand over en normal herdnings- eller støpesone 114. Nedsenkningsdybden er slik valgt at den flytende smeltemasse når støpesonen 114 hvor smeltemassen, grunnet hurtig varmeover-føring fra massen til kjølerinnretningen, størkner og danner en massiv støpning uten å flyte forbi starterstangen. Smeltemassen nærmest støpeelementet vil avkjøles raskere enn smeltemassen i midten, slik at en ringformet "hud" dannes rundt en flytende kjerne.Grenseflaten mellom flytende og fast masse danner en herdningsfront 114a tvers over støpesonen 114. Det foretrekkes at toppunktet i herdningssonen 114a alltid befinner seg under smeltemassens 14 overflate. Da herdningen innledes i den sone av støpeelementet 112 som er forsynt med en isolerende bøssing 118, er herdningsfrontens beliggenhet vel definert. Det er et hovedtrekk ved oppfinnelsen at støpesonen kjenneteg-nes ved en høy avkjølingshastighet og en bratt, vertikal temperaturgradient i den nedre ende, slik at sonen forløper over en relativt' liten lengde av støpeelementet 112. Disse trekk er et resultat av at herdingen av smeltemassen innledes i den sone av støpeelementet som er utstyrt med den isolerende del eller bøssing 118.

Det bør bemerkes at selv om foreliggende oppfinnelse er beskrevet i forbindelse med en foretrukket, oppadgående støpe-retning, er den likeledes egnet for anvendelse ved horisontal og nedadrettet støping. Det vil følgelig innsees at uttrykket "nedre" betyr nærmest smeltemassen, mens uttrykket "øvre" betyr lengst fra smeltemassen. Ved nedstøping vil således den "nedre" ende av støpeformen i realiteten befinne seg ovenfor den "øvre" ende .

Støpeelementet 112 er tilvirket av et ildfast materiale som stort sett ikke reagerer med de metalldamper og andre damper som er tilstede i støpeområdet, særlig ved temperaturer over I090°c. Materialet er vanligvis grafitt, selv om det og-så er oppnådd gode resultater med bornitrid. Nærmere bestemt har en grafitt som markedsføres av Oco Graphite Company under varemerket DFP-3 vist seg. å ha usedvanlig holdbarhet og gode, termiske egenskaper. Uansett valg av materiale for støpeele-mentet, blir det før installeringen fortrinnsvis utgasset i en vakuumovn, for å fjerne flyktige stoffer som ved å reagere med smeltemassen vil kunne forårsake startsvikt eller fremkalle overflatedefekter på støpningen. Vakuummiljøet vil dessuten forhindre oksyder", ng av grafitten ved de høye utgassingstempe-raturer, eksempelvis 400°C i 90 minutter i et grovpumpevakuum. Det vil innsees av den fagkyndige at de øvrige komponenter av pumpeanordningen også må befries for flyktige stoffer, særlig vann., før anvendelsen. Komponenter som er fremstilt av det ildfaste materiale "Fiberfrax" (carborundum co.'s varebetegnel-se for ildfast papirmateriale av aluminiumsilisiumoksyd) for-behandles ved oppheting til ca. 815°c, mens andre komponenter, f.eks. av silisiumoksyd, normalt opphetes til 177-204°c.

Støpeelementet 112 er stort sett rørformet med en konstant innerkanaldiameter og en praktisk talt ensartet veggtykkelse. Støpeelementets innervegg er høyglatt for å yde liten frik-sjonsmotstand mot støpningens aksiale eller langsgående bevegelse gjennom støpeelementet, og for å minske slitasjen. Støpe-elementets likeledes glatte yttervegg befinner seg under støpe-prosessen i trykkanlegg mot den omsluttende innervegg 103b av kjølerinnretningen 103. Veggflaten 103b hemmer støpeelementets radiale ekspandering grunnet varmevirkningen fra smeltemassen og støpningen, og fremmer en meget effektiv varmeoverføring fra støpeelementet til kjølerinnretningen, som følge av den resul-terende trykk-kontakt.

Presspasningen mellom støpeelementet og kjølerinnretningen er viktig, idet en dårlig innpassing som etterlater mellomrom, vil begrense varmeoverføringen fra støpeelementet til kjølerinnretningen i alvorlig grad. En trang innpassing er dessuten viktig for å hindre langsgående bevegelse av støpeelementet i forhold til kj ølerinnretningen på grunn av friksjon eller "sle-pevirkning" mellom støpningen og støpeelementet under fremtrek-kingen av støpningen gjennom elementet. På den annen side .bør støpeelementet kunne fjernes hurtig og lettvint fra kjølerinnretningen dersom det påføres skade eller slitasje. Det har vist seg at alle disse formål vil oppnås ved de innbyrdes mot svarende flater av støpeelementet og kjølerinnretningen bear-beides til snevre toleranser som tillater en "glideinnpassing", dvs. en aksialrettet, glidende innføring og fjerning av støpe-elementet. Dimensjonene av støpeelementet og den motsvarende veggflate 103b er slik valgt at det på grunn av støpeelementets varmeutvidelse under støpingen, dannes en presspasning. Selv om støpeelementmaterialets varmeutvidelseskoeffisient (5 x 10 ^ in./in.°F) er meget lavere enn kjølerinnretningens (10 x 10 ^ in./in.°F), er støpeelementet så meget varmere enn kjølerinnretningen, at temperaturforskjellen mer enn kompenserer for-skjellen i varmeutvidelseskoeffisienter. Støpeelementets mid-deltemperatur gjennom veggtykkelsen i støpesonen antas å være ca. 538°C ved en smeltemassetemperatur av 1093°C. Kjølerinnretningen har tilnærmelsesvis samme temperatur, normalt 27-38°c, som det gjennomstrømmende kjølemiddel.

Mekanisk låsing benyttes for fastholding av støpeelementet

i kjølerinnretningen under lavhastighetsdrift eller ved oppset-ting innen elementet er utvidet grunnet varmen fra smeltemassen. Et ukomplisert, iåseelement i form av en skrue eller en låse-plate har vist seg å være upraktisk, fordi det avkjøles av kjølerinnretningen med derav følgende kondensering og oppsam-ling av metalldamper. Slike metallavsetninger kan forårsake overflatedefekter i støpningen og/eller fastsveise låseelemen-tet i dets stilling, hvilket i høy grad vil hemme utskiftingen av støpeelementet. Tilstedeværende zinkdamp ved støping av messing er særlig brysom. En brukbar løsning er å anordne en liten forhøyning eller uregelmessighet 103c på kjølerinnretningens innervegg 103b, eksempelvis ved å frembringe en stanse-grat ved anvendelse av en dor. Et smalt trinn 116 som er anordnet på yttersiden av støpeelementet og som bringes i anlegg mot undersiden av kjølerinnretningen (eller, nøyaktigere ut-trykt, mot en "utvendig" isoleringsbøssing eller -ring 118 som er anbrakt i en utsparing l03d i unde-renden av kjølerinnretningen) tjener for innstilling av støpeelementet for monteringen, og vil ytterligere motvirke mot eventuelle, irregulære og høye krefter som kan opptre f.eks. i startfasen. Det bør også bemerkes at støpeelementets konstruksjon i ett stykke elimi-nerer skjøter, særlig skjøter mellom forskjellige materialer,

som kan oppsamle kondenserte damper eller lede disse til andre

flatepartier. Et støpeelement i ett stykke lar seg dessuten lettere utskifte og fastholde enn et flerseksjons-element.

Av alternative arrangementer for opprettelse av en hensiktsmessig, trangt-tilpasset forbindelse mellom støpeelemen-tet og kjØlerinnretingen kan nevnes vanlig presspasning og varmekrymping. Ved presspasning anvendes et smøremiddel av molybdensulfid, for å minske sannsynligheten for at støpeele-mentet påføres brudd under presspassingsprosessen. Smøremid-let vil dessuten fylle bearbeidingsskrammer på støpeelementet. Ved varmekrymping bringes kjølerinnretningen til å ekspandere' under oppvarming, hvoretter støpeelementet innføres og den trangt-tilpassede forbindelse opprettes ved at montasjen avkjø-les. Såvel presspasningen som varmekrympingen krever imidlertid at hele formanordningen 18 demonteres fra kjølevannsmani-folden, når et støpeelement skal utskiftes. Dette vil, i forhold til glideinnpasningen, vise seg klart mer tidskrevende, uhensiktsmessig og kostbart.

Mens det i den foretrukne versjon av oppfinnelsen anvendes et støpeelement i ett stykke med ensartet kanaldiameter, er det også mulig å benytte et støpeelement med konisk eller avtrappet innervegg som smalner i oppadgående retning, eller et flerseksjons-støpeelement som er sammensatt av to eller flere deler som er montert ende mot ende. Avsmalning i oppadgående retning er ønskelig med henblikk på kompensering av støpningens sammentrekning under avkjølingen. Nær kontakt med støpningen over støpeelementets fulle lengde øker formanordningens kjøle-virkning. Øket avkjøling er viktig fordi den bidrar til å forebygge dannelse av et midtre hulrom grunnet ukompensert krymping av støpningens smeltede midtparti.

For å redusere kostnaden, kan støpeelementet tilvirkes med en motsatt smalnende yttervegg,' istedenfor en oppadsmalnende innervegg, eller innerveggen 103b i kjølerinnretningen. Støpe-elementets varmeutvidelse i kjølerinnretningen under støpingen fremkaller den ønskede, oppadrettet koniske form av støpeele-mentets høyglatte innervegg. Flerseksjons-støpeelementene kan enten ha konstant kanaldiameter, eller ulike kanaldiametre, for frembringelse av en avtrappet, oppad avsmalnende form. For å unngå brysomme metallavsetninger mellom støpeelementseksjonene, bør skjøtene mellom seksjonene utelukkende befinne seg ovenfor støpesonen. viaere Kan aen øvre seKsjon ener seKsjonene ovenfor støpesonen være presspasningsmontert, da det er mest sann-synlig at den nedre seksjon blir beskadiget og må utskiftes.

Uten begrensende virkning kan som eksempel nevnes, at et støpeelement, fremstilt i ett stykke av grafitt av Poco-type, og egnet for støping av 19-mm stangmateriale, "har en lengde av ca. 273 mm og en konstant veggtykkelse av ca. 3-5 mm. veggtykkelsen vil i alminnelighet variere med støpningens diameter. Lengden av den utadragende støpeelementseksjon 112a er typisk 51 mm.

Kj ølerinnretningen 103 er stort sett sylinderformet med en langsgående midtkanal som avgrenses av innerveggen 103b. Det indre av kjølerinnretningen innbefatter en kanal, generelt be-tegnet med 120, som leder den sirkulerende kjølevæske, fortrinnsvis vann, gjennom kj ølerinnretningen. En rekke innløps-åpninger 120a og utløpsåpninger 120b for kjølemidlet er anordnet i den øvre ende av kjølerinnretningen. Som det tydelig fremgår av fig. 6, er disse åpninger anordnet i konsentriske sirkler med tilstrekkelig åpninger til å gi en høy strømnings-mengde, typisk ca. 8,3 liter pr. kg støpning pr. minutt. Et par 0-ringer 122 og 123, fortrinnsvis av slitasjebestandig fluorelastomer, avtetter mani foldforlengelsesseksjonen 102 (fig. 5) i væske forbindeIse med innløps- og utløpsåpningene. En monterings flens 124 på kjølerinnretningen er forsynt med åpninger 124a som opptar bolter (ikke vist) for fastgjøring av formanordningen til manifoldforlengelsesseksjonen.Flensen er dessuten utstyrt med en åpning (ikke vist) for avleding av gasser fra det ringformede rom mellom kjølerinnretningen og en isoleringshette (fig. 4), gjennom et rør (ikke vist) i manifolden 54, til ytterluften.

Kjølerinnretningen har fire hovedkomponenter: en innerdel 126, en ytterdel 128, en mantel-lukkering 130 og monteringsflensen 124.Innerdelen er fremstilt av en legering som har utmerkede varmeoverføringsegenskaper, god dimensjonsstabilitet og som er hard og slitesterk. Det foretrekkes aldersherdet kobber, f.eks. i en legering med betegnelsen CDA. 182. Ytterdelen 128, lukkerihgen 130 og monterings f lensen 124 er fortrinnsvis fremstilt av rustfritt stål og spesielt "free machin-ing" 303 rustfritt for ringen 130 og flensen 124, og 304 rust fritt for ytterdelen 128. Rustfritt stål er tilstrekkelig mot-standsdyktig overfor mekaniske påkjenninger, har liknende var-meutvidelsesegenskaper som kromkobber og er meget bestandig i støpemiljøet. Ved anvendelse av rustfritt stål blir meget store stykker av aldersherdet kobber overflødig, hvorved fremstillingen av kjølerinnretningen forenkles.

Innerdelen er tilvirket av en enkelt, sylinderformet barre av hel (sprekkfri) kromkobber. Foruten hensynet til øko-nomiske og driftsikkerhetsmessige fordeler er den sammensatte kjølerinnretningskonstruksjon bestemt av vanskeligheten ved å produsere en hel barre av kromkobber, som er tilstrekkelig stor til å danne hele kjølerinnretningen. Langsgående huller 120c er innboret dypt i innerdelen, for å danne innløpene 120a. Hullene 120c strekker seg i det minste til støpesonen, og fortrinnsvis noe lengre, som vist i fig. 5.Underendene av de langsgående huller 120c er forbundet gjennom tverrutboringer 120d. Innerdelens øvre og nedre endeparti er gjenget ved 126a og 126b, for å oppta henholdsvis monteringsflensen 124 og lukkeringen 130, for konstruksjonsmessig styrke. Lukkeringen innbefatter en indre, oppadvendt forsenkning 130a i anlegg mot et motsvarende anslag på innerdelen, som tjener for økning av loddeskjøtens styrke, bremsing av kjølevannstrømmen i skjøte-sonen og innretting av ringen i forhold til innerdelen. En ytre, oppadvendt forsenkning 130b befinner seg i væsketett anlegg mot underenden av ytterdelen 128.

Da den gjengede forbindelse ved 126a vil lekke hvis den er utilstrekkelig avtettet, og fordi skjøten skal kunne motstå g j enoppløsning og aldring av myknede k j ølerinnretningskanaler., er skjøten også kobber/gull-loddet. Mens kobber/gull-lodding er en konvensjonell teknikk, vil den nedenstående fremgangsmåte gi en pålitelig skjøt som vil bestå i støpemiljøet. Først kobberpletteres de innbyrdes motsvarende flatepartier av lukkeringen og innerdelen.Belegget som fortrinnsvis har en tykkelse av 0,025 til 0,051 mm, må dekke gjengene, forsenkningen 130a og sporet 130c. Deretter påføres loddematerialet, ved at en tråd av materialet vikles om innerdelen i et loddespor 126c ovenfor gjengene og i sporet 130c i overenden av lukkeringen 130. To tørn av en tråd bestående av seksti prosent kobber og førti prosent gull og med en diameter av 1,59 mm foretrekkes anvendt i loddesporet 126c og tre tørn i sporet 130c. En loddepasta av samme legering påsmøres de innbyrdes motsvarende flatepartier. Den gjengede lukkering tiltrekkes stramt på innerdelen, og montasjen plasseres i en ovn, med den loddete ende ned, og fortrinnsvis i anlegg mot et understøttet ark av ildfast aluminiumsilisiumoksyd-papirmateriale, eksempelvis av en type som forhandles avCarborundum Co. under varemerket Fiberfrax. Loddetempera turen måles ved hjelp av et termoele-ment som hviler mot bunnen av et av de langsgående hull 120c.

I ovnen opphetes montasjen til en temperatur like under loddelegeringens smeltepunkt i et kortere tidsrom, f.eks. til mellom 960 og 977°c i ti minutter. Atmosfæren i ovnen er beskyttet (inert eller vakuum) for å unngå oksydasjon. Montasjen opphetes deretter hurtig til loddelegeringens flytetemperatur (1016-1038°C), for deretter umiddelbart å avkjøles til roms-temperatur, likeledes i en beskyttet.atmosfære. Solusjonsbe-handling av kromkobberet gjennomføres helst under et separat, andre prosesstrinn, ved at delen opphetes til en temperatur av 932-954°c i 15 minutter i en beskyttet atmosfære, med etter-følgende, raske væskeavkjøling.

Etter at lukkeringen er forbundet med innerdelen, innbefatter den gjenstående montering TIG-sveising av rustfritt stål

■type 304 til type 303 under anvendelse av stangtype 308, etter at delene er forvarmet til 204°c. Den stort sett sylinderfor-mede ytterdel 128 sveises ved 134 til lukkeringen.Ytterdelens øvre endeparti innbefatter en indre forsenkning 128a som er tilpasset monteringsflensen 124 umiddelbart utenfor vannutløps-åpningene 120b. Disse deler er sammenføyd gjennom en sveisesøm 136. Lukkeringen og monteringsflensen atskiller ytterdelen •fra innerdelen, hvorved det avgrenses en ringformet vannsirkula-sjonskanal 120e som forløper me"llom tverrkanalene 120d og ut-løpsåpningene 120b. En skrueformet avstandsholder 138 er innmontert i kanalen'120e, for opprettelse av en hvirvlende vann-strøm som vil fremme en mer ensartet og effektiv varmeover-føring til vannet..Avstandsholderen 138 er fortrinnsvis tilvirket av en 6,35 mm kobberstand. Avstandsholderen er planfilt i punktene 138a, for å gi rom for låseklemmer 140 som er fastgjort til innerdelen. En kombinert aldrings- (herdnings-) behandling av kromkobberet og spenningsavlasting av det sveisede,

rustfrie stål gjennomføres ved en temperatur av 482°c i minst to timer i en beskyttet atmosfære. Kjølerinnretningen blir deretter maskinbearbeidet og lekkasjetestet.

Utelukkende eksempelvis blir kjølevannet ledet gjennom innløpene 120a, hullene 120c og 120d og spiralstrømningsbanen

som avgrenses av kanalen 120e og avstandsholderen 138, til ut-løpene 120b. Vannet vil strømme i en typisk mengde av ca. 8,3 liter pr. kg herdnet streng i støpesonen pr. minutt. En typisk strømningshastighet er 95 liter pr. minutt. Den riktige vann-temperatur er begrenset ved den nedre ende ved kondensering av vanndamp. På fuktige dager kan kondensasjonen opptre ved 21°c, og vanligvis ved temperatur under 27°c . Det vil vanligvis foretrekkes at vanntemperaturen ikke overstiger 49°c. Det bør bemerkes at innløps- og utløpshullenes funksjoner kan reverseres, dvs. at vannet kan fremføres til den ytre ring av huller 120b og avledes fra den indre ring av huller 120a, uten vesentlig reduksjon av kjølerinnretningens virkningsgrad. Avstanden mellom støpeelementet og den indre hullgruppe er imidlertid en faktor som påvirker effektiviteten av varmeoverføringen fra

støpningen til vannet. For en 19 mm streng er avstanden typisk ca. 16 mm. Derved kan innerdelen 126 ombores for støping av en 25 mm streng og opptakelse av en hensiktsmessig dimensjonert ytterisolator 118. I hovedtrekk vil den beskrevne formanordning gi en avkjølingshastighet som er høy i sammenlikning med konvensjonelle vannkappekjølere for kjølt formstøping i lukkede systemer.

Et annet viktig trekk ved oppfinnelsen er den ytre isole-ringsbøssing 118 som sikrer uforandrede dimensjoner av støpe-elementet i støpesonen og forebygger en overdreven, utadrettet ekspansjon (trompetmunning) av støpeelementet under denne sone, som kan medføre støpeavbrudd, s"tartdefekter eller overflatedefekter. Bøssingen 118 har dessuten betydning ved at den forårsaker en brå forandring av støpeelementstemperaturen i aksial-retning umiddelbart under støpesonen. I fravær av bøssingen 118 ville det f.eks., eksistere en skarp temperaturgradient i støpeelementets inngangssone til kjølerinnretningen, slik at det ved den nedre del 112a av støpeelementet ville dannes et støpeskinn av trompetmunningsform. Dette utvidete parti kan ikke trekkes forbi støpesonen og inn i kjølerinnretningen. Det vil fastkiles og brekkes løs fra støpningen, og kan forbli i stilling mens støpingen fortsetter. Et slikt fastkilt parti kan forårsake dårlig overflatekvalitet eller brudd på strengen. Dette forhindres av bøssingen 118 som mekanisk begrenser støpe-elementets utadrettede ekspansjon umiddelbart under støpesonen 114. Ved hjelp av bøssingen isoleres dessuten støpeelementet i.stor utstrekning mot kjølerinnretningen, hvorved det oppnås en moderat temperaturforandring i støpeelementsonen mellom kj ølerinnretningens underside 103a og et punkt like under den nedre kant av støpesonen 114.

Bøssingen er fremstilt av et ildfast materiale med relativt lav varmeutvidelseskoeffisient, relativt lav porøsitet og god varmestøtbestandighet. Den lave varmeutvidelseskoeffisient begrenser de utadrettede radialtrykk fra bøssingen mot kjølerinnretningen og vil, i forening med kjølerinnretningen, tvinge grafitten til å opprettholde en stort sett ensartet innerdia-meter i støpeelementet. Grunnet den lave varmeutvidelseskoeffisient vil dessuten bøssingen 118 lett kunne fjernes fra kjølerinnretningen ved jevn oppvarming av hele montasjen til ca. 120°C. Et egnet materiale for bøssingen 118 er støpt sili-siumoksydglass (Si02) som er maskinbearbeidbart.

Bøssingen 118 forløper i vertikalretning mellom en nedre endeflate 118a i flukt med kjølerinnretningens underside 103a og en øvre endeflate 118b noe ovenfor underkanten av støpesonen. Under fremstilling av en 19 mm messingstang er det ved anvendelse av en bøssing med en veggtykkelse av ca. 6,4 mm og en lengde av 35 mm oppnådd tilfredstillende resultater.

Det har i praksis vist seg at metalldamper trenger inn mellom den indre isoleringsbøssing 118 og forsenkningen I03d i kjølerinnretningen, hvor de kondenseres og fester ringen til kjølerinnretningen, hvorved demonteringen vanskeliggjøres. Denne vanskelighet er løst ved anbringelse av et tynt mellom-legg 142 av stålfolie mellom ringen og forsenkningen.Bøssin-gen og mellomlegget fastholdes i forsenkningen ved spesiell varmekrymping på slik måte, at montering og demontering lettvint kan gjennomføres når bøssingen og kjølerinnretningen opp-varmes til 204°C.

Fig. 11 og 12 viser alternative arrangement som vil sikre at støpingen foregår i et dimensjonsmessig ensartet parti av støpeelementet, og muliggjøre kontroll av støpeelementets ekspansjon nedenfor støpesonen. Fig. 11 viser et støpeelement 112</>som er identisk med elementet 112, bortsett fra at innerveggen av det utadragende, nedre parti 112a utvides konisk i oppadgående retning. Hellingsvinkelen er valgt for å oppnå en stort sett konstant kanaldiameter når støpeelementpartiet ekspanderer i smeltemassen. Dette er imidlertid vanskelig å oppnå av fremstillingsmessige grunner. I praksis er det dessuten nødvendig å anvende såvel bøssingen 118 (vist ved brutte linjer) som støpeelementet 112' for å oppnå de høye produksjonshastigheter og gode støpekvaliteter som er kjennetegnende for den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 12 viser en "innvendig" isolator 114 som innføres glidende i et støpeelement 112" som er identisk med støpeele-mentet 112, bortsett fra at det ender i flukt med kjølerinnretningens underside 103a. Innerisolatoren 144 er tilvirket av ildfast materiale som ikke reagerer med det smeltete metall og som har relativt lav varmeutvidelseskoeffisient og derfor ikke vil deformere kjølerinnretningen. Den nedre ende av isolatoren 144 rager litt ut over den nedre ende av støpeelementet 112" og kjølerinnretningen og er forsynt med et anslag 144' av utvidet ytterdiameter, med samme funksjon som anslaget 116 på støpe-elementet 112.Isolatorens øvre ende bør befinne seg nær den øvre ende av støpesonen, normalt ca. 13 mm under overkanten av bøssingen 118. Hvis den øvre ende strekker seg for høyt i forhold, til den utvendige isolator, vil strengen støpes mot isolatoren og påføres skår. Innerisolatorens kanaldimensjoner er også av stor betydning, særlig i startfasen, under et opphold eller under nedbremsing, fordi smeltemassen begynner å størkne på den innvendige isolator 144. For å unngå støpeavbrudd, må isolatorens 144 innervegg være glatt og konisk med utvidelse oppad. Som ved støpeelementet 112' benyttes ytterisolatoren eller bøssingen 118 i tilknytning til innerisolatoren 144,. for å redusere de ovennevnte vanskeligheter.

Som det videre fremgår av fig. 4, er kjølerinnretningen 103 og mani foldforlengelsesseksjonen 102 omgitt av en keramikk-hette 146, og er derved varmeisolert mot metallsmeltemassen, slik at kjølerinnretningen kan gjennomføre sin funksjon og av-kjøle formen, for at stangherdingen skal kunne foregå. Hetten 146 er fremstilt av et egnet, ildfast materiale, f.eks. støpt silisiumoksyd.Hetten 146 er fastgjort til manifolden 54 ved hjelp av en ring 148 som tvinges av en fjær 149 mot manifolden 54. Ved denne fastgjøringsmåte trekkes hetten 146 stramt mot kjølerinnretningen 103 med klaring for dimensjonsforandinger grunnet forskjellig varmeutvidelse. Fjæren 149 er forspent for å utvikle- en totalkraft som overstiger den høyeste, opptredende G-belastning under oscilleringen, for derved å opprettholde en avtetning mellom hetten 146 og kjølerinnretningen 103. Hetten muliggjør neddykking av formanordningen til forutvalgt dybde i smeltemassen. Selv om nedsenking til et nivå under støpesonen er praktisk, er den ekstremt høye produktsjonshastighet som kjennetegner oppfinnelsen, til dels et resultat av en forholds-vis dyp nedsenking, i hvert fall til nivå med støpesonen. En fordel ved denne type nedsenking er at den letter fremføringen av smeltemassen til den flytende kjerne i støpningen i støpe-sonen .

Et dampskjold 150 og pakninger 151 (se også fig. 5) er anordnet i spalten mellom hetten og kjølerinnretningen i tilgrensning til støpeelementet, for å hindre inntrenging av smeltemasse og damper i spalten og for å varmeisolere kjølerinnretningen ytterligere. Pakningene består fortrinnsvis av tre eller fire ringformede lag eller "smultringer" av det førnevnte, ildfasteFiberfrax-fibermateriale, mens dampskjoldet fortrinnsvis består av en "smultring" av molybdenfolie som er innmontert mellom pakningene 151. Skjoldet 150 og pakningene 151 strekker seg fra støpeelementforlengelsen 112a til kjølerinnretningens ytre omkrets flate. Den samlede tykkelse, typisk 6,4 mm, er tilstrekkelig til at disse lag bringes i fast anlegg mot kjø-lerinnretningens underside 103a og endeflaten av hetten 146.

Under en typisk prosess-syklus fylles støpeovnen 16 med en smeltet legering. En stiv stang av rustfritt stål benyttes til igangsetting av støpingen. En stålbolt innskrues i stangens nedre ende. Stangen har samme dimensjon som strengen som skal støpes, f.eks. 19 mm diameter, og kan derfor nedskyves gjennom formanordningen og forbindes med uttrekkermaskinen 22.

Ved nedføringen i smeltemassen er støpeelementpartiet 112a (eller en ildfast støpeelementforlengelse såsom innerisolatoren 144) i formanordningen dekket av en kjegle av et materiale, fortrinnsvis fast grafitt, som ikke vil forurense smeltemassen som støpes. En ekstra legeringskjegle 48 av et materiale, fortrinnsvis kobber, som ikke forurenser smeltemassen, dekker den nedre ende av hetten 146. Kjeglene gjennomtrenger slagget og skummet på smeltemassens overflate, og reduserer derved den mengde av fremmedpartikler som oppfanges under kjølerinnretningen og i støpeelementet. Smeltemassen oppløser kjeglen 48, og starterstangen skyver den minste grafittkjegle bort fra støpeelementet, hvoretter kjeglen flyter til siden. En fordel ved den foretrukne versjon av oppfinnelsen med et utadragende støpelementparti 112a.er at det avstøtter og lokaliserer den minste grafittkjegle ved nedføringen i smeltemassen. For å fungere tilfredsstillende, bør ytterflaten av den største kjegle 48 danne en vinkel av førtifem grader eller mindre med verti-kalplanet.

Etter at grafittkjeglen er bortskjøvet, vil bolten befinne seg i smeltemassen, og smeltemasse størkner på bolten. Under startfasen og etter at. strengene er fremført tilstrekkelig langt ovenfor drivhjulene 44, kappes den støpte stang under stålbolten, og strengene avledes automatisk mot bommene 24 og 24'.Innen stangen tilbakestilles i et lagringsstativ for senere anvendelse, fjernes det korte støpningsstykke med stålbolten. I en alternativ utforming omfatter starterstangen et kort stykke av en stiv, rustfri stålstang som er fastgjort til en fleksibel kabel som på grunn av sin fleksibilitet kan frem-føres direkte mot bommen 24.Uttrekkermaskinen blir deretter akselerert til utgangshastighet for støpeprosessen. Mellom skift og under midlertidige avbrudd, f.eks. for utskifting av en kveiler, blir strengen stoppet og fastklemt. Støpingen gjen-opptas helt enkelt ved løsgjøring og'akselerering til full fart.

Under uttrekkingen av strengen 12 vil fremadrettede takter bevirke at den herdnede støpning som er dannet i støpings-eller herdingssonene. trekkes oppad, hvorved smeltemassen bringes i kontakt med det avkjølte støpeelement og det hurtig dannes en hud på denne nettopp åpenlagte elementflate. Ved jevn drift fremtrekkes stangen med en konstant hastighet av 508 til 1016 cm pr. minutt. Samtidig oscilerer hele formanordningen, med innbefatning av det innkapslede støpeelement 112, i vertikalretning med en akslerasjon.på ca. lg, og oppnår derved en topphastighet av ca. 10 cm pr. sekund i hver retning. Svinge-.bevegelsen tillater den nydannete hud å styrkes og festes til den forutgående støpning. På grunn av kjølerinnretningens høye kjølekapasitet og den bratte temperaturgradient som skyldes den ytre isolator 118, foregår herdningen meget hurtig over en relativt kort lengde av støpeelementet. De typiske smelte-temperaturer for oksygenfritt kobber og kobberlegeringer er som tidligere nevnte ca. 1038-1260°C. Ved utøvelse av oppfinnelsen vil isolatoren (bøssingen 118) isolere smeltemassen mot kjølerinnretningen, hvorved smeltemassen bibeholdes i flytende tilstand i støpeelementet nedenfor støpesonen. Nær isolatorens overkant vil smeltemassens temperatur falle raskt og størknin-gen innledes. Ved støping av 19 mm messingstang med en hastighet av mer enn 254 cm/min. vil støpesonen forløpe i langsgående retning i en lengde av 25-38 mm. Ved overkanten av støpesonen er strengen størknet. Messingstøpningenes anslåtte middeltem-peratur i herdningssonen er ca. 900-955°c. Messingstøpningen som forlater formanordningen, har en typisk temperatur av 816°c. En klaring rundt strengen ved formanordningens øvre ende gir sikkerhet for tilstedeværelsen av oksygen eller en vannmettet atmosfære for avbrenning av zinkdamper innen de kondenseres og renner nedad til støpesonen. Strengen som er fremstilt på denne måte, er av eksepsjonelt god kvalitet. Strengen kjenne-tegnes ved en fin kornstørrelse og dendritisk struktur, god strekkstyrke og god duktilitet.

Beskrivelsen omfatter en oscillerende formanordning av en-kel og økonomisk rimelig konstruksjon og en uttrekkingsprosess for anvendelse i tilknytning til formanordningen, som muliggjør kontinuerlig fremstilling av høykvalitets-metallstrenger, særlig av messing, ved ekstraordinært høye hastigheter. Spesielt representerer formanordningen og uttrekkingsprosessen avanserte løsninger på de mange, alvorlige vanskeligheter i tilknytning til støpemiljøet, såsom ekstreme temperaturer og temperaturfor-skjeller, metall- og vanndamper, tilstedeværende fremmedpartikler i støpeovnen og forskjeller i varmeutvidelseskoeffisientene for de materialer som danner formanordningen.

Oppfinnelsen er ytterligere belyst ved det etterfølgende, ikke-begrensende eksempel.

Ved anvendelse av apparaturen ifølge fig. 2 ble en streng

12 kontinuerlig støpt av en smeltemasse, av automatmessing

(free-cutting brass), CDA 360. 1998 kg smeltet legering ble i-fylt ovnen 16 og bibeholdt i smeltet tilstand. Legeringen CDA har følgende sammensetning:

Etter at støpingen av en streng 12 er innledet ved ned-føring av et rør med en skrue i enden gjennom støpeelementet 112 i smeltemasse, med påfølgende uttrekking av røret på kjent måte, ble den herdnede streng 12 fremtrykket av rullene 44 med en hastighet av 508 cm pr. minutt. Ved innledningen av den kontinuerlige uttrekking av strengen 12 var delen 18 av den oscillerende formanordning nedsenket i smeltemassen til en dybde av ca. 13 cm.'Under støpingen varierte delens 18 nedsenkningsdybde mellom ca. 18 og 8 cm. Temperaturen under formens oscilleringsbevegelse ble opprettholdt på 1010°C, og smeltet legering ble under støpingen tilført ovnen 16 i nødvendig utstrekning for opprettholdelse av nedsenkningsdybden for form-delen 18. Støpeelementet 15 for' fremstilling av strengen 12 med diameter ca. 19 mm hadde en diameter av 19 mm. Den fremad-og bakutrettede formhastighet under oscilleringen nådde en toppverdi av 10 cm pr. sek. ved en formakselerasjon av 1 g. Formens tilbakelagte distanse mellom den øvre og den nedre po-sisjon i smeltemassen var ca. 4,5 cm. Ved utgangen av støpe-elementet 112 hadde strengen 12 en temperatur av ca. 816°c.

Etter støpingen ble stangén varmevalset med godt resultat. Støpt kornstørrelse var av fraksjon 1 mm. Den bearbeidete struktur var fin-gjenkrystallisert (0,025-0,050 mm) langs snittflaten. : Det vil være innlysende for den fagkyndige at oppfinnelsen vil kunne modifiseres.Istedenfor det beskrevne støpeelement 112 som forløper i kjølerinnretningens 112 fulle lengde, kan det i mange tilfeller anvendes et element som bare rager et kort stykke over støpesonen. Kjølerinnretningen kan også ha mange forskjellige utforminger og dimensjoner. Slike modifi-seringer faller innenfor rammen av de etterfølgende krav..

Claims (11)

1.F remgangsmåte for kontinuerlig støping av en metallstreng av en metall-smeltemasse, karakterisert ved prosesstrinn som omfatter anvendelse av et støpeelement med en kjølerinnretning med en første ende som omslutter et parti av støpeelementet for å muliggjøre avkjøling av deler av støpeelementet, og et isolerende element som er plassert mellom et parti av støpeelementet og kj ølerinnretning, for å isolere et parti av støpeelementet mot avkjøling i kjølerinnretningen, og som befinner seg ved den første ende av kjølerinnretningen og forløper over en første strekning mellom støpeelementet og kjølerinnretningen, nedsenking av kjølerinnretningens første ende i smeltemassen til en dybde som er større enn den første strekning, for opprettelse av en herdningsfront i støpeelementet under smeltemassenivået, når smeltemassen uttrekkes gjennom kjølerinnretningen, uttrekking av smeltet metall fra smeltemassen gjennom støpeelementet som samtidig avkjøles i kj ølerinnretningen, hvorved avkjølingen medfører fullstendig herdning av det smeltede metall i en streng i en sone av støpeelementet under smeltemassenivået og over det isolerende element, og den herdnede streng uttrekkes fra smeltemassen med konstant hastighet, og oscillering av støpeelementet i en retning parallelt med strengens fremføringsretning.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den første ende av støpe-elementet rager ut over den første ende av kjølerinnretningen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert v e "d at kj ølerinnre tningen gjen-nomstrømmes av kjølevæske til et punkt umiddelbart ovenfor overkanten av det isolerende element, for at herdingen av smeltemassen i en streng skal kunne innledes i den sone av støpe-elementet som dekkes av det isolerende element, og for at smeltemassen i en streng skal kunne herdne fullstendig i en sone av støpeelementet ovenfor det isolerende element.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 3, karakterisert vedat den del av kjølerinnretningen som nedsenkes i smeltemassen, er beskyttet mot varmen fra smeltemassen ved hjelp av et isolasjonsmateriale som danner et isolerende stengsel mellom smeltemassen og kjølerinnretningen.

5.F remgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at strengen uttrekkes av stø-peelementet med en hastighet av 508-1016 cm pr. minutt.

6.F remgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at støpeelementet oscillerer med en akselerasjon av ca. 1 g i hver retning under oppnåelse av en topphastighet av ca. 10 cm pr. sek.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert veden svingingsfrekvens av 12-150 perioder pr. minutt.

8. Anordning for kontinuerlig støping av en metallstreng av en metall-smeltemasse, karakterisert ved at den omfatter et stort sett rørformet støpeelement med en første ende i væskeforbindelse med smeltemassen, en kjølerinnreting med en første ende som omslutter et parti av støpeelementet, for å muliggjøre avkjøling av deler av støpeelementet,' et isolerende element som er plassert mellom et parti av støpeelementet og kjølerinnretningen, for å isolere et parti av støpeelementet mot avkjøling i kjølerinnretningen, og som befinner seg ved den første ende av kjølerelementet og forløper over en første strekning mellom støpeelementet og kjølerinnretningen, midler for nedsenking av den første ende av kjølerinnretningen i smeltemassen til en dybde som er større enn den første strekning, for opprettelse av en herdningsfront i støpeelemen-tet under smeltemassenivået, når smeltemassen uttrekkes gjennom kjølerinnretningen, midler for uttrekking av smeltet metall fra smeltemassen gjennom støpeelementet som samtidig avkjøles i kjølerinnretningen , hvorved avkjølingen medfører fullstendig herdning av det smeltede metall i en streng i en sone av støpeelementet under smeltemassenivået og over det isolerende element, og den herdnede streng uttrekkes fra smeltemassen med konstant hastighet, og midler for oscillering av støpeelementet i en retning parallelt med strengens fremføringsretning i et mønster av fremad- og bakutrettede takter.

9. Anordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved at kjølerinnretningen gjen-nomstrømmes av kjølevæske til et punkt umiddelbart ovenfor overkanten av det isolerende element, for at herdningen skal kunne innledes i den sone av støpeelementet som dekkes av det isolerende element, og for at smeltemassen i en streng skal kunne herdne fullstendig i en sone av støpeelementet ovenfor det isolerende element.

10. Anordning i samsvar med krav 8, karakterisert ved at høyden av smeltemassen justeres kontinuerlig i forhold til kjølerinnretningen.

11. Anordning i samsvar med krav 10, karakterisert ved at høyden av smeltemassen justeres ved hjelp av en elevator som heves i avhengighet av et - signal i tilknytning til smeltemassens tyngde.