NO841240L - Fremgangsmaate og apparat til kontinuerlig eller halvkontinuerlig mating av en kokille eller stoepeform med smeltet magnesiumlegering som er behandlet for aa gi en kornforfiningsvirkning - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat til kontinuerlig eller halvkontinuerlig mating av en kokille eller støpeform med smeltet magnesiumlegering som er behandlet for å gi en kornforfiningsvirkning

Det er kjent at der kan oppnås en kornforfining av mag-nesiumlegeringerjsom kan inneholde Al, Zn, Mn og Si som legerings-elementer, enten ved overheting over likvidus-linjen eller ved tilsetning av karbon i form av karbonholdige forbindelser.

Dette fenomen er viktig som følge av den forbedring av de mekaniske egenskaper som kan iakttas med en reduksjon av korn-størrelsen. Begge teknikker er i kommersiell anvendelse, men de anerkjente metoder har begrensninger som fører til produksjons-problemer. En del av vanskeligheten er at virkemåten av teknikkene ikke er fullt forstått^selv om det er kjent at de beror på en modifikasjon av den normale kimdannelsesprosess. All kommersiell praksis er derfor basert på erfaringsdata.

Visse retningslinjer og kriterier kan likevel anvendes

på teknikkene for å gi en rimelig driftssikkerhet. Blant disse er optimalisering av legeringssammensetningen og fastleggelse av temperaturer og tidsrom som enten varme- eller karbonkorn-forfiningen kan finne sted ved.

Overholdelsen av disse kriterier medfører betydelige begrensninger på visse typer støperiproduksjonsprosesser, spesielt slike som er avhengige av en kontinuerlig tilførsel av smeltet materiale.

Ved kornf orfining både ved overheting og ved karbontilsetning må metallet kornforfines satsvis i åpne smeltedigler som må hindres fra å brenne ved tilsetning av et flussmiddel til metalloverflaten. Bruken av et sliikt flussmiddel; som kan inneholde en eller flere av forbindelsene MgCl2/NaCl, CaC^/ CaF2

og MgO, er uønsket^da man må være meget omhyggelig med å unngå at noen av disse materialer forurenser det metall som benyttes til fremstilling av støpestykker. Hvis man ikke lykkes med å sikre innleiringsfritt metall-kan der fås støpestykker med nedsatte mekaniske egenskaper og dårlig korrosjonsmotstand. Bruken av flussmidler i støperiet medfører også miljøproblemer som følge av midlenes hygroskopiske og korroderende art.

Skjønt der ved overheting oppnås god driftssikkerhet har høye energikostnader og betydelig slitasje på digelen ført til at kornforfiningsteknikken med bruk av karbon/ som kan arbeide ved meget lavere temperaturer, f.eks. 750° C sammenlignet med 850° C for overheting, har vunnet større kommersiell godkjen-nelse.

Effektiviteten av karbon-kornforfining synes imidlertid

å være begrenset til relativt små smeltesatser som behandles på en satsvis basis, og virkningen ved bruk av i handelen tilgjengelige karbonholdige forbindelser er tilbøyelig til å variere fra sats til sats. Videre kan tilsetning av disse forbindelser medføre at uønskede elementer kommer inn i smeiten,noe som kan ha skadelige virkninger på legeringen.

I vanlige lavtrykks-sprøytestøpesystemer må det flytende metall heves og senkes i en høyde på ca. 80 cm i et stigerør mellom metalloverflaten i en oppbevaringsdigel og nivået på matningspunktet til kokillen. Dette tar ikke bare tid i sprøyte-cyklusen, men fører også til at der oppstår turbulens i metallet, spesielt når metallet faller tilbake til nivået i oppbevarings-digelen. Slik turbulens er uønsket ved fremstilling av støpe-stykker av høy kvalitet, da luft kan trekkes inn i metallet og føre til dannelse av oksider i lett.oksiderbare legeringer såsom magnesium.

En hensikt med oppfinnelsen er å overvinne de problemer

og ulemper som er omtalt ovenfor, og skaffe en fremgangsmåte til kontinuerlig eller halvkontinuerlig mating av en kokille eller støpeform med kornforfinet magnesiumlegering samt et apparat til utførelse av fremgangsmåten.

Ytterligere hensikter med oppfinnelsen er å skaffe en fremgangsmåte eller et apparat som angitt ovenfor, og som dessuten vil gi en eller flere av følgende fordeler: 1. Oppnåelse av beherskede temperaturer som gjør det mulig å oppnå kornforfining uten tilsetning av forbindelser til smeiten. 2. Forebyggelse av oksidasjon og brenning av magnesiumlegering uten bruk av flussmiddel, helt fra smeltetrinnet til kokillens matingspunkt. 3. Effektiv utnyttelse av energien for oppnåelse av varme-

kravene til den smeltede legering.

4. Oppnåelse av en kontinuerlig eller halvkontinuerlig mating av flytende kornforfinet metall til et sprøytestøpe-apparat på et nivå nær kokillens matingspunkt.

Oppfinnelsen går således ut på en fremgangsmåte og et apparat som angitt i krav 1 resp. krav 8.

I henhold til krav 1 blir overheting og avkjøling av legeringen utført kontinuerlig eller halvkontinuerlig i etter hinannen følgende seksjoner av en lukket ledning som den smeltede legering føres gjennom uten berøring med atmosfæren, og som tilfører legeringen på nivået for innløpet, til kokillen eller støpeformen ved kontinuerlig.regulering av trykket i den smeltede legering i ledningen.

Skjønt fremgangsmåten rydder av veien noen ulemper ved

de for tiden anvendte ovenhetingsprosesser, innebærer den ikke at karbon-holdige kornf orf iningsmidler ikke kan anvendes. Også andre forbindelser som forbedrer egenskapene av metallet, f.eks. den:generelle korrosjonsmotstand, kan tilsettes i kornforfinings-prosessen.

Den smeltede legering kan tilføres fra en smeltedigel hvor barrer smeltes under beskyttende atmosfære. Det er imidlertid også mulig å tilføre den smeltede legering til ledningen direkte^ [fra en raf f ineringsovn under sløyf ing iav barresmelte-trinnet.

En hvilken som helst egnet fremgangsmåte til smelting, overheting og avkjøling av legeringen i smeltedigelen resp. ledningen kan anvendes. Det er imidlertid hensiktsmessig å benytte de høye varmeovergangsegenskaper som fluidiserte skikt oppviser. I et slikt tilfelle er smeltedigelen og de etter hinannen følgende seksjoner av den lukkede ledning hver neddykket i tett inntil hinannen liggende, separat kontrollerte i: fluidumskikt. Tilleggsvarme kan tilføres smeltedigelen og/eller den nevnte første seksjon av ledningen fra oppvarmingselementer som er tilknyttet henholdsvis digelen og ledningen eller anordnet i det fluidiserte skikt.

Ledningen følger fortrinnsvis en slynget bane gjennom hver av de etter hinannen følgende seksjoner av ledningen, som fortrinnsvis danner en skruelinje for å skaffe en tilstrekkelig stor overflate til å overføre den nødvendige varme til eller fra legeringen i et skikt av minst mulig volum, noe som tillater raske oppvarmings- og avkjølingsperioder.

Ytterligere trekk og fordeler ved fremgangsmåten og apparatet vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse under hen-visning til tegningen,som skjematisk viser de prinsipper som den foreliggende oppfinnelse bygger på.

Fig. 1 er et sterkt skjematisk vertikalsnitt gjennom et

apparat i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en detalj av apparatet på fig. 1 i større målestokk.

Som det vil fremgå av fig. 1 er en smeltedigel 1 neddykket i et fluidisert skikt 2. Dette avsnitt av apparatet utgjør en smeltesone M. Metall kan tilsettes smeltedigelen 1

i form av barrer gjennom en luftsluse 3 som reduserer tapet av oksidasjonshindrende atmosfære i smeltedigelen 1 til et minimum.

En slik oksidasjonshindrende atmosfære kan bestå av luft med tilsetning av 0,1 % SFg. For å hindre ,at oksider blir til-satt smeiten gjennom f.eks. barrehud,er et filter 4 anordnet på det sted hvor slusen 3 munner ut i smeltedigelen. Alt metall må således passere filteret 4 før det kommer inn i smeltedigelen 1. Filteret kan bestå av en perforert stålskjerm som enten kan rengjøres eller utskiftes fra tid til annen eller ha form av en kontinuerlig bane som automatisk fjernes fra metallet og eksponerer det innkommende metall for et nytt -skjermparti.

En ledning 5 er forbundet med det indre av smeltedigelen

1 på et nivå under overflaten 15 svarende til omtrent 1/3 av høyden av metall, dvs. på.et sted hvor eventuelle forurensninger som er tilbake i smeiten,vil være små. Ledningen fører inn i en overhetingssone I,jhvor en første seksjon 6 av ledningen følger en skruelinjeformet bane før den fortsetter inn i en annen skruelinjeformet seksjon 7 anbragt i en kjølesone II. Hver av skruelinjeseksjonene 6 og 7 er neddykket i et fluidisert skikt 8 resp. 9.

De fluidiserte skikt 2, 8 og 9 er adskilt ved skille-vegger 10 og 11 og kontrolleres separat for å skaffe en ønsket temperatur av den smeltede legering i.digelen 1 og i seksjonene 6 og 7. De fluidiserte skikt kan bestå av aluminiumoksid- partikler som fluidiseres med komprimert luft som kan være for-varmet. Overflaten av de fluidiserte skikt 2, 8 og 9 er på

fig. 1 vist å ligge på samme nivå, men det er åpenbart mulig å anvende forskjellige nivåer for overflaten av de fluidiserte skikt. Den komprimerte luft tilføres på vanlig måte ved den nedre ende av skiktene gjennom blestformer. For å forenkle tegningen er imidlertid denne tilførsel ikke vist. Tilleggsvarme kan tilføres smeltedigelen 1 og/eller seksjonen 6 av ledningen 5 fra varmeelementer (ikke vist) som er tilknyttet digelen 1 resp. ledningen 5 eller anordnet i de respektive fluidiserte skikt.

Den temperatur som skaffes i sonen M,kan være ca. 660° C. I overhetingssonen I kan metallet oppvarmes til ca. 900° C, og i kjølesonen II kan metallet avkjøles til en temperatur på ca. 690 es C. Metall med denne temperatur blir holdt tilgjengelig på et nivå nær matningspunktet 12 til en kokille 13. Nivået 14 (fig. 2) av metallet nær matningspunktet 12 er det samme som nivået 15 av metallet i smeltedigelen 1. Den hastighet som barrer tilsettes med gjennom slusen 3^ svarer til behovet for metall på matningspunktet 12. Det vil være klart at nivået av smeltedigelen 1 kan reguleres for innstilling av metallnivået 15 og-dermed det nivå 14 som smeltet legering tilføres på ved matningspunktet 12 til kokillen eller støpeformen 13. Det vil således være mulig å begrense fluktuasjoner av metallnivået 14 til ,1: cm eller mindre. I et lavtrykk-sprøytestøpesystem hvor metall mates inn i kokillen fra bunnen, som vist på fig. 1, kan der for oppnåelse av. gode flyte- og mateegenskaper anvendes hvilke som helst regulerbare løfteorganer såsom mekaniske, pneumatiske, elektriske eller elektromekaniske systemer. På fig. 1 er der skjematisk vist pneumatiske løfteorganer 16. Driften av disse organer 16 er vist på fig. 2. På denne figur betegner 17 en pneumatisk betjent ventil og 18 et innløp for trykkgass, som kan være luft med liten prosentuell andel av SFg. Det torde være klart at innføringen av trykkgass gjennom åpningen 18 vil medføre at metallet i stigerøret 20 løfter seg så fremt ventilen 17 er lukket. Et gassinnløp 19 tjener til å skaffe en beskyttende gass, f.eks. luft med en liten andel av SF^j i formen eller kokillen. 13 mellom hver støpecyklus, hvor- ved metalloverflaten i stigerøret 20 beskyttes mot oksidasjon. For å hindre smeltet metall fra å komme inn i passasjen 19 er der anordnet et skjørt 21 som danner en gasspute mellom skjørtet og stigerøret 20.

Alternativt kan løftingen oppnås ved anvendelse av et vakuum i kokillen.

Etter hvert som metall beveges inn i kokillen 13, vil

nytt smeltet metall automatisk.bli trukket inn i ledningen 5

fra smeltedigelen 1.

Sekundær varme fra oppvarmings- og avkjølingssonene I resp. II kan benyttes andre steder i systemet. Den fluidi- ■: seringsgass som oppvarmes i de fluidiserte skikt, kan således senere anvendes til forvarming av innkommende barrer og/eller til oppvarming av smeltedigelen. Også resirkulering av den fluidiserte luft er åpenbart mulig.

Skjønt den foreliggende oppfinnelse skaffer en egnet mulighet for å overhete legeringen under unngåelse av de ulemper som er forbundet med tidligere anvendte overhetings-prosesser, er der intet i veien for kontinuerlig eller halvkontinuerlig å tilsette kornforfinende midler eller andre til-setninger som forbedrer materialets egenskaper. Der kreves imidlertid ikke noe flussmiddel, idet overhetingen utføres i en ledning som er lukket mot atmosfæren^-samtidig som der ikke er noen oppbevaringsdigel som legeringen må løftes en betydelig høyde fra opp til matningspunktet til kokillen. Det er mulig nøye å beherske overhetings- og støpetemperaturene,og metallet kan tilføres kontinuerlig eller halvkontinuerlig på det ønskede nivå uten bruk av ventiler eller pumper.

Endelig skal det nevnes at skjønt, varmevekslersystemer

i form av fluidiserte skikt foretrekkes, kan andre varmevekslersystemer såsom saltoppløsninger anvendes.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig eller halvkontinuerlig mating av en kokille eller støpeform med smeltet magnesiumlegering som er behandlet for å gi en kornforfiningsvirkning, omfattende de trinn å smelte legeringen, overhete den smeltede legering til en kornforfinende temperatur og avkjøle legeringen til en behersket støpetemperatur, karakterisert ved at overhetings- og avkjølings-trinnene utføres kontinuerlig eller halvkontiunerlig i etter hinannen følgende seksjoner av en lukket ledning som den smeltede legering føres gjennom uten berøring med atmosfæren, og som tilfører legeringen på nivået for innløpet til kokillen eller støpeformen ved kontinuerlig regulering av trykket i den smeltede legering i ledningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, ■ karakterisert ved at barrer smeltes under beskyttende atmosfære i.en smeltedigel som forsyner ledningen med smeltet legering.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at oksider som er ført inn i smeiten gjennom.f.eks. barrehud; hindres av et filter fra å komme inn i ledningen.

4. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at smeltingen og/eller opphetingen av legeringen bevirkes ved at smeltedigelen og/eller overhetingsseksjonen av ledningen hver er neddykket i et varmevekslermedium.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at avkjølingen bevirkes ved at kjøleseksjonen av ledningen er neddykket i varmevekslermedium.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at.det ene eller begge varme-vekslermedier er et fluidisert skikt av faste partikler.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at den i de fluidiserte skikt oppvarmede fluidiserte gasser deretter benyttes til forvarming av innkommende barrer og/eller til oppvarming av smeltedigelen.

8. Apparat til utførelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1 , karakterisert ved en lukket ledning (5) til å føre smeltet magnesiumlegering til en kokille eller støpeform (13) fra et forråd av magnesiumlegering uten berøring med atmosfæren, idet en første seksjon (6) av ledningen (5) passerer gjennom en første sone (I)hvor legeringen overhetes til en kornforfinende temperatur, mens en annen seksjon (7) av ledningen (5) passerer gjennom en annen sone (II) hvor legeringen avkjøles til en behersket støpetemperatur.

9. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert ved at forrådet av smeltet legering er en smeltedigel (1) som er lukket mot atmosfæren og mottar barrer gjennom en luftsluse (3).

10. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at et filter (4) er anordnet i smeltedigelen (1) for å hindre forurensninger i å komme inn i ledningen (5).

11. Apparat som angitt i et av kravene 8-10, karakterisert ved at den første og den annen sone (1,11) utgjøres av tett inntil hinannen anordnede,separat kontrollerte fluidumskikt (8, 9).

12. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at smeltedigelen (1) er neddykket i et fluidisert skikt (2).

13. Apparat som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at tilskuddsvarme tilføres smeltedigelen (1) gg/eller den første seksjon (6) av ledningen (5) fra oppvarmingselementer som er tilknyttet henholdsvis digelen (1) og ledningen (5) eller anordnet i de respektive fluidiserte skikt (2, 8).

14. Apparat som angitt i et av kravene 8-13, karakterisert ved at ledningen (5) følger en slynget bane gjennom den første og den annen sone {I, II) for å skaffe en tilstrekkelig stor overflate til å overføre den nød-vendige varme til eller fra legeringen.

15. Apparat som angitt i krav 14, karakterisert ved at ledningen (5) følger en skruelinje gjennom hver av den første og den annen sone (I, II).

16. Apparat som angitt i et av kravene 8-15, karakterisert ved at nivået av smeltedigelen (1) kan reguleres for innstilling av metallnivået (15) i denne og dermed det nivå (14) som den smeltede legering tilføres på ved matningspunktet (12) til kokillen eller støpeformen (13).