NO881704L - Forbedret fremgangsmaate for aa bringe flytende metall til stoerkning paa et stoepehjul. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedring ved en fremgangsmåte for størkning av flytende metall i et støpehjul.

Det er kjent kontinuerlig å fremstille valsede emner, spesielt av aluminium eller legeringer derav, ved hjelp av maskiner der metallet støpes i et spor som utgjøres av periferien av et metallhjul som roterer rundt en horisontal akse og som holdes i sporet over en del av sin vei i den tid som er nødvendig for å gi i det minste en partiell størkning. Metallet holdes der ved hjelp av et avkjølt metallbånd eller strimmel som beveger seg med samme hastighet som sporet og som legges på det sistnevnte hjelp av egnet anbragte pressvalser. En slik apparatur er beskrevet i

FR-PS 1 551 447.

Et av målene for støpeeksperten er å oppnå produkter med best mulig fysikalsk og kjemisk homogenitet for derved å forhindre opptreden av visse defekter under etterfølgende omdanning av produktene til tråder, folier osv.

Under opptreden av flytende eller smeltet metall til fast tilstand gir i tillegg de fleste støpeprosesser grunn til dannelse av homogenitetsdefekter med forskjellig størrelses-orden, i det vesentlige på grunn av de heterogene avkjølings-betingelser mellom individuelle punkter av de støpte produkter.

Dette gjelder også en støpeprosess på et hjul der metallet som i flytende tilstand ved hjelp av en dyse bringes til et punkt av sporet og som progressivt størkner langs sporet og samtidig avgir sin varme til hjulet og til strimmelen som avkjøles ved hjelp av vann som forstøves fra sprøytedyser.

Under slike betingelser har råemnene som oppnås i kjernen en ekviaksial krystallinsk struktur mens strukturen ved periferien er kolumnar, en heterogenitet som forårsaker dannelse av sprekker som kan være avgjørende for kvaliteten av de produkter som deretter oppnås.

Ved denne type støping vil metallet videre trekke seg sammen og løsrive seg fra den avkjølte strimmel under størkningen.

Det vil således være en forringelse av varmevekslingen mellom råemne og strimmelen slik at det i råemnet kan oppstå defekter slik som reverssegregering og åpne eller ikke-åpne porøsiteter.

Det har ikke manglet forslag for å bøte på disse mangler. Med henblikk på den krystallinske heterogenitet vil tilsetning før støping av modifiseringsmidler slik som legeringen aluminium-titan-bor ha den virkning at man reduserer størrelsen av kornene i metallet og eventuelt også forhindrer visse andre defekter eller feil.

Imidlertid kan disse midler være meget ugunstige for kvaliteten av visse råemner. Når det således dreier seg om støping av A-5L (99,5$ Al) eller et annet metall som skal omdannes til elektriske ledere, kan nærværet av visse urenheter i modifiseringsmidlet være skadelig for kondukti-viteten for metallet. På samme måte kan dårlig dispergering av midlet i metallet som benyttes ved fremstilling av tråd gi grunn til, på grunn av dannelse av inklusjoner, brudd ved trekking til ledere eller til i det minste en lokal reduksjon av den mekaniske styrken. I tillegg er disse midler relativt kostbare og som en konsekvens derav er deres bruk avgjørende for omkostningene for det fremstilte produkt.

Det er med henblikk på å unngå bruk av modifiseringsmidler og med henblikk på å oppnå råemner med en fin kornstruktur som hvis mulig er frie for segregeringer og porøsiteter, at det nå er utviklet en prosess som karakteriseres ved at metallet under størkning i sporet i hjulet i en støpemaskin eksponeres til elektromagnetiske krefter med variabel intensitet og hvis hovedvirkningsretning er parallell med forskyvningsretnlngen for råemnet.

Således omfatter oppfinnelsen under størkning i sporet, å underkaste metallet elektromagnetiske krefter. Det er kjent at det flytende eller smeltede metall som innføres på et punkt i sporet ved hjelp av en dyse, ikke umiddelbart størkner over hele tverrsnittet av sporet, men at størkningen først involverer den del av metallet som befinner seg i sporperiferien og i kontakt med trykkstrimmelen. Denne størkning når progressivt kjernen av tverrsnittet slik at, som en funksjon av hjulrotasjonsretningen, flytende metall fremdeles kan være tilstede i 140 cm diameter hjul mer enn 1 m fra det punktet der metallet ble tilført. Det er langs denne sone der det flytende metall og det faste metall er i kontakt langs en overflate kalt "størkningsfronten" hvorved overflaten på forskjellig måte kan være uklar når det gjelder legeringer på grunn av dannelse av en blanding av flytende og fast metall, at de elektromagnetiske krefter legges på. Som navnet antyder har disse krefter en elektrisk opprinnelse og tjener til å gi det flytende metall som inneholdes i sporet, en bevegelse med en spesiell hastighet og hvis hovedvirkningsretning er parallell med råemnebevegelsesretningen, dvs. parallell med sporveggene. Da disse krefter er av variabel intensitet, kan de reguleres dithen at de gir metallet en bevegelse hvis hastighet er tilpasset arten av det støpte metall, til geometrien i sporet og til de ønskede resultater. F.eks. er det mulig å øke intensiteten for kreftene som en direkte funksjon av spordybden.

Hovedkomponenten for disse krefter legges på både i råemne-forskyvningsretnlngen, dvs. hjulrotasjonsretningen, og i motsatt retning. Hvis i visse tilfeller krefter legges på i samme retning under støpingen, er det andre tilfeller der disse krefter periodisk reverseres med tiden under den samme støpeoperasjon.

Fortrinnsvis henger perioden sammen med rotasjonshastigheten V og radien R for hjulet og bør ligge mellom 0,04 og 0,4 R/V. Imidlertid er det videre også mulig samtidig å legge på metallet som skal bringes til størkning og på forskjellige punkter av sporet, krefter i forskjellige retninger. I dette tilfellet har de krefter som legges på i en retning en virkningsradius som dekker minst ca. 20 cm sporlengde.

Elektromagnetiske krefter med en maksimal verdi pr. volumenhet på mellom 5 000 og 120 000 N/m<5>er for de fleste tilfeller egnet. Imidlertid er verdiene fortrinnsvis begrenset til mellom 18 000 og 80 000 N/m5 .

Under disse betingelser er det funnet at ved støping av et metall som ikke til å begynne med er raffinert ved hjelp av et modifiseringsmiddel, oppnås det et råemne som har mindre markert segregering, færre kjerneporøsiteter og som har en spesielt fin og homogen kornfordeling.

Oppfinnelsen angår også midler for å oppnå de elektromagnetiske krefter som er nødvendige for å gjennomføre fremgangsmåten. Disse midler består av å forbinde minst en glidefeltinduktor med hjulsporet i den sone der metallet bringes til størkning, mer spesielt benyttes en lineær motor.

En elektroekspert vet at glidemagnetfeltinduktorer og spesielt lineærmotorer har vært kjent i mer enn 100 år, men kun har vært av en viss interesse i den senere tid, spesielt når det gjelder jernbaneanvendelser. Disse lineærmotorer er generelt sagt bygget opp av to flate, stasjonære magnetiske armaturer kalt induktorer i hvis luftrom man kan bevege en ledende strimmel eller "armatur".

Mer spesielt er disse armaturer parallellepipediske og har på deres mot hverandre vendte flater spalter der det er lokalisert elektriske viklinger. Hvis disse hensiktsmessig fordelte viklinger tilmåtes en flerfasestrøm, dannes hovedmagnetfeltet og det magnetomotive felt langs lengdeaksen av induktoren i form av en induksjonsbølge som beveger seg med en lineær hastighet Vc= cok"1, der k er antallet bølger og o) strømmens puls. Den tilsvarende magnetiske fluks som traverserer luftrommet gir den konduktive strimmel elektromagnetiske krefter og de derav følgende strømmer. Den magnetiske strøm som oppstår fra disse strømmer, glir med henblikk på induktoren og den ledende strimmel, men forblir stasjonær med henblikk på hovedstrømmen.

Den gjensidige påvirkning av disse to strømmer gir en lineær drivkraft i henhold til lengdeaksen av induktoren som er motiv når den mekaniske hastighet for den ledende strimmel er under Vc-verdien til feltet.

Slike lineærmotorer karakteriseres som en funksjon av antall av viklingene, frekvensen til de elektriske strømmer som tilmåtes og deres "pole pitch" som er lik halvparten av induksjonsbølgelengden.

Lineærmotorer kan ha forskjellige konstruksjoner ut fra det som beskrives ovenfor.

De som benyttes ifølge foreliggende oppfinnelse har kun en enkelt induktor, dvs. at det ikke er noen returmagnetisk krets og induksjonslinjene sluttes i luft og i metallet.

En slik induktor hvori den ledende strimmel består av metallet som bringes til størkning i sporet i et støpehjul har en virkning at det produseres en skyvkraft på den flytende del av metallet og derfor forskyver dette med henblikk på lokaliseringen det opptar i fravær av motoren.

Fortrinnsvis er glidefeltinduktoren eller induktorene eller motoren eller motorene konstruert på en slik måte at de i vesentlig grad forlenges i forskyvningsretningen for råemnet og over båndet som lukker sporet ved tilpasning til hjulets krumming. Imidlertid er det nødvendig at disse induktorer er anbragt så nær strimmelen som mulig slik at de krefter som dannes effektivt virker på metallet. Det er funnet at en induktor-strimmelavstand på mellom 5 og 15 mm er egnet.

Induktoren eller induktorene tilmåtes med en veksel flerfase-strøm og lineærmotoren eller -motorene med trefaseveksel-strøm. Fortrinnsvis ligger frekvensen for disse strømmer mellom 3 og 1 000 Hz, og mer spesielt mellom 16 og 500 Hz. Motorene har en "pole pitch" på mellom 3 og 12 cm hvorved verdien kan være variabel I rommet.

Induktoren eller induktorene kan ha skyvkraften rettet i hjulets rotasjonsretning på en slik måte at det flytende metall sirkuleres i samme retning nær strimmelen og i omvendt retning nær bunnen av sporet. Det er klart at disse strøm-ningsretninger reverseres i det tilfellet der induktorene har sin skyvkraft rettet i motsatt retning.

Imidlertid er det også av interesse å benytte en eller flere induktorer på en slik måte at skyvkraften alternativt utøves i en og så i en annen retning. På samme måte fører oppfinnelsen også til gode resultater i det tilfellet der man samtidig benytter flere induktorer som utøver sin kraft i en retning motsatt til den sin nabo.

I en konvensjonell lineærmotor eller en glidefeltinduktor-konfigurasjon har spalter og viklinger en retning loddrett på skyvretningen, det vil ifølge foreliggende oppfinnelse bety i støperetningen. Imidlertid er det også mulig å gi spalter og viklinger (som alltid forblir parallelle med hverandre) en skrådd retning med henblikk på støpeaksen. Det er klart at også i dette tilfellet må spalt-strimmelavstanden forbli konstant slik at induktoren allikevel har en krummet form. I dette tilfellet er det en ytterligere komponent av elektromagnetiske krefter som er rettet loddrett på sideveggene av sporet. Denne komponent, forbundet med hovedkomponenten i forskyvningsretningen for råemnet, gir en skrueformet bevegelse i sporet. Imidlertid er det funnet at den riktige vinkel mellom spalteretningen og hjulforskyvningsretningen må være mellom 45 og 90°.

Slik det er angitt ovenfor vil de elektromagnetiske krefter være desto mer effektive jo nærmere induktorene er anbragt strimmelen. Imidlertid betyr nærværet av vannkasser benyttet for avkjøling av strimmelen, at dette arrangement er umulig. Det er derfor nødvendig å eliminere visse av disse vannkasser og som et resultat, bortsett fra sin elektriske funksjon, har induktorene også en strimmel-avkjølingsfunksjon. Denne kan oppnås ved å benytte kjølevannet til de aktuelle induktorer eller ved å benytte spalter med induktorer med forstøvere.

På samme måte, etter hvert som effektiviteten i de elektromagnetiske krefter øker, etter hvert som deres tilførsels-punkt nærmer seg dysen, er det i visse støpemaskiner nødvendig å fjerne strimmelføringsvalsen ved tilførselen og å erstatte denne med et annet valsesystem slik at man kan posisjonere induktoren så nær det punktet der det flytende metall kommer i kontakt med sporet, som mulig.

Oppfinnelsen vil forstås bedre ved hjelp av den ledsagende tegning som i et snitt loddrett på rotasjonsaksen gjennom sentrum av sporet, viser et hjul der oppfinnelsens gjenstand benyttes.

Man ser et hjul 1 som perifert er utstyrt med et spor 2 og som dreier seg i retning av pilen 3 rundt aksen 4. Sporet er lukket over en del sin lengde ved hjelp av en strimmel 5 som ved tilførsel føres til maskinen ved hjelp av en valse 6 og strimmelen forlater hjulet via en valse 7. Flytende metall 8 tilføres til sporet ved hjelp av en matedyse 9 og størkner progressivt i kontakt med sporet og båndet langs en front 10 for derved å gi et fast råemne 11. Strimmelen avkjøles ved hjelp av en påsprøyting 12 av vann 13 fra bokser 14 og 15 og lineærmotorer 16 og 17. Disse motorer mates med trefasestrøm 18 som har den virkning at det i det størknede metall 19 produseres elektromagnetiske krefter som utøves i retning av pilen 20 på en slik måte at metallet beveger seg i en rotasjonsretning for hjulet i nærhet av strimmelen og i motsatt retning nær bunnen av sporet.

Det er helt klart at, som en funksjon av rotasjonshastigheten, typen støpt metall og avkjølingens intensitet, det arealet der metallet størknes, kan være av varierende lengde og kreve nærvær av en eller flere lineærmotorer i stedet for vannkasser.

Oppfinnelsen kan illustreres ved hjelp av det følgende anvendelseseksempel. Et støpehjul med en diameter på 140 cm med en trapesoid spor med dybde 5 cm og bredde 5 cm på siden av et rustfritt stålbånd, ble utstyrt med tre lineærmotorer, hver 44 cm lang, anbragt etter hverandre fra matedysen og over en lengde på 140 cm og ca. 8 mm fra stålstrimmelen. Disse motorer ble matet med trefasestrøm i en frekvens på 50 Hz og spenning mellom fasene på 7,5 V. De hadde en "pole pitch" på 7,2 cm og hver hadde 36 spalter. Den maksimale elektromagnetiske kraft pr. volumenhet som ble utøvet av hver av motorene var nær 36 000 N/m5 .

På det således utstyrte hjul ble det støpt en aluminium-legering for elektrisk anvendelse og som i vekt-# inneholdt 0, 3% Fe, 0,6$ Si og 0, 7% Mg. En undersøkelse av råemnet viste at det ikke hadde hverken segregering og porøsitet, og videre at størrelsen av kornene gjennomsnittlig var 80 pm, mens man ved raffinering med AT5B (aluminumlegering inneholdende 5 vekt-5é titan og 1 vekt-# bor) kun oppnådde en størrelse som gjennomsnittlig var 110 pm. Det oppnådde råemnet ble transformert til tråd uten problemer, noe som viser mulig-hetene for oppfinnelsens prosess.

Et annet interessant trekk ved oppfinnelsen er at det er mulig vilkårlig å regulere størrelsen av kornene ved å påvirke verdien av de utøvede elektromagnetiske krefter. Dette illustreres ved følgende tabell:

Oppfinnelsen blir mer spesielt benyttet ved fremstilling av maskintråd for elektrisk anvendelse så vel som for tråder for bruk ved sveising av aluminiumlegeringer som ikke inneholder titanborid og som har en bedre trådtrekkingskarakteristika og bedre duktilitet enn de ifølge den kjente teknikk.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte ved størkning av flytende metall i et råemne-støpemaskinhjul, karakterisert ved at metallet som bringes til størkning i hjulsporet underkastes elektromagnetiske krefter av varierende intensitet der hovedvirkningsretning er parallell med bevegelsesretningen for råemnet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at intensiteten økes som en direkte funksjon av spordybden.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kreftenes retning under en og samme støpeoperasjon periodisk reverseres med tiden.

4. Fremgangsmåte Ifølge krav 1, karakterisert ved at varigheten av en periode er mellom 0,04 og 0,4 R/V, der V er forskyvningen av råemnet og R er hjulets radius.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kreftene samtidig rettes i en retning og i en annen på forskjellige punkter av sporet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de maksimale krefter pr. volumenhet har en verdi mellom 5 000 og 120 000 N/m5 .

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at de maksimale krefter pr. volumenhet har en verdi mellom 18 000 og 80 000 N/m5 .

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at minst en glidefeltinduktor er forbundet med støpehjulsporet i det området der metallet bringes til størkning.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at man som glidefeltinduktor bruker en lineærmotor.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 og 9, karakterisert ved at glidefeltinduktoren i vesentlig grad er forlenget i forskyvningsretningen av råemnet over strimmelen som lukker sporet ved tilpasning til hjulets krumming.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at man anbringer induktoren i en avstand av 5 til 15 mm fra båndet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at Induktoren mates med polyasevekselstrøm.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at lineærmotoren tilmåtes med trefasevekselstrøm.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, karakter!- sert ved at strømmen har en frekvens på mellom 3 og 1 000 Hz.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at strømmen har en frekvens på mellom 16 og 500 Hz.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at lineærmotoren har en "pole pitch" på mellom 3 og 12 cm.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at denne "pole pitch" er variabel.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at kjølevannet for induktoren benyttes for avkjøling av båndet.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at spaltene i motorene er utstyrt med forstøvere.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 8 og 9, karakterisert ved at aksen i spaltene er skrådd med henblikk på råemneforskyvningsretningen.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, karakterisert ved at skråvinkelen mellom spalteaksene og forskyvningsretningen for råemnet er mellom 45 og 90".