PL187487B1

PL187487B1 - Sposób odlewania ciekłego metalu w krystalizatorze i krystalizator do odlewania ciekłego metalu

Info

Publication number: PL187487B1
Application number: PL98340213A
Authority: PL
Inventors: Robert B. Wagstaff
Original assignee: Alcan Int Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2004-07-30
Also published as: JP2009148837A; NO20002020L; JP2001520122A; JP5894700B2; CA2309043A1; CZ301965B6; NO20002020D0; JP5319475B2; GB2347887B; SK5712000A3; AU750545B2; CN1296158C; SK287267B6; WO1999020418A1; EP1034056A4; JP2012091234A; US6260602B1; EP1867411A2; GB2347887A; KR100853074B1

Abstract

1 Sposób odlewania cieklego metalu w krystalizatorze, w którym wlewa sie ciekly metal do kanalu krystalizatora majacego korpus pierscie- niowy usytuowany wokól osi kanalu pomiedzy jego otworem wylotowym i otworem wlotowym, który ogranicza ciekly metal w kanale podczas prze- plywu metalu przez kanal, przy czym porcje poczatkowa metalu wylewa sie do kanalu na blok startowy, który jest przesuwnie, teleskopowo zamocowa- ny wzdluz osi kanalu w otworze jego konca wylotowego, pomiedzy blok startowy i poprzeczna do osi kanalu plaszczyzne pierwszego przekroju poprzecznego kanalu, a nastepnie na porcje poczatkowa metalu w plasz- czyznie pierwszego przekroju poprzecznego kanalu wylewa sie kolejno warstwy cieklego metalu przemieszczajac blok startowy i razem z nim porcje poczatkowa metalu na zewnatrz kanalu wzdluz jego osi przez szereg plaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanalu usytuowanych po- przecznie do osi kanalu, przy czym wylewa sie warstwy cieklego metalu, które maja mniejszy przekrój poprzeczny w plaszczyznach poprzecznych do osi kanalu niz przekrój poprzeczny obrzeza kanalu w plaszczyznie jego pierwszego przekroju poprzecznego i pozostawia sie te warstwy cieklego metalu dzialaniu ich wewnetrznych sily rozszerzajacych rozprowadzajacych warstwe wzgledem osi kanalu w sasiedztwie plaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego, a obrzeze kanalu ogranicza sie elementem zaporo- wym ustawionym wokól osi korpusu, i jednoczesnie ogranicza sie nim rozszerzanie sie odpowiednich warstw cieklego metalu do przekrojów pierwszego i drugiego kanalu w jego plaszczyznach przekrojów poprzecz- nych odpowiednio pierwszym i drugim, znamienny tym, ze ................ 13 Krystalizator do odlewania cieklego metalu, zawierajacy kanal ma- jacy otwór wlotowy, otwór wylotowy i os kanalu usytuowana pomiedzy jego otworem wlotowym i otworem wylotowym oraz blok startowy zamo- cowany przesuwnie teleskopowo w otworze wylotowym kanalu wzdluz F ig .1 8 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odlewania ciekłego metalu w krystalizatorze i krystalizator do odlewania ciekłego metalu.

Obecne kanały krystalizatorów mają koniec wlotowy, wylotowy otwór końcowy, oś usytuowaną pomiędzy wylotowym otworem końcowym i końcem wlotowym kanału, ścianę rozciągającą się wokół osi kanału pomiędzy jej wylotowym otworem końcowym i końcem wlotowym dla ograniczenia ciekłego metalu w kanale podczas przechodzenia metalu przez krystalizator. Kiedy operacja odlewania ma być przeprowadzona, blok startowy łączy się teleskopowo z wylotowym otworem końcowym kanału. Blok startowy montuje się posuwisto-zwrotnie wzdłuż osi, ale początkowo, unieruchamia się go w otworze, a ciekły materiał początkowy umieszcza się w kanale pomiędzy blokiem startowym i płaszczyzną pierwszego przekroju poprzecznego kanału rozciągającą się poprzecznie do jego osi. Potem, kiedy blok startowy jest wycofywany na zewnątrz z kanału wzdłuż jego osi i materiał wyjściowy jest wycofany razem z blokiem startowym przez szereg płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału rozciągających się poprzecznie do jego osi, warstwy ciekłego metalu mające mniejsze pole przekroju poprzecznego w płaszczyznach poprzecznych do osi kanału niż pole przekroju poprzecznego określone przez ściany kanału w płaszczyźnie pierwszego przekroju poprzecznego są kolejno nakładane na początkowy materiał w pobliżu pierwszej płaszczyzny przekroju poprzecznego kanału krystalizatora. Ze względu na to mniejsze pole przekroju poprzecznego, każda z odpowiednich warstw znajduje się pod działaniem wewnętrznych sił ukośnych rozszerzających warstwy znajdujące się na obwodzie na zewnątrz od osi kanału w pobliżu płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego. Jest ona tak rozszerzana aż do momentu, kiedy warstwa zetknie się ze ścianą kanału, gdzie, ze względu na to, że ściana jest usytuowana pod kątem prostym do płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego kanału, jest wymuszany przepływ odlewanego metalu równolegle do ściany i pod kątem prostym do szeregu płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych. W międzyczasie, wskutek kontaktu ze ścianą metal w poszczególnych warstwach zaczyna być poddawany ściskającym siłom termicznym i z czasem te termiczne siły ściskające efektywnie równoważą siły rozszerzające. W jednej z płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych, płaszczyźnie granicznej, występuje temperatura so187 487 lidusu i metal krzepnie. Następnie, w nowo ukształtowanym odlewie poszczególne jego warstwy dalej kurczą się i oddalają od ściany przy końcu ich przechodzenia przez kanał w krystalizatorze.

Pomiędzy płaszczyzną pierwszego przekroju poprzecznego i graniczną płaszczyzną drugich przekrojów poprzecznych, w której występuje temperatura solidusu danego metalu, warstwy ciekłego metalu stykają się ze ścianą kanału i ten kontakt powoduje powstanie sił tarcia, które działają przeciwko ruchowi metalu warstwy i powodują ścieranie jego zewnętrznej obwodowej powierzchni nawet w zakresie powodującym oddzielenie jego od metalu warstw sąsiednich. Dlatego podejmowano próby znalezienia sposobu smarowania powierzchni styku pomiędzy metalem odpowiednich warstw i ścianą albo oddzielenia metalu od ściany na powierzchni styku. Próbowano także zmniejszyć szerokość pasma styku pomiędzy metalem odpowiednich warstw i ścianą.

Znane są na przykład rozwiązania z opisów patentowych US 4,598,763 i US 5,582,230. W opisie patentowym US 4,598,763 przedstawiono rozwiązanie, w którym pomiędzy ścianą i metalem umieszczono tuleję sprężonego gazu otaczającą olej w celu oddzielenia jednej od drugiej. W rozwiązaniu według opisu patentowego US 5,582,230 rozpyla się wokół odlewanego metalu ciekłe chłodziwo i następnie przemieszcza się odlew w taki sposób, żeby skrócić szerokość pasma styku. Dzięki próbom wytworzono szeroką różnorodność smarów i chociaż połączone wysiłki przyniosły pewien sukces w smarowaniu i/lub oddzielaniu warstw metalu od ściany i odwrotnie, spowodowały też powstanie także nowych problemów dotyczących samego smarowania. Poprzecznie do powierzchni styku pomiędzy warstwami i ściana występuje duża wymiana ciepła co może rozkładać smar. Produkty rozkładu często reagują z powietrzem z otoczenia tworząc cząstki tlenków metalu i tym podobne, które z kolei rysują produkty wytwarzane w ten sposób wzdłuż ich osiowego wymiaru. Intensywnie wydzielane ciepło może nawet powodować spalanie smaru i podnosić temperaturę metalu przy zimnej powierzchni, przy czym siły tarcia są wtedy niemożliwe do zmniejszenia bez względu na rodzaj smaru.

Według wynalazku, sposób odlewania ciekłego metalu w krystalizatorze, polega na tym, ze wlewa się ciekły metal do kanału krystalizatora mającego korpus pierścieniowy usytuowany wokół osi kanału pomiędzy jego otworem wylotowym i otworem wlotowym, który ogranicza ciekły metal w kanale podczas przepływu metalu przez kanał. Na porcję początkową metalu wylewa się do kanału na blok startowy, który jest przesuwnie, teleskopowo zamocowany wzdłuż osi kanału w otworze jego końca wylotowego, pomiędzy blok startowy i poprzeczną do osi kanału płaszczyznę pierwszego przekroju poprzecznego kanału, a następnie na porcję początkową metalu w płaszczyźnie pierwszego przekroju poprzecznego kanału wylewa się kolejno warstwy ciekłego metalu przemieszczając blok startowy i razem z nim porcję początkową metalu na zewnątrz kanału wzdłuż jego osi przez szereg płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału usytuowanych poprzecznie do osi kanału. Wylewa się warstwy ciekłego metalu, które mają mniejszy przekrój poprzeczny w płaszczyznach poprzecznych do osi kanału niż przekrój poprzeczny obrzeża kanału w płaszczyźnie jego pierwszego przekroju poprzecznego i pozostawia się te warstwy ciekłego metalu działaniu ich wewnętrznych siły rozszerzających rozprowadzających warstwę względem osi kanału w sąsiedztwie płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego. Obrzeże kanału ogranicza się elementem zaporowym ustawionym wokół osi korpusu, i jednocześnie ogranicza się nim rozszerzanie się odpowiednich warstw ciekłego metalu do przekrojów pierwszego i drugiego kanału w jego płaszczyznach przekrojów poprzecznych odpowiednio pierwszym i drugim.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że, odlany ciekły metal w kolejnych warstwach mających pierwszy przekrój poprzeczny rozszerza się względem jego początkowego zarysu obwodowego na zewnątrz wymuszając jego przepływ ukośnie na zewnątrz względem osi kanału i nadając kolejnym warstwom stopniowo zwiększające się drugie przekroje poprzeczne odpowiadające przekrojom poprzecznym w płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych kanału. W kolejnych warstwach ciekłego metalu, rozszerzonych do ich drugiego przekroju poprzecznego, reguluje się wielkość termicznych sił kurczących powstających wewnątrz nich w ich drugich przekrojach poprzecznych do wielkości równoważącej siły roz6

187 487 szerzające w kolejnych warstwach w jednej z płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału i nadaję się swobodnie ukształtowany zarys obwodowy w krzepnącym odlewie.

Pomiędzy element zaporowy i obrzeże odpowiednich warstw ciekłego metalu w płaszczyznach przekrojów poprzecznych kanału wprowadza się pierścień sprężonego gazu, oleju lub mieszaniny gazu i oleju.

Reguluje się termiczne siły kurczące poprzez odprowadzanie ciepła od kolejnych warstw w kierunku na zewnątrz względem osi kanału w płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych kanału.

Ciepło odprowadza się od kolejnych warstw ciekłego metalu za pomocą ciekłego chłodziwa, które dostarcza się do odlewu po drugiej stronie granicznej płaszczyzny drugiego przekroju poprzecznego kanału, w której występuje temperatura solidusu, względem płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego kanału.

Ciekłe chłodziwo dostarcza się z otworów wylotowych usytuowanych wokół osi kanału w rzędach, przy czym w poszczególnych rzędach są one przesunięte względem siebie na obwodzie.

Drugi przekrój poprzeczny warstw ogranicza się za pomocą grafitowego pierścienia odlewniczego, który umieszcza się na części kanału krystalizatora.

Nadaje się okrągły zarys obwodowy pierwszemu przekrojowi poprzecznemu warstwy ciekłego metalu i nadaje się nieokragły zarys obwodowy odlewowi w drugim przekroju poprzecznym poprzez ustawienia osi kanału pionowo.

Nadaje się okrągły zarys obwodowy pierwszemu przekrojowi poprzecznemu warstwy ciekłego metalu i nadaje się nieokragły zarys obwodowy odlewowi w drugim przekroju poprzecznym poprzez ustawienia osi kanału ukośnie względem linii pionowej.

Nadaje się nieokragły zarys obwodowy pierwszemu przekrojowi poprzecznemu warstwy ciekłego metalu i nadaje się nieokragły zarys obwodowy odlewowi w drugim przekroju poprzecznym poprzez ustawienia osi kanału ukośnie względem linii pionowej.

W kolejnych operacjach odlewania kształtuje się odlewy o różnych rozmiarach drugiego przekroju poprzecznego poprzez kształtowanie pierwszego przekroju poprzecznego warstwy ciekłego metalu o pierwszej wielkości w pierwszej operacji odlewania i następnie kształtowanie w tym samym kanale pierwszego przekroju poprzecznego warstwy ciekłego metalu o drugiej wielkości w drugiej operacji odlewania.

Ogranicza się rozszerzanie się warstw ciekłego metalu od pierwszego przekroju poprzecznego do drugiego przekroju poprzecznego za pomocą pierścienia odlewniczego, a zarys obwodowy w pierwszym przekroju poprzecznym reguluje się poprzez zmienne usytuowanie w kanale płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego względem płaszczyzny drugiego przekroju poprzecznego.

Reguluje się obwodowy zarys pierwszego przekroju poprzecznego warstwy ciekłego metalu poprzez ustawienie osi kanału pionowo i reguluje się co najmniej jeden parametr z termicznej siły kurczącej wytworzonej w kolejnych częściach pierścieniowych warstwy, usytuowanych kątowo na jej obwodzie w płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych oraz względnego kąta, pod którym odpowiednie części pierścieniowe warstwy są rozszerzane od zarysu obwodowego pierwszego przekroju poprzecznego do zewnętrznego zarysu drugiego przekroju poprzecznego w granicznej płaszczyźnie drugich przekrojów poprzecznych, w której występuje temperatura solidusu. .

Krystalizator do odlewania ciekłego metalu, według wynalazku zawiera kanał mający otwór wlotowy, otwór wylotowy i oś kanału usytuowaną pomiędzy jego otworem wlotowym i otworem wylotowym oraz blok startowy zamocowany przesuwnie teleskopowo w otworze wylotowym kanału wzdłuż jego osi, przy czym kanał ma pierwszy przekrój poprzeczny usytuowany w pobliżu jego otworu wlotowego i ma szereg drugich przekrojów poprzecznych, usytuowanych pomiędzy blokiem startowym i pierwszym przekrojem poprzecznym.

Krystalizator według wynalazku charakteryzuje się tym, że kanał jest otoczony elementami zaporowymi rozciągającymi się na zewnętrznym obwodzie kanału od płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego kanału do płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału, przy czym drugie przekroje poprzeczne są większe od pierwszych przekrojów poprzecz187 487 nych, a w pobliżu płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału jest usytuowany zespół do wytwarzania termicznej siły kurczącej i zespół do regulowania wielkości termicznej siły kurczącej oraz równoważenia siły rozszerzającej w kolejnych warstwach stopionego metalu w jednej z płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału.

W krystalizatorze według wynalazku zespół do wytwarzania termicznej siły kurczącej zawiera pierścieniową wnękę, w której jest umieszczony gaz, olej lub ich mieszanina otaczające warstwy ciekłego metalu w płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych kanału.

Zespół do wytwarzania termicznej siły kurczącej zawiera elementy do odprowadzania ciepła z warstw metalu usytuowane na obrzeżu kanału w płaszczyznach jego drugich przekrojów poprzecznych.

Elementy odprowadzające ciepło z warstw metalu zawierają otwory wylotowe połączone ze źródłem chłodziwa i usytuowane po przeciwnej stronie, względem płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego kanału, granicznej płaszczyzny przekroju poprzecznego kanału, w której występuje temperatura solidusu.

Otwory wylotowe są usytuowane na obwodzie wokół osi kanału w dwóch rzędach, przy czym otwory wylotowe w poszczególnych rzędach są przesunięte względem siebie na obwodzie.

Na obrzeżu kanału w płaszczyźnie pierwszego przekroju poprzecznego i w płaszczyźnie drugiego przekroju poprzecznego jest rozmieszczony zestaw członów odlewniczych ograniczający obrzeże kanału do przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego.

Zestaw członów odlewniczych stanowi część grafitowego pierścienia odlewniczego.

Na obrzeżu kanału, w granicznej płaszczyźnie kanału jest usytuowany zespół do wyrównywania termicznej siły kurczącej wytwarzanej w kątowo kolejnych częściach pierścieniowych warstw metalu rozmieszczonych wokół ich.

Na obrzeżu kanału jest umieszczony zespół regulacyjny zmiany przekroju poprzecznego kanału od pierwszej wielkości do pierwszej operacji odlewania do drugiej, innej wielkości dla drugiej operacji odlewania w kanale w granicznej płaszczyźnie kanału.

Obecny wynalazek różni się całkowicie od różnych działań ze stanu techniki oddzielania lub smarowania warstw ciekłego metalu od ściany na ich powierzchniach styku i od działań ze stanu techniki skracania pasma styku pomiędzy nimi. Obecny wynalazek eliminuje styk pomiędzy warstwami ciekłego metalu i ścianą, poprzez zaproponowanie nowego sposobu nadawania odpowiednim warstwom wyznaczonego zarysu obrzeża w kanale podczas przechodzenia przez niego ciekłego metalu.

Według obecnego wynalazku, ogranicza się rozszerzanie odpowiednich warstw ciekłego metalu do pierwszego przekroju poprzecznego kanału w płaszczyźnie jego pierwszego przekroju poprzecznego i umożliwia się rozszerzanie odpowiednich warstw na zewnątrz obwodu od zarysu obwodowego pierwszego przekroju poprzecznego ukośnie na zewnątrz względem osi kanału, w której warstwy przybierają progresywnie zwiększony na zewnątrz przekrój poprzeczny kanału w płaszczyźnie jego drugiego przekroju. Ponadto, wytwarza się termiczną siłę kurczącą w odpowiednich warstwach ciekłego metalu, gdy przybierają one jej drugie przekroje poprzeczne, i reguluje się wielkości termicznych sił kurczących w odpowiednich warstwach tak, że termiczne siły kurczące równoważą siły rozszerzające w odpowiednich warstwach jednej z płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału i nadają swobodnie uformowany zarys obwodowy metalu w czasie jego krzepnięcia. W ten sposób, warstwy ciekłego metalu nie stykają się już ze ścianą lub jakimiś innymi elementami zaporowymi, ponieważ wymusza się przepływ stopionego metalu w nich do środka. Dzięki temu metal poszczególnych warstw łączy się ze sobą i tworzy się spójne obrzeże określone przez działające siły, nie zaś przez otaczającą warstwy ścianę. Działanie termicznych sił kurczących eliminuje styk metalu warstw z elementami zaporowymi. To oznacza, że nie potrzebny jest już smar lub bufor na powierzchni styku pomiędzy warstwami i środkami ograniczającymi obrzeże, ale to nie wyklucza zastosowania smaru lub środka buforującego na powierzchni styku. Sprężony gaz i olej doprowadza się do kanału przez środki zaporowe.

Termiczne siły kurczące generuje się poprzez odprowadzanie ciepła od odpowiednich warstw w kierunku na zewnątrz obwodu od osi kanału w płaszczyznach jej drugich przekrojów poprzecznych. Na przykład ciepło odprowadza się z warstw poprzez medium przewodzą8

187 487 ce ciepło rozmieszczone wokół zarysu obwodowego drugich przekrojów poprzecznych kanału i zespół do odprowadzania ciepła od warstw metalu poprzez medium. Szczególnie korzystnie ustawia się przewodzące ciepło elementy zaporowe wokół zarysów obwodowych drugich przekrojów poprzecznych kanału i odprowadza się ciepło od warstw przez elementy zaporowe, na przykład przez odprowadzanie ciepła od warstw poprzez komorę pierścieniową ukształtowaną wokół środków zaporowych, w której cyrkuluje się ciecz chłodzącą.

Ciepło odprowadza się także z warstw poprzez metal, poprzez doprowadzanie ciekłego chłodziwa do metalu po przeciwnej stronie płaszczyzny jednego drugiego przekroju poprzecznego kanału od jej płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego. Korzystnie, ciekłe chłodziwo jest doprowadzane na metal pomiędzy płaszczyznami usytuowanymi poprzecznie do osi kanału i wspólnymi dla dna i obrzeża korytowo ukształtowanego modelu uformowanego przez kolejno zbieżne izotermy metalu.

Ciekłe chłodziwo doprowadza się do metalu z pierścienia uformowanego wokół osi kanału pomiędzy jedną płaszczyzną drugiego przekroju poprzecznego kanału i otworem jej końca wylotowego, lub doprowadza się ciekłe chłodziwo do metalu z pierścienia uformowanego wokół osi kanału na drugiej stronie otworu jej końca wylotowego z płaszczyzny jednego drugiego przekroju poprzecznego kanały. Korzystnie, doprowadza się ciekłe chłodziwo do metalu z zestawu otworów usytuowanych wokół osi kanału w formie pierścienia i rozdzielonych na rzędy otworów, w których otwory są rozmieszczone przestawnie względem siebie w rzędach i pomiędzy rzędami.

Szczególnie korzystnie pierścień ustawia się dookoła w formie na zewnętrznym obrzeżu kanału, a w innych przykładach pierścień ustawia się dookoła w formie na zewnętrznym obrzeżu kanału w pobliżu otworu jej końca wylotowego.

Odpowiednie warstwy ciekłego metalu nakłada się na blok startowy i kształtuje się odlew metalowy wydłużony osiowo względem kanału. Następnie dzieli się podłużny odlew na kolejne odcinki na długości, i te kolejne wydłużone odcinki później obrabia się, na przykład przez kucie.

W pewnych wariantach zilustrowanych częściowo na rysunkach, ustawia się elementy zaporowe wokół osi kanału i ogranicza się rozszerzanie na zewnątrz odpowiednich warstw do przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego. Elementy zaporowe mogą być elementami elektromagnetycznymi, zestawami noży lub innymi elementami zaporowymi. Korzystnie, elementy zaporowe kształtuje się z szeregu powierzchni pierścieniowych wokół osi kanału dla zapewnienia przyjmowania przez odpowiednie warstwy progresywnie zwiększającego się na zewnątrz drugiego przekroju poprzecznego kanału w płaszczyznach jej drugich przekrojów poprzecznych. W szczególnych przykładach, poszczególne powierzchnie pierścieniowe kształtuje się osiowo jedna za drugą, ale przesunięte względem obwodu na zewnątrz od siebie i ustawia się je wzdłuż kątów odchylonych do zewnątrz od osi kanału tak, że odpowiednie warstwy przyjmują progresywnie zwiększającego się na zewnątrz drugiego przekroju poprzecznego kanału w płaszczyznach jej drugich przekrojów poprzecznych.

Korzystnie, łączy się ze sobą powierzchnie pierścieniowe osiowo względem kanału z utworzeniem pierścieniowego obrzeża. Jak przedstawiono, obrzeże odlewu kształtuje się na ścianie kanału lub na wewnętrznym obrzeżu innych elementów zaporowych kanału, pomiędzy płaszczyzną pierwszego przekroju poprzecznego kanału i otworem jej końca wylotowego.

Kiedy część ściany kształtuje się przez grafitowy pierścień odlewniczy, pierścieniowe obrzeże kształtuje się wokół wewnętrznej powierzchni pierścienia.

Wewnętrzną powierzchnię pierścienia kształtuje się jako prostoliniową w przekroju lub z krzywoliniowym rozszerzeniem.

W sposobie i w krystalizatorze według wynalazku można kształtować odlew o dowolnie dobranym kształcie zarysu obwodowego i żądanym rozmiarze przekroju poprzecznego określonym przez zarys. Pożądany kształt i/lub wielkość kształtuje się prosto poprzez ustawienie się osi kanału wzdłuż linii pionowej w pożądany sposób. Na przykład, oś kanału ustawia się wzdłuż linii pionowej, a zarys pierwszego przekroju poprzecznego ogranicza się do kołowego zarysu obwodowego i nadaje się niekołowy zarys obwodowy korpusowi metalu w płaszczyźnie jednego z drugich przekrojów poprzecznych kanału. Albo ustawia się oś kanału wzdłuż

187 487 linii pionowej, ogranicza się pierwszy przekrój poprzeczny do kołowego zarysu obwodowego i nadaje się kołowy zarys obwodowy odlewowi w płaszczyźnie jednego z drugich przekrojów poprzecznych kanału. Korzystnie także ustawia się oś wzdłuż jednej linii pionowej i ukośnie do linii pionowej, ogranicza się pierwszy przekrój poprzecznego do niekołowego zarysu obwodowego i nadaje się niekołowy zarys obwodowy odlewowi w płaszczyźnie jednego z drugich przekrojów poprzecznych kanału.

Krystalizator według wynalazku może być stosowany do kształtowania odlewów o różnych kształtach i rozmiarach przekroju poprzecznego w kolejnych operacjach odlewania.

W wielu korzystnych wariantach wynalazku ustawia się oś wzdłuż linii pionowej, ogranicza się kołowy zarys obwodowy pierwszego przekroju poprzecznego i zmienia się co najmniej jeden z grupy parametrów obejmujących względne termiczne siły kurczące wytworzone w odpowiednich kątowo kolejnych częściach pierścieniowych warstw rozmieszczonych wokół ich obwodu w płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych kanału i pod kątami, przy których odpowiednie części pierścieniowe warstw rozszerzają się od zarysu obwodowego pierwszego przekroju poprzecznego do szeregu płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych przyjmując drugi przekrój poprzeczny w celu wytworzenia żądanego kształtu zarysu obwodowego w korpusie metalu w płaszczyźnie jednego drugiego przekroju poprzecznego. Przy wytwarzaniu żądanego kształtu, ponadto jeden parametr kontrolny zmienia się dla zneutralizowania zróżnicowania różnic występujących pomiędzy odpowiednimi siłami rozszerzającymi w kątowo kolejnych częściach pierścieniowych warstw, które są wzajemnie przeciwległe do siebie poprzecznie do kanału w płaszczyznach trzecich przekrojów poprzecznych kanału usytuowanych równolegle do jej osi.

W powyższych przypadkach, wyrównuje się siły rozszerzające wytwarzane w tych kątowo kolejnych segmentach pierścieniowych warstw usytuowanych wokół ich obrzeża i po przeciwległych względem siebie stronach kanału w płaszczyźnie drugiego przekroju poprzecznego kanału. W tych przykładach, na przykład, termiczne siły kurczące wytwarzane poprzez odprowadzanie ciepła z kątowo kolejnych części pierścieniowych warstw w płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych kanału, równoważy się poprzez zmianę prędkości odprowadzania ciepła pomiędzy wzajemnie przeciwległymi częściami pierścieniowymi warstw. Gdy ciepło odprowadza się poprzez doprowadzanie ciekłego chłodziwa do korpusu metalu po przeciwległych stronach płaszczyzny jednego drugiego przekroju poprzecznego kanału od płaszczyzny jej pierwszego przekroju poprzecznego, objętość ciekłego chłodziwa doprowadzanego do odpowiednich części pierścieniowych korpusu metalu zmienia się dla zmiany prędkości odprowadzania ciepła od wzajemnie przeciwległych pierścieniowych części warstw.

Wielkości, do których ogranicza się przekroje poprzeczne w odpowiednich operacjach odlewania pierwszej i drugiej, zmienia się poprzez zmianę wielkości zarysu obwodowego, do którego pierwszy przekrój poprzeczny jest ograniczony w płaszczyźnie pierwszego przekroju poprzecznego kanały.

Kiedy ustawia się elementy zaporowe wokół osi kanału do ograniczenia rozszerzania warstw do odpowiednich przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego kanału, wielkość zarysu obwodowego, do której ogranicza się pierwszy przekrój poprzeczny kanału, zmienia się przesuwając elementy zaporowe i płaszczyzny przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego kanału względem siebie. Ponadto, elementy zaporowe i płaszczyzny przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego kanału przesuwa się względem siebie zmieniając objętość ciekłego metalu nakładanego na blok startowy i przesuwa się odpowiednie płaszczyzny względem elementów zaporowych albo obraca się elementy zaporowe wokół osi obrotu poprzecznej do osi kanału.

Wielkość zarysu obwodowego, do której ogranicza się pierwszy przekrój poprzeczny kanału, zmienia się poprzez rozdzielenie elementów zaporowych parami i ustawia się odpowiednie pary elementów zaporowych wokół osi kanału na dwóch przeciwległych ich bokach, a odpowiednie pary elementów zaporowych przesuwa się względem siebie poprzecznie do osi kanału. Ponadto, jedną z par elementów zaporowych po prostu przesuwa się względem siebie poprzecznie do osi kanału ustawiając jego pary względem siebie, albo parę środków zaporo10

187 487 wych obraca się wokół osi obrotu poprzecznej do osi kanału, aby przesunąć pary elementów zaporowych względem siebie.

Wielkość zarysu obwodowego może być zmieniona także poprzez rozdzielenie elementów zaporowych parami i ustawienie tych par elementów zaporowych wokół osi kanału kolejno osiowo jedne za drugimi i przesuwanie par elementów zaporowych względem siebie osiowo względem kanału, na przykład poprzez odwrócenie pary elementów zaporowych względem siebie i względem osi kanału..

Termiczne siły kurczące szczególnie korzystnie wytwarza się we wszystkich kątowo kolejnych częściach pierścieniowych warstw rozmieszczonych wokół obwodu warstw.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1-5 przedstawiają kilka, wykonanych sposobem według wynalazku, zarysów przekrojów poprzecznych odlewów, fig. 6-8 - schematyczne zarysy przekrojów wzdłużnych kanałów krystalizatorów stosowanych do odlewania odlewów z fig. 1-3; fig. 9 - kanał krystalizatora do wytwarzania odlewu o zarysie przekroju poprzecznego w kształcie V z fig. 4, w rzucie pionowym od dołu; fig. 10 - kanał krystalizatora do wytwarzania odlewu o niesymetrycznym zarysie przekroju poprzecznego z fig. 5, w rzucie pionowym od dołu; fig. 11 - krystalizator w widoku perspektywicznym i w przekroju wzdłuż linii 11-11 na fig. 9; fig. 12 - powiększoną środkową część krystalizatora z fig. 11 w bardziej nachylonym widoku perspektywicznym i w przekroju; fig. 13 - fragment krystalizatora w widoku wzdłuż linii 13,15 z fig. 17, ukazujący dwa rzędy otworów wylotowych chłodziwa, zastosowanych do odprowadzania ciepła z kolejnych części pierścieniowych odlewu w jego wypukłych częściach z fig. 9,11,12; fig. 14 - fragment krystalizatora w przekroju poprzecznym wzdłuż linii 14-14 na fig. 9, w bardziej nachylonym widoku perspektywicznym; fig. 15 - fragment krystalizatora w przekroju poprzecznym wzdłuż linii 13,15-13,15 z fig. 17, ukazującym dwa rzędy otworów wylotowych chłodziwa, zastosowanych do odprowadzania ciepła z kolejnych części pierścieniowych odlewu w jego wklęsłych częściach, dla porównania z dwoma zestawami wylotów przewodów z fig. 13; fig. 16 - zarys wzdłużny poziomego kanału krystalizatora; fig. 17 - fragment krystalizatora w przekroju osiowym, odpowiadający obu przekrojom poprzecznym kanału z fig. 9 i 10 w czasie operacji odlewania do kanału; fig. 18 - fragment krystalizatora w przekroju osiowym, odpowiadający obu przekrojom poprzecznym kanału z fig. 9-15, z innym przykładem wykonania pierścienia odlewniczego niż na fig. 17 i z dołączonym schematem sił działających w krystalizatorze; fig. 19 - schematyczną ilustrację zasady tworzenia się powierzchni odlewanego metalu w każdym kanale, przy zastosowaniu zestawu kątowo usytuowanych kolejno przeciwprostokątnych; fig. 20 - jest arytmetyczną ilustracją danych zasad; fig. 21 - fragment przykładu wykonania krystalizatora w przekroju wzdłużnym, ze zmodyfikowanym przewodem chłodziwa, który zapewnia wypływ chłodziwa bezpośrednio do kanału krystalizatora; fig. 22 - fragment innego przykładu wykonania krystalizatora w przekroju wzdłużnym, ukazujący pierścień odlewniczy z krzywoliniowym przekrojem wzdłużnym; fig. 23 - kolejny przykład wykonania krystalizatora w powiększonym przekroju wzdłużnym, zaznaczonym liniami przerywanymi, zawierający odwracalny pierścień odlewniczy; fig. 24 - przekrój poprzeczny przez typowy odlew ukazujący ukształtowany w postać koryta model kolejno zbieżnych izoterm i jego płaszczyznę izotermiczną; fig. 25 - schematyczną ilustrację wytwarzania odlewu o owalnym lub innym niesymetrycznym zarysie obwodowym poprzez nachylenie osi kanału; fig. 26 - schematyczną ilustrację innego sposobu wytwarzania odlewu o owalnym lub innym niesymetrycznym zarysie obwodowym poprzez zmianę szybkości, z jaką ciepło jest odprowadzane od kątowo kolejnych segmentów odlewu na przeciwległych stronach kanału; fig. 27 - schematyczną ilustrację trzeciego sposobu wytwarzania odlewu o owalnym lub innym niesymetrycznym zarysie obwodowym poprzez zmianę nachylenia powierzchni odlewania na przeciwległych stronach kanału; fig. 28 - jest schematyczną ilustracją sposobu zmiany wymiarów pola przekroju poprzecznego odlewu; fig. 29 - rzut czterobocznego regulowanego kanału do wytwarzania wlewki do walcowania, którego przeciwległe końce są przesuwne względem siebie; fig. 30 - schematyczną ilustrację jednej pary wzdłużnych członów odlewniczych kanału, dostosowanych do obracania według wynalazku; fig. 31 - wzdłużne człony odlewnicze regulowanego kanału, w widoku perspektywicznym przy ich nieruchomym zamo187 487 cowaniu; fig. 32 - człon odlewniczy z fig. 31 w widoku z góry; fig. 33 - przekrój poprzeczny członu odlewniczego wzdłuż linii 33-33 z fig. 31; fig. 34 - przekrój poprzeczny członu odlewniczego wzdłuż linii 34-34 z fig. 31; fig. 35 - przekrój poprzeczny członu odlewniczego wzdłuż linii 35-35 z fig. 31; fig. 36 - przekrój poprzeczny członu odlewniczego wzdłuż linii 36-36 z fig. 31; fig. 37 - schematyczną ilustrację środkowego przekroju regulowanego kanału utworzonego z członów odlewniczych pokazanych na fig. 30; fig. 38 - schematyczną ilustrację środkowego przekroju innego przykładu regulowanego kanału utworzonego z członów odlewniczych pokazanych na fig. 30 o zmniejszonej długości; fig. 39 - produktu końcowy odlewu w widoku perspektywicznym, który został podzielony na wiele wzdłużnych segmentów; fig. 40 - schematyczną ilustrację znanego kanału z zaznaczeniem temperatury na powierzchni styku pomiędzy warstwami ciekłego metalu i powierzchnią odlewu; fig. 41 - ilustrację przykładu wykonania kanału według wynalazku podobną do fig. 40, z zaznaczoną temperaturą na powierzchni styku pomiędzy warstwami ciekłego metalu i powierzchnią odlewu przy zastosowaniu zbieżności kanału 1°; fig. 42 - ilustrację przykładu wykonania kanału według wynalazku podobną do fig. 40, z zaznaczoną temperaturą na powierzchni styku pomiędzy warstwami ciekłego metalu i powierzchnią odlewu przy zastosowaniu zbieżności kanału 3; fig. 43 - ilustrację kolejnego przykładu wykonania kanału według wynalazku podobną do fig. 40, z zaznaczoną temperaturą na powierzchni styku pomiędzy warstwami ciekłego metalu i powierzchnią odlewu przy zastosowaniu zbieżności kanału 5°.

Na figurach 1-8 przedstawiono schematycznie zarysy przekrojów poprzecznych i wzdłużnych przykładowych odlewów wykonywanych sposobem według wynalazku. Sposobem według wynalazku można odlać dowolny kształt zgodny z życzeniem. Odlewanie prowadzi się poziomo, pionowo lub w kierunku nachylonym względem poziomu. Na fig. 1 i 6 przedstawiono odpowiednio odlewy o kształcie cylindrycznym uzyskane z pionowo usytuowanego krystalizatora, na fig. 2 i 7 przedstawiono odlew o kształcie cylindrycznym z poziomego krystalizatora, na fig. 3 i 8 ukazano odlew o przekroju owalnym lub o innym symetrycznym kształcie niekołowym, na fig. 4 ukazano odlew o niekołowym zarysie przekroju poprzecznego mającego symetrię osiową, w szczególności w kształcie V, a na fig. 5 przedstawiono odlew o całkowicie niesymetrycznym zarysie przekroju.

Ostateczny kształt odlewu przed późniejszym skurczem jest pokazany linią 91 na fig. 1-5. Ponieważ każdy odlew podlega skurczowi poniżej lub na lewo od granicznej płaszczyzny 90 zaznaczonej na fig. 6,7 i 8, jego końcowy kształt ma nieco mniejsze pole przekroju poprzecznego i mniejszy zarys obwodowy niż te widoczne na fig. 1-5. W celu zilustrowania wynalazku poglądowo, wybrano do przedstawienia obszary i zarysy odlewów po uzyskaniu w nich zrównoważenia sił rozszerzających przez siły skurczu termicznego, to jest, kiedy została osiągnięta w każdym z nich temperatura solidusu. Ta temperatura występuje w granicznej płaszczyźnie 90 z fig. 18 przedstawionej na każdej z fig. 6-8. Pozostałe oznaczenia liczbowe i cechy, do których się odnoszą, zostaną wyjaśnione w ciągu dalszego opisu.

Odnosząc się do fig. 9-20, każdy z kształtów odlewu wytworzono w krystalizatorze 2 mającym kanał 4 z otwartym końcem, otwór wlotowy 6 na końcu wlotowym i zestaw otworów wylotowych 8 ciekłego chłodziwa rozmieszczonych kołowo wokół otworu wylotowego 10 kanału 4. Oś 12 krystalizatora może być usytuowana wzdłuż linii pionowej lub ukośnie do linii pionowej, a także wzdłuż linii poziomej. Przekrój osiowy krystalizatora 2 z fig. 17 i 18 jest typowy, ale tylko w zakresie cech konstrukcyjnych obrzeża kanału 4, natomiast zmienia się jego nachylenie, jak to zostanie dalej wyjaśnione. Usytuowanie osi 12 krystalizatora 2 ukośnie do linii pionowej również powoduje zmiany, które są znane fachowcom w tej dziedzinie. Ale ogólnie, każda z form pionowych pokazanych na fig. 9-15 i 17 zawiera pierścieniowy korpus 14 i dwie płyty pierścieniowe, odpowiednio, górną 16 i dolną 18, które są przymocowane od góry i od dołu pierścieniowego korpusu 14. Wszystkie trzy części są wykonane z metalu i mają kształt w rzucie pionowym odpowiadający kształtowi odlewu, który ma być wytworzony w kanale 4 krystalizatora 2. Ponadto, kanał 4 pierścieniowego korpusu 14 krystalizatora 2 ma pierścieniowe wgłębienie 20 o takim samym kształcie jak sam korpus, a powierzchnia końcowa 22 pierścieniowego wgłębienia 20 jest usytuowana poniżej otworu wlotowego 6, zaś w pierścieniowym wgłębieniu 20 jest umieszczony grafitowy pierścień od12

187 487 lewniczy 24 o takim samym kształcie jak pierścieniowe wgłębienie 20. Otwór w pierścieniu odlewniczym 24 ma mniejszą powierzchnie przekroju poprzecznego na górze niż powierzchnia końca wylotowego 10 kanału 4 tak, że na jego wewnętrznym obrzeżu pierścień odlewniczy wystaje do otworu wylotowego 10. Pierścień odlewniczy 24 ma także mniejszą powierzchnię przekroju poprzecznego na dole tak, że również wystaje do otworu wylotowego 10, a pomiędzy poziomami górnym i dolnym pierścienia odlewniczego 24, jego obrzeże wewnętrzne tworzy powierzchnię odlewania 26, rozbieżną na zewnątrz od osi 12 w kierunku do dołu. Powierzchnia odlewania 26 może mieć prostoliniowy zarys przekroju wzdłużnego, jak w pokazanym przykładzie, ale może on być także krzywoliniowy, jak będzie to dalej wyjaśnione dokładniej. Zwykle, rozbieżność powierzchni odlewania 26 jest około 1-12 stopni względem osi 12 krystalizatora 1 i kanału 4, ale powierzchnia odlewania 26 może mieć różne nachylenie, które może zmieniać się na obwodzie kanału 4, co zostanie wyjaśnione. Otwór wlotowy 6 w płycie górnej 16 ma mniejszą powierzchnię niż powierzchnia korpusu 14 krystalizatora 1 i pierścienia odlewniczego 24, tak że płyta górna 16 wystaje do kanału 4 nad korpusem 14 i pierścieniem odlewniczym 24, jak pokazano i jest zamocowana do nich za pomocą śrub 28 lub tym podobnych. Płyta górna 16 ma mały występ wystający nad kanałem 4 na wewnętrznym jej obrzeżu. Otwór 30 w płycie dolnej 18 ma największą powierzchnię ze wszystkich pierścieni i faktycznie jest na tyle duży, że są utworzone dwie ukośne powierzchnie 32,34 wokół dna korpusu 14, pomiędzy otworem wylotowym 10 kanału 4 i wewnętrznym obrzeżem płyty dolnej 18.

W korpusie 14 są dwie pierścieniowe komory 36 usytuowane wokół kanału 4, a w celu zastosowania rozdzielonego natrysku chłodziwa z wykorzystaniem przegrody, znanego z opisów patentowych US 5,518,063, 5,685,359 i 5,582,230, w dnie korpusu 14 są rozmieszczone otwory wylotowe 8 ciekłego chłodziwa 37, które kończą otwory wylotowe 8 w rzędach 38 i 40 nachylone do osi 12 kanału 4 i są usytuowane odpowiednio na ukośnych powierzchniach 32 i 34 korpusu 14. Na ich górze, otwory wylotowe 8 w rzędach 38 i 40 są połączone z dwoma obwodowymi rowkami 42, które są ukształtowane wokół wewnętrznych obrzeży odpowiednich pierścieniowych komór 36, ale są od nich odizolowane za pomocą dwóch elastomerowych pierścieni 44 tak, że mogą tworzyć wylotowy przewód rozgałęźny pierścieniowych komór. Przewody rozgałęźne są połączone z odpowiednimi pierścieniowymi komorami 36 do przejmowania z nich chłodziwa 37 przez dwa zestawy usytuowanych obwodowo dysz 46, które także służą jako środki do obniżania ciśnienia chłodziwa zanim zostanie ono wydzielone przez odpowiednie otwory wylotowe 8 w rzędach 38 i 40. Patrz opisy patentowe US 5,582,230 i US 5,685,359, które wyjaśniają także dokładniej wzajemne nachylenie zestawów otworów wylotowych względem siebie i do osi kanału tak, że bardziej nachylone otwory wylotowe 8 w rzędzie 38 wytwarzają natrysk bardziej styczny od korpusu metalu niż ten wydobywający się z otworów wylotowych 8 w rzędzie 40, co schematycznie przedstawiono na powierzchni metalu 48 na fig. 17.

Krystalizator 2 ma także wiele dodatkowych części składowych włącznie z kilkoma elastomerowymi pierścieniami uszczelniającymi, z których niektóre są pokazane na połączeniach pomiędzy korpusem krystalizatora i dwiema płytami. Dodatkowo, pokazano schematycznie element, oznaczony ogólnie jako 50, do przepływu oleju i gazu od kanału 4 na powierzchni odlewania 26 pierścienia odlewniczego 24 tworzący tuleję olejową osłaniającą gaz (nie pokazane) wokół warstw ciekłego metalu w operacji odlewania, przy czym szczegółowa konstrukcja jest znana z opisu patentowego US 4,598,763. Podobnie, opis patentowy US 5,318,098 wyjaśnia szczegóły układu 52 do wykrywania przecieku.

Pokazany na fig. 18 przykład wykonania krystalizatora 54 jest zasadniczo taki sam z tym wyjątkiem, że otwór wlotowy płyty górnej 55 i górnej części grafitowego pierścienia odlewniczego 56 są zaprojektowane tak, że zapewniają większy występ 58 niż pierścień odlewniczy 24 na fig. 9-15 i 17, wskutek czego kieszeń gazowa wymagana dla sposobu z opisu patentowego US 4,598,763 jest większa.

Kiedy operacja odlewania ma być przeprowadzana w krystalizatorze 2 z fig. 17 lub w krystalizatorze 54 z fig. 18, przesuwny blok startowy 60 mający kształt kanału 4 krystalizatora jest teleskopowo umieszczany w wylotowym otworze 10 lub 10' kanału 4 do styku z na187 487 chyloną wewnętrzną obwodową powierzchnią odlewania 26 lub 62 pierścienia odlewniczego 24 lub 56 w płaszczyźnie przekroju poprzecznego kanału usytuowanej poprzecznie do osi i oznaczonej jako 64 na fig. 18. Wtedy dostarcza się ciekły metal albo do otworu wlotowego 6 albo 65 i dostarcza się ciekły metal do wnętrza odpowiedniego kanału albo przez otwór górny 66 pierścieniu odlewniczego 56 z fig. 18 albo przez rynnę spustową 68 wychodzącą od gardzieli ukształtowanej przez otwór wlotowy 6 w płycie górnej 16 z fig. 17.

Początkowo, blok startowy 60 jest unieruchomiony w punkcie spoczynku w otworze wylotowym 10, 10’ kanału, a metal jest gromadzony i tworzy się porcja początkowa 70 materiału na wierzchu bloku startowego. Porcja początkowa materiału jest zwykle gromadzona do płaszczyzny 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału 4 usytuowanej poprzecznie do osi 12 kanału 4, jak pokazano na fig. 18. Ten etap gromadzenia jest powszechnie zwany „tworzenie korka” lub etap „początkowy” operacji odlewania. Po nim następuje drugi etap, tak zwany etap „przepływu” i w tym etapie blok startowy 60 jest obniżany w gnieździe (nie pokazane) poniżej krystalizatora 2, a dodatkowy ciekły metal jest ciągle dodawany do kanału 4 powyżej bloku startowego 60. W międzyczasie, porcja początkowa 70 materiału jest przesuwana razem z blokiem startowym 60 do dołu przez szereg płaszczyzn 74 drugich przekrojów poprzecznych kanału usytuowanych poprzecznie do jego osi 12, a w miarę przesuwania go przez szereg tych płaszczyzn, dostarcza się do materiału chłodziwo 37 z otworów wylotowych 8 w rzędach 38 i 40 do bezpośredniego chłodzenia metalu mającego teraz tendencje do przyjmowania określonego kształtu na bloku. Dodatkowo, kieruje się przepływ sprężonego gazu i oleju do kanału przez powierzchnię grafitowego pierścienia odlewniczego, przy zastosowaniu elementów wskazanych ogólnie jako 50 na fig. 17 i 18.

Jak najlepiej widać na fig. 18, dostarczając ciekły metal tworzy się warstwy 76 ciekłego metalu, które są kolejno nakładane na wierzch porcji początkowej 70 metalu w punkcie bezpośrednio poniżej otworu górnego pierścienia odlewniczego i w pobliżu płaszczyzny 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału 4. Zwykle, ten punkt jest na środku kanału krystalizatora, a w przypadku, gdy jest on symetrycznie lub niesymetrycznie niekołowy, jest zwykle zbieżny z „płaszczyzną symetrii termicznej” 78 (fig. 10 i 24) kanału, co zostanie wyjaśnione w pełni później. Ciekły metal może także być dostarczany do kanału w dwóch lub więcej jego punktach, zależnie od kształtu przekroju poprzecznego kanału i sposobu dostarczania ciekłego metalu do procesu odlewania. W każdym przypadku, kiedy warstwy 76 są nakładane na porcję początkową 70 w pobliżu płaszczyzny 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału 4, odpowiednie warstwy podlegają pewnym zasadom hydrodynamiki, a w szczególności, kiedy każda napotyka obiekt, ciekły lub stały, który odchylają od kierunku osiowego kanału lub na zewnątrz jej obwodu, co zostanie wyjaśnione.

Kolejne warstwy w rzeczywistości tworzą strumień ciekłego metalu i w jako takich, w warstwach występują szczególne siły działające na nie i te siły są określone tutaj jako „siły rozszerzające” S (fig. 20) działające względem obrzeżą na zewnątrz od osi 12 kanału 4 w sąsiedztwie płaszczyzny 72 pierwszego przekroju poprzecznego. To znaczy, że te siły mają tendencję do rozszerzania ciekłego metalu w tym kierunku i wymuszania kontaktu ciekłego metalu z powierzchnią odlewania 26 lub 62 grafitowego pierścienia odlewniczego 24 i 56. Wielkość sił rozszerzających jest funkcją wielu czynników, włącznie z wewnętrznymi siłami hydrostatycznymi w strumieniu ciekłego metalu w punkcie, w którym każda warstwa ciekłego metalu jest nakładana na porcję początkową materiału, lub na warstwy poprzednie strumienia. Inne czynniki stanowią temperatura ciekłego metalu, jego skład i prędkość, z jaką ciekły metal jest dostarczany do kanału. Elementy regulujące do regulowania prędkości są schematycznie pokazane jako 80 na fig. 17. Patrz także w związku z tym opis patentowy US 5,709,260. Siły rozszerzające nie muszą być jednakowe we wszystkich kierunkach kątowych od punktu dostarczania, a oczywiście w przypadku poziomego lub ukośnego kanału, nie należy oczekiwać, że będą równe we wszystkich kierunkach. Ale jak będzie wyjaśnione, to uwzględniono w obecnym wynalazku i wykorzystano w niektórych przykładach wykonania wynalazku.

Gdy każda warstwa ciekłego metalu dociera do powierzchni odlewania 26 lub 62 pierścienia odlewniczego, działają pewne dodatkowe siły, włącznie z siłami fizycznymi lepkości, napięcia powierzchniowego i kapilamości. Te z kolei nadają powierzchni warstwy kąt zwilża14

187 487 nia ukośnie nachylony względem powierzchni 26 lub 62 pierścienia odlewniczego, jak również płaszczyzny 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału. Na powierzchni styku, występują pewne termiczne zjawiska i te zjawiska generują z kolei ciągle powiększające się siły kurczące „C” (fig. 20) w ciekłym metalu, to jest siły przeciwne do sił rozszerzających i prowadzące do kurczenia się metalu względem obrzeża do wewnątrz względem osi, a nie na zewnątrz. Ale chociaż ciągle zwiększające się, te siły kurczące pojawiają się stosunkowo późno, to przy danej odpowiedniej prędkości dostarczania do kanału krystalizatora, przy której siły rozszerzające przewyższają termiczne siły kurczące w warstwie, kiedy warstwa styka się z powierzchnią odlewania 26, 62 pierścienia odlewniczego w płaszczyźnie 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału, pozostałe siły rozszerzające będą znaczną „siłą napędzającą”, jaka działa na warstwę w pierwszym przekroju poprzecznym 82 (fig. 19) opisanym pierścieniem 83 (fig. 18) powierzchni w tej płaszczyźnie. Jest więc naturalne, że gdy metal warstwy wejdzie w kontakt z powierzchnią pierścienia 83, będzie on kierowany do szeregu płaszczyzn 74 drugich przekrojów poprzecznych kanału, nie tylko wskutek nachylenia powierzchni odlewania 26 lub 62 do osi 12 kanału 4, ale także w wyniku naturalnego odchylania metalu wskutek ukośnie nachylonego względem osi kierunku działania na metal wspomnianych wcześniej sił fizycznych. Jednak, gdyby powierzchnia odlewania 26 lub 62 była sytuowana pod kątem prostym do płaszczyzny 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału 4, jak ma to miejsce w stanie techniki, wtedy przeciwstawiałaby się tej tendencji i zamiast sprzyjać naturalnemu nachyleniu metalu warstwy, udaremniałaby to, wymuszając zmianę kierunku przepływu metalu warstwy pod kątem prostym i przepływ wzdłuż powierzchni równolegle do osi, przy zachowaniu ścisłego styku z powierzchnią odlewania. Ten styk prowadzi do tarcia, a tarcie z kolei jest niepożądane ze względu na konstrukcję kanału, co powoduje, że dąży się do uniknięcia go lub oddzielenia metalu warstw od powierzchni odlewania, aby zminimalizować rolę tarcia pomiędzy nimi. Oczywiście, tarcie minimalizuje się w wielu przypadkach poprzez zastosowanie smarów. Jak wskazano wcześniej, pomiędzy metalem warstwy i powierzchnią odlewania występuje intensywne przekazywanie ciepła, a ze smarami są związane problemy różnego rodzaju, polegające na tym, że pod wpływem intensywnego ciepła smar ma tendencję do rozkładania się i często produkty rozkładu reagują z powietrzem na powierzchni styku pomiędzy metalem i powierzchnią odlewania i wytwarzają tlenki metali lub tym podobne, które z kolei stają się cząstkami rysującymi (nie pokazane) na powierzchni styku i powodują powstawanie wady odlewniczej, tak zwanych „zamków błyskawicznych” wzdłuż osiowego wymiaru produktu wytwarzanego w ten sposób. Dlatego, chociaż smary zmniejszają efekt tarcia, stwarzają one różnego rodzaju problemy, które nie zostały jeszcze rozwiązane.

Odnosząc się do fig. 18-20 należy zauważyć, że na obwodzie 84 (fig. 19) pierwszego przekroju poprzecznego 82, metal każdej warstwy jest nie tylko kierowany do płaszczyzn 74 drugich przekrojów poprzecznych kanału, ale także dociera do zwiększonego drugiego przekroju poprzecznego 85, który ma progresywnie zwiększające się na zewnątrz wymiary na obwodzie w odpowiednich płaszczyznach 74 drugich przekrojów poprzecznych. Metal warstwy nie jest nigdy swobodny w rozlewaniu się w tych płaszczyznach, ale jest cały czas pod kontrolą elementów przegrodowych, które są zapewnione przez pierścieniowe obrzeże 86 powierzchni odlewania 26 lub 62 pierścienia odlewniczego w odpowiednich płaszczyznach 74 drugich przekrojów poprzecznych kanału. Pierścieniowe obrzeża 86 ograniczają, ciągłe rozszerzanie na zewnątrz obwodu warstwy i określają zarys obwodowy 88 zwiększonego drugiego przekroju poprzecznego 85 nadawanego metalowi warstwy w płaszczyznach 74 drugich przekrojów poprzecznych. Ze względu na nachylenie powierzchni odlewania na zewnątrz względem osi 12 i usytuowanie poszczególnych pierścieniowych obrzeży 86 schodkowo na zewnątrz względem siebie, działają tak, że metal warstwy może rozszerzać się progresywnie na zewnątrz w kolejnych płaszczyznach drugich przekrojów poprzecznych 74, jak wskazano. W międzyczasie, powstające w warstwie metalu termiczne siły kurczące „C” (fig. 20) zaczynają przeciwdziałać siłom rozszerzającym pozostającym w niej i ostatecznie równoważyć wszystkie siły rozszerzające tak, że kiedy to zostanie osiągnięte, cofający efekt zaporowy „R” może być pominięty w równaniu z fig. 20. Tak więc przegroda nie będzie dalej potrzebna. Metal osiąga temperaturę solidusu i metal 48 staje się w rezultacie odlewem mającym swoją

187 487 własną postać, chociaż ciągle podlega w pewnym stopniu kurczeniu się poprzecznie do osi 12 kanału 4. Jest to widoczne na fig. 18, poniżej granicznej płaszczyzny 90 drugiego przekroju poprzecznego kanału, w której występuje równoważący efekt, to znaczy taki, w którym jest osiągnięta temperatura solidusu.

Odnosząc się ponownie do fig. 1-8 i w powiązaniu z fig. 19, widać, że w przypadku każdego kształtu przekroju poprzecznego odlewu, zewnętrzny zarys obwodowy 91 jest zarysem odlewu w granicznej płaszczyźnie 90 drugiego przekroju poprzecznego o temperaturze solidusu, zaś względnie wewnętrzny zarys 84 jest zarysem pierwszego przekroju poprzecznego 82 ograniczonym przez pierścieniowe obrzeże 83 w płaszczyźnie 72 pierwszego przekroju poprzecznego kanału. Pomiędzy każdą parą zarysów przekrój poprzeczny zwiększa się progresywnie do drugiego przekroju poprzecznego 85, który uzyskują odpowiednie warstwy zanim metal osiągnie graniczną płaszczyznę 90 drugiego przekroju poprzecznego o temperaturze solidusu.

Powierzchnia odlewania 26 lub 62 każdego pierścienia odlewniczego ma ustawione kątowo kolejne, rozmieszczone wokół obwodu części pierścieniowe 92 (przedstawione na fig. 19 jako usytuowane na ich powierzchni przeciwprostokątne). Jeżeli zarys obwodowy powierzchni odlewania jest kołowy, kąt jej zbieżności jest taki sam na całym obwodzie powierzchni odlewania, oś 12 kanału jest usytuowana wzdłuż linii pionowej a ciepło jest odprowadzane równomiernie od odpowiednich kątowo kolejnych segmentów 94 części pierścieniowych (fig. 10 i 19) warstw metalu wokół ich obwodu, a potem metalowy odlew przybiera zarys okrągły wokół przekroju poprzecznego w granicznej płaszczyźnie 90. Gdy stosuje się pionowy krystalizator, kształt jego powierzchni odlewniczej 26 lub 62 powoduje, że zespół odprowadzający ciepło, zawierający otwory wylotowe 8, włącznie z układem przewodów 38,40 „rozdzielonego wtrysku”, odprowadzają ciepło z odpowiednich segmentów 94 części pierścieniowych odlewu z równomierną prędkością wokół jego obwodu, i w efekcie, pierścieniowe obrzeże 83 przyjmuje podobny zarys obwodowy 88 w odpowiednim drugim przekroju poprzecznym 85. Odlew jest cylindryczny, ponieważ naprężenia termiczne powstałe poprzecznie w nim w płaszczyznach 95 trzecich przekrojów poprzecznych (fig. 9 i przeciwprostokątne przedstawiające powierzchnię odlewania 26 lub 62 na fig. 19) kanału, rozciągających się równolegle do osi pomiędzy segmentami 94 części pierścieniowych odlewu na przeciwległych stronach kanału, będą miały tendencje do równoważenia siebie na wzajem po obu stronach kanału. Ale kiedy jest wybrany niekołowy zarys odlewu w granicznej płaszczyźnie 90, lub oś kanału jest usytuowana ukośnie do pionu, lub ciepło jest odprowadzane od segmentów 94 z nierównomierną prędkością, wtedy niektóre cechy wynalazku muszą być dostosowane odpowiednio.

Po pierwsze, należy zrównoważyć termiczne naprężenia w płaszczyznach 95 trzecich przekrojów poprzecznych kanału krystalizatora. Po drugie, warstwy 76 ciekłego metalu muszą mieć możliwość przechodzenia przez szereg płaszczyzn 74 drugich przekrojów poprzecznych, do drugich przekrojów poprzecznych 85 i zarysów obwodowych 88, które odpowiadają przekrojom poprzecznym i zarysom obwodowym odlewu w granicznej płaszczyźnie 90. To oznacza, że odpowiednie do tego celu przekroje poprzeczne 82 i zarysy obwodowe 84 muszą być wybrane dla płaszczyzn 72 pierwszych przekrojów poprzecznych. To także oznacza, że jeżeli zarys ma być odwzorowany w granicznej płaszczyźnie 90, chociaż powierzchnia odlewu w tej płaszczyźnie będzie większa, wtedy należy zastosować sposób uwzględniający różnice występujące pomiędzy pochodnymi sił rozszerzających i/lub termicznych sił kurczących „C” w kątowo kolejnych segmentach 94 części pierścieniowych warstw, po obu stronach kanału.

Według wynalazku opracowano sposób regulacji każdego z tych parametrów, włącznie z regulacją powstałej rozbieżności pomiędzy parametrami tak, że możliwe jest ukształtowanie ze zwykłego pierwszego przekroju poprzecznego i/lub zarysu obwodowego, takiego jak zarys kołowy, kształtów, które są podobne lub inne od tych przekrojów lub zarysów, takie jak owalne. Opracowano także sposób regulacji wymiarów przekroju poprzecznego odlewu w granicznej płaszczyźnie 90. Te sposoby regulacji zostaną teraz wyjaśnione.

W odniesieniu do równoważenia naprężeń termicznych, należy odnieść się najpierw do fig. 10 i następnie do fig. 9-15. W celu regulacji naprężeń termicznych w dowolnym niekoło16

187 487 wym przekroju poprzecznym, takim jak niesymetryczny niekołowy przekrój poprzeczny pokazany na fig. 10, najpierw wykreśla się odpowiednie kątowo rozmieszczone kolejno segmenty 94 części pierścieniowej odlewu poprzez poprowadzenie normalnych 96 do płaszczyzny symetrii termicznej 78 od zarysu obwodowego 84 przekroju w zasadniczo równych odstępach pomiędzy nimi. Następnie, przy wytwarzaniu w krystalizatorze, doprowadza się zmienne ilości ciekłego chłodziwa do odpowiednich segmentów 94 tak, że prędkość odprowadzania ciepła od segmentów 94 na wzajemnie przeciwległych stronach zarysu jest taka, że naprężenia termiczne wynikające ze skurczu metalu są równoważone pomiędzy bokami odlewu. W innym wariancie, doprowadza się chłodziwo wokół metalu w ilościach dostosowanych do zrównoważenia termicznych sil kurczących w odpowiednich wzajemnie przeciwległych segmentach odlewu.

„Płaszczyzna symetrii termicznej” 78 (fig. 24) jest pionową płaszczyzną odpowiadającą linii maksimum termicznej zbieżności w korytowo ukształtowanym modelu 98, określonym przez kolejno zbieżne izotermy odlewu. Jak pokazano na fig. 24, jest to płaszczyzna pionowa koincydencyjna płaszczyźnie 100 przekroju poprzecznego kanału usytuowanej na dnie modelu 98 i teoretycznie jest to płaszczyzna, po której przeciwnych stronach jest odprowadzane ciepło od odlewu do linii jego zarysu.

W celu zmiany ilości chłodziwa doprowadzanego do segmentów 94, zmienia się wielkość otworów wylotowych 8 w poszczególnych rzędach 38 i 40, jak wynika z porównania wielkości otworów wylotowych 8 w rzędach 38,40 na fig. 13 i 15 usytuowanych w pobliżu wzajemnie przeciwległych części wypukłych 102 i wklęsłych 104 kanału widocznych na fig. 9. W takich miejscach można oczekiwać dużych naprężeń, o ile nie dokonuje się ich pomiaru. Można jednak zastosować inne sposoby regulacji prędkości odprowadzania ciepła, poprzez zmianę liczby otworów wylotowych w dowolnym punkcie obwodu kanału lub poprzez zmianę temperatury pomiędzy punktami lub poprzez inne działania, które przynoszą ten sam efekt.

Korzystnie, doprowadza się chłodziwo do metalu 48 (fig. 24) tak, aby dochodziło ono pomiędzy płaszczyzną 100 na dole modelu 98 i powierzchnią ograniczającą 106, a korzystnie możliwie blisko powierzchni ograniczającej 106, oddzielającej część 107 częściowo skrzepniętego metalu od części 108 o bezładnym ułożeniu w korycie modelu 98.

Zależnie od prędkości odlewania, to może nawet oznaczać doprowadzanie chłodziw przez grafitowy pierścień odlewniczy i do kanału, jak to pokazano na przekroju poprzecznym z fig. 21. W tym przypadku, krystalizator 109 zawiera płyty odpowiednio górną 110 i dolną 112, które są połączone do utrzymywania grafitowego pierścienia odlewniczego 114 pomiędzy nimi. Pierścień odlewniczy 114 jest stosowany nie tylko do kształtowania powierzchni odlewania 116 krystalizatora, ale także do tworzenia wewnętrznego obrzeża pierścieniowej komory chłodzącej 118 usytuowanej wokół jego zewnętrznego obrzeża. Pierścień odlewniczy 114 ma wokół zewnętrznego obrzeża dwa obwodowe rowki 120, które są zakończone ukośnie na górze i na dole tworząc odpowiednie pierścienie dla szeregu otworów 122 uchodzących do tych dodatkowych obwodowych rowków 124, korzystnie zamkniętych przez elastomerowe pierścienie uszczelniające 126, na jego zewnętrznym obrzeżu. Dodatkowe obwodowe rowki 124 mają z kolei ujście do dwóch zestawów przewodów 128, które są usytuowane wokół osi krystalizatora i mają ujścia do kanału, jak opisano w opisach patentowych US nr 5,582,230 i 5,685,359. Przewody 128 są jednakowo powleczone lub pokryte w inny sposób do prowadzenia chłodziwa przez nie, a pomiędzy odpowiednimi płytami 110, 112 i pierścieniem odlewniczym 114 są zastosowane pierścienie uszczelniające dla uszczelnienia komory chłodzącej 118.

W celu określenia pierwszego przekroju poprzecznego 82, zarysu obwodowego 84 i drugiego przekroju poprzecznego 85 w odlanym produkcie, mającym niekołowy przekrój i zewnętrzny zarys 91 przekroju poprzecznego zastosowano sposób, który może być najlepiej opisany z odniesieniem do fig. 9 i 10. Zapewnia on możliwość określenia niekołowego zarysu obwodowego i krzywoliniowych i/lub kątowych „ramion” 129 rozciągających się na obwodzie na zewnątrz od osi 12. Same ramiona 129 mają kontury, które są krzywoliniowe i/lub łamane i mają odcinki wklęsłe oraz wypukłe. Dlatego, jeżeli wybierze się przejście poprzeczne płasz187 487 czyzny 95 trzeciego przekroju poprzecznego kanału, można stwierdzić, że dla przeciwległych segmentów 94 po przeciwległych stronach kanału prawdopodobnie występuje różnica pochodnych warstwy. Na przykład, kątowo kolejne segmenty 94 części pierścieniowej warstwy usytuowane przeciwległe do części wypukłej 102 i wklęsłej 104 z fig. 9 będą podlegały znacznie różnym siłom rozszerzającym w odlewie w kształcie V. W części wypukłej 102, ciekły metal w segmentach 94 będzie ulegał ściskaniu, „zaciśnięciu” lub „skupieniu”, ponieważ pod wpływem dynamiki operacji odlewania, dwa ramiona 129 o kształcie V będą miały tendencję do obracania się w kierunku do siebie, a w efekcie do ściskania lub „zbierania” metalu w części wypukłej 102. Z drugiej strony, w części wklęsłej 104, obrót ramion 129 będzie powodował zmniejszania naprężeń i otwierania metalu w częściach do nich przeciwległych tak, że wystąpi duże zróżnicowanie pomiędzy pochodnymi występującymi pomiędzy siłami rozszerzającymi i termicznymi siłami kurczącymi w odpowiednich częściach. To samo odnosi się do fig. 10, ale w powiązaniu z występującymi ramionami 129', 129”, które mają końcówki 130', 130”. Po rozpoczęciu, ramię 129', na przykład, ma tendencję do obrotu w kierunku ruchu wskazówek zegara na fig. 10, zaś ramię 129” ma tendencję do obrotu w kierunku przeciwnym. Jednocześnie, końcówka 130' na ramieniu 129’ i końcówka 130 ramienia 129 mają tendencję do obrotu w kierunku przeciwnym. Każdy z nich ma wpływ na termodynamikę metalu w częściach wklęsłych 132 i wypukłych 134 usytuowanych pomiędzy nimi, zaś z drugiej strony, na zarysie przedstawionym na fig. 10 występują punkty, które podlegają małym wpływom obrotu odpowiednich ramion lub końcówek, takie jak zakończenia odpowiednich ramion lub końcówek.

W celu zneutralizowania różnych różnic i dla obliczenia przeciwdziałania, któremu podlega także każde ramię 129 w kierunku wzdłużnym, zmieniono zbieżność odpowiednio kątowo kolejnych części pierścieniowych 92 (fig. 19) powierzchni odlewniczych 26 lub 62 pierścienia odlewniczego usytuowanych przeciwległe do segmentów 94 tak, że zmienia się czynnik „R” w równaniu z fig. 20 w takim zakresie, że siła rozszerzająca w odpowiednich segmentach 94 warstw ma możliwość rozpraszania się w odpowiednich kątowo kolejnych segmentach części pierścieniowych drugich przekrojów poprzecznych 85 usytuowanych przeciwlegle. Należy zauważyć, że cześć wklęsła 104 na fig. 9 ma szeroki segment pierścieniowy 85 spowodowany wyższymi siłami rozszerzającymi, zaś przeciwległa do niej część wypukła 102 ma znacznie węższy segment części pierścieniowej, ze względu na mniejsze siły rozszerzające, które działają na części przeciwległej warstwy. Zarys z fig. 10 można poddać podobnym rozważaniom, zwykle w procesie wieloetapowym, które wskazują, że w procesie odlewania będzie występował skurcz i/lub obrót każdego ramienia lub końcówki, a następnie ekstrapoluje się pomiędzy sąsiednimi wynikami wybierając zbieżność spełniającą potrzeby z najlepszym skutkiem. Jeżeli, na przykład, jeden z dwóch sąsiednich wyników wymaga zbieżności pięciu stopni, a drugi zbieżności siedmiu stopni, wtedy wybiera się zbieżność siedmiu stopni mieszczącą oba wyniki. Wynik jest schematycznie pokazany na drugi przekrój poprzeczny 85 z fig. 4 i 5.

Oczywiście, w każdym przypadku występuje zewnętrzny zarys 91 przekroju poprzecznego, który jest wymagany w procesie. Dlatego, proces jest rzeczywiście prowadzony w kierunku odwrotnym, dla oznaczenia najpierw drugiego przekroju poprzecznego 85, który z kolei narzuca zarys obwodowy 84 pierwszego przekroju poprzecznego 82 odpowiadający otworowi na wlotowym końcu kanału.

Stosując zmienną zbieżność jako czynnik regulacyjny, możliwe jest odlewanie cylindrycznych odlewów w kanałach poziomych mających cylindryczny zarys obwodowy wokół pierwszego przekroju poprzecznego. Jak pokazano na fig. 2 i 7, jak również fig. 16. W tym celu kanał 136 musi mieć zwiększony zarys drugiego przekroju poprzecznego 85 przy jego dnie, mieszczący się pomiędzy zarysem obwodowym 84 pierwszego przekroju poprzecznego 82 i zewnętrznym zarysem 91 przekroju poprzecznego utworzonego odlewu w granicznej płaszczyźnie 90. Jest to przedstawione schematycznie na fig. 16, gdzie pokazano różnice w rozmiarach wymagane pomiędzy kątami powierzchni odlewu na górze 138 i na dole 140 kanału 136 dla uzyskania tego efektu.

187 487

W niektórych przypadkach jest jednak korzystne wytworzenie zróżnicowania pomiędzy pochodnymi występującymi po przeciwległych stronach kanału za pomocą przekształcenia zarysu obwodowego w inny zarys, tak jak zarysu kołowego w zarys owalny lub spłaszczony. Na fig. 25 pokazano zespół regulacji kąta osi 144 do nachylania osi krystalizatora pod kątem do osi pionowej tak, że przekształca się kołowy zarys obwodowy 84 odlewu wokół pierwszego przekroju poprzecznego 82 w symetrycznie niekołowy zarys drugich przekrojów poprzecznych 85, a więc w obwodowy zarys przekroju poprzecznego odlewu w granicznej płaszczyźnie 90 drugiego przekroju poprzecznego, w której występuje temperatura solidusu.

Na figurze 26, taka zmiana jest osiągnięta przez zmianę prędkości, z jaką ciepło jest odprowadzane od kątowo kolejnych segmentów 94 części pierścieniowych metalu po przeciwległych stronach. Widoczne jest zróżnicowanie rozmiaru przewodów 146 i 148. Jak pokazano na fig. 27, powierzchnia odlewania 150 grafitowego pierścienia ma różne nachylenie do osi krystalizatora po przeciwległych stronach dla wytworzenia takiego zróżnicowania. W każdym przypadku, wynikiem jest wytworzenie owalnego lub spłaszczonego zarysu obwodowego przekroju poprzecznego odlewu, jak schematycznie przedstawiono na dole fig. 25-27.

Powierzchnia pierścienia odlewniczego korzystnie jest w przekroju krzywoliniowa, a nie prostoliniowa. Na fig. 22, powierzchnia odlewania 152 pierścienia odlewniczego 154 jest nie tylko krzywoliniowa, ale także zakrzywiona nieco wklęsło w kierunku równoległym do osi, poniżej szeregu płaszczyzn 74 drugich przekrojów poprzecznych, a w szczególności poniżej granicznej płaszczyzny 90 w celu zniwelowania jakiegokolwiek „rozlewania się” występującego po osiągnięciu przez metal temperatury solidusu. Idealnie, w każdym przypadku, powierzchnia odlewania odzwierciedla każdy ruch metalu tuż przed nim kształtując i także regulując progresywne tworzenie się obrzeża zewnętrznego odlewu.

Jak wskazano wcześniej, zastosowano według wynalazku zespół do regulacji wymiarów przekroju poprzecznego odlewu w granicznej płaszczyźnie 90 przekroju poprzecznego kanału, w którym metal osiąga temperaturę solidusu. Odnosząc się początkowo do fig. 28, można zauważyć, że jest to realizowane tak, że przesuwa się płaszczyzny przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego kanału względem powierzchni odlewania w kierunku osiowym. Poprzez przesuniecie płaszczyzn przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego kanału do szerszego pierścienia 156 powierzchni odlewania, efektywnie uzyskuje się odlew o większym wymiarze przekroju poprzecznego, a przeciwnie, poprzez przesunięcie płaszczyzn do węższego pierścienia 156 powierzchni odlewania, zmniejsza się wymiary poprzeczne odnośnego przekroju.

Alternatywnie, pierścień 156 powierzchni odlewania może być przesunięty względem płaszczyzn przekrojów poprzecznych pierwszego i drugiego kanału dla osiągnięcia tego samego efektu i dodatkowo nadania zarysu obwodowego wybranego po przeciwległych stronach korpusu metalu, takiego jak zarys spłaszczony na bokach wymagany dla walcowanych odlewów. Na fig. 29-38 pokazano sposób wykonywania tego w formie regulowanej do wytwarzania odlewów do walcowania. Krystalizator 158 zawiera ramę 160, w której są zamocowane dwa zestawy częściowo pierścieniowych członów odlewniczych 162,164, które razem tworzą w ramie prostokątny pierścień odlewniczy 166. Zestawy członów odlewniczych są połączone roboczo w ich narożach tak, że jeden człon odlewniczy 162 jednego zestawu może przesuwać się zwrotnie względem członu odlewniczego drugiego zestawu, w poprzek osi kanału, w celu zmiany długości ogólnie prostokątnego kanału określonej przez pierścień odlewniczy 166. Drugi zestaw członów odlewniczych 164 jest ukazany jako człon odlewniczy 164' na fig. 30 lub człon odlewniczy 164 na fig. 31-36. Odnosząc się wpierw do fig. 30, można zauważyć, że człon odlewniczy 164'' jest podłużny, płaski na górze i zamontowany obrotowo w ramie w punkcie zamocowania 168. Człon odlewniczy jest także wgłębiony na wewnętrznej powierzchni czołowej 170 tak, że ma progresywnie zmniejszający się przekrój poprzeczny poprzecznie do jego osi obrotu w punkcie zamocowania 168 w kierunku części środkowej 171 członu odlewniczego od jego końców 172, co jest pokazane jako przekroje poprzeczne członów, AA do GG. Ponadto, wewnętrzna powierzchnia czołowa 170 członu odlewniczego jest połączona w kolejnych kątowych położeniach i odpowiednie powierzchnie segmentowe 174 powierzchni czołowej są zbieżne przy stopniowo zmniejszającym się promieniu względem

187 487 punktu zamocowania 168 w kierunku dołu członu odlewania od jego góry. Wskutek tego zestawienia i zmniejszającego się przekroju poprzecznego jest ukształtowany szereg kolejnych powierzchni 174, które rozciągają się wzdłuż wewnętrznej powierzchni czołowej członu odlewania, a zakrzywienie lub nachylenie kątowe względnie wklęsłej do wewnątrz powierzchni czołowej nadaje członom odlewniczym wypukły zarys obwodowy 176, który jest charakterystyczny dla wytwarzania spłaszczonych na bokach odlewów do walcowania. Zarys obwodowy 176 progresywnie zwiększa się na obrzeżu zewnętrznym dla kolejnych powierzchni segmentowych wokół zarysu powierzchni czołowej, jednak tak, że powierzchnia czołowa określa odpowiadające, ale obwodowe zewnętrzne progresywnie zwiększające się przekroje poprzeczne, gdy człony odlewnicze 164 są obracane w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara. Na fig. 31 pokazano schematycznie zarys, który ma środkowe spłaszczenie 178 i zbieżne pośrednie części 180 po jego obu stronach, które z kolei przechodzą w dodatkowe spłaszczenia na końcach 172 członu. Kiedy końce 162 pierścienia odlewniczego 166 (fig. 29) są przesuwne względem siebie dla dostosowania długości przekroju poprzecznego kanału, boczne człony odlewnicze 164' są obracane zgodnie dopóki para powierzchni segmentowych 174 nie zostanie usytuowana w członach odlewniczych tak, że składowe wzdłużne i poprzeczne zbieżności będą tworzyły wymiar przekroju poprzecznego pomiędzy spłaszczeniami 178 członów odlewniczych z zapewnieniem płaskości na bokach 182 odlewu.

Na figurach 31-36, wzdłużne boki członu odlewniczego 164 pierścienia odlewniczego są przytwierdzone, ale są one także wypukłe na ich długości, jak to widać na fig. 32, i zmiennie zbieżne w kątowo kolejnych odcinkach 184 wokół wewnętrznych powierzchni czołowych 186. Tu również, przy zbieżnościach, które także zmieniają się zależnie od przekroju poprzecznego członów odlewniczych, dla zapewnienia złożonej topografii tak, jak na wewnętrznej powierzchni czołowej 170 członu odlewniczego 164' na fig. 30, jest zapewniony wypukły zarys ze środkowym spłaszczeniem 178, zbieżnymi częściami przejściowymi 180, a długość jest regulowana przez przesuwanie końców 172 pierścienia odlewniczego względem siebie. W tym przypadku, jednak, ze względu na to, że człony odlewnicze 164 są przytwierdzone, płaszczyzny pierwszych i drugich przekrojów poprzecznych kanału są przemieszczane w górę i w dół do położenia 48 na fig. 33.

Końce krystalizatora są mechanicznie i hydraulicznie napędzane poprzez zespół napędowy 187 za pośrednictwem zespołu regulacyjnego 188 zmiany przekroju poprzecznego kanału 4, na przykład regulatora elektronicznego (PLC), który koordynuje obroty członów odlewniczych 164', lub położenie 48 płaszczyzn pierwszych i drugich przekrojów poprzecznych kanału określających poziom metalu pomiędzy członami odlewniczymi 164 dla zapewnienia wymiarów przekroju poprzecznego kanału w kolejnych odcinkach 184, kiedy długość kanału jest regulowana przez zespół napędowy 187.

Jest również możliwa zmiana zarysu przekroju poprzecznego i/lub wymiarów przekroju poprzecznego odlewu za pomocą pierścienia odlewniczego 190 (fig. 23), który ma przeciwlegle przeciwnie zbieżne odcinki 192 na przeciwległych jego stronach względem osi kanału. Różne zbieżności powierzchni odpowiednich odcinków, zarys obwodowy i/lub wymiary przekroju poprzecznego kanału mogą być zmieniane po prostu poprzez odwrócenie pierścienia odlewniczego. Jednak, pokazany pierścień odlewniczy 190 ma tę samą zbieżność na każdym odcinku 192 i jest zastosowany tylko do szybkiej zmiany jednej powierzchni odlewania na inną, kiedy pierwsza powierzchnia staje się zużyta lub wymaga wyłączenia z użycia z innych przyczyn.

Pierścień odlewniczy 190 jest typu ujawnionego w opisie patentowym US 5,323,841 i jest zamontowany we wgłębieniu 194 i zaciśnięty w nim tak, że może być usunięty, odwrócony i ponownie użyty, jak pokazano. Inne cechy ukazane linią przerywaną można znaleźć w opisie patentowym US 5,323,841.

Wynalazek zapewnia także, że przy odlewaniu ciekły metal wypełnia naroża kanału. Jak inne części kanału, naroża mogą być eliptycznie zaokrąglone lub inaczej ukształtowane w celu umożliwienia doprowadzania do nich metalu najbardziej efektywnie za pomocą sił rozszerzających. Wynalazek nie jest ograniczony do kształtów o zarysie zaokrąglonym. Odpowiednie

187 487 ukształtowanie w drugich przekrojach poprzecznych kanału i kątach powoduje powstawanie zaokrąglonych lub nie zaokrąglonych odlewów.

Odlew 196 może być odpowiednio wydłużony i dostosowany do dzielenia go na wiele wzdłużnych segmentów 198, jak przedstawiono na fig. 39, przy czym odlew 196 w kształcie litery V ukształtowany w kanale, jest pokazany na fig. 9-15 i 17 jako podzielony. Jeżeli jest konieczne, każdy segment może być następnie obrobiony w pewien sposób, jak na przykład lekkie kucie lub inna obróbka w stanie plastycznym, dla dostosowania go jako produktu końcowego do zastosowania, takiego jak część podwozia lub rama pojazdu.

Kiedy stosuje się inny materiał wyjściowy niż ciekły, blok startowy 70 powinien być ukształtowany tak, aby pełnił funkcję „ruchomej podłogi” lub „głowicy” do mieszczenia warstw ciekłego metalu.

Na figurach 39-42 pokazano znaczne obniżenie temperatury występującej na styku pomiędzy powierzchnią odlewania i warstwami ciekłego metalu, kiedy stosuje się sposób odlewania według wynalazku. Pokazują one także, że obniżenie temperatury jest funkcją stopnia zbieżności powierzchni odlewania zastosowanego w danym punkcie powierzchni styku, na obwodzie kanału. W rzeczywistości, najlepszy stopień zbieżności poszczególnych punktów jest często określony z odczytów kolejnych termopar wokół obwodu kanału.

Podobnie jak siły rozszerzające, siły kurczące są funkcją wielu czynników, w tym także rodzaju metalu, który jest odlewany.

Fig.9

187 487

3&cp. i

187 487

Fiigl2 fb χ>ο

140

187 487

&άφ.22.

187 487 /72

187 487

80	<-	PLC	^l&8
187

Χ&αρ.'νι

187 487

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób odlewania ciekłego metalu w krystalizatorze, w którym wlewa się ciekły metal do kanału krystalizatora mającego korpus pierścieniowy usytuowany wokół osi kanału pomiędzy jego otworem wylotowym i otworem wlotowym, który ogranicza ciekły metal w kanale podczas przepływu metalu przez kanał, przy czym porcję początkową metalu wylewa się do kanału na blok startowy, który jest przesuwnie, teleskopowo zamocowany wzdłuż osi kanału w otworze jego końca wylotowego, pomiędzy blok startowy i poprzeczną do osi kanału płaszczyznę pierwszego przekroju poprzecznego kanału, a następnie na porcję początkową metalu w płaszczyźnie pierwszego przekroju poprzecznego kanału wylewa się kolejno warstwy ciekłego metalu przemieszczając blok startowy i razem z nim porcję początkową metalu na zewnątrz kanału wzdłuż jego osi przez szereg płaszczyzn drugich przekrojów poprzecznych kanału usytuowanych poprzecznie do osi kanału, przy czym wylewa się warstwy ciekłego metalu, które mają mniejszy przekrój poprzeczny w płaszczyznach poprzecznych do osi kanału niż przekrój poprzeczny obrzeża kanału w płaszczyźnie jego pierwszego przekroju poprzecznego i pozostawia się te warstwy ciekłego metalu działaniu ich wewnętrznych siły rozszerzających rozprowadzających warstwę względem osi kanału w sąsiedztwie płaszczyzny pierwszego przekroju poprzecznego, a obrzeże kanału ogranicza się elementem zaporowym ustawionym wokół osi korpusu, i jednocześnie ogranicza się nim rozszerzanie się odpowiednich warstw ciekłego metalu do przekrojów pierwszego i drugiego kanału w jego płaszczyznach przekrojów poprzecznych odpowiednio pierwszym i drugim, znamienny tym, że odlany ciekły metal w kolejnych warstwach (76) mających pierwszy przekrój poprzeczny (82) rozszerza się względem jego początkowego zarysu obwodowego (84) na zewnątrz wymuszając jego przepływ ukośnie na zewnątrz względem osi (12) kanału (4) i nadając kolejnym warstwom (76) stopniowo zwiększające się drugie przekroje poprzeczne (85) odpowiadające przekrojom poprzecznym w płaszczyznach (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4), przy czym w kolejnych warstwach (76) ciekłego metalu, rozszerzonych do ich drugiego przekroju poprzecznego (85), reguluje się wielkość termicznych sił kurczących (C) powstających wewnątrz nich w ich drugich przekrojach poprzecznych (85) do wielkości równoważącej siły rozszerzające (S) w kolejnych warstwach (76) w jednej z płaszczyzn (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4) i nadaje się swobodnie ukształtowany zarys obwodowy (88) w krzepnącym odlewie.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy element zaporowy i obrzeże odpowiednich warstw ciekłego metalu w płaszczyznach (72, 74) przekrojów poprzecznych kanału (4) wprowadza się pierścień sprężonego gazu, oleju lub mieszaniny gazu i oleju.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że reguluje się termiczne siły kurczące (C) poprzez odprowadzanie ciepła od kolejnych warstw (76) w kierunku na zewnątrz względem osi (12) kanału (4) w płaszczyznach (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4).
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że ciepło odprowadza się od kolejnych warstw (76) za pomocą ciekłego chłodziwa (37), które dostarcza się do odlewu (48) po drugiej stronie granicznej płaszczyzny (90) drugiego przekroju poprzecznego kanału (4), w której występuje temperatura solidusu, względem płaszczyzny (72) pierwszego przekroju poprzecznego kanału (4).
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ciekłe chłodziwo (37) dostarcza się z otworów wylotowych (8) usytuowanych wokół osi (12) kanału (4) w rzędach (38, 40), przy czym w poszczególnych rzędach (38, 40) są one przesunięte względem siebie na obwodzie.
6. Sposób według zastrz 1, znamienny tym, że drugi przekrój poprzeczny (85) warstw (76) ogranicza się za pomocą grafitowego pierścienia odlewniczego (24), który umieszcza się na części kanału (4) krystalizatora (2).

187 487
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadaje się okrągły zarys obwodowy (84) pierwszemu przekrojowi poprzecznemu (82) warstwy (76) ciekłego metalu i nadaje się nieokragły zarys obwodowy (88) odlewowi (48) w drugim przekroju poprzecznym (85) poprzez ustawienia osi (12) kanału (4) pionowo.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadaje się okrągły zarys obwodowy (84) pierwszemu przekrojowi poprzecznemu (82) warstwy (76) ciekłego metalu i nadaje się nieokragły zarys obwodowy (88) odlewowi (48) w drugim przekroju poprzecznym (85) poprzez ustawienia osi (12) kanału (4) ukośnie względem linii pionowej.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadaje się nieokragły zarys obwodowy (84) pierwszemu przekrojowi poprzecznemu (82) warstwy (76) ciekłego metalu i nadaje się nieokragły zarys obwodowy (88) odlewowi (48) w drugim przekroju poprzecznym (85) poprzez ustawienia osi (12) kanału (4) ukośnie względem linii pionowej.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w kolejnych operacjach odlewania kształtuje się odlewy (48) o różnych rozmiarach drugiego przekroju poprzecznego (85) poprzez kształtowanie pierwszego przekroju poprzecznego (82) warstwy (76) ciekłego metalu o pierwszej wielkości w pierwszej operacji odlewania i następnie kształtowanie w tym samym kanale (4) pierwszego przekroju poprzecznego (82) warstwy (76) ciekłego metalu o drugiej wielkości w drugiej operacji odlewania.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogranicza się rozszerzanie się warstw (76) ciekłego metalu od pierwszego przekroju poprzecznego (82) do drugiego przekroju poprzecznego (85) za pomocą pierścienia odlewniczego (50), a zarys obwodowy (84) w pierwszym przekroju poprzecznym (82) reguluje się poprzez zmienne usytuowanie w kanale (4) płaszczyzny (72) pierwszego przekroju .poprzecznego względem płaszczyzny (741) drugiego przekroju poprzecznego.
12. Sposób według zastrz 1, znamienny tym, że reguluje się obwodowy zarys (84) pierwszego przekroju poprzecznego (82) warstwy (76) ciekłego metalu poprzez ustawienie osi (12) kanału (4) pionowo i reguluje się, co najmniej jeden parametr z termicznej siły kurczącej (C) wytworzonej w kolejnych częściach pierścieniowych (92) warstwy (76), usytuowanych kątowo na jej obwodzie w płaszczyznach (74) drugich przekrojów poprzecznych oraz względnego kąta, pod którym odpowiednie części pierścieniowe (92) warstwy (76) są rozszerzane od zarysu obwodowego (84) pierwszego przekroju poprzecznego (82) do zewnętrznego zarysu (91) drugiego przekroju poprzecznego (85) w granicznej płaszczyźnie (90) drugich przekrojów poprzecznych, w której występuje temperatura solidusu.
13. Krystalizator do odlewania ciekłego metalu, zawierający kanał mający otwór wlotowy, otwór wylotowy i oś kanału usytuowaną pomiędzy jego otworem wlotowym i otworem wylotowym oraz blok startowy zamocowany przesuwnie teleskopowo w otworze wylotowym kanału wzdłuż jego osi, przy czym kanał ma pierwszy przekrój poprzeczny usytuowany w pobliżu jego otworu wlotowego i ma szereg drugich przekrojów poprzecznych, usytuowanych pomiędzy blokiem startowym i pierwszym przekrojem poprzecznym, znamienny tym, że kanał (4) jest otoczony elementami zaporowymi rozciągającymi się na zewnętrznym obwodzie kanału (4) od płaszczyzny (72) pierwszego przekroju poprzecznego kanału (4) do płaszczyzn (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4), przy czym drugie przekroje poprzeczne są większe od pierwszych przekrojów poprzecznych, a w pobliżu płaszczyzn (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4) jest usytuowany zespół do wytwarzania termicznej siły kurczącej (C) i zespół do regulowania wielkości termicznej siły kurczącej (C) oraz równoważenia siły rozszerzającej (S) w kolejnych warstwach stopionego metalu w jednej z płaszczyzn (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4).
14. Krystalizator według zastrz. 13, znamienny tym, że zespół do wytwarzania termicznej siły kurczącej (C) zawiera pierścieniową wnękę (50), w której jest umieszczony gaz, olej lub ich mieszanina otaczająca warstwy ciekłego metalu w płaszczyznach (74) drugich przekrojów poprzecznych kanału (4).
15. Krystalizator według zastrz. 13, znamienny tym, że zespół do wytwarzania termicznej siły kurczącej (C) zawiera elementy do odprowadzania ciepła z warstw metalu usytuowane na obrzeżu kanału (4) w płaszczyznach (74) jego drugich przekrojów poprzecznych.

187 487
16. Krystalizator według zastrz. 14, znamienny tym, że elementy odprowadzające ciepło z warstw metalu zawierają otwory wylotowe (8) połączone ze źródłem chłodziwa (37) i usytuowane po przeciwnej stronie, względem płaszczyzny (72) pierwszego przekroju poprzecznego kanału (4), granicznej płaszczyzny (90) przekroju poprzecznego kanału (4), w której występuje temperatura solidusu.
17. Krystalizator według zastrz. 16, znamienny tym, że otwory wylotowe (8) są usytuowane na obwodzie wokół osi (12) kanału (4) w dwóch rzędach (38, 40), przy czym otwory wylotowe (8) w poszczególnych rzędach są przesunięte względem siebie na obwodzie.
18. Krystalizator według zastrz. 13, znamienny tym, że na obrzeżu kanału (4) w płaszczyźnie (72) pierwszego przekroju poprzecznego i w płaszczyźnie (74) drugiego przekroju poprzecznego jest rozmieszczony zestaw członów odlewniczych (164,164', 164”, 166) ograniczający obrzeże kanału (4) do przekrojów poprzecznych pierwszego (82) i drugiego (85).
19. Krystalizator według zastrz. 18, znamienny tym, że zestaw członów odlewniczych (164,164', 164, 166) stanowi część grafitowego pierścienia odlewniczego (24).
20. Krystalizator według zastrz. 13, znamienny tym, że na obrzeżu kanału (4), w granicznej płaszczyźnie (90) kanału (4) jest usytuowany zespół do wyrównywania termicznej siły kurczącej (C) wytwarzanej w kątowo kolejnych częściach pierścieniowych (92) warstw metalu rozmieszczonych wokół ich.
21. Krystalizator według zastrz. 13, znamienny tym, że na obrzeżu kanału (4) jest umieszczony zespól regulacyjny (188) zmiany przekroju poprzecznego kanału (4) od pierwszej wielkości do pierwszej operacji odlewania do drugiej, innej wielkości dla drugiej operacji odlewania w kanale (4) w granicznej płaszczyźnie (90) kanału (4).