SE430131B - Sett vid reglering av kylmedel vid gjutning i elektromagnetiskt felt - Google Patents

Description

a 15 20 25 30 55 8290718-'8 dande metallen och i allmänhet i en vinkel av omkring 5 till 300 från metallytan och i metallrörelsens riktning.

Kylmedlet anbringas i en grund vinkel för att minimera kylmedelsstänk från metallytan som kan avbryta värmeöver-- _ föringen och ha en ogynnsam inverkan på stelningshastig- heten.

Elektromagnetisk gjutning med direkt avkylning är en mo- difiering av den vanliga gjutningen med direkt avkylning äü4elektromagnetiska krafter användes för att reglera formen på den smälta metallen då den stelnar i stället för hålet i den vanliga, rörformat formade gjutformen för direkt avkylning. I de flesta avseenden är elektro- magnetisk gjutning med direkt.avkylning väsentligen sam- ma som vanlig gjutning med direkt avkylning, med undantag av att det ej finns några avkylande ytor i den elektro-å magnetiska gjutningen med direkt avkylning för att ini- tiera stelning. Väsentligen all kylning för stelning å- stadkommas genom att anbringa kylmedel på metallens yta då den utträder från utmatningsänden på det elektromag- netiska gjutmontaget. För ytterligare information när det gäller elektromagnetisk gjutning med direkt avkylning se de amerikanska patenten 2 686 86Ä (Wroughton et al), 3 sus ses , 3 sus ges , 5 985 119" (Goodrich et al) och U OOH 651 (Goodrioh et al).

Såväl konventionell gjutning med direkt kylning och elektromagnetisk gjutning med direkt avkylning har olika krav på kylmedelsflödet för verksam och effektiv gjut- ningberoendepå bland annat storleken och formen på gö- tet eller ämnet, legeringssammansättningen och ytegenska- perna på götet eller ämnet som kommer ut från formen- Dessutom kan kraven på kylmedelsflöde vid början av en gjutning vara avsevärt skilda från de som gäller för återstoden av gjutningen. Till och med under gjutning kan kraven på kylmedlet ändras beroende fiå ändringar i gjut- 10 15 20 25 30 35 8.2607'18-8 hastigheten eller ytegenskaper på götet eller ämnet.

Olika tekniker har använts under årens lopp för att reg- lera anbringande av kylmedel på ytan av götet eller ämnet, som kommer ut från utmatningsänden på gjutformen för gjutning med direkt avkylning. I det amerikanska patentet riktas luftstrålar in i kylmedelsströmmen för att finför- dela det flytande kylmedlet innan det kontaktar metall- ytan och därigenom förhindra att flytande kylmedel fly- ter på götets eller ämnets yta. I det amerikanska paten- tet 3 715 H79 minskar kylmedelsflödet i formens utmat- ningsände för att fördröja stelningshastigheten och där- efter anbringas ett andra kylmedelsflöde på visst av- stånd från formens utmatningsände för att fullborda stel- ningen. Såsom visas i fig. 3 i denna hänvisning minskas kylmedelsflödet till ytan på götet eller ämnet genom att rikta kylmedelsströmmen parallellt med götets eller äm- nets yta och därefter periodiskt pulsera ett fluidum så- som vatten eller luft på kylmedelsridån för att ändra dess riktning på götets eller ämnets yta. Enligt ameri- kanska patentet 3 623 536 förorsakar flytande kylmedel som anbringats på metallens yta luft att sugas upp och blandas med det flytande kylmedlet för att fördröja dess kylande egenskaper. Enligt det amerikanska patentet 3 765 H93 pulseras kylmedlet som anbringas på metallytan vid gjutningens början för att fördröja kylverkningarna från det flytande kylmedlet för att förhindra vissa alu- miniumlegeringars sprickegenskaper. I det tyska patentet 932 085 beskrives en gjutform före gjutning med direkt av- kylning där kylmedlet som strömmar på formens baksida parallellt med metallflödet, kombineras med kylmedlet från en andra kylmedelsström, så att de kombinerade ström- marna sedan kan anbringas på den gjutna metallytan.

L. G. Berezin och medarbetare i Tsvetnye Metally, l97H, nr 4, sid. 56 - 7, beskriver användningen av tre separata kylmedelsanbringníngszoner vid elektromagnetisk gjutning a2oo7:1.e -kan r i 10 15 20 25. 30 35 med direkt avkylning för att gjuta tjocka göt. Under det att flera av dessa idéer har fördelar har de ej allmänt använts vid kommersiella gjutförfaranden med direkt av- kylning.

Igångsättningen av elektromagnetisk gjutning med direkt avkylning har utmärkts av unika problem genom att istapps- liknande bihang bildas på götets eller ämnets ände be- roende på de magnetiska krafternas och bottenplattans förmåga att fullständigt hälla smält metall under igång- sättningsperioden. Små smälta metallströmmar strömmar över götets ände och stelnar och bildar sålunda istapps- liknande bihang. Dessa istappsliknande bildningar kräver att en alltför stor del av änden kapas av före det att ytterligare behandling kan genomföras på götet eller äm- net, vilket avsevärt ökar kostnaderna för elektromagne- tisk gjutning med direkt avkylning och även allvarligt begränsar dess användning.

Det är mot denna bakgrund som föreliggande uppfinning ut- Vecklades.

Uppfinningen hänför sig generellt till den elektromagne- tiska gjutningen med direkt avkylning av lättmetallpro- dukter såsom aluminium och aluminiumlegeringar och riktas särskilt på ett förbättrat sätt att anbringa kylmedel på ytan av den elektromagnetiskt gjutna produkten med di- rekt avkylning då den utträder från utmatningsänden på dinduktorn.

I enlighet med uppfinningen riktas ett första kylmedels- flöde mot ytan på den stelnade eller delvis stelnade me- tallen som utträder från induktorns utmatningsända och i ett andra fluiaumfiöae, företrädesvis kyimeaei riktas met metallytan, så att båda flödena konvergera i en punkt på. ett kort avstånd från ytan på den utträdande metallen. gKylmedelsflödet från det första flödet är i den allmänna 10 15 20 25 BO 35 8â007i1~8~8 riktningen för metallförflyttníngen och är i en vinkel från omkring 50 till UOO från metallytan. Det andra fluidumflödet riktas mot metallytan med en konvergerings- vinkel mellan den första och andra kylmedelsströmmen _ sträckande sig från omkring 300 till 800.

Genom att variera volymen och/eller hastigheten rå en el- ler båda kylmedelsflödena kan man reglera punkten för kylmedlets anslag på metallytan som utmatas från formen och som resultat kan man åstadkomma variationer i kyl- ningshastigheten och därmed kan stelningsnlanet påverkas.

Genom att t.ex. reglera kylmedelsanslagspunkten på me- tallytan närmare formmontagets utmatningsände kan ökade kylningshastigheter erhållas, under det att om man reg- lerar kylmedelsanslagspunkten på metallytan längre bort från formens utmatningsände kan kylningshastigheternai minskas. Turbulensen, som alstras av sammanflödet mellan de två kylmedelsflödena absorberar mycket av energin i de två kylmedelsströmmarna så att den kombinerade kylmedels- strömmen kommer att vidhäfta götets eller ämnets yta fastän anslagsvinkeln för de kombinerade flödena är myc- ket större än den maximala vinkeln som är möjlig med en enda kylmedelsström. Ehuru kylmedel (vanligen vatten) är det föredragna fluidumet för det andra flödet, kan gaser, såsom luft och andra fluídum användas.

Detta sätt att anbrínga kylmedel ger en ny dimension för att reglera det elektromagnetiska gjutförfarandet med di- rekt avkylning, emedan det medger regleråtgärder, som förhindrar bildning av istappsliknande bihang på änden av det genom elektromagnetisk gjutning med direkt avkylning gjutna götet eller ämnet. Hastigheten och/eller volymen på det andra fluidala flödet kan ökas i början av gjut- ningen, så att anslagspunkten på metallytan av de kombi- nerade flödena är så nära den elektromagnetiska induk- p torns utmatningsände som möjligt. as2co71s-s 10 15 20, 25 30 35 6 Den resulterande ökande kylningen omedelbart nedanför induktorn i gjutningens början förhindrar smält metall att strömma över änden på det stelnande götet eller äm- net, då de förut nämnda istappsliknande bihangen bildas.

Dessutom, på grund av att mycket av energin absorberas genom de två flödenas turbulens, föreligger ingen ten- dens för de kombinerade flödena att deformera metallens yta vid gjutningens början. Då bottenplattan drages bort från induktorns utmatningsände och sannolikheten för is- tappsliknande bihangsbildningar är liten, kan hastigheten och/eller volymen på den andra strömmen då minskas så att den kombinerade fluidala strömmen slår an på götet eller ämnet längre bort från induktorns utmatningsände.

Alternativt, om så önskas kan hastigheten och/eller voly- men på den första kylmedelsströmmen ökas, så att anslags- punkten för kylmedlet är längre bort från induktorns ut- matningsände. Om fordringarna på kylmedlet ändrar sig un- der gjutning kan volymen och/eller hastigheten på ena eller båda flödena justeras för att utveckla den önskade stelningsfronten.

Uppfinningen beskrives närmare i anslutning till olika ut- föringsformer visade på de bifogade ritningarna där fig. l visar en schematisk tvärsektion av ett formmontage för elektromagnetisk gjutning med direkt avkylning, fig. 2 en schematisk ritning som illustrerar kylmedels- strömmarnas vinklar med avseende på den gjutna metallytan, fig: 5 och 4 är delvisa tvärsektioner av anordningen vi- sad i fig. l och visar anbringandet av kylmedel i olika punkter på den elektromagnetiskt gjutna metallen med di- rekt avkylning.

I fig. l visas ett elektromagnetiskt gjutningsmontage, 10 15 20 25 30 Q.29071-3~8 som omfattar en elektromagnetisk induktor 50 omgiven av en vattenmantel 51. Delarna 52 och 55 av vattenmanteln 51 tillsammans med induktorn 50 bildar en kylkammare Sü.

En skärm 55 är anordnad inom kammaren SU för att rikta kylmedlet med induktorns 50 bakre yta 56 och ut genom ledningarna 57, anordnade i den nedre delen av induktorn 50. Denna första kylmedelsström 58 riktas mot ytan 59 på stelnat eller delvis stelnat göt eller ämne 60, som utträder från montagets utmatningsände. En andra kylme- delsström 61 riktas från en källa ej visad genom ledning 62 i delen 55 mot ytan 59, så att den skär kylmedels- strömmen 58 innan den kommer i beröring med_ytan 59 på göt eller ämne 60. Såsom antydes på ritningen föreligger ingen beröring mellan smälta metallmassan 63 och induk- torn 50 på grund av att den smälta metallen formas medelst elektromagnetiska krafter. Man föredrager att ha skilda kylmedelskällor för den första och den andra kyl- medelsströmmen, så att båda strömmarna kan regleras obe- roende av varandra. Vid induktorns drift införes smält 6 metall kontinuerligt in i induktorn 50, där den stelnas eller delvis stelnar på det sätt som visas schematiskt på ritningen. Vid 6Ä visas den ideala stelningsfronten.

Strömmen med relativt hög frekvens (t.ex. 5000 - 15000 Hz) som användes i induktorn kommer att uppvärma varje me- talldel i omedelbart närhet av induktorn och kan resulte- ra i stora energiförluster. Därför föredrager man att delarna 52 och 53 är utformade av icke metalliska mate- rial.

Fig. 2 visar de relativa riktningarna för den första och den andra kylmedelsströmmen med avseende på ämnets eller götets yta och i förhållande till varandra. I enlighet med uopfinningen sträcker sig vinkeln A mellan den första strömmen 80 och ytan på götet eller ämnet 81 från omkring 5° till l4o°, företrädesvis omkring 5° tiil 3o°. skär- nings- eller konvergensvinkeln B mellan den första kylme- delsströmmen 81 och den andra kylmedelsströmmen 82 sträc- 8200718-8 l0 15 20 25 30 035 ker sig från omkring 2o° sin 95°, företrädesvis omkring 300 till 600. Man föredrager att hålla den andra kylme- delsströmmen 82 approximativt vinkelrätt mot ytan 81 för större flexibilitet vid reglering av anslagspunkten 83 för de sammanflutna strömmarna på ytan av götet eller äm-- net 8ü. Då summan av vinklarna A och B överskrider 1259 finnes vanligen en överskottsmängd av stänkande kylmedel på metallytan, som fördärvligt kan påverka förfarandet.

Big. 3 och H är delvisa tvärsektionsvyer av det elektro- magnetiska gjutningsmontaget med direkt avkylning, som vi- 'sas-i fig. l och är försedda med liknande hänvisningsbe- teckningar. Fig. 3 visar igångsättningen av gjutningen .och såsom visas placeras en bottenplatta 70 inom induk- torn 50 vid dess utmatningsände. Formen och dimensionerna på den smälta metallen som.införes i formmontaget regleras av bottenplattan 70 och de elektromagnetiska krafterna som alstras av induktorn 50. Stelningen åstadkommes genom kombination av kylmedelsströmmar 58 och 62 till kylme- delsströmmen 65, som är riktad så nära som möjligt mot den nedre änden 6Ä på induktorn 50. Denna reglering av den smälta metallen är verksam för att förhindra de istapps- liknande bihangen som är utmärkande för elektromagnetisk gjutning med direkt avkylníng vid dess igångsättníng.

Fig. Ä visar den normala_gjutningen, som har skilda kyl- níngskrav än vid gjutníngens början. Vid normal drift minskas volymen och/eller hastigheten på den andra kylme- delsströmmen 58 så att den kombinerade kylmedelsströmmen '65 slår an på ytan 59 av götet eller ämnet längre bort från den nedre änden 6U på induktorn 50 än som visas i fig. 3. ^ Ehnru på ritningarna ledningarna för kylmedelsutmatning på götet eller ämnet visas som en serie hål eller öppning-g ar, inses det att en enda ringformig springa eller ett flertal springer kan användas för samma ändamål. Dessutom 10 15 20 25 30 35 ââflü? 1 8 - 8 kan en avböjande yta användas för att ändra riktningen på kylmedelsströmmen till önskad lutning.

I praktiken är det ofta ganska svårt att noggrannt mäta vinkeln mellan den första ridån av kylmedelsdusch och me- tallytan eller mellan de två ridåerna av kylmedelsdusch emedan när en gång en kylmedelsström lämnar riktningen som bestämmas av ledningen eller ytan tenderar den att expandera vilket sålunda gör mätningen svår. Det är att rekommendera att vinkelmätningen göres på den riktnings- bestämmande ledningen eller ytan, då det föreligger nå- gon tvekan rörande densamma.

Följande exempel ges för att ytterligare illustrera upp- finningen. Ett Ä8,3 X llÄ,3 cm aluminiumgöt (legering 5182) göts med användning av ett elektromagnetiskt gjut- montage med direkt avkylning liknande det som schema- tiskt visas i fig. l. Smält aluminium införes i det elektromagnetiska gjutmontaget med direkt avkylning vid en temperatur av omkring 7160 C. Vid gjutningens början, då bottenplattan befann tion riktades den första kylmedelsströmmen mot ytan på götet i en vinkel av 25° med ett kylmedelsflöde av 284 liter/minut och den andra kylmedelsströmmen riktades sig inom induktorns nedre sek- mot götets yta i en konvergerande vinkel av omkring 650 med ett kylmedelsflöde av 284 liter/minut. Efter det att bottenplattan passerat anslagsområdet för den kombinera- de andra kylmedelsströmmen och liten möjlighet fanns för istappsliknande bihangsbildning, sänktes småningom kyl- medelsflödet i den andra kylmedelsströmmen till omkring l90 liter/minut för normal gjutning och bibehölls vid denna nivå till gjutningens slut. Vid gjutningens början var kylmedelsanslagspunkten omkring 0,6fl cm under induk- torn och efter det att den andra kylmedelsströmmens flöde minskats till 190 liter/minut var kylmedelsanslagspunkten omkring 2,5 cm under induktorn. Gjuthastigheten var om- kring 6,3 cm per minut. Ytorna på götet var utmärkta och e3øov1s-s 10 10 väsentligen icke några istappsliknande bihang bildades på götets ände.

Det är uppenbart att olika ändringar och modifieringar kan företagas på de utföringsformer som beskrivits här utan att avvika från uppfinningstanken och de bifogade 'kravens omfång. T.ex. har uppfinningen primärt beskrivits här i termer när det gäller en formande yta eller an- ordning, som gjuter produkter med cirkulär tvärsektion, under det att det är uppenbart att formningsanordningarna ekan utformas så att produkter framställes med väsentli- gen vilken önskad form som helst, t.ex. kvadratisk, rek- tangulär, oval och liknande. '

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 1822-9071 8 ' 8 ll Patentkrav Sätt vid kontinuerlig eller halvkontinuerlig gjutning av lättmetallprodukter, där smält metall införes i inmat- ningsänden på en ringformad elektromagnetisk induktor, där formen på den smälta metallen regleras så att den stelnar eller delvis stelnar i induktorn medelst krafter alstrade av ett elektromagnetiskt fält och där kylmedel ianbringas på ytan av den stelnade eller delvis stelnade metallen, som utträder från den elektromagnetiska induk- torns utmatningsände, k ä n n e t e c k n a t av att: (a) man riktar en första ström av flytande kylmedel om- kring omkretsen på den utträdande metallen i en vinkel av omkring 5° till U0° från induktorns axel och i rikt- ning bort från den elektromagnetiska induktorns utmat- ningsände; (b) man riktar en andra ström av fluidum omkring omkret- sen på den utträdande metallen i en vinkel mellan omkring 200 och 950 från den första strömmen så att såväl både den första och den andra strömmen konvergerar och bildar ett samflöde i ett läge anordnat på ett kort avstånd bort från den utträdande metallytan och samflödet därefter bringas att kontakta metallytan på önskat ställe beroende på volymen och hastigheten av de två strömmarna, med sum- man av vinkeln mellan den första strömmen och induktor- axeln och vinkeln mellan den första och andra strömmen ej överskridande 1250; och (c) man reglerar volymen eller hastigheten eller både volymen och hastigheten på den andra fluidala strömmen vid förhöjda nivåer vid gjutningens påbörjan för att rik- ta samflödet av kylmedelsströmmar till ett anslagsområde på den utträdande metallen, som är så nära den elektro- 8290718-8 12 magnetiska induktorns utmatníngsände som möjligt och då götets eller ämnets ände passerar området för kylmedels~ anslag, man minskar volymen eller hastigheten eller så- väl volymen och hastigheten på den andra fluidala ström- 5 imen, så att kylmedlets anslagsarea på götet eller ämnet förflyttas längre bort från induktorns utmatningsände än vid gjutningens början.