SE443525B - Sett och apparat for kontinuerlig gjutning - Google Patents

Description

' 8008640-8 2 och andra metallstavar genom stränggjutning istället för de dyrbarare processerna med valsämnesgjutning och varmvalsning, som f n allmänt används. För väsentligen samma ändamål har andra föreslagit anord-M ning av en elektromagnetisk form för att innesluta en mängd av smält metall ovanpå ett nedåt rörligt göt, medan de-yttre sidopartierna av massan stelnar. Denna allmänna princip anges i den amerikanska patent- skriften 3 467 166 och utvecklas vidare i den amerikanska patentskrif- ten 3 605 865, 3 735 799, 4 014 379 och 4 l26 175. I varje fall sker tillväxten i längdriktningen och smältan tillförs halvkontinuerligt eller kontinuerligt genom gravitationsflöde på den övre änden av det sjunkande götet. En av de allvarligare nackdelarna med denna lösning är det faktum att säkerheten vid stiggjutning saknas. I händelse av ett oväntat elektriskt effektbortfall kommer sålunda smält metall att spillas ut ur sjunkgjutapparaten istället för att endast flyta till- baka, såsom enligt föreliggande uppfinningfi hållskänken. Dessutom kommer möjligheterna för smältans överflöde och utbrott vid sjunk- gjutning att kräva en konstant nogrann styrning av både smältans mat- ningshastighet och götets borttagningshastighet. Dessutom är dessa hastigheter drastiskt begränsade genom ett värmeväxlingsproblem, som konsekvent minskar den kommersiella potentialen av denna typ av sträng- gjutning.' Enligt en annan, nyare lösning, som anges i de amerikanska patent- skrifterna 3 746 077 och 3 872 913, tvingas eller dras smält metall antingen hydrostatiskt med vacuum uppåt in i en mekanisk form med öppen ände och vertikal placering såsom nyformad och svalnad gjutpro- dukt, som diskontinuerligt och intermittent avlägsnas från fysisk kon- takt med den övre änden av den mekaniska form som innehåller den smälta metallen. På detta sätt uppnås säkerhet men endast genom god- tagande av bristerna hos en form med utvändig kontakt.

Genom de uppfinningar och upptäckter som anges allmänt omedelbart nedan och beskrivs i detalj med hänvisning tilllbifogade ritningar kan de ovan angivna ävensom andra fördelar av betydelse, som kommer att be- skrivas, beständigt uppnås vid stränggjutningsoperationer. Dessa re- sultat kan uppnås vid produktion av stänger av koppar och annan metall, som kan valsas, glödgas och dragas på-vanligt sätt för att framställa tråd. Vidare åstadkoms ingen ekonomiskunackdel utan i_motsats härtill kommer dessa uppfinningar och upptäckter att möjliggöra väsentliga be- ,_sparingar i produktionskostnad_vid vissa produktlinjer. Exempelvis 8008640-8 möjliggör dessa uppfinningar produktion av svetsstavar och andra produkter, vid vilka kornstorleken icke har primär betydelse, ge- nom direkt stränggjutning till den slutligt önskade dimensionen.

Såsom ännu en annan väsentlig fördel är föreliggande uppfinning icke beroende av sammansättningsbegränsningar utan är tillämp- lig för produktion av kopparstång från koppar med både hög och låg oxygenhalt och för framställning av stång och andra lång-r sträckta former av andra metaller och legeringar, inklusive men icke begränsat till aluminium, aluminiumbaslegeringar, koppar- baslegeringar, stål och liknande. finningen erhållit enligt före- pelare av Närmare bestämt har sättet och apparaten enligt upp de i krav 1 resp 6 angivna kännetecknen. Allmänt sker tqapfituüxyg uppåtriktad stränggjutnirxg genom förflyttning av en flytande metall.in i och genan en formningszon, i vilken den progressivt kyls och stelnar, under det att den utsätts för ett ehädnxnagnetiskt fält, vilket, redu- cerar den kraft som erfordras, för att avlägsna den resulte- rande, gjutna produkten från formningszonen. Denna väsentliga nya effekt av det elektromagnetiska fältet uppnås antingen genom lyftning eller genom inneslutning av den smälta me- tallpelaren utmed den större delen av dess längd och särskilt i det parti av denna i det omrâde där stelning inträffar. Lyftning âstadkomms genom elektromagnetiska vandringsvågor, som appliceras i den föredragna tillämpningen av uppfinningen, så att ett huvud- parti av pelarens längd bibehålls väsentligen viktlöst genom gjut- ningsoperationen. Vid endast inneslutning kan det elektromagnetiska fältet vara stationärt men_appliceras likaledes kontinuerligt och tjänar till att bibehålla den flytande metallpelaren utmed huvud- delen av dess längd totalt fri från kontakt med fysiska formanord- ningar. Såsom en annan alternativ tillämpning av uppfinningen kan lättnings- och inneslutningseffekterna användas samtidigt så att en pelare av smält metall bildas och hålls väsentligen viktlös och ur kontakt med fysiska formanordningar utmed huvuddelen av dess längd.

Den elektromagnetiska anordningen utför sålunda både lyftning och inneslutning- eller formning.

Det inses att väsentliga fördelar är förbundna med denna fundamentalt nya avvikelse från den tidigare tekniken och att den elektromagne- tiska lyftningen öppnar möjligheten för höga produktionshastigheter genom att, emedan metallpelaren är väsentligen viktlös, det icke är nödvändigt att kyla det nyligen stelnade partiet av metallprodukten 8008640-8 för att utveckla tillräcklig hållfasthet i denna i ändamål att stöda vikten av metallen nedanför och även för att motstå de dragsprännings- krafter som är involverade vid övervinnande av formfriktionen vid ut- tagning av produkten från formningszonen. Med andra ord är det arbete dras för att utdraga den stelnade metallprodukten från for- emedan detta arbete är en funktion av 1 ell mot kom- som erfor men mycket avsevärt minskat, formgjutningsfriktionen och denna friktion är proportion pressionskraften vid gränsytan. Vid tillämpningen av uppfinningen är kompressionskraften försvinnande liten på grund av det viktlösa till- n smälta metallen i pelaren och följaktligen den tryck- En huvudfördel med elektromag- ståndet hos de lösa kontakten av pelaren mot formen. netisk inneslutning uppnås därigenom utan förstöring av värmeväxtí lingens effektivitet hos den fysiska formen, emedan i den föredragna tillämpningen intet behov finns för ett väsentligt mellanrum eller gap mellan den fysiska formen och den.smälta metallpelaren utmed större delen av den sistnämndas längd.

En ny möjlighet för högre produktionshastighet uppnås likaledes ge- nom inneslutningen och kombinationen av elektromagnetisk lyftning och inneslutning enligt uppfinningen. I vardera fallet är sålunda den kraft som erfordras för att avlägsna den nystelnade produkten och framflytta den smälta metallpelaren genom stelningszonen mate- riellt minskad genom eliminering av friktions- och adhesionskrafter.

Med avseende på värmeväxlingens effektivitet är det vidare möjligt att uppnå god värmeöverföring i båda fallen genom minimering av bred- den i gapet mellan den smälta metallpelaren och den omgivande, fy- siska formen.

En ytterligare fördel med kombinationen av lyftning och inneslutning är det faktum att lyftning enkelt kan åstadkommas och hållas under snäv kontroll inom ett stort område för ingångseffekter. Det har sålunda överraskande visat sig att man erhåller en anmärkningsvärd självreglerande egenskap, varvid inneslutnings och lyftkrafterna är ömsesidigt förbundna i fråga om sin verkan. Med pelarens diameter fixerad vid ett önskat värde, medför en ökning av stighastigheten hos den smälta metallpelaren en reduktion i dess tvärsektionsdimension och följaktligen ökning av den elektromagnetiska lyftkraft som utövas på pelaren. När hastigheten uppåt därefter minskas och pelarens tvär- sektion följaktligen ökas, ökas lyftkraften så att, medan systemet kan uppvisa en viss pendlingstendens, det aldrig kommer att vara långt från jämvikt och produkten.kommer att vara väsentligen lik- formig i tvärsektionsdimension och profil. s 8008640-8 Såsom allmänt angetts ovan har det visat sig att denna.nya sträng- gjutningsmetod enligt uppfinningen i föredragna ävensom alterna- tiva utföringsformer är allmänt tillämplig på metaller, metallbland- nhræm, metallegeringar och i själva verket alla elektriska smälta. material, som kan bringas att stelna genom extraktion av värme. En annan närliggande, överraskande upptäckt är att, under förhållande med väsentligen hydrostatiskt nolltryck, tillräckligt inducerat _ virvelströmsflöde finns i den flytande metallpelaren och följakt- ligen omrörning av vätskan i pelaren, medan stelningen fortskrider och i takt med pelarens passage genom lyftningszonen så att en.hög grad av homogenitet hos den gjutna produkten uppenbarligen uppkommer, även i de metallblandningar som uppvisar tendenser för markerad sec» lektiv segring och stelning.

I en föredragen tillämpning av processen enligt uppfiningen är lyft- ningseffekten sådan att åtminstone entdel av den flytande metallpe- laren väsentligen är utan hydrostatiskt tryck, d v s väsentligen viktlös. Den lyftkraft som appliceras för att förflyttatqråt ut ur formningszonen åstadkoms genom en startstav, som introduceras i U början av processen med den flytande metallpelaren, vilken stelnar i kontakt med den nedre änden av staven. Utdragning uppåt av staven och efterföljande progressivt stelnade partier av den gjutna kroppen åstadkoms genom lämpliga medel, när den nedre änden av den flytande metallpelaren kontinuerligt formas i stabil inneslutning under sträng- gjutningsprocessen.

I en alternativ tillämpning av processen enligt uppfinningen, vid vilken ingen elektromagnetisk lyftningseffekt appliceras på den fly- tande metallpelaren, bibehålls pelaren utmed en väsentlig del.av dess längd och särskilt i det område där stelning inträffar, ur kon- takt med ytan hos den omgivande formanordningen. Pelaren är sålunda elektromagnetiskt innesluten av ett stationärt, elektromagnetiskt fält, som tjänar såsom en strukturlös form,;och pelarens tvärsektions- dimension är sålunda lätt styrbar, varjämte längden av den flytande metallpelare som således innesluts är valfri, emedan ett enkelt så- dant fält eller en serie av sammanhängande stationära, elektromagne- tiska fält kan användas.

I var och en av dessa alternativa utföringsformer av uppfinningen är längden av det elektromagnetiska fältet lämpligen större och helst avsevärt större än diametern av detta fält och längden av den lyfta pelaren är större än dess diameter vid den bästa tillämpningen. 8008640-8 Fältets generatoranordning kan innefatta ett flertal elektromagnetiska spolar för anordning kan innefatta ett flertal.elektromagnetiska spolar för koppling till successiva faser av en flerfasig elektrisk ström- källa för att alstra en uppåtriktad lyfteffekt i en pelare av en flytande metall i kärlet. Med lyfteffekt avses att en konti- nuerlig pelare av flytande metall tvingas uppåt till kontakt med aen nedre änden av preduktetaven under bilaning. På detta sätt undviks blåsor på grund av tomrum och piping. Mer detaljerat innefattar apparaten en degel för ett bad av smält metall, som kommunicerar med den nedre änden av gjutkärlet, och innehåller även en anordning i förbindelse med degeln för att bil- da och förflytta en pelare av flytande metall uppåt in i gjut- kärlet till en nivå över den nedre änden av lyftanordningen. I föredragen tillämpning har formningsanordningen för pelaren for- men av en hydrostatisk tryckkälla som fungerar för att förflytta flytande metall till bildande och bibehållande av pelaren.

De med sättet och apparaten enligt uppfinningen franställda produkter-na är långa metallkroppar, som är helt täta och väsentligen likformiga i diameter och har konstant sammansättning genomgående i varje fall. I sitt gjutna tillstånd har dessa stänger, stavar och liknande släta, något vågiga ytor, som är att tillskriva det faktum att innan, under och omedelbart efter stelningen den metall av vil- ken de är formade enligt uppfinningen elektromagnetiskt hålls ur kontakt med den sidoställda stödanordningen och även genom att den flytande metallen vid stelningsfronten konstant omrörs av inducerade virvelströmmar. I föredrageh tillämpning kan äter produkten lämp- ligen vara en stav med en sammansättning, som starkt tenderar till fasseparation, varvid de inducerade virvelströmmarna medför en hög grad av homogenitet.

Vid tillämpning av uppfinningen har det visat sig att en medelskill- nad i diameter i den stav som hâlls i lyftning och den som fysiskt gör kontakt med röret är omkring 0,025 till 0,050 mm. Detta tillsam- mans med den unika ytprofilen visar att stelningen av stavprodukten har inträffat utan kontakt med den kylande rörytan.

En fackman på området kommer att förstå uppfinningen bättre gencn följande de- taljbeskrivning med hänvisning till ritningarna, på vilka fig. l är en schematisk bild i sidovy av anordningen enligt uppfinningen 3908640-s i en föredragen utföringsform i kombination med varmvalsningsutrust- ning, fig. 2 en schematisk bild av gjutenheten av den i fig. l visade utrustningen, fig. 3 en halvschematisk sektion i större skala av gjutkärlet i fig. 2, åskådliggörande den föredragna tillämpningen, innefattande lyftningsmomentet, fig. 4 en bild liknande fig. 3 av en alternativ utrustning enligt uppfinningen, âskådliggörande den al- ternativa tillämpning som innefattar den kombinerade verkan av inne- slutning och lyftning av den flytande metallpelaren, fig. 5 ett kopp- lingsschema av lyftspolen, som kan användas i enheten i utrustningen enligt fig. l till 4, fig. 6 en bild, liknande fig. 3 och 4, av ännu en alternativ utrustning enligt uppfinningen, åskådliggörande effek- ten av den flytande metallpelaren vid den tillämpning av uppfinningen, som innebär inneslutning av pelafim , fig. 7 ett fotografi av en kop- parstav, som är framställd med den föredragna metoden enligt uppfin- ningen, samt fig. 8 en fotografisk närbild av den nedre änden av kop- parstaven i fig. 7, utvisande de olika ytegenskaper som angetts nedan.

Smält, för gjutning avsedd metall avges från en stjälpbar varmhåll- ningsugn (ej visad) enligt fig. 1 till en gjutdegel l0, i den utsträck- ning som erfordras för att bibehålla den önskade nivån av flytande metall inuti en gjutenhet ll. Gjutenheten är fäst på och sträcker sig vertikalt uppåt från degeln l0 till en övre ände, genom vilken en nygjuten stångprodukt l2 utmatas till en kylkammare l3, varifrån den överförs till varmvalsningstandemstationer I4 och 15 och därefter slut- ligenkyls och lindas vid lindningsstationen 16. Alternativt gjuts stången 17A direkt till slutlig önskad dimension för användning.

Metallsmâlta förflyttas från degeln l0 såsom en flytande metallpelare till gjutenheten ll genom gravitationsflöde från varmhållningsugnen, vilken stjälps till chargeringsläge, för att avge smält metall till degeln l0 i intervaller eller kontinuerligt efter behov under sträng- gjutningsprocessen. I den föredragna tillämpningen av föreliggande uppfinning bildas sålunda pelaren 20 (fig. 2) av flytande metall och hålls därefter vid en nivå ovanför den vid vilken verkan av elektro- magnetisk vandringsvåglyftning inträder för att reducera och t o m eliminera pelarens hydrostatiska tryck.

M a o förs pelarens 20 övre ände från början inuti det nedre partiet av enheten ll, där åtminstone den övre delen av pelaren 20 kommer att bli väsentligen viktlös, när lyftutrustningen hos gjutenheten ansluts till sin elektriska kraftkälla. 8008640-8 Gjutenheten ll innehåller ett lyftrör 25 med öppna ändar, som kan vara av eldfast och är fäst vid degeln 10 för att motta flytande metall från denna för stelning och därefter utmata en gjuten pro- dukt från dess övre ände in i kylkammaren 13.

Exempelvis tolv spolar, som schematiskt visas vid 28, är anbragta på vertikalt avstånd från varandra kring lyftröret 25 såsom lind- ningar, vilka är anordnade väsentligt vinkelrätt mot rörets centrum- axel och är kopplade i grupper av tre till succesiva faser av den flerfasiga, elektriska strömkällan enligt fig. l, för att alstra ett magnetfält, som kommer att inducera Foucaltströmmar i den flytande metallen i röret 25, vilka medför en uppåtriktad lyfteffekt på den metall som gjuts. Denna sexfasiga lyftanordning är sålunda avsedda att alstra en progressiv vandringsvåg, som kommer att för- flyttas med en hastighet, vilken är proportionell mot avståndet mellan succesiva, slutna flödesslingor och exciteringsfrekvensen.

Spolarna 28 som bildar kärnan av lyftanordningen är anordnade ver- tikalt utmed lyftrörets längd så att den flytande metallen och den stelnade metallprodukten tillsammans, utom i den nedersta sektionen av röret 25, kan lyftas genom hela gjutoperationen i önskad omfatt- ning, helst väsentligen till viktlöshet.

En experimentmodell av denna apparat enligt uppfinning använd för att producera stränggjutna koppar-, aluminium- och bronsstänger vid demonstration av funktionsdugligheten av processen enligt uppfinningen och, hade en lyftsektion med 36 varv kopparrör lindade med en stig- ning av sex varv per omkring 25 mm vilket ger en total lyftsektion av omkring 150 mm. De tolv faserna var vardera förskjutna 60° i fas från sina omedelbara grannar och sektionen var effektivt två våglängder lång. Diametern av de lyfta metallpelarna var 22 mm och pelaren hölls utan acceleration (d v s lyftförhållandet var väsentligen 1,0) vid en frekvens nära 1200 Hz, när den totala likströmseffekten som till- fördes lyftkraftkällan för växelström med motorgenerator låg i om- rådet från omkring 7 till 10 kW. Den värmeväxlare som visas i fig. 4 användes.

Ehuru värmeväxlare av en mångfald utföranden och konstruktioner kan användas med appareten enligt uppfinningen, är den som är bäst lämpad för detta ändamål, och följaktligen föredragen i denna kombination, ”den som visas vid 30 på ritningarna, vilken är av bearbetad metall- 8008640-8 plåtskonstruktion, innefattande övre och nedre, ringformiga kammare 3l och 32 samt en cylindrisk sektion 33, som är monterad kring lyft- röret 35 i kontakt med dess ringformiga, yttre yta. Flytande kylme- dium exempelvis ledningsvatten, leds kontinuerligt från en källa (ej visad) till den övre kammaren 31 och bringas att strömma genom sektionen 33 under hela metallgjutningsoperatíonen samt avlägsnas genom en nedre kammare 32 till ett avlopp, som medbringar det värme som absorberas genom röret 25 från den flytande metallen i detta och den nyligen stelnade metallprodukten i detta. Spolarna 28, som visas i fig. 3, är anbragta utanför den centrala sektionen av värme- växlaren och sträcker sig väsentligen från en kammare till den andra i likformigt åtskilt förhållande och är anbragta nära varandra kring värmeväxlaren. Ett lämpligt material för värmeväxlaren 30 är rost-_ fritt stål på grund av korrosionsresistensen och värmeväxlingseffek- tiviteten hos dylika legeringar.

Vid tillämpning av processen enligt föreliggande uppfinning i för närvarande föredraget utförande chargeras degeln 10 med smälta av metall, såsom koppar, som skall stränggjutas i och för produktion av föremål med stor längd såsom stång. Först smälts sålunda metallen och tillförs degeln l0 från varmhållningsugnen för att bilda den flytande metallpelaren 20 med dess övre ände inom lyftpartiet av gjutenheten ll. En ympstav 40 införs genom den övre änden av röret för att bringa den nedre änden av staven i kontakt med den övre delen av den flytande metallpelaren. Med ledningsvatten strömmande med full hastighet genom värmeväxlaren, stelnar ett övre parti av den flytande pelaren i kontakt med staven. Staven 40 och den vidhäftande stångänden utdras därefter från röret 25 med approximativt hastigheten för bildning av fast stång. Den flytande pelaren bibehålls väsentligen viktlös, åtminstone utmed huvuddelen av dess längd, och sålunda vä- sentligen i trycklös kontakt med röret 25 i denna situation genom drift av lyftanordningen och det hela sker kontinuerligt under al- string av en kontinuerlig längd av metallstång med slät, blank och något vågig yta samt fullt tät karaktär genomgående. Denna stång förs genom kammaren l3, där vattenbesprutning reducerar dess temperatur till den punkt, vid vilken den är i tillstånd för slutlig kylning och lindning med eller utan mellankommande varmvalsning.

Allt eftersom nivån av den flytande metallpelaren 20 faller under förloppet av processen tillförs ytterligare smälta till gjutdegeln -8008640-8 så att gjutningsoperationen fortsätter utan avbrott.

Denna nya process enligt uppfinningen har med framgång demonstrerats genom användning av apparaten i ett flertal experiment, som omfattat en mångfald metallmaterial. Speciellt har aluminium, koppar och en bronslegering gjutits i form av stång vid operationer, vilka utförts väsentligen såsom beskrivits i detalj omedelbart ovan. Vid varje tillfälle var stångprodukten likformigt omkring 22 mm i diameter och fullständigt tät och hade likformig sammansättning genomgående samt slät, blank och svagt vågig yta. Den elektriska effekttillförseln till lyftanordningen varierades emellertid i enlighet med skill- naderna mellan gjutmaterialen för att approximativt anpassa lyftkraf- ten till vikten av det lyfta materialet, d v s för att bibehålla ett lyfttillstånd med väsentligen nollacceleration. Tvärtemot vad man vän- tat sig, är noggrann styrning av den elektromagnetiska fältstyrkan icke nödvändig för att bibehålla denna balans mellan lyftkraft och vikt.

Med avseende på lyftningen accelereras den flytande metallpelaren uppåt om lyftkraften är större än viktkraften och detta medför en reduktion av lyftkraften till följd av reduktionen av pelarens tvär- sektion, medan det motsatta är fallet, när lyftkraften är mindre än viktkraften. Ehuru denna fulla verkan av lyftanordningen förekommer utefter en stor del av längden av den flytande metallpelaren och den stelnade stångprodukten inom lyftröret, uppbärs pelarens delar i de nedre och övre ändarna av lyftröret, där lyftkrafterna i medeltal är endast hälften av ovan nämnda, av den tryckhöjd som finns, för att lyfta den flytande pelaren till initialhöjd, respektive av den lyft- kraft som appliceras genom ympstaven 40. När den flytande pelaren bildas, åstadkoms sålunda en liten, uppåtriktad acceleration av dessa lyftkrafter i den nedre ändregionen och när den flytande metallpe- laren förflyttas långsamt uppåt till en punkt, som är omkring lika med radien av lyftspolarna, inträder den i fält, som är tillräckligt starka för att bilda och bibehålla pelaren i ett väsentligen viktlöst tillstånd, så att dess kontakt med lyftröret är väsentligen trycklös.

Genom ökning av tryckhöjden är det därför möjligt att öka de uppåt- riktade flödeshastigheterna och mera àllmänt kan initialtryckhöjden användas för att reglera hastigheten av detta flöde, varvid lyftanord- ningcn då tjänar till att bibehålla ett dylikt initialflöde vid ett relativt konstant värde genom hela den övre längden av den flytande pelaren. 8008640-8 11 För att begränsa dimensionerna av gjututrustningen och särskilt lyftenheten samt även minimera kraven på tillförd effekt för att bibehålla den flytande pelaren genom stelningssteget, är maximal värmeväxlingseffektivitet önskvärd och för detta ändamål åstad- kommer den ovan beskrivna värmeväxlaren i själva verket ett till- stånd, som närmar sig vattenspolning, genom effektiv omslutning av den stigande flytande metallpelaren i ett snabbflytande, tur- bulent, ringformigt kylmedieflöde med relativt liten tvärsektion.

Denna värmeväxling mellan metallpelaren 20 och det omgivande gra- fitröret 25, som vilar mot den cylindriska ytan av den inre väggen av rostfritt stål hos värmeväxlarenheten, åstadkommer en mycket effektiv värmeöverföringsförmåga. I den illustrerade versionen av denna värmeväxlare förbättras denna förmåga ytterligare genom korta, invåndiga, ringformiga flänsar, vilka tjänar såsom barriä- rer mot laminärt flöde och åstadkommer turbulens i den kylvätska som passerar nedåt genom värmeväxlaren från den övre kammaren 31 till den nedre kammaren 32.

Medan teorin skenbart icke sätter någon gräns för tvärsektions- dimensionen hos de produkter som gjuts med metoden enligt upp- finningen, bestämmer rådande, praktiska övervägande stångdiametern i gjutet tillstånd i området mellan 5 mm och 50 mm, varvid för kopparstav en diameter av 8 till 30 mm är att föredra. Varmvalsning kommer då att medföra den önskade stångdiametern och den fina kornstruktur som erfordras för tråddragning. I varje fall är emel- lertid den invändiga diametern i lyftröret 25 och driftparametrarna valda så att i enlighet med den föredragna metoden ett ringformigt minimigap finns mellan den flytande metallen i pelaren 20 och röret . Detta gäller under den punkt där stelning av den flytande metal- len medför krympning av pelarens tvärsektionsarea, även om dylik krympning är helt liten. Det gap som visas vid 45 i fig. 2 och 3 är schematiskt och icke avsett att noggrant representera platsen eller dimensionerna för det ringformiga gapet.

I ett experiment för att prova kapaciteten hos denna nya metod en- ligt uppfinningen för att framställa väsentligen homogena gjutföre- mål av en legering med en tendens till selektiv segring och stelning av olika komponenter smältes en aluminium-bronslegering och vid tre olika tider göts den i enlighet med uppfinningen med användning av apparatur väsentligen lika med den ovan beskrivna med de undantagen -8008640-8 12 att l) värmeväxlaren var ett enkelt kopparrör, som var lindat kring och i värmeväxlingskontakt med lyftröret 25 (såsom visas i fig. 4) samt 2) att den flytande metallpelaren 20 bildades och bibehölls med förflyttning av smälta från degeln 10 genom kolvverkan i stället för genom gravitationsflöde från en varmhållningsugn. Resultatet av analyser av den legering som användes för att bilda den smälta me- tallen och av de tre stângprodukterna anges i tabell l av vilken det är uppenbart att inom noggrannheten för de använda provtagnings- och analysmetoder integriteten av legeringskompositionen var helt bibehållen.

Tabell l Element Utgångs- Prov l Prov 2 Prov 3 material Fe 2,64 % 2,69 % 2,65 % 2,71 % Sn 0,01 % 0,03 % 0,01 % 0,02 % Zn 0,01 % 0,03 % 0,02 % 0,02 % Al 10,35 % l0,l2 % 10,02 % 10,05 % Mn 0,49 % 0,76 % 0,68 % 0,72 % Si 0,028 % 0,049 % 0,039 % 0,046 % Ni 5,00 % 4,99 % 4,90 % 4,99 % Andra 0,03 % 0,03 % 0,03 % 0,03 % Cu Rest Rest " Rest Rest Apparaten enligt fig. 4 är en underenhet, som innefattar ett lyft- rör 50 och en serie av tolv separata kopparkylrör, vilka visas vid 52 lindade på röret 50 och åtskilda utmed dess längd samt anslutna separat till en källa för kylvätska, såsom ledningsvatten (ej visad).

Rören 52 är även funktionellt sammankopplade i grupper av tre med succesiva faser av den flerfasiga, elektriska strömkällan enligt fig. 5 för den ovan beskrivna lyftverkan och tjänar sålunda två väsentliga ändamål. Liksom i fig. 3 betecknas de individuella spol- grupperna med bokstäverna A, B, C, vilka hänvisar till de tre faser- na i schemat i fig. 5, som illustrerar kopplingskretsarna hos appa- raturen och dess kraftkälla. Denna underenhet ersätter sålunda lyft- röret 25, värmcväxlaren 30 och tolv spolar 28 i apparaten enligt' fig. 3 men verkar sålunda både för att lyfta och innesluta eller for- ma..Med andra ord används denna apparat på sådant sätt att den fly- tande metallpelaren 55, liksom pelaren 20, är viktlös utmed det mesta 8008640-8 13 av sin längd men hålls, till skillnad från pelaren 20, över samma längd utom kontakt med röret 50 med ett ringformigt gap 57, som företrädesvis har liten radiell utsträckning.

Skyddsgas som icke skadligt reagerar med den metall som gjuts an- vänds och kan tillföras i utrymmet 57 på valfritt önskat sätt. För detta ändamål föredras vid koppargjutning kvävgas eller en bland- ning av kvävgas, vätgas och koloxid, som alstras genom förbränning av naturgas och därefter separation och borttagning av H20 och C02 från de framställda gaserna.

På likartat sätt kan underenheten enligt fig. 6 användas, i stället för de motsvarande komponenterna i fig. 3, när elektromagnetisk lyftning icke är nödvändig i stiggjutsoperationen men elektromag- netisk inneslutning är önskvärd eller erforderlig vid produktion av stränggjutna metallföremàl.

Såsom visas i fig. 6, hålls sålunde en flytande metallpelare 60 utom kontakt med lyftröret 61 åtminstone i den del av pelaren där stelning av pelarens yta inträffar. I själva verket är det härvid att föredra att den elektromagnetiska formeffekten kommer att sträcka sig väl under pelarens ytstelningsnivå, liksom den gör vid utförings- formen enligt fig. 4, för att bilda och bibehålla det ringformiga gapet 63.

I likhet med apparaturen enligt fig. 4 har den enligt fig. 6 en se- rie av kopparrörsspolar 62, vilka emellertid är anslutna till en elektrisk enfaskraftkälla 64. De tjänar dessutom såsom kylanordning genom att vara i god värmeöverföringskontakt med grafitröret 61, som i konstruktion och funktion motsvarar lyftrören 25 och 50. I drift tillförs vatten kontinuerligt med maximal flödeshastighet i spolarna 62 från en lämplig källa (ej visad). Vatten, som medför värme, vilket absorberas från den heta metallen in i röret 6l, ut- natasfrån spolarna 62, antingen till en behållare för kylning och återcirkulation eller till ett avlopp.

Den stränggjutna kopparstångprodukt som visas i fig. 7 och 8 fram- ställdes i enlighet med det föredragna utförandet av uppfinningens metod genom användning av apparaturen enligt fig. 3. Närmare bestämt utfördes stiggjutningsoperationen såsom beskrivits med hänvisning “8008640-8 14 till fig. l till 3, varvid elektromagnetisk lyftning användes, för att bibehålla den flytande kopparpelaren viktlös med i trycklös kon- takt med lyftröret genom hela det övre partiet av pelaren. Den svagt vågiga, släta och blanka ytan hos stângprodukten är resultatet av att den flytande kopparpelaren hålls från att utöva tryck på en sidostödanordning vid en punkt, där pelarens yta stelnade. Det är även resultatet av de virvelströmmar som induceras i da1stehwfie]«m» parn genom lyftfältet. Denna helt täta produkt (8,9 genom verklig mätning och beräkning) var uppenbarligen av likformig sammansättning genomgående. Stångdiametern var nära 16 mm, som var den invändiga diametern i lyftröret, i vilket stången producerades. Ett slätt, matt band vid den nedre eller vänstra änden av stången 20 är omkring 0,05 mm större i diameter än de blanka, räfflade ytpartierna, vilka blanka partier stelnade, medan de icke var i tryckkontakt med lyft- röret. Detta korta, släta, matta band vid nedre änden av den stång som stelnat i området för värmeväxlaren under området för effektiv lyftning och den smälta kopparn var därför i tryckkontakt med lyft- röret. Skillnaden itnsearæ hos partierna i kontakt och utom tryck- kontakt är uppenbara.

Claims (10)

8008640-8 15 P a t e n t k r a v.

1. Sätt för kontinuerlig gjutning, varvid metallen införes i den undre delen av ett långsträckt uppåt vandrande elektromagnetiskt fält inom ett omgivande gjutkärl, k ä n n e t e c k n a t av att värdet hos det på pelaren av stelnande metall verkande elektromagnetiska fältet inställs och hålls så att ytan hos pelaren av flytande metall är ur kontakt med gjutkärlet men med ett minimalt gap mellan nämnda yta och gjutkärlets inre omgivande yta i ändamål att uppnå god värmeöverföring mellan metallpelaren och gjutkärlet och samtidigt mi- nimera gravitations-, friktions- och adhesionskrafter.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att i gjutprocessens begynnelseskede en metallstav förenas med pelaren av smältande metall, som rör sig uppåt genom fältet.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att detsamma användes för gjutning av föremål av koppar, aluminium, stål, eller legeringar på koppar- eller aluminiumbas.

4. Sätt enligt något av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att det- samma användes för gjutning av stavar med en diameter av 8 - 30 mm.

5. Sätt enligt något av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a t av att det- samma användes för gjutning av kopparstång med omkring 16 mm diameter.

6. Apparat för utförande av sättet enligt något av krav 1 - 5 för kon- tinuerlig gjutning av metallföremål, varvid metallen införes i den undre delen av ett långsträckt uppåt vandrande elektromagnetiskt fält inom ett omgivande gjutkärl, k ä n n e t e c k n a d av att gjutkärlet är ett långsträckt rör- formigt gjutkärl (11,25,50,61) anordnat i upprätt läge, en anordning (10) finnes för att avge flytande metall till en lägre del av nämnda kärl, en värmeväxlings- anordning (30,31,32) är anordnad i anslutning till kärlet för att kyla och bringa den flytande metallen till stelning, en anordning (40) är inrättad för avlägsning av den stelnade metallen från en övre del av kärlet, samt en elektro- magnetisk spole (28,52,61) är anordnad runt kärlet utefter en del av dess längd.

7. Apparat enligt krav 6, k ä n n'e t e c k n a d av att spolen inne- fattar flera elektromagnetiska lindningar (28,52) för anslutning till successiva faser hos en flerfas strömkälla.

8. Apparat enligt något av krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a d av att gjutkärlet är ett rör (11,25,50,61) av eldfast material. 8008640-8 16

9. Apparat enligt något av krav 6 - 8, k ä n n e t e c k n a d av att densamma innefattar en degel (10) för ett bad av smält metaH (20) kommuniceran- de med den 'lägre änden av gjutkärïet (11,25), samt en anordning i ansïutning tiTl degeln för att upprätta och föra en peïare av smäïtande metaH uppåt i gjutkärlet (11,25) tiTl en nivå över spoïens (28) undre ände.

10. Apparat enhgt något av krav 6 - 9, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda fïerfaskäfla är en trefasgenerator inrättad att aïstra ett Hkformigt och symmetri skt fält.