SE450753B - Forfarande och anordning for strenggjutning av metall - Google Patents

Description

10 l5 20 25 30 35 40 45b 753 2 påverkar den smälta metallen medelst dels ett elektromagnetiskt fält, som alstras i kokillens induktor genom tillförsel av elektrisk ström, och dels ett elektromagnetiskt fält, som alstras av kokillens s.k. stabiliseringslindningsvarv (stabi- liseringshärva), i och för formning av en smält metallpelare med efterföljande kylning för framställning av ett göt.

En anordning för stränggjutning av metall är känd (jämför exempelvis den amerikanska patentskriften nr 3 605 865), vilken innefattar dels en kokill, som är uppbyggd av en elektro- magnetisk induktor och en av ett omagnetiskt material fram- ställd stabiliseringshärva (ett stabiliserande lindningsvarv), vars tvärsnitt har formen av en triangel, vars spets är vänd mot kokillens inre, varvid stabiliseringshärvan är anordnad axiellt med induktorn i den omedelbara närheten av induk- torns ändyta, och dels ett rhgfonmm, axiellt med induktorn anordnat kylorgan för kylning av den smälta metallen.

Stabiliseringshärvan eller det stabiliserande lindningsvarvet bidrar till att minska den magnetiska fältstyrkan utefter den smälta metallpelarens sidoyta för att den smälta metall- pelarens tvärsnitt skall kunna få den form, som är nära götets tvärsnittsform. Samtidigt är stabiliseringshärvan av- sedd att tillsammans med induktorn bilda ett elektrodynamiskt tvåfassystem, som är avsett att alstra ett löpande (vandrande) magnetfält. De elektromagnetiska krafter, som är motriktade huvudcirkulationskretsen, begränsar fältstyrkan (fältinten- siteten) till värden, vid vilka gjutningen är stabil.

Stabiliseringshärvan gör det emellertid omöjligt att effektivt minska cirkulationsintensiteten hos den smälta metallen i götets krater, vilket avsevärt försvårar framställning av göt med homogen struktur, speciellt vid gjutning av höglegerade aluminiumlege- ringar. De så framställda göten uppvisar kraftigt markerad rems- eller bandformighet, vilket ogynnsamt inverkar på deras mekaniska egenskaper.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett förfarande och en anordning för stränggjutning av metall, vilka gör det möjligt att framställa göt med homogen b: å; 10 15 20 25 30 35 40 a 450 753 struktur genom att man eliminerat cirkulationen av den smälta metallen i götets krater och utformat stabiliseringshärvan på lämpligt sätt.

Detta uppnås enligt uppfinningen medelst ett förfarande för stränggjutning av metall, vid vilket man kontinuerligt in- matar smält metall i en kokill och påverkar den smälta metal- len medelst ett elektromagnetiskt fält, som alstras i ko- killens induktor genom tillförsel av elektrisk ström, och medelst ett elektromagnetiskt fält, som alstras av kokillens stabiliseringshärva, i och för formning av en smält metallpelare med efterföljande kylning för framställning av ett göt, varvid förfarandet utmärker sig av att man till stabiliseringshärvan matar en elektrisk ström, vars fas släpar efter fasen hos strömmen i induktorn en vinkel av från 959 till 1650 och vars amplitud utgör 0,1 till 0,4 av strömamplituden i in- duktorn¿ Detta förfarande kan genomföras medelst en anordning för sträng-' gjutning av metall, som innefattar dels en kokill, som är upp- byggd av en elektromagnetisk induktor och en av ett omagne- tiskt material framställd stabiliseringshärva, vars tvärsnitts- yta har formen av en triangel, vars spets är vänd mot kokillens inre, varvid stabiliseringshärvan är anordnad axiellt med in- duktorn i den omedelbara närheten av dess ändyta, och dels ett ringformat, axiellt med induktorn anordnat kylorgan för kyl- ning av den smälta metallen, varvid anordningen enligt upp- finningen utmärker sig av att förhållandet mellan triangelns höjd, sett i ett snitt genom stabiliseringshärvan, och triangelns större sida varierar mellan 0,7:l och 0,96:l, medan triangelns höjd är parallell med induktorns centrumlinje, varvid triangelns spets (tøpp) ligger på denna höjd och är förskjuten i förhållande till induktorns ändyta inåt kokillen ett avstånd, som utgör 0,l till 0,5 av induktorns höjd, och av att den innefattar ett ytterligare kylorgan för kylning av stabiliseringshärvan, medan Û resistiviteten J hos materialet i stabiliseringshärvan be- stämmes av sambandet.,f)= ~%~ ' f ' 10-9 frekvensen hos strömmen i induktorn, och k är lika med 3 eller 4. ownmvtor, där f är Det enligt uppfinningen föreslagna förfarandet för stränggjut- 10 l5 20 25 30 35 40 450 753 *f ning av metall gör det möjligt att avsevärt minska cirkulations- intensiteten för den smälta metallen i götets krater och följakt- ligen framställa göt med homogen struktur. Detta uppnås genom att kokillens stabiliseringshärva matas med en elektrisk ström, vars fas'Släpar efter fasen hos strömmen i induktorn en vinkel av 95-1650 och vars amplitud utgör 0,1 till 0,4 av amplituden av strömmen i induktorn. Om de genom induktorn och stabili- seringshärvan gående strömmarna är i samma fas eller i motfas med varandra, alstras det löpande (vandrande) elektromagnetiska fältet icke, varför en vertikal komposant av den elektromagne- tiska kraften i ytskiktet av götets flytande fas praktiskt taget icke uppträder. Vid en fasförskjutning av 95-1650 alstras den elektromagnetiska kraftens vertikala komposant F, som är riktad uppåt mot virvelkrafter Fl från huvudcirkulationskretsen eller -konturen. I beroende av den aktuella fasförskjutningen och det konkreta strömamplitudförhâllandet förinställes bestämda cirkula- tionsförhållanden, vilket med andra ord innebär att en bestämd cirkulationsintensitet förinställes. Härvid framgår det av det ovan sagda, att cirkulationshastigheten hos den smälta metallen i götets krater är minimal, dvs. nära noll, varför metallens remsformighet undvikes fullständigt och götets kvalitet blir bätt- re samtidigt som götets struktur blir homogenare.

Den enligt föreliggande uppfinning föreslagna anordningen för stränggjutning av metall gör det möjligt att genomföra för- farandet enligt uppfinningen och framställa göt med homogen struktur.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. l visar ett längdsnitt genom anordningen enligt uppfinningen för stränggjutning av metall och fig. 2 visar huvudcirkulationskonturer för den smälta metallen i götets krater samt verkningsriktningen för virvel- krafter i den smälta metallen.

Förfarandet enligt uppfinningen för stränggjutning av metall grundar sig på att smält metall inmatas kontinuerligt i en kokill och utsättes för inverkan av dels ett elektromagnetiskt fält, som alstras i en induktor genom tillförsel av elektrisk ström, och dels ett elektromagnetiskt fält, som alstras av en stabiliseringshärva, i och för formning av en smält metallpelare, 6%, 10 15 20 25 30 35 40 5 450 753 som därefter kyles för framställning av ett göt. Samtidigt matas stabiliseringshärvan med en elektrisk ström, vars fas släpar efter fasen hos strömmen i induktorn en vinkel av mellan 950 och 1650 och vars amplitud utgör 0,1 till 0,4 av strömamplituden i induktorn. Med detta förfarande kan man framställa plattgöt, cirkulära och ihåliga göt med hög ytkvalitet.

Anordningen enligt uppfinningen för stränggjutning av metall innefattar en kokill 1 (fig. l), som är uppbyggd av en elektro- magnetisk induktor 2 och en stabiliseringshärva 3, och ett ringformat kylorgan 4. Stabiliseringshärvan 3 är framställd av ett omagnetiskt material och har triangelformat tvärsnitt, varvid triangelns spets (topp) är vänd mot kokillens 1 inre.

Stabiliseringshärvan 3 är anordnad i den omedelbara närheten av induktorns 2 ändyta axiellt med induktorn 2.

Förhållandet mellan triangelns höjd h och dess större sida Ö varierar mellan 0,7:l och 0,96:l, medan triangelns spets ligger på höjden h och är förskjuten i förhållande till induktorns 2 ändyta inåt kokillen 1 ett avstånd d, som utgör 0,1 till 0,5 av induktorns 2 höjd.

Resistiviteten gp hos materialet i stabiliseringshärvan 3 å ' f ' 1o'9ohnuneter, där f är frekvensen hos strömmen i induktorn 2, medan k är 3 eller 4. bestämmes av sambandettp = Det ringformade kylorganet 4 är anordnat axiellt med induktorn 2. Anordningen är försedd med ett ytterligare kylorgan 5 för kylning av stabiliseringshärvan 3. Det ytterligare kylorganet 5 utgöres av en innermantel 6, som vid sina kanter är tätt förbunden med stabiliseringshärvan 3, varvid en kylvätska är avsedd att cirkulera genom ett hålrum mellan manteln 6 och härvan 3. Kylvätskan är avsedd att tillföras och bortledas genom ett rörstycke 7 resp. 8.

Ett organ 9 för fästning och förflyttning av stabiliserings- härvan 3 utefter kokillens 1 centrumaxel innefattar en stift- skruv 10, som medelst skruvgängor ll är infäst i kylorganets 4 hus. På stiftskruven 10 är fäst en plåt 12, som är avsedd att hoptryckas medelst en mutter 13. Stabiliseringshärvan 3 är stelt fäst på pläæm 12, vari är medelst skruvgängor en 10 15 20 25 30 35 40 450 753 s ställskruv 14 är anordnad, vars ände uppbäres av en på kyl- organets 4 hus fäst skyddsplåt l5.

Det ringformade kylorganets 4 hus är uppbyggt av två, med varandra~tätt förbundna delar med hål 16 för tillförsel av kylvätskan till götytan. Den elektromagnetiska induktorn 2 är anordnad i en ringformad, i kylorganets 4 hus upptagen ur- borrning 17.

Smält metall är avsedd att inmatas i kokillen l genom en ränna 18 och en mottagningstratt l9 i riktning till en bottenplatta 20, som uppbäres av en gjutmaskins bord 20, som är förflytt- bart medelst en elektrisk drivanordning 22.

Anordningen enligt uppfinningen för stränggjutning av metall fungerar på följande sätt.

Innan gjutningen påbörjas, införes bottenplattan 20 medelst gjutmaskinens elektriska drivanordning 22 i induktorn 2. Kyl- vätskan tillföres genom det ringformade kylorganets 4 hål l6 till bottenplattans 20 sidoyta, samtidigt som en växelspänning matas till induktorn 2. Smält metall inmatas därefter genom rännan 18 i mottagningstratten 19, varifrån den strömmar ut in i kokillen l i riktning till den orörliga bottenplattan 20.

Det elektromagnetiska, av induktorn 2 inducerade fältet verkar så, att en smält metallpelare formas. Sedan den smälta metall- pelaren uppnått en förutbestämd höjd av 40-50 mm, börjar man medelst den elektriska drivanordningen 22 förflytta bottenplattan 20 nedåt med en hastighet, som bestämmes av processtekniken (förfarandet) för framställning av götet ifråga genom gjutning.

Under gjutningens begynnelsefas stelnar den smälta metallen genom bortledning av det s.k. överhettningsvärmet till botten- plattan 20. Allteftersom götet rör sig nedåt, tillföres där- efter kylvätskan direkt till götytan, vilket resulterar i att götets kantzon bildas i det omrâde, där det av induktorn 2 alstrade magnetfältet uppträder.

Strömstyrkan i induktorn 2 bestämmer tvärsnittsdimensionerna hos den smälta metallpelare, som skall formas, och följaktligen W å! 10 15 20 25 30 35 40 a 450 753 götets tvärsnittsdimensioner. Götets form bestämmes av in- duktorns 2 form. För att förhindra eventuell formförvrängning under arbetsförloppet är induktorn 2 därför anordnad i den ringformade urborrningen l7.

Samtidigt som gjutningen genomföres, inducerar det av induktorn 2 alstrade magnetfältet virvelströmmar i stabiliseringshärvan 3, vilka - genom att de växelverkar med strömmen i induktorn 2 - alstrar i den smälta metallpelaren elektromagnetiska krafter F (fig. 2), vilka är motriktade verkningsriktningen för virvelkrafter Fl, som bringar den smälta metallen att cirkulera, varigenom cirkulationsintensiteten minskar.

Växelverkan mellan den genom stabiliseringshärvan 3 gående strömmen och strömmen i induktorn 2 förstärkes (intensifieras), varför cirkulationsintensiteten minskar, när stabiliserings- -förhållandet minskar och införingsdjupet för stabiliseringshärvan 3 i in- härvans3 tvärsnittsdimensioner ökar. Om h/6 duktorn 2 ökar, blir cirkulationen mindre intensiv. Detta möjliggöres genom att en ökning av stabiliseringshärvans 3 tvärsnittsdimensioner samt en ökning av införingsdjupet för härvan 3 i induktorn 2 leder till en minskning av fasförskjut- ningen mellan strömmen i induktorn 2 och strömmen i härvan 3 samt till en ökning av amplitudförhâllandet mellan strömmen i härvan 3 och strömmen i induktorn 2.

För att fasförskjutningen mellan strömmen i induktorn 2 och strömmen i stabiliseringshärvan 3 samt amplitudförhållandet mellan dessa strömmar alltid skall kunna ligga inom omrâdet för nämnda resp. optimala värden, måste resistiviteten hos det material, som stabiliseringshärvan 3 är framställd av, väljas utgående från sambandet: = ___ f . io'9 ometer, där k är 3 eller 4.

Stabiliseringshärvans 3 tvärsnittsdimensioner och införings- djupet för härvan 3 i induktorn 2 är beroende av formen, dimensionerna och den kemiska sammansättningen hos det göt, som skall framställas. Stabiliseringshärvans 3 erforderliga läge bör väljas i varje konkret fall. Stabiliseringshärvan 3 är förflyttbar medelst skruven 14 och låsbar medelst stift- io 15 20 25 30 35 40 450 753 z skruven 10 och muttern 13.

Sedan götet med förutbestämd längd gjutits, upphör tillförseln av smält metall, varefter bottenplattan 20 bringas att stanna kvar och'tillförseln av kylvätskan avbrytes. Sedan götets övre gjutdel stelnat fullständigt, avlastas induktorn 2 från mat- ningsspänningen.

Uppfinningen belyses närmare nedan medelst följande exempel på framställning av göt genom förfarandet enligt uppfinningen.

Exempel 1 Man framställde göt med en diameter av 345 mm från en legering av duralumintyp vid en frekvens f = 2400 Hz med en utdragnings- hastighet av 37-38 mm/min. Strömstyrkan i stabiliseringshärvan 3 reglerades medelst en anpassningstransformator med variabel varvomsättning. Fasförskjutningen mellan strömmen i induktorn 2 och strömmen i stabiliseringshärvan reglerades medelst en statisk fasregulator. Man har kunnat konstatera, att den smälta metallens cirkulation är i det närmaste minimal, när ström- styrkeförhâllandet mellan stabiliseringshärvan 3 och induktorn 2 är 0,4:l. Om strömmen i stabiliseringshärvan 3 släpar en fasförskjutningsvinkel av 1350 efter strömmen i induktorn 2, är den smälta metallens strömningshastighet lägre än 0,5 cm/s.

Dylika cirkulationsförhållnaden gör det möjligt att framställa göt med tämligen homogen struktur utan någon rems- eller band- formighet.

Exempel 2 Man framställde ett göt med en diameter av 345 mm från en le- gering av duralumintyp vid en frekvens f = 2400 Hz med en ut- dragningshastighet av 37-38 mm/min. Man använde växelvis tre stabiliseringshärvor 3, vilkas h/6'-förhållande utgjorde 0,96:l, 0,86:l resp. 0,7l:l. Vid d = 0,25 h och under, i övrigt lika betingelser var cirkulationshastigheten minimal, när h/8 -för- hållandet utgynfie 0,7l:1. Undersökningen av götets struktur på s.k. makrotempleter i tvär- och s.k. bråkdelsriktningen visade, att götets struktur blev homogenare, när h/S -förhållandet minska- des. fw .w

Claims (2)

1. l0 l5 20 25 30 35 9 450 753 Patentkrav l. Förfarande för stränggjutning av metall, vid vilket smält metall inmatas kontinuerligt i en kokill och utsättes för in-- verkan av dels ett elektromagnetiskt fält, som alstras i ko- killens induktor genom tillförsel av elektrisk ström, och dels ett elektromagnetiskt fält, som alstras av kokillens stabili- seringshärva, i och för formning av en smält metallpelare med efterföljande kylning av denna för framställning av ett göt, k ä n n e t e c k n a t av att stabiliseringshärvan matas med en elektrisk ström, vars fas släpar efter fasen hos strömmen i induktorn en vinkel av från 950 till 1650 och vars amplitud utgör 0,1 till 0,4 av amplituden av strömmen i induktorn.
2. 2. Anordning för stränggjutning av metall genom förfarandet enligt patentkravet 1, vilken innefattar dels en kokill (l), som är uppbyggd av en elektromagnetisk induktor (2) och en av ett omagnetiskt material framställd stabiliseringshärva (3), vars tvärsnittsyta har formen av en triangel, vars topp (spets) är vänd inåt kokillen (l), varvid stabiliseringshärvan (3) är anordnad axiellt med induktorn (2) i den omedelbara närheten av dess ändyta, och dels ett ringformat axiellt med induktorn (2) anordnat kylorgan (4) för kylning av den smälta metallen, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet mellan triangelns höjd, sett i ett snitt genom stabiliseringshärvan (3), och triangelns större sida är mellan 0,7:l och 0,96:l, varvid triangelns höjd är parallell med induktorns (2) centrum- linje, medan triangelns spets ligger på denna höjd och är för- skjuten i förhållande till induktorns (2) ändyta inåt kokillen (l) ett avstånd, som utgör 0,1 till 0,5 av induktorns (2) höjd, och av att den är försedd med ett ytterligare kylorgan (5) för kylning av stabiliseringshärvan (3), under det att resisti- viteten (da) hos det material, som stabiliseringshärvan (3) ' f ' 10 ohmmeter, där f är frekvensen hos den genom induktorn (2) är framställd av, bestämmes genom sambandetUp=-%- -9 gående strömmen, medan k är lika med 3 eller 4.