SE518344C2 - Ingjutsystem - Google Patents

Description

25 30 35 518 344 2 genomsnittlig gjuthastighet och är konstant över reak- tionskammarens höjd. Om gjuthastigheten inte är konstant under gjutningsförloppen utan avtar medför detta att mag- nesiumhalten i järnet successivt ökar omvänt proportio- nellt mot gjuthastigheten. Detta inträffar t ex om tryck- höjden vid gjutningen minskar genom att en del av gjut- godskaviteten befinner sig ovanför formens delningsplan.

Vid tillverkning av segjärn medför detta, som tidigare nämnts, inga större problem eftersom man kan arbeta med säkerhetsmarginaler för magnesiumtillsatsen.

Problem uppstår dock om man vill tillverka s k kom- paktgrafitjärn med InMold metoden. Kompaktgrafitjärn karaktäriseras av att det i järnet lösta kolet utskiljes som maskformiga grafitpartiklar och inte som sfärer som vid segjärn eller som tunna fjälliknande strukturer som vid s k gråjärn. Den kompakta grafitformen är en mellan- form som enbart uppstår inom ett mycket smalt magnesium- Ett Med den konven- intervall som bl a är beroende av godstjockleken. typiskt intervall är 0,01 till 0,013 %. tionella InMold metoden där reaktionskammarens sektions- area är konstant kan magnesiumhalten öka från 0,01 upp till 0,02 % om gjuthastigheten under senare delen av gjutningen reduceras till hälften av initialhastigheten.

Resultatet blir att järnet med den högre magnesiumhalten kommer att innehålla en låg andel kompaktgrafit och en hög andel nodulär grafit, d v s vara en blandning av kom- paktgrafitjärn och segjärn.

Ett annat problem vid tillverkning av kompaktgrafit- järn är att den undre gränsen för magnesium beror av bas- järnets kärnbildningstillstànd. Kärnbildningstillstàndet kan indirekt mätas med olika metoder, t ex termisk ana- lys, och för att nå optimala förhållanden skulle man be- höva variera procentsatsen magnesium i järnet i förhål- lande till kärnbildningstillstàndet. Detta är inte möj- ligt med den traditionella InMold metoden.

Ytterligare ett problem med den traditionella InMold metoden är att en del av det första järnet som når reak- lO 15 20 25 30 35 518 344 3 tionskammaren p g a rörelseenergin passerar ut i kanalen från reaktionskammaren utan att ha Varit i direkt kontakt med legeringsmedlet. Först efter några sekunder fylls reaktionskammaren helt med metall. Detta innebär att det första järnet som strömmar in i formkaviteten i vissa fall kan ha för låg halt av legeringsämnet.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att àstad- komma ett ingjutsystem för erhållande av en konstant halt av legeringsämne i metallen vid varierande gjuthastighet under gjutningsförloppet.

Detta ändamål uppnås genom ett ingjutsystem av det inledningsvis angivna slaget, vilket har de kännetecken som framgår av patentkrav 1.

Kort beskrivning av ritningen Uppfinningen kommer i fortsättningen att beskrivas ytterligare m h a ett utföringsexempel med hänvisning till bifogade ritning.

Fig 1 är en perspektivvy och visar en föredragen ut- föringsform av uppfinningens ingjutsystem.

Fig 2 är en sektionsvy och visar ingjutsystemets för- sta del.

Fig 3 är en sektionsvy och visar ingjutsystemets andra del.

Beskrivning av föredraqen utförinqsform I fig 1 visas ett utföringsexempel på ett ingjutsy- stem för framställning av s k kompaktgrafitjärn. Basjär- net pàfylles i systemet via en gjutskänk eller avgjut- ningsugn via en gjutskål och nedlopp 1. Till nedloppet 1 är en gjutkanal 2 ansluten. Dess första del 7 (se fig 2) har ett tvärsnitt som på känt sätt dimensionerats för att nå önskat flöde och därmed önskad gjuttid för den detalj som skall gjutas. Den andra delen av gjutkanalen 2 är ut- förd med ett tvärsnitt som är 3 gånger större än den för- sta delen 7. I denna senare del av gjutkanalen 2 är en förbindelsekanal 3 till reaktionskammaren 4 vinkelrätt ansluten. Gjutkanalen 2 utskjuter förbi anslutningspunk- 10 15 20 25 30 35 518 344 4 ten för förbindelsekanalen 3. Förlängningen 8 gör att flödet stabiliseras i nedloppet 1 innan basjärnet via förbindelsekanelen när reaktionskammaren 4. Förbindelse- kanalens 3 tvärsnitt anpassas efter volymflödet sä att hastigheten in till reaktionskammaren 4 understiger 500 mm/s. Förbindelsekanalens 3 bredd är lika stor som reak- tionskammarens 4 bredd.

Reaktionskammaren 4 är utformad med ett kvadratiskt tvärsnitt och dess sektionsarea pà olika höjder beräknas enligt formeln: Sektionsarea per nivà (cmz) = (Q x ÖMg/100)/F Q= Metaliflöde (g/s) ÖMg= Önskad magnesiumhalt (%) F= Faktor för upptagning av magnesium frän reaktionskammaren (g/cmz/s) Legeringsmedlet, t ex FeSiMg med en kornstorlek av 1-3 mm, är pà känt sätt placerat i reaktionskammaren 4.

Vid gjutning genomströmmas reaktionskammarens 4 övre del av metall varvid legeringsmedlet successivt smälter och gàr i lösning i järnet.

Metallflödet över gjuttiden beräknas pà känt sätt med ledning av den aktuella effektiva tryckhöjden vid varje tidpunkt eller genom att utföra en datorstödd flödessimu- lering. Reaktionskammarens 4 höjd beräknas pà känt sätt i relation till den totala mängden magnesiumlegering och dess densitet samt sektionsareorna. Höjden av reaktions- kammarens 4 överdel ökas därvid med minst höjden på för- bindelsekanalen 3.

På motsatt sida av förbindelsekanalen 3 till reak- tionskammaren 4 är en tryck- och blandningskammare 5 an- ordnad. Anslutningsarean till reaktionskammaren 4 är lika stor eller större än förbindelsekanalens 3 area. Tryck- och blandningskammaren 5 är delad av en skiljevägg 9 (se fig 3). Skiljeväggens 9 uppgift är att säkerställa att reaktionskammaren 4 är helt fylld av metall och stàr 10 15 20 25 30 35 518 344 5 under tryck innan metall tilläts rinna ut i utloppskana- len 6 som leder till gjutgodskaviteten. Skiljeväggens höjd beräknas enligt formeln: Skiljeväggens höjd (mm) = 30 + 3 x höjden av inloppet till reaktionskammaren Tryck- och blandningskammarens 5 höjd är lika med skiljeväggens 9 höjd plus höjden av förbindelsekanalen 3 till reaktionskammaren 4. Volymen av den första delen av tryck- och blandningskammaren 5 är hälften av reaktions- kammarens 4 volym.

Utloppskanalen 6 fràn tryck- och blandningskammaren 5 har en tvärsnittsarea som är lika med eller större än förbindelsekanalens 3. Utloppskanalen 6 ansluts antingen direkt eller via ett keramiskt metallfilter till gjut- godskaviteten pà känt sätt.

Enligt uppfinningen àstadkommes en önskad variation av magnesiumhalten i järnet, för erhàllandet av en op- timal nivà i förhållande till basjärnets metallurgiska status samt gjutgodsdetaljens svalningshastighet, på tre sätt.

För det första kan gjuthastigheten, d v s flödet genom reaktionskammaren 4, varieras. Försök har visat att upptagningen av magnesium från legeringsmedlet i reak- tionskammaren 4 för ett givet legeringsmedel är en funk- tion av exponerad legeringsmedelsarea samt kontaktiden mot det flytande basjärnet. Upptagningen av magnesium som g Mg/cm2 reaktionskammararea och sekund fastställes empi- riskt genom gjutförsök. Normala värden för kommersiella FeSiMg legeringar med ca 4 % Mg är 0,015 g/cmz reaktions- kammararea och sekund. Vid en given sektionsarea kan där- för upptagning av magnesium varieras genom att variera flödet genom reaktionskammaren 4. I praktiken kan detta enkelt göras genom att variera gjuttiden och därmed flö- det i kg/s genom förändring av strypningen av tvärsnitts- arean i gjutkanalens början 7. De flesta gjutgodsdetaljer 10 15 20 518 344 øouucv ~ u 0 nu u.~.a» a 1 v 1 nu - anar o I anno .a.- . n 4 o Q-.- -can u u vsuo a .enn ~ . n -nu. -.uno o 6 tàl en variation av gjuttiden av +/- 20 % utan risk för gjutgodsfel. Detta gör det möjligt att variera magnesium- halten inom tillräckligt vida gränser för att korrigera mot variationer i basjàrnet som inverkar pà kärnbild- ningsförloppet för grafit.

För det andra möjliggör även en ökning eller minsk- ning av reaktionskammarens 4 sektionsarea pà olika höjd- nivåer en variation av magnesiumhalten. Detta kan göras genom att använda utbytbara modeller för reaktionskamma- ren 4 eller pà annat sätt variera kammarens sektionsarea.

En ökad area ökar magnesiumupptaget och vice versa.

För det tredje kan reaktionskammaren 4 fyllas med en blandning av tvà olika magnesiumlegeringar med olika upp- lösningsförmàga för att variera magnesiumhalten i järnet.

Upplösningsförmàgan kan varieras genom att variera korn- storleken pà magnesiumlegeringen och/eller genom att va- riera magnesiumhalten. Blandningen anpassas efter magne- siumbehovet som är en funktion av bassjärnets egenskaper i form av kärnbildningsförmàga, oxidationsgrad och gjut- godsdetaljens utformning och stelningshastighet.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 518 344 . « ~ . .n PATENTKRAV

1. Ingjutsystem för tillsättning av legeringsämne till smält basmetall i omedelbar anslutning till ett gjutningsförlopp för att uppnå en konstant halt av legeringsämne i metallen vid varierande gjuthastighet innefattande en gjutkanal (2) med (4), tvärsnittsarea är under gjutförloppet, (7), t e c k n a t ett inlopp och en reaktionskammare k ä n n e - av att inloppets (7) strypt, att reaktionskammarens (4) sektionsarea varierar utefter reaktionskammarens (4) höjd som funktion av gjut- hastigheten, och att en tryck- och blandningskammare (5) är ansluten efter reaktionskammaren (4) och uppvisar en skiljevägg (9).

2. Ingjutsystem enligt krav 1, varvid strypningen av tvärsnittsarean vid gjutkanalens (2) inlopp (7) är varierbar.

3. Ingjutsystem enligt krav 1 eller 2, varvid stor- leken av reaktionskammarens (4) sektionsarea varierar proportionellt mot gjuthastigheten.

4. Ingjutsystem enligt något av krav 1-3, varvid reaktionskammarens (4) sektionsarea är varierbar medelst utbytbara modeller.

5. Ingjutsystem enligt något av krav 1-4, varvid tvärsnittsarean av gjutkanalens utlopp är minst 3 ggr större än tvärsnittsarean av gjutkanalens inlopp (7).

6. Ingjutsystem enligt något av krav 1-5, varvid gjutkanalens utlopp är anslutet vinkelrätt mot förbin- delsekanalen (3) till reaktionskammaren (4).

7. Ingjutsystem enligt något av krav 1-6, varvid gjutkanalen (2) är förlängd (8) efter sammankopplings- punkten med förbindelsekanalen (3) till reaktionskammaren (4).

8. Ingjutsystem enligt något av krav 1-7, varvid förbindelsekanalens (3) tvärsnittsarea dimensionerats för en inflödeshastighet till reaktionskammaren (4) av < 500 mm/s. lO 15 20 25 518 344 8

9. Ingjutsystem enligt något av krav 1-8, varvid förbindelsekanalen (3) och reaktionskammaren (4) har samma bredd.

10. Ingjutsystem enligt något av krav 1-9, varvid reaktionskammaren (4) har kvadratisk sektionsarea.

11. Ingjutsystem enligt något av krav 1-10, varvid till tvär- anslutningsarean av tryck- och blandningskammare (5) reaktionskammaren (4) är 2 förbindelsekanalens (3) snittsarea.

12. Ingjutsystem enligt något av krav 1-11, varvid höjden av tryck- och blandningskammarens (5) skiljevägg (9) är beräknad enligt formeln: höjd(mm)=30+3 x höjden på förbindelsekanalen (3) till reaktionskammaren (4).

13. Ingjutsystem enligt något av krav 1-12, varvid tryck- och blandningskammarens (5) höjd är 2 skilje- väggens (9) höjd plus höjden på förbindelsekanalen (3) till reaktionskammaren (4).

14. Ingjutsystem enligt något av krav 1-13, varvid volymen av tryck- och blandningskammarens (5) första del volym.

15. Ingjutsystem enligt något av krav 1-14, varvid är 2 hälften av reaktionskammarens (4) tryck- och blandningskammarens (5) utloppskanals (6) tvärsnittsarea är 2 förbindelsekanalens (3) tvärsnitts- area .