SE539973C2 - Anordning för mätning av flytbarhet hos metall - Google Patents

Abstract

Anordning (1) för mätning av flytbarhet hos flytande metall (36) varvid nämnda anordning (1) innefattar en mätränna (22) för flytande metall (36), varvid åtminstone en yta (24, 26, 28, 124, 126) hos mätrännan (22) innefattar eldfast fiber.

Description

Anordning för mätning av flytbarhet hos flytande metall Uppfinningens tekniska områdeFöreliggande uppfinning hänför sig till en anordning för mätning av flytbarhet hosflytande metall, varvid anordningen innefattar en mätränna.

BakgrundVid produktion av metalldelar från flytande metall, dvs inom gjutindustri, används smält metall för att tillverka funktionella delar eller råvara. I gjutprocessen påverkasprocesstabiliteten av faktorer såsom metalltemperatur, kemisk sammansättning ochföroreningsgrad av icke-metalliska föroreningar. I\/Ietalltemperatur och kemisksammansättning är relativt enkla att mäta med konventionell teknik men föroreningsgrad ärsvårare att mäta på ett tillförlitligt vis.

I praktiken är sambandet mellan gjutbarhet och mätbara storheter komplicerat. I ettgjuteri är det svårt att använda sambandet mellan gjutbarhet och mätbara storheter som ettprocessverktyg. Det finns idag ett flertal sätt att mäta flytbarhet, men gemensamt för dessaär att de är tekniskt komplicerade vilket medför ett stor operatörsberoende, ett högtinköpspris och dyra driftskostnader. Därför är det idag vanligt att gjuterier väljer att intemäta metallens flytbarhet utan istället förlitar sig på kemiskt innehåll och mängd inlöst gas.

En av de viktigaste parametrarna vid gjutning för lättmetaller, men även för andrametaller, är mängden föroreningar av lätta ämnen såsom oxider. Dessa är svåra att praktisktmäta under gjutprocessens gång med dagens teknik.

US2395254 och US2595293 visar båda mätrännor för mätning av flytbarhet hosflytande metall där man genom att mäta den sträcka som flytande metall rinner i mätrännaninnan den stelnar får ett mått på metallens flytbarhet. Ett problem med mätrännor av dentyp som visas i US2395254 och US2595293, vilka är tillverkade av sand, är att de måste ha enrelativt stor tvärsnittsyta för att få noggrant mätresultat. Om tvärsnittsytan hos mätrännanär för liten kommer den flytande metallen att stelna på några få sekunder eller ännu mindre,vilket ger en kort mätsträcka och därmed ett osäkert mätresultat. Därför är mätrännorsåsom de som visas i US2395254 och US2595293, om de ska ha hög noggrannhet, relativtstora och därmed dyra att transportera. Det finns därför ett behov ett verktyg för att mätaflytbarhet hos flytande metall som är smidigare att transportera och att hantera i gjuterierän de verktyg som hittills varit kända.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning hänför sig till en anordning för mätning av flytbarhet hosflytande metall varvid anordningen innefattar en mätränna för flytande metall, varvidåtminstone en yta hos mätrännan innefattar eldfast fiber. Eldfast fiber har lägrevärmeledningsförmåga än sand varför det är möjligt att åstadkomma noggrannaremätresultat då den flytande metallen rinner en relativt lång sträcka innan den stelnar.Eldfast fiber är billigare att transportera pga lägre vikt än sand. Det går snabbare attproducera en mätränna av eldfast fiber än av sand eftersom det är enklare att automatiseraproduktionen. Den eldfasta fibern kan vara eldfast keramisk fiber, även kallad RCF(Refractory Ceramic Fiber), eldfast ull såsom mineralull eller glasull, eller annan lämpligeldfast fiber. I\/led keram avses oorganiska icke-metalliska material. Eldfast fiber harvärmeledningstal under 1 W/mK och är formstabilt vid temperaturer för flytande metall.Densiteten hos eldfast fiber är under 1 kg/dm3 och värmeledningstal är under 1 W/mK, företrädesvis betydligt lägre såsom under 0.5 W/mK. Låg värmeledning hos en yta avmätrännan innebär att den flytande metallen flyter ut lång sträcka vilket ger noggrannaremätningar än för material med högre värmeledningsförmåga. Eldfast fiber kan förekomma iolika former såsom vävd eldfast fiber, sk non-voven eldfast fiber, eldfast ull. I\/ledmätrännans yta avses här ett ytskikt av åtminstone 2 mm vilket innebär att om mätrännanhar tunn ytbeläggning, exempelvis upp till 1 mm, så anses mätrännans yta innefatta eldfastfiber. I\/len andra ord, en tunn ytbeläggning av mätrännan ska inte innebära att mätrännansyta inte anses innefatta eldfast fiber. Exempel på sådan ytbeläggning är kerambaseratblackmedel. Syftet med ytbeläggning kan vara att uppnå en jämnare yta.

Enligt en utföringsform kan ytan vara en nedre yta hos mätrännan, eller en övre ytahos mätrännan, eller sidoyta hos mätrännan. I en utföringsform kan väsentligen helamätrännan vara av eldfast fiber.

Enligt en utföringsform innefattar mätrännan en övre del och en undre del. Det kanvara enklare att tillverka mätrännan om man har en övre del och en undre del som sättsihop, exempelvis genom att limmas ihop, efter att mätrännan formats i en eller de bådadelarna.

Enligt en utföringsform innefattar mätrännan en mellanliggande del som bildarmätrännans sidoväggar. Den mellanliggande delen kan vara av ett annat material än denövre och nedre delen. Exempelvis kan den övre och nedre delen vara av eldfast fiber medanden mellanliggande delen är av metall. Den mellanliggande delen kan definiera banans form,exempelvis en spiralform, vilket kan vara enklare att tillverka i metall än i eldfast fiber.Exempelvis kan den mellanliggande delen bestå av ett metalband.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen en ovansida hos en övre del avanordningen vilken har en påfyllnadsposition med ett inloppshål för placering en bägare förpåfyllning av flytande metall i mätrännan genom inloppshålet. En förutbestämdpåfyllnadsposition ökar chansen att en användare av anordningen utför upprepademätningar på samma sätt varför ett säkrare mätresultat kan uppnås.

Enligt en utföringsform innefattar en bägare för förpåfyllning av flytande metall imätrännan. Bägaren kan innefatta eldfast fiber.

Enligt en utföringsform utgörs en bottenyta hos bägaren av en yta hos ovansidan av enövre del av anordningen. En sådan utföringsform sparar material vid tillverkning av bägaren.Ytan hos ovansidan av den övre delen av anordningen kan vara ett urtag i ovansidan, vilketurtag som är anpassat för att hålla bägaren. Ett sådant urtag ger en väldefinierad plats förbägaren vilket minskar risken för att mätningar görs på fel sätt genom att bägaren placerasfel. Urtaget kan även ge stabilitet åt bägaren så att bägaren kan göras med tunnaresidoväggar vilket ger mindre materialåtgång. Bägaren kan ha formen av en stympad kon varsinnerväggar sluttar inåt.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen en propp för att hindra att flytandemetall strömmarfrån bägaren och in i banan. Proppen kan innefatta eldfast fiber.

Enligt en utföringsform innefattar proppen en termometer för mätning avtemperaturen hos flytande metallen i bägaren. Eftersom man främst är intresserad avtemperaturen hos den flytande metallen nära bägarens utlopp, dvs nära proppen, så medförplacering av termometer hos proppen en bra position av termometern.

Enligt en utföringsform har en utsida hos anordningen en skala för direkt avläsning avden sträcka som den flytande metallen har runnit i mätrännan. Eftersom mätrännaninnefattar ett material, eldfast fiber eller andra material som blandats med den keramiskafibern, som ändrar färg vid kontakt av flytande metall, genom att materialet påverkas av den höga värmen från den flytande metallen och därmed ändrar färg, så syns det påanordningens ovansida hur långt metallen har flutit i banan innan den stelnat.Färgförändringen kan även uppnås genom att anordningens utsida belagts med ett materialsom ändrar färg vid ändrad temperatur. En skala på anordningens utsida är att föredraeftersom en användare då inte behöver öppna upp anordningen för att läsa av flytbarheten.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen ett genomgående hål för att flytandemetall ska kunna flöda genom det genomgående hålet och samlas upp i en behållare undermätrännan. Det genomgående hålet medför att en ytterligare flytbarhetsmätning kanutföras genom att mäta den tid det tar för en viss mängs flytande metall att rinna genom detgenomgående hålet och neri behållaren under mätrännan. Det genomgående hålet kan varaplacerat nära mätrännans inlopp så att den flytande metallen som flödar in i mätrännandelas upp i två flöden, ett första flöde som flödar ut i mätrännan och ett andra flöde somflödar genom det genomgående hålet. Därmed kan två mätningar av flytbarhet utföras församma prov.

Enligt en utföringsform kan behållaren som samlar upp flytande metall från detgenomgående hålet har en mätskala för direkt avläsning av mängden flytande metall.Därmed uppnås enkel avläsning.

Föreliggande uppfinning innefattar ett förfarande att tillverka en anordning förmätning av flytbarhet hos flytande metall innefattande att: ha en skiva som innefattareldfast fiber; och forma en mätränna i skivan. I\/Iätrännan kan formas med hjälp av något avCNC-fräsning eller annan fräsning, placera ut stift eller band för att forma mätrännan,vattenskärning, laserskärning, stansning. Det kan även finnas andra lämpligatillverkningstekniken föra att framställa mätrännan.

Följande kan bli föremål för en avdelad patentansökan: I\/Iätrännan i den ovanbeskrivna anordningen för mätning av flytbarhet hos flytande metall kan innefatta glas. I ensådan kontext ska mätrännan även anses vara en gjutform för metallgjutning varvidgjutformen innefattar glas. I\/Ied glas avses företrädesvis kalksodaglas som ursprungligenframställts av sand, kalk och soda. Det kan vara speciellt fördelaktigt att använda återvunnetglas. I en sådan kontext ska inte gjutformen begränsas till en spiralformad bana eller ens enmätränna. I stället avses alla lämpliga former och dimensioner hos en gjutform. I\/Iedgjutform avses även gjutkärnor. Exempelvis kan ett motorblock gjutas med en gjutform förmetallgjutning varvid gjutformen innefattar glas. För att använda glas till gjutform ska glasetförst krossas och sedan skitas till lämpliga fraktioner exempelvis inom intervallet från 0.1mikrometer till 2 millimeter, företrädesvis 50 mikrometer till 500 mikrometer. Det siktadeglaset blandas med bindemedel såsom exempelvis vattenglas eller annat lämpligtbindemedel. Bindefasen kan även ske genom att glaspartiklarna sintras samman.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en anordning enligt föreliggande uppfinning enligt en utföringsform i enperspektivvy.

Fig. 2 visar anordningen i Fig. 1 med dess delar en bit ifrån varandra i perspektivvy.

Fig. 3a-e visar steg i mätning av flytbarhet med anordningen i Fig. 1.

Fig. 4 visar en alternativ utföringsform av anordningen enligt föreliggande uppfinning iperspektiv vy och delvis i genomskärning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Fig. 1 visar en anordning 1 för mätning av flytbarhet hos flytande metall. Anordningeninnefattar en väsentligen kvadratiskt formad skiva 2 som består av på varandra placeradeövre och undre skivdelar 4, 6. Den övre skivdelens 4 ovansida 8 är försedd med en skala 10för enkel avläsning av mätresultat, vilket beskrivs med hänvisning till Fig. 3e nedan.

Anordningen 1 innefattar vidare en bägare 12 som har formen av en stympad kon varsväggar 14 lutar något inåt. Bägaren 12 saknar bottenyta vilket innebär att när bägaren 12placeras på den övre skivdelen 4, såsom visas i Fig. 1, bildar den övre skivdelen 4 bägarens12 bottenyta. Anordningen 1 innefattar vidare en propp 16, som beskrivs vidare medhänvisning till Fig. 2 nedan, fäst i ett handtag 18, samt en termometer 20 för att mätatemperaturen hos flytande metall som hälls i bägaren 12 vid användning av anordningen 1.

Skivan 2, bägaren 12 och proppen 16 är tillverkade av en fiberskiva vars fiber består avoxider av kisel, zirkonium, magnesium och kalcium. Detta är ett exempel på eldfastfibermaterial men en fackman inser att många andra lämpliga eldfasta fiber ellerfiberblandningar existerar såsom exempelvis andra mineralfibrer, keramiska fibrer, glasull,kolfiber.

Fig. 2 visar anordningen som beskrivs med hänvisning till Fig. 1 med delarna isärtagnaför bättre förståelse av anordningens 1 uppbyggnad. Den nedre skivdelen 6 har enspiralformad mätränna 22. I\/lätrännan 22 är formad genom att den nedre skivdelen 6 harbearbetats i en fräs för att få fram den spiralformade mätrännan 22. Eftersom den nedreskivdelen 6 är av eldfast fibermaterial är mätrännans 6 alla ytor, både nedre ytor 24 ochsidoytor 26 hos mätrännan 22, av eldfast keramisk fiber. Den övre skivdelens 4 undersidabildar mätrännans 22 övre ytor 28 vilka också är av eldfast fiber eftersom hela den övreskivdelen 4 är av eldfast fiber. Vid användning av anordningen 1 för mätning av flytbarhethos flytande metall håll skivdelarna 4, 6 ihop, exempelvis genom att en tyngd placerasovanpå den övre skivdelen eller att skivdelarna limmas ihop. Därmed bildas mätrännan 22 avnedre ytor 24, sidoytor 26 och övre ytor 28.

I centrum av den övre skivdelens 4 ovansida 8 finns ett urtag 30 för placering avbägaren 12. Urtaget 12 gör att bägaren står stabilt vid mätning samt att användaren enkeltinser hur bägaren 12 ska placeras. Dessutom ger urtaget 30 visst stöd åt bägarens 12 sidor14. Urtaget 30 innebär även att bägaren 12 inte behöver ha någon bottenyta utan att iställetutnyttjas en del av den övre skivdelens 4 ovansida 8 som bottenyta.

Den övre skivdelen 4 har två genomgående inloppshål 32, 34 - ett i placerat i centrumav den övre skivdelen 4 och ett nära den övre skivdelens 4 ytterkant. Det inloppshål som ärplacerat i centrum av den övre skivdelen 4 är avsett som primärt inloppshål 32 och det näraskivans kant placerade inloppshålet är avsett som alternativt inloppshål 34. Proppen 16 äranpassad för att placeras inloppshålet 32 efter att bägaren 12 har placerats i urtaget 30 påden övre skivdelen 4. Proppen är fäst i ett handtag för att enkelt kunna tas ur när mätningenska påbörjas. Termometern 20 placeras i bägaren 12 för att mäta temperaturen på denflytande metallen vilket styr när mätningen ska påbörjas.

Fig. 3a-e visar stegvis hur anordningen 1 som beskrivits med hänvisning till Fig. 1 ochFig. 2 ovan används vid mätning av flytbarhet hos flytande metall, såsom flytandealuminium. Flytande aluminium anges här som ett exempel på flytande metall men det äräven möjligt att använda anordningen för mätning av flytbarhet hos andra metaller ochmetallegeringar såsom exempelvis magnesium, koppar, järn, legeringar av dessa, etc.

Fig. 3a visar den övre och den undre skivdelen 4, 6 sammanlimmade till en skiva 2 medproppen 16 på plats i skivans 2 inloppshål 32 (se Fig. 2). Bägaren 12 ska placeras i skivans 2 urtag 30 och termometern 20 ska placeras i bägaren 12. Därmed är anordningen 1 redo föratt påbörja mätning av flytbarhet.

Fig. 3b visar att flytande aluminium 36 hälls i bägaren 12 med hjälp av enpåfyllandsbägare 38. Proppens handtag 18 är placerat utanför bägaren 12.

Fig. 3c visar flytande aluminium 36 som hällts i bägaren 12 samt termometern 20 varsutslag avgör när det är tid att dra ut proppen i bägarens botten. För flytande aluminium kanexempelvis 700 grader Celsius hos den metall som befinner sig nära inloppshålet vara enlämplig temperatur att dra ut proppen så att mätningen kan påbörjas. Temperaturen kanäven vara högre eller lägre när mätningen ska påbörjas. Bägaren är lämpligen försedd meden markering (visas ej) som visar vilken mängd flytande metall som ska användas. Alternativtfylls flytande metall upp till bägarens kant (visas ej).

Fig. 3d visar att temperaturen hos det flytande aluminiumet 36 i bägaren 12 har sjunkittill lämplig nivå varvid mätningen kan påbörjas. Proppen 16 dras nu bort från inloppshålet 32(se Fig. 2). Även termometern 20 tas bort. Det flytande aluminiumet 36 flödar ner genominloppshålet 32 vilket illustreras med pilen A.

Fig. 3e visar att metallen, här aluminiumet, har stelnat i anordningens 1 spiralformademätränna 22 (se Fig. 2) samt i bägaren 12. Eftersom mätrännan 22 befinner sig inuti skivan 2kan den däri stelnade aluminiumet inte avsynas utan att skivan delas. Däremot, eftersomden övre skivdelen 4 har en relativt liten tjocklek, exempelvis 6 mm, kommer den övreskivdelen att bli genomfärgad av den värme som det flytande aluminiumet avger. Skalan 10på skivans ovansida visar därför hur långt det flytande aluminiumet har flutit i mätrännan 22innan den stelnat. Avläsning mot skalan 10 på skivans 2 ovansida 4 ger därför ett mått påflytbarheten hos det flytande aluminiumet.

Fig. 4 visar en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning. Bägaren 2 och denövre skivdelen 4 är av samma sort som beskrivits ovan med hänvisning till Fig. 1. Den undreskivdelen 106 har en mätränna 122 på samma sätt som i som beskrivits för den undreskivdelen 6 ovan med hänvisning till Fig. 2. Den undre skivdelen 106 är i denna utföringsformförsedd med ett genomgående hål 132 placerat rakt under den övre skivdelens 4 inloppshål32. En uppsamlingsbägare 112 är placerad under den nedre skivdelens 106 genomgåendehål 132.

Vid mätning av flytbarhet med en anordning 101 enligt utföringsformen som visas i Fig.4 kommerflytande metall att flöda från bägaren 12 och in i mätrännan 122 på samma sättsom beskrivits ovan med hänvisning till Fig. 3a-e. Emellertid kommer en del av den flytandemetallen vid mätning av flytbarhet med hjälp av en anordning 101 enligt dennautföringsform att i stället för att flöda ut i mätrännan 122 att flöda genom det genomgåendehålet 132 och ner i uppsamlingsbägaren 112. Det innebär att med en anordning 101 enligtdenna utföringsform kan två mått på flytbarhet fås för ett och samma prov vilket kan ge ettsäkrare mätresultat. Uppsamlingsbägaren 112 kan förses med en invändig skala (visas ej) föratt enkelt kunna avläsa mängden metall som samlats upp. I\/led denna anordning 101 kandärför även ett tredje mått på flytbarhet uppmätas genom att mäta tiden för från det attden flytande metallen börjat flöda genom hålet 132 till flödet upphör, exempelvis genom attanvända en optisk brytare.

Fig. 4 visar den skivdelarna 4, 106 i genomskärning. I\/lätrännans 122 ytor, dvs dennedre ytan 124, sidoytan 126, och den övre ytan 28 framgår tydligast i Fig. 4. I\/lätrännan 22som beskrivits ovan med hänvisning till Fig. 1 har motsvarande ytor.

Ovan beskrivna utföringsformer kan varieras på många sätt inom ramen för debifogade patentkraven. Exempelvis kan de båda skivdelarna som beskrivits sammanfogas på andra sätt än genom att limmas, såsom att de hållas samman med en tyngd eller attbindemedlet som redan finns i skivorna används för sammanfogning.

I\/lätrännan har i ovanstående beskrivning framställts som avgränsad av en övre skivdel4 och en undre skivdel 6, 106 där mätrännan är urfräst i den undre skivdelen 6, 106. Detinses dock att mätrännan kan vara urfräst i den övre skivdelen, elleri både den övre och denundre skivdelen. Det är även möjligt att ha en eller flera ytterligare skivdelar. Exempelvis kanden undre skivdelen och den övre skivdelen sakna urfräsningar och en eller fleramellanliggande delar kan användas för att bilda mätrännan. En tänkbar utföringsform är attmätrännans form bildas av ett metallband som placeras mellan den övre och den undreskivdelen.

Claims (10)

1. Anordning (1) för mätning av flytbarhet hos flytande metall (36) varvid nämnda anordning(1) innefattar en mätränna (22) för flytande metall (36), kännetecknad av att åtminstone enyta (24, 26, 28, 124, 126) hos mätrännan (22) innefattar eldfast fiber.

2. Anordning (1) enligt patentkrav 1, varvid mätrännan (22) innefattar en övre del (4) och enundre del (6, 106).

3. Anordning (1) enligt patentkrav 2, varvid mätrännan (22) innefattar en mellanliggande delsom bildar mätrännans (22, 122) sidoväggar (26, 126).

4. Anordning (1) enligt något av ovanstående patentkrav, varvid anordningen innefattar enbägare (12) för påfyllning av flytande metall i mätrännan (22).

5. Anordning (1) enligt krav 4, varvid bägaren (12) innefattar eldfast fiber.

6. Anordning enligt något av krav 4-5, varvid en bottenyta hos bägaren (12) utgörs av en ytahos ovansidan (8) av en övre del (4) av anordningen (1).

7. Anordning (1) enligt något av patentkrav 4-6, varvid anordningen (1) innefattar en propp(16) för att hindra att flytande metall strömmarfrån bägaren (12) och in i mätrännan (22).

8. Anordning (1) enigt patentkrav 7, varvid proppen (16) innefattar en termometer förmätning av temperaturen hos flytande metallen i bägaren (12).

9. Anordning (1) enligt något av ovanstående patentkrav, varvid mätrännan (22) ärväsentligen sluten och anordningens (1) utsida har en skala (10) för avläsning av den sträckasom den flytande metallen (36) har runnit i mätrännan (22).

10. Anordning (101) enligt något av ovanstående patentkrav, varvid anordningen (101)innefattar ett genomgående hål (132) för att flytande metall ska kunna flöda genom detgenomgående hålet (132) och samlas upp i en behållare (112) under mätrännan (22).