SK45298A3 - Equipment for continuous or semi-continuous casting of metals - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zriadenia na plynulé alebo poloplynulé odlievanie s priamym chladením (DC) kovov, najmä predvýkovkov alebo predvalkov hliníka, ktoré zahŕňa dutú formu, ktorá má na prívod roztaveného kovu na horúcej strane otvorený vtok, ktorý sa rozširuje dovnútra dutej formy, a otvorený výstup, v ktorom sú uložené prostriedky na prívod vody na priame chladenie roztaveného kovu. Stena dutej formy pozostáva z celkom alebo čiastočne priepustného materiálu a tak sa medzi kov a uvedenú stenu formy dostáva vrstva oleja a/alebo plynu, ktorá chráni kov od priameho styku so stenou dutej formy.

Doterajší stav techniky

Privádzanie oleja a/alebo vody do dutého priestoru odlievacej formy tak, ako sa uvádza hore, je už známe z mnohých publikácií. Medzi inými sa v patente USA číslo 4 157 728 (Showa) uvádza zariadenie na odlievanie kovov, v ktorom sa súčasne privádza olej a voda úzkymi štrbinami v stenách formy, ktorá je z grafitového materiálu. V dôsledku tlakových rozdielov a kapilárnych účinkov sa v oblastiach v okolí štrbín tekutiny olej a voda čiastočne dostávajú do formy tiež cez grafit. V praxi sa však ukázalo, že uvedené štrbiny, privádzajúce olej a vodu sa ľahko zapchávajú kovom, najmä v počiatočnej etape liatia. Naviac je v štrbinách ťažké ovládať tlak plynu a tak sa môže v dutine formy ľahko prekonať statický tlak kovu, čím sa vytvárajú nevhodné výrobné podmienky a počas procesu odlievania môže nastávať tzv. bubbling - prenikanie bublín do a cez kov, a vznik oxidov, čo zasa spôsobuje nerovnosti povrchu odlievaného výrobku.

Uvedené zariadenie na odlievanie z patentu USA 4 157 728 preto nedovoľuje dosahovať uspokojivé výsledky liatím z hľadiska reprodukovateľnosti a kvality odliatych výrobkov.

-2To isté platí u odlievacieho zariadenia, opísaného v patente USA číslo 4 598 763 (Wagstaff). Miesto použitia štrbín sa olej a plyn privádzajú do dutiny formy jedným grafitovým prstencom alebo grafitovým dielom. Grafitový prstenec je umiestený v dutej forme v oblasti, kde sa v priebehu liatia nachádza čelo tuhnutia roztaveného kovu. Účelom privádzania oleja a plynu do tohto priestoru jedným prstencom je zabezpečiť dostatočnú lubrikáciu a odtláčanie kovu plynom od grafitového prstenca preč. Hlavnou nevýhodou tohto riešenia je, že olej, ktorý sa privádza v hornej časti prstenca blokuje póry v grafite; plocha na privádzanie plynu sa potom posunuje dole a stáva sa stále užšou a znižuje sa prísun oleja. Blokáda pórov je spôsobovaná čiastočne tým, že olej obsahuje malé častice, ktoré sa zachytávajú v póroch (použitý grafit potom pôsobí ako filter) a čiastočne preto, že sa v grafite olej koksuje v dôsledku vysokej teploty olejovej časti grafitového prstenca v oblasti čela tuhnutia kovu. Aby sa potlačil uvedený blokujúci účinok, zvyčajne sa medzi jednotlivými odlevmi ponecháva otvorený prívod plynu. To má však za následok zvýšenú spotrebu plynu.

Použitie grafitu do odlievacích foriem je známe tiež z prihlášky britského patentu číslo 2 014 487. Podľa opisu v uvedenej prihláške patentu sa plyn privádza pórovitým prstencom, ktorý je súčasťou tela dutej formy, zatiaľ čo olej sa rozptyľuje medzi tekutý kov a plynovú membránu (vrstvu). Podobne ako v riešení podľa patentu USA 4 157 728 (Showa) aj podľa uvedenej prihlášky nastáva nedostatočné rozdelenie lubrikačného filmu a spotreba oleja je vysoká.

Ďalej, v prihláške Európskeho patentu číslo 96 105 516.7, podanej samotnými prihlasovateľmi tohto vynálezu sa opisuje riešenie, v ktorom sa olej a plyn privádzajú oddelene dvoma nezávislými prstencami, ktoré sú fýzikálne oddelené pomocou tesniaceho prvku alebo iným podobným spôsobom. Horný stenový diel na prívod oleja je umiestený nad oblasťou, kde sa nachádza čelo tuhnutia tekutého kovu a spodný stenový diel na prívod plynu je umiestený priamo naproti čela tuhnutia kovu a zasahuje zo spodného konca dutiny formy nad miesto styku kovu so stenou formy. Z hľadiska technických vlastností je toto riešenie takmer optimálne. Medzi inými, prívody oleja a plynu sa ani vzájomne ani časom neovplyvňujú, čoho dôsledkom sú stále podmienky práce formy a tým aj výrobky

-3majú stálu a vyžadovanú kvalitu z hľadiska metalurgických vlastností a kvality povrchu. Ak sa olej privádza v oblasti, v ktorej počas procesu liatia nie je v styku s tekutým kovom, potom sa naviac odstráni problém s koksovaním v olejovom prstenci.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je zariadenie na plynulé a poloplynulé odlievanie kovov, v ktorom aspoň jedna časť steny dutej formy, kde sa do dutiny privádza olej, je vyrobená z rovnakého žiaruvzdorného materiálu ako hlava formy a tvorí tak integrovanú časť hlavy formy.

V zariadení podľa vynálezu je olejová časť pomocou spojiva spojená s hornou časťou hlavy (hot-top) pred ich použitím tak, že sa medzi hornou časťou hlavy a k nej zospodu priľahlou olejovou časťou vytvorí fyzikálna bariérová vrstva, ktorá chráni olej, vtekajúci do hornej časti.

V tomto zariadení na odlievanie kovov podľa vynálezu horná časť hlavy (hot-top), olejová časť a plynová časť vytvárajú integrovaný celok, vyrobený z rovnakého materiálu.

V ďalšom texte sa vynález podrobnejšie opisuje s použitím príkladov a s odkazmi na pripojené nákresy.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 znázorňuje zvislý rez dutou formou na plynulé alebo poloplynulé liatie s priamym chladením kovu podľa tohto vynálezu,

Obr. 2 znázorňuje rovnakú dutú formu, ale v alternatívnom uskutočnení prívodu oleja a plynu,

Obr. 3 znázorňuje iné riešenie prívodu oleja a plynu.

-4Príkladv uskutočnenia vynálezu

Ako už bolo uvedené, obr. 1 je zvislý rez odlievacou formou 1 na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s priamym chladením. Forma na odlievanie i môže byť navrhnutá na výrobu predvalkov so štvorcovým alebo pravouhlým prierezom, alebo môže byť riešená na výrobu polotovarov na valcovanie - predvýkovkov s kruhovým alebo oválnym prierezom.

Pri výrobe brám pre valcovny sa v jednom zariadení na liatie normálne použije iba niekoľko uvedených foriem, znázornených na obr. 1, nakoľko formy a výrobky majú veľké rozmery. Na výrobu predvalkov, ktoré majú významne menšie rozmery je v každej odlievacej jednotke bežné umiestenie niekoľkých foriem spolu v spoločnej rámovej konštrukcii so spoločným zásobníkom na prívod tekutého kovu (na obrázku nie je znázornený). Keď sa v ďalšom texte použije výraz forma na odlievanie alebo na liatie, môže to byť akékoľvek vodou chladené, plynulé alebo poloplynulé odlievacie zariadenie s akýmikoľvek rozmermi.

Forma na odlievanie, znázornená na obr. 1 pozostáva z hornej vtokovej časti 2, ktorá je otvorená hore, zo stredovej časti 3 pozdĺž formy a zo spodnej dutej časti alebo formy 4, ktorá je otvorená smerom dole. Na spodnom, otvorenom konci dutiny 4, to znamená na výstupe z dutej formy je uložené podporné alebo nosné zariadenie 5, ktoré sa môže vertikálne posúvať pomocou zariadenia typu piest/valec alebo pomocou podobného zariadenia (na obrázku nie je znázornené). Na začiatku odlievacieho cyklu uvedené nosné zariadenie tesne dosadá na výstup odlievacej formy.

Forma na liatie pozostáva z vonkajšieho puzdra 6, výhodne zhotoveného z hliníka alebo ocele, do ktorého sú pomocou upínacieho prstenca (na obrázku nie je znázornený) upevnené olejová časť 12 a plynová časť 13. Vo vtokovej časti je upevnený žiaruvzdorný izolačný materiál 7. Forma na odlievanie je potom upevnená v nosnom ráme formy, ktorý nie je na obrázku znázornený.

Ohňovzdorný materiál 7 v uvedenej forme na odlievanie vytvára stenu stredovej časti 3, a v odbore sa populárne označuje ako horúca horná časť hlavy

-5(hot-top). Horná časť hlavy 7 tvorí v smere toku zúženú časť formy na odlievanie a previs 9 na vstupe do vlastného dutého priestoru 4.

V spodnej časti dutého priestoru (dutiny) je štrbina 10 na prívod vody, ktorá je po celom obvode dutiny a je pripojená na zdroj vody, ktorý je v blízkosti formy na odlievanie (na obrázku nie je znázornený).

Pri odlievaní kovu týmto typom zariadenia sa privádza tekutý kov zhora vtokom 2, pričom sa nosná časť 5 posúva dole a povrch kovu sa priamo chladí vodou, privádzanou vodnou štrbinou 10. Podľa tohto priameho chladenia kovu vodou dostal tento spôsob aj označenie: priamo chladené odlievanie (Direct Chill Casting, DC-casting).

Z hľadiska údržby a tým aj nákladov je výhodné, aby forma na odlievanie bola navrhnutá z čo možno najmenšieho počtu častí. Časť, ktorú je nevyhnutné v uvedenom type formy na odlievanie často nahrádzať je hore uložený tepelne izolačný kruh, to znamená uvedený hot-top. Ako často treba uvedenú časť vymieňať, závisí od závodu k závodu, od druhu odlievaných zliatin, od použitého materiálu, podmienok prevádzky ako je denná údržba a od skúseností obsluhy odlievacieho zariadenia a pracovníkov údržby.

Na zníženie počtu častí, nákladov na formu a tým aj celkových kapitálových nákladov a nákladov na údržbu u tohto typu formy na odlievanie, prináša tento vynález riešenie, v ktorom najmenej časť steny dutej časti 12, kde sa do formy privádza olej, je zhotovená z rovnakého ohňovzdorného materiálu ako horná časť hlavy - hot-top - a diel prívodu oleja je integrovanou časťou hlavy.

Na obr. 1 je prstenec 12 na rozdeľovanie oleja spojivom pritmelený k izolačnému krúžku 7. Posledne uvedené dve časti sú spolu stmelené ešte pred konečným opracovaním dielcov. Tak sa dosahuje dokonalý prechod a spojenie medzi uvedenými dielmi, to znamená, že sa vylučuje riziko “prienikov”, do ktorých by sa mohol dostať kov. Tmelený spoj 14 pôsobí ako bariérová vrstva medzi “olejovým dielom hornej časti hlavy (hot-top), a časťou, ktorá vytvára izolačnú a výstup vymedzujúcu časť dutiny formy. Spojom medzi “plynovou časťou 13 a hlavou 7,12 je teraz horizontálny povrch 18. Poloha, v akej sa nachádza uvedený

-6povrch 18 musí byť nad kruhom, ktorý opisuje čiaru styku (linka) kovu so stenou formy.

Nižšie uložená “plynová časť steny formy, uvedený plynový prstenec 13. môže byť vhodne vyrobený z iného materiálu, napríklad zo spekaného kovu alebo z grafitových materiálov.

Obr. 2 znázorňuje alternatívne uskutočnenie, v ktorom uvedená horná časť hlavy (hot-top) 7 s integrovaným olejovým dielom 12 fyzikálne pozostáva iba z jednej časti, to znamená neobsahuje bariérovú vrstvu. Zvolené uskutočnenie závisí od dĺžky intervalu údržby a odlievanej zliatiny. Druhá alternatíva bude lacnejšia z hľadiska jej výroby, ale pri použití môže mať kratšiu životnosť.

Obr. 3 znázorňuje riešenie, v ktorom hot-top 7, olejová časť 12 a plynová časť 13 vo forme na odlievanie vytvárajú jednu integrovanú časť, to znamená, že sú z rovnakého materiálu a bez bariérovej vrstvy medzi uvedenými troma časťami.

Uvedené uskutočnenie predstavuje skutočne najjednoduchšiu a najlacnejšiu výrobnú verziu. Životnosť však bude kratšia, ak bude olej časom karbonizovať v oblasti solidifikácie kovu.

Pokiaľ sa týka materiálu, z ktorého sú hot-top a olejový/plynový diel zhotovené, vykonali sa skúšky so štandardným žiaruvzdorným materiálom typu Pyrotek-N17, ktorého základom je kremičitan vápenatý. Môže sa však použiť tiež iný žiaruvzdorný materiál, ak je permeabilný, čím sa umožňuje prienik oleja a plynu uvedeným materiálom.

Claims (3)

1. Zariadenie na plynulé alebo poloplynulé odlievanie kovov s priamym chladením kovu, najmä na odlievanie predvalkov alebo predvýkovkov hliníka, zahŕňajúce dutú časť (4) s vtokom (2), ktorý je otvorený smerom hore, medziľahlú časť s previsom, ktorý sleduje vnútorný obvod formy a je tepelne izolovaná (hottop (7)) a výstup s podporou (5), ktorá sa môže vertikálne posúvať, ako aj prostriedok (10) na prívod vody na chladenie roztaveného kovu, pričom stena dutej formy je celá alebo iba sčasti z priepustného materiálu a prívod oleja a/alebo plynu sú/je riešený tak, že sa privádzajú priepustným materiálom tak, aby sa medzi kovom a stenou formy vytvárala olejová a/alebo plynová vrstva, ktorá chráni kov od priameho styku so stenou formy, vyznačujúce sa tým, že najmenej časť steny formy (12), kde sa privádza olej do dutej časti formy, je vyrobená z rovnakého žiaruvzdorného materiálu ako horná časť hlavy (hot-top (7)) a tvorí integrovanú súčasť hornej časti hlavy (hot-top, (7)).

2. Zariadenia na odlievanie kovov podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že olejová časť (12) je pomocou spojiva spojená s hornou časťou hlavy (hottop, (7)) pred ich použitím tak, že sa medzi hornou časťou hlavy (hot-top (7)) a k nej zospodu priľahlou olejovou časťou vytvorí fyzikálna bariérová vrstva (14), ktorá chráni olej, vtekajúci do hornej časti hlavy (7).

3. Zariadenia na odlievanie kovov podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že horná časť hlavy (hot-top, (7)), olejová časť (12) a plynová časť vytvárajú integrovaný celok, vyrobený z rovnakého materiálu.