SK78394A3 - Inflowing system of device for continuous aluminium casting - Google Patents

Description

Vtokový systém zariadenia na plynulé liatie hliníka

Oblasť techniky

Vynález sa dotýka vtokového systému zariadenia na plynulé liatie hliníka, pozostávajúceho z liaceho žliabku v ktorom je vsadená vtoková dýza opatrená zátkou na reguláciu vtoku taveniny, poprípade regulačným systémom, ktorým sa riadi hĺbka ponoru zátky vo vymedzenom rozmedzia v£> vnútri stanovených hrán í c

Doterajší stav techniky

Regulácia vtoku taveniny pomocou dýzy a zátky je známa z rôznych publikácií. Napr. v prednáškových textoch, vydaných v roku 1986 pri príležitosti sympózia usporiadaného Nemeckou spoločnosťou pre náuku o kovoch, kde bolo jednané o princípoch regulácie hladiny liatia na princípe vírivého prúdenia, je na strane 331 zobrazený regulačný systém s použitím dýz a zátok. Dýza je upevnená na spodku liaceho žliabku a smeruje svojim spodným koncom do vnútre kokily.

Zmenou stanovených predpokladov rýchlosti vtoku hliníkovej taveniny do vtokovej dýzy sa mení taktiež statický tlak. Pri veľmi vysokých rýchlostiach hliníkovej taveniny vznikajúci podtlak nasáva na vstupe alebo výstupe dýzy oxidy a čiastočky nečistôt z kovového povrchu liaceho žliabku, čo sa nepriaznivo prejavuje na kvalite hliníkových odliatkov.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je do značnej miery odstrániť uvedené nedostatky vtokového zariadenia na plynulé liatie hliníka tak, že inštalovaný podtlak na vstupe a výstupe vtokovej dýzy bude minimalizovaný a budú opti ma 1 izované pomery prúdenia vo vtokovej dýze. Týmto spôsobom činnosti vtokového systému možno znížiť tvorenie vírov v tavenine a zamedziť tak tvoreniu vírov ako na povrchu taveniny v liacom žliabku, tak na povrchu taveniny v kokile.

Úloha podľa vynálezu je podľa uvedených nárokov vyriešený tak, že prostredníctvom zvlášť vytvoreného vnútorného obrysu vtokovej dý2y a dodržaním stanovenej hĺbky ponoru vo vytvárajúcej sa zóne taveniny nad vtokovou jamkou, môže byť zabránené unášaniu oxidov a iných čiastočiek nečistôt z povrchu kovu. Zároveň musí byť zabezpečená dostatočná hladina roztaveného kovu v liacom žliabku. Prvým krokom potom bude minimalizovanie pôsobiaceho podtlaku, a ďalej odmeranie hĺbky ponoru tak, že stĺpec kovu s výškou najmenej 2 cm kompenzuje ostávajúci podtlak.

Obrys vtokovej dýzy podľa vynálezu je vytvorený tak, že v strede vtokovej dýzy.je vytvorený zúžený prierez, čím v tomto mieste vznikne vyššia rýchlosť. Tvarom vtokovej dýzy možno preto zamedziť pretrhnutie prúdu, ktoré by mohlo zmenšiť priečny prierez vtokovej dýzy. Prietok vtokovou dýzou je tak rovnomerný celým jej prierezom, čím možno nastaviť optimálny objemový prúd.

Pri obvyklom usporiadaniu liaceho žliabku sa vyskytujú vo vLokovom systéme rozdielne pomery prúdenia a to v závislosti na tom, ktorou stranou dýzy bude najskôr prúdiť tavenina z liaceho žliabku. Stanovené predpoklady vedú pri obvyklých vtokových systémoch k nerovnomernému rozdeleniu prúdenia kvapaliny na vnútorné steny vtokovej dýzy, čím v určitom priereze vtokovej dýzy vznikajú veľmi vysoké rýchlosti prúdenia, zatiaľ čo v iných miestach vtokovej dýzy vzniká mŕtvy priestor. Tieto stavy narušujú až doposiaľ rovnomerné

prúdenie taveniny	a podieľajú sa	t i ež	na	vtokových
a výtokových pomeroch	vo vtokovej	dýze .
Súhrnne možno	r i ešen i e	podľa	vynálezu	op í sať
nasledujúcimi znakmi:
1. vytvorenie vtokovej dýzy	takým spôsobom,	že	na vstupe

a výstupe vtokovej dýzy vznikne len nepatrný podtlak,

2. vytvorenie takej konfigurácii vtokovej dýzy, pri ktorej je prietok priečnym prierezom vtokovej dýzy rovnomerný a nedochádza tak v žiadnom mieste k odtrhnutiu prúdu,

3. zmenšenie existujúcej energie prúdenia škrtením v strednej časti vtokovej dýzy, čím na vstupe a výstupe vtokovej dýzy nevznikne prakticky žiadna turbulencia.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález podľa viacerých príkladov vyhotovenia je bližšie objasnený na výkresoch, kde značí obr. 1 celkový pohľad na vtokový systém podľa vynálezu, obr. 2 vtokovú dýzu so zátkou v priečnom reze, obr. 3 diagram, priebehu tlaku vtokového systému podľa vynálezu (vodný model), obr. 4 systém dýza - zátka podľa stavu techniky, obr. 5 diagram priebehu tlaku obvyklého vtokového systému (vodný móde 1) , obr. 6 schematické znázornenie elektronickej regulácie hl ad i ny 1 i at i a, obr-. 7 celkový pohľad na vtokový systém podľa stavu techniky, a obr. 8 schematické znázornenie mechanickej regulácie hladiny liatia.

Príklady vyhotovenia vynálezu

Vtokový systém podľa obr. 1 pozostáva z vtokovej dýzy 2, upravenej v liacom žliabku 1, v ktorej je vsadená zátka 3 na reguláciu vtoku taveniny 4. Vtokovou dýzou 2 vtieka tavenina 4 do kokily 5, kde je formovaná do odliatku 6, upravenom na náliaLku 7. Odliatok 6 je potom vytiahnutý zo spodku kokily 5 spustením liaceho stolu 8 pomocou spúšťacieho zariadenia 9.

Tvary vtokovej dýzy 2 a zátky 3 sú ďalej rozpoznateľné z obr. 2, z ktorého je zjavné, že priečne prierezy X a Y na vstupe a výstupe dýzy sú v porovnaniu s ostatnými priečnymi prierezmi vtokovej dýzy 2 väčšie, čím v týchto miestach vznikajú iba malé rýchlosti prúdenia.

Z obr, 2 je taktiež rozpoznateľné ponorenie zátky 3 vo vtokovej dýze 2, pri ktorom je vytvorený priestor v tvare kruhovej štrbiny C. Tento priestor je dimenzovaný tak, že prúdenie vyplní celkový prierez vtokovej dýzy 2. Kruhová štrbina C sa zo strany X zmenšuje, čím sa v prúdiacom kove vytvorí dynamický tlak, ktorý spôsobí zníženie statického tlaku v tavenine.

V takmer paralelnej časti kruhovej štrbiny C je k škrteniu nevyhnutný vznik trenia, kruhová štrbina C sa potom od zátky 3 spojito rozširuje, čím prúdenie v týchto miestach prilipne lepšie k zátke 3. Pri zmenšujúcom sa priereze vzniká vo vtokovej dýze 2 homogénne prúdenie.

Za najnižším miestom, približne v strede vtokovej dýzy 2, sa jej prierez rozširuje, čím dochádza opäť k spomaľovaniu prúdenia, bez odtrhnutia. Za účelom ustálenia prúdenia okolo zátky 3, je jej vrchol opatrený zaoblením, ktoré má v príkladnom vyhotoveniu rádius = 11,5 mm.

Za účelom zistenia popr. vyskúšania prúdenia vo vtokovej dýze 2 podľa vynálezu model liatia valcového odliatku. V tomto skutočných pomerov bol vytvorený vodný vodnom modelu môžu valcovom odliatku pri rôznych systémoch vtokovej dýzy - zátky.

Na tomto modelu boli taktiež skúmané priebehy

11akov optimalizovanom vtokovom systéme, ktorých výsledný pr i ebeh je znázornený na obr. 3.

dĺžkové j úrovn i nepatrne vstupe vtokovej dýzy 2

0), sa vyskytuje pozitívny negatívny tlak. V strednej časti vtokovej alebo len dýzy 2 bude vplyvom vyšších rýchlostí prúdenia dosiahnutý veľmi vysoký podt1 ak.

Nameraný vyšší podtlak v užšom prierezu značí, že prúden i e prilieha na steny vtokovej dýzy 2 a nedochádza teda k jeho odtrhávaniu. Potom dochádza počas kratšieho časového úseku k znižovaniu vysokého podtlaku, takže na výstupe dýzy 17 cm, ostáva len veľmi nepatrný podtlak.

K podstatnej zmene tlakových pomerov nedôjde ani pri zvýšeniu hladiny liatia, v príkladnom vyhotoveniu z 26 cm na 34 cm. Jednotlivé krivky priebehu tlaku pre rozdielne hladiny liatia, ktoré prebiehajú tesne pri sebe značia, že prúdenie je dostatočne stabilné a taktiež pri vyššom podtlaku nedochádza k odtrhávaniu prúdenia v dýze. Z toho plynie, že takýto prierez dýzy umožňuje relatívne rovnomerný priechod prúdenia, bez výskytu rýchlostných špičiek.

Na obr. 6a, 6b a 5a, 5b sú znázornené príkladné priebehy tlakov známych vtokových systémov. V odspodku uzatvorenom vtokovom systéme podľa obr. 4a sa nemôže podtlak na výstupe dýzy ďalej zmenšovať, lebo použiteľný prierez na výstupe dýzy je vplyvom odtrhnutia prúdenia zmenšený. Tým vzniká na výstupe dýzy vysoký podtlak, ktorý nemôže byť ani kompenzovaný zväčšením hĺbky ponoru vtokovej dýzy (pozri obr. 5a).

Na obr. 4b je znázornený známy, zhora uzatvorený vtokový systém. Tu výrazne stúpa podtlak pri zväčšujúcom sa rozdielu hladín (pozri obr. 5b). Následkom toho nad vstupom vtokovej dýzy do liaceho žliabku sa vytvorí stĺpec kovu, ktorý však ani v súčasnosti so statickým tlakom nepostačuje na to, aby kompenzoval podtlak, vznikajúci na vstupe vtokovej dýzy. Ďalej dochádza pod zátkou k odtrhnutiu prúdenia, ktoré potom zmenšuje stávajúci prierez vtokovej dýzy. Pri väčšom rozdiele hladín sa môže takto odtrhnuté prúdenie prejaviť účinkom až k výstupu vtokovej dýzy, takže zosilnený podtlak sa prejaví vyššie menovanými nepriaznivými následkami.

Tie priebehy tlakov, získané zhora uvedeným pozorovaním, sú závislé na polohe existujúcich meracích bodov. Obr. 5a, 5b, predstavujúce dvojrozmerné znázornenia, preto nevypovedajú nič o nerovnomertiost i prúdenia nad obvodom vtokovej dýzy. Pri obvyklých vtokových systémoch, ako je úvodom uvedené, môže nad obvodom vtokovej dýzy vzniknúť nerovnomerné prúdenie, čím vznikajú rýchlostné špičky prúdenia, ktoré zvyšujú podtlak.

V praxi často dochádza k tomu, že šikmo nasadená alebo krivá zátka ešte ďalej Ovplyvní pomery prúdenia tým spôsobom, že je zväčšovaná nehomogenita prúdenia. V známych vtokových systémoch potom dochádza k tomu, že len niektoré obvody vtokových dýz sú zaručene pretekané. Preto sa tiež vyskytujú problémy pri regulácii objemového prúdenia. ktoré sú najmä zjavné pri automatickej regulácii hladiny.

Pri zmene priečneho prierezu podľa vynálezu môže byť objemový prúd presnejšie dávkovaný a zmenšený vznik nestability prúdenia. Na sklenenom modelu sa ukázalo, že opti ma 1 izovaná vtoková dýza je tiež nad obvodom relatívne rovnomerne pretekaná.

V protiklade k tomu je známy vtokový systém náchylný na vznik turbulencie.

Ten je znázornený a bližšie objasnený na obr. 7. Tavenina prechádza v smere šípky liacim žliabkom 1 ku vtokovej dýze

2. Vplyvom vznikajúceho podtlaku na vstupe a výstupe vtokovej dýzy 2 je povrch taveniny prehĺbený tlakom vzduchu, čím môže byť strhávaná vrstva oxidov, ktoré spolu s čiastočkami nečistôt môžu byť nasávané do taveniny 4. Tak budú vznikať v čele tuhnúcej taveniny netvárne znečistenia, ktoré pri neskoršom procese valcovania sa dostávajú na povrch a sú príčinou trhania valcovaného pásu alebo poškodzovania válcov.

Na obr. 8 je znázornená mechanická regulácia vtokového systému liatia do kokíl pre hliníkové odliatky na valcovanie.

Prostrední ctvom plaváka 1_4, ktorý je umiestnený na povrchu roztaveného kovu odliatku a ktorý je spriahnutý mechan i ckou pákovou sústavou

15, je zátka 3 pomocou tyčky 16 zdvíhaná hore alebo dolu. Pojem plavák pritom náleží časti vytvorenej z ohňovzdorného materiálu, ktorá plavé na povrchu roztaveného kovu a prostredníctvom páky udáva stav hladiny kovu.

V danom prípade je tak zväčšovaná alebo zmenšovaná kruhová štrb i na medzi vtokovou dýzou 2 a zátkou 3 a to podľa toho, v ktorom smere sa hladina taveniny odchyľuje od menovitej hodnoty.

Vtokové množstvo taveniny je teda regulované prostredníctvom rozdielnych výšok zátky 3.

Iné metódy založené na laserovom snímaniu stavu hladiny kovu v kokile 5. Vzniknutý signál je spracovaný elektronickou cestou a pretvorený na akčnú veličinu pre 2átku 3 (pozri obr.

6). Stav hladiny kovu v kok i 1 e môže z rôznych príčin kolísať. Napr. ak nie je nakláňanie tav iacej pece kontinuálne, vznikne v 1iacom žliabku čereň i e.

Tak t i ež stav hladiny kovu v 1iacom žliabku 1 je obvyk1 e regulovaný plavákom, čím dochádza k tomu, že sú bežne spriahnuté dva regulačné systémy, ktoré vedú k dynamickému chovaniu regulácie, zatiaľ čo fáza liatia vyžaduje stálu korekciu polohy zátky 3.

Kolísanie stavu hladiny kovu zmení tepelné podmienky liatia, čo vedie k vzniku nevhodného povrchu odliatkov, čím sa zväčšuje hrúbka okrajovej škrupiny, ktorá musí byť pred valcovaním odfrézovaná.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vtokový systém zari adeni a na plynulé pozostávajúci z

   1 i aceho žli abku, v ktorom je vsadená vtoková dýza, opatrená zátkou na reguláciu vtoku taven i ny, ktorá uzatvára vtok taveniny na najužšom priereze vtokove j dýzy.

   prípadne z regulačného systému, ktorým je riadená hĺbka zátky vo vymedzenom rozmedziu, vyznačuj úc i tým, že vzdialenosti (A) od najužšieho prierezu vtokovej dýzy (2) vstupu a výstupu vtokovej dýzy (2) je najmenej 7 cm.

   pričom priestor vytvorený medzi vnútornou stenou vtokovej dýzy (2) a zátkou (3) sa vo vstupnej časti s dĺžkou (B) vtokovej dýzy (2) zužuje, pričom v prevádzkovom stave je vzdialenosti od vrcholu (S) zátky (3) k výstupu (4) vtokovej dýzy (2) najmenej 2cm .
2. 2. Vtokový systém podľa nároku 1, vyznačujúci, sa tým, že zúženie vtokovej dýzy (2) je vytvorené následne za úsekom (B), ktorého dĺžka leží v rozmedziu 0 až 10 cm.
3. 3. Vtokový systém podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že zúženie vtokovej dýzy (2) je vytvorené následne za úsekom (B), ktorého dĺžka leží v rozmedziu 1 až 10 cm.
4. 4. Vtokový systém podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že nad najužším prierezom vtokovej dýzy (2) vytvorí medzi vnútornou stenou vtokovej dýzy (2) a zátkou (3) zužujúci sa prstencový priestor (D), zatiaľ čo priestor pod najužším prierezom, vytvorený medzi vtokovou dýzou (2) a zátkou (3), sa pod uhlom otvorenia najmenej (4) zväčšuje, pričom vrchol (S) zátky (3) je vytvorený zaoblené s polomerom od 10 do 14 mm.
5. 5. Vtokový systém podľa predchádzajúcich nárokov, v y

   1 ο značujúci sa tým, že hrany na vtoku a výtoku sú zaoblené rádiusom od 5 do 25 mm.
6. 6. Vtokový systém podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že prstencový priestor (D) je vytvorený z kruhovej štrbiny medzi vtokovou dýzou (2) a zátkou (3), pričom bočné steny, tvoriace kruhovú štrbinu, prebiehajú takmer paralelne.
7. 7. Vtokový systém podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že takmer paralelne prebiehajúce bočné steny prstencového priestoru (D) sa v smere prúdenia zužujú v rozmedziu uhla od pribi. 1.
8. 8. Vtokový systém podľa predchádzajúci ch nárokov, vy-

   z n a č u j ú c i s a tým, že stav (A) hladi ny kovu v 1 i acoro ž 1 i abku ( 1) je stanovený najmenej 5 cm nad vstupom (X) vtokovej dýzy (2) a hĺbka ponoru (T) vtokovej dýzy (2) je stanovená naj menej 2 cm.