FI105325B - Metallinauhan valu - Google Patents

Description

105325

Metallinauhan valu - Gjutning av metallband

Keksinnön kohteena on metallinauhan valu, erityisesti sellainen metallinauhan jatkuva valumenetelmä, jossa sulaa metallia oleva valuallas muodostetaan liikkuvan 5 valupinnan yhteyteen siten, että altaasta tuleva metalli kiinteytyy liikkuvalle valu-pinnalle. Keksinnön kohteena on erityisesti, mutta ei yksinomaan sovellus rautapitoisen metallinauhan valamiseksi.

On tunnettua valaa metallinauhaa jatkuvalla valumenetelmällä kaksoistelavalulait-teella. Sulaa metallia syötetään parin vastakkaiseen suuntaan pyöriviä veluteloja vä-10 liin ja näitä jäähdytetään siten, että metallilevyt kiinteytyvät liikkuvilla telapinnoilla ja ne joutuvat yhteen näiden välisessä puristuskohdassa, jolloin tuotetaan kiinteytynyttä nauhatuotetta, joka ohjataan alaspäin telojen välisestä puristuskohdasta. Sulaa metallia voi syöttää telojen väliseen puristuskohtaan väliastian ja sen alapuolella sijaitsevan metallin jakosuulakkeen kautta siten, että metalli tulee tähän väliastialta ja 15 ohjautuu suoraan telojen väliseen puristuskohtaan, muodostaen täten sulaa metallia käsittävän valuakaan, joka tukeutuu välittömästi puristuskohdan yläpuolella telojen valupintoihin. Tämä valuallas on rajoitettavissa sivulevyillä tai padoilla, joita pidetään liukukosketuksissa telojen päiden kanssa.

Vaikka kaksoistelavalua onkin sovellettu melko menestyksellisesti raudattomiin me-20 talleihin, jotka kiinteytyvät nopeasti jäähdytettäessä, ongelmia on ollut tekniikan soveltamisessa rautapitoisten metallien valamiseen. Eräs erityinen ongelma on ollut riittävän nopean ja tasaisen metallin jäähtymisen aikaansaaminen telojen valupin-noilla. Olemme nyt päätelleet, että metallin jäähdytystä telojen valupinnoilla voi parantaa radikaalilla tavalla ryhtymällä toimenpiteisiin, joiden tarkoituksena on var-25 mistaa, että telapinnoilla on määrättyjä sileysominaisuuksia, kun valuakaan sulan metallin ja telojen valupintojen väliin kohdistetaan suhteellista värinäliikettä.

Metallien valutekniikan yhteydessä on aikaisemmin ehdotettu ultraäänivärinän kohdistamista valulaitteistoon tai laitteistossa olevaan sulaan metalliin. Näitä ehdotuksia . on viety kuitenkin eteenpäin pelkästään estämään kiinteytyvän metallin tarttuminen 30 valupintoihin, parantamaan kaasujen vapautumista sulasta metallista, epämetallien mukaan sekaantumisen välttämiseksi ja edistämään sisäistä rakeenmuodostusta.

Julian H. Kushnickin US-patenttijulkaisussa 4 582 117 julkistetaan ultraäänivärinöi-.· den kohdistaminen valupintaan jatkuvan valun laitteistossa. Siinä tapauksessa valu- pinta on jatkuvasti liikkuva jäähdytetty alusta liikkuvan päättymättömän hihnan 2 105325 muodossa, joka ulottuu päätetelaparin välille. Ultraäänivärinöitä kohdistetaan tämän hihnan alapuolelle muodostetun sulametallikeskittymän alle, kohtaan, jossa metalli valuu valusuulakkeesta hihnalle. Kushnick ilmoittaa, että ultraäänivärinöiden kohdistaminen alustan läpi sulametalliin ennen kiinteytymisen kriittistä vaihetta vaikut-5 taa alustan kostumisen parantamiseen ja edistää lämmönsiirtoa sulan metallin ja jäähdytetyn alustan välillä. Näiden parannusten sanotaan johtuvan siitä, että sulaan metalliin jäänyt ilma pääsee vapaaksi ja lisää sulan metallin ja alustan välistä yhte-ysaluetta ja edistää alustan kostumista sulalla metallilla. Tämän seurauksena lämmönsiirto paranee jäähdytetyn alustan ja sulan metallin välillä. Kuten muissakin ai-10 kaisemman tavan mukaisissa ehdotuksissa ultraäänivärinän käyttämiseksi valuteknii-kassa, suunnitellut värinät asettuvat ultraäänitaajuusalueelle 20-100 kHz.

Ne parannukset, jotka saadaan aikaan käyttämällä ultraäänivärinää pelkästään kostu-tuksen ja kaasujen vapautumisen parantamiseksi sekä kiinnijuuttumisen estämiseksi, ovat sinänsä arvokkaita, mutta ne eivät johda mitenkään ratkaiseviin parannuksiin 15 sulan metallin ja valupintojen välisen lämmönsiirron parantamiseksi. Olemme havainneet, että käyttämällä erityisen sileitä valutelojen pintoja ja kohdistamalla niihin valitun taajuuden ja amplitudin mukaisia värinäliikkeitä, on mahdollista saada aikaan kokonaan uusi vaikutus metallin kiinteytymisprosessiin. Se parantaa ratkaisevasti lämmön siirtymistä kiinteytyvästä sulasta metallista. Parannus saattaa olla sel-20 lainen, että määrätyllä valunopeudella valettavan metallin paksuutta voi nostaa merkittävästi tai valun nopeutta voi vaihtoehtoisesti nostaa määrättyä nauhan paksuutta varten. Parantuneeseen lämmönsiirtoon liittyy erittäin merkittävä valettujen metallien pintarakenteen jalostuminen. Teräsvalanteiden osalta on selvitetty, että tehokas t; värinän taajuusalue voi olla merkittävästi matalampi kuin aikaisemman tavan mu- 25 kaisissa prosesseissa aikaisemmin ehdotetut ultraäänitaajuusalueet.

Seuraavassa selityksessä on välttämättä viitattava valupintojen sileyden kvantitatiiviseen mittaan. Kokeilutyössämme käytettiin erityistä mittaa, josta oli hyötyä määritettäessä tämän keksinnön laajuutta. Se on aritmeettisena keskikarkeusarvona tunnettu standardimitta, josta käytetään yleensä symbolia Ra. Tämä arvo määritetään kaik-30 kien karkeusprofiilien absoluuttisten etäisyyksien profiilin keskiviivasta aritmeettista keskiarvoa mittauspituuden lm puitteissa. Profiilin keskiviiva on viiva, jonka ympäriltä karkeus mitataan ja se on viiva, joka on samansuuntainen kuin profiilin yleinen suunta karkeuden leveysleikkauksen rajoissa siten, että sen ja niiden profiilin osien, jotka ovat sen jommallakummalla puolella, välisten alueiden summat ovat samat. 35 Aritmeettisen keskikarkeusarvon voi määrittää seuraavasti: 3 105325 1 x>

R. = T- Jb'N

X=0

Keksinnön mukainen valumenetelmä tunnetaan olennaisesti siitä, että lämmönsiirron parantamiseksi tasaiselle valupinnalle kiinteytyvästä sulasta metallista valupin-5 nan aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 5 mikronia ja valuakaan sulan metallin ja valupinnan väliin indusoidaan suhteellinen värinäliike.

Tarkemmin sanoen, keksinnön avulla saadaan aikaan sellainen menetelmä metal-linauhan jatkuvaa valua varten, jossa sulaa metallia syötetään rinnakkaisten valutelo-jen parin väliseen puristuskohtaan metallin jakosuulakkeen kautta, joka on sijoitettu 10 puristuskohdan yläpuolelle muodostamaan sulan metallin valuakaan tukeutumaan telojen valupintoihin välittömästi puristuskohdan yläpuolella ja valuteloja pyöritetään suuntaamaan kiinteytynyt metallinauha alaspäin puristuskohdasta, jolloin telojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 5 mikronia ja valuakaan sulan metallin ja telojen valupintojen väliin indusoidaan suhteellinen värinäliike.

15 Keksintöön kuuluu lisäksi laite metallinauhan jatkuvaa valua varten, joka käsittää parin rinnakkaisia valuteloja, joiden väliin muodostuu puristuskohta, metallin jakosuulakkeen sulan metallin jakamiseksi valutelojen puristuskohtaan muodostamaan sulametallivalualtaan, joka tukeutuu välittömästi puristuskohdan yläpuolella oleviin valutelapintoihin, telojen vetolaitteen telojen ajamiseksi vastakkaisiin pyörimissuun-20 tiin ja saamaan aikaan kiinteytyvän mtellinauhan, jota syötetään puristuskohdasta alaspäin, sekä värinälaitteiston, jota voi käyttää indusoimaan suhteellinen värinäliike valuakaan sulan metallin ja telojen valupintojen väliin.

Parhaana pidetään, että valupintojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,5 mikronia ja että se voi olla parhaan vaikutuksen saamiseksi alle 0,2 mikronia.

25 Teräksen valamiseksi valamisnopeuksilla, jotka ovat 30 m/min luokkaa, mainitun värinäliikkeen taajuus voi olla alueella 0,5-20 kHz. Paras taajuus on kuitenkin suh-' teessä värinöiden taajuuteen.

. Telojen pintanopeus riippuu valettavan metallin paksuudesta, mutta keksintö mah dollistaa mahdollisten valunopeuksien jyrkän nostamisen aina 5 m/s nopeuksiin 30 saakka.

4 105325 Tämän keksinnön menetelmässä metalli kiinteytyy kiteytymispaikoissa, jotka ovat paljon lähempänä toisiaan kuin mitä on tähän mennessä ollut mahdollista, ja tuottavat paljon hienorakenteisemman pintarakenteen kuin aikaisemmin.

Kiteytymistiheys on mieluiten ainakin 400 kiteytymiskeskusta/mm2.

5 Kokeilutyömme on osoittanut, että jalostumiseen ja siihen liittyvään huomattavaan lämmönsiirron lisääntymiseen vaikuttava kriittinen parametri on värinäliikkeen huippunopeus. Yksityiskohtaisesti sanoen, tämän tulee tyydyttää pinnan rakenteen jalostumisen miniminopeusvaatimusta. Miniminopeusvaatimukseen vaikuttamassa ovat sekä valupintojen karkeus että sulamisominaisuudet (tiheys, akustinen nopeus 10 ja pintajännitys), mutta sen voi kuitenkin ennustaa tarkasti.

Jotta keksinnön voisi selittää yleistasoa tarkemmin, tähän mennessä tehtyjä koetöitä selitetään viittaamalla oheisiin piirroksiin, joissa: kuvio 1 esittää kokeilulaitteistoa metallin kiinteytymisnopeuden määrittämiseksi olosuhteissa, jotka vastaavat kahden telan valulaitteiston vastaavia; 15 kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaiseen kokeilulaitteistoon liitettyä upotuslapaa; kuvio 3 esittää kiinteytymisen vakioarvoja, jotka on saatu käyttämällä kokeissa erilaisella karkeudella varustettuja jäähdytettyjä pintoja, ilman värinän käyttöä; kuviot 4 ja 5 ovat valokuvamikrografeja, jotka esittävät sellaisten kiinteytyneiden metallipintojen jalostettuja ja karkeita pintarakenteita, jotka on saatu metallin kiin-; 20 teytymiskokeista, joista kuvion 3 mukaiset tiedot on johdettu; kuviot 6 ja 7 ilmoittavat kokeen yhteydessä tuotetun kahden kiinteytyneen metallin erikoisnäyttöön topografiset ja lämmönsiirrolliset tiedot; kuviot 8-15 ovat uusia fotomikrografeja, jotka esittävät niitä pintarakenteita, jotka on saatu aikaan 304-ruostumattoman teräksen sulaan kohdistettujen kokeiden aika-25 na, koskien A06-hiiliterästä ja 2011-alumiiniseosta; kuvio 16 esittää graafisesti pintarakenteen, joka on saatu aikaan kohdistamalla eri taajuuksilla ja amplitudeilla värinää tuotantokohteisiin; kuviot 17 ja 18 esittävät lämmön virtaukset aikayksikköön verrattuina 304-ruostumattoman teräksen ja A06-hiiliteräksen kiinteytymisen aikana erilaisten väri-30 nänopeuksien vallitessa; 5 105325 kuviot 19 ja 20 esittävät värinöiden vaikutuksen erilaisilla nopeuksilla tuottavuuteen, mitattuna sekä 304-ruostumattoman teräksen että A06-hiiliteräksen kertymis-paksuutena koelaitteessa; kuvio 21 käsittää teoreettisesti ennustetun värinänopeuden vaatimukset pintaraken-5 teen jalostamiseksi, mukana kokeellisesti saadut arvot 304-ruostumattomalle teräkselle, A06-hiiliteräkselle ja 2011-alumiinille; kuvio 22 on tasokuva jatkuvan nauhavalun laitteesta, jota voi käyttää tämän keksinnön mukaisesti; kuvio 23 on sivuyläkuva kuvion 22 esittämästä nauhanvalulaitteesta; 10 kuvio 24 on pystypoikkileikkaus kuvion 22 viivasta 24-24; kuvio 25 on pystypoikkileikkaus kuvion 22 viivasta 25-25; kuvio 26 on pystypoikkileikkaus kuvion 22 viivasta 26-26.

Kuviot 1 ja 2 esittävät metallin kiinteytymiskoetuspenkkiä, jossa 40 mm x 40 mm jäähdytetty lohko siirretään sulametallikylpyyn sellaisella nopeudella, että se vastaa 15 hyvinkin kaksoistelavalulaitteen valupintojen olosuhteita. Teräs kiinteytyy jäähdytetylle kappaleelle, siirtyessään sulan polun läpi tuottamaan kiinteytynyttä terästä kappaleen pinnalle. Tämän kerroksen paksuuden voi mitata koko sen alueella olevista pisteistä, jotta voitaisiin kartoittaa kiinteytymisnopeuden vaihteluja ja siitä johtuvaa tehkasta lämmönsiirtymisnopeutta eri paikoissa. Näin ollen on mahdollista 20 tuottaa kaiken kattava kiinteytymisnopeus, jota merkitään yleensä symbolilla K, kuten myös kiinteytyneen nauhan koko alueen yksittäisten arvojen kartoitus. Yhtä hyvin on mahdollista tutkia nauhan pinnan mikrorakennetta korreloimaan mikrorakenteen kiinteytymisen muutokset niiden muutosten kanssa, joita lämmönsiirto-arvoissa on todettu.

25 Kuviossa 1 ja 2 kuvattu koepenkki käsitti induktoriuunin 1, joka sisälsi sulaa metallia 2 argonkaasun täyttämässä inertissä ympäristössä. Yleensä numerolla 3 merkitty upotuslapa on asennettu kelkkaan 4, jota voi siirtää sulaan 2 valitulla nopeudella ja jonka voi vetää pois tietokoneohjatuilla moottoreilla 5.

Upotuslapaan 3 kuuluu teräsrunko 6, joka sisältää kuparialustan 7, ja magnetostrik-30 tiivinen muutin 8, jota käytetään värinän synnyttämiseksi alustaan. Alusta on 18 mm paksu kuparilevy, jonka läpimitta on 46 mm. Siihen on liitetty lämpöparit tarkkaile- 6 105325 maan alustan lämpötilan nousua ja kiihtyvyysanturi tallentamaan värinätasot. Mag-netostriktiivisessä muuttimessa 8 on Terfemol-sydän, jonka läpimitta on 12 mm, pituus 50 mm, ja suurin käyttöteho 750 W. Suurimmaksi siirtymäksi mitattiin 50 mikronia taajuudella 0 Hz.

5 Kuvassa 1 ja 2 esitetyt koepenkkikokeet osoittivat, että värinöiden kohdistaminen metallin kiinteytymisen aikana saattaa tuottaa jalostuneen raerakenteen kiinteytyvään metalliin ja myös suuresti parantuneen lämmönsiirron, verrattuna tulokseen normaalilla karkealla raerakenteella, johon kiinteytyminen johtaa ilman värinän käyttöä. Teho on erityisen korostunut, jos jäähdytetyn valupinnan karkeus alenne-10 taan alhaisiin Ra-arvoihin.

Kuvioon 1 on piirretty tulokset kokeista, joissa käytettiin hiiliteräksen kiinteytymistä kuparikoekappaleisiin, joiden karkeus vaihteli, tehokkaan telanopeuden ollessa 30 m/min. Nelikulmaisilla pisteillä merkityt tulokset koskevat ilman värinän käyttöä aikaansaatuja kiinteytyneitä metallinauhoja. Näillä kaikilla nauhoilla oli karkea 15 pintarakenne. Tyypillinen karkea pintarakenne on kuvattuna kuviossa 5. Risteillä merkityt tulokset saatiin käyttämällä taajuudeltaan 8-9 kHz olevaa värinää. Jokaisessa näistä määrätyistä kokeista kiinteytyneellä metallinauhalla oli jalostettu pintarakenne. Tyypillinen tällainen rakenne on esitetty kuviossa 4. Tästä näemme, että verrattain karkeallakin jäähdytetyllä valupinnalla, jonka Ra-arvo on noin 17,5 mikronia, 20 lämmönsiirto parani huomattavasti, mitattuna K-arvon kasvuna noin 11-17. Erittäin korostunut parannus saadaan kuitenkin aikaan käyttämällä jäähdytetyn valupinnan erittäin alhaisia Ra-arvoja, joilla päästään yli 30 oleviin K-arvoihin. Kuvioissa 6 ja 7 on esitetty määrätyllä valupinnalla saavutettu parannus, Ra-arvon ollessa 0,18. Ilman värinän käyttöä mitattu keskimääräinen kokonais-K-arvo tulokseksi saadulle kiintey-25 tyneelle nauhalle oli 15. Toisaalta, kun käytettiin 8-9 kHz.n värinää, päästiin paljon paksumpaan kiinteytyneeseen metallinauhaan, kokonais-K-arvon ollessa 36.

Lisäkokeilla olemme osoittaneet, että pinnan kiinteytymisrakenteen koko määräytyy sulan ja alustan yhteyksien taajuuden (kiteytymisten välien) perusteella. Kun kiteytymisten väli on karkea, tyypillisesti 1000-2000 mikronia, tulokseksi saatava pinta 30 . on haarainen. Tämä on tyypillistä, kun käytetään alustan pintaa, jonka Ra on suunnilleen 0,15-0,2, käyttämättä värinää. Kun alustaa tärytetään, kiteytymisten välit ovat suuruusluokkaa 20-40 mikronia ja pintarakenteen haaraisuus katoaa. Näytteen pinta näyttää alustapinnan peilikuvalta, mikä osoittaa hyvän kostumisen tapahtuneen alkuvaiheen sulan ja alustan yhteyden aikana. Tällä analyysillä on mahdollista joh- 7 105325 taa matemaattinen malli ennustamaan värinävaatimukset erilaisten metallien ja metalliseosten valamista varten. Tätä tarkoitusta varten vaaditaan seuraava sanasto: a - värinän amplitudi (m) c - akustinen nopeus sulassa (m/s) 5 d - syvyys huipulta laaksoon alustan karkeuden mukaan määritettynä (m) hp - puolet keskiöiden välistä alustan karkeuden mukaan määritettynä (m) m - telan massa (kg) p - kiinteän ja nesteen yhtymäkohdassa vaikuttava paine (N/m2)

Pmax sulan maksimipaine värinästä johtuen (N/m2) 10 P - teho (W) R - kaarevuussäde (m)

Rc - kaarevuuden kriittinen säde täydellisten kostutusolosuhteiden aikaansaamiseksi (m) σ - sulan pintajännite (N/m) 15 5 - sulan tiheys (kg/m3) Θ - jalostumiskerroin (m2/s)

Vpcak - alustan suurin värinästä johtuva nopeus (m/s) vrC| - värinän nopeusvaatimus pintarakenteen jalostumista varten (m/s).

Alustan pinnan säteelle kahteen kohtaan sijoitetun sulan kaarevuussäde on ilmais-- · 20 tavissa seuraavasti: R = 2σ/ρ (1)

Kaarevuuden kriittinen säde täydellisiä kostutusolosuhteita varten, johdettuna alustan karkeuden geometrisesta harkinnasta, määritetään seuraavasti: 8 105325 hp R« =------------------------ (2) sin (180 - 2arctg d/hp) 5 Värinästä johtuva sulan suurin paine ja nopeus on ilmaistavissa seuraavasti:

Pmax = !^25cfa (3)

Vpeak = 2nfa (4)

Yhdistämällä (3) ja (4) suurin paine on suurimman nopeuden mukaan:

Pmax — l/4ti5cvpeai; (5) 10 Korvaamalla (2) ja (5) (l):ssä ja ratkaisemalla nopeus, tulokseksi saadaan jalostuksen nopeuskriteeri: 8.σ

Vref=------------ (6) πδοί^ 15 jossa pintajännite, sulan tiheys ja akustinen nopeus määrittävät jalostuskertoimen sulan ominaisuuksien funktiona: σ Θ = -- (7) 20 öc

Yhtälön (6) uudelleen kirjoittamisella saadaan: 8Θ vrcf=----- (8) 25

Tehon tarve telan täryttämiseksi on laskettavissa seuraavasti: P = 2mfvrcf2 (9)

Yhtälöt (6) ja (8) määrittelevät rakenteen jalostumisen vaatiman huippunopeuden kun sulan ominaisuudet (tiheys, akustinen nopeus ja pintajännitys) ja alustan karke-30 us vaikuttavat siihen.

9 105325

Edellä oleva analyysi on tarkistettu tuloksilla kokeista, jotka on suoritettu seuraavis-sa olosuhteissa:

Sulan kokoonpano: A06-hiiliteräs, 304-ruostumaton teräs,

Alumiini 2011 5 Ylikuumennus: 100 °C Upotusnopeus: 0,5 m/s Alustan pinnan karkeus: Ra = 0,15-0,2 Uunin täyttö: argon Värinätaajuus: 1-25 kHz 10 Näiden kokeiden tulokset on esitetty kuvioissa 8-19. Kuviot 8, 9, 10 ja 11 esittävät 304-ruostumattomien teräsnäytteiden pinnan kiinteytymisrakenteen värinän vaikutuksen tuloksena.

Kuvion 8 fotomikrografia esittää karkean raerakenteen tuloksena kokeesta ilman värinää. Kuvio 9 esittää aikaansaadun rakenteen kun on käytetty värinää taajuudella 15 4 kHz ja amplitudia 0,6 mikronia. Kuviot 10 ja II esittävät rakenteen, kun on käy tetty värinää taajuudella 4 kHz ja amplitudia 1,84 mikronia ja 4,9 mikronia.

Tästä havaitaan, että värinän amplitudin lisäys määrätyllä taajuudella johti pintarakenteen jalostumiseen 1-2 rakeesta/mm2 aina 500-1000 rakeeseen/mm2 saakka. Käytettäessä suuria värinäamplitudeja alkaa kuitenkin syntyä muodonmuutosvikoja, ku-20 ten kuviossa 11 on esitetty'.

Kuviot 12 ja 13 esittävät samanlaista pintarakenteen jalostumista, joka on saatu aikaan A06-hiiliteräksellä, ja kuviot 14 ja 15 esittävät samanlaisia tuloksia, jotka on saatu 2011 alumiiniseoksella.

Kuvio 16 esittää värinäolosuhteet ja pintarakenteen vaikutuksen 304-ruostumatto-25 maan teräkseen käytettäessä suurinta mahdollista värinänopeutta. Sulan ja alustan kosketuksen alkuvaiheessa lämmön siirtyminen kasvaa värinänopeuden kasvun mukaan (katso yhtälöä (4)). Suurilla värinänopeuksilla (0,08 A06:lle ja 0,17 304-ruos-tumattomalle teräkselle) lämpövirtauksen kasvu lisää kiinteytyvässä teräksessä läm-pörasitusta, aiheuttaen kuvion 11 esittämiä muodonmuutosvikoja. Tuotettujen näyt- 10 105325 teiden paksuus mitattiin ja värinänopeuden vaikutus paksuuden parantumiseen 304-ruostumattomassa teräksessä ja A06-hiiliteräksessä on esitetty yhteenvetona kuvioissa 19 ja 20. Paras mahdollinen nopeus, paksuuden parantuminen, sekä 304-ruostumattomalle teräkselle että A06-hiiliteräkselle on tyypillisesti 40-50%.

5 Kuviot 19 ja 20 esittävät, että merkittävää paksuuden paranemista saadaan aikaan suurella värinänopeuksien alueella, joka leviää selvästi parhaan nauhan alueelle. Näiden tulosten analyysi kertoo, että hyödyllinen parantuminen on saatavissa aikaan alueella ±50% keskialueen nopeudesta. Kuten kuviosta 19 käy ilmi, 304-ruostumattoman teräksen tapauksessa hyödyllinen paksuuden parantuminen on saa-10 tavissa aikaan nopeuksien 0,02-0,06 m/s alueella, kun taas kuvion 20 esittämän A06-hiiliteräksen kohdalla hyödyllinen parantuminen saavutetaan huippuvärinäno-peuksille alueella 0,015-0,05 m/s. Ei-paras suorituskyky verrattain alhaisille huippunopeuksilla saattaa olla käytännössä hyödyllinenkin, mutta käyttö verrattain suurilla huippunopeuksilla johtaa aineen muodonmuutosvikoihin, kuten kuviossa 11 on 15 esitetty. Näin ollen käytännössä hyödyllisten värinänopeuksien parhaaksi alueeksi voi katsoa + 10% vref -50 % 20

Kuvio 21 esittää vertailun edellä esitetyn yhtälön (8) mukaan ennustetun värinänopeuden jalostusta varten ja 304-ruostumattomalla teräksellä, A06-hiiliteräksellä ja 201 l-alumiiniseoksella tehtyjen kokeiden todellisten tulosten välillä. Koetulosten ja matemaattisesta mallista saadun ennusteen välinen hyvä yhteensopivuus antaa ym-25 märtää, että malli on pätevä ja sitä voi käyttää ennustamaan värinänopeusvaatimuk-sia muillekin metalleille.

Sileillä pinnoilla, joiden Ra-kerroin oli alle 0,2, värinän käyttö 20 kHz saakka mahdollisti K-kertoimen nostamisen alueelle 30-40. Tällä on syvällinen merkitys kaupallisten nauhanvalajien toimintaan teräsnauhan tuotannossa. Aikaisemmin pidettiin 30 välttämättömänä toimia 30-40 m/min valunopeudella 1-3 mm paksun teräsnauhan tuottamiseksi. Ainakin tällä käytön alueella suhde valettavan nauhan paksuuden T, valunopeuden S ja kiinteytymisnopeuden K välillä on ilmaistavissa yleisesti kaavalla T co K (1/S)n, jossa n ~ 0,5, Näin ollen K-kertoimen nousu kolminkertaiseksi, mikä on saavutettavissa tämän keksinnön avulla, merkitsee, että on mahdollista lisätä 35 valunauhan paksuutta kolminkertaiseksi, jos ylläpidetään samaa valunopeutta. Vaih- n 105325 toehtoisesti saattaa olla mahdollista lisätä valunopeutta jopa 9-kertaiseksi, jos pidetään yllä samaa nauhan paksuutta. Esimerkiksi 2 mm nauhan kohdalla voi olla mahdollista saavuttaa 4,5 m/s luokkaa olevia valunopeuksia. Näin ollen keksintö mahdollistaa paljon suuremmat valunopeudet kuin mikään aikaisemmin esitetty jatkuvan 5 nauhan valulaite.

Kuviot 22-26 kuvaavat kaksitelaista jatkuvan nauhan valulaitetta, jota voi käyttää tämän keksinnön mukaisesti. Valulaitteeseen kuuluu pääkonerunko 11, joka seisoo tehtaan lattialla 12. Runko 11 tukee valutelavaunua 13, joka liikkuu vaakasuorassa kokoonpanoaseman 14 ja valuaseman 15 välillä. Vaunu 13 kannattaa paria saman-10 suuntaisia valuteloja 16, joihin sulaa metallia syötetään valukäytön aikana valusan-gosta 17 väliastian 18 ja jakosuulakkeen 19 kautta valuakaan 30 aikaansaamiseksi. Valutelat 16 jäähdytetään vedellä siten, että kuoret kiinteytyvät liikkuvilla telapin-noilla 16A ja joutuvat yhteen niiden välisessä puristuskohdassa kiinteytyvän nauha-tuotteen 20 tuottamiseksi telojen ulostulon kohdalla. Tämä tuote syötetään vakio-15 malliseen kelauslaitteeseen 21 ja sen voi sen jälkeen siirtää toiseen kelauslaitteeseen 22. Astia 23 asennetaan koneen runkoon valuaseman viereen ja sulaa metallia voi ohjata tähän astiaan väliastiassa olevan ylivirtausaukon 24 kautta tai vetämällä hätä-tulppa 25 ulos väliastian toiselta puolelta, jos tuotteeseen tulee vakava muodonmuu-toshäiriö tai vakavia häiriöitä esiintyy valukäytön aikana.

20 Telavaunuun 13 kuuluu vaunun runko 31 asennettuna pyörillä 32 kiskoille 33, jotka ulottuvat osalle koneen päärunkoa 11, jolloin telavaunu 13 on asennettu kokonaisuutena liikkumaan pitkin kiskoja 33. Vaunun runko 31 tukee paria telan pesiä 34, joihin telat 16 on asennettu pyöriviksi. Telan pesät 34 on asennettu vaunun runkoon 31 kiinnittämällä liukupalkit 35, 36 toisiinsa siten, että pesät voivat siirtyä vaunulla 25 hydraulisten sylinteriyksikköjen 37, 38 avulla puristuskohdan säätämiseksi valutelo-jen 16 väliin ja mahdollistamaan telojen nopean liikkeen irti toisistaan lyhyeksi aikaväliksi, silloin kun on tarpeen luoda poikittainen heikkousviiva nauhan poikki, kuten edempänä tarkemmin selitetään. Vaunu on kokonaisuudessaan siirrettävissä pitkin kiskoja 33 kaksoistoimisen hydraulimännän ja sylinteriyksikön 39 avulla, joka 30 on liitetty telavaunussa olevaan vetotelineeseen 40 ja koneen päärunkoon siten, että sitä voi käyttää siirtämään telavaunua kokoonpanoaseman 14 ja valuaseman 15 välillä ja päinvastoin.

Valuteloja 16 pyöritetään toisiaan vasten sähkömoottorista tulevilla vetoakseleilla 41 ja vaunun runkoon 31 asennetulla vaihteistolla. Teloissa 16 on kupariset ulkosei-35 nämät, joihin on tehty sarja pitkittäisiä ja ympäryssuunnassa väleikkäin sijaitsevia 12 105325 vesijäähdytyskanavia, joihin tulee jäähdytysvesi telojen pään kautta vedensyöttöka-navista telojen vetoakseleissa 41, jotka on liitetty vedensyöttöletkuihin 42 pyörivien tiivistysholkkien 43 läpi. Telan tyypillinen läpimitta voi olla noin 500 mm ja pituus 2000 mm, jotta sen avulla voisi tuottaa 2000 mm leveää nauhatuotetta.

5 Valusanko 17 on täysin tavanomaista rakennetta ja se on tuettu yläpuolella olevan nosturin ikeeseen, josta käsin sen voi saada paikalle kuuman metallin vastaanotto-asemalta saapuvana. Valusankoon on asennettu pysäytystanko 46, jota voi käyttää servosylinterillä sulan metallin päästämiseksi virtaamaan valusangosta ulostulosuu-lakkeen 47 ja tulenkestävän suojuksen 48 kautta väliastiaan 18.

10 Väliastia 18 on sekin tavanomaista rakennetta. Se on muotoiltu leveäksi, tulenkestävästä materiaalista, kuten magnesiumoksidista (MgO), tehdyksi lautaseksi. Astian toiselle puolelle valuu sulaa metallia valusangosta ja siihen on tehty edellä jo mainittu ylivuoto- 24 ja hätätulppa 25. Astian toiselle puolelle on sijoitettu joukko pitkit-täisvälein olevia metallin ulostuloaukkoja 52. Astian alaosassa on asennuskiinnik-15 keet 53 astian asentamiseksi telavaunun runkoon 31 ja siinä on aukkoja, joihin vaunun rungon kohdistustapit 54 sopivat siten, että ne sijoittavat astian tarkalleen oikeaan paikkaan.

Jakelusuulake 19 on muotoiltu pitkulaiseksi ja tehty alumiinioksidigrafiitin kaltaisesta tulenkestävästä materiaalista. Sen alaosa on suipennettu siten, että se suppenee si-20 säänpäin ja alaspäin siten, että se pystyy työntymään valutelojen 16 väliseen puris-tuskohtaan. Siihen on tehty' asennuskiinnikkeet 60, joilla se tuetaan telavaunurun-koon ja sen yläosa on muotoiltu varustettuna ulospäin työntyvillä sivulaipoilla 55, jotka sijaitsevat asennuskiinnikkeissä.

Suulakkeessa 19 voi olla joukko vaakasuorin välein, yleensä pystysuoraan ulottuvia 25 virtausväyliä sopivan matalan metallinpurkausnopeuden tuottamiseksi telojen koko leveyden alueelle, ilman välitöntä kosketusta telapintoihin, joilla alkuvaiheen kiinteytyminen tapahtuu. Suulakkeessa voi vaihtoehtoisesti olla yksi ainoa rakomainen ulostuloaukko jakamaan matalanopeuksista sulametalliverhoa suoraan telojen väliseen puristuskohtaan ja/tai se voi olla upotettuna sulametallialtaaseen. Allasta ra-30 joittaa telojen päiden kohdalla pari sivusulkulaattaa 56, joita pidettään telojen porrastettuja päitä 57 vasten, kun telavaunu on valuasemalla. Sivusulkulaatat 56 on tehty vahvasta tulenkestävästä materiaalista, esimerkiksi boronnitridistä ja niiden si-vureunat on pyälletty vastaamaan telojen porrastettuja päitä 57. Sivulaatat voi asentaa laattatelineisiin 82, jotka ovat siirrettävät valuasemassa hydraulisylinteriyksik-35 köparia 83 käyttämällä siten, että sivulaatat tulevat kosketuksiin valutelojen porras- 13 105325 tettujen päiden kanssa ja muodostavat päätesulun valun ajaksi valuteloille muodostuvalle sulametallivalualtaalle.

Valutoiminnan aikana valusangon pysäytystankoa 46 käytetään päästämään sula metalli valumaan valusangosta väliastiaan metallin jakosuulakkeen läpi, josta se 5 virtaa valuteloille. Nauhatuotteen 20 puhdas etupää ohjataan etupöytää 96 käyttäen kelauslaitteen 21 leukoihin. Etupöytä 96 riippuu päärungosta saranoiduissa kiinnikkeissä 97 ja sen voi heilauttaa kohti kelaluslaitetta käyttämällä hydraulisylinteriyk-sikköä 98 sen jälkeen, kun puhdas etupää on muodostettu. Pöytä 96 voi toimia mäntä-ja sylinteriyksiköllä 101 toimivaa ylempää nauhan ohjausläppää 99 vasten ja 10 nauhatuote 20 voidaan rajata kahden pystysuorassa olevan sivutelan 102 väliin. Sen jälkeen, kun etupää on ohjattu kelauslaitteen leukoihin, kelauslaitetta pyöritetään kelaamaan nauhatuote 20 ja etupöydän annetaan heilahtaa takaisin käyttämättäole-misasentoonsa, jossa se riippuu koneen rungosta, irti tuotteesta, joka ohjataan suoraan kelauslaitteeseen 21. Tulokseksi saatu nauhatuote 20 voidaan sen jälkeen siir-15 tää kelauslaitteeseen 22 lopullisen kelan tuottamiseksi ja kuljettamiseksi pois valu-laitteen luota.

Kuvioissa 22-26 esitettyä valulaitetta voi käyttää tämän keksinnön mukaisesti liittämällä siihen muutinväline 110 asennettuna telavaunun runkoon 31 ja indusoimaan värinöitä sopivalla taajuudella ja amplitudilla, mikä johtaa pintarakenteen jalos-20 tumiseen. Muutinväline voi olla sopivasti pari sähkömekaanisia muuttimia, jotka on asennettu liukuvasti toistensa yhteyteen sopivin reagointimassoin muuriniieriöparin 111 sisällä, kiinnitettynä telavaunun runkoon ja vaikuttaen suoraan tela-akselien laakereihin työntötankojen 112 välityksellä. Koska kasvanut lämmönsiirto johtuu valupintojen värinästä puristustoiminnassa, muuttimet on parasta suunnata siten, että 25 ne täryttävät teloja normaalisti valuakaan kohdalla olevien valupintojen kohdalla. Kun toimitaan verrattain alhaisilla värinätaajuuksilla, tämä ei kuitenkaan ole olennaisen tärkeää, koska merkittävä puristustavan mukainen värinä kehittyy telapintoi-hin riippumatta kohdistuksen suunnasta tai tavasta.

Telan täryttämiseen tarvittavan tehon voi laskea tässä erittelyssä aikaisemmin maini-30 tun yhtälön (9) mukaisesti. Muuttimien 110 sijoittamista telavaunuun suositetaan verrattain alhaisen taajuuden värinöiden tuottamiseksi, taajuuksien ollessa esimerkiksi luokkaa 0,5 kHz tai vähemmän. Tyypillisessä nauhan valulaitteessa, johon on asennettu noin 3 tonnia painavat telat, muutin voi olla Terfemol-sydämellä varustettu magnetostriktiivinen muutin, jonka kokonaiskäyttöteho on 15 kW.

14 105325

Tilanteissa, joissa on välttämätöntä käyttää värinää verrattain suurella taajuudella, värinän voi kohdistaa suoraan teloihin. Tähän voi päästä asentamalla telan sisään joukko magnetostriktiivisiä muuttimia. Ne voi asentaa myös telan sisään tai telan kumpaankin päähän, tarttumaan kiinni joko telan pintaan tai niihin yhteydessä ole-5 viin sivulaattoihin. Muuttunen voi kiinnittää esimerkiksi suoraan telavaunun runkoon 31 tai toiseen sivusulkulaattaan 56. Värinät voi kohdistaa vaihtoehtoisesti sulaan metalliin, kiinnittämällä laite metallin jakosuulakkeeseen 19 tai suulakkeen asennuskiinnikkeisiin 60. Värisevän massa pienentämiseksi asennuskiinnikkeitä 60 voi tukea telavaunun runkoon 31 joustavilla asennusosilla.

10 Esitettyä laitteistoa on käsitelty ainoastaan esimerkin tavoin, eikä keksintö ole rajoitettu juuri tällaisen laitteen käyttöön, eikä edes kaksoistelavaluunkaan. Sitä voi soveltaa esimerkiksi yksitelavalulaitteeseen tai liikkuvalla hihnalla varustettuun hihna-valulaitteeseen. Näin ollen onkin käsitettävä, että monet muunnokset ja erilaiset toteutusmuodot mahtuvat keksinnön puitteisiin.

Claims (25)

1. Menetelmä metallinauhan jatkuvaksi valamiseksi, jossa sulaa metallia oleva valuallas muodostetaan liikkuvan valupinnan yhteyteen siten, että altaasta tuleva metalli kiinteytyy liikkuvalle valupinnalle, tunnettu siitä, että lämmönsiirron paran- 5 tamiseksi tasaiselle valupinnalle kiinteytyvästä sulasta metallista valupinnan aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 5 mikronia ja valuakaan sulan metallin ja valupinnan väliin indusoidaan suhteellinen värinäliike.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valupinnan aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,5 mikronia ja että indusoidun värinä- 10 liikkeen taajuus ei ylitä 20 kHz.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valupinnan aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,2 mikronia ja indusoidun värinäliik-keen taajuus on välillä 0,5 ja 20 kHz.

4. Menetelmä metallinauhan jatkuvaksi valamiseksi, jossa sulaa metallia syöte-15 tään samansuuntaisen valutelaparin väliseen puristuskohtaan metallin jakosuulak- keen kautta, joka on sijoitettu puristuskohdan yläpuolelle saamaan aikaan sulaa metallia olevan valuakaan, tuettuna telojen valupintoihin välittömästi puristuskohdan yläpuolella, ja jossa valuteloja pyöritetään tuottamaan kiinteytynyttä metallinauhaa puristuskohdasta alaspäin, tunnettu siitä, että telojen valupintojen aritmeettinen 20 keskikarkeusarvo (Ra) on alle 5 mikronia ja valuakaan sulan metallin ja telojen valupintojen väliin indusoidaan suhteellista värinäliikettä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että telojen valupintojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,5 mikronia ja että indusoidun värinäliikkeen taajuus on alle 20 kHz.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että telojen va lupintojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,2 mikronia ja että indusoidun värinäliikkeen taajuus on välillä 0,5 ja 20 kHz.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 4-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että indusoidun suhteellisen värinäliikkeen huippunopeus asettuu seuraavan kaa-30 van määrittämään väliin: 16 105325 8.σ Vpeak =-± 50 % πδοΚς 5 jossa on värinäliikkeen huippunopeus (m/s), σ on sulan metallin pintajännitys (N/m), δ on sulan metallin tiheys (kg/m ), c on akustinen nopeus sulassa metallissa, ja Re on kaarevuuden kriittinen säde täydellisiä kostutusolosuhteita varten (m), määri-10 tettynä kaaviolla: hp Re=- sin (180- 2arctg d/hp) 15 jossa hp on puolet telojen valupintojen huippujen välisestä etäisyydestä, määritettynä näiden pintojen (m) karkeudesta; ja d on valupintojen huipulta laaksoon ulottuva syvyys, määritettynä näiden pintojen (m) karkeudesta.

8, Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu 20 huippunopeus asettuu alueelle, joka määritetään kaavalla: 8.σ +10% %cak uöcRc - 50 % ; 25

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että telojen va lupintojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,25 mikronia ja että indusoidun suhteellisen värinäliikkeen huippunopeus on välillä 0,02 ja 0,06 m/s.

10. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metalli on hiiliterästä, jonka hiilipitoisuus on alle 0,15 %ja telojen valupintojen aritmeettinen 30 keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,25 mikronia ja että indusoidun suhteellisen värinä-liikkeen huippunopeus on alueella 0,015-0,05 m/s. 17 105325

11. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metalli on alumiinia ja telojen valupintojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,25 mikronia ja että indusoidun suhteellisen värinäliikkeen huippunopeus on alueella 0,06-0,10 m/s.

12. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 9-11 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että indusoidun suhteellisen värinäliikkeen taajuus ei ylitä 20 kHz.

13. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 7-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valuteloja pyöritetään sellaisella nopeudella, että ne tuottavat kiinteytynyttä metallinauhaa välillä 0,5 ja 5 m/s olevalla nauhan nopeudella.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valutelojen välisestä puristuskohdasta alaspäin syötetyn kiinteytetyn metallinauhan paksuus on välillä 1 ja 5 mm.

15. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 4-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sula metalli kiinteytyy telojen valupintoihin kiteytymiskohtiin, joiden kitey- 15 tymistiheyden välit ovat ainakin 400 kiteytymispistettä/mm2.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiteytymis-tiheys on välillä 600 ja 700 kiteytymispistettä/mm2.

17. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 4-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suhteellinen värinäliike indusoidaan kohdistamalla värinä valuteloihin.

18. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suhteelli nen värinäliike indusoidaan käyttämällä muutinvälinettä. joka on kiinnitetty· rakenteeseen, joka tukee valuteloja tai on niihin kosketuksissa.

19. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että indusoidun suhteellisen värinäliikkeen huippunopeus on seuraavan kaavan 25 määrittämällä alueella: 8.σ Vpcak =-± 50 % köcRc 30 jossa Vpeak on värinäliikkeen huippunopeus (m/s), σ on sulan metallin pintajännitys (N/m), is 105325 δ on sulan metallin tiheys (kg/m3), c on akustinen nopeus sulassa metallissa, ja Rc on kaarevuuden kriittinen säde täydellisiä kostutusolosuhteita varten (m), kuten se määritetään kaaviolla: 5 hp Rc =- sin (180 - 2arctg d/hp) jossa hp on puolet telojen valupintojen huippujen välisestä etäisyydestä, määritetty-10 nä näiden pintojen (m) karkeudesta; ja d on valupintojen huipulta laaksoon ulottuva syvyys, määritettynä näiden pintojen (m) karkeudesta.

20. Laite metallinauhan jatkuvaa valamista varten, tunnettu siitä, että se sisältää parin samansuuntaisia valuteloja, jotka muodostavat väliinsä puristuskohdan, me- 15 tallin jakosuulakkeen jakamaan sulaa metallia valutelojen väliseen puristuskohtaan valutelapintojen kannattaman sulametallivalualtaan muodostamiseksi välittömästi puristuskohdan yläpuolelle, telojen käyttölaitteen valutelojen käyttämiseksi vastakkaisiin kiertosuuntiin kiinteytyneen nauhan tuottamiseksi metallista puristuskohdas-ta alaspäin, ja värinävälineen, jota voi käyttää indusoimaan suhteellinen värinäliike 20 valuakaan sulan metallin ja telojen valupintojen välille, ja jossa valutelojen valupin-. tojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 5 mikronia.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen laite, tunnettu siitä, että telojen valupintojen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,5 mikronia ja että värinävälinettä voi käyttää indusoimaan mainittu suhteellinen värinäliike taajuudella, joka ei ylitä 25 20 kHz.

• 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että telojen valupinto jen aritmeettinen keskikarkeusarvo (Ra) on alle 0,2 mikronia ja että värinävälinettä voidaan käyttää indusoimaan suhteellinen värinäliike taajuusalueella 0,5-20 kHz.

23. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 20-22 mukainen laite, tunnettu siitä, et-30 tä värinävälinettä voidaan käyttää indusoimaan suhteellinen värinäliike värinän huippunopeuden ollessa alueella 0,015-0,06 m/s. 105325 19

24. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 20-22 mukainen laite, tunnettu siitä, että värinävälinettä voidaan käyttää indusoimaan mainittu suhteellinen värinäliike värinän huippunopeuden ollessa alueella 0,06-0,10 m/s.

25. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 20-24 mukainen laite, tunnettu siitä, et-5 tä värinäväline sisältää muutinvälineen kiinnitettynä rakenteeseen, joka tukee valute- loja tai on kosketuksissa niihin.