SI9600150A - Casting cell - Google Patents

Description

Norsk Hydro a.s

Livna naprava

Predloženi izum se nanaša na livno napravo za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim gašenjem kovine, zlasti izdelavo aluminijastih ingotov ali gredic, obsegajočo votlino kokile z noter obrnjenim vročim stropnim vstopom, ki je toplotno izoliran in prirejen za dovod raztaljene kovine, in odprtim izstopom, opremljenim s sredstvi za dovod vode za neposredno hlajenje raztaljene kovine. Stene votline kokile so delno ali v celoti narejene iz prepustnega gradiva, tako da lahko skozenj dovajamo olje in/ali plin za vzpostavljanje oljnega in/ali plinskega sloja med kovino in steno kokile, da preprečimo neposreden stik kovine s steno.

Dovajanje olja in/ali plina v votlino kokile, kot je omenjeno zgoraj, je objavljeno v več virih. Tako je denimo v patentu US 4,157,728 (Showa) opisana livna naprava za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim, gašenjem, kovine, pri kateri olje in plin hkrati uvajajo skozi ozke reže v steni kokile, pri čemer je ta stena narejena iz grafitnega gradiva. Na osnovi tlačne razlike in kapilarnega učinka fluida (olje in plin) razen tega delno dotekata skozi grafitno gradivo v območjih blizu rež. Toda praksa kaže, da kovina, predvsem v fazi zagona, kaj hitro zalije reže za dovajanje olja in plina in jih s tem blokira. Razen tega je tlak plina v omenjenih režah težko nadzorovati in tlak plina zato kaj hitro preraste statični tlak kovine v kokili (votlini kokile), kar pomeni neželene pojave, kot naprimer mehurčke in okside in kot posledico neravno, luknjičavo površino litega izdelka. Ulivanje s pomočjo naprave, kakršno opisuje US 4,157,728, očitno ne privede do litih izdelkov zadovoljive kakovosti.

Podobno je stanje z litjem, ko gre za napravo po patentu US 4,598,763 (Wagstaff).

Namesto po režah se olje in plin uvajata v votlino kokile s pomočjo grafitnega obroča ali grafitnega odseka. Grafitni obroč je vgrajen v votlino kokile na mestu, kjer se kovina med ulivanjem strjuje. Cilj dovajanja olja in plina v tem območju po enem in istem obroču je zagotoviti zadostno mazanje, pri čemer plin odriva kovino stran od grafitnega obroča. Toda ena resnih pomanjkljivosti omenjene rešitve je, da olje, ki doteka v zgornjem polju obroča, teži za tem, da zapre pore v grafitu, posledica česar je zoženje polja dotoka plina na vsega spodnji nivo obroča. Hkrati se zmanjša dotok olja. Do tega zmanjšanja pride delno zaradi tega, ker drobni delci iz olja zamašijo luknjice (grafit deluje kot filter), delno pa, ker se zaradi visokih temperatur tistega dela obroča, v katerem je olje in kjer se kovina strjuje, olje v grafitu karbonizira. Proti blokiranju luknjic delujejo na splošno tako, da med ločenima operacijama litja dovajajo plin. Posledica tega je seveda večja poraba plina.

Uporaba grafita v kokilah je znana tudi iz GB-patentne prijave št. 2.014.487. Po nauku iz omenjene prijave dovajajo plin skozi luknjičav obroč, ki služi kot element, ki tvori steno votline kokile, kajti olje polzi dol v votlino kokile med polzečo kovino in plinsko opno. Pri tej rešitvi gre za nezadovoljivo porazdelitev mazalnega filma in spet za veliko porabo olja - kot v primeru patenta US 4,157,728.

Po predloženem izumu gre za napravo za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim gašenjem kovine, pri kateri so pomanjkljivosti znanih rešitev odpravljene ali v bistvu zmanjšane.

Izum je značilen po tem, da olje in plin uvajamo ločeno skozi dva medsebojno neodvisna, fizično ločena obroča ali stenska elementa, ki sta lahko ločena s tesnilnimi elementi ali podobnimi napravami, pri čemer je zgornji stenski element, ki je prirejen za uvajanje olja, razporejen nad območjem, kjer se nahaja strjevalno čelo kovine, medtem ko je spodnji stenski element, ki je prirejen za uvajanje plina, razporejen neposredno nasproti čelu strjevanja kovine in sega od spodnjega dela votline kokile čez točko dotika med kovino in steno kokile.

S to rešitvijo se dobijo naslednje prednosti:

uvajanje olja med obratovanjem ne moti uvajanja plina in obratno, tako da imamo v kokili stabilne razmere, rezultat česar so ingoti enakomerne kakovosti tako glede metalurških lastnosti kot glede površine;

stroški vzdrževanja kokil so zelo nizki;

količino plina ali olja nastavljamo med ulivanjem ali različnimi operacijami litja samo izjemoma;

ker olje uvajamo v območju, ki med opreacijami litja ni v stiku s tekočo kovino, ni težav zaradi karbonizacije olja v elementu za uvajanje olja;

oljni/plinski element lahko zamenjamo, ne da bi to vplivalo na plinski/oljni element;

elementa za uvajanje dveh fluidov lahko naredimo optimalna drugega od drugega neodvisno za dosego najboljših pogojev (denimo enakomerne porazdelitve plina in olja po obodu kokile) med ulivanjem; in poraba plina je zmanjšana, saj plina med dvema ločenima operacijama litja ni treba uvajati.

Odvisni zahtevki 2 do 6 opisujejo prednostne značilnosti izuma.

V sledečem delu opisa izuma je izum pobliže predstavljen na osnovi dveh izvedbenih primerov izuma, pri čemer sl. 1 kaže napravo za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim gašenjem kovine, pri čemer je kokila opremljena z elementi za uvajanje olja in plina, predstavljeno poenostavljeno in v osnem prerezu, sl. 2 pa analogno sl. 1, le da gre za drugače zasnovane elemente.

Kokila 1 po sl. 1 kot naprava za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim gašenjem kovine je lahko izvedena za izdelavo ingotov kvadratnega ali pravokotnega preseka ali gredic okroglega ali ovalnega preseka.

Ker imajo ingoti velike razsežnosti, je pri določeni livni postavitvi računati le z malo takimi kokilami, kakršno kaže sl. 1. Če pa gre za izdelavo gredic, katerih dimenzije so bistveno manjše od dimenzij ingotov, je povsem normalno, da je na skupni vsebnik raztaljene kovine vezanih več kokil v skupnem okviru stroja, pri Čemer je omenjeni vsebnik razporejen nad kokilami (ni prikazano). Pripominjamo, da pod pojmom kokila tu razumemo sleherno poljubno veliko vodno hlajeno napravo za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim gašenjem kovine.

Kokila 1 po sl. 1 kot naprava za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim gašenjem kovine sestoji iz zgornjega vstopnega odseka 2, ki ima odprtino, ki je obrnjena gor, noter obrnjenega osrednjega odseka 3 in spodnje votline 4 kokile ali kokile, ki je odprta dol. Na dol obrnjeni strani votline 4 kokile, t.j. na izstopni strani kokile, je razporejeno podporno sredstvo ali talni del 5, ki je gibljiv v navpični smeri s pomočjo sklopa bata in cilindra ali podobnega (ni predstavljeno). Podporno sredstvo je na začetku livnega cikla pomaknjeno gor vse do ustja kokile.

Kokila obsega zunanji obroč 6, ki je prednostno iz aluminija ali jekla, kjer sta s pomočjo spenjalnega obroča 20 pritrjena oljni element 12 in plinski element 13. Vstopni odsek kokile je opremljen z ognjeodpornim, izolacijskim gradivom 7. Kokila je pritrjena na nosilni okvir stroja, ki v skici ni predstavljen.

Ognjeodporno gradivo 7 v kokili tvori steno v osrednjem odseku 3, ki jo v stroki poznamo pod imenom nastavek; od tod naziv kokila z nastavkom (ang. hot-top mould). Nastavek 7 ima v smeri toka taline ozek prehod v votlino kokile in ima ob ustju v votlino 4 kokile obročast spodrez 9.

Na spodnjem delu votline kokile je razporejena vodna reža 10 za dovod vode, ki poteka po obodu votline kokile in je povezana z rezervoarjem za vodo, ki spada h kokili (ni prikazan).

Pri litju ob uporabi naprave tu opisane vrste dovajamo tekočo kovino od zgoraj kokile skozi njen vstop 2, hkrati pa podporno sredstvo 5 pomikamo dol in površino kovine neposredno gasimo z vodo, ki jo uvajamo skozi vodno režo 10. Ker kovino neposredno gasimo (belo gašenje), govorimo o litju z neposrednim gašenjem kovine (ang. Direct Chill Casting).

Posebna značilnost tega izuma je, da steno votline 4 kokile neposredno pod nastavkom 7 tvorita dva prepustna, ločena obroča ali stenska elementa 12, 13, ki sta drug od drugega ločena s pomočjo fizične pregrade, kot je tesnilni element 14 ali podobno. Zgornji stenski element 12 je prirejen za uvajanje olja in je razporejen nad območjem, kjer se nahaja strjevalno čelo kovine, spodnji stenski element 13 za uvajanje plina pa je razporejen neposredno nasproti strjevalnemu čelu kovine in poteka od spodnjega dela votline kokile in čez točko stika med kovino in steno kokile. Olje oziroma plin uvajamo v votlino 4 kokile skozi zadevna stenska elementa 12,13 iz črpalke/rezervoarja (nista predstavljena) skozi luknje ali kanale 15,16.

Naloga pregrade 14, ki je lahko kovinsko mašilo ali poljubno neporozno gradivo, impregnirano sredstvo ali podobno, je preprečiti pot olju iz zgornjega, oskrbovalnega elementa 12 v spodnji, plinski element 13 in obratno. Nadaljnja pomembna značilnost izuma je, da je dovodni element 12 za olje razporejen nad ukrivljeno površino taline v votlini kokile, t.j. v polju pod nastavkom kokile, kjer med litjem nastaja plinska blazina. Razlog za tak pristop je, da elementu za uvajanje olja tedaj ni treba prihajati v stik z vročo kovino, tako da se olje v elementu ne karbonizira. Tako se ne zgodi, da bi se element za uvajanje olja zamašil zaradi karbonizacije. Ker poleg tega element 12 za uvajanje olja ni neposredno izpostavljen visoki temperaturi kovine, lahko za izdelavo tega elementa uporabimo prepustna gradiva, ki so kot taka primerna za nižje temperature, denimo sintrane kovine, naprimer sintran bron. Kar zadeva uvajanje olja, je nadalje pomembna značilnost, da olje uvajamo v majhnih količinah in je le-to enakomerno porazdeljeno po obodu stene votline kokile, tako da se na elementu ali obroču 13 za uvajanje plina, ki je razporejen spodaj, vzpostavi tanka plast olja.

Kot alternativo uporabe poroznega gradiva, kakršno je sintrano gradivo, grafit ali keramično gradivo, je element za uvajanje olja lahko po sl. 2 zasnovan z režo 18, kije zapolnjena s papirjem iz mineralnih/keramičnih vlaken, naprimer papirjem vrste FIBERFRAX®.

Obroč 13 za uvajanje plina mora nadalje biti narejen iz prepustnega gradiva, takega, ki zdrži temperaturo taljenja kovine. Ta obroč ali element je prednostno narejen iz luknjičavega grafita ali luknjičavega keramičnega gradiva.

Claims (6)

1. Patentni zahtevki

   1. Livna naprava za neprekinjeno ali v bistvu neprekinjeno ulivanje kovin z neposrednim vodnim gašenjem kovine, zlasti izdelavo aluminijastih ingotov ali gredic, obsegajoča votlino (4) kokile z odprtim, gor obrnjenim vstopom (2) in vmesnim, noter obrnjenim in toplotno izoliranim, s spodrezanjem zasnovanim kokilnim nastavkom (8) ter z izstopom, obsegajočim navpično gibljivo podporno sredstvo (5) in sredstvo (10) za dovod vode za hlajenje raztaljene kovine, pri čemer je stena v votlini kokile v celoti ali delno narejena iz prepustnega gradiva, tako da lahko skozenj dovajamo olje in/ali plin za vzpostavljanje oljnega in/ali plinskega sloja med kovino in steno kokile, da preprečimo neposreden stik kovine s steno kokile, značilna po tem, da olje in plin uvajamo ločeno skozi dva medsebojno neodvisna, drug od drugega s pomočjo tesnilnega elementa (14) ali podobnega fizično ločena obroča ali stenska elementa (12, 13), od katerih je zgornji stenski element (12) za uvajanje olja razporejen nad poljem, kjer se nahaja strjevalno čelo kovine, medtem ko je spodnji stenski element za uvajanje plina razporejen neposredno nasproti strjevalnemu čelu (19) kovine (11) in poteka od spodnjega dela votline kokile in čez točko dotika med kovino in steno kokile.
2. 2. Livna naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je stenski element (12) za uvajanje olja narejen iz luknjičavega kovinskega gradiva, grafita ali luknjičavega keramičnega gradiva.
3. 3. Livna naprava po zahtevku 1, značilna po tem, da je stenski element za uvajanje olja zasnovan z režo (18), ki je zapolnjena z vlakninskim papirjem, ki je odporen na vročino.
4. 4. Livna naprava po zahtevkih 1 do 3, značilna po tem, da je stenski element za uvajanje plina narejen iz grafita ali luknjičavega keramičnega gradiva.
5. 5. Livna naprava po zahtevkih 1 do 4, značilna po tem, da tesnilni element (14) obsega mašilo iz kovine ali drugega na vročino odpornega, neporoznega gradiva.
6. 6. Livna naprava po zahtevkih 1 do 4, značilna po tem, da tesnilni element (14) obsega pregradno plast iz impregniranega sredstva.

   Norsk Hydro a.s