SK282256B6 - Zariadenie na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s priamym chladením - Google Patents

Abstract

Odlievacie zariadenie na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s chladením vodou, najmä na liatie predvalkov alebo ingotov z hliníka, ktoré pozostáva z dutiny formy (4), ktorá má hore otvorený vstupný otvor (2), vnútri lícujúcu priechodnú a tepelne izolujúcu previsnutú časť, tzv. horúcu hlavu (8) a výstupný otvor so zvisle posuvným nosným zariadením (5) a zariadením (10) na prívod vody na chladenie taveného kovu. Stena dutiny formy je celkom alebo čiastočne vytvorená z priepustného materiálu, pričom olej a/alebo plyn sa privádzajú cez priepustný materiál a vytvárajú olejovú a/alebo plynovú vrstvu medzi kovom a stenou, ktorá zabraňuje, aby kov prichádzal do priameho styku so stenou formy. Priepustný materiál je, vo forme dvoch nezávislých prstencov alebo stenových prvkov (12, 13) vrchného a spodného, oddelených pomocou tesniaceho prvku (14) alebo iným fyzikálnym spôsobom, pričom horný stenový prvok (12), určený na prívod oleja je umiestnený tesne pod izolačnou horúcou hlavou (8), zatiaľ čo spodný stenový prvok (13), určený na prívod plynu, je usporiadaný pod horným stenovým prvkom.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa vzťahuje na zariadenie na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s priamym chladením (direct chill - DC), najmä na odlievanie ingotov alebo predvalkov hliníka, zahrnujúce dutinu formy s horným horúcim vtokom, ktorý je tepelne izolovaný a prispôsobený na privádzanie roztaveného kovu, a z otvoreného výtoku, vybaveného pomôckou na prívod vody na priame chladenie roztaveného kovu. Steny dutiny formy sú čiastočne alebo celé zhotovené z priepustného materiálu, pričom sa cez priepustný materiál môže privádzať olej a/alebo plyn tak, aby sa vytvárala olejová a/alebo plynová vrstva medzi kovom a stenou formy, čím sa zabraňuje priamemu dotyku kovu so stenou.

Doterajší stav techniky

Prívod oleja a/alebo plynu do dutiny odlievacej formy, ako je uvedené, sa uvádza vo viacerých publikáciách. Medzi inými patent USA číslo 4,157.728 (Showa) uvádza DC odlievacie zariadenie, v ktorom sa olej a plyn simultánne privádzajú úzkymi štrbinami rozloženými v stene formy a v ktorom sú steny formy vyrobené z grafitového materiálu. V dôsledku tlakového spádu a kapilárnych vplyvov, tekutiny (olej a plyn) prechádzajú okrem štrbín aj zónami grafitového materiálu v oblastiach priliehajúcich k štrbinám. V prevádzkovej praxi sa však pozorovalo, že štrbiny, ktorými sa privádza olej a plyn, sa ľahko upchávajú kovom, najmä v začiatočnej etape odlievania. Popritom sa v týchto štrbinách len ťažko ovláda tlak plynu a tak ľahko môže nastať vyšší tlak plynu, ako je hydrostatický tlak kovu vo forme (v dutine formy) a tým môžu počas procesu liatia vzniknúť neželané podmienky na vznik bublín a na oxidáciu, čoho následkom je nerovný a nesprávny tvar povrchu odliatku. Pri odlievaní s uvedeným zariadením podľa patentu USA číslo 4,157.728 sa potom následne nedosahujú uspokojivé výsledky vzhľadom na opakovateľnosť a akosť odlievaných výrobkov.

Obdobná situácia nastáva, ak sa odlievanie vykonáva na zariadení, ako ho opisuje patent USA číslo 4,598.763 (Wagstaff). Namiesto použitia štrbín sa olej a plyn privádzajú do formy pomocou grafitového krúžku alebo inej grafitovej tvarovanej časti. Grafitový krúžok je umiestený v dutine formy v takej oblasti, kde pri odlievaní tuhne kov. Privádzanie plynu alebo oleja jedným a tým istým krúžkom do uvedenej oblasti má za cieľ zabezpečiť dostatočnú lubrikáciu spolu s tým, aby plyn spôsoboval odtláčanie kovu od grafitového krúžku. Toto riešenie má však jednu veľkú nevýhodu v tom, že privádzaný olej má v hornej časti krúžku snahu upchávať póry v grafitovej hmote; výsledkom je zmenšovanie plochy, cez ktorú sa privádza plyn, a súčasne plyn potom prichádza iba spodnou časťou krúžku. Súčasne nastáva zníženie prísunu oleja. Uvedené upchávanie je čiastočne spôsobované malými časticami prítomnými v oleji, ktoré sa zachytávajú v póroch (grafit účinkuje ako filter), a čiastočne karbonizáciou oleja v grafite, spôsobenou vysokými teplotami krúžku v oblastiach obsahujúcich olej a kde tuhne roztavený kov. Na zamedzenie vplyvu upchávania pórov sa bežne udržiava stály prívod plynu počas jednotlivých odlievacích operácií. To samozrejme zvyšuje spotrebu plynu.

Použitie grafitu na odlievacie formy je ďalej známe z prihlášky patentu GB číslo 2,014.487. Podľa uvedenej prihlášky sa plyn privádza cez pórovitý krúžok, ktorý súčasne tvorí prvok steny dutiny odlievacej formy, a olej kvapká do dutiny formy medzi tečúci kov a plynovú membránu. To muto riešeniu je vlastné nedostatočné, nerovnomerné vytváranie lubrikačného filmu a veľká spotreba oleja, podobne ako v patente USA číslo 4,257.728 (Showa).

CH-A-667225, CH-A-665576 a CH-A-672755 opisujú odlievacie zariadenie, kde olej a plyn sú dodávané cez stenu formy dvoma oddelenými štrbinami. Toto zariadenie však neobsahuje typ formy s horúcou hlavou a teda nepoužíva sa v ňom priepustný materiál v stene formy.

Týmto predloženým vynálezom sa predkladá DC odlievacie zariadenie na odlievanie kovov, pri ktorom sú odstránené alebo podstatne znížené nevýhody, vyskytujúce sa v známych riešeniach.

Podstata vynálezu

Podstatou zariadenia na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s chladením vodou, najmä na liatie predvalkov alebo ingotov z hliníka, ktoré pozostáva z dutiny formy, ktorá má hore otvorený vstupný otvor, vnútri lícujúcu priechodnú a tepelne izolujúcu previsnutú časť, tzv. horúcu hlavu a výstupný otvor so zvisle posuvným nosným zariadením a zariadením na prívod vody na chladenie taveného kovu, v ktorom stena dutiny formy je celkom alebo čiastočne vytvorená z priepustného materiálu, pričom olej a/alebo plyn dodávané cez tento priepustný materiál tvoria olejovú a/alebo plynovú vrstvu medzi kovom a stenou formy, zabraňujúcu, aby kov prichádzal do priameho dotyku so stenou formy, je, že priepustný materiál je vo forme dvoch nezávislých prstencov alebo stenových prvkov, vrchného a spodného, oddelených pomocou tesniaceho prvku alebo iným fyzikálnym spôsobom, pričom horný stenový prvok, určený na prívod oleja, je umiestený tesne pod izolačnou horúcou hlavou, zatiaľ čo spodný stenový prvok, určený na prívod plynu, je usporiadaný pod horným stenovým prvkom.

Horná časť steny upravená na prívod oleja a je nad pásmom, kde nastáva tuhnutie kovu, zatiaľ čo spodná časť steny, ktorá je upravená na prívod plynu, je umiestená priamo naproti pásmu tuhnutia kovu; prečnieva zo spodnej časti dutiny formy a na druhej strane vystupuje nad dotykový bod kovu so stenou formy.

Uvedeným riešením sa dosiahli nasledovné výhody:

- prívod oleja a plynu sa počas činnosti zariadenia vzájomne neovplyvňujú, zabezpečuje sa tak stálosť podmienok odlievania, čoho výsledkom sú ingoty so stálou kvalitou z hľadiska metalurgických vlastností a vlastností povrchu;

- náklady na údržbu budú veľmi nízke;

- regulácie plynu alebo množstva oleja počas odlievacieho procesu alebo medzi jednotlivými odlevmi treba robiť iba vo veľmi ojedinelých prípadoch;

- pretože sa olej privádza v oblasti, ktorá pri odlievaní nie je v styku s roztaveným kovom, odstránili sa ťažkosti s karbonizáciou oleja v časti prívodu oleja;

- časť prívodu oleja sa môže vymeniť bez toho, aby sa musela meniť aj časť na prívod plynu a naopak;

- časti na prívod dvoch tekutín sa môžu vzájomne nezávisle optimalizovať, aby sa zabezpečili najlepšie podmienky (napríklad rovnomerné rozdelenie plynu a oleja pozdĺž obvodu formy) na odlievanie;

- znížená spotreba plynu, pretože prívod plynu medzi jednotlivými odlevmi nie je nevyhnutný.

Podľa výhodného uskutočnenia vrchný stenový prvok na prívod oleja je vyrobený z pórovitého kovového materiálu, grafitu alebo z pórovitého keramického materiálu.

Vrchný stenový prvok na prívod oleja môže byť vybavený štrbinou, ktorá je vyplnená papierom z tepelne odolných vláken.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia spodný stenový prvok na prívod plynu môže byť vyrobený z grafitu alebo pórovitého keramického materiálu.

Tesniaci prvok môže pozostávať z tesnenia z kovu alebo z iného tepelne odolného nepórovitého materiálu, alebo môže pozostávať z obmedzovacej vrstvy z impregnačného činidla.

Ďalej sa vynález podrobne opisuje s odkazmi na výkresy, ktoré znázorňujú uskutočnenie vynálezu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 schematicky znázorňuje zvislý rez odlievacou formou na plynulé alebo poloplynulé (DC) odlievanie kovov, pri ktorom je forma vybavená časťami na prívod oleja a plynu podľa tohto vynálezu;

Obr. 2 znázorňuje rovnakú formu ako obr. 1, ktorej prívodné časti majú alternatívne riešenie podľa tohto vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Ako už bolo uvedené, obr. 1 schematicky znázorňuje zvislý rez odlievacou formou 1 na plynulé alebo poloplynulé (DC) odlievanie kovov. Odlievacia forma 1 sa môže prispôsobiť na odlievanie ingotov štvorcového alebo pravouhlého prierezu, alebo predvalkov kruhového alebo oválneho prierezu.

Pretože ingoty majú veľké rozmery, je na každom odlievacom zariadení iba malý počet takých foriem, aká je znázornená na obr. 1. Ak sa vyrábajú predvalky, ktoré majú výrazne menšie rozmery ako ingoty, je celkom bežné umiestniť väčší počet foriem v spoločnom ráme spolu so spoločným zásobníkom na prívod roztaveného kovu; uvedený zásobník roztaveného kovu sa upevní nad formami (na obr. nie je znázornený). V tejto spojitosti treba poznamenať, že používanie výrazu „odlievacia forma“ alebo „lejacia forma“ v ďalšom texte môže zahŕňať každé vodou chladené, plynulé alebo poloplynulé pracujúce odlievacie zariadenie akejkoľvek veľkosti.

Ako už bolo uvedené, obr. 1 schematicky znázorňuje zvislý rez odlievacou formou na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s vodným chladením. Odlievacia forma pozostáva z hornej vstupnej časti 2, ktorá má hore otvor, zo strednej vnútornej časti 3 a spodnej časti dutiny 4 formy alebo kokily, ktorá je otvorená smerom dole. Na spodnom čele dutiny 4 odlievacej formy, možno povedať na výstupe z odlievacej formy je umiestnené nosné zariadenie 5 alebo spodné dno, ktoré je posuvné v zvislom smere pomocou zariadenia typu piest/valec, alebo iného podobného zariadenia (na obr. nie je znázornené). Na začiatku odlievacieho cyklu nosné zariadenie tesne dosadá na výstup z odlievacej formy.

Odlievacia forma pozostáva z vonkajšej objímky 6 výhodne vyrobenej z hliníka alebo ocele. V objímke je pomocou upínacieho prstenca upevnený vrchný a spodný stenový prvok 12 a 13 na prívod oleja a plynu. Vstupná časť odlievacej formy je vyložená žiaruvzdorným tepelnoizolačným materiálom 7. Odlievacia forma sa upevní na nosný rám, ktorý nie je na výkrese znázornený.

Žiaruvzdorný materiál 7 vytvára v odlievacej forme steny strednej vnútornej časti 3, ktorá sa bežne označuje ako „horúca hlava“. Horúca hlava 8 má úzky priechod v dutine odlievacej formy v smere toku a na vstupe do dutiny 4 odlievacej formy vytvára previs 9.

Na spodnej časti dutiny formy je umiestnená štrbina 10 na prívod vody, ktorá prechádza po obvode dutiny formy a ktorá je pripojená na zásobník vody spojený s odlievacou formou (nie je znázornený).

Počas odlievania s takýmto druhom zariadenia sa tekutý kov privádza zhora odlievacej formy vstupným otvorom 2. Súčasne sa posunuje nosné zariadenie 5 smerom dole a povrch kovu 11 sa priamo chladí vodou privádzanou zo štrbiny 10. Podľa uvedeného priameho chladenia kovu pomocou vody sa tento spôsob odlievania aj označuje ako „liatie s priamym chladením (DC)“.

Osobitným znakom tohto vynálezu je, že stena spodnej časti 4 dutiny formy je práve pod horúcou hlavou 8 vytvorená dvoma priepustnými oddelenými prstencami alebo stenovými prvkami 12, 13, ktoré sú vzájomne fyzikálne oddelené pomocou tesniaceho prvku 14 alebo podobným spôsobom. Vrchný stenový prvok 12 je prispôsobený na prívod oleja a je umiestený nad oblasťou, kde sa nachádza rozhranie 19 tekutého a tuhého kovu, zatiaľ čo spodný stenový prvok 13, prispôsobený na prívod plynu, je umiestený práve proti uvedenému rozhraniu 19 tuhého a tekutého kovu a presahuje zo spodnej oblasti dutiny formy nad úroveň, v ktorej sa kov dotýka steny formy. Olej a plyn sa samostatne privádzajú do odlievacej dutiny 4 cez vrchný a spodný stenový prvok 12 a 13 čerpadlom alebo zo zásobníka (nie sú znázornené) otvormi alebo kanálikmi 15 a 16.

Účelom tesniaceho prvku 14, ktorým môže byť tesnenie z kovu alebo z iného nepórovitého materiálu, časť impregnovaná impregnačným činidlom alebo podobné riešenie, je zamedziť, aby do spodnej časti, v ktorej sa privádza plyn, neprenikal olej vytlačovaný z vrchného stenového prvku 12 a naopak. Ďalším dôležitým znakom tohto vynálezu je, že vrchný stenový prvok 12, ktorým sa privádza olej, sa musí umiestniť nad meniskus kovu (povrch stuhnutého kovu) v dutine formy, teda v oblasti pod horúcou hlavou, kde sa počas odlievania vytvára plynová poduška 17. Dôvodom tohto riešenia je požiadavka, aby sa vrchný stenový prvok 12 na prívod oleja nemohol dostať do styku so žeravým kovom a tak sa predišlo karbonizácii oleja v tejto časti steny. V dôsledku zamedzenia karbonizácie sa tiež predíde upchávaniu časti privádzajúcej olej. Keďže nie je vrchný stenový prvok 12 privádzajúci olej priamo vystavený vysokej teplote žeravého kovu, môže sa táto časť vyrobiť z priepustného materiálu navrhovaného na nižšie teploty, napríklad zo spekaných kovov, ako je spekaný bronz. Pokiaľ sa týka prívodu oleja, je významným znakom ďalej to, že sa olej privádza v malých množstvách a je rovnomerne rozdeľovaný pozdĺž obvodu steny dutiny formy tak, že sa na povrchu spodného stenového prvku 13 alebo prstenca na prívod plynu môže vytvárať tenká olejová vrstva.

Ako alternatíva na použitie pórovitých materiálov, ako sú spekané kovové materiály, grafit alebo keramické materiály, môže sa vrchný stenový prvok, ktorým sa privádza olej, vyhotoviť so štrbinou 18 vyplnenou papierom z keramických alebo minerálnych vláken, napríklad z materiálu Fiberfrax^R tak, ako je znázornené na obr. 2.

Je nevyhnutné, aby prstenec alebo stenový prvok 13, cez ktorý sa privádza plyn, bol vyrobený z priedušného materiálu, ktorý je schopný odolávať teplotám v oblasti teploty tavenia kovu. Tento prstenec alebo stenový prvok sa môže výhodne vyrobiť z pórovitého grafitu alebo z pórovitého keramického materiálu.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na plynulé alebo poloplynulé liatie kovov s priamym chladením vodou, najmä na liatie predvalkov alebo ingotov z hliníka, ktoré pozostáva z dutiny (4) formy, ktorá má hore otvorený vstupný otvor (2), vnútri lícujúcu priechodnú a tepelne izolujúcu previsnutú časť, tzv. horúcu hlavu (8) a výstupný otvor so zvisle posuvným nosným zariadením (5) a zariadením (10) na prívod vody na chladenie taveného kovu, v ktorom stena dutiny formy je celkom alebo čiastočne vytvorená z priepustného materiálu, pričom olej a/alebo plyn dodávané cez tento priepustný materiál tvoria olejovú a/alebo plynovú vrstvu medzi kovom a stenou formy zabraňujúcu, aby kov prichádzal do priameho dotyku so stenou formy, vyznačujúce sa t ý m , že priepustný materiál je vo forme dvoch nezávislých prstencov alebo stenových prvkov (12, 13), vrchného a spodného, oddelených pomocou tesniaceho prvku (14) alebo iným fyzikálnym spôsobom, pričom horný stenový prvok (12), určený na prívod oleja, je umiestený tesne pod izolačnou horúcou hlavou (8), zatiaľ čo spodný stenový prvok (13), určený na prívod plynu, je usporiadaný pod horným stenovým prvkom.
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že vrchný stenový prvok (12) na prívod oleja je vyrobený z pórovitého kovového materiálu, grafitu alebo z pórovitého keramického materiálu.
3. 3. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m , že vrchný stenový prvok na prívod oleja je vybavený štrbinou (18), ktorá je vyplnená papierom z tepelne odolných vláken.
4. 4. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že spodný stenový prvok (13) na prívod plynu je vyrobený z grafitu alebo pórovitého keramického materiálu.
5. 5. Zariadenie podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že tesniaci prvok (14) pozostáva z tesnenia z kovu alebo z iného tepelne odolného nepórovitého materiálu.
6. 6. Zariadenie podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že tesniaci prvok (14) pozostáva z obmedzovacej vrstvy z impregnačného činidla.