SK57896A3 - Plant for continuous or semi-continuous metal casting with direct cooling - Google Patents

Description

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 vyššie 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. Popri tom sa v týchto štrbinách len ťažko ovláda tlak plynu a tak lahko môže nastať vyšší tlak plynu, ako je hydrostatický tlak kovu vo forme (v dutine formy) a tým môžu počas procesu liatia vzniknúť neželané podmienky pre vznik bublín a pre oxidáciu, čoho následkom je nerovný a nesprávny tvar povrchu odliatku. Pri odlievaní s uvedeným zariadením podlá patentu USA číslo 4,157.728 sa potom následne nedosahujú uspokojivé výsledky vzhladom na opakovateľnosť a akosť odlievaných výrobkov.

Obdobná situácia nastáva, ak sa odlievanie vykonáva na zariadení, ako ho opisuje patent USA číslo 4,598.763 (Vagstaff). 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 ciel 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 olej i, 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 nedzi tečúci kov a plynovú membránu. Tomuto riešeniu je vlastné nedostatočné, nerovnomerné vytváranie lubrikačného filmu a veľká spotreba oleja, podobne ako v patente USA číslo 4,257.728 (Showa).

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

Podstata vynálezu

Vynález sa vyznačuje tým, že olej a plyn sa privádzajú oddelene dvoma nezávislými a fyzicky oddelenými krúžkami alebo časťami stien, ktoré môžu byť oddelené tesnením alebo podobným spôsobom. Pritom je horná časť steny upravená na prívod oleja a je nad pásmom, kde nastáva tuhnutie kovu, zatial 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;

nakoľko 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, nakoľko prívod plynu medzi jednotlivými odlevmi nie je nevyhnutný.

Závislé nároky 2 až 6 opisujú významné znaky vynálezu.

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

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 schématicky 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 vvnálezu

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

Nakoľko 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 liacia 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 formy alebo kokily 4, ktorá je otvorená smerom dole. Na spodnom čele dutiny odlievacej formy 4, možno povedať na výstupe z odlievacej formy je umiestnené nosné zariadenie alebo spodné dno 5., 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 sú pomocou upínacieho prstenca 20 upevnené časti na prívod oleja a plynu 12 a 13.. Vstupná časť odlievacej formy je vyložená žiaruvzdorným tepelne izolačným materiálom 7. Odlievacia forma sa upevní na nosný rám, ktorý nie je na výkrese znázornený.

Žiaruvzdorný materiál 7 vytvára v odlievacej forme steny strednej časti 3, ktorá sa bežne označuje ako horúca hlava. Horúca hlava 7 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 vodná 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 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 dutiny formy 4 je práve pod horúcou hlavou 10 vytvorená dvoma priepustnými oddelenými krúžkami alebo časťami steny 12. 13. ktoré sú vzájomne fyzikálne oddelené pomocou tesniaceho prvku 14, alebo podobným spôsobom. Horná časť 12 steny je prispôsobená na prívod oleja a je umiestená nad oblasťou, kde sa nachádza rozhranie tekutého a tuhého kovu, zatiaľ čo spodná časť 13 steny, prispôsobená na prívod plynu, je umiestená práve proti uvedenému rozhraniu tuhého a tekutého kovu a presahuje zo spodnej oblasti dutiny formy nad úroveň, v ktorej sa kov dotýka steny formy. Olej a plyn sa privádzajú do odlievacej dutiny 4 cez časti 12 a 13 steny čerpadlom alebo zo zásobníka (nie sú znázornené) otvormi alebo kanálikmi 15 a 16.

Účelom prepážky 14., ktorou 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 hornej prívodnej časti 12, a naopak. Ďalším dôležitým znakom tohto vynálezu je, že časť 12, ktorou 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. Dôvodom pre toto riešenie je požiadavka, aby sa časť na prívod oleja nemohla 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. Kedže nie je časť 12, privádzajúca olej, priamo vystavená vysokej teplote žeravého kovu, môže sa táto časť vyrobiť z priepustného materiálu navrnovaného pre nižšie teploty, napríklad zo spekaných kovov ako je spekaný bronz. Pokial 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 nižšie umiestenej časti steny alebo prstenca 13 na prívod plynu môže vytvárať tenká olejová vrstva.

Ako alternatíva na použitie pórovitých materiálov, ako sú spekané materiály, grafit alebo keramické materiály, môže sa časť, ktorou sa privádza olej, vyhotoviť so štrbinou 18.

vyplnenou papierom z keramických alebo minerálnych vláken, n napríklad z materiálu Fiberfrax tak, ako je znázornené na obr. 2.

Je nevyhnutné, aby krúžok 13, cez ktorý sa privádza plyn, bol vyrobený z priedušného materiálu, ktorý je schopný odolávať teplotám v oblasti teploty tavenia kovu. Krúžok alebo príslušná časť steny 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 chladením vodou, najmä na liatie predvalkov alebo ingotov z hliníka, ktoré pozostáva z dutiny formy (4), ktorá má hore otvorený vstupný otvor (2), vo vnútri lícujúcu priechodnú a tepelne izolujúcu previslú 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, tvoriaceho olejovú a/alebo plynovú vrstvu medzi kovom a stenou formy, zabraňujúcu, aby kov prichádzal do priameho dotyku so stenou formy, vyznačujúce sa tým, že olej a plyn sa privádzajú oddelene dvoma nezávislými a pomocou tesniaceho prvku (14) alebo iným spôsobom fyzikálne oddelenými krúžkami alebo časťami steny (12, 13), v ktorom horná časť steny (12), určená na prívod oleja, je umiestená nad pásmom, v ktorom sa nachádza rozhranie tuhého a tekutého kovu, zatiaľ čo spodná časť steny, určená na prívod plynu, je umiestená priamo na úrovni rozhrania (19) tuhého a tekutého kovu (11) a presahuje zo spodnej časti dutiny formy až nad bod dotyku medzi kovom a stenou formy.
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa t ý m, že časť steny (12) na prívod oleja je vyrobená z pórovitého kovového materiálu, grafitu, alebo z pórovitého keramického materiálu.
3. 3. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačuj úce sa t ý m, že časť steny na prívod oleja je opatrená štrbinou (18), ktorá je vyplnená papierom z tepelne odolných vláken.
4. 4. Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúce sa tým, že časť steny na prívod plynu je vyrobená z grafitu alebo pórovitého keramického materiá8 lu.
5. 5. Zariadenie podlá nárokov 1 až 4, vyznačuj ú ce sa tým, že tesniaca časť (14) pozostáva z tesnenia z kovu, alebo z iného, tepelne odolného nepórovitého materiálu.
6. 6. Zariadenie podľa nárokov 1 až 4, vyznačuj ú ce sa tým, že tesniaca časť (14) pozostáva z obmedzovacej vrstvy z impregnačného činidla.

   Pt-MÉ,