190461. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémek folyamatos öntéséhez
1 . 190461 2 nyomás tartja. így, amikor a 20 oszlopot kialakítjuk, az alsó részen ható lebegtető erő csekély gyorsulást hoz létre, és ahogy a folyékony fém lassan felfelé mozog, fokozatosan belép egy olyan erősségű elektromágneses térbe, amely már gyakorlatilag súlytalan állapotban tartja és ennek megfelelően a 20 fémoszlop palástja lényegében nyomás mentesen érintkezik a 25 lebegtető cső falával. A nyomásmentesség itt azt jelenti, hogy nincs lényeges folyamatos nyomási kontaktus a folyékony fémoszlop külső felülete és az öntőedény őt körülvevő felületei között, és hogy a folyékony fémnek nincs hidrosztatikus nyomómagassága a kritikus megszilárdulási zónában, úgyhogy a súrlódási és adhéziós erők, valamint a megszilárduló fémoszlopra ható gravitációs erő minimális értékűek ebben a zónában. Nyilvánvalóan célszerű a berendezés és főként a lebegtető egység méreteit minél kisebb értéken tartani és hasonlóképpen a 20 fémoszlop megtartásához szükséges energiát is minimalizálni. Ehhez a hőcsere maximális hatékonyságát kell biztosítani, ezért gyors, turbulens, de viszonylag kis keresztmetszetű gyűrű alakú hűtőfolyadék áramlást kell kialakítani. így a 20 fémoszlop és az azt körülvevő, grafitból készült 25 lebegtető cső, valamint az erre illeszkedő rozsdamentes acél 30 hűtőegység között igen hatékony hőátadást lehet megvalósítani. A 3. ábrán bemutatott 30 hűtőegységben a hőátadás hatékonyságát továbbfokozzuk a 33 hengeres rész belsejében elhelyezett gyűrű alakú 43 bordák segítségével. Ezek a lamináris áramlást meggátolják és a 31 felső gyűrű alakú vállrészből a 32 alsó gyűrű alakú vállrészbe áramló folyadékot turbulens áramlásra kényszerítik. Jóllehet, elméletileg nincs semmilyen tényező, amely az öntendő tuskó méretét korlátozná, a találmány szerinti eljárás alkalmazásakor a gyakorlati szempontok figyelembevétele alapján célszerű a gyártást 5 és 500 mm-es átmérők közötti méreten tartani. Az általunk elsősorban alkalmazott réz rúd gyártás előnyös mérettartománya 8-30 mm. Az öntött rudat ezután tetszés szerint lehet hengerelni, illetve húzással továbbalakítani. Minden esetben célszerű azonban a 25 lebegtető cső belső átmérőjét úgy megválasztani és az öntési paramétereket úgy szabályozni, hogy a 25 lebegtető cső és a 20 fémoszlop között a minimális gyűrű alakú rés maradjon. Ez a fémolvadék dermedési szakasza alatti tartományra érvényes, jóllehet az összehúzódás a dermedés során egészen csekély. A 2. és 3. ábrán feltüntetett 45 rés csupán illusztrációul szolgál és nyilvánvalóan nem arányosan mutatja a 25 lebegtető cső és a 20 fémoszlop közötti 45 rés nagyságát. Ha megengedjük, hogy az a rés túl naggyá váljon a felfelé haladó, lebegő elektromágneses mező behatárolási effektusának következtében, akkor ez súlyosan akadályozhatja a folyékony fémoszlop és a 25 cső közötti hőátadást, mivel a térerősség és a hőeltávozás sebessége között szoros fordított arányosság van. Tehát a lebegő tér erősségét úgy kell beállítani az öntési művelet kezdetén, hogy a fent definiált nyomásmentes kontaktus jöjjön létre minimális rés mellett, ami jó hőátadásnak felel meg. Azután ezt a térerősséget kell fenntartani, és nem szabad megváltoztatni az öntési művelet alatt, habár a folyékony fémoszlop mozgási sebessége (vonal sebesség) a lebegtető csövön áthaladva változhat. A folyamatos öntési eljárás gyakorlati megvalósításának szempontjából a megszilárdult rúd hőmérséklete nagyon kritikus, és relatív szűk határok között tartandó. Ha pl. az öntött rúd réz, és hőmérséklete jóval 1000 *C fölött van (fehér izzás), nagyon gyenge lesz ahhoz, hogy megtartsa magát és továbbítsa a rúdnak az öntési műveletből a 13 hűtőkamrába és a hengerlő berendezéshez történő mozgatásához szükséges húzóerőket. Másrészt, ha a rúd hőmérséklete kisebb, mint 850 °C, túl hideg lesz a „meleg” hengerléshez, amely az öntés alatt keletkezett nagy szemcséket finom szemcsékké alakítja, a fém további hideg húzásához (hideg megmunkálásához) szükséges homogén szerkezetet hozva ezáltal létre. Ezért a térerősség és a hőeltávozás sebessége között fennálló, fentebb említett szoros fordított arányosság miatt fontos, hogy a térerősséget ne változtassuk meg az eljárás folyamán, habár a vonal sebesség változhat, mivel ez az emelkedő rúd hőmérsékletének elfogadhatatlanul nagy ingadozását okozhatja. Olyan kísérletekben, amelyekben az olvasztott rezet lebegtettük, hűtöttük és meghatározott időszakaszokra folyamatosan visszahúztuk, a rúd hőmérsékletének 300-400 °C-os ennél nagyobb emelkedését figyeltük meg, amelyet a lebegő tér erősségének növekedése okozott, miközben a rúd sebességét és az összes többi tényezőt állandó értéken tartottuk. Ez alátámasztja a számítógépes szimulációs eredményeket és a folyékony galliummal végzett megfigyeléseket, miszerint az effektiv oszlopátmérő és a hőkicserélő falára ható nyomás a lebegő tér erősségével változik. Az oszlopátmérőnek és az oldalfal nyomásának mé g igen csekély megváltozása is jelentős hatással vati> a réz oszlopból a hőkicserélő falán áthaladó hőáramlásra, és ezért a rúd hőmérsékletének megfigyelt nagy változásait okozza. A lebegd tér erősségének nem volt megfigyelt (vagy várt) hatása az öntési sebességre. Annak érdekében, hogy megvizsgáljuk a találmány szerinti eljárás lehetőségeit, kipróbáltuk olyan ötvözetek folyama tos öntését is, amelyek hajlamosak szelektív kiválásra és a különböző komponensek eltérő dermedésére. Alumínium-bronz ötvözetet öntöttünk három különböző adagban a találmány szerinti berendezéssel, a fent leírt technológia alkalmazásával. A különbség az elmondottakhoz képest mindössze annyi volt, hogy a 20 fémoszlopot nem gravitációs úton hoztuk létre a 10 olvadéktartályban, hanem dugattyúhatás segítségével. Az így előállított tuskókat analizáltuk és ennek eredményét az I. táblázatban mutatjuk be. I. Táblázat Elem Kiindulási anyag 1 Kísérlet 2 3 Fe 2,64% 2,69% 2,65% 2,71% Sn 0,01% 0,03% 0,01% 0,02% Zn 0,01% 0,03% 0,02% 0,02% 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6
