183291. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémek öntésére
1 183 291 2 tékben csökkenthető ezzel a technológiával, minthogy ez a tuskó palástja és a kokilla fala közötti súrlódás függvénye, a súrlódás pedig arányos az érintkezési pontban jelentkező nyomóerővel. A találmány szerinti megoldásnál ez a nyomóerő elhanyagolhatóan kicsi, egyrészt mert a fémoszlop súlytalan, másrészt mert gyakorlatilag nem érintkezik a kokilla falával. Az elektromágneses térrel történő formázás tehát különleges előnyt biztosít anélkül, hogy a hőcsere hatékonysága csökkenne, ugyanis a találmány szerint nincs szükség a kokilla és a fémolvadék között viszonylag nagy rés kialakítására. Ugyancsak a termelékenység növelését teszi lehetővé a formázás és a lebegtetés egyidejűleg, elektromágneses tér segítségével történő elvégzése. A tuskó kihúzását ugyanis, — mint mondottuk — a súrlódási és adhéziós erők csökkenése, illetve kiküszöbölése alapvetően megkönnyíti. Ami a hűtést illeti, mind a lebegtetéses, mind az elektromágneses formázással végzett, mind a kombinált üzemmódban igen jó hatásfokú, mert a kokilla és a tuskó palástja közötti rés igen csekély. A lebegtetés és az elektromágneses formázás együttes alkalmazásával az az előny is együtt jár, hogy a lebegtetést széles teljesítménytartományban könnyen és egyszerűen szabályozhatóan lehet fenntartani. A vizsgálatok során azt a meglepő tapasztalatot szereztük, hogy ebben az üzemmódban említésre méltó önszabályozási jelenség lép fel: a formázó erők és a lebegtető erők egymással összefüggésben változtak. Egy adott átmérőnél a kihúzás sebességét növelve a fémoszlop keresztmetszete csökkent és ennek megfelelően csökkent az elektromágneses emelőerő is. Amikor a kihúzás sebességét csökkentettük és a keresztmetszet ennek megfelelően növekedett, az emelőerő is fokozódott. Ily módon — bár kisebb ingadozások felléphetnek — a rendszer lényegében mindig az egyensúlyi állapot közelében marad és ennek megfelelően a termék keresztmetszete és alakja állandó lesz. A kísérletek azt mutatták, hogy a találmány szerinti új, folyamatos öntési eljárás minden változata jól alkalmazható fémek, fémkeverékek és fémötvözetek, azaz gyakorlatilag minden olyan elektromosan vezető olvadék alakítására, amely hőelvonással megdermeszthető. A vizsgálatok során további váratlan jelenségeket is tapasztaltunk. A fémolvadékból álló oszlopban lényegében 0 hidrosztatikus nyomómagasság esetén elegendő örvényáram keletkezik a fémolvadékban ahhoz, hogy állandó keverési folyamat jöjjön létre a dermedés előtt, illetve során, amint a fémoszlop a lebegtetési zónán áthalad, így rendkívül homogén eloszlású tuskót lehet előállítani még olyan esetekben is, amikor szelektív kiválásra hajlamos fémkeverékekből készítünk tuskókat. A találmány szerinti eljárás során tehát a fémolvadékot fölfelé mozgatjuk a váltóáramú elektromágneses térben, a megdermedt anyagot pedig fölfelé húzzuk ki az elektromágneses térből. Ennek egyik legelőnyösebb foganatosítási módja során a fémolvadékot elektromágnesesen lebegtetve gyakorlatilag súlytalan állapotban tartjuk és eközben a fémoszlop palástja nyomás nélkül érintkezik a kokilla falával. Egy másik foganatosítási mód szerint a fémoszlopot ugyancsak súlytalan állapotban tartjuk az elektromágneses lebegtetéssel és ugyanakkor az elektromágneses formázással azt is biztosítjuk, hogy a súlytalan fémoszlop palástja ne érintkezzék a kokilla falával. Megvalósítható a találmány szerinti eljárás oly módon is, hogy az elektromágneses mezővel csupán a formázást végezzük, azaz a fémoszlop palástját, elsősorban a kritikus helyen, ahol a dermedés történik, leválasztjuk a kokilla faláról az öntés során. Ennél a foganatosítási módnál a lebegtetést nem alkalmazzuk, csupán az elektromágneses formázást. Az eljárás alkalmazása során célszerű a lebegtetést oly módon végezni, hogy a fémolvadék hidrosztatikus nyomása gyakorlatilag 0 legyen, azaz súlytalan állapotban mozogjon. A kihúzáshoz szükséges erőt, amellyel a fémoszlopot emeljük, a kihúzófej segítségével biztosítjuk. Ez lényegében egy egyszerű fémrúd, amelyet az öntés kezdetén a fémolvadékkal érintkezésbe hozunk és a ráfagyott anyaggal folyamatosan fölfelé mozgatunk. A kihúzófej mozgatását a vele együtt emelkedő szilárd tuskórésszel folyamatosan végezzük az erre a célra alkalmazott hajtómű segítségével. A kihúzás sebessége megfelel a fémoszlopban lévő fémolvadék dermedési sebességének. A találmány szerinti eljárás azon foganatosítási módjánál, amikor gyakorlatilag nem alkalmazunk elektromágneses lebegtetést, a fémoszlopot hosszának legnagyobb részén, de különösen a dermedési zónában az elektromágneses térrel formázzuk, azaz gyakorlatilag fal nélküli kokillát alkalmazunk. Ennek megfelelően a fémoszlop keresztmetszetét az elektromágneses térrel tetszőlegesen szabályozhatjuk. A fémoszlop magassága is tetszőlegesen választható meg, és ennek függvényében egyetlen elektromágneses tér vagy stacionárius elektromágneses terek sorozata alkalmazható. Valamennyi foganatosítási módnál az elektromágneses tér hossza általában nagyobb, sőt célszerűen sokkal nagyobb, mint átmérője. Hasonlóképpen nagyobb a lebegtetett fémoszlop hosszúsága is átmérőjénél. Az eljárás foganatosítására szolgáló berendezésben függőleges krisztallizátor van lebegtető csőként kialakítva. Körülötte hűtőegység, valamint elektromágneses egység van elrendezve. A berendezés a megszilárdult anyagot kihúzó szerkezettel van ellátva. Az elektromágneses egység többfázisú villamos áramforráshoz csatlakoztatott tekercsekből áll és lehetővé teszi a fémoszlop „emelését”. A fémoszlop emelése ez esetben azt jelenti, hogy a fémolvadékból álló oszlopot állandóan érintkezésben tartjuk a kihúzófejen lévő megdermedt anyaggal. Ily módon üregek, repedések és egyéb anyaghibák kialakulása megelőzhető. A berendezés lényegében öntőedényből és krisztallizátorból, illetve kokillából áll. Az öntőedényben van a fcmolvadék és e fölött helyezkedik el a kokilla, amelybe a fémolvadékból álló fémoszlop benyúlik. A fémolvadékból képzett oszlop mindig az elektromágneses egység alsó vége fölé nyúlik. Általában az elektromágneses egység lebegtető egységként van kialakítva, amely képes a folyadékoszlop súlytalan állapotban történő tartására. A találmány szerinti eljárással és berendezéssel előállítható termékek hosszú fémtestek: tuskók, rudak, illetve huzalok, amelyek átmérője hosszuk mentén teljesen egyenletes és összetételük is teljesen homogén minden részükön. A termék öntött állapotban is sima, enyhén hullámos palástfelülettel rendelkezik, minthogy a dermedés előtt, közben és utána a fémoszlop palástját célszerűen elektromágnesesen alakítjuk, azaz gyakorlatilag nem érintkezik a kokilla falával. Emellett a fellépő örvényáramok a fémolvadék állandó keverésével biztosítják a homogén eloszlást, akkor is, ha olyan tuskót öntünk, amely erősen hajlamos a fázisszétválásra. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
