190461. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémek folyamatos öntéséhez
1 190 461 2 A lebegtetési erő majdnem kétszeres nagyságúra való növekedése (állandó térerő mellett) a folyékony állapotból megszilárduló rézoszlopban eleve kizárja, hogy az öntési sebességet az elektromágneses lebegtetési tér erejének a folyamat alatti dinamikus változtatásával szabályozzák. A térerő, amely éppen elegendő, hogy a megszilárdult rudat felfelé mozgassa, nem volna elég ahhoz, hogy az olvasztott rezet felemelve tartsa a rúddal kontaktusban. Az olvasztott réz felemeléséhez elegendő nagyságú térerő gyorsítani kezdené a megszilárdult rezet, el a folyékony réztől. Ahogyan fentebb megjegyeztük, az öntött réz hőmérsékletét a 850 és 1000 °C közötti tartományban kell tartani az 1000 °C felett fellépő húzófeszültséggel kapcsolatos és repedezési problémák és a 850 °C alatt fellépő meleghengerlési problémák miatt. A lebegtetési térerőnek a rúd hőmérsékletére gyakorolt rejtett, inverz hatása kizárná az öntési sebességnek a művelet alatti, a térerővel történő dinamikus szabályozását is, mivel ez megengedhetetlenül nagy ingadozásokat okozna a rúd hőmérsékletének alakulásában. Továbbá, potenciálisan instabil helyzet alakulhatna ki, ha a lebegtetési térerőt használnánk a folyékony fémoszlop lineáris sebességének dinamikus szabályozására a művelet folyamán. Ha a térerő dinamikusan növekszik, hogy az oszlopot gyorsabban mozgassa, a rúdból hosszegységenként eltávozó hő a hőkicserélő/lebegtető csőben eltöltött rövidebb idő következtében csökken. Mind ez a jelenség, mind pedig a folyékony oszlop hőmérsékletének a térerővel együttes, előbb említett növekedése a lebegtetett oszlop hőmérsékletének emelkedését eredményezheti. Azonban a hőmérséklet emelkedésével nő a fajlagos ellenállás, akkor pedig csökkenhet az emelő erő. A megnövelt térerő végeredményben a kívánttal ellentétes hatáshoz vezethet. Másrészt, a térerőnek a művelet alatti dinamikus csökkentése a folyékony réz felfelé irányuló folyási sebességének olyan fokú, szükségtelen visszaeséséhez vezethet, hogy bekövetkezik a folyadékoszlop és a megszilárdult termék szétválása. A fenti megfontolásokból levonható következtetés, hogy az öntési sebességet (azaz a folyékony fémoszlop hőkicserélő/lebegtető csőbeli lineáris sebességét) a találmány szerinti eljárásban ugyanolyan módon kellene szabályozni, mint ahogyan a régen használt és megbízható merítéses alakítási eljárásban (Dip Forming Process), azaz, csak a hengerlő berendezéssel és a csőrlővel és a csőrlővel szinktronizált rúd továbbító mechanizmus meghajtó motorjainak szabályozásán keresztül. A lebegtetési térerőt és a gerjesztési frekvenciát az öntés alatt lévő fém adott méretének és fajlagos ellenállásának figyelembevételével kiszámított értékeknél kellene megállapítani úgy, hogy a lebegtetési hányados a 75-200%-os tartományba essen. Működés közben egy gyakorlati eljárás és a találmányt alkalmazó rendszer a normálisnál alacsonyabb lineáris sebességgel és a normálisnál magasabb lebegtetési hányadossal indulna, hogy megbízható startot biztosítson. A stationárius állapot elérése után (2-3 perc) a lineáris sebességet kézi vezérléssel fokozatosan növelik a lebegtetési térerőt pedig fokozatosan csökkentik, amíg közel maximális (az olvasztott fém öntvénnyé alakulását tonna/ órában kifejező) öntési sebességet nem érnek el. A rendszer ezután ezt az értéket tartja az egész művelet során. Normális körülmények között a felemelkedő anyag hőmérsékletét vizuálisan vagy pirométerrel ellenőrzik. Mint fentebb leírtuk, a felfelé mozgató folyamatos öntési eljárás a gyakorlatban megkívánja, hogy a súrlódási és koptató erők az öntőformán kicsik legyenek, hogy a tapadást elkerüljük és, hogy az éppencsak megformált, a hőeltávozáshoz legközelebb eső, vékony megszilárdult fémréteg számára lehetővé váljon a folyamatos mozgás. Ez viszont megkívánja, hogy a felfelé magasodó folyékony fémoszlop hidrosztatikus nyomását a megszilárduló oszlopra ható elektromágneses lebegtető erők segítségével lényegében nullává tegyék. A súrlódás következetes csökkentése kisebb kopást és a hőkicserélő belső csövének hosszabb élettartamát is eredményezi. Habár az elektromágneses lebegtető elvben tetszőleges gerjesztési frekvenciát használhat, egyedi komputer-programon alapuló számítógépes számítások és ezek kísérleti ellenőrzése a következőket mutatja: a gyakorlatban megvalósított rendszerben a gerjesztési frekvenciát olyan sávból kell választani, amelyen kívül esnek a szokásos, 60 Hz körüli hálózati frekvenciák, és amelyik - az öntés alatt lévő fém fajlagos elektromos ellenállásától függően - egytől néhány kHz-ig terjedő hangfrekvenciákon lesz optimális. A megszilárduló foly ékony fém esetére a fémhez képest v sebességgel felfelé haladó mágneses tér keltette térfogat egységre eső Lorentz erő (1) k = jxB, ahol j az elektromos áramsűrüség és B a mágneses indukció x a vektorális szorzat jele. Többfázisú lebegtető esetében, amelynél minden egymást követő tekercset az előzőhöz képest adott fáziskésésű váltakozó árammal gerjesztenek, a gerjesztett mágneses tér alakja a lebegtetőben a 360° teljes fáziskésésnek megfelelő szakaszonként ismétlődik. Mivel ez váltakozó tér, ez az adott téralak a lebegtető hosszirányában (2) v = FX lineáris sebességgel teljed tova, ahol F a gerjesztési frekvencia és X a mágneses téralak hullámhossza. X egyszerűen az a távolság, amelynél az egymást követő tekercsek fáziskésései 360°-ot tesznek ki. Például, ha az egymás után következő fáziskésések 60°-osak, X hat egymás után következő tekercs teljes hosszával lesz egyenlő. A speciális relativitáselméletnek megfelelően a folyékony fémben (3) E = ( — v) x B elektromos tér keletkezik, ahol (-v) a folyékony fémnek a térhez képesti függőleges irányú sebessége. Ez az elektromos tér j elektromos áramsűrűséget hoz létre: (4) j = E/e ahol g a fém fajlagos elektromos ellenállása. Az (1), (3) és (4) egyenleteket kombinálva (5) k = (-vxB)x B/q adódik. Ez a kettős vektorszorzat felírható 5 ■o 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 8
