IT8367935A1 - Canale di colata per riscaldamento ad induzione, particolarmente per la colata di leghe metalliche ad alto punto di fusione. - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce al canale di colata di una lega metallica a temperatura di colata elevata, almeno uguale a 1.400 ?C, in uno stampo. Una simile

lega metallica pu? essere una superlega oppure un acciaio

legato o debolmente legato.

Le superleghe si classificamo in tre categorie:

gli acciai e le leghe austenitiche contenenti pi? del 20%

di ferro, cio? composte essenzialmente da una austenite

di ferro, nichel, cromo o di ferro, cromo, nichel, cobalto,

e le leghe contenenti meno di 20% di ferro, sia a base

di nichel, sia a base di cobalto. Le superleghe contengono

inoltre elementi suscettibili di formare carburi o fasi intermetalliche: il molibdeno, il tungsteno, il vanadio, li il niobio, il titanio, l'alluminio. Il loro principale

interesse ? la loro resistenza meccanica e chimica per

temperature sempre pi? elevate, cio? superiori a 900 o

1.000?C. La loro resistenza allo scorrimento ? apprezzata.

Per queste ragioni, le si impiega per lo stampaggio

di pezzi meccanici destinati a resistere ad alte temperature, quali pezzi per forni metallurgici, pezzi per industrie aeronautiche, aerospaziali, automobilistiche, in particolare i rotori o le alette di turbine a gas e dei turboreattori, le valvole di scarico, gli elementi riscaldanti ed

i denti di manipolazione per forni industriali, i prodotti

tubolari per raffinerie dell'industria petrolifera, ecc

Gli acciai legati o debolmente legati sono utilizzati, tra l'altro, per lo stampaggio di pezzi per l'industria meccanica, per l?industria della costruzione {acciai da costruzione).

Il canale di colata di una simile lega pu? essere

quello di un forno di fusione oppure pu? essere raccordato

ad una siviera di colata in fonderia.

Una lega metallica a temperatura di colata elevata

solidifica rapidamente in caso di abbassamento di temperatura. Per evitare questa solidificazione, si preferisce conservare il pi? a lungo possibile questa lega metallica all'interno di un ambiente ben riscaldato, quale quello

ed di un forno, evitando dilasciarla stagnare in un canale t= di colata del forno, tra due colate successive destinate

a riempire uno stampo applicato sull'orificio del canale

di colata.

Per questa ragione, si utilizza come apparecchio

di fusione uri forno ruotante od oscillante allo scopo di

inclinare e di ruotare il canale tra due colate successive

facendo discendere e rientrare il metallo liquido all'interno dell'ambiente riscaldato del forno.

Si utilizza pure, come noto, un induttore a forma

di bobina o di solenoide annegato nel rivestimento refrattario del canale di colata, su tutta la sua lunghezza, allo

scopo di produrre una corrente secondaria di riscaldamento

nella lega liquida quando questa riempe il canale immediatamente prima e durante una colata, e ridurre cos? i pericoli

di solidificazione della lega metallica liquida sul percorso del canale di colata. Tuttavia, un simile canale provvisto di un induttore annegato non ? pi? riscaldante in assenza di lega o di metallo liquido, fra due colate successive,

quando il canale ? sollevato per fare riscendere la lega

metallica liquida verso il forno. Ne risulta che, durante

la ripresa della colata, esiste il pericolo di inizio di solidificazione quando la lega metallica inizia ad entrare

nel canale di colata insufficientemente riscaldato.

Si pone perci? il problema dieliminare il pericolo

di di raffreddamento e di solidificazione di una lega metalli ?=4

?Ed ca a temperatura di colata almeno uguale a 1.400?C in un

canale di colata, tra due colate successive di uno stampo,

riscaldando il canale anche quando questo non contiene

lega o metallo liquido.

Si potrebbe certamente ottenere questo risultato,

almeno teoricamente, introducendo nella parete del canale

resistenze elettriche riscaldanti, come noto. Tuttavia

in pratica il riscaldamento di un canale di colata per

effetto Joule ? difficile da realizzare, se non irrealizzabile, poich? a causa della sua dilatazione, ? difficile

annegare una resistenza riscaldante in un rivestimento

refrattario e, inoltre, ? difficile portare mediante morset

ti fissati al canale una corrente di forte intensit? ad una simile resistenza annegata, a causa della potenza elevata che ? necessaria. Per questa ragione, si preferisce

il riscaldamento per induzione al riscaldamento per resistenze elettriche, l'induttore opportunamente raffreddato

non ponendo alcun problema di dilatazione quando esso viene

annegato nel rivestimento refrattario, e l'immisione di

corrente nell'induttore, quindi nel canale, nonostante

la forte potenza richiesta, non ponendo alcun problema

a causa della interposizione tra il canale e la sorgente

di corrente elettrica di un generatore aperiodico che rice-Q? ve questa corrente elettrica ad elevata potenza. e(J L'invenzione ha perci? come scopo un canale di liri colata perfezionato allo scopo di risolvere questo problema. Questo canale, del tipo a sezione trasversale chiusa

comportante su tutta la sua lunghezza un induttore a forma

di bobina o di solenoide le cui spire raffreddate sono

annegate nel rivestimento refrattario del canale e percorse

da una corrente elettrica primaria fornita da un generatore

aperiodico, essendo caratterizzato dal fatto che, intorno

al letto di colata del canale e coassialmente a detto canale, ? disposto un manicotto suscettore in grafite percorso

da una corrente indotta o secondaria di riscaldamento quando l'induttore ? alimentato con corrente primaria.

? Grazie a questa disposizione, il canale di colata

?

infc'*; viene riscaldato per induzione quando 1'induttore ? percorso da una corrente elettrica primaria, anche quando la lega metallica liquida non ? introdotta nel canale, in modo che il canale pu? essere riscaldato preventivamente, anche prima della prima colata, e naturalmente fra due colate successive^ad una temperatura che assicura la fluidit? della lega metallica ad alta temperatura di colata quando questa viene introdotta nel canale.

Altre caratteristiche e vantaggi risulteranno nel corso della descrizione che segue.

Nel disegno allegato, fornito esclusivamente a titolo di esempio:

- la figura 1 ? una vista schematica in elevazione con sezione parziale di un forno elettrico oscillante provvisto di un canale di colata secondo l'invenzione, il canale essendo in posizione di colata;

- la figura 2 ? una vista di dettaglio in elevazione, in scala maggiore della figura 1, di un tubo di grafite secondo l'invenzione, prima della sua messa in forma definitiva;

- la figura 3 ? una vista schematica che illustra il sistema di riscaldamento per induzione con induttore e tubo suscettor? secondo l'invenzione, messo in forma;

- la figura 4 ? una vista parziale in sezione corrispondente alla figura 1 del canale di colata sollevato in posizione di attesa tra due colate successive.

Secondo l'esempio di attuazione della figura 1, 1'invenzione ? applicata ad un forno elettrico di fusione 1, di tipo conosciuto, rotativo o oscillante per mezzo di una culla 2 ad arco di cerchio portata da rullini 3 (uno solo ? rappresentato), a loro volta montati su una incastellatura a suola 4. Il forno 1 ? del tipo a riverbero a volta 6 che riverbera il calore. In sezione, ? rappresentata una parte del rivestimento refrattario 7 del forno 1 e del volume 8 che sbocca verso l'orificio di colata di metallo liquido attraverso un condotto 9. Il condotto 9 ? a sua volta raccordato ad un canale di colata esterno 10 a cassone metallico, fissato ad una delle sue estremit? mediante una flangia 11 in modo amovibile al forno 1 propriamente detto e sostenuto all'altra estremit? mediante un puntello verticale A eventualmente regolabile in altezza con mezzi non rappresentati, per esempio del tipo a vite-dato e volante di manovra. Il canale 10 comporta, come noto, un rivestimento refrattario 12, per esempio in battuto silico-alluminoso, formante un condotto o canale di colata cilindrico 13, di sezione trasversale chiusa raccordato al condotto 9.

Il canale 13, con asse XX, realizzato come descritto in seguito, comporta una parte diritta la cui direzione generale ? inclinabile dalle due parti dell'orizzontale nel corso della oscillazione del forno 1^ed una parte ricurva 14 che risale verso l'alto e sbocca sulla faccia superiore del canale 10 mediante un orificio di colata 15. Al

di sopra dell'orificio di colata 15, quando il forno 1

? inclinato in posizione di colata, ? disposto uno stampo

B rappresentato col suo profilo esterno a trattini. Lo

stampo B ? applicato sull'orificio di colata 15 mediante

una pressione della piastra P azionata, per esempio, con

un martinetto^non rappresentato.

Mediante un condotto 5, il volume 8 del forno ? po-sto sotto pressione di un gas inerte, quale argo o azoto, in

?. modo da assicurare lo spostamento della lega metallica cd liquida sino all'orificio di colata mediante regolazione ? della pressione senza pericolo di ossidare la lega metallica liquida in contatto con questo gas. ? Il canale 10 (oppure il canale 13) ? del tipo riscaldante.

A tal fine, e come noto, un induttore 17, sotto

<3A(1>... forma di una bobina o di un solenoide metallico (figure

1 e 3), in rame, ? annegato nel rivestimento refrattario

12, coassialmente all'asse XX seguendo il profilo curvo

del canale 13 sulla quasi totalit? della lunghezza del

canale 13, ma formando un largo spazio anulare intorno

al canale 13, le spire dell'induttore 17 avendo un diametro

notevolmente superiore al diametro esterno del canale 13

Come noto, le spire dell'induttore 17 sono internamente raffreddate da una corrente d'acqua, non rappresentata,

il che elimina qualsiasi problema di dilatazione, quindi

di incastro dell'induttore all'interno del rivestimento refrattario 12. Le estremit? delle spire dell'induttore

17 sono raccordate ai due morsetti 18 di un generatore

aperiodico 19 di corrente elettrica. In modo tradizionale,

un riscaldamento per induzione della lega metallica liquida

viene ottenuto quando questa lega riempe completamente

il canale 13 e la bobina 17 ? alimentata con corrente elettrica: il primario ? la bobina 17 ed il secondario ? la

lega metallica liquida.

?J Secondo l'invenzione, allo scopo di riscaldare

S<d >il canale 13, anche in assenza di metallo liquido nel canale 13, ? previsto intorno al letto di colata del canale

13, cio? intorno al manicotto di rivestimento 16, un manicotto 20 in grafite, coassiale con il canale 13, quindi

con asse XX, tale manicotto 20, detto suscettore, costituendo in effetti il secondario nel sistema d'induzione la

cui bobina 17 ? il primario. Il manicotto suscettore 20

? incastrato o introdotto, essendo disposto con larghe

tolleranze dimensionali, sul rivestimento refrattario 12,

in vicinanza della parete interna formante il letto di scorrimento della lega metallica liquida, ma non costituen io

do il letto di scorrimento. La finitura del canale 13 viene

rim* realizzata nella forma descritta in seguit?.

Preferibilmente, il manicotto suscettore in grafite

o tubo 20 ? messo in forma ricurva nel modo seguente, a

partire da una preforma diritta 21 (figura 2).

Esso comporta un elemento tubolare diritto 21 che,

su una parte della sua lunghezza, a partire da una estremit?, ? intagliato secondo piani obliqui 22 rispetto all'asse

XX, alternativamente inclinati in un senso e nel senso

opposto, le due inclinazioni essendo simmetriche, in segmenti tubolari 23 che, in questo esempio^sono in numero di

6. Le generatrici diametralmente opposte dei segmenti 23

Q_ cos? obliquamente delimitati sono alternativamente corte C? e lunghe. Facendo ruotare di 180? successivamente ogni cn *

<?ed<? >segmento 23 rispetto al precedente, mediante scorrimento

sui piani obliqui 22 di separazione, e facendo ruotare 1 in particolare dapprima il segmento 23 adiacente all'elemento diritto 21 rispetto all'elemento tubolare diritto 21,

e continuando questa rotazione progressivamente, si ottiene

il gomito tubolare della figura 3 i cui segmenti tubolari

23 hanno generatrici pi? corte dal lato concavo delle generatrici diametralmente opposte del lato convesso.

Infine, per ottenere la finitura del canale 13

in parte diritto, in parte ricurvo, e per preservare il

manicotto suscettore 20 in grafite da un contatto diretto

con la lega metallica liquida, in particolare nelle giunzio

ni tra i segmenti 23, un manicotto 16 piegato continuo e liscio, in materiale refrattario, viene applicato come rivestimento interno del manicotto suscettore 20 di cui

ricopre gli interstizi tra i segmenti 23 dalla parte opposta del contatto del manicotto 20 con il rivestimento refrattario 12. Il manicotto 16 costituisce perci? la finitura precisa del canale 13 anche se il rivestimento 12 propriamente detto presenta una cavit? interna realizzata

con larghe tolleranze dimensionali. In altre parole, il

manicotto 16 costituisce il letto di scorrimento della

lega metallica liquida con cui esso ? destinato ad essere

in contatto diretto.

Funzionamento. E rnia Durante la fusione della sua carica metallica,

il forno 1 ? preferibilmente fatto ruotare o inclinato

in modo che il canale di colata 10 abbia la sua parte diritta in posizione sollevata o inclinata verso l'alto allo

scopo di evitare che metallo liquido penetri nel canale

13. Il forno ? perci? inclinato al massimo (figura 4) ed

il canale 10 non poggia pi? sul puntone A.

E<1 >questo periodo di fusione durante il quale il

canale 13 ? vuoto^che viene utilizzato per il preriscaldamento, mediante induzione, del manicotto di rivestimento

16, quindi della parete del canale 13, grazie al manicotto

o tubo suscettore in grafite 20.

La corrente elettrica fornita dal generatore 19

? attraversa la bobina primaria 17 che crea la corrente secon-A

daria di riscaldamento nel tubo suscettore in grafite 20.

Questo; a sua volta^riscalda per contatto il manicotto di rivestimento 16.

Quando la fusione della carica metallica del forno

1 ? terminata, il forno viene inclinato nella posizione

della figura 1, per effettuare la colata fino a che il

canale 10 poggi sul puntone A. Il metallo liquido si riversa nel canale di colata 13 preriscaldato, senza salire

fino all'orificio 15 sul quale ? applicato lo stampo B,

poich? la pressione del gas neutro al di sopra della carica c<s di metallo liquido nel forno 1 viene mantenuta ad un valore li A basso regolato esattamente perch? il livello del metallo

liquido sia inferiore a quello dell'orificio 15. L'induttore 17, sempre alimentato con corrente elettrica dal generatore 19, lavora allora con il metallo liquido che, percorso

da una corrente secondaria indotta, viene riscaldato e

mantenuto alla temperatura desiderata sensibilmente superiore a 1.400?C, sino a che si aumenta la pressionedel-gas

neutro nel forno 1 allo scopo di fare salire il metallo

liquido al di sopra dell'orificio 15, per introdurlo nello

stampo B e riempire quest'ultimo.

Cosi, il metallo o lega liquida contenuto nel canale di colata 13 oppure che percorre questo rimane riscalda

to in ogni caso ad una temperatura quasi altrettanto elevata di quella che esiste all<1>interno del forno 1.

Naturalmente, l'invenzione ? applicabile anche

al riscaldamento per induzione, in assenza di metallo liquido, di un canale di forno a canale o di un canale isolato

alimentato mediante una semplice siviera di colata non riscaldante n? riscaldata.

ed li

co ?

RIVENDICAZIONI

1. Canale di colata del tipo a sezione trasversale chiusa comprendente su tutta la sua lunghezza un induttore (17) a forma di bobina e di solenoide le cui spire raffreddate sono annegate nel rivestimento refrattario (12) del canale (13), e percorse da una corrente elettrica primaria fornita da un generatore aperiodico (19), caratterizzato dal fatto che, intorno al letto di colata del canale (13) coassialmente al detto canale di sezione trasversale chiusa, ? disposto un manicotto suscettore in grafite (20) percorso da una corrente indotta o secondaria di riscaldamento quando l'induttore (17) ? alimentato con corrente primaria.

2. Canale secondo la rivendicazione 1, del tipo a sezione trasversale chiusa comportante una parte diritta ed una parte ricurva (14) risalente verso l'alto e sboccante sulla faccia superiore mediaulte un orificio di colata (15), caratterizzato dal fatto che il manicotto suscettore in grafite (20) comporta una parte diritta (21) ed una parte ricurva (23).

3. Canale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il manicotto suscettore di grafite (20) comporta una parte ricurva (23) costituita da segmenti tubolari (23) le cui generatrici sono pi? corte'dal lato concavo delle generatrici diametralmente opposte, dal lato convesSO.

4. <' >Canale secondo la rivendicazione 3, caratterizzato

dal fatto che il manicotto suscettore di grafite (20) ? realizzato a partire da una preforma tubolare diritta (21)

sezionata a partire da una estremit? e su una parte della

sua lunghezza secondo piani obliqui (22) di separazione alternativamente inclinati in un senso e nel senso opposto,

le due inclinazioni essendo simmetriche, in modo da creare

segmenti tubolari (23) le cui generatrici diametralmente

opposte sono alternativamente corte e lunghe.

5. Canale secondo le rivendicazioni 3 e 4, caratterizzato dal fatto che il manicotto suscettore di grafite (20)

ed comporta una parte ricurva (23) costituita a partire da

C/3 <?>et CJ

segmenti tubolari (23) separati da piani di giunzione obliqui (22) con inclinazioni simmetricamente alternate, i

detti segmenti (23) subendo successivamente una rotazione

di 180? l'uno rispetto al precedente mediante scorrimento

sui piani obliqui (22) di separazione iniziando dal segmento tubolare (23) adiacente all'elemento tubolare diritto

(21) e proseguendo questa rotazione progressivamente.

6. Canale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato

dal fatto che il manicotto suscettore di grafite (20) ?

incastrato nel rivestimento refrattario (12) in vicinanza

della parete interna della detta guarnzione (12), con forti

tolleranze dimensionali, il detto manicotto (20) non costi

Claims (1)

1. tuendo il letto di scorrimento della lega metallica liquida

   7. Canale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato

   dal fatto che il manicotto suscettore di grafite (20) ? rivestito, dalla parte opposta del suo contatto con il rivestimento refrattario (12), con un manicotto ricurvo

   (16) continuo e liscio in materiale refrattario che costituisce la finitura esatta del canale (13), cio? il letto

   di scorrimento della lega metallica liquida con cui ? destinato a venire in contatto diretto.

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