(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. C21C 1/06 (06.01) C21C 1/ (06.01) C22C 33/ (06.01) F27D 3/00 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet: (86) Europeisk søknadsnr: (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR Utpekte samarbeidende stater AL BA RS (73) Innehaver FOSECO INTERNATIONAL LIMITED, 1 Midland WayCentral ParkBarlborough LinksDerbyshire S43 4XA, Storbritannia (72) Oppfinner Berthelet, Emmanuel, 3 rue Jules Michelet60800 Crèpy - en - Valois, Frankrike (74) Fullmektig Tandbergs Patentkontor AS, Postboks 170 Vika, 0118 OSLO, Norge (4) Benevnelse Behandlingskokille (6) Anførte publikasjoner EP-A B1, EP-A B1, EP-A B1, US-A B1, US-A B1, US-A B1, US-A B1, EP-A B1

2 Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kokille for å behandle smeltet metall med fordampbare tilsetninger, i særdeleshet en kokille for å behandle jern med magnesium (Mg) for å danne formbart jern. Formbart jern, også kjent som kulegrafitt (spheroidal graphite iron, s.g. iron) jern eller nodulært jern er fremstilt ved å behandle flytende jern med et såkalt tilslagsmiddel for å lage kulegrafittjern før støping. Tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern fremskynder utfellelsen av grafitt i formen av diskrete noduler. I praksis vil tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern vanligvis omfatte magnesium, som ren magnesium eller som en legering, slik som magnesium-ferrosilisium (MgFeSi-legering) eller nikkelmagnesium (NiMg-legering), hvilke kan omfatte sjeldne jordmetaller. I en typisk prosess blir magnesium tilsatt det flytende jern for å gi et gjenværende magnesiuminnhold på omtrent 0,04 %, jernet blir inokulert og støpt. Det er vanskelig å sette magnesium til jern fordi magnesium koker ved en forholdsvis lav temperatur (90 ºC) slik at det er voldsom bevegelse av det flytende jern og betydelig tap av magnesium i dampform. Mangfoldige fremgangsmåter har blitt utviklet for å klargjøre duktilt jern, herunder: Sandwich-kokillen en grop i bunnen av en kokille inneholder en behandlingslegering dekket av stålbiter. Kokillen kan være overdekket, for eksempel med et traktformet dekke. Jernet blir så helt inn i kokillen og reaksjonen med behandlingslegeringen blir gjort langsommere av stålbitbarrieren. Denne fremgangsmåte er enkel og i vid bruk, men Mg-utvinningstakten er ujevn. Videre er det nødvendig å bruke mer tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern for å lykkes med å oppnå det nødvendige behandlingsnivå. Dukke - behandlingslegeringen blir dukket ned i kokillen ved bruk av et ildfast dukkekar. Denne fremgangsmåte er bare praktisk for store kvantiteter av metall. Konverterer - tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern er plassert i en lomme i basis av en sylindrisk kokille. Kokillen er fylt med flytende jern mens det er i en horisontal orientering, forseglet og rotert til en vertikal stilling slik at magnesiumet blir senket under jernet. Kjernevaierbehandling vaier omfattende tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern (for eksempel MgFeSi-legering) blir mekanisk matet inn i jernet ved bruk av en stasjon bygget for formålet. Behandling i støpeform - tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern (for eksempel FeMgSi-legering) blir plassert i et kammer støpt inn i det løpende system slik at jernet blir behandlet kontinuerlig mens det flyter over legeringen. En hensikt av den foreliggende oppfinnelse er tilgjengeliggjøringen av en kokille for behandlingen av metall med fordampbare tilsetninger.

3 En annen hensikt av den foreliggende oppfinnelse er å tilgjengeliggjøre en fremgangsmåte for behandlingen av smeltet metall med fordampbare tilsetninger. Ifølge et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilgjengeliggjort en behandlingskokille omfattende et kokilleskall med et generelt rørformet, ildfast kokilleforing, nevnte kokille er vippbar mellom en horisontal stilling og en vertikal stilling, nevnte kokilleforing har en første ende og en andre ende med en kontinuerlig sidevegg mellom dem, et indre rom er definert mellom nevnte første og nevnte andre ende og den kontinuerlige sidevegg, nevnte kokilleforing omfatter i tillegg en lomme for å holde en behandlingsagent, nevnte lomme er lokalisert inntil den første ende og i fluid kommunikasjon med det indre rom og lokalisert nærmere toppen enn bunnen av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling og nærmere bunnen enn toppen av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling, og en tut for å motta og helle smeltet metall lokalisert nærmere toppen enn bunnen av det indre rom når kokillen er i dens horisontale og vertikale stilling, hvor i den horisontale stilling, et nedre volum av det indre rom definert under et plan midtveis mellom toppen og bunnen av det indre rom og mellom den første ende og et vertikalt plan mellom den første og den andre ende er større enn et øvre volum av det indre rom definert over midtveisplanet og mellom den første ende og nevnte vertikalplan. Det vil bli forstått fra det foregående at i den vertikale stilling omfatter den første ende av kokilleforingen den nedre utstrekning av det indre rom. I bruk vil en behandlingsagent bli plassert i lommen og kokillen vil bli fylt med smeltet metall mens det er i den horisontale stilling. Generelt vil kokillen være halvfull slik at det smeltede metall blir fylt til en høyde som korresponderer med midtveisplanet. Kokillen blir så vippet 90 º til den vertikale stilling slik at metallet flyter inn i lommen inneholdende behandlingsagenten. Behandlingsagenten fordamper ved kontakt med det smeltede metall og bobler gjennom mengden av metall over lommen. Kokillen blir så igjen vippet for å fordele det behandlede smeltede metall gjennom tuten. I en særskilt utførelse blir kokillen vippet mer enn 90 º fra den horisontale stilling, via den vertikale stilling, til en tredje stilling ved hvilken det behandlede smeltede metall blir fordelt (den fordelende stilling). Den foreliggende oppfinnelses kokille er nyttig fordi den minimerer overflatearealet av metallet som er utsatt for luften når kokillen er i den horisontale stilling. Reduksjonen i overflateareal er forbundet med en reduksjon i varmetap fra metallet. Hvis varmetapet reduseres kan metall bli helt inn i kokillen ved en lavere temperatur, for derved å redusere slitasjen på den ildfaste foring og andre støperiapparater. En lavere temperatur for å helle inn i kokillen vil også favorisere lavere magnesiumdamp-

4 utvikling, hvilket reduserer reaksjonens voldsomhet (mellom magnesiumet og det varme metall). Dette er tenkt å forbedre magnesiumutvinning siden mer magnesiumdamp blir effektivt holdt innenfor det flytende jern, og reduserer temperaturtapet etter behandling siden lavere reaksjonsvoldsomhet betyr at det er mindre kontakt av metall med den kaldere atmosfære. En annen fordel med den foreliggende oppfinnelses kokille er at den maksimerer mengden av metall over behandlingsagenten når kokillen er i den vertikale stilling. En øket mengde av metall blir forbundet med en reduksjon i voldsomheten av reaksjonen mellom metallet og behandlingsagenten og i tilfellet av en behandlingsagent med magnesium: forbedret og mer konsistent magnesiumutvinning. Det vil bli forstått at oppfinnelsens fordeler blir oppnådd ved formen av kokilleforingen, i særdeleshet formen av delene av kokilleforingen hvilke er i kontakt med det smeltede metall når kokillen blir fylt (den horisontale stilling) og når det smeltede metall blir behandlet (den vertikale stilling). Et vertikalt plan (mellom den første og den andre ende av foringen når kokillen er i dens horisontale stilling) blir valgt for å evaluere formen av kokilleforingen. Det vertikal plan bør bli valgt slik at det representerer et typisk tverrsnitt av kokilleforingen. Hvor kokilleforingen er av en regelmessig form, slik a tverrsnittet av en kontinuerlig sidevegg er konsistent over dens lengde, kan det vertikale plan være valgt ved hvilket som helst punkt mellom den første og den andre ende. Det vertikale plan kan hensiktsmessing være like langt fra den første og den andre ende av foringen når kokillen er in dens horisontale stilling. I en særskilt utførelse strekker lommen seg fra den første ende av kokilleforingen bort fra det indre rom (det vil si, strekker seg under den første ende når kokillen er i dens vertikale stilling). Dette tilgjengeliggjør en tilleggsøkning i metallet over behandlingsagenten når kokillen er i den vertikale stilling fordi smeltet metall kan fylle lommen. Som drøftet over er en øket mengde av metall forbundet med en reduksjon i voldsomheten av reaksjonen mellom metallet og behandlingsagenten og i tilfellet av en behandlingsagent med magnesium, forbedret og mer konsistent magnesium utvinning. I en utførelse hvor lommen strekker seg fra den første ende kan lengden av lommen være fra 0 til 10 mm, fra 0 til 00 mm eller fra 400 til 600 mm. I en alternativ utførelse er lommen lokalisert innenfor det indre rom. I hvilket som helst tilfelle må lommen enten være i fluid kommunikasjon med det indre rom eller være i stand til å være i fluid kommunikasjon med det ved kontakt med metallet. Lommen kan for eksempel være definert ved en maske eller grill med tilstrekkelig små åpninger til å holde tilbake behandlingsagenten mens den stadig tillater smeltet metall derigjennom, eller det kan være fremstilt fra et materiale som smelter (slik som metall) for derved å tilgjengeliggjøre tilgang til innholdet av lommen. Det vil bli forstått at volumet av lommen vil generelt være lite i forhold til volumet av det indre rom.

5 Formen av lommen er ikke spesielt begrenset, men vil hensiktsmessig være langstrakt for å sikre tilbakehold av behandlingsagenten, det kan ha et sirkulært eller et triangulært tverrsnitt. Forholdet av det nedre volum til det øvre volum kan være minst 1, : 1, minst 2 : 1 eller minst 3 : 1. Høyden av det indre rom (avstanden mellom toppen og bunnen av det indre rom, slik som definert ved det indre av de kontinuerlige sidevegger) når kokillen er i dens horisontale stilling kan være fra 0 mm til 100 mm, fra 400 mm til 00 mm, eller fra 600 mm til 800 mm. Høyden av det indre rom (avstanden mellom toppen og bunnen av det indre rom) når kokillen er i dens vertikale stilling kan være fra 400 mm til 00 mm, fra 800 mm til 00 mm eller fra 00 mm til 100 mm. Forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og høyden av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling kan være minst 1 : 1, minst 2 : 1, minst 3 : 1, minst 4 : 1 eller minst : 1. Forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og høyden av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling trenger ikke være mer enn 6 : 1, ikke være mer enn 4 : 1 eller ikke mer enn 3 : 1. I en utførelse hvor lommen strekker seg fra den første ende bort fra det indre rom, kan forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling til lengden av lommen være minst 1, : 1, minst 2 : 1, minst 2, : 1 eller minst 3:1. Den kontinuerlige sidevegg har en indre overflate og en ytre overflate hvilke kan ha den samme eller forskjellige former. Den kontinuerlige sidevegg har hensiktsmessig en ensartet tykkelse slik at den indre og den ytre overflate har den samme form. Det vil bli forstått at det er den indre overflate av den kontinuerlige sidevegg hvilken definerer formen av det indre rom og derfor vil referanser til tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg referere til tverrsnittet av den indre overflate av den kontinuerlige sidevegg. Den kontinuerlige sidevegg kan være definert ved tre eller flere veggdeler slik at tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg er i hovedsak polygonisk. I en utførelse hvor den kontinuerlige sidevegg er definert ved tre veggdeler er tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg i hovedsak triangulær. I en utførelse hvor den kontinuerlige sidevegg er definert ved tre veggdeler av lik lengde, har tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg formen av en likesidet trekant. I hvilket som helst av utførelsene hvor tverrsnittet er basert på et polygon, kan hjørnene ha en radius eller avrunding og/eller sidene kan være buet utover. Tverrsnittet av sideveggen kan hensiktsmessig være målt i vertikalplanet mellom den første og den andre ende.

6 1 2 3 I en utførelse hvor den kontinuerlige sidevegg er definert ved tre sideveggdeler, slik at tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg er i hovedsak triangulær, kan forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og lengden av en sideveggdel være minst 1 : 1, minst 1, : 1 eller minst 2 : 1. I en utførelses hvor den kontinuerlige sidevegg er definert ved tre sideveggdeler, slik at tverrsnitt av den kontinuerlige sidevegg er i hovedsak triangulær, vil det triangulære tverrsnitt definere en innskrevet sirkel, det vil si den største sirkel som kan være inneholdt i triangelet. I et slikt tilfelle kan forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og radien av sirkelen innskrevet av det triangulære tverrsnitt være minst 1, : 1, minst 2 : 1, minst 2, : 1 eller minst 3 : 1. Kokillen omfatter en tut for innledende å motta og så fordele det smeltede metall etter behandling. Dette er spesielt fordelaktig fordi den tillater at metall blir helt direkte fra kokillen inn i støpeformene uten behov for gjentatte kokilleoperasjoner. Dette har en dobbel fordel ved å redusere temperaturtap og forbedre støpeproduktivitet ved å eliminere et trinn i støpeprosessen. Hensiktsmessige ildfaste materialer omfatter de beskrevet i EP B1 og i særdeleshet Kaltek (RTM) som er en ildfast foring fremstilt fra silika, alumina og magnesitt hvilke er bundet ved et organisk materiale slik som fenolepoksy. I en bestemt utførelse er den kontinuerlige sidevegg av en enhetskonstruksjon. Kokillen kan være montert på en kran eller en gaffeltruck eller et annet maskineri for å vippe kokillen. Kokilleskallet kan være et konvensjonelt sylindrisk skall eller et modifisert skall tilpasset formen av kokilleforingen. Hvis et konvensjonelt sylindrisk skall blir benyttet, vil det være nødvendig for den indre og den ytre overflaten av den kontinuerlige sidevegg å ha forskjellige form, det vil si at den ildfaste foring ikke vil ha en ensartet tykkelse. Hvis et ikke-sylindrisk skall blir benyttet kan den indre og den ytre overflate av den kontinuerlige sidevegg ha den samme form. Hvor kokilleforingen for eksempel omfatter en sidevegg med et triangulært tverrsnitt kan skallet også ha et triangulært tverrsnitt, det vil si at det kan være et triangulært prisme. I en bestemt utførelse har kokilleskallet og kokilleforingen i hovedsak den samme form. Dette har fordelen av at en minimal mengde av ildfast materiale kan bli benyttet. Alternativt kan kokillen omfatte et konvensjonelt sylindrisk kokilleskall. Dette kan være hensiktsmessig ved gjenbruk av et konvensjonelt sylindrisk skall. Effektiviteten av kokilleforingen ville i hvert fall delvis utligne kostnaden av det nødvendige ildfaste tilleggsmateriale for å installere kokilleforingen innenfor skallet. I følge et andre aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilgjengeliggjort en fremgangsmåte for behandling av smeltet metall omfattende: å laste kokillen av det første aspekt ved å plassere en behandlingsagent i lommen,

7 å fylle kokillen mens den er i dens horisontale stilling til et nivå under lommen med smeltet metall, og å vippe kokillen til dens vertikale stilling slik at smeltet metall flyter oppå behandlingsagenten i lommen. I en bestemt utførelse omfatter fremgangsmåten å vippe kokillen mer enn 90 º fra den horisontale stilling via den vertikale stilling til en fordelende stilling i hvilken det smeltede metall blir fordelt gjennom tuten etter behandling. I en ytterligere utførelse omfatter fremgangsmåten å vippe kokillen omtrent 180 º fra den horisontale stilling, via den vertikale stilling til den fordelende stilling i hvilken det behandlede metall blir fordelt. I en bestemt utførelse blir kokillen fylt til et nivå hvilket korresponderer med planet midtveis mellom toppen og bunnen av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling. Fremgangsmåten av den foreliggende oppfinnelse er særdeles hensiktsmessig for forberedelse av duktilt jern, i dette tilfelle er behandlingsagenten et tilslagsmiddel for å lage kulegrafittjern og det smeltede metall er jern. I en utførelse er behandlingsagenten et tilslagsmiddel med magnesium for å lage kulegrafittjern. Hensiktsmessige tilslagsmidler for å lage kulegrafittjern omfatter rent magnesium, magnesiumferrosilisiumlegering (MgFeSi-legering), nikkelmagnesiumlegering og magnesiumjern-briketter. Kokillen og fremgangsmåten av den foreliggende oppfinnelse kan bli brukt til produksjonen av både duktilt (kulegrafitt-) jern og kompaktert grafittjern. Fremgangsmåten kan omfatte inokulering av det smeltede metall etter reaksjon med behandlingsagenten (for eksempel tilslagsmiddelet for å lage kulegrafittjern). Inokulanter er legeringer tilsatt i små mengder for å indusere eutektisk grafittkjernedannelse. Hensiktsmessige inokulanter omfatter de som er basert på ferrosilisium og kalsiumsilisiumforbindelser. Fremgangsmåten kan omfatte initialisering av det smeltede metall forut for reaksjonen med behandlingsagenten. En initialiserer er tenkt å inaktivere oksygenaktiviteten av det smeltede metall slik at etterfølgende behandling er mer vellykket. Hensiktsmessige initialiserere omfatter de som er beskrevet i WO08/ Utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet bare ved hjelp av eksempler under henvisning til de medfølgende tegninger i hvilke: Figur 1a er et perspektivriss av en kokille i følge en utførelse av oppfinnelsen. Figur 1b er et perspektivriss og figur 1c er et tverrsnitt av kokillen vist i figur 1a under sammenstilling. Figur 1d og 1e er tverrsnitt av formere brukt i sammenstillingen av kokillen vist i figur 1a. Figur 1f er et tverrsnitt av kokillen vist i figur 1a.

8 Figur 2a og 2b er skjematiske tegninger av kokillen vist i figur 1a. Figur 3a til 3c viser en kokille i følge en utførelse av oppfinnelsen. Figur 4a og 4b viser en konvensjonell kokille for sammenlikning. Figur a til d viser simuleringer ved bruk av Magmasoft (RTM) programvare. Figur 1a viser en kokille i følge en utførelse av oppfinnelsen. Kokillen omfatter et generelt rørformet stålskall 12 og et generelt rørformet ildfast foring 14 (delvis synlig), innenfor skallet 12. Kokillen har en åpning 16 ved dens øvre ende og en utstikker 18 ved dens nedre ende. Formen av skallet 12 er komplementær til den ytre form av den ildfaste foring 14 slik at utstikkeren 18 korresponderer med formen av en lomme (ikke vist) for å holde en behandlingsagent. Kokillen omfatter også et lukkbart lokk, den indre overflate av hvilket definerer den andre ende av den ildfaste foring 14. Skallet 12 og den ildfaste foring 14 blir skrått bredere mot den øvre ende, inntil åpningen 16, for å forme en tut 17. Kokillen er vist i dens vertikale stilling slik at tuten er ved toppen av kokillen og lommen ved bunnen av kokillen. I denne konfigurasjon kan en behandlingsagent lett lastes inn i lommen via åpningen 16. Kokillen er fremstilt i to deler som vist i figur 1b og 1c. Hovedlegemet av kokillen a er fremstilt ved å plassere en utformer 22a innenfor skallet 12 og fylle gapet mellom skallet 12 og utformeren 22a med et ildfast materiale (Kaltek (RTM)). Når det ildfaste materiale har stivnet blir utformeren 22a fjernet. Liknende blir utstikkerdelen av kokillen b fremstilt ved å plassere en annen utformer 22b i skallet korresponderende med utstikkeren 18 og for å fylle gapet mellom utformeren 22b og utstikkeren 18 med ildfast materiale. Det vil bli forstått at de ytre overflater av utformerne 22a, 22b korresponderer med formen av det indre av den ildfaste kokilleforing 14. De to deler a, b blir så festet til hverandre. Figur 1c viser et tverrsnitt av kokillen før utformerne 22a, 22b har blitt fjernet og uten lokket. Den ildfaste foring 14 omfatter en kontinuerlig sidevegg 24, en nedre ende 26 (en første ende) og siden lokket ikke er på plass er kokillen helt åpne ved dens øvre ende. Den øvre del av den kontinuerlige sidevegg definerer posisjonen hvor lokket vil bli installert (den andre ende 28). Kokilleforingen 14 omfatter en lomme for å holde en behandlingsagent. Lommen strekker seg bort fra den første ende 26. Dette gir en fordel ved at det vil være en større mengde av metall over behandlingsagenten. Det vil bli bemerket at veggene av lommen er tykkere enn den kontinuerlige sidevegg 24. De tykkere sidevegger sørger for tilleggsisolasjon for fordampningen av behandlingsagenten. Høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling er merket x. Høyden av det indre rom når kokillen er vippet til å være i dens horisontale stilling er merket y. Dybden av lommen er merket z. I denne utførelse er de omtrentlige verdier av x, y og z henholdsvis 1380 mm, 640 mm og 480 mm. Dermed blir forholdet x : y omtrent 2,2 : 1 og forholdet x : z blir omtrent 2,9 : 1.

9 Figur viser et tverrsnitt av utformeren 22a. Den ytre overflate av utformeren 22a definerer den indre overflate av den kontinuerlige sidevegg 24 og dermed tverrsnittet av det indre rom. Tverrsnittet av utformeren 22a er basert på en likesidet trekant hvor hjørnene har blitt avrundet og sidene har blitt buet utover. Figur 1e viser et tverrsnitt av utformeren 22b. Den ytre overflate av utformeren 22b definerer veggene av lommen. I denne utførelsen er tverrsnittet av utformeren 22b igjen omtrent triangulær. Det vil bli forstått at lommen kunne ha forskjellige tverrsnitt, for eksempel et sirkulært tverrsnitt. Imidlertid er et triangulært tverrsnitt antatt å være fordelaktig fordi det hjelper til å holde tilbake en behandlingsagent innenfor lommen når kokillen blir vippet fra en vertikal til en horisontal stilling. Figur 1f viser et tverrsnitt av hoveddelen av kokillen a omfattende skallet 12 og den kontinuerlige ildfaste sidevegg 24. Sideveggen 24 er basert på en likesidet trekant (vist i stiplede linjer) hvor hvert hjørne danner kontakt med sideveggen 24. I denne utførelse er lengden av hver side av triangelet omtrent 740 mm, slik at forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling (merket x i figur 1c) og lengden av en lengde av sideveggen er omtrent 1,8 : 1. Triangelet omfatter en innskrevet sirkel (også vist som en stiplet linje). I denne utførelse har den innskrevene sirkel en diameter på omtrent 427 mm, slik at forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i sin vertikale stilling (merket x i figur 1c) og lengden av en diameter av sirkelen er omtrent 3,2 : 1. Proporsjonene av kokillen vist i figur 1a til 1f er betraktet som spesielt fordelaktige for behandling av metall med en behandlingsagent, for å kombinere godt varmhold med effektiv behandling. Figur 2a og 2b er skjematiske tegninger av kokillen vist i figur 1a i dens horisontale stilling. Kokillen omfatter en første ende 26, en andre ende 28 og en kontinuerlig sidevegg 24 som tidligere beskrevet. I denne horisontale konfigurasjon definerer den øvre del av sideveggen toppen 40 av det indre rom og den nedre del av sideveggen definerer bunnen 42 av det indre rom. Et vertikalt plan 44 mellom den første og den andre ende er vist. Det vertikale plan er valgt til å være nærmere den første ende 26 enn den andre ende 28 fordi dette korresponderer med en posisjon hvor den kontinuerlige sidevegg har en regelmessig form. Et horisontalt plan 46 midtveis mellom toppen 40 og bunnen 42 av det indre rom er vist. Volumet av det indre rom definert mellom bunnen av det indre rom 42, den første ende 26, planet 46 midtveis og det vertikale plan 44 er merket I (det nedre volum). Volumet av det indre rom definert mellom toppen av det indre rom 40, den første ende 26, planet 46 midtveis og vertikalplanet 44 er merket II (det øvre volum). Under henvisning til figur 2a synes volum I og II å være like, men det er klart fra figur 2b at volum I er større enn volum 2 på grunn av formen av tverrsnittet av de kontinuerlige sidevegger 24.

10 1 2 9 Den triangulære prismeform av kokillen i følge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er fordelaktig sammenliknet med en sylindrisk kokille innenfor varmetap fra metallet når den er i horisontal stilling og en øket mengde metall over behandlingsagenten når den er i en vertikal stilling (den andre stilling). Som er klart fra den skjematiske tegning figur 2b, hvis kokillen er fylt halvveis vil overflaten av metallet som er eksponert for luften være mindre enn en sammenliknbar sylindrisk kokille. Liknende når kokillen blir vippet fra en horisontal stilling til en vertikal stilling vil metallhøyden være høyere enn en sammenliknbar sylindrisk kokille. Eksempel 1 og komparativt eksempel 1: Simuleringer For å evaluere varmetapsraten rettferdig for en kokille i følge en utførelse av den foreliggende oppfinnelse (eksempel 1), konstruerte oppfinnerne to kokiller: eksempel 1 (i følge en utførelse av oppfinnelsen) og en ytterligere kokille for sammenlikning (komparativt eksempel 1) og kjørte simuleringer ved bruk av Magmasoft simuleringsverktøy. Magmasoft er et ledende simuleringsverktøy levert av Magma Gießereitechnologie GmBH hvilket modellerer formfylling og stivning av støpeobjekter. Det er typisk brukt av støperier for å unngå dyre og tidsforbrukende støperiforsøk. Kokillen fra eksempel 1 er vist i figur 3a (vertikal stilling) og figur 3b og 3c (horisontal stilling). Det indre rom har et hovedsakelig triangulært tverrsnitt. Komparativt eksempel 1 er vist i figur 4A (vertikal stilling) og figur 4b og 4c (horisontal stilling). Det indre rom har et sirkulært tverrsnitt. En stiplet linje er vist i hver figur for å demonstrere nivået av smeltet metall når kokillene er fylt til deres arbeidskapasitet. En sammenlikning av egenskapene av de to kokiller er vist i tabellen under: Eksempel 1 Komparativt eksempel 1 Arbeidskapasitet (kg) Metallvolum, samlet overflateareal (mm 2 ) Topp-overflate areal (mm 2 ) Høyde av metall - horisontalt (mm) 417,7 427 Høyde av metall - vertikalt (mm) Geometrisk modulus (volum/overflateareal) (cm) 11, 11 Som man kan se, selv om begge kokiller holder den samme kvantitet av metall er de fylt til forskjellige nivåer på grunn av deres forskjellige utforming. I den horisontale stilling blir metallet fylt til en liknende høyde i begge tilfeller, men når

11 1 2 kokillene er rotert til en vertikal stilling er metallhøyden mye større for eksempel 1 enn for komparativt eksempel 1. Den større høyde av metall over den fordampbare behandlingsagent betyr at den fordampede behandlingsagent må bevege seg gjennom mer metall og derfor er mer troendes til å være igjen innenfor det smeltede metall, for å føre til bedre utvinningsrater. Videre er det totale overflateareal av metallet (i kontakt med luften eller veggene av kokillen) og det øvre overflateareal av metallet (i kontakt med luften) mindre for eksempel 1 enn for komparativt eksempel 1. Dette svarer til en større geometrisk modulus for eksempel 1 enn for komparativt eksempel 1. Derfor ville det smeltede metall i kokillen fra eksempel 1 kjøles ned saktere enn det smeltede metall i kokillen fra komparativt eksempel 1. I simuleringene var kokillen modellert som om den inneholdt smeltet stål og med en ildfast foring med isolerende egenskaper som de av Kaltek (RTM)-materiale. Modellen vurderer grensematerialet over metallet til å være luft. Simuleringene ble kjørt med to forskjellig starttemperaturer (1400 ºC og 180 ºC) for den ildfaste foring. Resultatet etter 240 sekunder er vist i figur a til d. Simuleringsutgangen er et skyggelagt konturdiagram av metallet med mørkheten av skyggen omvendt proporsjonal med temperaturen av det flytende metall, det vil si at jo mørkere skyggeleggingen jo kaldere metallet - de virkelige verdier er indikert ved temperaturnøkkelen i simuleringen. Figur a og b viser henholdsvis overflatetemperaturen av metallet når den ildfaste foring har en starttemperatur på 1400 ºC for eksempel 1 og for komparativt eksempel 1. Overflatetemperaturen av metallet er høyere for kokillen fra oppfinnelsen enn for det komparative eksempel selv om begge kokiller inneholder den samme mengde av metall og har identisk starttemperatur. Dette er vist ved den høyere andel av mørkere kontur (skyggelegging) på metalloverflaten i figur b sammenliknet med a fordi jo mørkere skyggelegging, jo kaldere er metallet. Figur c og d viser henholdsvis overflatetemperaturen av metallet når den ildfaste foring har en starttemperatur på 180 ºC for eksempel 1 og for komparativt eksempel 1. Igjen er overflatetemperaturen av metallet høyere for kokillen fra oppfinnelsen enn for det komparative eksempel som vist av den lysere skyggelegging i figur c sammenliknet med figur d. Dette demonstrerer at kokillen fra oppfinnelsen tillater at metallet holder seg varmere lenger. Eksempel 2 og komparativt eksempel 2 preparering av formbart jern 3 Formbart jern ble preparert ved bruk av en kokille i følge en utførelse av oppfinnelsen (eksempel 2) og en standard traktformet kokille (komparativt eksempel 2). I hvert tilfelle ble smeltet jern behandlet med magnesiumferrosilisiumlegering

12 (FeSiMg). Magnesiumutvinning etter 4 og 9/ minutter ble målt. Magnesiumutvinning ble beregnet ved bruk av den følgende formel: Mg-utvinning % = (0,76 x (S % i basemetall S % gjenværende) + gjenværende Mg %) x 0/ Mg % tilsatt 11 1 Eksempel 2 Kokillen vist i figur 1a ble plassert i en vertikal stilling med lommen 18 ved det laveste punkt.,8 kg magnesiumferrosilisiumlegering (,38 % Mg) ble så lastet inn i lommen ved bruk av en langhalset trakt plassert i åpningen. Etter at behandlingsagenten var lastet ble kokillen rotert 90 º til en horisontal stilling. Kokillen ble så fylt med 1600 kg smeltet jern ved en temperatur på 1480 ºC. Kokillen ble så rotert tilbake til den vertikale stilling slik at det smeltede jern fløt inn i lommen. En hvit flamme ble sett da det smeltede jern reagerte med magnesiumlegeringen. Metallet ble helt ut av kokillen ved å vippe den og helle ut av tuten 17. Resultatene finnes under. Komparativt eksempel 2 14,4 kg magnesiumferrosilisiumlegering (,38 % Mg) ble plassert i en grop i en standard traktformet kokille og 800 kg smeltet jern ved en temperatur på 100 ºC (standard praksis) ble helt inn i kokillen. Resultatene finnes under: Eksempel 2 Komparativt eksempel 2 4 minutter minutter 4 minutter 9 minutter Mg gjenværende (%) 0,00 0,0474 0,040 0,0 S før behandling (%) 0,0140 0,0140 0,0070 0,0070 S etter behandling (%) 0,01 0,04 0,0046 0,0040 Mg tilsatt (%) 0, , , ,09684 Mg utvunnet (%) Magnesiumutvinningen er betydelig høyere for eksempel 2 enn for komparativt eksempel 2. Derfor synes kokillen i følge en utførelse av det foreliggende å tilgjengeliggjøre bedre utvinningsrater en den standard traktformede kokille.

13 P a t e n t k r a v En behandlingskokille omfattende et kokilleskall med en generelt rørformet ildfast kokilleforing, nevnte kokille er vippbar mellom en horisontal og en vertikal stilling, nevnte kokilleforing har en første ende og en andre ende med en kontinuerlig sidevegg der i mellom, et indre rom er definert mellom nevnte første og nevnte andre ende og den kontinuerlige sidevegg, nevnte kokilleforing omfatter i tillegg en lomme for å holde en behandlingsagent, nevnte lomme er lokalisert inntil den første ende og i fluid kommunikasjon med det indre rom og lokalisert nærmere toppen enn bunnen av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling og nærmere bunnen enn toppen av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling, og en tut for å motta og å helle ut smeltet metall lokalisert nærmere toppen enn bunnen av det indre rom når kokillen er i dens horisontale og vertikale stilling, hvor i den horisontale stilling, et nedre volum av det indre rom definert under et plan midtveis mellom toppen og bunnen av det indre rom og mellom den første ende og et vertikalplan mellom den første og den andre ende er større enn et øvre volum av det indre rom definert over planet midtveis og mellom den første ende og nevnte vertikalplan. 2. Kokillen i følge krav 1, hvor lommen strekker seg fra den første ende av kokilleforingen bort fra det indre rom Kokillen i følge krav 1 eller krav 2, hvor forholdet mellom det nedre volum og det øvre volum er minst 1, : Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og høyden av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling er minst 2 : 1.. Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og høyden av det indre rom når kokillen er i dens horisontale stilling er ikke mer enn 6 : Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor lommen strekker seg fra den første ende av kokilleforingen bort fra det indre rom og forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og lengde av lommen er minst 2 : 1.

14 13 7. Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor den kontinuerlige sidevegg er definert ved tre eller flere veggdeler slik at tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg er hovedsakelig polygonisk. 8. Kokillen i følge krav 7, hvor den kontinuerlige sidevegg er definert ved tre veggdeler slik at tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg er i hovedsak triangulær. 9. Kokillen i følge krav 7 eller 8, hvor hjørnene av polygonet er avrundet og/eller sidene av polygonet er buet utover. 1. Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor den kontinuerlige sidevegg er definert av tre sideveggdeler, slik at tverrsnittet av den kontinuerlige sidevegg er i hovedsak triangulær og forholdet mellom høyden av det indre rom når kokillen er i dens vertikale stilling og lengden av minst én av sideveggdelene er minst 1, : Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor den kontinuerlige sidevegg er av enhetskonstruksjon. 12. Kokillen i følge minst ett av de forutgående krav, hvor kokilleskallet og kokilleforingen har i hovedsak den samme form Fremgangsmåte for behandling av smeltet metall omfattende: å laste kokillen i følge minst ett av krav 1 til 12 ved å plassere en behandlingsagent i lommen, å fylle kokillen med smeltet metall mens det er i en horisontal stilling til et nivå under lommen, og å vippe kokillen til dens vertikale stilling slik at smeltet metall flyter oppå behandlingsagenten i lommen. 14. Fremgangsmåten fra krav 13, hvor kokillen er vippet mer en 90º fra den horisontale stilling, via den vertikale stilling til en fordelende stilling i hvilken det behandlede, smeltede metall blir fordelt gjennom tuten Fremgangsmåten i følge krav 13 eller 14, hvor behandlingsagenten er et tilslagsmiddel for å lage kulegrafittjern.

15

16

17

18

19

20

21

22

23