Verfahren zum Abgiessen von geschmolzenen Metallen und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abgiessen von geschmolzenen Metallen aus einem Behälter. Das Abgiessen von flüs sigen Metallen, die oft mit Substanzen von leichterem spezifischem Gewicht, beispielsweise Schlacken, ver unreinigt sind, wird vorzugsweise durch den Behälter boden durchgeführt, wenn man bestrebt ist, eine Ver mischung des Metalles im Giessstrahl mit den un erwünschten Fremdkörpern zu vermeiden. Dieses Verfahren ist z. B. in Stahlwerken allgemein ge bräuchlich.
Es wird hierbei das im Siemens-Martin- Ofen, Converter, Lichtbogen- oder Induktions-Ofen erschmolzene Metall in der Regel zunächst in eine sogenannte Stopfenpfanne abgefüllt (besonders bei grossen Einsatzgewichten), aus der es dann durch eine Abgussöffnung im Behälterboden in die Kokille abgegossen wird.
Es ist bekannt, einen solchen Bodenabstich in der Weise durchzuführen, dass eine mit feuerfestem Material -bewehrte Stange, die an ihrem unteren Ende einen keramischen Stopfen enthält, in den Tiegel oder die Schmelzpfanne eintaucht, wobei durch Heben und Senken der Stange eine konische Abstichöffnung geöffnet oder geschlossen werden kann. Dieses Ver fahren hat den Nachteil, dass leicht Verunreinigungen in die Schmelze eingebracht werden, wenn das feuer feste Material der Bewehrung und des Stopfens mit der Schmelze reagiert.
Dies kann oft nicht vermieden werden, da für die Bewehrung und den Stopfen Materialien mit einer gewissen mechanischen Festig keit verwendet werden müssen, die grösser sein muss als die Festigkeit des Materials für die Tiegelwände. Die zur Verfügung stehende Auswahl solcher Mate rialien, die auch in chemischer Hinsicht bezüglich Reaktionsträgheit gegenüber der Schmelze genügen, ist leider beschränkt, und für manche Schmelzen sind solche Materialien überhaupt nicht verfügbar.
Eine weitere Schwierigkeit dieses bekannten Ver fahrens besteht darin, dass der Stopfen, der meistens aus einer eingeschliffenen Keramikhalbkugel besteht, nach wenigen Giessoperationen durch den Angriff des flüssigen Metalles einem Verschleiss unterliegt und dann die Abgussöffnung nicht mehr dicht ver schliesst und eventuell durch in der Schmelze mit geführte Schlackenteile anschmilzt und verklebt.
Es war auf jeden Fall bis jetzt nicht möglich, einen Metallschmelzofen mit Bodenabstichöffnung betriebs sicher zu versehen, da nicht die Gewähr dafür ge- P <I>a</I> ben war, dass auch nach längerer Schmelzzeit sicher abgegossen werden konnte.
Ein weiterer praktisch ausgeführter Vorschlag be steht darin, dass z. B. in die Bodenabgussöffnung eines Schmelztiegels ein Metallstopfen aus demselben Me tall, das erschmolzen werden soll, eingebettet wird. Dieser Stopfen wird während der Schmelzperiode zu nächst durch in der Nähe angeordnete Kühlschlangen auf so niedriger Temperatur gehalten, dass .er durch das darüber stehende Bad noch nicht verflüssigt wer den kann. Erst vor dem Abguss wird er z. B. durch induktive Erhitzung aufgeschmolzen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Giessstrahl stärke nicht reguliert werden kann und auch kein Unterbruch des Giessens möglich ist.
Weiterhin muss zur Vorbereitung der nächsten Schmelze, das heisst zum Einsatz eines neuen Stopfens, die vollständige Abkühlung des Tiegels abgewartet werden. Dadurch wird der Ausnützungsgrad des Ofens verringert. Es entstehen Energieverluste, und weiterhin wird das Tiegelmaterial durch den dauernden Temperatur wechsel stark beansprucht. Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Abgiessen von geschmolzenen Metallen aus ,einem Behälter durch eine Abgussöffnung im Behälterboden bereitzustellen, welche erlauben, bei Bedarf den Giess strahl abzustoppen und somit z.
B. einen Tiegelinhalt in mehreren Abschnitten zu vergiessen. Eine solche Möglichkeit ist besonders wichtig, wenn es sich darum handelt, kleinere Gussstücke herzustellen.
Eine Einrichtung zum Abgiessen durch den Be hälterboden ist bereits vorgeschlagen worden, bei welcher dieser eine Abgussöffnung aufweist, die innerhalb einer gekühlten rahmenförmigen Zone an der Unterseite des Behälterbodens ausmündet und wobei eine Schieberplatte vorgesehen ist, welche über die Mündung der Abgussöffnung und über die ge kühlte Zone verschoben werden kann, derart, dass diese Mündung bei einer bestimmten Stellung der Schieberplatte freigegeben wird, während sie ver sperrt ist, wenn die Schieberplatte diese Abgussöffnung und die gekühlte Zone bedeckt,
wobei die bis zu der gekühlten Zone etwa durchsickernde Schmelze in dem Spalt zwischen gekühlter Zone und Schieber platte erstarrt und selbsttätig die Abdichtung bewirkt. Die Schieberplatte weist eine Bohrung auf, welche beim Abgiessen mit der Abgussöffnung im Behälter boden so weit zur Deckung gebracht wird, dass ein Giessstrahl gewünschter Stärke ausströmen kann.
Die Verwendung einer solchen Einrichtung ist auf alle Fälle beschränkt, für welche Materialien für die Schieberplatte zur Verfügung stehen, die den hohen Temperaturen der Schmelze nicht nur vorübergehend, sondern für die Zeit der gesamten Behandlungsdauer widerstehen können. Die Auswahl an derartigen hochtemperaturfesten Materialien ist bekanntlich nicht gross. Die vorliegende Erfindung gibt dagegen die Möglichkeit, auch weniger temperaturbeständige Materialien für die Schieberplatten zu verwenden, ohne die Betriebssicherheit zu beeinträchtigen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Abgiessen von geschmolzenen Metallen aus einem Behälter durch eine Abgussöffnung im Behälterboden ist da durch gekennzeichnet, dass man zum Verschluss der Abgussöffnung das Schmelzgut in einer rohrförmigen Verlängerung des Behälterbodens erstarren lässt, dass man zum Zwecke des Abgusses das im Abgussrohr erstarrte Schmelzgut mittels einer Heizvorrichtung aufschmilzt und aus dem Abgussrohr auslaufen lässt und dass, um den Abguss wieder zu stoppen,
vor die Mündung des Abgussrohres eine Schieberplatte vorgeschoben wird, wodurch das Auslaufen gehemmt und bei abgeschalteter Heizung des Abgussrohres das Schmelzgut darin wieder zum Erstarren gebracht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren und Vorrich tungen zur Durchführung dieses Verfahrens werden am Beispiel eines Vakuumofens und an Hand bei gefügter Figuren nachstehend näher erläutert.
In Fig. 1 bedeutet 1 den Kessel eines Vakuum- Induktionsschmelzofens, in dem das in einem Tiegel 2 befindliche Metall 3 mittels der Induktionsheiz- spule 4 erschmolzen wird. Tiegel und Induktions- heizspule werden in einem Rahmen 5 durch die keramische Bodenplatte 6 getragen. Der Tiegelboden weist eine rohrförmige Verlängerung T auf, welche durch eine zusätzliche Induktionsheizspule 8 beheizt werden kann.
Das Abgussrohr ist durch eine keramische Platte 9 auf dem Rahmen 5 abgestützt. An der Unterseite der Platte 9 gleitet eine Schieberplatte 10, die even tuell durch Kühlrohre 11 gekühlt sein kann und welche nach Bedarf die Mündung des Abgussrohres freigibt oder verschliesst. Die Platte 10 kann mittels eines Armes 12 nach Wahl in den Weg des Giess strahles geschwenkt werden. Zur Betätigung des Armes 12 dienen die Welle 13, die Kegelräder 14 und 15 und eine vakuumdichte Drehdurchführung 16 einer von ausserhalb des Vakuumraumes mit Hand rad betätigbaren Welle 17.
Bei dem vorbeschriebenen Ofen kann der Schmelz tiegel 2 in die Spule 4 unter Benützung eines ent sprechenden Kernes eingestampft werden. Zum Stampfen des Tiegels wird zuerst die keramische Platte 9 in den Rahmen 5 eingelegt und die Spule 8 und weitere Versteifungsrippen 18 und darauffolgend die Bodenplatte 6 eingesetzt. Auf der Bodenplatte 6 sitzt die Induktionsheizspule 4 auf. Diese wird eben falls durch radial angeordnete Versteifungsrippen 19 abgestützt. Der Aufbau wird durch die Ringe 20 und 21 abgeschlossen. Unter Verwendung von Asbest zur Bildung der äusseren Tiegelwand und .eines als Kern dienenden Formstückes wird feuerfestes Gut, z.
B. Magnesiumoxyd, eingestampft und so erst das Abgussrohr 7 und dann der Tiegel 2 aufgebaut. Der fertiggestampfte Tiegel kann in der Induktionsheiz- spule gesintert werden, wenn der Kern elektrisch leitend ist, z. B. aus Graphit besteht. Es ist eine Kokille 22 in einer Verlängerung 23 des Ofen gehäuses 1 vorgesehen, in welche das Gut 3 vergossen werden soll. Der Ofen wird mit nicht gezeichneten Pumpen evakuiert und gegebenenfalls mit Schutzgas gefüllt.
Die Schieberplatte wird nur für kurze Momente während des Abstoppens des Giessstrahles mecha nisch und thermisch beansprucht, während der sta tische Druck der flüssigen Schmelze und die ther mische Belastung normalerweise (das heisst während der Schmelzzeit) von dem im Abgussrohr befind lichen Stopfen aufgefangen wird. Es können daher für die Schieberplatte nicht nur keramische Bau stoffe verwendet werden, sondern ebensogut Metall platten.
Zum Abstoppen des Giessstrahles wird die Schie- berplatte der Mündung des Abgussrohres vorgeschoben und die Heizung desselben abgeschaltet. Eventuell kann sogar Kühlwasser durch die Rohre der Induk- tionsheizspule 8 für das Abgussrohr geschickt wer den. Dabei tritt auch dann, wenn die Schieberplatte die Mündung des Abgussrohres keineswegs dicht ver schliesst, eine solche Stockung des Abströmens auf, dass es genügt, um die Schmelze im Abgussrohr er starren zu lassen.
In Fig. 2 ist eine Variante mit Widerstandsbehei- zung des Abgussrohres anstelle induktiver Beheizung dargestellt. 24 bedeutet das Ofengehäuse, 25 den Halterahmen für die Induktionsheizspule 26, welche auf einem keramischen Boden 27 aufruht. Die Boden platte 27 wird von radial angeordneten Versteifungs rippen 28' getragen. Dabei sollen Metallteile, welche nicht erhitzt werden sollen, nach Möglichkeit keine geschlossenen Strombahnen bilden, um die Entstehung grösserer Wirbelstromverluste zu vermeiden.
Der Halterahmen 25 und der Ring 29' für die Verbindung mit den Verstärkungsrippen sollen daher nicht elek trisch leitend ringförmig geschlossen sein, sondern etwa an einer Stelle unterbrochen sein, wobei zur Erreichung genügender mechanischer Stabilität die Unterbrechungsstelle durch Isolatoren überbrückt sein kann. Der Tiegel 29 weist als Abgussrohr eine trichterförmige Verlängerung 30 auf, welche durch ein Teil 31 aus keramischem Material mit konischer Bohrung gebildet wird. Das Teil 31 ist von einem äusseren Metallrohr 32 umgeben, dessen unterer ko nischer Teil 33 die eine Stromzuführung an die auf zuschmelzenden Stoffe im Abgussrohr bildet.
Die zweite Stromzuführung kann durch eine bewegliche Hilfselektrode 34 erfolgen, welche zum Zwecke des Abgusses in die Schmelze eingetaucht wird. Um den Stopfen im Tiegelboden zu schmelzen, wird mittels der beiden Elektroden der Heizstrom durch die Schmelze hindurchgeschickt, wobei die elektrische Energie wegen der Querschnittsverhältnisse prak tisch ausschliesslich im aufzuschmelzenden Stopfen in Wärme umgesetzt wird. Die untere Elektrode 33 wird zweckmässig durch einen Formstein 34, der von einem Konus 35 gehalten wird, vor der direkten Be rührung mit der metallischen Schieberplatte 36 ge schützt.
Direkte Berührung könnte nämlich unter Umständen beim Abstoppen des Giessstrahles durch die Schieberplatte zum Verschweissen der beiden Metallteile führen. Der Schieber 36 wird durch die Welle 38, Kegelräder 39 und 40 und Welle 41 be dient. Welle 41 ist bei 42 vakuumdicht durch den Kessel hindurchgeführt, wenn es sich um einen Va kuumofen handelt.
Die Stromzuführung zur unteren Elektrode 33 ge schieht über flexible Kabel 43 und Stromschienen 44. Die Elektrode 33 kann nach Bedarf durch ein kühlwasserdurchströmtes Rohr 45 gekühlt wer den. 46 bezeichnet die Kokille, 47 eine Evakuie- rungsleitung und 48 einen abnehmbaren Boden.
Bei der Variante gemäss Fig. 2 kann man mit Vor teil von dem Umstand Gebrauch machen, dass die Elektrode 33 beim Abstoppen des Giessstrahles mit dem erstarrenden Schmelzgut im Abgussrohr ver schweisst und somit eine völlig vakuumdichte Ab dichtung bildet. Diese Dichtung kann als Schleusen dichtung bei Anlagen mit Schleusenkammern Ver wendung finden.
Zu diesem Zweck wird die Elek trode 33 direkt als Teil des Vakuumkessels aus- gebildet und der Guss erfolgt zweckmässig in eine Kokille, welche in einer Schleusenkammer steht, so dass nach erfolgtem Abguss der Giessstrahl gestoppt und somit der eigentliche Vakuumkessel völlig ab gedichtet wird, während die Schleusenkammer nach genügendem Abkühlen der Kokille mit Luft geflutet und anschliessend mit einer neuen, leeren Kokille versehen wird. Alsdann kann die Schleusenkammer wieder evakuiert werden und der nächste Abstich erfolgen.
Natürlich kann man auf diese Weise aus dem Vakuumraum heraus auch direkt in eine Kokille giessen, welche ausserhalb des Ofens in der freien Atmosphäre steht, wenn dies im Einzelfalle von me tallurgischen Gesichtspunkten aus gesehen zulässig ist; z. B. wenn es sich lediglich darum handelt, das im Vakuum erschmolzene Metall von gelösten Gasen zu befreien. In diesem Fall wird durch den Guss in die in freier Atmosphäre stehende Kokille keine nen nenswerte schädliche Gasmenge mehr aufgenommen. Wenn der Giessstrahl durch das Abgussrohr in die freie Atmosphäre austreten soll, muss die Länge dieses Rohres dem Druckunterschied entsprechend bemessen werden.
Eine andere Variante zeigt Fig. 3. In Fig. 3 be zeichnet 50 das Gehäuse eines Lichtbogenofens, wel cher mit dem Ofenfutter 51 ausgekleidet ist. In den Ofenraum tauchen, isoliert durch die Ofenwandung hindurchgeführt, drei Elektroden 52-54 für Drei phasenstrombetrieb ein, wobei zweckmässig wenig stens eine so verstellbar angeordnet ist,
dass sie nach Bedarf mit der Schmelze in direkten elektrischen Kontakt gebracht werden und als zweite Stromzu führung für die Widerstandsbeheizung des Abguss- rohresdienen kann. Die untere Elektrode für die Widerstandsbeheizung des Abgussrohres 56 wird durch den Metallmantel 57 mit konusförmigem Teil 58 gebildet. Ebenso wird durch ,ein Kührohr 59 das Abgussrohr nach Bedarf gekühlt.
Wieder ist ein kera mischer Formstein 60 und eine Schieberplatte 61 vorhanden.