DE112005000742T5

DE112005000742T5 - Gießtrog und Verfahren zum Gießen von Kupferanoden

Info

Publication number: DE112005000742T5
Application number: DE112005000742T
Authority: DE
Inventors: Juha Lumppio
Original assignee: Outokumpu Technology Oyj
Current assignee: Metso Outotec Oyj
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: AU2005227642B2; CN1938113A; CN100553824C; PE20060063A1; FI120577B; CA2564631A1; AR049795A1; ZA200607694B; EA200601572A1; EA008872B1; AU2005227642A1; FI20040477A; FI20040477A0; DE112005000742B4; WO2005095027A1

Abstract

Gießtrog zum Gießen von Metall in eine Gussform, wobei der Gießtrog einen Boden, einer Auslassrinne, Seitenwände und eine der Auslassrinne gegenüberliegende Rückwand aufweist, der Gießtrog eine Gießeinrichtung aufweist, die mit mindestens einem Gewichtssensor zur genauen Zuführung des Metalls in die Gussform ausgestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auslassrinne eine Gießfläche, die in Richtung zu dem Gießrand der Auslassrinne hin erweitert und in Hinblick auf die Richtung des Gießtrogboden nach unten gerichtet ist, und
Seitenwände aufweist, die im Wesentlichen parallel zu dem Strom der Schmelze verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Gießen von geschmolzenem Material, beispielsweise geschmolzenem Metall, in eine Gussform. Genauer ausgedrückt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Anoden, die bei der elektrolytischen Raffination verwendet werden.
Gesteuertes Gießen und genaues Zuführen in die Gussform ist beispielsweise in Verbindung mit dem Gießen von Metallanoden wesentlich. Bei der Herstellung von Metallen ist der nächste Verfahrenschritt nach dem Gießen von Metallanoden die elektrolytische Raffination, wo für die Erreichung einer hohen Kathodenqualität und hohen Wirksamkeit unter anderem eine homogene Qualität der Anoden in Hinblick sowohl auf ihre Gestalt als auch ihr Gewicht notwendig ist. Bei den meisten bekannten Verfahren werden Anoden in offenen Formen gegossen.
Beim Gießen von Anoden, beispielsweise von Kupferanoden, wird die Schmelze vom Anodenofen aus beispielsweise entlang einer Rinne zu einem Zwischentrog der Gießvorrichtung geführt, von wo das geschmolzene Metall weiter in den Gießtrog gegossen wird. Das Volumen des Zwischentrogs ist deutlich größer als das Volumen des eigentlichen Gießtrogs, und er dient auch als ausgleichender Zwischenspeicher zwischen dem Anodenofen und den Gießtrog. Die Menge des zu Beginn des Gießschritts in dem Gießtrog enthaltenen Metalls ist etwas größer als die Menge des in jeder Partie in die Gussform abzugebenden Metalls. Üblicherweise ist die Menge des in den Gießtrog zu gießenden Metalls etwa doppelt so groß wie die Menge, die in die Gussform zu gießen ist. Vom Gießtrog aus wird geschmolzenes Metall genau in die offene Gussform abgegeben. Der Gießtrog wird nie vollständig entleert, sondern es verbleibt eine so genannte Kupferbasis am Boden. Das moderne Anodengießen wird als ein automatisiertes Verfahren auf so genannten Gießtischen realisiert, wo die Gussformen auf einem runden Gießtisch zu der Vorderseite des Gießtrogs verschoben werden. Während des Gießens aus dem Gießtrog wird die Zuführung gesteuert, indem die Bahn und die Bewegungsgeschwindigkeit des Gießtrogs sowie dessen Gewicht überwacht werden. Typischerweise wird die in die Gussform für eine Kupferanode zu gießenden Menge der Schmelze mit einer Genauigkeit von drei Prozent abgegeben. Üblicherweise liegt das Gewicht der Anode im Bereich von 300 bis 600 Kilogramm.
Zur genauen Steuerung der Zuführung der zu gießenden Menge der Schmelze ist der Gießtrog mit Gewichtssensoren ausgestattet. Das Gießen wird automatisch gesteuert, und es beginnt, wenn der Gießtrog mit Schmelze gefüllt ist, das Anfangsgewicht des Trogs wird gemessen, und die Gussform wird vor den Gießtrog verbracht. Bei dem Gießvorgang wird der Gießtrog so gekippt, dass das geschmolzene Metall über die Auslassrinne des Trogs zur Gussform fließt. Das Gießen muss gestoppt werden, wenn das Gewicht des Gießtrogs um die Größe des Sollgewichts der zu gießenden Anode herabgesetzt ist. Dann wird der Gießtrog zur Wiederbefüllung zu seiner Ausgangsposition zurück bewegt.
Während eines Anodengießvorgangs werden üblicherweise mehrere hundert Anoden nacheinander gegossen. Am Ende des Gießvorgangs wird der Gießtrog typischerweise mit Metall gefüllt gelassen, und es wird gestattet, dass sich das Metall im Gießtrog verfestigt. Der Gießtrog wird den notwendigen Wartungsprozeduren unterzogen, zu denen häufig die Erneuerung der vollständigen Auskleidung des Trogs gehört. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, dass der Gießtrog vollständig von Metall entleert werden kann, in welchem Fall der Trog weniger Wartungsarbeiten erforderlich macht.
Von ihrer Gestalt her sind die bei der elektrolytischen Raffination von Metallen verwendeten Anoden dicke Platten mit einer Dicke von etwa 30 bis 100 mm. Die Höhe der Anoden liegt bei etwa 900 bis 1.500 mm, und ihre Breite misst etwa 700 bis 1.200 mm. In dem elektrolytischen Behälter werden die Elektrodenplatten in einer vertikalen Stellung von vorstehenden Konsolen, so genannten Ansätzen, aus aufgehängt, die am oberen Rand der Platte ausgebildet sind, die an den Behälterrändern abgestützt ist. Die Anodenansätze werden aus dem Anodenmaterial, häufig in Verbindung dem Gießvorgang, gebildet. Daher weist die Anodengussform eine flache Aussparung, d. h. einen Hohlraum, auf, die die Gestalt des Anodenquerschnitts besitzt und etwas tiefer als die Anodendicke ist.
Mit dem Gießen von geschmolzenem Metall in die Anodengussform sind mehrere Erfordernisse und Probleme verbunden. Bei dem Gießvorgang darf das geschmolzene Material nicht nach außerhalb des Hohlraums verspritzt werden, auch darf es nicht verschüttet und auch nicht bewegt werden, sodass die Schmelze bis zu den Rändern des Hohlraums ansteigt und sich als Randrippe verfestigt. Folglich muss die Oberfläche des in die Gussform gegossenen geschmolzenen Metalls ruhig bleiben, damit sich der Guss in der gewünschten Form verfestigt. Andererseits muss die für das Gießen verwendete Zeit für die Aufrechterhaltung der Produktionskapazität auf einem wirtschaftlich ertragreichen Level so kurz wie möglich sein.
Der Strom des geschmolzenen Metalls enthält eine Menge kinetischer Energie, die beim Gießen des Gussstücks auf den Boden der Gussform und auf die bereits in der Form enthaltene Schmelze gerichtet wird, was ein Verschütten und Verspritzen zur Folge hat. Daher ist es im Wesentlichen wichtig, dass die Gießhöhe der Schmelze so niedrig wie möglich ist. Andererseits stört die kinetische Energie der Schmelze auch das Wiegen des Gießtrogs. Zur Minimierung von Wiegefehlern, des Verschüttens und Verspritzens sind Versuche unternommen worden, den Gießschritt so gleichmäßig wie möglich zu machen.
Die Patentveröffentlichung US 5.967.219 beschreibt den Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall in eine Gussform, sodass Wiegefehler verringert werden und der Gießschritt ruhig ist. Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Erfindung beruht auf der Gestaltung des Bodens des Gießtrogs und auf einer gesteuerten Bewegungsbahn der Gießbewegung, die konform zu der Gestalt des Bodens des Gießtrogs ist. Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, muss die beschriebene Bewegung des Gießtrogs ruhig und langsam sein. Jedoch führt diese Art eines langsamen Gießens dazu, dass der Gießschritt zum Engpass des gesamten Verfahrens wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu überwinden und einen neuen Gießtrog und ein Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall zu einer seichten und flachen Gussform zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Zuführung des geschmolzenen Metalls in die Form so schnell wie möglich zu realisieren, sodass das geschmolzene Metall nicht über die Form ansteigt und dass die Oberfläche des in die Form gegossenen geschmolzenen Metalls so ruhig wie möglich bleibt.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem grundlegenden Prinzip, dass die Richtung und die Größe der kinetischen Energie der in den Gießtrog zu gießenden Schmelze durch die Gestalt des Gießtrogs beeinflusst sind. Daher wird das Gießen des Metalls in die Form mit einer Gießhöhe durchgeführt, die so niedrig wie möglich ist, um zu verhindern, dass das Metall eine hohe potenzielle Energie für das Aufsteigen über die Ränder der Gussform erreicht. Das Gießen wird auch so durchgeführt, dass die Strömung des geschmolzenen Metalls eine hohe horizontale Strömungsgeschwindigkeit in Hinblick auf die vertikale Strömungsgeschwindigkeit erreicht.
Das schnelle Gießen gemäß der Erfindung beruht auf einem großen Massenstrom zu Beginn des Gießschritts. Das bezogen auf das Gewicht genaue Gießen gemäß der Erfindung wird dadurch realisiert, dass der Massenstrom am Ende des Gießschritts verlangsamt wird. Gemäß der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Drosselung mittels eines Drosselelements, beispielsweise eines Drosselziegels durchgeführt, das im Gießtrog angeordnet ist; die Positionierung und die Gestaltung des Drosselelements sind solche, dass ein ungedrosselter Strom geschmolzenen Metalls zu Beginn des Gießschritts realisiert wird und dass ein gedrosselter Strom am Ende des Gießschritts eine genaue Zuführung in die Form gewährleistet. Das Drosselelement ermöglicht ein schnelles Neigen des Gießtrogs, ohne dass die Strömung des geschmolzenen Metalls ungesteuert wird.
Bei der Erfindung ist das Strömungsprofil des vom Gießtrog abgegebenen geschmolzenen Metalls im Wesentlichen entlang der gesamten Breite der Ano denform ausgebreitet. Die Strömung ist im Wesentlichen horizontal in Richtung zu der Wand der Gussform gerichtet, die dem Gießtrog, d. h. der hinteren Wand der Gussform, gegenüberliegt. Die horizontale kinetische Energie des Stroms wird zuerst blockiert, wenn die Schmelze auf den Boden der Gussform trifft, und dann, wenn die Schmelze mit der Druckwand zusammentrifft, die durch das bereits im Gießtrog vorhandene geschmolzene Metall gebildet ist. Die Ausbreitung des Strömungsprofils wird durch die Gestaltung der Auslassrinne des Gießtrogs, beispielsweise mittels eines Auslassrinnenziegels, realisiert.
Durch die Erfindung werden beachtenswerte Vorteile erreicht. Die Erfindung ermöglicht einen Gießvorgang, der schneller als dem Stand der Technik ist, und als Folge sind die Kapazität dar Gießmaschine und diejenigen des Gießtischs vergrößert. Die Anordnung gemäß der Erfindung verringert im Wesentlichen das Schwanken des geschmolzenen Metalls während des Füllens des Gießtrogs und vergrößert somit das brauchbare Gießvolumen. Infolge der Erfindung ist auch das Schwanken des geschmolzenen Metalls im Gießtrog vermindert. Die Tatsache, dass der Gießvorgang schneller gestaltet wird, beruht auch auf der Tatsache, dass der Beginn und das Ende des Wiegens des Gießtrogs schneller durchgeführt werden können, ohne darauf zu warten, dass die Bewegungen des geschmolzenen Metalls enden, und auf der Tatsache, dass das Gießen mit maximaler Gießgeschwindigkeit ohne gefährliches Verschütten und Verspritzen als Folge begonnen werden kann. Durch die Erfindung ist auch der Verschleiß der Gussform herabgesetzt, und ist auch die Notwendigkeit für ein in der Form ausgebreitetes Beschichtungsmittel herabgesetzt.
Ein Gießtrog gemäß der Erfindung weist einen Boden, eine Auslassrinne, Seitenwände und eine der Auslassrinne gegenüberliegende Rückwand auf, und der Gießtrog ist mit einer Neigungseinrichtung ausgestaltet, an der mindestens ein Gewichtssensor zur Überwachung des Gewichts des Gießtrogs angebracht ist. Der Auslassrinnenrand besitzt im Wesentlichen die gleiche Breite wie der Gussformhohlraum, und die Auslassrinne besitzt Seitenwände im Wesentlichen parallel zum Strom der Schmelze und eine gebogene, nach unten gerichtete Gießfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist gegen den Boden und die Seitenwände des Gießtrogs, zwischen der Auslassrinne und der Rückwand, ein Drosselelement zur Verlangsamung des Massenstroms des geschmolzenen Metalls angebracht, der von dem Raum zwischen der Rückwand und dem Drosselelement in Richtung zu der Auslassrinne hin gerichtet ist.
Der Rahmen des Gießtrogs gemäß der Erfindung kann beispielsweise aus Stahl hergestellt sein, in welchem Fall die Auskleidung des Trogs aus feuerfestem Mauer- bzw. Ziegelwerk oder irgendeinem anderen entsprechenden Mittel hergestellt ist.
Das Drosselelement eines Gießtrogs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist so gestaltet, dass dann, wenn es zwischen den Seitenwänden des Trogs angebracht ist, zwischen dem Gießtrogboden und dem Drosselelement eine Öffnung gewünschter Größe, unabhängig von den Kenntnissen eines Fachmanns, belassen ist. Das Drosselelement ist derart angeordnet, dass in einer Gießsituation die Öffnung vollständig unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Metalls liegt. Das Drosselelement kann ein Drosselziegel sein, und vorzugsweise ist es eine plattenförmige Struktur, die in einer rechtwinkligen Stellung zur Strömungsrichtung des geschmolzenen Metalls und in einer im Wesentlichen vertikalen Stellung in Hinblick auf den Boden des Gießtrogs angeordnet ist. In vorteilhafter Weise ist das Drosselelement am unteren Rand verzahnt gestaltet, sodass die Öffnung durch die Verzahnungsaussparungen des Drosselelements und den Boden des Gießtrogs gebildet ist. Die Verzahnungsstege können sich bis zum Boden des Gießtrogs erstrecken. Der Drosselziegel kann hergestellt sein, indem er permanent im Gießtrog mittels einer geeigneten Form gegossen wird, durch ein Ziegel- oder Mauerwerk gebildet sein oder durch Befestigen eines geeigneten Elements am Gießtrog gebildet sein. Die verwendeten Befestigungsmittel können beispielsweise Stahlkeile sein.
In einem Gießtrog gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Drosselelement in vorteilhafter Weise zwischen der Auslassrinne und der Rückwand so angeordnet, dass 40 bis 90% der Menge des Metalls des zu gießenden Ge genstands in dem Raum des Gießtrogs, der durch das Drosselelement und die Auslassrinne begrenzt ist, zugeführt werden können.
Das Gewicht des Gießtrogs gemäß der Erfindung wird mittels eines oder mehrerer Gewichtssensoren gemessen, die in Verbindung der Trogkippeinrichtung angebracht sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kippen des Gießtrogs mittels der Einrichtung durchgeführt werden, die in der Patentveröffentlichung US 5.967.219 vorgeschlagen ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Kippen des Gießtrogs mittels einer Einrichtung durchgeführt werden, bei der der vordere Teil des Gießtrogs von unten gegen eine ortsfeste Stütze abgestützt ist, sodass sich der Gießtrog, wenn er gekippt wird, in Hinblick auf die Stütze dreht, und das hintere Ende des Gießtrogs mittels einer Hebeeinrichtung, beispielsweise mittels eines hydraulischen Zylinders, angehoben wird. Das Kippen des Gießtrogs kann auch mittels irgendeiner anderen geeigneten Einrichtung durchgeführt werden.
Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung wird der Strom des geschmolzenen Metalls, der sich vom Gießtrog aus zur Gussform vorwärts bewegt, auf die gewünschte Gestalt mittels der Gießtrogauslassrinne eingestellt. Die Auslassrinne weist eine gebogene Gießfläche auf, die vom Gießtrogboden aus nach unten gerichtet ist. Die Gießfläche ist durch den Gießrand der Auslassrinne und den Boden des Gießtrogs oder durch ein Element der Auslassrinne gebildet, das parallel zum Boden des Gießtrogs verläuft. Die vorteilhafte Gestaltung der Auslassrinne gemäß der Erfindung wird durch alle Auslassrinnenformen realisiert, die von demjenigen Element des Gießtrogs aus vorstehen, das parallel zum Boden des Gießtrogs verläuft und den Strom des geschmolzenen Metalls sogar entlang der Breite der Gussform am Aufgießpunkt teilt. Bei Betrachtung von oben ist der Gießrand der Auslassrinne gebogen, parabolisch oder mit einem variablen Radius gestaltet. Bei Betrachtung von oben bildet der Gießrand insbesondere in vorteilhafter Weise einen Teil des Umfangs eines Kreises. Die Gießfläche erweitert sich in Richtung zum Gießrand. Die Gießfläche ist durch im Wesentlichen geradlinige Linien gebildet, die vom Gießrand zum Boden des Gießtrogs gezogen werden. Der Winkel der Gießfläche gegenüber dem Boden des Gießtrogs kann innerhalb des Bereichs von 12 bis 55 Grad variieren. In vorteilhafter Weise ist die Gießfläche ein konischer Abschnitt. Die Breite des Gießrandes ist proportional zur Breite des Gussformhohlraums, sodass die Breite des Gießrandes der Breite des Gussformhohlraums angenähert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auslassrinne ein Auslassrinnenziegel, der separat hergestellt werden kann. Der Auslassrinnenziegel gemäß der Erfindung kann beispielsweise durch Gießen in einer Form hergestellt werden. Das Material ist irgendein feuerfestes Material, beispielsweise Ziegel- oder Mauerwerk oder Gusseisen.
Der gemäß der Erfindung gestaltete Auslassrinnenziegel kann in vielen Gießtrögen mit unterschiedlichen Gestaltungen angebracht werden, sodass die gewünschten Ziele erreicht werden können, d. h. eine vorteilhafte Gestaltung des Stroms des geschmolzenen Metalls, eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit und eine gewünschte Richtung der Strömung zur Gussform.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung wird das geschmolzene Metall der Metallanoden in einen flachen Gießtrog gegossen, wird das Metall von dem Gießtrog aus in die Gussform gegossen, wird die Massenstromgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls vom Gießtrog aus zur Gussform hin zur Erzielung einer gleichmäßigen Gießoberfläche gesteuert, und wird mittels eines oder mehrerer Gewichtssensoren, die an der Kippeinrichtung des Gießtrogs angeordnet sind, das Gewicht des gegossenen Gegenstands gesteuert. Die Massenstromgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls vom Gießtrog aus zur Gussform hin ist bei Beginn des Gießvorgangs, wenn mindestens 40%, vorzugsweise 70 bis 80% des Gießmetalls in die Gussform gegossen werden, höher. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Endstadium des Gießvorgangs die Massenstromgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls vom Gießtrog aus zur Gussform hin mittels eines Drosselelements, das im Gießtrog installiert ist, gesteuert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zu Beginn des Gießvorgangs die Massenstromgeschwindigkeit durch die Bewegungsbahn des Gießtrogs gesteuert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Endstadium des Gießvorgangs die Massenstromgeschwindigkeit sowohl durch die Bewegungsbahn des Gießtrogs als auch das Drosselelement des Gießtrogs gesteuert.
1a und 1b zeigen Gießtröge gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
2a ist bei Betrachtung von der Seite eine Darstellung eines Gießtrogs und einer Gussform gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, gesehen aus der Richtung der Gussform.
2b ist bei Ansicht von oben eine Darstellung des Gießtrogs und der Gussform von 2a.
3a und 3b zeigen den Gießtrog und die Gussform gemäß 2a bei Betrachtung entlang der Schnitts A-A. 3a und 3b zeigen, auch, wie das geschmolzene Metall in den Gießtrog verbracht und in die Gussform gegossen wird.
4a ist bei Ansicht von oben eine Darstellung eines Auslassrinnenziegels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 4b ist bei Betrachtung von der Seite eine Darstellung des Auslassrinnenziegels von 4a.
5a und 5b zeigen einen Drosselziegel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der Gießtrog gemäß 1a weist einen gebogenen Boden 16, Seitenwände 14 und eine Rückwand 13 auf. Der Drosselziegel 12 ist zwischen der Auslassrinne, in diesem Fall dem Auslassrinnenziegel 15, und der Rückwand 13 angeordnet. Der Drosselziegel 12 teilt den durch den Boden und Wände gebildeten Raum in einen Vorderteil 11 des Gießtrogs und ein rückwärtiges Ende 10 des Gießtrogs auf. Die am unteren Rand des Drosselziegels 12 hergestellten Aussparungen und der Boden 16 des Gießtrogs bilden Schlitze 19, durch die hindurch das geschmolzene Metall vom rückwärtigen Ende 10 zum Vorderteil 11 strömt. Die Höhe des Drosselelements ist in vorteilhafter Weise so gewählt, dass sie sich vom Boden des Gießtrogs aus zu mindestens der Höhe der Oberfläche der Schmelze erstreckt, wenn sich der Gießtrog in der Füllstellung befindet. Bei der Zuführung von geschmolzenem Metall in den Gießtrog wird das Metall zwischen dem Vorderteil 11 des Gießtrogs und dem rückwärtiges Ende 10 aufgeteilt. In vorteilhafter Weise wird das geschmolzene Metall in den Raum 10 eingeführt. Der Auslassrinnenziegel 15 weist vertikale Seitenwände 17 und eine Gießfläche 9 auf. Die Gießfläche 9 ist nach unten gebogen und erweitert sich in Richtung zum Auslassrinnenrand 18 hin. Bei Betrachtung von oben ist der Auslassrinnenrand 18 gebogen, und die Gießfläche 9 ist ein konischer Abschnitt. Das Volumen des rückwärtigen Endes 10 des Gießtrogs gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ist größer als das Volumen des Vorderteils 11, weil der Gießtrog am Auslassrinnenziegel 12 in Richtung zu Rückwand 13 hin erweitert ist. Diese Anordnung macht es möglich, dass eine bedeutend größere Menge geschmolzenen Metalls hinter dem Auslassrinnenziegel in den Raum 10 zugeführt werden kann als in den Raum 11.
1b zeigt einen Gießtrog gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, der mit einem gebogenen Boden 16, Seitenwänden 14 und einer Rückwand 13 ausgestattet ist. Der Auslassrinnenziegel 15 weist vertikale Seitenwände 17 und eine Gießfläche 9 auf. Die Gießfläche 9 ist nach unten gebogen und in Richtung zu dem Auslassrinnenrand 18 hin erweitert. Bei Betrachtung von oben ist der Auslassrinnenrand 18 gebogen, und die Gießfläche 9 ist ein konischer Abschnitt.
Bei den Gießtrögen gemäß 1a und 1b ist die Auskleidung aus einem feuerfesten Ziegel- bzw. Mauerwerk hergestellt, und ist der Rahmen aus Stahl hergestellt.
2a und 2b zeigen einen Gießtrog 30 und vor diesem eine Gussform für eine Kupferanode 24. Die Gussform 24 weist einen nach Art einer Anode gestalteten Hohlraum 31 auf. Bei der Ausführungsform gemäß 2 verlaufen die Seitenwände 27 des Trogs parallel und auf einer geraden Linie bis zum Auslassrinnenziegel 25 der Rückwand 23, in welchem Fall der Boden 26 des Gießtrogs bei Betrachtung von oben im Wesentlichen rechteckig ist. Der Drosselziegel 22 ist unter einem rechten Winkel zu den Seitenwänden 27 angeordnet und erstreckt sich von einer Seitenwand zu anderen Seitenwand. Der untere Rand des Drosselziegels 22 ist mit zwei Aussparungen ausgestattet, die zwischen dem Boden 26 und dem Drosselziegel 22 belassene Schlitze bilden, durch welche Schlitze hindurch das geschmolzene Metall vom Raum 20 aus zum Raum 21 hin strömt. Gegen die Seitenwände 27 sind drei Paare von nach oben gerichteten Stützträgern 39 zur Anbringung des Drosselziegels 22 in der gewünschten Stellung zwischen der Rückwand 23 und dem Auslassrinnenziegel 25 angeordnet. Sofern notwendig kann die Anordnungsposition des Drosselziegels auf Punkte eingestellt werden, die durch die drei Paare der Stützträger definiert sind. Der Drosselziegel 22 ist in seiner Lage durch zwei Keile 61 und Befestigungselemente 62 abgestützt. Pfeile 28 zeigen die Richtung des Stroms des geschmolzenen Metalls sowie Turbulenzen, wenn das Metall aus den Gießtrog 30 ausströmt und sich in dem Hohlraum 31 der Gussform 24 verfestigt.
3a, 3b und 3c zeigen die Ausführungsform der Erfindung, die in 2a und 2b erkennbar ist, bei Betrachtung entlang der Schnittlinie A-A. In 3a befindet sich der Gießtrog 30 in der Füllstellung, gefüllt mit geschmolzenem Metall 32. In 3b ist der Gießtrog 30 zum Gießen geneigt, und strömt das geschmolzene Metall 32 vom Gießtrog 30 aus zur Gussform 24 hin. In 3c ist der Gießtrog 30 nach dem Gießen zur Füllstellung zurück bewegt. Der Boden 26 des Gießtrogs ist gebogen, sodass die Höhe h_m des geschmolzenen Metalls mit Bezug auf die Länge des Gießtrogs niedrig bleibt, wenn diese von der Rückwand 23 aus zum Auslassrinnenziegel 25 hin gemessen wird.
Der Auslassrinnenziegel 40 gemäß 4 ist im Gießtrog angebracht. Der Auslassrinnenziegel kann beispielsweise durch Gießen von feuerfestem Material separat hergestellt sein. Der Auslassrinnenziegel weist eine Gießfläche 49 und ein Bodenelement 41 auf, das parallel zum Gießtrogboden verläuft. Die Gießfläche 49 des Auslassrinnenziegels ist vom Gießtrogboden aus nach unten gebogen und ist ein konischer Abschnitt. Der Auslassrinnenziegel weist im Wesentlichen vertikale Seitenwände 42, 43 auf. An der Gießfläche sind die Seitenwände 43 in Richtung zum Gießflächenrand 45 hin niedriger ausgebildet. Der Eckenradius des Randes zwischen den Flächen 41 und 49 misst vorzugsweise 0,5 bis 800 mm.
4a und 4b zeigen einen Auslassrinnenziegel gemäß 4 in Arbeitsstellung, wenn er vor der Gussform 44 und oberhalb derselben eingebaut ist. Die Gießfläche 49 des Auslassrinnenziegels ist in Richtung zum Gießrand 45 hin erweitert. Der Krümmungsradius r des Gießrandes ist proportional zur Breite A des Gussformhohlraums, und die Länge des Krümmungsradius r ist in vorteilhafter Weise 0,2 bis 6-mal größer als A. Die Länge B der Gießfläche hängt von der gewählten Höhe E des Ziegels im Verhältnis zur Gussform und dem Winkel Epsilon (ε) der Kegelfläche in Bezug auf die Richtung des Bodenelements 41 des Auslassrinnenziegels ab. Die Größe des Winkels Epsilon (ε) liegt in vorteilhafter Weise im Bereich von 12 bis 55 Grad. Die Breite C des Auslassrinnenziegels misst in vorteilhafter Weise das 0,3 bis 0,95-fache der Breite A des Gussformhohlraums. Das Maß D der Auslassrinnenziegelfläche 41 ist so gewählt, dass der Auslassrinnenziegel mit dem übrigen Teil der Gestaltung des Gießtrogs in geeigneter Weise integriert ist bzw. zusammenpasst. Die Arbeitsweise des Auslassrinnenziegels wird in vorteilhafter Weise durch Minimierung der Gießhöhe F beeinflusst. Die Gießhöhe kann beispielsweise innerhalb des Bereichs von 70 bis 400 mm, vorzugsweise 130 bis 200 mm, liegen. Die Breite K des Gießrandes 45 misst in vorteilhafter Weise das 0,5 bis 0,98-fache der Breite A des Gussformhohlraums, in vorteilhafter Weise das 0,6 bis 0,7-fache der Breite A des Gussformhohlraums.
Der in 5a und 5b dargestellte Drosselziegel 50 ist mit einer durch drei Aussparungen 51, 52, 53 gebildeten Verzahnung ausgestattet. Die Höhe des Drosselziegels erstreckt sich mindestens vom Boden des Gießtrogs aus zur Höhe des oberen Randes der Seitenwände hin. Beim Gießen von Kupfer misst die Höhe h_i der Aussparungen vorzugsweise 10 bis 100 mm. Die Gesamtfläche der Aussparungen liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1.500 bis 17.000 mm². Bei der praktischen Arbeit kann die Gesamtfläche der Aussparungen leicht vergrößert werden, indem einfach einige Zähne des Ziegels abgebrochen werden. Folglich ist es für die Auffinden einer geeigneten Aussparungsfläche vorteilhaft, das Gießen mit einem Drosselziegel zu beginnen, der mit mehreren Zähnen ausgestattet ist. Unter dem Gesichtspunkt des Gießens eines Gussstücks gemäß der Erfindung sind die wesentlichen Faktoren die Höhe und die Gesamtfläche der Aussparung oder Aussparungen am Drosselziegel. Die Summe der Breiten I1 + I2 + I3 der Aussparungen misst vorzugsweise das 0,05- bis 0,9-fache der Ziegelbreite It. Die Dicke dt des Ziegels kann kleiner als 5 mm oder größer als 100 mm sein, liegt in vorteilhafter Weise zwischen 5 und 100 mm.
Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen beschränkt sind, sondern innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche verändert werden können.
Zusammenfassung
Die Erfindung besteht in einem Gießtrog und einem Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall in eine Gussform. Infolge der Gestaltung und der Bewegungsbahn des Gießtrogs ist ein gleichmäßiges und schnelles Gießen von dem Gießtrog aus in die Gussform erreicht. Die Auslassrinne des Gießtrogs weist einen gebogenen Gießrand und eine nach unten gerichtete gebogene Gießfläche auf. Die Massenstromgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls wird mittels eines Drosselelements geregelt, das im Gießtrog angebracht ist. Die Richtung und die Größe der kinetischen Energie des geschmolzenen Metalls werden durch die Gestaltung der Auslassrinne des Gießtrogs und durch eine in geeigneter Weise gewählte Bewegungsbahn der Gießbewegung beeinflusst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5967219 [0009, 0020]

Claims

Gießtrog zum Gießen von Metall in eine Gussform, wobei der Gießtrog einen Boden, einer Auslassrinne, Seitenwände und eine der Auslassrinne gegenüberliegende Rückwand aufweist, der Gießtrog eine Gießeinrichtung aufweist, die mit mindestens einem Gewichtssensor zur genauen Zuführung des Metalls in die Gussform ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassrinne eine Gießfläche, die in Richtung zu dem Gießrand der Auslassrinne hin erweitert und in Hinblick auf die Richtung des Gießtrogboden nach unten gerichtet ist, und Seitenwände aufweist, die im Wesentlichen parallel zu dem Strom der Schmelze verlaufen.
Gießtrog nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegen den Boden und die Seitenwände des Gießtrogs zwischen der Auslassrinne und der Rückwand ein Drosselelement zur Verlangsamung des Massenstrom des geschmolzenen Metalls von dem Raum zwischen der Rückwand und dem Drosselelement aus in Richtung zu der Auslassrinne hin angebracht ist.
Gießtrog nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (12, 22) zwischen der Auslassrinne (15, 25) und der Rückwand (13, 23) des Gießtrogs angeordnet ist, sodass in den Raum (11, 21) des Gießtrogs zwischen dem Drosselelement (12, 22) und der Auslassrinne (15, 25) 40 bis 90% des in die Gussform zu gießenden Metalls zugeführt werden kann.
Gießtrog nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (12, 22) so angebracht ist, dass in einer Gießsituation eine oder mehrere Öffnungen (19, 51, 52, 53), die durch das Drosselelement (12, 22) gebildet sind, vollständig unterhalb der Oberfläche des geschmolzenen Metalls liegt bzw. liegen.
Gießtrog nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (12, 22) eine plattenförmige Struktur ist, die unter einem rechten Winkel zu der Strömungsrichtung des geschmolzenen Metalls und in einer im Wesentlichen vertikalen Stellung in Hinblick auf den Gießtrogboden (16, 26) angeordnet ist.
Gießtrog nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (12, 22) am unteren Rand verzahnt ist, in welchem Fall die Öffnung durch die Verzahnungsaussparungen des Drosselelements und den Boden des Gießtrogs gebildet ist.
Gießtrog nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Drosselelementaussparungen (19, 51, 52, 53) 10 bis 100 mm misst.
Gießtrog nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche der Drosselelementaussparungen (19, 51, 52, 53) im Bereich von 1.500 bis 17.000 mm² liegt.
Gießtrog nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der der Drosselelementaussparungen (19, 51, 52, 53) das 0,05- bis 0,9-fache der Drosselelementbreite misst.
Gießtrog nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Drosselelements so gewählt ist, dass sie sich vom Gießtrogboden aus zu mindestens der Höhe der Oberfläche der Schmelze erstreckt, wenn sich der Gießtrog in der Füllstellung befindet.
Gießtrog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrachtung von oben der Rand (18, 45) gebogen, parabolisch oder mit einem variablen Radius, in vorteilhafter Weise als Teil des Umfangs eines Kreises, ausgebildet ist.
Gießtrog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießfläche (9, 29, 49) der Auslassrinne durch im Wesentlichen gerade Linien definiert ist, die vom Gießrand aus zum Gießtrogboden hin gezogen sind, und dass der Winkel der Gießfläche mit Bezug auf den Gießtrogboden innerhalb des Bereichs von 12 bis 55 Grad variiert.
Gießtrog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießfläche ein konischer Abschnitt ist.
Gießtrog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (K) des Gießrandes (45) in vorteilhafter Weise das 0,5- bis 0,98-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums, vorzugsweise das 0,6-bis 0,7-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums, misst.
Gießtrog nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassrinne durch einen Auslassrinnenziegel (40) gebildet ist, der separat hergestellt und im Gießtrog angebracht sein kann.
Gießtrog nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassrinnenziegel (40) aus einem feuerfesten Material, beispielsweise Ziegel- oder Mauerwerk oder Gusseisen durch Gießen in einer Form hergestellt ist.
Gießtrog nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassrinnenziegel (40) ein Bodenelement (41), das parallel zum Gießtrogboden anzuordnen ist, eine Gießfläche (49), die vom Bodenelement (41) aus nach unten gebogen und in Richtung zum Gießrand (45) hin erweitert ist, und Seitenwände (42, 43) aufweist, die im Wesentlichen mit Bezug auf das Bodenelement (41) vertikal verlaufen.
Gießtrog nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießrand (45) einen Krümmungsradius (r) aufweist, der zur Breite (A) des Gussformhohlraums proportional ist, sodass der Krümmungsradius (r) in vorteilhafter Weise das 0,2- bis 6-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums misst.
Gießtrog nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung (Epsilon) der Gießfläche (49) 12 bis 55 Grad in Hinblick auf das Bodenelement des Auslassrinnenziegels misst.
Gießtrog nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die schmalste Breite (C) des Auslassrinnenziegel (40) das 0,3- bis 0,8-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums misst.
Verfahren zum Gießen von Metallanoden, bei dem geschmolzenes Metall in einen flachen Gießtrog gegossen wird, das Metall von dem Gießtrog aus in eine Gussform gegossen wird; die Massenstromgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls von dem Gießtrog aus zu der Gussform hin gesteuert wird, um eine gleichmäßige Gießfläche zu erreichen, und das Gewicht des gegossenen Gegenstands mittels eines oder mehrerer Gewichtssensoren gesteuert wird, die in Verbindung mit dem Gießtrog angeordnet sind, dadurch gekennzeichneten, dass die Massenstromgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls von dem Gießtrog aus zu der Gussform hin zu Beginn des Gießschritts, wenn mindestens 40%, vorzugsweise 70 bis 80% des in die Gussform zu gießenden Metalls gegossen wird, höher ist und die Massenstromgeschwindigkeit des gegossenen Metalls von dem Gießtrog aus zu der Gussform hin am Ende des Gießschritts mittels eines Drosselelements, das in Gießtrog angebracht ist, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, das zu Beginn des Gießschritts die Massenstromgeschwindigkeit mittels der Bewegungsbahn des Gießtrogs gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Gießschritts die Massenstromgeschwindigkeit sowohl durch die Bewegungsbahn des Gießtrogs als auch durch das Drosselelement des Gießtrogs gesteuert wird.
Auslassrinnenziegel (49), der in einer Metallgussform anzubringen ist, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Gießfläche (49), die von dem Gussformbodenelement aus nach unten gebogen und in Richtung zu dem Gießrand (45) hin erweitert ist und Seitenwände (42, 43) aufweist, die im Wesentlichen in Hinblick auf das Bodenelement vertikal verlaufen.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießrand (45) einen Krümmungsradius (r) aufweist, der zur Breite (A) des Gussformhohlraums proportional ist, sodass der Krümmungsradius (r) das vorzugsweise das 0,2- bis 6-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums misst.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung (Epsilon) der Gießfläche (49) in Hinblick auf das Bodenelement (41) des Auslassrinnenziegels 12 bis 55 Grad misst.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die schmalste Breite (C) des Auslassrinnenziegels (40) das 0,3- bis 0,95-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums misst.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrachtung von oben der Auslassrinnenrand (18, 45) gebogen, vorzugsweise parabolisch oder mit einem variablen Radius ausgebildet ist.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrachtung von oben der Rand (18, 45) der Auslassrinne Teil des Umfangs eines Kreises bildet.
Gießtrog nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, die Gießfläche (9, 29, 49) der Auslassrinne durch im Wesentlichen gerade Linien definiert ist, die vom Gießrand aus zum Gießtrogboden hin gezogen sind, und der Winkel der Gießfläche in Hinblick auf den Gießtrogboden innerhalb des Bereichs von 12 bis 55 Grad variiert.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießfläche (9, 29, 49) der Auslassrinne ein konischer Abschnitt ist.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassrinne durch einen Auslassrinnenziegel (40) gebildet ist, der separat hergestellt und in einem Gießtrog angeordnet sein kann.
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassrinnenziegel (40) aus einem feuerfesten Material, beispielsweise Ziegel- bzw. Mauerwerk oder Gusseisen durch Gießen in einer Form hergestellt ist
Auslassrinnenziegel nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (K) des Gießrandes (45) in vorteilhafter Weise das 0,5- bis 0,98-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums, vorzugsweise das 0,6- bis 0,7-fache der Breite (A) des Gussformhohlraums, misst.