DE1136452B - Schmelzofen zum intermittierenden Abgeben geschmolzenen Metalls und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzofen zum intermittierenden Abgeben geschmolzenen Metalls und ein Verfahren zum Betreiben desselben, wobei es insonderheit auf die Abgabe genauer Mengen des geschmolzenen Metalls ankommt.

Bei der Massenherstellung von Gußstücken ist es nämlich erforderlich, laufend genaue Mengen geschmolzenen Metalls frei von jeglicher Schlacke oder von Oxyden in der richtigen Temperatur in schneller Folge den Gußformen zuzuführen. Da alle Gußstücke das gleiche Volumen und Gewicht haben, muß die abgegebene Metallmenge bei jeder Abgabe gleich sein.

Dies wird auch mit den bisher bekannten Geräten bereits, wenigstens teilweise, erreicht. So ist z. B. eine Abwandlung des sogenannten »Gänsehalses« bekannt, der bei Druckgußmaschinen verwendet wird. Diese bekannte Vorrichtung arbeitet in solcher Weise, daß deren Düse mit der Form der Druckgußmaschine in Verbindung gebracht wird. Wenn dann Druck auf das flüssige Metall gegeben wird, wird dieses mit außerordentlich hohem Druck in die Form eingespritzt. Das hat zur Folge, daß das Metall in Gestalt eines sehr kräftigen Strahles mit hohem Druck in die Form eingeführt wird, es findet also kein spritzfreier Fluß aus der Düse heraus statt. Die Menge des in die Form abgegebenen Metalls wird durch die Form selbst und nicht etwa durch die Größe des Druckes oder die Zeit der Druckanwendung begrenzt. Entsprechend den in der ganzen Vorrichtung auftretenden hohen Drücken ist es notwendig, die Verbindung zwischen den beiden Metallbehältern des Ofens während des Austrittes des Metalls aus dem einen Behälter zu unterbrechen, wozu ein Ventil vorgesehen ist, das die Öffnung zwischen den beiden Ofenkammern während dieser Zeit schließt. Eine ventillose Verbindung wäre auf Grund der gegebenen hohen Drücke während des Metallspritzvorganges bei der bekannten Vorrichtung unmöglich.

Des weiteren treten Schwierigkeiten auf, wenn über längere Zeiträume hinweg kontinuierlich ohne jede Unterbrechung Gußformen beschickt werden sollen, wenn also der Betrieb über einen längeren Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden soll.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Ofen unabhängig von der laufenden Abgabe beschicken zu können, wobei die Abgabe des Metalls mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgen soll, von welcher wiederum die Beschickungsart und die Beschickungsgeschwindigkeit unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Schmelzofen zum intermittierenden Abgeben ge-

Schmelzofen zum intermittierenden

Abgeben geschmolzenen Metalls
und Verfahren zum Betreiben desselben

Anmelder:

Ajax Engineering Corporation,
Trenton, N.J. (V.St.A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Stoepel, Patentanwalt,
Landau (Pfalz), Am Schützenhof

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1955 (Nr. 505 098)

Mario Tama, Morrisville, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

schmolzenen Metalls in einem freien, ruhigen, parabolischen Fluß, der aus einer Gießkammer und einer daneben angeordneten, getrennten, jedoch mit dieser in Verbindung stehenden Schmelzkammer besteht, wobei der Spiegel des geschmolzenen Metalls in der Gießkammer durch ein unter Druck stehendes Gas intermittierend beaufschlagt wird, um aus der Gießkammer eine wahlweise veränderliche und vorher bestimmbare Menge Metall abzugeben, wobei das abzugebende Metall in einem Winkel zur Senkrechten aus der Gießkammer nach oben geführt wird, erfindungsgemäß in der Trennwand zwischen der Schmelzkammer und der seitlich neben ihr liegenden Gießkammer unter dem Spiegel des Metallbades eine ventillose Öffnung vorgesehen ist, die derart dimensioniert ist, daß sie genügend groß ist, um einer entsprechenden Menge flüssigen Metalls während der Gießpausen den Durchtritt von der Schmelzkammer zur Gießkammer zu erlauben, aber genügend klein ist, um zu verhindern, daß während der Gießphasen mehr als eine nur geringfügige Menge Metall in die Schmelzkammer zurückgedrückt wird.

Bei diesem Schmelzofen kann vorzugsweise der Einlaß des Abgabe- bzw. Ausflußrohres der Gießkammer unterhalb des Metallspiegels in der Gießkammer angeordnet sein.

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Weiterhin kann bei diesem Schmelzofen der Einlaß des Abgaberohres tiefer als die Öffnung in der Trennwand zwischen Schmelz- und Gießkammer angeordnet sein.

Des weiteren ist bei diesem Schmelzofen der Einlaß des Abgaberohres gegenüber dem übrigen Durchmesser desselben verengt ausgebildet.

Schließlich ist eine Anordnung zur Steuerung der Größe und/oder Dauer des jeweiligen ausgeübten Druckes in der Gießkammer in Abhängigkeit von der Höhe des Metallspiegels in derselben vorgesehen.

Die Erfindung sieht zum Betreiben des Schmelzofens ein Verfahren vor, durch welches die Schmelzkammer kontinuierlich beschickt wird.

Nach diesem Verfahren kann die Menge des bei jeder Abgabe abzugebenden flüssigen Metalls gesteuert werden, indem das Verhältnis zwischen dem zur Wirkung gelangenden Druck und der Dauer der Druckzeit in Abhängigkeit von der Lage des Metallspiegels in der Gießkammer zwischen aufeinanderfolgenden Abgaben flüssigen Metalls verändert wird.

Weitere Merkmale der Erfindung und der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach der Erfindung ohne Deckel;

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt Diagramme von Versuchsergebnissen unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel ist ein Schmelzofen 11 mit zwei Kammern bzw. Gefäßen oder Behältern gezeigt, nämlich einer Beschickungskammer 12 und einer Gieß- oder Abgabekammer 13. Jede der Kammern 12 und 13 hat eine getrennte Heizvorrichtung, wie etwa eine elektromagnetische Induktionsheizung 14 für die Beschickungskammer 12 und eine elektromagnetische Induktionsheizung 16 für die Gießkammer 13. Zwischen den Kammern 12 und 13 befindet sich eine Trennwandung 17 aus vorgefertigten und vorgebrannten feuerfesten Teilen, die die Kammern voneinander trennt, so daß jede Kammer auf einer Seite der Trennwandung 17 liegt. Die beiden Kammern können als ein einziger Behälter mit zwei Teilen des Metallbades 18 angesehen werden, die durch die Trennwandung 17 voneinander getrennt sind.

Die Trennwandung 17 hat eine Öffnung 19, die die Kammern 12 und 13 verbindet. Die Öffnung 19 liegt unterhalb des Tiefstspiegels 21 des Metalls innerhalb der Beschickungskammer 12 und auch unterhalb des Tiefstspiegels 22 der Gießkammer 13, so daß sie immer in dem Metallbad eingetaucht liegt. Die Öffnung 19 hat an ihrer engsten Stelle etwa einen Durchmesser von 15 bis 35 mm und erweitert sich von der engsten Stelle konisch nach außen auf die Kammern 12 und 13 zu. Diese Erweiterungen dienen dazu, das Hartwerden des mit der Öffnung 19 in Berührung stehenden Metalls zu verhindern.

Das Abgabemundstück 23 ist an einer Seitenwandung 24 der Gießkammer 13 angeordnet. Es umgibt ein Rohr 26, das an seinem unteren Ende einen Einlaß 27 und an seinem oberen Ende einen Auslaß 28 hat. Der Einlaß 27 liegt unter dem Tiefstspiegel 22 des Metalls in der Gießkammer 13, so daß es bei allen Höhen des Metallspiegels in der Gießkammer 13 im Metallbad eingetaucht ist. Vorzugsweise ist der Einlaß 27, wie in Fig. 2 gezeigt, tiefer als die Öffnung 19 angeordnet.

Der Einlaß 27 kann einen Durchmesser von ungefähr 15 mm haben, während der Rest des Rohres 26 einen beträchtlich größeren Durchmesser hat und zylindrisch und vorzugsweise über die ganze Länge des Rohres zwischen dem Einlaß 27 und dem Auslaß 28 mit gleichem Durchmesser ausgebildet ist. Der Durchmesser des Restes des Rohres 26 kann beispielsweise etwa 35 mm betragen. Der Einlaß 27 bildet so eine Verengung des Rohres innerhalb des Metallbades. Dadurch wird ein ruhiger und spritzfreier parabolischer Abgabefluß des Metalls aus dem Auslaß 28 des Mundstückes 23 erreicht, wenn innerhalb der Gießkammer das Metallbad unter Druck gesetzt wird.

Ein Verschluß, wie etwa ein Deckel 29, ist auf die Gießkammer 13 aufgesetzt, ein Deckel 31 liegt auch auf der Beschickungskammer 12. Eine Metallbeschickungsvorrichtung 32 kann vorgesehen werden, um die Beschickungskammer 12 mit frischem Metall zu beschicken.

An der Gießkammer 13 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gasdruck auf den Spiegel des Metallbades in der Gießkammer 13 vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht beispielsweise aus einer Druckluftleitung 33 mit Magnetventilen 34 und 36 zur Regelung des Druckes der Luft oder eines anderen Gases, das durch ein Rohr 37 in den Schmelzofen bzw. den Raum 38 über dem Metallspiegel und unter dem Deckel 29 in die Gießkammer 13 eingeführt wird. Die Ventile 34 und 36 können so geschaltet sein, daß eines von ihnen offen ist, wenn das andere geschlossen ist. Das Ventil 36 kann durch ein Rohr 39 mit der freien Luft verbunden sein. Eine Kontrollvorrichtung 41 kann vorgesehen sein, die entweder die Länge der Druckgaszufuhr zum Raum 38 zu ändern gestattet oder die die Höhe des Druckes oder beide Faktoren gleichzeitig in Abhängigkeit von der augenblicklichen Lage des Metallspiegels in der Gießkammer 13 verändert.

Eine Steuerung in Abhängigkeit von der Höhe des Metallspiegels kann in verschiedener Art und Weise durchgeführt werden, indem die Spiegelhöhe festgestellt und die Kontrollvorrichtung für die darauffolgende Aufgabe eingestellt wird. Die Höhe des Metallspiegels kann dabei entweder elektrisch, optisch oder mechanisch oder in irgendeiner anderen Weise festgestellt werden..

Der Deckel 29 ist luftdicht auf die Gießkammer 13 aufgepaßt, so daß bei Einwirkung von Druckluft auf den Raum 38 keine Luft nach außen austreten kann. Der Deckel 31 für die Beschickungskammer kann dagegen mit Öffnungen 42 versehen sein.

Wird der Raum 38 in der Gießkammer 13 durch das Rohr 37 unter Druck gesetzt, so wird Metall aus der Gießkammer 13 durch das Rohr 23 abgegeben. Dieses Metall fließt in einem ruhigen parabolischen Strom 43 in eine Form 44, die unter den Auslaß des Abgabemundstückes 23 gestellt ist. Der Strom 43 ist spritzfrei infolge der Verengung am Einlaß 27 und füllt die Form ohne zu spritzen. Die Form 44 kann in einer Reihe von Formen sein, die nacheinander in Füllstellung zur Aufnahme des Metallstromes 43 gebracht werden.

In Fig. 3 ist ein Diagramm dargestellt, das Versuchsergebnisse an einem erfinduagsgemäßen Schmelzofen unter typischen Betriebsbedingungen darstellt. In diesem Falle wurde der Schmelzherd in Zeitabständen von 12¹Za Minuten mit je 45 kg Aluminiummasseln beschickt. Das Diagramm- zeigt das Ausguß-

gewicht, die Ausgußzeit, die Metallbadspiegel im Schmelzherd und im Ausgußherd und die Temperatur in beiden Herden in Abhängigkeit von der Zeit.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Temperatur im Ausgußherd trotz der großen durch die chargenweise Beschickung im Schmelzherd erzeugten Temperaturschwankungen ohne weiteres gut realisiert werden kann. Der Metallaustausch zwischen den beiden Herden ist durch die Größe der Öffnung 19 so begrenzt, daß ein Temperaturausgleich zwischen den beiden Herden nicht stattfindet.

Die Fig. 3 zeigt weiterhin die Regelung der Ausgußzeit in Abhängigkeit vom Metallbadspiegel im Ausgußherd. In diesem Falle wurde mit konstantem Druck gearbeitet. Mit Absinken des Metallbadspiegels im Ausgußherd wurde die Ausgußzeit automatisch verlängert. Dadurch wurde das Ausgußgewicht in engen Grenzen kontrolliert.

Die Arbeitsweise ist wie folgt: Der Schmelzofen 11 wird mit flüssigem Metall gefüllt, bis die Metallspiegelhöhen 45 und 40 in der Beschickungskammer 12 und der Gießkammer 13 erreicht sind. Das Metall erreicht dabei auch eine Höhe 46 innerhalb des Rohres 26. Diese Höhen sind im wesentlichen gleich, solange das Gerät nicht in Betrieb ist. Neues Metall in Form von Barren oder festem Schrott wird kontinuierlich oder in bestimmten erwünschten Zwischenräumen in die Beschickungskammer 12 eingeführt, beispielsweise mit Hilfe der Metallzuleitungsvorrichtung 32.

Wenn Metall zum Gießen abgegeben werden soll. wird Druckluft unter einem vorher bestimmten Druck durch die Leitung 37 in den Raum 38 der Gießkammer 13 eingeführt. Dadurch erfolgt eine Abgabe von Metall durch das Mundstück 23, da der Metallspiegel im Rohr 26 steigt, bis das Metall aus dem Auslaß 28 in einem parabolischen Strom 43 in die darunterliegende Form 44 fließt. Weiterhin wird ein Absinken der Metallhöhe 40 und das Herausdrücken einer geringen Metallmenge aus der Gießkammer 13 durch die Öffnung 19 in die Beschickungskammer 12 bewirkt, wodurch ein leichtes Steigen der Höhe 45 erfolgt, wenn das Ventil 34 geöffnet wird.

Wenn das Ventil 36 geschlossen wird, wird der Druck innerhalb der Gießkammer 13 plötzlich verringert. Die Metallspiegelhöhe 45 geht wieder zurück, und die drei Höhen 40, 45 und 46 sind im wesentlichen wieder gleich. Die Kontrollvorrichtung 41 öffnet das Ventil 34 automatisch nach Ablauf der Gießzeitpause, auf die die Kontrollvorrichtung 41 eingestellt worden ist.

Während die Abgabe aufeinanderfolgender Metallmengen erfolgt, wird frisches ungeschmolzenes Metall in die Beschickungskammer 12 eingeführt. Es ist auf diese Art möglich, kontinuierlich Metall abzugeben, während entweder kontinuierlich oder mit einer gewünschten Geschwindigkeit beschickt wird, die von der kontinuierlichen Abgabegeschwindigkeit abweicht.

Die Kammern 12 und 13 werden vorzugsweise von getrennten Wärmequellen 14 und 16 geheizt. Die Öffnung 19 ist so bemessen, daß sie das Ausfließen aus der Beschickungskammer 12 in die Gießkammer 13 während der Pausen zwischen der Einwirkung der Druckluft auf den Raum 38 gestattet, jedoch ist die Öffnung genügend klein, um nur geringen Mengen unter dem zeitweise hohen, in der Gießkammer herrsehenden Druck zu gestatten, aus der Gießkammer 13 durch die Öffnung 19 in die Beschickungskammer 12 zu strömen.

Die geringe Größe der Öffnung 19 verhütet auf diese Art und Weise übermäßige Metallspiegelschwankungen in den beiden Kammern und bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß das kalte Metall in der Beschickungskammer 12 die höhere Temperatur in dem Metallbad der Gießkammer 13 nicht wesentlich beeinträchtigen kann. Im Zusammenhang mit diesem Temperaturunterschied zwischen den Kammern sind die getrennten Heizvorrichtungen 14 und 16 für die getrennten Kammern 12 und 13 besonders vorteilhaft.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist die Beschikkungskammer 12 größer als die Gießkammer 13. Die Beschickungskammer 12 enthält bei der dargestellten Vorrichtung ungefähr 770 kg Metall, während die Gießkammer 13 ungefähr 360 kg enthält. Die Metallspiegeländerung innerhalb der Beschickungskammer beträgt etwa 25 mm für ungefähr 45 kg Metall, während in der Gießkammer 13 ungefähr 22,5 kg auf mm Höhenunterschied entfallen.

Wie Fig. 2 zeigt, steht das Mundstück 23 im Winkel zur Waagerechten und zur Senkrechten; das Metall wird gezwungen, zur Abgabe im geneigten Rohr mit in die Höhe zu steigen.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schmelzofen zum intermittierenden Abgeben geschmolzenen Metalls in einem freien, ruhigen, parabolischen Fluß, der aus einer Gießkammer und einer daneben angeordneten, getrennten, jedoch mit dieser in Verbindung stehenden Schmelzkammer besteht, wobei der Spiegel des geschmolzenen Metalls in der Gießkammer durch ein unter Druck stehendes Gas intermittierend zu beaufschlagen ist, um aus der Gießkammer eine wahlweise veränderliche und vorher zu bestimmende Menge Metall abzugeben, wobei das abzugebende Metall in einem Winkel zur Senkrechten aus der Gießkammer nach oben geführt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Trennwand (17) zwischen der Schmelzkammer (12) und der seitlich neben ihr liegenden Gießkammer (13) unter dem Spiegel (40, 45) des Metallbades eine ventillose Öffnung (19) vorgesehen ist, die derart dimensioniert ist, daß sie genügend groß ist, um einer entsprechenden Menge flüssigen Metalls während der Gießpausen den Durchtritt von der Schmelzkammer zur Gießkammer zu erlauben, aber genügend klein ist, um zu verhindern, daß während der Gießphasen zuviel Metall in die Schmelzkammer zurückgedrückt wird, und daß der Einlaß (27) des Abgaberohres (26) der Gießkammer (13) unterhalb des Metallspiegels (40) in der Gießkammer angeordnet ist.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (27) des Abgaberohres. (26) tiefer als die Öffnung (19) in der Trennwand (17) zwischen Schmelz- und Gießkammer (12, 13) angeordnet ist.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (27) des Abgaberohres (26) gegenüber dem übrigen Durchmesser desselben verengt ausgebildet ist.

4. Schmelzofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (41) zur Steuerung der Größe und/oder Dauer des jeweilig

ausgeübten Druckes in der Gießkammer (13) in Abhängigkeit von der Höhe des Metallspiegels (40) in derselben vorgesehen ist.

5. Verfahren zum Betreiben des Schmelzofens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer kontinuierlich beschickt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des bei jeder Abgabe abzugebenden flüssigen Metalls gesteuert wird, indem das Verhältnis zwischen dem zur Wirkung gelangenden Druck und der Dauer der

Druckzeit in Abhängigkeit von der Lage des Metallspiegels in der Gießkammer zwischen aufeinanderfolgenden Abgaben flüssigen Metalls verändert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 699 787, 437 170,

402183, 373 866;

Zeitschrift für Metallkunde, Heft 12, 1955, S. 849

bis 854, Bild 5;

Die neue Gießerei, Heft 17, 1950, S. 343 und 344,

Abb. 12, 13, 15.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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