DE1147009B - Bodenabgiesseinrichtung fuer Schmelzgefaesse - Google Patents

Description

Zum Abgießen von Schmelzen durch den Boden eines Schmelzbehälters sind bereits verschiedene Vorrichtungen bekannt. So wird die Bodenabgußöffnung des Schmelzbehälters vor der Beschickung mit einem metallischen Pfropfen verschlossen, vorzugsweise aus dem gleichen Metall, aus dem auch die spätere Schmelze besteht. Dieser Pfropfen wird durch eine im Boden des Schmelzbehälters untergebrachte Hilfskühlung während des Einschmelzens der Charge gekühlt. Soll abgegossen werden, wird die Kühlung abgeschaltet und dafür eine Hilfsheizvorrichtung, gewöhnlich eine den Abgußkanal umgebende Induktionsheizspule, eingeschaltet, welche den Pfropfen schnell zum Schmelzen bringt und die Schmelze aus dem Schmelzbehälter ausfließen läßt. Eine Regulierung oder Unterbrechung des Abgießens ist bei dieser Anordnung natürlich nicht möglich. Für neuerlichen Gebrauch muß jeweils eine neuer Pfropfen in die Bodenabgußöffnung eingesetzt werden.

Ferner werden Schieberplatten verwendet, die mittels mechanischer Betätigungsvorrichtungen nach Belieben vor die Bodenabgußöffnung des Schmelzbehälters geschoben oder zur Freigabe des Abflußes beiseite geschwenkt werden können. Diese Vorrichtungen sind besonders geeignet für Schmelzen von nicht zu hoher Temperatur, während bei höherer Temperaturbeanspruchung der Angriff der Schmelze auf die Schieberplatte alsbald zu Beschädigungen derselben und damit zu Betriebsunterbrechungen führt.

Weitere Ausbildungen betreffen die Benutzung einer von oben in den SchmelzbehäJter eintauchenden, die Bodenabgußöffnung zeitweilig verschließenden Stopfenstange, ebenso die Benutzung von Stopfen, welche von der Unterseite des Schmelzbehälters her die Abgußöffnung verschließen können. Derartige Stopfen sind manchmal hohl ausgebildet und werden von innen gekühlt.

Des weiteren ist eine Kombination zwischen den vorgenannten Verschlußelementen bekannt, bei welcher gleichzeitig eine an der Unterseite der Bodenabgußöffnung angeordnete Schieberplatte, eine von oben her in die Schmelze eintauchende Stopfenstange und außerdem noch eine Hilfsheizvorrichtung vorgesehen sind. Diese kombinierte Vorrichtung gestattet ein betriebssicheres Abgießen auch mit Unterbrechungen. Der Schieberplatte kommt dabei lediglich die Aufgabe zu, den Gießstrahl, wenn das Gießen unterbrochen werden muß, so weit abzustoppen, daß die Schmelze in der Bodenabgußöffnung oder in einem verlängerten Gießkanal erstarrt und so einen dichten Pfropfen bildet, der später zum Zwecke neuerlichen Abgießens mittels der Hilfsheizvorrich-Bodenabgießeinrichtung für Schmelzgefäße

Anmelder:

Balzers Vakuum G. m. b. H., Frankfurt/M., Seehofstr. 11

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 16. Februar 1960 (Nr. 1706)

Dr. Otto Winkler, Balzers (Liechtenstein), ist als Erfinder genannt worden

ao tung wieder aufgeschmolzen werden kann, während die Stopfenstange lediglich dazu dient, die Gießstrahlstärke während des Abgießens zu regulieren. Vorrichtungen dieser bekannten Art arbeiten zwar zuverlässig, sind aber mit ziemlichen Aufwand verbunden.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die letzterwähnte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß das Abgießen mit derselben Betriebssicherheit, aber mit erheblich geringerem Aufwand ermöglicht wird, und zwar ist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Abgießen von Schmelzen aus einem Behälter durch eine Bodenabgießöffnung, welche von oben her durch eine in die Schmelze eintauchende Stopfenstange verschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig noch eine zweite Stopfenstange vorhanden ist, welche von der Unterseite des Schmelzbehälters her die Bodenabgußöffnung verschließen kann, und daß die untere Stopfenstange einen hohlen Stopfen mit Innenkühlung aufweist. Eine Einrichtung dieser Art ist in der Zeichnung dargestellt; die Vorteile der Erfindung werden beim Studium der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersichtlich.

In der Zeichnung bedeutet 1 einen Schmelzbehälter, z. B. in Form eines induktionsbeheizten Schmelztiegels, der von einer Induktionsheizspule 2 umgeben ist und von einem am Ofengehäuse befestigten Rahmen 3 mittels einer Trägerplatte 4 gehalten wird. Das Schmelzgut ist mit 5 bezeichnet. Der Schmelzbehälter 1 weist die Bodenabgußöffnung 6 auf. die von oben her durch eine Stopfenstange 7, die den Stopfenkopf 8 trägt, mehr oder weniger geöffnet oder verschlossen werden kann, um auf diese Weise beim

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Abguß die Gießstrahlstärke zu regeln. Die Bodenabgußöffnung 6 wird vorteilhafterweise in einem in den Boden 10 des Schmelzbehälters 1 eingesetzten Ausgußstein 9 vorgesehen und der Rand dieses Ausgußsteins auf der Ober- und Unterseite so erweitert, daß ein passender Sitz für den oberen, 8, und den nachstehend beschriebenen unteren Stopfen 12 entsteht. Selbstverständlich könnte an Stelle dessen auch der Boden 10 selbst mit einer passenden Bodenabgußöffnung versehen sein. Erfindungsgemäß ist nun gleichzeitig noch eine zweite Stopfenstange 11 mit einem von innen gekühlten Stopfen 12 vorhanden, welche von der Unterseite des Schmelzbehälters her durch eine entsprechende Ausnehmung der Trägerplatte 4 hindurch die Bodenabgußöffnung 6 verschließen kann. Die Innenkühlung wird durch die Kühlmittelleitung 13 bewerkstelligt, die im Innern der ebenfalls hohlen Stopfenstange angeordnet ist und flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel dem Stopfen 12 zuführt, wobei der Zwischenraum zwischen der Kühlmittelleitung 13 und der Wand der Stopfenstange zur Kühlmittelableitung dient; natürlich ist auch ein Kühlmittelumlauf in umgekehrtem Sinne durchführbar.

Das Ausführungsbeispiel ist als geschlossener Ofen dargestellt. Demgemäß sind die Stopfenstangen 7 und 11 durch die Ofenwand 14 nach außen geführt, um eine Betätigung (von Hand oder motorisch) von außen her zu ermöglichen. Zur Abdichtung der Durchführungen dienen die Dichtungselemente 15 und 16, die zweckmäßigerweise so ausgebildet sind, daß sie Schiebe-, Dreh- und Schwenkbewegungen zulassen und auf diese Weise die genaue Zentrierung der Stopfen in der Abgußöffnung ermöglichen. Es könnten selbstverständlich auch andersartige Betätigungsvorrichtungen für die Stopfenstangen verwendet werden. Das Abgießen erfolgt im Beispielsfalle in eine Gießform 17, die in einer Verlängerung 18 an der Unterseite des Ofengehäuses 4 untergebracht ist. Schaugläser, Temperaturmeßeinrichtungen, Schleusen für die Zugabe von weiterem Material in den Schmelzbehälter und dergleichen Hilfsvorrichtungen sind, da sie für die Erläuterung des Erfindungsgedankens unwesentlich sind, nicht gezeichnet worden.

Zur Inbetriebnahme des beschriebenen Ofens ist es im Gegensatz zu einem eingangs erwähnten, bekannten Verfahren nicht nötig, die Bodenabgußöffnung 6 mit einem Pfropfen aus dem zu schmelzenden Metall dicht zu verschließen. Es genügt, wenn der untere Stopfen 12 in Verschlußstellung gebracht und dessen Innenkühlung eingeschaltet wird. Wird dann das Schmelzgut in den Schmelzbehälter eingebracht und die Induktionsheizspule 2 in Betrieb genommen, um es zu schmelzen, so füllt die Schmelze zunächst die Bodenabgußöffnung aus, erstarrt dort wieder infolge der Kühlung des unteren Stopfens und bildet auf diese Weise einen verläßlich dicht schließenden Metallpfropfen. Beim weiteren Schmelzen steht das flüssige Metall natürlich mit diesem Pfropfen in Berührung, kann ihn aber wegen der erwähnten Kühlung vom Stopfen 12 her nicht durchschmelzen. Erst wenn abgegossen werden soll, wird der Stopfen 12 von der Bodenabgußöffnung weggezogen. Da jetzt die Kühlung entfällt, dauert es nur einige Augenblicke, bis die Schmelze den Pfropfen durchschmilzt und als Gießstrahl durch die Bodenabgußöffnung 6 in die Gießform 17 strömt. Soll die Gießstrahlstärke geregelt werden, geschieht dies, wie oben erläutert, mittels der Stopfenstange 7, die man zu diesem Zwecke vorübergehend in die Schmelze eintauchen muß. Soll das Gießen unterbrochen werden, bringt man zunächst die beiden Stopfen nacheinander in Schließstellung; diese brauchen hierbei die Bodenabgußöffnung keineswegs dicht zu verschließen, sondern es genügt, wenn der Gießstrahl so weit gedrosselt wird, daß infolge der Kühlwirkung des unteren Stopfens die in der Bodenabgußöffnung gestaute Schmelze zu erstarren beginnt, also einen neuen Pfropfen bildet. Diese Pfropfenbildung ist auf jeden Fall zu erreichen, wenn man, nachdem der untere Stopfen 12 geschlossen ist, den oberen, 8, wieder langsam anhebt, so daß die Schmelze die Bodenabgußöffnung ganz ausfüllen kann und dann erstarrt. Mit Rücksicht auf die Gefahr einer etwaigen Verunreinigung der Schmelze ist es geboten, den oberen Stopfen sofort aus der Schmelze zu ziehen, sowie er für die Gießstrahlstärkeregelung bzw. die Pfropfenbildung nicht mehr benötigt wird.

Die erfindungsgemäße Abgießvorrichtung hat den Vorteil, daß nicht die ganze Schmelze auf einmal abgegossen werden muß. Wie beschrieben, kann vielmehr das Abgießen schnell und betriebssicher jederzeit unterbrochen werden. Für einen nachfolgenden neuerlichen Abguß kann der beim vorherigen Unterbrechen aus der erstarrenden Schmelze in der Abgußöffnung 6 gebildete Pfropfen wieder aufgeschmolzen werden; der beschriebene Vorgang vollzieht sich bei jedem neuerlichen Abgießen und Wiederstoppen des Abgießens auf gleiche Weise. Selbstverständlich kann man auf die Pfropfenbildung zwischen jedem Abguß auch verzichten, solange der Stopfen 8 selbst noch hinreichend abdichtet, was wegen der an sich kurzzeitigen Beanspruchung dieses Stopfens nach der erfindungsgemäßen Lösung viel eher gewährleistet ist als bei Stopfen, die nach herkömmlicher Art als dauernder Verschluß auch während des Schmelzern benutzt werden.

Die eingangs erwähnte, bekannte Vorrichtung, welche auch bereits eine Bodenabgußöffnung mit einem oberen und unteren Verschlußelement (Stopfenstange bzw. Schieberplatte) besaß, konnte zwar dasselbe leisten wie die Vorrichtung nach der Erfindung, doch wies sie eine besondere Zusatzheizung zum Aufschmelzen der in der Abgußöffnung eingefrorenen Pfropfen auf, die z. B. eine den Abgußkanal umgebende kleine Induktionsheizspule war oder ein Mantel mit elektrischer Widerstandsheizung. Diese Zusatzheizung war mit einem unverhältnismäßigen Aufwand verbunden, denn sie erforderte zusätzliche Stromversorgungsquellen (MF-Generatoren, Heiztransformatoren) und weiter waren — wenn es sich um geschlossene, z. B. Vakuumöfen handelte — besondere, dichte Hochstromdurchführungen nötig, die zu mannigfaltigen bekannten Schwierigkeiten Anlaß geben.

Die bisherigen Abgießvorrichtungen mit Stopfenstangen hatten weiter den Nachteil, daß die Stopfen durch die Schmelze sehr stark angegriffen wurden, da sie, wenn sie zum dauernden Verschluß der Abgießöffnung während des Schmelzens benutzt werden sollten, einem sehr starken Verschleiß durch die Schmelze unterlagen und dann nicht mehr dichteten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dagegen braucht der obere Stopfen 8 nur für die kurze Dauer des Abgießens und zur neuerlichen Pfropfenbildung in die Schmelze gebracht zu werfen. Er wird also

verhänismäßig wenig beansprucht und braucht überdies rcht verläßlich dicht zu sein. Er genügt so lange, wie e den Abguß so weit zu drosseln vermag, daß man lamit die geringste benötigte Gießstrahlstärke gerad noch einstellen kann. Die Gebrauchsdauer diese: Stopfens ist also bei der erfindungsgemäßen Vorrihtung gegenüber vorbekannten Stopfenverschlüsen bedeutend verlängert. Sie kann dadurch nochiveiter verlängert werden, daß man den Stopfen vor Bntauchen in die Schmelze mit einer Hilfsheizvorrihtung vorwärmt.

Abr auch der untere Stopfen 12 braucht, wie scho erwähnt, nicht dicht zu schließen, denn er hat nur de Aufgabe, den Pfropfen in der Abgußöffnung 6 zumErstarren zu bringen bzw. in erstarrtem Zustand zu ehalten. Der flüssigen Schmelze — und nur diese wirk gegebenenfalls erodierend — ist der untere Stopen nur vorübergehend im Moment der Pfropfenbildmg zum Zwecke der Gießunterbrechung ausgesetzt Durch diese zweckentsprechende Verteilung der Auf.aben einer Bodenabgießvorrichtung auf zwei Stopen 8, 12 können diese zusammen das Problem betrebssicher lösen, wozu für sich allein keiner der beidn Stopfen in der Lage wäre. Würde man den an sich bekannten Stopfenverschluß an der Unterseite eine Schmelzbehälters allein anwenden, müßte dieser während der ganzen Schmelzdauer der flüssigen Schnelze standhalten. Außerdem würde eine Unterbreaung des Gießens zu einem Zerspritzen des Gießstralles und zu einer sehr starken thermischen Beanspnchung dieses Stopfens führen, wodurch er leicht zersört werden könnte. Es ist zwar schon vorgeschligen worden, einen einzigen, von der Außenseite des Schmelzbehälters her die Abgußöffnung verschlfeßenden Stopfen zu benutzen, derart, daß im gescilossenen Zustand die Schmelze in der Abgußöffning vor dem Stopfen erstarrte, doch erfolgte bei dieser Art des Verschlusses die Pfropfenbildung nach der Unterbrechung des Gießens nur sehr langsam, da die \orübergehende Absperrung des Gießkanals von der Seite der Schmelze her, wie sie nach der Erfindung durch den oberen Stopfen 8 möglich ist, fehlte. Außerdem war bei den bekannten Schmelzbehältern mit Stopfenverschlüssen eine sehr genaue Temperaturüberwachung der Schmelze erforderlich, denn eine geringfügige Überhitzung konnte bereits, besonders wenn noch eine Badbewegung dazukam, die Pfropfenbildung überhaupt verhindern. Für viele metallurgische Zwecke aber ist die Möglichkeit einer Badbewegung und einer Erwärmung der Schmelze weit über den Schmelzpunkt hinaus unerläßlich. Dieses Problem ist durch die Erfindung auf einfache Weise gelöst. Ist nämlich ein fester Pfropfen durch das Zusammenwirken der beiden Stopf en 8, 12 überhaupt erst einmal gebildet, dann schmilzt er, wenn der untere Stopfen 12 gekühlt wird, auch bei intensiver Badbewegung und Überhitzung der Schmelze nicht mehr durch.

Die Erfindung bietet auch noch den Vorteil, daß der untere Stopfen 12 gewichtsmäßig vollkommen entlastet ist, sobald sich der feste Pfropfen in der Abgußöffnung 6 gebildet hat, während bei den bekannten Stopfenverschlüssen wegen der unzuverlässigen Pfropfenbildung stets die Gefahr bestand, daß der Stopfen bei einer geringfügigen Überhitzung der Schmelze zumindest weich wurde und nachgab und damit der volle statische Bodendruck des Schmelzbades auf die untere Stopfenstange sich übertrag. Bei kleinen Schmelzgefäßen erwächst daraus kein Problem, wohl aber bei großen Öfen mit beträchtlicher Badtiefe und großen Querschnitten der Bodenabgußöffnung.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt noch darin, daß es leicht ist, bei vorhandenen Schmelzbehältern mit Bodenabguß und einem Stopfenstangenverschluß einen zweiten Stopfenstangenverschluß anzubauen. Dagegen wäre es schwierig, bei einer bekannten Bodenabgußvorrichtung nachträglich eine Zusatzheizung anzubringen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Abgießen von Schmelzen aus einem Behälter durch eine Bodenabgußöffnung, welche von oben her durch eine in die Schmelze eintauchende Stopfenstange verschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig noch ein zweiter, von innen gekühlter Stopfen (12) vorhanden ist, welcher von der Unterseite des Schmelzbehälters her die Bodenabgußöffnung verschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Boden des Schmelzbehälters ein Abgußstein (9) eingesetzt ist mit einer Bodenabgußöffnung, deren oberer und unterer Rand als Sitz für die beiden Stopfen (8, 12) erweitert ist.

3. Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Abgießen von Schmelzen in einer Vakuumschmelzanlage.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 539 480;
österreichische Patentschrift Nr. 207 053.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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