DE1246178B - Verfahren und Vorrichtung zum Aufheizen eines Stromes fluessigen Metalls - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B22d

Deutsche Kl.: 31 b2 - 27/16

Nummer: 1246178

Aktenzeichen: S 70463 VI a/31 b2

Anmeldetag: 21. September 1960

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen eines Stromes flüssigen Metalls bei Gießanlagen, insbesondere bei Vakuum-Gießanlagen, bei denen das flüssige Metall aus einer ersten Gießpfanne in eine zweite Gießpfanne gegossen wird, durch einen elektrischen Strom oder einen magnetischen Wechselfluß.

Bekanntlich unterliegen geschmolzene Metalle bei ihrer Entnahme aus dem Schmelzofen einer wesentlichen Temperaturverringerung, und wenn die Metalle zur Entgasung oder zu anderen Zwecken vor dem Einführen in die Gießform behandelt werden, kann der Temperaturverlust groß genug sein, um schwere Schäden in den fertigen gegossenen Gegenständen zu verursachen. Die Temperaturverluste treten infolge der Absorption von Hitze durch die Gießpfannen oder Gießgefäße auf, die für den Transport des geschmolzenen Metalls verwendet werden, sowie durch adiabatische Ausdehnung und thermische Strahlung. Es ist auch offensichtlich, daß die Form, in die das Metall schließlich einströmt, ebenfalls während des Gießvorganges beträchtliche Wärmemengen aus dem Metall aufnimmt und daß eine Koagulation oder eine Verfestigung eintreten kann, noch ehe alle Teile der Gießformhöhlung vollständig gefüllt sind. Der Wärmeverlust in geschmolzenen Metallen ist im Falle einer Entgasungsbehandlung besonders schwerwiegend, wo es kaum möglich ist, Gußstücke ohne schwere Fehler herzustellen.

Ein vorgeschlagenes Verfahren zum Vermeiden von Wärmeverlusten in geschmolzenen Metallen bestand darin, die Temperatur des geschmolzenen Metalles im Ofen zu erhöhen, um den Wärmeverlust auszugleichen, der sich ergibt, wenn das Metall aus dem Ofen abgestochen wird und vor dem Gießen in die Form behandelt wird. Das Erhöhen der Temperatur des geschmolzenen Metalls in einem Ofen, um erwartete Wärmeverluste auszugleichen, war jedoch nicht zufriedenstellend, da dadurch die Güte des geschmolzenen Metalls ungünstig beeinflußt werden kann, die Lebensdauer des Ofens wegen der erhöhten Erosion der Ofenwandungen verkürzt wird und die Kosten des Fertigerzeugnisses beträchtlich erhöht werden, da zusätzliche Wärmemengen erforderlich sind, um nicht nur die Temperatur des Metalls innerhalb des Ofens zu erhöhen, sondern auch des Ofens selbst, mit dem Ergebnis, daß die Abstrahlungsverluste drastisch erhöht werden.

Bei Systemen, die nach dem Umlaufentgasungsverfahren arbeiten, ist es bereits bekannt, um eines der Rohre, durch die das Gießmetall aus der Gießpfanne in eine Entgasungskammer fließt, die Wick-Verf ahren und Vorrichtung zum Aufheizen
eines Stromes flüssigen Metalls

Anmelder:

Shinko Seiki Kabushiki Kaisha,

Nagata-Ku, Kobe-shi (Japan)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:

Masao Yamazoe, Nagata-Ku, Kobe-Shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 29. Oktober 1959 (34141, 34142) -

lung eines Heiztransformators herumzulegen. Da diese Führungsrohre aus einem Metallmantel mit feuerfester Auskleidung bestehen, wird derselbe infolge seiner niedrigen Temperatur und infolge des Skineffektes einen wesentlichen Stromanteil führen, wodurch der Wirkungsgrad außerordentlich ungünstig und die Aufheizung des flüssigen Metalls außerordentlich erschwert wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Sicherung einer wirkungsvollen Aufheizung des zwischen zwei Gießpfannen fließenden Gießstrahls unter Vermeidung von Verlusten.

Dies wird nach dem Verfahren der Erfindung dadurch erreicht, daß mit wenigstens einem freien Gießstrahl gegossen wird und der elektrische Strom bzw. der magnetische Wechselfluß in dem freien Gießstrahl in Längsrichtung fließt.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit mit einem freien Gießstrahl, der unmittelbar als elektrischer oder magnetischer Leiter dienen kann. Dadurch ist eine nahezu verlustlose Aufheizung des Gießstrahls möglich.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Gießpfannen eine mit einem Pol einer elektrischen Energiequelle in Verbindung stehende Elektrode vorgesehen ist.

Eine abgewandelte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer magnetisch

709 619/542

leitenden Schmelze zwischen den Gießpfannen eine. von dem freien Gießstrahl durchsetzte, wechselstromgespeiste Spule vorgesehen ist.

Schließlich zeichnet sich eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch aus, daß die erste Gießpfanne mit zwei Ausflußöffnungen versehen ist und daß zwischen den beiden Gießpfannen ein eine wechselstromgespeiste Primärwicklung tragender, von einem Gießstrahl durchsetzter Magnetkern vorgesehen ist.

Da nach der Erfindung eine Störung des Gieß-Strahls durch äußere Einflüsse ausgeschaltet ist, kann die Temperatur des geschmolzenen Metalls auf einem für die weitere Bearbeitung günstigen Wert gehalten werden. Die Entgasung erfolgt innerhalb des frei fallenden Gießstrahls, wobei gleichzeitig ohne Beeinflussung der Entgasung eine Erhitzung erfolgt, wodurch Wärmeverluste gedeckt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele.

A b b. 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Vorderansicht einer Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung zum Behandeln und Entgasen geschmolzener Metalle vor dem Gießen, wobei gewisse Elemente der Zeichnungen in schematischer Form zu Zwecken der Vereinfachung gezeigt sind;

A b b. 2 ist eine der A b b. 1 ähnliche Vorderansicht, die eine abgewandelte Heizeinrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;

A b b. .3 ist eine Vorderansicht eines Gerätes nach A b b. 1 und 2, die eine weitere Form einer Heizeinrichtung nach der Erfindung darstellt.

In den Zeichnungen zeigt die Abb. 1 eine Ausführungsform der Erfindung zum Aufheizen eines geschmolzenen elektrisch leitenden Metalls während des Entgasungsvorgangs. Eine erste Gießpfanne 1 mit einer Metallschmelze 2 besitzt einen Außenmantel 3 und eine Innenauskleidung 4 aus einem hitzefesten Stoff. Die beliebig gehaltene Gießpfanne 1 hängt beispielsweise mit seitlichen Ösen 5 an Ketten 6. Im Boden der Gießpfanne 1 sind zwei öffnungen 7 und 8, die mit Stopfen 9 und 10 versehen sind, die in Form stangenartiger Elemente durch das geschmolzene Metall reichen und in die Öffnungen 7 und 8 eintreten und diese schließen können. Die Stopfen 9 und 10 werden von einem Steuerungsmechanismus 11 betätigt.

Unter der Gießpfanne 1 befindet sich ein Vakuumtank 12, Dieser Vakuumtank ist bodenseitig geschlossen und besitzt einen abnehmbaren Deckel 14 mit einer Abdichtpackung 13. Der Deckel 14 des Tanks 12 ist mit einer sich aufwärts erstreckenden Haltevorrichtung 15 versehen, die bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im wesentlichen zylindrisch ist. Eine Gießpfanne 17 mit einem äußeren Mantel 18 aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material weist einen Umfangsflansch 20 auf, der auf dem oberen Ende der zylindrischen Haltevorrichtung aufliegt. Der Flansch sitzt abdichtend auf der Haltevorrichtung 15 auf, wobei zusätzlich eine Packung 16 Verwendung finden kann. Die Gießpfanne 17 hat ebenfalls eine Auskleidung 19 aus hitzefestem Stoff und eine einzige Bodenöffnung 30. Dieselbe ist auf eine obere Öffnung 41 im Deckel des Vakuumtanks 12 ausgerichtet, die durch einen Verschlußteil 42 aus dünner Folie oder anderem Stoff mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt im Verhältnis zu der Temperatur der Metallschmelze abgeschlossen ist. Hierfür eignet sich Aluminium.

Wenn sich die Gießpfanne 17 auf dem Vakuumtank 12 befindet, steht sie unter den Öffnungen 7 und 8 im Boden der Gießpfanne 1, so daß nach Anheben der Stopfen 9 und 10 Metal] in Strömen 21 und 22 in die Gießpfanne 17 fließt.
Die Gießpfanne 17 ist ebenfalls mit einem einstellbaren Stopfen 31 zum wahlweisen Abschließen der Öffnung 30 versehen. Der Stopfen 31 kann in jeder beliebigen gewünschten Art und Weise gesteuert werden und ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung von einem Querteil 33 gehalten, der von einer Welle 32 getragen wird, die sich durch Lager 34 und 35 an der Seite der Gießpfanne erstrecken. Ein Hebel 38 mit einem Bedienungshandgriff 40 ist schwenkbar an der Stange 32 bei 39 befestigt und hat seinen Drehpunkt bei 37 auf dem Trägerarm 36, der gleitend über die Welle 32 greift und auf dem unteren Lager 35 ruht. Wenn der Handgriff 40 niedergedrückt wird, wird so das Ventil 31 angehoben, um die Öffnung 30 zu öffnen.

Das Metall wird während der Behandlung in die Gießpfanne übergeleitet, von wo die Schmelze 23 in eine Gießpfanne 43 innerhalb des Vakuumtanks 12 strömt. Der Vakuumtank ist mit einer nicht dargestellten Unterdruckpumpe versehen. Die Gießpfanne 43 ist ähnlich den vorher beschriebenen Gießpfannen insofern, als sie einen Außenmantel 44 mit einer hitzefesten Auskleidung 45 aufweist. Diese Gießpfanne kann auch mit einer unteren Öffnung, die ähnlich der der Gießpfanne 17 ist, und mit Stopfen 46 und 47 versehen sein, die im wesentliehen den Stopfen 31 und 33 der Gießpfanne 17 entsprechen.

Es wurde obenstehend erklärt, daß die Öffnung 41 im Oberteil des Vakuumtanks 12 durch eine dünne Membran 42 abgedichtet ist. Wenn an der mit geschmolzenem Metall gefüllten Gießpfanne 17 das Ventil 31 geöffnet wird, fließt das geschmolzene Metall durch die Öffnung 30, bringt die Membran 42 zum Schmelzen und fließt in aufgespreiztem Strahl in den Vakuumtank 12. Die Gießpfanne 43 nimmt das geschmolzene Metall auf, und gleichzeitig werden alle Gase aus dem Metall frei.

Wie vorstehend erwähnt, muß die Temperatur des in der Gießpfanne 43 gesammelten, geschmolzenen Materials groß genug sein, damit die Herstellung von guten Gußstücken möglich ist. Durch die Übertragung des Metalls durch verhältnismäßig kleine Öffnungen im Boden einer Gießpfanne in die andere Gießpfanne hinein, kann das Metall im Verlaufe dieser Übertragung durch elektrische oder elektromagnetische Mittel geheizt werden, so daß der Einschluß zusätzlicher Gase innerhalb des Metails vermieden wird. In A b b. 1 erfolgt die Aufheizung der aus den Öffnungen 7 und 8 ausfließenden Metallströme auf elektromagnetischem Wege. Zu diesem Zweck ist ein im wesentlichen kreisförmiger oder rechteckiger Kern 24 guter Permeabilität in im wesentlichen waagerechter Ausrichtung zwischen den Gießpfannen 1 und 17 angeordnet. Der Kern 24 trägt eine Spule 25, die als die Primärspule eines Transformators angesehen werden kann. Der Kern umgibt mit seiner Zentralausnehmung den die öffnung 7 verlassenden Metallstrom, während der Metallstrom 22 aus der Öffnung 8 außerhalb des Kernes

24 liegt. Damit bilden die beiden Metallströme, die an ihren Oberenden durch die Metallschmelze 2 und an ihren unteren Enden durch die Metallschmelze 23 verbunden sind, in der Tat eine einzige Windung 29 des beschriebenen Transformators. Die Spule 25 ist an einen Abgriff 26 eines Spartransformators 27 mit Endklemmen 28 angeschlossen. Dabei fließt ein äußerst hoher Strom in den Metallströmen 21 und 22, der in Wärme umgewandelt wird, so daß die Metallschmelze aufgeheizt wird.

Nachdem der Entgasungsvorgang beendet ist, kann der Deckel 14 des Vakuumtanks 12 entfernt werden und die Gießpfanne 43 wird dann durch geeignete Einrichtungen zur Gießform transportiert.

Die Ausführungsform der Erfindung nach A b b. 2 ist im wesentlichen identisch mit der in A b b. 1 dargestellten mit Ausnahme der Tatsache, daß sie abgeänderte Einrichtungen zur Erhitzung der Metallströme 21 und 22 verwendet. In diesem Falle muß das zu erhitzende geschmolzene Metall magnetische Eigenschaften haben, damit es von einem magnetischen Feld beeinflußt wird. Das Feld wird durch eine Spule 49 erzeugt, die eine hitzefeste zentrale Auskleidung 50 besitzt. Die Spule und die Auskleidung 50 sind auf die Öffnung 7 ausgerichtet, so daß der Metallstrom 21 durch die Mitte der Spule fließt. Der Spule 49 wird wiederum Energie zugeführt, beispielsweise mit Hilfe eines verstellbaren Spartransformators 51 mit Endklemmen 52, und mit einem Schalter 26 zum Einstellen der der Spule 49 zugeführten Leistung. Die Spule 49 erzeugt ein starkes magnetisches Feld, das im allgemeinen durch die gestrichelten Linien 53 bezeichnet wird, wobei dieses Feld innerhalb der Metallströme 21 und 22 und der verbindenden Masse geschmolzenen Metalls in den Pfannen 1 und 17 konzentriert ist.

Eine weitere Art der Erzeugung von Hitze direkt innerhalb des geschmolzenen Metalls beim Überführen zwischen den Gießpfannen 1 und 17 ist in A b b. 3 der Zeichnung dargestellt. Diese Ausführungsform ist im wesentlichen gleich den zuvor beschriebenen, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Gießpfanne 1 nur eine einzige Öffnung 7 besitzt. Die Gießpfanne 1 nimmt eine Elektrode 54 und die Gießpfanne 17 eine zweite Elektrode 55 auf. Während das Metall 2 von der Gießpfanne 1 in die Gießpfanne 17 strömt, bildet der Metallstrom 21 einen Strompfad zwischen den beiden Metallschmelzen. Während ein Transformator 56 mit einer Primärspule 58 und mit einer Sekundärspule 57, die zwischen den Elektroden 54 und 55 geschaltet ist, verwendet wird, um einen starken Stromfluß durch den Metallstrom 21 zu erzeugen, ist es klar, daß Gleichstrom ebenfalls zu Heizzwecken verwendet werden kann. Wechselstrom ist jedoch wünschenswert, um elektrochemische Wirkungen zu verhüten oder auf ein Minimum zu verringern. Da im Rahmen der Ausführungsformen nach den Abb. 1 und 3 keine magnetischen Eigenschaften des Metalls ausgenutzt werden, können diese Heizungssysteme entweder für magnetische oder für nichtmagnetische Metalle verwendet werden. Im Falle von Metallen mit magnetischen Eigenschaften kann die Ausführungsform der Erfindung nach A b b. 2 verwendet

ίο werden.

In gewissen Fällen kann man innerhalb des Vakuumtanks 12 an Stelle der Gießpfanne 43 unmittelbar eine Gießform vorsehen. Damit gelangt das Metall direkt in die endgültige Gießform und wird unmittelbar vor Einführung in die Form entgast.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufheizen eines Stromes flüssigen Metalls bei Gießanlagen, insbesondere

ao bei Vakuum-Gießanlagen, bei denen das flüssige Metall aus einer ersten Gießpfanne in eine zweite Gießpfanne gegossen wird, durch einen elektrischen Strom oder einen magnetischen Wechselfluß, dadurch gekennzeichnet, daß mit wenigstens einem freien Gießstrahl gegossen wird und der elektrische Strom bzw. der magnetische Wechselfluß in dem freien Gießstrahl in Längsrichtung fließt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Gießpfannen eine mit einem Pol einer elektrischen Energiequelle in Verbindung stehende Elektrode (54, 55) vorgesehen ist (Fig. 3).

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer magnetisch leitenden Schmelze zwischen den Gießpfannen eine von dem freien Gießstrahl durchsetzte, wechselstromgespeiste Spule (49) vorgesehen ist (F i g. 2).

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gießpfanne mit zwei Ausflußöffnungen (7, 8) versehen ist und daß zwischen den beiden Gießpfannen ein eine wechselstromgespeiste Primärwicklung (25) tragender, von einem Gießstrahl durchsetzter Magnetkern (24) vorgesehen ist (F i g. 1).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ausflußöffnung (8) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 779 073;
»Stahl und Eisen«, 1959, S. 280.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 619/542 7. 67 © Bundesdruckerei Berlin