DE1268790B - Verfahren zum fortlaufenden Entgasen von Metallschmelzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B22d

Deutsche Kl.: 31 b2-1/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1268 790 P 12 68 790.0-24 8. August 1962 22. Mai 1968

Verfahren zum fortlaufenden Entgasen von Metallschmelzen

Anmelder:

Erik Allan Olsson, Küsnacht (Schweiz) Vertreter:

Dr.-Ing. H. Fincke, Dipl.-Ing. H. Bohr

und Dipl.-Ing. S. Staeger, Patentanwälte,

8000 München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

Erik Allan Olsson, Küsnacht (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 9. August 1961 (8094)

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum fortlaufenden Entgasen von Metallschmelzen. Es sind schon verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden, die ein fortlaufendes Entgasen von Metallschmelzen gestatten. 5

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art besitzt einen
Entgasungsbehälter mit einem Ansaugkanal, der in
die zu entgasende, z. B. in einer Pfanne enthaltene
Schmelze eintaucht. Gegenüber dieser Pfanne auf
einem tieferen Niveau ist eine Zwischenpfanne, ζ. Β. ίο
mit Stopfenverschluß, angeordnet, in die ein Auslaufkanal eintaucht, der ebenfalls mit dem Entgasungsbehälter bzw. der in diesem enthaltenen Vakuumkammer verbunden ist. Die Entnahme bzw. der
Transport der zu entgasenden Schmelze aus der 15
Pfanne in den Entgasungsbehälter und schließlich in
die Zwischenpfanne erfolgt durch Siphonwirkung.
Dabei ist der Entgasungsbehälter absenkbar um den
Ansaugkanal beim Absinken der Badhöhe in der
Pfanne im Bad eingetaucht zu halten. Die Zwischen- 2°
pfanne wird dementsprechend zusammen mit dem
Entgasungsbehälter abgesenkt. Die bekannte Vor- 2

richtung hat verschiedene Nachteile.

Einmal kann die Fallhöhe des aus dem Stopfen- notwendige, zur Steuerung der Gießgeschwindigkeit Verschluß ausfließenden Metalles, beispielsweise in *5 mit einem Bodenverschluß ausgestattete Zwischeneine Gießkokille, infolge des Absenkens der Zwi- gefäß über der Stranggießkokille kann somit entfalschenpfanne zusammen mit dem Entgasungsbehälter ten. Damit entfällt auch eine weitere Ursache von nicht konstant gehalten werden, was den Gießvor- Wärmeverlusten der Schmelze und der Schlackenbilgang in gewissen Fällen zumindest beeinträchtigt. dung. Die Gießtemperatur kann weitgehend konstant Zum andern verliert die Schmelze beim Durchgang 30 gehalten werden, und die Gefahr des Einfrierens der durch den Entgasungsbehälter relativ viel Wärme, Schmelze, insbesondere im Ausgußkanal, wird be- und zwar einerseits durch den Entzug der heißen seitigt. Schließlich bedarf es für den Entgasungs-Gase und andererseits durch die Abkühlung in den behälter auch keiner Höhenverstellbarkeit mehr, worelativ langen und dünnen Ansaug- und Auslauf- durch die Fallhöhe des Gießstrahles in die Kokille kanälen. Damit besteht eine erhebliche Gefahr des 35 konstant gehalten werden kann.
Einfrierens des Metalls im Auslaufkanal. Es ist zwar schon bekannt, den Durchfluß flüssi-

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die gen Metalls durch ein Verbindungsrohr zwischen Schaffung eines Verfahrens, bei welchem die vorge- zwei kommunizierenden Gefäßen mittels einer das nannten Nachteile vermieden werden. Das erfin- Verbindungsrohr umgebenden Magnetspule bzw. dungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch 40 mittels von dieser erzeugten Wirbelströmen zu speraus, daß zur Steuerung der Gießgeschwindigkeit wäh- ren. Weiterhin ist es bekannt, schmelzflüssiges Metall, in welchem ein elektrischer Stromfluß erzeugt wird, mittels einem Magnetfeld zu fördern. Ebenso ist es bekannt, in einer Pfanne befindliches schmelz-45 flüssiges Metall durch Anwendung eines magnetischen Drehfeldes durch einen oberhalb der Pfanne angeordneten Entgasungsbehälter zu zirkulieren, der mit zwei Tauchrohren in die Schmelze eintaucht. Endlich ist es bekannt, die Schmelze während eines

ermöglicht, indem die Gießgeschwindigkeit über die 50 Entgasungsvorganges in einer Pfanne mittels Wider-Durchflußgeschwindigkeit der Schmelze im Ent- Standsheizelementen zu beheizen. Keines dieser begasungsbehälter gesteuert werden kann. Das bisher kannten Verfahren sieht jedoch vor, die Gieß-

rend des unmittelbaren Abgießens der entgasten Schmelze in eine Stranggießkontrolle der Pincheffekt einer elektrischen Beheizung der Schmelze während der Entgasung herangezogen wird.

Hierdurch werden nicht nur die während der Entgasung eingetretenen Wärmeverluste zumindest weitgehend kompensiert, sondern es wird auch das direkte Abgießen der Schmelze aus dem Entgasungsbehälter

3 4

geschwindigkeit der unmittelbar aus dem Entgasungs- der gezeigten Ausführungsform pro Zeiteinheit eine behälter in eine Stranggießkokille abzugießenden ziemlich kleine Menge durchfließt, ist das Risiko Schmelze durch die im Entgasungsbehälter erfolgende groß, daß die Schmelze so weit abgekühlt wird, daß Beheizung zu steuern. sie erstarrt, besonders in den verhältnismäßig kleinen

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schema- 5 Rohren 5.

tischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen er- Dieser Gefahr wird durch Verwendung einer an

gänzend beschrieben. und für sich schon bekannten induktiven Heizung

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsart einer Vor- der Schmelze begegnet. In einem Loch im Behälter 3 richtung zur Ausführung des Verfahrens im Quer- befindet sich ein Schenkel des Transformatorjoches 9, schnitt, bei der lediglich die zum Verständnis der io von der Primärspule 8 umgeben, die in der als Se-Erfindung wesentlichen Bauteile der Anlage einge- kundärspule wirkenden Schmelze im Behälter 3 einen zeichnet sind; Sekundärstrom erzeugt. Ein elektrisch leitender Stab

F i g. 2 zeigt eine in ähnlicher Art dargestellte ab- oder Platte 11 verbindet die Eintrittsseite und Ausgeänderte Ausführungsform, trittsseite elektrisch, damit der Sekundärkreis ge-Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 sind am Boden 15 schlossen ist. Durch eine elektrische Verbindungseines luftdichten Behälters 3 die Rohre 4 und 5 an- leitung zwischen der Kokille 6 oder dem Strang 7 geschlossen. Oben am Deckel befindet sich das Rohr und der Schmelze im Gefäß 2 kann auch ein ge-10, welches mit einer Vakuumpumpe in Verbindung schlossener Kreis erzeugt werden. Selbstverständlich steht. Der Behälter 3 und die Rohre 4 und 5 sind ist es jedoch auf diese Weise schwierig, einen hohen mit feuerfestem Material ausgekleidet. Wenn das Ge- ao Wirkungsgrad zu erzielen.

faß 2 und die Kokille 6 bis zu einer solchen Höhe mit Es kann gegebenenfalls einfacher sein, die Wärme-

Schmelze aufgefüllt sind, daß ein Einsaugen von Luft energie durch direkte Widerstandsheizung zuzufühdurch die Rohre 4 und 5 unmöglich ist, wird die ren, wobei anstatt des obenerwähnten Induktions-Schmelze in den Behälter 3 eingesaugt, bis sich ein elements über den Schenkel 4 oder 5 oder über beide Gleichgewicht zwischen dem Gewicht der Flüssig- 25 direkt mittels Elektroden ein elektrischer Strom der keitssäule oberhalb des Badspiegels im Behälter 2 Schmelze zugeführt wird. Vorschlagsweise wird dann und in der Kokille 6 plus dem im Behälter 3 herr- eine wassergekühlte Elektrode nur so weit in ein sehenden atmosphärischen Druck einerseits und dem Loch in der Wand des Behälters 3 hineingesteckt, äußeren atmosphärischen Druck andererseits einge- daß vor ihrer Spitze die Schmelze durch die Kühlstellt hat. Wenn sich dieses Gleichgewicht eingestellt 30 wirkung der wassergekühlten Elektrode erstarrt, hat und mehr Schmelze aus einer Pfanne 1 mit Bo- Wenn eine elektrische Spannung zwischen der Elekdenverschluß dem Gefäß 2 zugeführt wird und damit trode und dem Strang erzeugt wird, wird die zwidie Flüssigkeitssäule im Gefäß 2 zu steigen beginnt, sehen diesen beiden Polen liegende Schmelze von wird die Schmelze durch das Rohr 4, den Behälter 3 einem elektrischen Strom durchgeflossen, dessen und das Rohr 5 in die Kokille 6 überfließen. Die An- 35 Stärke und damit Heizeffekt von Spannung und elekordnung wirkt wie ein Heber. Dasselbe tritt ein, wenn irischen Widerstand der Schmelze abhängt. Auf der Badspiegel in der Kokille 6 durch z. B. das Aus- dieselbe Weise kann man einen elektrischen Strom ziehen des in der Kokille teilweise erstarrten Stran- durch die Schmelze im anderen Rohr durchfließen ges 7 abzusinken neigt. Da die Badspiegelhöhe im lassen, wobei die Schmelze im Gefäß 2 durch eine in Gefäß 2 und in der Kokille 6 sich ausgleicht, wird 40 diese hineintauchende Elektrode an den anderen Pol eine Förderung der Schmelze erzielt. Der Zufluß der es Stromkreises angeschlossen wird. Durch eine geSchmelze in die Kokille 6 wird ausschließlich von eignete Konstruktion kann vermieden werden, daß der Ausziehgeschwindigkeit des Stranges 7 aus der die metallischen Ummantelungen des Vakuumgefäßes Kokille 6 bestimmt, vorausgesetzt, daß die Badspie- bzw. der Rohre durch Induktionsstrom auf eine zu gelhöhe im Behälter 2 unverändert bleibt. Dies kann 45 hohe Temperatur aufgeheizt wird, durch Eingießen neuer Schmelze in das Gefäß 2 auf Die soeben beschriebene Anlage ist gut als Zueinfache Art automatisch gewährleistet werden. Da führungseinrichtung zum Vielfachgießen geeignet, die Schmelze, die dem Behälter 3 kontinuierlich zu- wenn es mit einer Anzahl von Kanälen 5 versehen geführt wird, gelöste Gase enthält, deren Partialdruck ist, die der Zahl der Gießlinge und Gießformen entim Gleichgewicht mit ihren Partialdrücken in der 50 spricht. Eine besondere Regelung der Zuflußschmelzfreien Atmosphäre steht, gibt die Schmelze im Be- menge zu jeder getrennten Gießform ist vollkommen halter 3 Gase ab, weil darin ein durch eine Vakuum- überflüssig, da jede Gießform automatisch mit pumpe stets aufrechterhaltener Unterdruck herrscht. Schmelze gefüllt wird bis zu einem Niveau, das dem-Eine Verbesserung des Entgasungseffekts kann jenigen des geschmolzenen Metalls in dem Behälter 2 durch die Zufuhr von inertem Gas unterhalb des 55 entspricht. Dieses Verfahren weist Vorteile auf ge-Badspiegels im Behälter 3 erreicht werden, indem genüber anderen Verfahren beim Gießen einer großen diese Gase aufsteigende Blasen bilden, in denen Anzahl von Gußstücken aus einer verhältnismäßig wenigstens anfänglich der Partialdruck Null der Gase, großen Gießpfanne. Die Behandlungszeit für den Indie in der Schmelze löslich sind, herrscht. Die Blasen halt der Gießpfanne kann über die gesamte Gießbilden eine ziemlich große freie Oberfläche und be- 60 dauer ausgedehnt werden, so daß demzufolge die schleunigen damit die Gasabgabe der Schmelze. Anforderungen hinsichtlich der Größe und der Durch das Kochen und Umrühren wird auch die Pumpleistung der Anlage geringer sind. Die Anlage Oberfläche der Schmelze vergrößert. ist mit einer Auslaßdüse versehen, die der gewünsch-

Dieses Verfahren ist mit einem ziemlich großen ten Gießgenauigkeit (Steiggeschwindigkeit der Wärmeverlust verbunden, weil Wärme durch die 65 Schmelze in der Gießform) angepaßt ist. Wenn eine Wände des Behälters 3 und der Rohre 4 und 5 abge- Gießform gefüllt ist, wird die nächste Form gefüllt, leitet wird. Gegebenenfalls ist die Entgasung auch Die Gießformen sind entweder auf fahrbaren Untermit einer endothermen Reaktion verbunden. Da bei sätzen od. dgl. angeordnet, und die Entgasungsanlage

ist stationär, oder umgekehrt. Um zu verhindern, daß die Schmelze unerwünschte Gase, z. B. Sauerstoff und Wasserstoff, aufnimmt, werden während des Übertrittes in die Schmelze vorzugsweise die Gießformen mit inertem Gas gefüllt und der frei fallende Strahl 5 der Schmelze in inertes Gas eingehüllt, das durch Düsen um die Auslaßöffnung zugeführt wird.

Unabhängig davon, ob der elektrische Strom der Schmelze direkt über Kontakte zugeführt wird oder in dieser induziert wird, entstehen nach innen gerichtete Kräfte, die rechtwinklig zur Stromrichtung verlaufen. Diese Erscheinung ist als Pincheffekt bekannt. Dieser Effekt dient dazu, die Schmelze in den Kanälen zusammenzuziehen und wirkt damit auf die Strömung der Schmelze ein, je nach der Stromdichte. Da der verringerte Druck in dem evakuierten Behälter auch den statischen Druck der Schmelze, der gegen diese Kräfte wirkt, beträchtlich verringert hat, ist das Zusammenziehen bei geringeren Stromstärken bemerkbar als bei Anwendung des vollen statischen Druckes. Wenn der Strom erhöht wird, um eine größere Wärmewirkung bei geringerem Durchfluß zu erzielen, um Hitzeverluste und den Temperaturabfall der Schmelze auszugleichen, wird der Pincheffekt ebenfalls erhöht und kann zum Regulieren der Strömungsstärke der Schmelze durch die Anlage verwendet werden. Diese Art von Regelung hat eine besonders wichtige Anwendung beim Stranggießen bzw. kontinuierlichen Gießen von Gußblöcken, die so klein sind, daß Auslaßdüsen selbst mit der kleinsten zulässigen Wandstärke nicht in die Öffnung der Gießform eindringen können. Es ist bekannt, daß das Ausströmen von kleinen Mengen eines Metalls, das schwer zu schmelzen ist, wegen der Gefahr der Verfestigung in der Düse mit großen Schwierigkeiten verbunden ist.

F i g. 2 zeigt eine Anordnung, die insbesondere für diesen Fall geeignet ist. Der Strom wird der Schmelze direkt über zwei Elektroden, z. B. Graphitelektroden, zugeführt, die an den Kanalmündungen 13 und 5 angeschlossen sind. Die Stromwärme gelangt sowohl an die Schmelze in dem evakuierten Behälter 3, besonders jedoch an die Schmelze in dem Gießkanal 12, in dem die leitende Fläche verhältnismäßig klein ist. Außerdem übt der Strom auf Grund des obenerwähnten Pincheffekts insbesondere in dem Kanal 12 eine zusammenziehende Wirkung auf die Schmelze aus. Eine Erhöhung der Stromstärke vergrößert sowohl den Pincheffekt, was einer Verkleinerung der Durchflußmenge der Schmelze entspricht, als auch die Hitzeentwicklung in der Schmelze. Unterhalb des Kanals 12 ist eine Düse aus widerstandsfähigem Material eingesetzt, die eine der Elektroden bildet. Der Durchmesser dieser Düse ist so gewählt, daß ein dünner Strahl der Schmelze hindurchtreten kann und daß verhindert ist, daß dieser sich ausbreitet und abgelenkt wird, wenn der Einfluß des Pincheffekts aufhört. Es ist natürlich auch möglich, den Strom über eine in dem Gefäß 2 angebrachte Elektrode zuzuführen anstatt über den Kanal 5. Man kann auch den Strom über das Gußstück, d. h. über die Gießform 6, oder über die Rollen, die gegen das Gußstück? drücken, zuführen. Es kann jedoch wegen des Übergangswiderstandes eine örtliche Erhitzung an der Kontaktstelle auftreten und das Gießstück dadurch beschädigt werden.

Wenn man den obenerwähnten Pincheffekt nicht ausnutzen will, kann er durch besondere Anordnungen, z. B. durch Anordnung von Parallelleitern mit entgegengesetzten Stromrichtungen, verringert bzw. ausgeschaltet werden. Beide Leiter können aus der Schmelze gebildet sein, oder es kann auch nur ein Leiter aus Schmelze bestehen, während die anderen irgendwelche Leiter mit einem größeren Querschnitt und/oder einer größeren Leitfähigkeit als die Schmelzsäule darstellen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum fortlaufenden Entgasen von Metallschmelzen, wobei die Schmelze während der nach dem Siphonprinzip erfolgenden Überführung aus einem Flüssigkeitsmetallbehälter in ein Metallbad einem Vakuum ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Gießgeschwindigkeit während des unmittelbaren Abgießens der entgasten Schmelze in eine Stranggießkokille der Pincheffekt einer elektrischen Beheizung der Schmelze während der Entgasung herangezogen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel eines Transformatorjoches (9) umgeben von einer Primärspule (8), im Boden des Entgasungsbehälters (3) ummantelt angeordnet ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Sekundärspule wirkende Schmelze über eine elektrisch leitende Platte (11) zwischen dem Ein- und Auslauf kanal (4, 5; 5,12) kurzgeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 837 579;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 037 789,
097 624,1103 950;

österreichische Patentschrift Nr. 214 586;
USA.-Patentschrift Nr. 2 536 325.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209 550/369 5.68 © Bundesdruckerei Berlin