DE1920056C3 - Vorrichtung zum Legieren und Gießen von NE-Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Legierer und Gießen von NE-Metallen, die im wesentlichen au; einem steuerbaren stetig beschickbaren Schmelzofei und einem Warmhalteofen kleineren Fassungsvermö gens sowie einer Gießeinrichtung besteht.

Vorrichtungen zum Legieren und Gießen vor NE-Metallen sind in sehr unterschiedlichen Bauformer bekannt Bei einer der bekannten Bauformen werder die Hauptlegierungskomponente und die übriger Legierungskomponenteü in einen Schmelzofen gege ben, nacheinander cder gemeinsam erschmolzen unc gemischt, bis der Analysenwert der gewünschter Legierung erreicht ist, und anschließend wird der ganze Schmelzofeninhalt einer Stranggießanlage oder einer Masselgießanlage, vergossen. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtungen einmal der diskontinuierliche Betrieb und zurr, anderen, daß die übrigen Legierungselemente in einen relativ großen Schmelzofen gelangen, der kaum zu reinigen ist. In diesem Zusammenhang muß erwähm werden, daß die Nichteisenmetall-Legierungen geringste Anteile von Legierungskomponenten die Eigenschaften der fertigen Legierung entscheidend beeinflussen. Beispielsweise kann der Anteil von 0,001% einer unerwünschten Legierungskomponente das Erreicher der geforderten Eigenschaften einer Legierung unmöglich machen. Derartig geringe Anteile diffundieren aber immer in die Ausmauerung des Schmelzofens hinein wenn im Schmelzofen selbst das Legieren stattfindet und treten wieder in die Schmelze ein, wenn nach einem Wechsel der Legierung diese Komponente nicht zugeführt wird. Diese aus der Ofenausmauerung austretenden Anteile einer unerwünschten Legierungs komponente erschweren den Legierungswechsel und machen ort das Erreichen bestimmter Eigenschafter einer Legierung nach einem Wechsel unmöglich, selbsi wenn einige sogenannte Spülchargen, die einen enormen, kostspieligen Materialverlust bedingen, zwischengeschaltet werden.

So ist man bestrebt, im Schmelzofen nur die Hauptlegierungskomponente in hochreinem Zustand zu erschmelzen und die übrigen Legierungskomponenten nicht in den Schmelzofen gelangen zu lassen. Hiervon ausgehend ist schon vorgeschlagen worden, dem Schmelzofen zwei parallelgeschaltete Vorherde nachzuschalten, die jeweils eine Charge aufzunehmen vermögen, wobei das Chargengewicht der Vorherde geringer sein kann als das Einsatzgewicht des Schmelzofens. In diesen Vorherden wird durch Zugabe der übrigen Legierungskomponenten die Legierung fertiggestellt. Danach wird die Charge des jeweiligen Vorherdes einer Gießeinrichtung zugeführt und vergossen. Die beiden Vorherde können wechselweise betrieben werden. Nichtsdestoweniger handelt es sicri auch hier um einen diskontinuierlichen Betrieb. Die Vorherde, die jeweils eine Charge aufnehmen müssen sind aber ebenfalls große und aufwendige Behälter, die bei einem Legierungswechsel entweder ausgetauschi werden müssen oder im Prinzip die gleichen Nachteile bezüglich der aus der Ausmauerung austretender unerwünschten Legierungskomponenten aufweisen wie die Vorrichtungen, bei denen die Legierung im

Schmelzofen selbst fertiggestellt wird.

Es sind zwar sowohl stationäre als auch kippbare Schmelzöfen bekannt (deutsche Patentschrift 6 17 196), j,₍, _mlt einem kleineren Warmhalteofen über eine Rinne ■η Verbindung stehen Hierbei sind aber die beiden öfen

einer baulichen Einheit zusammengefaßt.

Bei einem bekannten Vorschmelz- und Tiegelwarmfcalteofen nach der deutschen Auslefaeschrift 12 80478 jln'ßt das Metall kontinuierlich in den Tiegel in dem Maß _em wie es in dem Vorschmelzer eingeschmolzen wird. Ium Herausnehmen des Tiegels muß der Vorschmelzefrn angehoben und seitlich weggeschwenkt werden.

Bei kippbaren Induktions-Vorschmelzofen, die über eine Rinne mit einem Induktions-Warmhalteofen verbunden sind, ist es bekannt, dem Warmhalteofen eine Stianggießanlage nachzuschalten (A. Cell a: »Die Entwicklung von Induktionsschmelzöfen ...«, Internationaler Elektrowärmekongreß, Wiesbaden, 1963, Druckschrift Nr. 151, Seiten 1 bis 6).

7um Behandeln metallischer Schmelzen, insbesondere zum Zwecke der Entgasung und zum Einlegieren von Elementen, die in unkontrollierter Atmosphäre angegriffen werden, ist nach der deutschen Auslegeschrift 1109 377 vorgeschlagen worden, die legierungsergänzenden Stoffe in Form von Strängen zuzuführen. Hierbei sind eine obere Pfanne, eine mittlere, zur Atmosphäre abgeschlossene Kammer und eine untere Pfanne übereinander angeordnet. Diese Anordnung erfordert zwangläufig mit Stopfen versehene Auslässe, die bei metallischen Gefäßen unerwünscht sind. Überdies kann die Reagenz in der mittleren, allseitig geschlossenen Kammer nicht kontrolliert werden.

Nach der bekanntgewordenen schweizerischen Patentschrift 3 82 783 weist eine Schmelzvorrichtung eine in den Schmelzofen eintauchbare Glocke auf, in deren Innenraum Legierungsdraht kontinuierlich zuführbar ist. Diese bekannte Vorrichtung, die vor allem der Zuführung von Behandlungsstoffen zur Entgasung, Entschwefelung oder Entphosphorung der Schmelze dient, ist sehr kompliziert.

'lur Herstellung von Blöcken aus Aluminiumlegierungen, die tiefschmelzende Komponenten enthalten, ist nach dem »Handbuch des Stranggießens« von E. Hermann, 1958, Seite 331 und 677 bis 678, eine Vorrichtung bekannt, bei der der Legierungsbestandteil in Drahtform mittels Zuführungsrollen dem Metall kontinuierlich in die Gießrinne zugeführt wird. Hierbei wird die Drehzahl der Zuführungsrollen in Abhängigkeit von der Gieß- bzw. Erstarrungsgeschwindigkeit gesteuert.

Die als älterer Vorschlag bekanntgewordene deutsche Offenlegungsschrift 19 54 943 bezieht sich auf die Steuerung der Desoxidationsgeschwindigkeit bei der Herstellung von AL-ha!bberuhigtem Stahl auf Grund der Messung der elektromotorischen Kraft der in der Gießpfanne befindlichen Stahlschmelze mit Hilfe einer Sauerstoff-Konzentrationszelle.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Metall-Legierungen wird gleichfalls als älterer Vorschlag in der deutschen Offenlegungsschrift 19 62 964 beschrieben. Danach werden die Legierungszusätze und/oder Desoxidationsmittel in die Schmelze unter gleichzeitiger Umrührung des Schmelzbades eingeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Legieren und Gießen von NE-Metallen so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau eine kontinuierliche völlig steuerbare Arbeitsweise und gleichzeitig ein einfaches Wechseln der Legierungen möglich ist. ohne daß ein großer Materiaiverlust durch Spülchargen oder der Austausch und die entsprechende Lagerung großer Gefäße erforderlich ist Darüber hinaus soll die Vorrichtung möglichst leicht bedienbar sein und betriebssicher arbeiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird für eine aus einem steuerbaren stetig beschickbaren Schmelzofen, einem Induktions-Warmhalteofen kleineren Fassungsvermögens und einer Gießeinrichtung bestehenden Vorrichtung erfindungsgemäß die Kombination der folgenden Merkmale vorgeschlagen:

a) daß der Warmhalteofen als offener, kippbarer und austauschbarer Induktionstiegel ausgebildet ist,

b) daß der Induktionstiegel neben dem Schmelzofen zum Erschmelzen einer hochreinen Hauptlegierungskomponente angeordnet ist

c) daß dem Induktionstiegel kontinuierlich arbeitende und mengenmäßig steuerbare Zuteilungseinrichtungen für die übrigen Legierungskomponenten zugeordnet sind und

d) daß dem Induktionstiegel eine kontinuierliche steuerbare Gießeinrichtung nachgeordnet iit.

Mit der Kombination dieser einzeln an sich bekannten Merkmale ist eine Vorrichtung gefunden, mit der auf einfache Weise ein sehr schneller Wechsel der Legierungen möglich ist, ohne daß weder deren Reinheitsgrad negativ beeinflußt noch einer der den bekannten Vorrichtungen anhaftender Mangel übernommen wird. Um einen kontrollierten Strom der schmelzflüssigen Hauptlegierungskomponente in den Induktionstiegel gelangen zu lassen, wird noch vorgeschlagen, den Schmelzofen kippbar anzuordnen und ihn mit einem Kippantrieb auszurüsten, wobei der Ausguß des Schmelzofens zur Übergabe der Schmelze dem Tiegel zugeordnet ist. Hierbei kann an das Ofengefäß eine Gießschnauze angebracht sein, deren freies Rinnenende über die Einfüllöffnung des Tiegels ragt. Auch kann der Ausguß des Schmelzofens über einer fest angeordneten Rinne liegen, während diese Rinne zum Legierungstiegel führt. — Eine andere vorgeschlagene ■Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwischen Schmelzofen und Tiegel eine Pumpe für eine kontinuierliche Zuführung der erschmolzenen Hauptlegierungskomponente angeordnet ist. — Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Ende des Zuführungsrohres für die Hauptlegierungskomponente in dem lnduktionstiegel in Bodennähe desselben angeordnet ist.

Der lnduktionstiegel kann so ausgestaltet sein, daß die Induktionsspule den ganzen Tiegel umgibt, oder weist der Legierungstiegel einen Induktor auf, wie er bei Induktionsrinnenofen Verwendung findet.

Um die übrigen Legierungskomponenten dem Tiegel zudosieren zu können, ist er mit Dosiereinrichtungen entsprechend der Beschaffenheit der jeweiligen Legierungskomponenten versehen. Dies sind für die übrigen schmelzflüssigen Legierungskomponenten Dosierpumpen, für die übrigen festen Legierungskomponenten Vibrationsrinnen oder Abzugswalzen, die alle in ihrer Mengenleistungen kontinuierlich einsteilbar bzw. regelbar sind.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, /wischen Tiegel und Ciießeinrichtung oder an der Gießeinrichtung einen Meßgeber zur Ermittlung der dem Tiegel entnommenen

und vergossenen Legierung anzuordnen, an den eine entsprechende Schaltanordnung angeschlossen ist, die einerseits mit dem Kippantrieb des Schmelzofens bzw. der Pumpe zwischen Schmelzofen und Tiegel verbun-

den ist, um die Zufuhr der geschmolzenen Hauptlegierungskomponente in den Tiegel zu steuern, und die andererseits mit den Dosiereinrichlungen für die Zufuhr der übrigen Legierungskomponenten in entsprechendem Verhältnis in Verbindung steht. Als Meßgröße kann die Gießgeschwindigkeit, bei einer Stranggießanlage die Abzugsgeschwindigkeit, oder bei einer Masselgießanlage die Anzahl der pro Zeiteinheit gegossenen Masseln gelten. Der Meßgeber ist an eine entsprechende Schaltungsanordnung, die von jedem Fachmann für den jeweiligen Zweck bestimmt ohne besondere Schwierigkeiten erstellt werden kann, angeschlossen. Mittels des Meßgebers ist es somit in Verbindung mit der Schaltungsanordnung möglich, die Zufuhr der Legierungselemente ihrem gegenseitigen Verhältnis entsprechend in Abhängigkeit von der entnommenen Legierungsmenge zu steuern.

Die durch die F.rfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kontinuierlich gearbeitet werden kann, im Schmelzofen wird nur die Hauptlegierungskomponente erschmolzen, so daß der Schmelzofen ungestört für die verschiedensten Legierungen während einer ganzen Ofenreise benutzt werden kann und somit äußerst wirtschaftlicher Betrieb gegeben ist. Das Legieren selbst erfolgt in einem relativ kleinen Tiegel, der sich leicht bei einem Legierungswechsel austauschen läßt, falls dies erforderlich sein sollte. Im Tiegel wird eine gute Mischung und homogene Lösung der l.egierungskomponenten erzielt.

Die Legierung läßt sich bei laufendem Betrieb ohne nennenswerte Matenalverluste ändern, indem das Verhältnis der ein/einen oder aller übrigen Legierungskomponenten zur Hauptlegierungskomponente, die dem Tiegel zugeführt werden, an den Dosiereinrichtungei. fur die übrigen Legicrungskomponenten geänden wird Liegen die übrigen Legicrungskomponenten in Draht oder Bandform vor. so kann die Änderung der Legierung einmal über die einstellbare A.bzugseinrich Uing. /um anderen durch die Wahl des Querschnittes ries Bandes b/w. des Drahtes erfolgen. Hierdurch läßt sich ein sehr breiter Bereich der Variationsmöglichkeiten mit einer gegebenen Vorrichtung bestreichen. Durch die ständige Erfassung der Menge der Legierung, die dem Tiegel entnommen und in der Gießanlage vergossen wird, und durch die davon abhängig gesteuerte Ziituhrmcngc der Hauptlegierungskomponentc und der übrigen l.egierungxkomponenten ist für eine gleichmäßige l.egierungszusanimensetzung gesorgt, auch wenn durch Störungen an den Folgeeinrichtungen oder aus sonstigen Gründen die Durchsat/menge variiert werden muß Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach aufgebaut und leicht bedienbar. Sie arbeitet zudem betriebssicher und ist nur wenig störanfällig. Durch die Erfindung ist es nunmehr s? möglich, nut geringem Material- und Fnergieeinsatz ein optimales Produkt zu erhalten.

An Hand der lediglieh Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen wird die F.rfindung näher erläutert. Ls zeigt in schematischer Darstellung

I 1 g 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit kippbarem Ofengefäß, Zuführung von zwei die übrigen Legicrungskomponenten enthaltenden Bandern, nachgcschaltctcr Stranggießanlage und eingezeichnetem Stcuerkreis. 6<;

F 1 g 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsgcmaßcn Vorrichtung mit feststehendem Schmelzofen, zwischen Schmelzofen und Legierungsticgel angeordneter Pumpe, Dosiereinrichtung für die Zuführung der übrigen Legierungskomponenten in Form von Schüttgut und Band und nachgeschalteter Masselgießanlage.

Im Schmelzofen 11/31 wird die Hauptlegierungskomponente in hochreinem Zustand erschmolzen und kontinuierlich in einen Induktionstiegel 12/32 überführt, in den auch die übrigen Legierungskomponenten 13, 14/33, 34 kontinuierlich mittels Dosiereinrichtungen 15, 16/35,36 gegeben werden. Die übrigen Legierungskomponenten werden in der Schmelze 17/37 der Hauptlegierungskomponente gemischt und gelöst. Die fertige Legierung wird in einer kontinuierlichen 18 bzw. quasi kontinuierlich 38 Gießanlage vergossen.

LJm die Zufuhr der Hauptlegierungskomponente bestimmen und beeinflussen zu können ist der Schmelzofen 11 nach Fig. 1 kippbar angeordnet und mit einem die Kippbewcgung erzeugenden Antrieb 19 in Form einer Zylinderkolbenanordnung versehen. Der Schmelzofen 11 ist als Induktionsrinnenofen ausgeführt und mit einem Induktor 20 zur Erzeugung der Schmelzenergie ausgerüstet. Der Ausguß 21 des Schmelzofens 11 i^c.t als Gießschnauze ausgebildet, deren freies Rinnenende über der Einfüllöffnung des Tiegels 12 liegt. Um im Tiegel 12 eine Mischströmung zu erzeugen und um gleichzeitig die im Tiegel befindliche Schmelze warmzuhalten, ist dieser mit einer Induktionsspule 22 in Form eines Induktors versehen. Die übrigen Legierungskomponenten werden hier in Form von zwei Bändern 13 und 14 zugegeben, die von Spulen 23 und 24 abnehmbar sind, wobei die Dosierung einmal von der Abzugsgeschwindigkeit der Abzugseinrichtung 15 und 16 und zugleich vom Querschnitt der Bänder 13 und 14 abhängt. Die fertige Legierung verlaßt den Tiegel 12 durch den Ausguß 25 und gelangt in eine Vertcilerrinne 26 einer Stranggießanlage 18. die mit einem Absenkkol bcn 27 in einem entsprechenden Zylinder 28 versehen ist. In F i g. 1 ist auch schematisch die Steuerung eingezeichnet. Abhängig von der Abscnkgesehwindig kcu des Abscnkkoibcns 27 wird aus dem Zylinder 28 Hydraulik-Flüssigkeit verdrängt. Bei vorgegebenem Querschnitt des in der Stranggießanlage gegossenen Profils ist die aus dem Zylinder 28 verdrängte Menge Hydraulik-Flüssigkeit proportional der pro Zeiteinheit dem Tiegel entnommenen und vergossenen Legierung. Der Meßgeber 29 für die aus dem Zylinder 28 verdrängte Hydraulik-Flüssigkeit ist in diesem Ausfüh rungsbeispicl also zugleich der Meßgeber für die vergossene Legierung. Der Meßgeber ist an eine Schaltungsanordnung 30 angeschlossen, in der das Mcßsignal verarbeitet und als Steuersignal dem Antrieb 19 für die Kippbewegung des Schmelzofens 11 und den Antriebsmotoren M der Abzugseinrichtung 15 und 16 für die Dosierung der übrigen Legierungskomponenten zugeführt wird. Hierdurch wird letztlich unter Beibehaltung der vorgegebenen Verhältnisse der einzelnen Legierungskomponenten ihre Zufuhr verringert oder gesteigert. Die Änderung der Verhältnisse der einzelnen Legierungskomponenten zueinander bedarf einer besonderen Einstellung, die auch in der Schaltungsanordnung 30 vorgesehen sein kann.

In Fig. 2 ist der Schmelzofen 31 als feststehender Herdofen ausgebildet. Zwischen dem Schmelzofen 31 und dem Legicrungstiegel 32 ist eine Pumpe 39 für die kontinuierliche, steuerbare Zufuhr der schmelzflüssigen Hauptlegierungskomponente in den Tiegel 32 angeordnet. Steuersignale einer hier nicht eingezeichneten Schaltungsanordnung werden unter anderem der Pumpe 39 zugeleitet. Das an die Pumpe 39 angeschlos

sene Zuführungsrohr 41 taucht tief in den Legierungsliegel 32 ein und endet in der Nähe seines Bodens. Schon hierdurch wird eine gute Mischung und homogene Lösung der Legierungskomponenten erzielt. Um eine weitere Mischströmung in der Schmelze und eine Energiezufuhr zu erzielen, ist der Tiegel 32 mit einer Induktionsspule 42 umgeben. Die übrigen Legierungskomponenten sind einmal als körniges Schüttgut in einem Vorratsbehälter 43 gelagert und zum anderen in Bandform auf einer Spule 44 bevorratet. Die schüttgutförmige Legierungskomponente 33 wird über eine Vibrationsrinne 35, die bandförmige Legierungskomponente 34 über eine zu F i g. 1 schon beschriebene

Abzugseinrichtung 36 zudosiert. Die fertige Legierung verläßt den Tiegel 32 durch dessen Ausguß 45, der mit einer langen Gießrinne 46 versehen ist. Die Gießrinne

46 endet über den auf einem umlaufenden Träger angeordneten Gießformen 47 zum Gießen von Masseln

einer quasi kontinuierlichen Masselgießanlage 38.
Von der Umlaufgeschwindigkeit des die Gießformen

47 tragenden Trägers kann bei diesem Beispiel eine der vergossenen Legierung entsprechende Meßgröße abge-

to leitet werden, von der über eine hier nicht eingezeichnete Schaltungsanordnung der Antrieb der Pumpe 39 sowie auch die Antriebe der Dosierrinne 35 und der Abzugseinrichtung 36 gesteuert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   V- 1. Vorrichtung zum Legieren und Gießen von j NE-Metallen, bestehend aus einem steuerbaren stetig beschickbaren Schmelzofen und einem Induktions-Warmhalteofen kleineren Fassungsvermögens sowie einer Gießeinrichtung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) der Warmhalteofen ist als ein offener, kippbarer, austauschbarer Induktionstiegel (12/32) ausgebildet;

   b) der Induktionstiegel (12/32) ist neben dem Schmelzofen (11/31) zum Erschmelzen einer hochreinen Hauptlegierungskomponente angeordnet;

   c) dem Induktionstiegel (12/32) sind kontinuierlich arbeitende und mengenmäßig steuerbare Zuleitungseinrichtungen (15, 16/35, 36) für die übrigen Legierungskomponenten (13,14/33,34) zugeordnet;

   d) dem Induktionstiegel (12/32) ist eine kontinuierliche (18, 38) steuerbare Gießeinrichtung nachgeordnet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzofen (11) kippbar angeordnet und mit einem Kippantrieb (19) ausgerüstet ist. wobei der Ausguß (21) des Schmelzofens (11) zur Übergabe der Schmelze dem Tiegel (12) zugeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schmelzofen (31) und Tiegel (32) eine Pumpe (39) für eine kontinuierliche Zuführung der erschmolzenen Hauptlegierungskomponente angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Zuführungsrohres (41) für die Hauptlegierungskomponente in dem Induktionstiegel (32) in Bodennähe desselben angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der schmelzflüssigen übrigen Legierungskomponenten eine oder mehrere Dosierpumpen vorgesehen sind.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der körnigen übrigen Legierungskomponenten dem Tiegel (32) eine oder mehrere Dosierrinnen (35) zugeordnet sind.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung der übrigen Legierungskomponenten in Band- oder Drahtform dem Tiegel (12/32) eine oder mehrere Abzugseinrichtungen (15, 16/36) mit regelbarer Abzugsgeschwindigkeit zugeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Tiegel (12/32) und Gießeinrichtung (18/38) oder an der Gießeinrichtung (18/38) ein Meßgeber zur Ermittlung der Menge der dem Tiegel (121/32) entnommenen und vergossenen· Legierung angeordnet ist, an den eine entsprechende Schaltanordnung (30) angeschlossen ist, die einerseits mit dem Kippantrieb (19) des Schmelzofens (11) bzw. der Pumpe (39) zwischen Schmelzofen (31) und Tiegel (32) verbunden ist, um die Zufuhr der geschmolzenen Hauptlegierungskomponente in den Tiegel zu steuern, und die andererseits mit den Dosiereinrichtungen (15,

   16/35, 36) für die Zufuhr der übrigen Legierungs komponenten (13, 14/33, 34) in entsprechenden Verhältnis in Verbindung steht