DE1942696A1

DE1942696A1 - Einrichtung zum Veredeln von Metallschmelzen unter Vakuum

Info

Publication number: DE1942696A1
Application number: DE19691942696
Authority: DE
Inventors: Blasko Michael Julius; Herrmann Henry Otto
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1968-09-17
Filing date: 1969-08-21
Publication date: 1970-04-02
Also published as: FR2018234A1; US3536125A; GB1239327A

Description

EDUARD LORENZ . BERNHARD SEIDLER · MARGRIT SEIDLER DIPLING.HANS KARL GOSSEL . DR. JUR. LÜDER WITT

8 München 22, Widenmayerstraee 23 Telefon [0811] 297194/297834 Postscheck: München 170280 Bankkonto: Bayerische Vereinsbank München, Konto 862019 Ihr Zeichen Unser Zeichen 21753 Hl/st

Tag 20. August 1969

Pennwalt Corporation, Philadelphia 2/USA

Einrichtung zum Veredeln von Metallschmelzen unter Vakuum

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zum Veredeln von Metallschmelzen unter Vakuum mit einem Schmelzofen in einer Vakuumkammer.

Beim Vakuumveredeln von Metallen, bei dem im allgemeinen Induktionsöfen zur Anwendung gelangen, ist es bisher die Praxis gewesen, das Einschmelzen des Metalls und das Vergießen der Schmelze in.Formen innerhalb einer einzigen Vakuumkammer vorzunehmen. Als Folge davon konnte jedoch weder der Ofen neu beschickt noch die Formen aus der Einrichtung entnommen werden, ohne daß das Vakuum gebrochen wurde. Die Betriebsweise der bekannten Einrichtungen wurde daher unwirtschaftlich, da weder der Induktionsofen zum Veredeln einer frischen Metallcharge während des Auskühlens der Schmelze in den Formen benutzt werden konnte, noch Formen in die Vakuumkammer eingeschoben werden konnten, während

0098U/1316

die Schmelze im Ofen entgast wurde. Es war deshalb erforderlich, den Schmelz- und Veredelungsvorgang in einer ersten Kammer durchzuführen, die veredelte Metallschmelze . in eine Gießpfanne oder einen sonstigen Träger zu gießen und diese dann in eine zweite, getrennt und unabhängig von der ersten betriebene Kammer einzuführen, in der die Schmelze in die Formen vergossen wurde. Es kamen zwar bereits verschließbare Tunnels für die Formen zur Anwendung; diese erforderten jedoch nicht nur große, türartige Ventile, durch die Formkarren geschoben werden konnten, sondern ^ hatten auch einen beträchtlichen Bodenflächenbedarf.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Veredeln von Metallschmelzen unter Vakuum vorzuschlagen, bei der das Veredeln und das Auskühlen der vergossenen Metallschmelze in Formen gleichzeitig erfolgen können, ohne durch ein erneutes Beschicken des Ofens während des Auskühlens der Formen oder durch eine Entnahme der ausgekühlten Schmelze in den Formen beeinträchtigt zu werden. Darüber hinaus soll die vorgeschlagene Einrichtung leicht und wirtschaftlich herstellbar sein und einen geringen Platzbedarf aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, ψ daß eine zusätzliche Kammer zur Aufnahme einer Anzahl von Formen mit der den Schmelzofen aufnehmenden Kammer über eine Ventilanordnung in Verbindung steht, wobei eine bewegliche Trichteranordnung zur Überleitung der Metallschmelze aus dem Schmelzofen durch die Ventilanordnung in die Formen vorgesehen ist und die Ventilanordnung die Aufrechterhaltung eines unabhängigen Vakuums in einer oder beiden

0098U/1318

Kammern erlaubt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die durch die Ventilanordnung miteinander in Verbindung stehenden Kammern vertikal übereinander anzuordnen. In der ersten Kammer ist ein schwenkbarer Induktionsofen angeordnet, der mit geeigneten Evakuierungseinrichtungen in Verbindung steht. Jeweils eine Form befindet ßich unterhalb des Ventiles. Eine horizontal verschiebliche Trichteranordnung läßt sich aus einer Vorheizstation in eine Position über der Ventilanordnung verschieben und durch die Ventilanordnung vertikal nach unten absenken, wenn das Ventil geöffnet ist.

Zweckmäßigerweise befindet sich die Ventilanordnung innerhalb eines horizontalen Bereiches der zweiten Kammer, der sich teilweise in die erste Kammer hinein fortsetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trichteranordnung ein Aufnahmeende für die Schmelze, eine Führungsstrekke und ein Auslaßende auf, und ist auf einem Wagen innerhalb der ersten Kammer verfahrbar.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen, sowie aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Veredelung von Metallschmelzen;

0098U/1318

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2 - 2 in KLg. 15

Mg. 3 einen Schnitt längs der Linie 3 - 3 in Hg· 2;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4 - 4 in Fig. 2;

Figo 5 einen Schnitt längs der Linie 5 - 5 in Fig. 4;

Pig. 6 einen Schnitt H,ängs der Linie 6 - 6 in Fig. 4;

P Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7 - 7 in Fig. 6 und

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8 - 8 in Fig. 7·

In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche Teile in den Zeichnungen stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In einer Vakuumschmelzkammer A ist ein Veredelungsschmelzofen B angeordnet. Eine Formkammer oder ein Tunnel C enthält Formen D und ist mit der Kammer A durch eine zwischen den beiden Kammern angeordnete Ventilanordnung E verbunden. ^ Eine im Ganzen mit F bezeichnete bewegliche Trichteranord-™ nung ist so ausgebildet, daß sie von dem Schmelzofen B eingegossene Schmelze durch die Ventilanordnung E hindurch in die Formen D leitet.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 stellt die Vakuumschmelζ-kammer A ein verstärktes Stahlgehäuse dar, dessen unterer Teil 12 auf einem Rahmen 14 aufruht. Der untere Kammerteil 12 ist durch einen bei 18 lösbar angeflanschten Deckel 16 abgedeckt, der zur Freigabe des Zuganges zum Kammerinneren

0098U/1318

zurückgeschoben oder zurückgerollt werden kann. Die Vakuumkammer A besitzt einen genügend großen Rauminhalt, um den Schmelzofen B aufzunehmen und steht über eine Leitung 20 mit einer Evakuierungseinrichtung, beispielsweise einer nicht dargestellten mehrstufigen Dampfstrahl-Hochvakuumpumpe in Verbindung. In dem Deckel 16 ist ein mit Ventil versehener Trichter 22 so angeordnet, daß der Schmelzofen B bei Bedarf unter Vakuum beschickt werden kann.

Als Schmelzofen B kommt jede geeignete Hochtemperatur-Schmelz einrichtung zum Erhitzen, Schmelzen, Umrühren und Veredeln von Metallschmelze, beispielsweise Stahlschmelze, unter Hochtemperaturbedingungen in Frage. Vorzugsweise kommt ein kernloser Induktionsofen zur Anwendung, da dieser die beste Verträglichkeit mit dem umgebenden Vakuum aufweist und die Möglichkeit eröffnet, sowohl den Heiz- als auch den Rührvorgang durch die erzeugten Wirbelströme durchzuführen. Der Schmelzofen B besteht im wesentlichen aus einem im allgemeinen zylindrischen Tiegel 24 mit einer Kapazität von beispielsweise 30 t, der eine Gießlippe 26 besitzt. Das Innere des Ofens ist mit geeignetem hitzebeständigem Material ausgekleidet. Der Schmelzofen B ist über an seinen Seiten angeordnete Drehzapfen 28 in Lagerständern 30 schwenkbar. Hydraulische, nicht dargestellte Antriebseinrichtungen ermöglichen es, den Ofen nach vorwärts um etwa 105 zu kippen, um Metallschmelze in den Trichter P einzugießen. Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, den Ofen nach hinten um etwa 30 ° aus der Vertikalen zu kippen, um ihn reinigen und/oder warten zu können.

Die Formkammer C stellt ebenfalls eine verstärkte Stahlkammer dar, die durch eine vertikale Trennwand 32 und

Q098U/1318

eine horizontale Decke 34 von der Vakuumschmelzkammer A abgeteilt ist» Über eine Leitung 21 und nicht dargestellte entsprechende Ventile ist die Formkammer 0 ebenfalls an die Evakuierungseinrichtung angeschlossen, wobei das Vakuum jeweils unabhängig entweder in der Formkammer C oder in der Vakuumkammer A erzeugt werden kann. Die Ventilanordnung E befindet sich in der Decke 34» so daß eine Form D unmittelbar unter der Ventilöffnung aufgestellt werden kann. Außerhalb der Vakuumschmelzkammer A, etwa in der Höhe der Decke 34 befindet sich eine Plattform 36, von der aus das Bedienungspersonal den Gießvorgang aus dem Schmelzofen B in den Trichter F durch ein Fenster 38 zentral überblicken kann. Das Vergießen der Schmelze aus dem Trichter in die Formen D kann über ein entsprechendes Fenster 40 beobachtet werden.

Die Konstruktion der Trichteranordnung F geht am deutlichsten aus den Figuren 2 und 4 hervor. Diese besteht im wesentlichen aus zwei nebeneinander angeordneten kanalförmi- gen Behältern 42, 44, von denen der Behälter 42 für den normalen Betrieb und der Behälter als Hilfsbehälter in Notfällen zum Einsatz gelangt. Jeder der Bahälter besitzt an seinem einen Ende einen im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Spritzschutz 46, in den die Metallschmelze von der Gießlippe 26 des Schmelzofens B her eingegossen wird. Eine Trichtermündung 48 am anderen Ende der Behälter führt den Schmelzestrom zusammen. Ein auf der Abströmseite der Behälter angeordneter Kamm 50 erlaubt die Beseitigung von an der Oberfläche der Schmelze schwimmenden Verunreinigungen.

Beide Behälter, sowohl der Haupt- als auch der Hilfsbehälter 42, 44 ruhen auf einem pfannenartigen Gestell 52. Konkave Rollen 53, 54, die in Lagern 56 auf der Unterseite

0098U/1318

des Gestells 52 gelagert sind, laufen auf einer flüssigkeitsgekühlten, bogenförmigen Rohrschiene 5O₁ die sich auf der Decke 34- abstützt. Am anderen Ende des Gestells ist ein Arm 60 vorgesehen, der durch zwei einander gegenüberliegende Langlöcher 62 und 64 in einem Zylinder 66 ragt. Der Arm 60 ruht auf dem oberen Ende eines Stiftes 68, der mit einem im unteren geschlossenen Ende des Zylinders 66 vertikal verschieblich angeordneten Kolben 70 verbunden ist. Das untere Ende des Zylinders 66 ist auf einem Drucklager 72 drehbar abgestützt. Das obere Ende des Zylinders 66 dagegen läuft zu einer Welle 74 aus, die in einem Lager 76 drehbar ist. Die Drehbewegung der Trichteranordnu:-£ um eine durch die Lager 72 und 76 definierte Drehachse wird durch die Drehung eines Ritzels 80 erzeugt, das mit einem Kegelrad 82 kämmt. Eine das Kegelrad 82 tragende Welle 84 ist in abgedichteten Lagern 86 in der Umfangswand 12 der Vakuumkammer A gelagert. Eine Antriebseinheit 88, 89 ist mit dem anderen Ende der Welle 84 außerhalb der Vakuumkammer A gekoppelt und unterhalb einer Kopfplattform 90 befestigt. Kit ihr läßt sich die Trichteranordnung F je nach Bedarf im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn drehen. Eine Abschirmung 92 dient dazu, das Kegelgetriebe vor Metallspritzern, sowie vor Strahlungshitze zu schützen. Das auf der Gießplattform 36 stehende Bedienungspersonal kann ^.as Vergießen der Schmelze aus den Schmelzofen B in die Trichteranordnung F durch das Fenster 38 und das Vergießen der Schmelze in die Formen D durch das Fenster 40 überwachen.

Das Isolierventil E ist im wesentlichen ein großes horizontal betätigbares wassergekühltes Schieberventil, das in eine Öffnung in der Decke 34 zwischen den beiden Kammern A uni C eingefügt ist (vergleiche Figuren 1, 2 und 4). Die Konstruktion des Ventiles E ist im einzelnen

0098U/1318

_ßAD

am beaten aus den. Figuren 6, 7 und 8 ersichtlich* Das Ventil E besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 100 mit einander gegenüberliegenden Planschen 102 und 104? die zur Koppelung mit Durchführungen dienen. Im vorliegenden Pail ist der Plansch 102 mit einem in der Deckenöffnung befestigten, komplementären Ring 94 verschraubt. Am Flansch 104 kann eine Deckplatte 96 angelenkt sein, die beim Einsetzen der Trichtermündung 48 ausgeschwenkt werden kann. Ein Hitzeschild 98 ist mit dem Ring 94 verbunden, verläuft kegelförmig nach oben und bildet eine öffnung, die etwas größer als die Trichtermündung 48 ist. Das Ventil E wird durch eine doppelt wirkende hydraulische Zylinderanordnung 106 betätigt, deren Kolben mit einem Ventilschieber 108 über eine Kolbenstange 110, einen Führungsblock 112 und Kniehebel 114 in Verbindung steht. Zugfedern 116, die die beiden Ventilschieber 108 miteinander verbinden, verhindern, daß die Schieber auf der Innenseite der Gehäusewandung 100 während der horizontalen Ein- bzw. Ausbewegung schleifen. Beim öffnen wird jeder Ventilschieber zuerst von seinem Sitz angehoben, bevor seine Seitwärtsbewegung einsetzt. Über jedem Ventilschieber liegt ein Hitzeschild 118, um ihn vor Strahlung zu schützen. Die Kolbenstange 110 selbst ist durch ein Öllager 120 gegen das Vakuum abgedichtet. Versteifungsrippen 121 gewährleisten die Festigkeit des Gehäuses bei der Aufrechterhaltung des Vakuums.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, kann die Trichteranordnung F nach oben um die Führungsschiene 58 als Zentrum durch Betätigung des Kolbens 70 geschwenkt werden. In dieser Lage ist die Trichtermündung 48 frei von der Ventilanordnung E, wie dies gestrichelt in Fig. 4 dargestellt ist.

0098U/1318

Daraufhin kann die leichter anordnung F in einer Horizontalebene bis unter eine Überdachung 122 verschwenkt werden» Die Überdachung 122 stellt eine Vorheizstation dar, in der eine Reihe von Nickel-Chrom-Heizelementen 124 die Trichteranordnung P auf eine so hohe Temperatur aufheizen, daß einerseits deren wärmebeständige Auskleidung keine
Thermoschockwirkung erleidet und andererseits die eingegossene Metallschmelze nicht bereits während des Gießens zu sehr abgekühlt wird»

Die Vakuumkammer A wird bei geschlossenem Ventil E ausgepumpt. Die Formen D werden in die Formkammer C eingefahren, die auf dasselbe Vakuum gebracht wird wie die
Kammer A, bevor die Schmelze eingegossen wird. Daraufhin ,vi rd das Ventil E geöffnet und die Trichter anordnung F
so weit gedreht, daß sie weitgehend mit dem Schmelzofen ausgerichtet ist. Danach wird die Trichtermündung 4-8
durch das Ventil 1 abgesenkt. Von einer Beobachtungsposition ausserhalb der Kammern A und G aus verschwenkt
das Bedienungspersonal auf der Plattform 36 den Schmelzofen B nach vorne unter fortwährender Beobachtung des
Vergießens durch das Fenster 38. Gleichzeitig kann das
Vergießen aus dem Trichter in die Form D durch das Fenster 40 überwacht werden. Wenn in alle formen D vergossen worden ist, wird die Triehteranordnung F soweit
angehoben, daß die Trichteröffnung 48 das Ventil wieder
freigibt. Es ist selbstverständlich möglich, die Trichteranordnung mit Hilfe des Kolbens 70 jeweils nach dem Füllen einer Form anzuheben, um den Schmelzefluß durch das Ventil anzuhalten. Das Ventil E kann nunmehr geschlossen werden, worauf der Schmelzofen. B entweder erneut unter Vakuum beschickt werden kann oder durch Zurückschieben des Deckels 16 atmosphärische Bedingungen in der Kammer A hergestellt

009814/1318

- 10 -

werden. In diesem Stadium kann der Schmelzofen neu versorgt werden, während die Formen unter Vakuum auskühlen. Andererseits können die Formen aus der Formkammer C entnommen werden, während eine erneute Schmelz charge, im Schmelzofen unter Vakuum veredelt wird, ohne daß der Veredelungsvorgang in der Schmelzkammer A dadurch gestört wird.

Durch die Anordnung des Ventiles Ξ in einer Horizontallage, in der es die übereinanderliegenden Kammern A und in vertikaler Richtung voneinander trennt, erfolgt das Vergießen der Schmelze durch die Trichteröffnung 48 in vertikaler Richtung«, Demzufolge ist jegliche wärmebeständige Auskleidung sowohl in der Trichteranordnung F als auch im Schmelzofen B für eine bequeme Reinigung freigelegt und zugänglich, wenn der Deckel 16 zurückgerollt wird. Bei einem Versagen des Trichterbehälters 42 kann unmittelbar der HilfstrichterbeMlter 44 zum Einsatz gelangen»

0098H/1318

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Veredeln von Metallschmelzen unter Vakuum mit einem Schmelzofen in einer Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Kammer C zur Aufnahme einer Anzahl von Formen D mit der den Schmelzofen B aufnahmenden Kammer A über eine Ventilanordnung E in Verbindung steht, wobei eine bewegliche Trichteranordnung F zur Überleitung der Metallschmelze aus dem Schmelzofen B durch die Ventilanordnung E in die Kühlformen D vorgesehen ist und die Ventilanordnung E die Aufrechterhaltung eines unabhängigen Vakuums in einer oder beiden Kammern A, C erlaubt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer A und die Formkammer C im wesentlichen vertikal übereinander angeordnet sind und die Ventilanordnung E in einem horizontalen Bereich 100 der Formkammer C vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung F auf einem verfahrbaren Gestell 52 angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3ι dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung F aus einer Gießstellung, in der sich ihre Trichtermündung 4-8 durch die Ventilanordnung E hindurch erstreckt, in eine Stellung anhebbar ist, in der die Ventilanordnung E geschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung F auf einer

009814/131$

kreisbogenförmigen Führungsschiene 58 in einer Horizontalebene verfahrbar und durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung 70, 66 um die Führungsschiene 58 in einer Vertikalebene verschwenkbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verfahren der Trichteranordnung F auf dem Gestell 52 Antriebseinrichtungen 80, 82 vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung: F auf der Führungsschiene 58 zwischen einer Grießposition und einer Vorheizposition 122, 124 verfahrbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranord-

- nung F einen Haupttrichter 42 und einen Hilfstrichter 44 umfaßt.

9« Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinderanordnung 70, 66 zum Verschwenken der Trichteranordnung F in einer Vertikalebene zugleich das Drehmoment zum Verschwenken der Trichteranordnung F in der Horizontalebene überträgt.

10. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschie-• ne 5ö rohrartig ausgebildet und flüssigkeitsgekühlt ist.

0098U/1318

BAD ORIGINAL

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung P mittels Rollen 53, 54 auf der Führungsschiene 5B läuft.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung F während des Gieß vor ganges eine Verbindung " zwischen dem Schmelzofen B und der Form D herstellt.

13« Einrichtung naoli Ar--ip»";..".^v. 1 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung E ein Schieberventil ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung E einen hydraulisch betätigten Doppelschieber 108 umfaßt, der durch Kniegelenkhebel 114 in die abgedichtete Position druckbar ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schieber 108 einen Hitzeschild 118 trägt.

16. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung des Vergießens der Schmelze vom Schmelzofen B in die Trichteranordnung F und von der Trichter anordnung F in die Formen D je ein Beobachtungsfenster 38 bzw. 40 vorgesehen ist.

17· Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichteranordnung F und die Vakuumkammer A mit wärmebeständigem Material ausgekleidet ist, das zur Wartung durch Verschieben eines Deckels 16 der Vakuumkammer A zugänglich ist ο

0098U/1318

BAD ORIGINAL