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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von
geschmolzenem Material, wie beispielsweise geschmolzenes Metall,
in eine Gußform,
so daß die
Menge des geschmolzenen Materials im Zusammenhang mit dem Gießen gewogen werden
kann. Um während
des Gießvorgangs
die Gießhöhe des geschmolzenen
Materials niedrig und seine Bewegung so gleichmäßig wie möglich zu halten, ist der Boden
der das geschmolzene Material enthaltenden Gießpfanne im wesentlichen gekrümmt entworfen,
mit so einem Krümmungsradius,
daß die Dicke
der geschmolzenen Schicht, die sich in der Gießpfanne befindet, selbst beim
Maximum nur ein Bruchteil des Krümmungsradius
des Bodens ist. Das Gießverfahren
wird vorteilhaft mittels einer Gießpfannen-Lagervorrichtung gemäß der Erfindung verwirklicht.
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Das
Gießen
von geschmolzenem Metall und sein Wiegen im gleichen Zusammenhang
ist zum Beispiel beim Gießen
von Metallanoden wesentlich, da der nächste Verfahrensschritt nach
dem Gießen eine
Elektrolyse ist, wobei eine Voraussetzung zur Erzielung eines hohen
Wirkungsgrads eine gleichmäßige Qualität der Anoden
sowohl in Bezug auf die Form als auch auf das Gewicht ist. In den
meisten bekannten Verfahren werden Anoden heutzutage in offenen
Formen gegossen.
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Das
Anodengießen
wird im allgemeinen durch Neigen der Gießpfanne mittels eines hydraulischen
Zylinders ausgeführt,
der das Gestell, auf dem die Gießpfanne angeordnet ist, kippt.
Das Gestell und das andere Ende des hydraulischen Zylinders sind
mit Lager an einer Brücke
befestigt. Das Gestell, der hydraulische Zylinder und die Brücke schwimmen
auf einem komplexen Hebelgestänge,
das die vertikalen auf die Gießpfanne
gerichteten Kräfte
in eine Kraft umsetzt, die mit einem oder mehreren Zugsensoren gemessen
werden kann.
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Im
Stand der Technik ist ein in dem kanadischen Patent 924,477 beschriebenes
Verfahren und eine Vorrichtung zum Wiegen von geschmolzenem Material
im Zusammenhang mit dem Gießen
bekannt. Dieses Patent stellt eine Gießpfanne mit einem gekrümmtem Boden
vor, worin die Höhe
der geschmolzenen Schicht zu Beginn des Gießverfahrens vom gleichen Betrag
ist wie der Krümmungsradius des
Bodens. Wenn die Höhe
der Gießpfanne
in der Größenordnung
des Krümmungsradius
ist, muß die Gießpfanne
während
des Gießens über die
Form verschoben werden. Diese Art der Lösung ist schwierig zu konstruieren
wenn die Gießpfanne
von unten unterstützt
wird, wie es gegenwärtig
bei Gießpfannen üblich ist.
Es ist auch klar, daß die
Gießhöhe des geschmolzenen
Materials beachtenswert groß wird
und dieses ein Spritzen verursacht. Die US Patentoffenlegung 3,659,644
beschreibt einen gleichen Gießpfannentyp,
wobei die Höhe
der Gießpfanne
in der gleichen Größenordnung
wie der Krümmungsradius
ist.
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Im
Stand der Technik sind auch andere Anordnungen bekannt, die das
Gießen
und Wiegen von geschmolzenem Material kombinieren und worin der Boden
der Gießpfanne
im wesentlichen flach ist. In diesen Anordnungen ist die Gießhöhe des geschmolzenen
Materials gering. In einigen Fällen
kann die Beschleunigung des geschmolzenen Materials in eine Bewegung
von dem flachen Boden der Gießpfanne
einen fehlerhaften Eindruck von gesteigerter Masse in dem Wiegesensor
verursachen.
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Um
mögliche
Wiegefehler im Zusammenhang mit dem Gießen von geschmolzenem Material zu
minimieren und einen Gießvorgang
zu erzielen, der so gleichmäßig wie
möglich
abläuft,
so daß die Gießhöhe des geschmolzenen
Materials niedrig und seine Bewegung so regelmäßig wie möglich bleibt, ist nun eine
Gießpfanne
erfunden worden, die am Boden im wesentlichen gekrümmt ist,
wobei die Dicke der geschmolzenen Schicht, wenn sie vor dem Gießen vertikal
gemessen wird, nur ein Bruchteil der Länge des Krümmungsradius ist, höchstens
1/2 davon, aber vorteilhaft innerhalb des Bereichs von 1/3 - 1/5.
Es ist auch eine Vorrichtung zum Bewegen dieser Gießpfanne
entwickelt worden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Gießen von geschmolzenem Material
bereitzustellen, mit der Wiegefehler minimiert sind und mit der
ein möglichst
gleichmäßiger Gießvorgang
erzielt werden kann. Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausführungsformen
gehen aus den Unteransprüchen
2–11 hervor.
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Eine
Gießpfanne,
die einen gleichmäßigen Gießvorgang
ermöglicht,
kann auch mittels des Winkels des Segments beschrieben werden, das
von dem geschmolzenen Metall, das sich in der Gießpfanne
befindet, gebildet wird. In diesem Fall ist der Segmentwinkel höchstens
140°, vorteilhaft
höchstens
90°. Segment
bedeutet hier einen Winkel, der zwischen dem Mittelpunkt der Krümmung der
Gießpfanne
und den geraden Linien gebildet wird, die von beiden Rändern geschmolzenen
Kupfers gezeichnet werden.
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In
der neuen Vorrichtung ist der Gießpfannenboden gekrümmt ausgebildet
und die Gießpfanne
wird um die gerade Linie, die durch den Mittelpunkt des Krümmungsradius
des Boden reicht, geneigt. Nun muß das geschmolzene Material,
wie beispielsweise ein Metall, nicht zu einer Bewegung beschleunigt
werden, sondern es bleibt fast an Ort und Stelle, abhängig von
der Viskosität
des fraglichen Metalls. Somit überträgt das Verfahren
nicht eine fehlerhafte Nachricht einer geänderten Masse auf den Wiegemechanismus.
Wenn es an dem Boden der Gießpfanne
verbleibt, erlangt das geschmolzene Metall keinen Impuls in irgendeine
Richtung und sein Spritzen in der Gießpfanne wird vermindert.
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Wenn
eine vorgegebene Menge an geschmolzenem Metall in die Gießpfanne
eingefüllt wird,
wobei diese Menge im allgemeinen das Anodengewicht + das Hintergießmetall
ist, und es befolgt wird, daß die
Anodenweite die Weite der Gießpfanne bestimmt,
wird eine bestimmt Fläche
erhalten. Untersuchungen haben nun gezeigt, daß je kleiner der Radius des
Gießpfannenbodens
im Verhältnis
zu der Dicke der geschmolzenen Metallschicht ist, desto näher wird
die Rotationsachse der Gießpfanne
an die Vorderkante der Form verschoben. Wenn das Verhältnis des
Radius des Gießpfannenbodens
zu der geschmolzenen Schicht zum Beispiel 1:1 ist, bedeutet dies,
daß die
Gießpfanne
während
des Gießschritts
in der Praxis auf der Form angeordnet sein muß. Eine solche Gießpfanne
ist ziemlich schwierig zu unterstützen und insbesondere die Anbringung
einer Waage ist in dieser Anordnung schwierig. Wenn der Krümmungsradius
des Gießpfannenbodens
im Verhältnis
zur Dicke der geschmolzenen Schicht groß ist, befindet sich der Schwerpunkt
des geschmolzenen Metalls und der Gießpfanne außerhalb der Form. In diesem
Fall werden die Waage und der Kippmechanismus viel leichter realisiert.
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Andere
Vorteile des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sind, daß, da die
Höhe der
geschmolzenen Metallschicht in der Gießpfanne niedrig ist, die Gießhöhe aus der
Gießpfanne
in die Form während
des gesamten Gießvorgangs
niedrig bleibt. Diese Tatsache ist zu Beginn des Gießens, wenn
das geschmolzene Metall dazu neigt, aus der leeren Form zu spritzen,
besonders wichtig.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben,
wobei
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1 das Prinzip der Gießpfanne der Erfindung in verschiedenen
Neigungsstadien veranschaulicht,
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2 die
Größen veranschaulicht,
die zur Definition einer Gießpfanne
mit einem gekrümmten Boden
verwendet werden, und
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3 das Prinzip eines vorteilhaften Wegs zum
Antrieb der Gießpfanne
der Erfindung veranschaulicht.
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1A veranschaulicht
eine erfindungsgemäße Gießpfanne 1,
die mit einem gekrümmten
Boden ausgestattet ist, der einen gleichmäßigen Gießvorgang ermöglicht,
in einer Position, in der sie noch nicht geneigt ist, d.h. die Neigung
beträgt
0°. Die Gießpfanne
hat einen gekrümmten
Boden 2 und eine auf die Form 3 gerichtete Ausgußrinne 4. Über der Gießpfanne
wird die Zwischengießpfanne 5 zur
Verfügung
gestellt, aus der geschmolzenes Material in die Gießpfanne
gegossen wird. Die Oberfläche
des geschmolzenen Materials ist mit Nummer 6 bezeichnet.
Die Zeichnung veranschaulicht die Seitenwände der Gießpfanne nicht in größerer Einzelheit,
aber vorteilhaft sind diese Wände
im wesentlichen vertikal. In den verschiedenen Alternativen von 1 beträgt die
Dicke der geschmolzenen Schicht vor dem Beginn des Gießens, wenn
sie vertikal gemessen wird, weniger als 1/10 des Krümmungsradius
des Gießpfannenbodens.
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In 1B ist
die Gießpfanne
in solch einem Ausmaß geneigt – in der
Zeichnung 4° –, daß die Oberfläche 6' des geschmolzenen
Metalls bereits bis zur Spitze der Ausgußrinne 4 reicht und
somit das Gießen
begonnen hat.
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In 1C schreitet
das Gießen
voran und die Neigung ist in diesem Fall 8°. Wenn man B und C vergleicht, sieht man, wie die Position
der Ausgußrinne
in Bezug auf die Gußform
verschoben wird.
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Wie
aus den verschiedenen Schritten von 1 gesehen
werden kann, bewegt sich die Spitze der Ausgußrinne während des Gießens horizontal. Es
ist ein weiteres wesentliches Merkmal des Verfahrens, daß während eines
Gießzyklus
die horizontale Bewegung größer ist
als die vertikale Bewegung. Eine horizontale Bewegung ist von dem
Gesichtspunkt der Anodenform vorteilhaft, da sie die Verwendbarkeitsdauer
der Form und des Überzugs
erhöht
und örtliche
Temperaturspitzen vermindert, wenn die Schmelze die Form trifft.
Wenn der Punkt, an dem das geschmolzene Metall die Form trifft,
sich im Verlauf des Gießverfahrens
verschiebt, werden die Wirkungen auf eine größere Fläche verteilt und daher wird
die Verwendbarkeitsdauer der Formen verlängert.
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2 veranschaulicht
einige Faktoren zur Bestimmung der Höhe der geschmolzenen Schicht
in einer Gießpfanne
mit einem gekrümmten
Boden. Entsprechend r = dem Radius des gekrümmten Bodens 2 der
Gießpfanne 1 und
h = die Höhe
der geschmolzenen Metallschicht, wenn sie vertikal gemessen wird
( = an der dicksten Stelle). Der Winkel des von dem geschmolzenen
Metall in der Gießpfanne gebildeten
Segments = α.
Die horizontale Bewegung der Ausgußrinne der Gießpfanne
von dem Beginn bis zu dem Ende des Gießens von geschmolzenem Metall
wird mit dem Ausdruck Lh beschrieben und
die vertikale Bewegung mit dem Ausdruck Lv.
Der mit einer durchgehenden Linie gezeichnete Gießpfannenboden
beschreibt die Position der Gießpfanne
zu Beginn des Gießens
und die gepunktete Linie beschreibt seine Position am Ende des Gießens.
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Die
Bewegung einer Gießpfanne
mit einem gekrümmten
Boden verursacht überwiegend
horizontale Bewegungskräfte.
Die Bewegungsgeschwindigkeiten, d.h die Gießgeschwindigkeit, kann auch erhöht werden,
ohne eine signifikante Wechselwirkung in den Messungen zu verursachen.
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Da
die Höhe
der in der Gießpfanne
angeordneten geschmolzenen Schicht nur ein Bruchteil, höchstens
1/2, der Länge
des Krümmungsradius
des Gießpfannenbodens
ist, kann durch Verwendung dieses Aufbaus eine niedrige Gießhöhe und eine
extrem gute Wägegenauigkeit
erreicht werden. Wegen der Größe des Krümmungsradius
wird die Gießpfanne
nicht an einem Ende angehoben, sondern sie wird eher auf einem im
wesentlichen horizontalen Niveau bewegt, in welchem Fall die Bewegungskräfte der Gießpfanne
klein sind und die vertikale Verschiebung des Schwerpunkts der Gießpfanne
in vertikaler Richtung extrem gering bleibt. Somit bewirkt die Verschiebung
des Schwerpunkts der Gießpfanne
keine fehlerhafte Information mit der Wirkung eines momentanen Masseanstiegs.
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Der
Antrieb einer Gießpfanne
mit einem gekrümmten
Boden muß anders
eingerichtet sein, als der einer Gießpfanne mit einem flachen Boden.
Der Gießmechanismus
bildet einen Teil der zu wiegenden Masse und er sollte so leicht
wie möglich
sein. In der Praxis bedeutet dies, daß die Gießpfanne von unten unterstützt werden
muß, so
daß die
Kräfte über den
kürzest
möglichen
Weg auf den Sensor übertragen
werden können.
Eine Unterstützung
von unten ist die beste Lösung,
auch weil die Gießform
an jeder Seite oder an dem Ende gefüllt wird und behindernde Strukturen
nicht im Weg sein dürfen.
Wenn Antriebstrukturen über
der Gießform
angeordnet werden, verursacht ihr Schutz gegen Wärme und Spritzer Probleme und
erhöht
das Gewicht.
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3 veranschaulicht eine vorteilhafte Art und
Weise zum Antrieb der Gießpfanne 1.
In 3A ist die Gießpfanne in ihrer Ausgangsposition
(Neigungswinkel 0°)
und in 3B ist sie bis zum Maximum geneigt.
Die Gießpfanne 1 ist
in einem bewegbaren Gestell 7 angeordnet, das aus mindestens
einer gekrümmten
Schiene gebildet ist, die mit bearbeiteten, in geeigneter Weise
gekrümmten
Aussparung zur Verwirklichung der Bewegungsbahn, die sich um den
Mittelpunkt der Krümmung
des Gießpfannenbodens
dreht, ausgestattet ist. Die in dem Waagerahmen 8 angeordneten
Lagerrollen 9 und 10 bewegen sich entlang dieser
Bewegungsbahn. Mittels einer Stahlfederverkleidung bzw.-Leiste 11,
die um die in dem Gestell 7 zur Verfügung gestellten Stifte 12 geführt und
an beiden Enden an den Rahmen 8 befestigt ist, können die
Führungsschienen
geschützt
werden, so daß offene
Lücken
nur im Bereich von wenigen Millimetern liegen, während die Waage ansonsten mit
Schutzdeckeln 13 und 14 abgedeckt ist. Es ist wichtig,
die Waage angemessen gegen Metallspritzer zu schützen, da die Praxis gezeigt
hat, daß mit der
Zeit Metallteilchen in nahezu allen möglichen Stellen eindringen.
Außer
mit einer gekrümmten
Aussparung kann die um den Mittelpunkt der Krümmung des Gießpfannenbodens
verlaufende Bewegungsbahn auch in einigen anderen geeigneten Arten
realisiert werden, zum Beispiel unter Verwendung von mehreren Rollen
und einer Führungsschiene.
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Der
oben beschriebene Aufbau wird vorteilhaft so verwirklicht, daß die Rollen
ortsfest sind und sich die Führungsschienen
bewegen. Der Schwerpunkt bleibt dann beständig zwischen den Rollen und die
Führungsschienen
dienen als die Struktur des Gestells, was dabei hilft, das Gewicht
des Mechanismus zu erleichtern. Darüber hinaus ist die Kontaktfläche der
Führungsschienen
mit den Rollen die obere Fläche,
so daß sich
Schmutz nicht auf den Führungsschienen
ansammelt.
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Das
Gestell der Gießpfanne
kann auch so konstruiert sein, daß die schützende Verkleidung 11 an
einem Ende an dem Rahmen 8 befestigt ist und an dem anderen
Ende an dem Gestell 7 mittels eines flexiblen Bauteils,
das ein Dehnen in derselben Größenordnung
wie das Ausmaß der
Gießbewegung
erlaubt.
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Die
Gießpfanne
und das darin enthaltene geschmolzene Metall muß nicht angehoben werden, aber
die Gießpfanne
wird während
des Gießschritts hauptsächlich rückwärts gerollt,
und daher benötigt das
Bewegen der Gießpfanne
ziemlich wenig Kraft. Diese Tatsache erlaubt es, mehrere verschiedene Bewegungsvorrichtungen
zum Bewegen der Gießpfanne
zu planen.
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Das
Gießverfahren
kann auf das Zuteilen von allen flüssigen Materialien angewandt
werden, worin die Flüssigkeit
im Zusammenhang mit dem Gießen
auch abgewogen werden sollte. Die hauptsächlich in Frage stehenden Flüssigkeiten
sind die, die nicht mit Ventilen und Durchflußmessern reguliert werden können. Solche
Flüssigkeiten
sind beispielsweise heiße
geschmolzene Metalle.
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Die
oben beschriebene Konstruktion der Gießpfanne ist so entworfen, daß sie auch
in alte Gießereiwerksanlagen
eingebaut werden kann.