DE2014493C - Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen in Gußformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen in Gußformen mit einer außerhalb der Gußform angeordneten Steigleitung, die am Gießende ein nach oben weisendes Mundstück zum Aufsetzen der in steigendem Guß zu füllenden Gußform aufweist, einen horizontalen Leitun^babschnitt hat und an die durch einen Stopfen verschließbare Bodenöffnung einer mit der Metallschmelze gefüllten Kammer angeschlossen ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 209 253) ist die mit der Metallschmelze gefüllte Kammer als druckdichte Gießpfanne ausgeführt. Das Vergießen erfolgt dabei dadurch, daß man in der Gießpfanne über dem Badspiegel der Metallschmelze ein Druckgas einführt, mit dessen Hilfe nach dem öffnen des Stopfens, der die Bodenöffnung der Gießpfanne verschließt, die Metallschmelze über die Steigleitung in eine Gußform, z. B. eine Kokille, gedruckt wird. Bei diesem Niederdruckverfahren (ND-Verfahren) wird als Druckgas Luft, Stickstoff oder ein Edelgas verwendet. Bei einer Weiterbildung des bekannten ND-Verfahrens, dem sogenannten Alumasc-Verfahren, wird nach dem Erstarren des Gußstückes in der Gußform der Überdruck in der Gießpfanne aufgehoben, wodurch die Schmelze am Mundstück der Steigleitung abreißt.

Die bekannten Vorrichtungen zum Vergießen von Metallschmelzen in Gußformen weisen aber verschic dene Nachteile auf. Diese treten insbesondere beim Messing-Kokillenguß, beim Vergießen von Aluminiumlegierungen und ganz allgemein beim Vergieße!, von zu Oxydation neigenden Metallschmelzen auf. Zur Oxydation neigende Metallschmelzen bilder nämlich auf den Sch nelzbrd-Oberfläche.; und bein, Abreißen der Schmelze am Mundstück auch in de: Steigleitung Oxydhäute. Diese können beim Vergic

ίο ßen der Metallschmelze in die Gußform gelangen un ; beeinträchtigen dann die Qualität des Gußstückes.

Um nun die Oxydation zu verhindern, wird al-Druckgas an Steile der sauerstoffhaltigen Luft Stic!: stoff oder sogar ein Edelgas verwendet. Die Notwc:

digkeit der Verwendung solcher Gase erhöht jedoch die Fertigungskosten und beeinflußt so die Win Schädlichkeit des Gießprozesses ungünstig.

Weiter muß bei den Vorrichtungen, die die Metal: schmelze mit Hilfe von Druckgas in die Gußform eis drücken, die Schmelzbadoberfläche unter allmählk · ansteigenden Druck gesetzt werden, uir> die Metal« schmelze beim Füllvorgang dur^h die Steigleitung die Gußform zu drücken. Nach fertiger Füllung der Gußform muß der auf die Schmelzbadoberfläche wir

as kcnde Druck wieder abgesenkt werden, bis die Meta! i schmelze am Mundstück der Steigleitung abreißt un,: in die Steigleitung absinkt, bis sie dort mit dem Bac spiegel in der Gießpfanne im Sinne der kommunizk renden Röhren auf gleicher Höhe steht. Durch diese

Ablauf des Vergießens sind die Taktzeiten zu lang-

und überdies untereinander ungleich. Der Vorgan c kann daher kaum automatisiert werden, und höht' Stückzahlen je Zeiteinheit sind schwer zu erreichen.

Dazu kommt, daß eine schwierig zu wartende druckdichte Gießpfanne erforderlich ist. Die Ausmauerung der Gießpfanne ist überdies teilweise von der Metallschmelze bespült und teilweise dem Druck gas ausgesetzt. Da sich der Badspiegel beim Gießvorgang ständig ändert ist daher die Ausmauerung der

Gießpfanne hohen Temperaturwechselbelastunger, ausgesetzt. Das macht einerseits eine Auskleidung besonderer Qualität erforderlich und führt andererseits trotz allem zu einem erhöhten Vc schleiß. Der in seiner Höhe wechselnde Badspiegel in der Gießpfanne ist auch selbst wieder Anlaß für die unerwünschtermaßen unterschiedlich langen Taktzeiten, weil sich je nach dem in der Gießpfanne befindlichen Volumen der Metallschmelze beim Angleichen der Badspiegel in Gießpfanne und Steigleitung verschiedene Badspiegel einstellen, die eine unterschiedliche Auswirkung des dem über der Metallschmelze bestehend bleibenden Raum zugeführten Druckgases auf die Geschwindigkeit des Gießvorgangs zur Folge hat. So ergeben sich notwendig nach dem Auffüllen der Gießpfanne aus einem Schmelzofen kürzere Taktzeiten, kurz vor dem erforderlichen Nachfüllen jedoch längere Taktzeiten. Selbst bei Verwendung von Stickstoff oder Edelgas als Druckgas kommt es beim Antransport der Schmelze vom Schmelzofen und beim Nachfüllen der Gießpfanne zur Verwirbelung mit Luft und damit wieder zur Bildung der unerwünschten Oxydhäute und einer gewissen Menge von Oxydschaum. Schließlich besteht ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen darin, daß bei Druckabbau die Metallschmelze in der Steigleitung bis zum Ausgleich der Badspiegel unter djf Mundstück absinkt. Die Metallschmelze steht ßornit zu Beginn des Gusses nicht unmittelbar am Mundstück und damit an der Eintrittsöffnung der

Gußform an. Das führt zur Bildung von Turbulenzen beim Guß, durch die metallurgisch und von der Formfüllung her die Qualität der hergestellten Gußstücke vermindert wird.

Bekannt ist auch das Vergießen von Metallschmelzen in Gußformen in fallendem Guß. Dabei wird die in der Gießpfanne bzw. einem Schmelzofen bereitgestellte Metallschmelze direkt in die Gußform vergossen wobei zum Schließen und öffnen der Bodenöffnung der Gießpfanne ein Stopfen verwendet wird. Nachteilig ist dabei, daß die aus der Gießpfanne in die Gußform fließende Metallschmelze stark mit Luft durchwirbelt wird und es so wieder zur Ausbildung von Oxyden mit allen damit verbundenen Schwierigkeiten und Qualitätseinbußen kommt. Überdies kann beim fallenden Guß auf die Geschwindigkeit, mit der die Metallschmelze in die Gußform eingefüllt wird, kaum Einfluß genommen werden.

Es ist weiter bekannt (Hermann »Handbuch des Stranggießens«, 1958, S. 166 bis 161), Stranggießen von einem Warmhalteofen aus unter Verwendung der Prinzipien des steigenden Gusses und der kommunizierenden Gefäße zu betreiben. Es kommt dabei darauf an, daß der gegossene Strang für Schneidvorgänge und dergleichen frei zugänglich ist und der Schmelzofen bzw. die eigentliche Gießpfanne auf Hüttenflur angeordnet werden kann. Vor allem snuß aber beim Stranggießen im steigenden Guß erreicht werden, daß das noch flüssige Material mit dem bereits erstarrten Material ständig Verbindung hat, da nur so größere Erstarrungsgeschwindigkeiten bei optimalem Gefüge erzielt werden können. Dafür bietet sich das Prinzip der kommunizierenden Gefäße naturgemäß an. Es wird deshalb der Warmhalteofen über einen unter Hüttenflur verlegten horizontalen Leitungsabschnitt mit einer für das Stranggießen geeigneten Gußform verbui.Jen. Das untere Ende der Gußform liegt auf einem Niveau unter dem BadspiegeL im Warmhalteofen, damit die Metallschmelze nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße in die Gußform eindringt. Die Gußform wird im übrigen außen gekühlt. Über der Gußform ist eine Einrichtung angeordnet, die den erstarrten Stang abtransportiert. Beim Stranggießen in dieser Art können Gießgeschwindigkeiten von 20-30 cm/min, erzielt werden. Strömungstechnisch ist deshalb dieses Gießen als hydrostatisches System anzusprechen. Turbulenzprobleme treten dabei nicht auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen in Gußformen d;r eingangs genannten Bauart so weiterzubilden, daß bei raschem, eine erhöhte Ausbringung ermöglichendem Gießen eine überlegene Gießtechnologie erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eigentliche Gießpfanne bzw. ein Schmelzofen über ein Verbindungsrohr oder einen Überlauf mit einer Kammer verbunden ist, deren Höhe größer ist als ihre Querschnittsabmessungen und in der die Metallschmelze einen konstanten Badspiegel bildet, daß der sich an die durch den Stopfen verschließbare Bodenöffnuns der Kammer anschließende horizontale Leitungsabschnitt gegenüber der Kammer verminderte Querschnittsabmessungen hat und daß die auf das Mundstück am Gießende der Steigleitung aufgesetze Gußform *<efer als der Badspiegel angeordnet ist.

Die besondere zwischen Gießpfanne und Gußform eingeschaltete Kammer macht es möglich, unabhängig vom Füllungsgrad der Gießpfanne bzw. des Schmelzofens mühelos einen konstanten Badspiege! aufrechtzuerhalten. Die konstante Höhe des Badspiegels sorgt aber wieder für einen konstanten statischen Druck in der Kammer, so daß die Gießbedingungen bei gleicher Stopfeneinstellung immer gleich sind und sich der Automatisierung zugängliche konstante Taktzeiten ergeben. Die Verbindung zwischen Schmelzofen bzw. Gießpfanne und Kammer kann in einfacher Weise

ίο luftdicht ausgebildet bzw. mit Schutzgas oespült werden, so daß eine Oxydation der Metallschmelze vermieden wird. Ohne daß besondere abgeschlossene Kammern und nichtoxydierende Gase verwendet werden müßten, ist also für eine kleine Berührungsfläche zwischen Metallschmelze und Luft gesorgt, so daß es nur zu einer sehr geringen Oxydation kommt. Überdies wird die oxydierte Metallschmelze nicht in die Gußform gelangen. Die Kammerwände werden wegen des konstanten Baciiiiiegels auch keinen Temperaturwechselbeanspruchungtn unterworfen und weisen so eine gute Lebensdauer auf. Die Kammer kann nach Bedarf leicht elektrisch beheizt werden. Ihr Querschnitt wird unter Abstellung auf den zu erwartenden Durchsatz an Metallschmelze bestimmt. Infolge der vertikallänglichen Ausbildung der Kammern ergibt sich eine nur geringe Sperrigkeit.

Der den Fluß der Metallschmelze regelnde Stopfen verschließt die Bodenöffnung der Kammer. Er ist somit vom Mundstück zum Aufsetzen der Gußform fortverlegt. Die beim Abheben des Stopfens von der Bodenöffnung auftretende Turbulenz wirkt sich deshalb beim Einfließen der Metallschmelze in die Gußform nicht mehr aus. Dennoch kann mit Hilfe des vom Mundstück zum Aufsetzen der Gußform fortverlegten Stopfens der Fluß der Metallschmelze an diesem Mundstück gestoppt und andererseits beim Einleiten des Gusses wieder beschleunigt werden. Bei geschlossenem Stopfen ist, da die flüssige Metallschmelze am Mundstück zum Stehen kommt, das Auswechseln der Gußform gegen eine andere mühelos möglich.

Der an die Bodenöffnung der Kammer anschließende horizontale Leitungsabschnitt verminderten Durchmessers sorgt für einen Ausgleich der beim Durchtritt der Metallschmelze durch die Bodenöffnung der Kammer am Stopfen vorbei verursachten Turbulenzen. Der gegenüber der Kammer verminderte Querschnitt führt zu einer verminderten Turbulenzgefahr (vgl. die Reynoldsche Zahl). Durch eine Beheizung des horizontalen Leitungsabschnittes kann

c,o die Metallschmelze bis unmittelbar vor dem Eintritt in die Gußform hinsichtlich ihrer Temperatur leicht kontrolliert werden. Unnötige überhitzungen der Schmelze sind vermieden, die Schmelzkosten und die Kokillenkosten verringert sowie metallurgische Vorteile erzielt. Das Vorsehen eines besonderen horizontalen Leitungsabschnittes, durch das der Umlenkkanal aus der Gußform in die Gießvorlage verlegt wird, führt weiter zu einem wesentlich erhöhten Ausbringen. Die durch den konstanten Badspiegel in der Kammer erzielten konstanten Taktzeiten können überdies durch die Bereitstellung der Metallschmelze für den Guß am Mundstück des horizontalen Leitungsabschnittes erheblich kleiner werden, als das bisher möglich war.

Da schließlich die am Mundstück am Gießende der Steigleitung aufgesetzte Gußform tiefer als der Badspiegel angeordnet ist, erfolgt der steigende Guß selbsttätig unter immer gleichbleibenden Bedingun-

gen, wobei für das Eindrücken der Metallschmelze in die Gußform ein zusätzlicher Druck und die Verwendung eines druckdichten Raumes zum Aufbauen dieses Druckes über der Metallschmelze entfällt.

Man erhält also eine einfach aufgebaute und funktionierende Vorrichtung, die eine erhöhte Ausbringung gewährleistet, gleichmäßige und überdies kurze Taktzeiten erbringt und eine hohe Qualität der Gußstücke sowte eine verminderte Ausschußproduktion sicherstellt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Stopfen in an sich bekannter Weise über eine die Metallschmelze in der Kammer durchsetzende Stange betätigbar sein. Diese Betätigung erfolgt entweder von Hand oder mit Hilfe einer beispielsweise elektronischen Fernsteuerung.

Die Erfindung wird nun an Hand eines in der einzigen Figur gezeigten Ausführungsbeispieles erläutert.

Bei der gezeigten Vorrichtung besteht die Gießvorlage aus einer vertikal angeordneten länglichen Kammer 1 und einem unter dieser horizontal angeordneten länglichen Leitungsabschnitt 2, der einen kleineren Durchmesser als die Kammer 1 hat. Teil des Leitungsabschnittes 2 sind auch die Vcrbindungsleitung zwischen dem Leitungsabschnitt 2 und der Kammer 1 sowie eine am Gießende des horizontalen Leitungsabschnittes 2 anschließende kurze Steigleitung. Die Kammer 1 weist cir.c Bcdcnöf fr.ung 3 auf, die mit Hilfe eines Stopfens 4 verschlossen werden kann. Am Gießende der Gießvorlage ist ein nach oben weisendes Mundstück 5 vorgesehen, auf das eine Gußform 6 aufgesetzt werden kann.

Die Kammer 1 ist durch einen Überlauf 7 mit einem Schmelzofen oder der eigentlichen Gießpfanne verbunden, so daß in ihr auch während des Gießens ein Badspicgel 8 konstanter Höhe der sie füllenden Metallschmelze 9 aufrechterhalten wird. Der konstante Badspiegel 8 in der Kammer 1 weist somit gegenüber dem durch das Mundstück 5 höhenmäßig in immer gleicher Weise an der Gießvorlage fixierten Boden 10 der Gußform 6 eine Überhöhung H auf, die ebenfalls auf konstantem Wert gehalten ist. Der duich die Überhöhung H und das spezifische Gewicht der Metallschmelze bedingte statische Druck, mit dem die Metallschmelze durch das Mundstück 5 tritt, ist somit für eine Schmelze bestimmter Zusammensetzung immer gleich.

Der die Bodenöffnung 3 der Kammer 1 verschließende Stopfen 4 ist über eine die Kammer 1 bzw. die Metallschmelze 9 in dieser durchsetzende Stange 11 betätigbar. Die Stange 11 läuft zwischen zwei Fiihrungsrollenpaaren 12. Zum Heben und Senken der Stange 11 bzw. des Stopfens 4 ist eine mechanische Steuereinrichtung 13 mit Steuerhebel 14 vorgesehen. Eine Betätigung der Steuereinrichtung 13 bzw. die in der Figur angedeutete Betätigung des Steuerhebels 14 ermöglicht es, den Stopfen 4 gegen die Belastung des an der Stange U angebrachtes Gewichtes 15 von der Bodenöffnung 3 der Kammer 1 abzuheben. Beim Absenken des Steuerhebels 14 fällt die Stange III und damit der Stopfen 4 unter der Wirkung des Gewichtes 15 selbsttätig auf die Bodenöffnung 3 zurück. Wie in der Figur über der Stange 11 angedeutet, ist für diese eine einstellbare Hubhöhe 16 vorgesehen.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Zu Beginn des Gießens sitzt der Stopfen 4 auf der

ίο Bodenöffnung 3 der Kammer 1 auf. Vom Schmelzofen oder der Gießpfanne her wird nun die Kammer! durch den Überlauf 7 mit Metallschmelze 9 gefüllt, wobei sich der konstante Badspicgel 8 einstellt. Hebt man nun mit Hilfe der Steuereinrichtung 13 den Stopfen 4 von der Bodenöffnung3 ab, so fließt eic Metallschmelze, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet, zunächst durch die Bodenöffnung 3 in den horizontalen Leitungsabschnitt 2 und aus diesem in die kurze Steigleitung zum Mundstück 5. Dort steht die Mctall-

ao schmelze unter der Wirkung des durch die. Überhöhung // und die Dichte der Schmelze bedingten statischen Druckes. Dieser Druck läßt die Schmelze durch das Mundstück 5 hindurch in die Gußform 6 steigen, wo die Sciimclzc zuerst in die Zulaufanordnung (Veras teilung) zu den einzelnen Formstücken einströmt und sodann durch die am Ende der Vcrteilurigsstücke (Zulauf) angeordneten Anschnitte in die vorgesehenen Formhohlräume einströmt, dw. sn narli dem Prinzip des aufsteigenden Gusses mit Metallschmelze gefüllt werden. Sind alle Formhohlräumc mil Metallschmelze gefüllt, so wird die Bodenöffnung 3 der Kammer 1 mit Hilfe des Stopfens 4 verschlossen. Das kann von Hand geschehen oder automatisch über ein Relais oder dgl. gesteuert werden, das bei Kontakt der in der Gußform 6 aufsteigenden Metallschmelze mit einem Kontrollsteiger ferngesteuert werden kann. Durch das Schließen der Bodenöffnung 3 mit Hilfe des Stopfens 4 bleibt die Metallschmelze an dem Mundstück 5 stehen, so daß die Gußform 6 gegen eine neue Gußform ausgewechselt werden kann. Soll sodann die neue Gußform mit Metallschmelze ausgegossen werden, so wird der Stopfen 4 neuerlich von der Bodenöffnung 3 abgehoben, so daß wieder die geschilderten Druckbedingungen für eine Füllung der Gußform sorgen. Beim Vorbeiströmen der Schmelze am Stopfen auftretende Turbulenzen werden aut dem Wege der Metallschmelze 9 durch den horizontaler Leitungsabschnitt 2 wieder ausgeglichen, so daß die Metallschmelze das Mundstück 5 in einer gleichförmigen, von Turbulenzen freien Strömung durchsetzt Mit der freien Atmosphäre ist praktisch nur der Badspiegel 8 in Verbindung. Durch die Verwendung de: Überlaufes 7 tritt eine Durchwirbelung der Metallschmelze 9 mit Luft nicht auf. Deshalb kann die Vorrichtung, die für jede zu vergießende Metallschmelze geeignet ist, insbesondere bei Metallschmelzen vorteilhaft angewendet werden, die leicht oxydieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen in Gußformen mit einer außerhalb der Gußform angeordneten Steigleitung, die am Gießende ein nach oben weisendes Mundstück zum Aufsetzen der in steigendem Guß zu füllenden Gußform aufweist, einen horizontalen Leitungsabschnitt hat und an die durch einen Stopfen verschließbare Bodenöffnung einer mit der Metallschmelze gef: ..-n Kammer angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Gießpfanne bzw. ein Schmelzofen über ein Verbindungsrohr oder einen Überlauf (7) mit einer Kammer (1) verbunden ist, deren Höhe größer ist als ihre Querschnittsabmessungen und in der die Metallschmelze (9) einen konstanten Badspiegel (8) bildet, daß der sich an die durch den Stopfen (4) verschließbare Bodenöffnung (3^Λ der Kammer (1) anschließende horizontale Leitungsabschnitt (2) gegenüber der Kammer (1) verminderte Querschnittsabmessungen hat und daß die auf das Mundstück (5) am Gießende der Steigleitung aufgesetzte Gußform (6) tiefer als der Badspiegel (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne¹, daß der Stopfen (4) in an sich bekannter Weise über eine die Metallschmelze (9) in der Kammer (1) durchsetzende Stange (Ii) betätigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (11) von Hand bewegbar ist.

4. Vorrichtung, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Stange (11) elektronisch gesteuert ist.