DE2141551A1

DE2141551A1 - Injection casting nozzle - air - cooled with temp control system

Info

Publication number: DE2141551A1
Application number: DE19712141551
Authority: DE
Inventors: Foster Clyde Midland Mich. Bennett (V.St.A.)
Original assignee: The Dow Chemical Co., Midland, Mich. (V.StA.)
Priority date: 1970-08-24
Filing date: 1971-08-19
Publication date: 1972-04-20
Also published as: BR7105480D0

Abstract

An air-cooled casting nozzle is surrounded by elliptical coolant channel, where its air-flow is controlled by a valve system via thermocouple, attached to the nozzle surface. An optimum nozzle temp. is maintained to prevent blockage by under-cooling, and overheating between "shots" with its associated oxidn. of the melt in the passage. Esp., for low n.pt. casts of Mg alloy.

Description

Luftgekühlte Düse für Metallgießvorrichtungen Die Erfindung betrifft eine verbesserte Gießvorrichtung. Im besonderen betrifft sie Mittel, mit denen der Düsenteil einer elektrisch beheizten Zuführleitung in einer Metallgießvorrichtung luftgekühlt werden kann Ziel der Erfindung ist das zu vergießende geschmolzene Metall vor seinem Austritt aus der Düse zu kühlen und dadurch seine Oxidation zu verhindern.Air Cooled Nozzle for Metal Casting Apparatus This invention relates to an improved pouring device. In particular, it concerns means by which the Nozzle part of an electrically heated feed line in a metal casting device Can be air cooled The object of the invention is the molten metal to be cast to cool before it emerges from the nozzle and thereby prevent its oxidation.

Bei Metallgießverfahren wird das geschmolzene Metall üblicherweise durch ein Zufuhrrohr von einem Schmelztiegel in die Spritzvorrichtung geleitete An seiner Austrittseite trägt dieses Rohr eine Düse, durch die das Metall abfließt.In metal casting processes, the molten metal is commonly used fed through a feed tube from a crucible into the spray device On its outlet side, this pipe has a nozzle through which the metal flows off.

Zum Zwecke eines glatten Metallflusses muß die Zuführleitung auf eine Temperatur erhitzt werden, die über dem Schmelzpunkt des Metalls liegt. In einigen Metallgießvorrichtungen werden die Zuführleitung und die Düse durch elektrische Widerstandsheizung erhitzt, wobei die Leitung und die Düse als Widerstand benutzt werden.For the purpose of a smooth flow of metal, the feed line must be on a Temperature above the melting point of the metal. In some Metal casting devices are the supply line and the nozzle by electrical Resistance heater heated using the conduit and nozzle as resistance will.

Schwierigkeiten treten jedoch bei der Verwendung einer elektrisch beheizten Zuführleitung dann auf, wenn leicht oxidierbare Metalle, beispielsweise Magnesiumlegierungen, vergossen werden sollen. Zwischen den "Schüssen" füllt das geschmolzene Metall die Zuführleitung nur bis zu dem Punkt, an dem die Leitung en den Düsenteil übergeht, wobei eine sehr kleine Menge des Metalls vom vorhergehenden "Schuß" in der Düse zurückbleibt. Die im wesentlichen loere D2se bietet, da das Metall ein guter Leiter für Elektrizität ist, einen größeren elektrischen Widerstand als die mit Metall gefüllte Leitung.Difficulties arise, however, when using an electric heated supply line when easily oxidizable metals, for example Magnesium alloys, are to be cast. Between the "shots" that fills up Molten metal only rises up the feed line to the point where the line en the nozzle part passes over, with a very small amount of the metal from the previous one "Shot" remains in the nozzle. The essentially looser D2se offers, since the Metal is a good conductor of electricity, greater electrical resistance than the metal-filled pipe.

1)15 "leere" Tfüse unterliegt daher leicht der Überhitzung.1) 15 "empty" feet are therefore easily subject to overheating.

Hieraus ergeben sich mannigfache Schwierigkeiten für den Austritt des Metalls aus der Düse.This results in manifold difficulties for the exit of the metal from the nozzle.

Wenn beispielsweise beim Vergießen einer Magnesiumlegieiung die Düse zu heiß wird, setzt sich Magnesiumoxid auf den inneren Flächen der Düse ab und baut sich dort allmählich zu einer Ablagerung auf, die den Fluß des geschmolzenen Metalls hemmt und zuletzt verhindert. Ein anderer Nachteil beruht darin, daß die auf dem geschmolzenen Metall schwimmende Oxidhaut mit dem Metall durch die Düse austritt und in den Gîeßling gelangt. Hierbei entstehen weitere Schwierigkeiten dadurch, daß die Oxidhaut zum "Nachtropfen", zur "Fadenbildung" und zum Verbrennen des Metalls am Düsenmund führt. Unerviünscht ist auch, daß sich um den aus der Düse herausfließenden Metallstro ein Funkenregen bildet. Bei zu niedriger I)Üsentemperatur verfestigt sich das Metall in der Düse und blockiert den Metallfluß völlig.If, for example, when casting a magnesium alloy, the nozzle gets too hot, magnesium oxide will settle and build up on the inner surfaces of the nozzle There it gradually forms a deposit that prevents the flow of the molten metal inhibits and ultimately prevents. Another disadvantage is that the molten metal floating oxide skin with the metal exiting through the nozzle and got into the Gîeßling. Here further difficulties arise from that the oxide skin for "dripping", for "thread formation" and for burning the metal leads at the nozzle mouth. It is also undesirable that around the flowing out of the nozzle Metallstro forms a shower of sparks. Solidified at too low I) Outer temperature the metal in the nozzle and completely blocks the flow of metal.

Die Erfindung betrifft im Hinblick au! das Gesagte Mittel, mit denen man die mit einer elektrisch beheizten Zuführleitung in einer Metallgießvorrichtung verbundene Düse kühlen kann, um die Oxidation des aus der Düse abfließenden Metalls zu verhindern.The invention relates in terms of au! the said means by which one with an electrically heated feed line in a metal casting device connected nozzle can cool in order to oxidize the metal flowing out of the nozzle to prevent.

Allgemein gesprochen ist die Vorrichtung nach der Erfindung auf die Iiuftkühlung des Düsenteils eines elektrisch beheizten Zuführrohres in einer Metallgießvorrichtung gerichtet.Generally speaking, the device according to the invention is based on the Air cooling of the nozzle part of an electrically heated feed pipe in a metal casting device directed.

Nach einer- bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Stabstück so auf die äußere Wand der Düse aufgewickelt, daß seine Windungen, auf der Düsenwand aufliegend, im Abstand voneinander verlaufen. Eine vorzugsweise runde Hülee umschließt den auf der Düse aufgewickelten Stab derart, daß sich die innere Wand der Hülse in ständiger Berührung mit dem Stab befindet.According to a preferred embodiment of the invention, a rod piece so wound on the outer wall of the nozzle that its turns, on the nozzle wall overlying, run at a distance from each other. A preferably round hull encloses the rod wound on the nozzle in such a way that the inner wall of the sleeve is in constant contact with the rod.

Die äußere Wand der Düse und die innere Wand der Hülse umgrenzen den zwischen den Stabwindungen liezenden Raum und bilden mit diesem einen vom einen zum anderen Ende der Hülse verlaufenden geschlossenen Kanal. In diesen Kanal wird durch ein am oberen Ende der Ilülse angebrachtes Rohr ein Luftstrom eingeleitet, Die Luft durchfließt den Kanal und wird durch ein am unteren Ende der Hülse angebrachte Rohr gleicher Art abgezogen. Ein mit der Düse verbundener Temperaturfühler überwacht die Temperatur der Düse und reguliert dabei die Temperatur des durch die Düse austretenden geschmolzenen Metalls.The outer wall of the nozzle and the inner wall of the sleeve delimit the between the rod windings and form with this one of the one to the other end of the sleeve running closed channel. In this channel will a stream of air through a tube attached to the upper end of the sleeve initiated, The air flows through the duct and is attached to a tube at the bottom of the sleeve Pipe of the same type removed. A temperature sensor connected to the nozzle monitors the temperature of the nozzle and regulates the temperature of the exiting through the nozzle molten metal.

Die einzige Abbildung der beiliegenden Zeichnung zeigt in Seitenansicht und zum größten Teil im Schnitt den einer Ausführungsf orm der Erfindung entsprechenden luft gekühlten Düsenteil einer Gießvorrichtung In der Zeiehnung bezeichnet die Ziffer 10 das Zuführrohr in einer Metallgießvorrichtung üblicher Bauart. An seinem Auslaufende ist das Rohr 10 mit einer Diiss 11 verbunden. Rohr 10 dient für die Zufuhr des geschmolzenen Metalle 12 von einem nicht gezeigten Schmelztiegel zu einer ebenfalls nicht gezeigten Gießvorrichtung oder Form Das Metall fließt durch die Düse 11 aus der Gießvorrichtung ab. Zwischen den einzelnen "Schüssen't füllt das Metall 12 das Zuführrohr bis zu dem in der Zeichnung angegebenen Punkt aus.The only figure in the accompanying drawing shows a side view and for the most part in section corresponding to an embodiment of the invention air-cooled nozzle part of a casting device In the drawing, the number indicates 10 the feed tube in a metal casting device of conventional design. At its end the pipe 10 is connected to a Diiss 11. Tube 10 is used for the supply of the molten Metals 12 from a crucible, not shown, to one also not shown Casting device or mold The metal flows out of the casting device through the nozzle 11 away. Between the individual "shots" the metal 12 fills the feed tube up to the point indicated in the drawing.

Einen glatten Pluß des Metalls vom Schmelztiegel durch das Zuführrohr erreicht man dadurch, daß man das Rohr 10 und die Düse 11 elektrisch auf eine Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Metalls liegt. Zu diesem Zweck bringt man eine nicht gezeigte Energiequelle durch eine elektrische leitung mit dem aus dem Zuführrohr und der Düse bestehenden Aggregat auf solche Weise in Verbindung, daß die Zuführleitung selbst als elektrischer Widerstand wirkte Das Rohr 10 und die Düse 11 sind mit einem gegen hohe Hitzegrade isolisrenden Material 13 umkleidet.A smooth plus of the metal from the crucible through the feed tube is achieved by electrically bringing the tube 10 and the nozzle 11 to a temperature heated, which is above the melting point of the metal. To this end, one brings an energy source, not shown, through an electrical line to the one from the Feed pipe and the nozzle existing unit in connection in such a way that the feed line itself acted as an electrical resistance The pipe 10 and the Nozzles 11 are clad with a material 13 that insulates against high degrees of heat.

Das untere Ende der Düse 11 ist auf seiner äußeren Fläche 15 derart mit einem Staub 14 umwickelt, daß dieser auf der Fläche 15 aufliegt und seine Windungen auf Abstand zueinander angeordnet sind. Der ;;tab L4 ist entweder aus massivem Material oder ein Rohr aus einem Metall, das 6500C übersteigenden Temperaturen standhält. Der Querschnitt des Stabes ist nicht~erfindungswesentlich. Bevorzugt verwendet man Stibe von rundem Querschnitt.The lower end of the nozzle 11 is such on its outer surface 15 wrapped with a dust 14 that this rests on the surface 15 and its turns are arranged at a distance from one another. The ;; tab L4 is either made of solid material or a tube made of a metal that can withstand temperatures in excess of 6500C. The cross section of the rod is not essential to the invention. It is preferred to use Round cross section.

Der Stab 14 ist derart von einer Hülse 16 umschlossen, daß deren innere Fläche 17 ständig mit dem Stab in Berührung ist.The rod 14 is enclosed by a sleeve 16 that the inner Surface 17 is constantly in contact with the rod.

Die Hülse hat vorzugsweise einen runden Querschnitt. Man verwendet dazu beispielsweise ein Stück Metallrohr, das den obengenannten Temperaturen standhält. Wenn man die Hülse 16 auf den Stab 14 aufsetzt, entsteht von der äußeren Fläche 15 der Düse 11 und der inneren Fläche 17 der Hülse 16 umgrenzt aus dem Raum zwischen den Windungen des Stabes 14 ein geschlossener Raum 18, der einen die Hülse vom einen zum anderen Ende durchlaufenden Kanal bildet.The sleeve preferably has a round cross-section. One uses for example, a piece of metal pipe that can withstand the above-mentioned temperatures. When the sleeve 16 is placed on the rod 14, the outer surface arises 15 of the nozzle 11 and the inner surface 17 of the sleeve 16 delimited from the space between the turns of the rod 14 a closed space 18, the one the sleeve from one to the other end continuous channel forms.

Am oberen Ende der Hülse ist ein Rohr 19 angebracht, das zum oberen Ende des von der Düse 11 und der Hülse 16 zusammen mit dem Raum 18 geschaffenen Kanals Zugang hat. Das andere Ende des Rohres 19 ist an eine nicht gezeigte Buftleitung angeschlossen. Rohr 19 dient zur Zufuhr von iJuft in den Kanal 18.At the upper end of the sleeve, a tube 19 is attached to the upper End of the created by the nozzle 11 and the sleeve 16 together with the space 18 Channel has access. The other end of the tube 19 is connected to a not shown air duct connected. Pipe 19 serves to supply air to duct 18.

Ein gleiches Rohr 20, das ebenfalls mit dem Kanal 18 in Verbindung steht, ist am unteren Ende der Hülse 16 angeschlossen.The same pipe 20, which is also connected to the channel 18 is connected to the lower end of the sleeve 16.

Rohr 20 dient zum Abführen der luft aus dem Kanal 18.Pipe 20 is used to discharge the air from duct 18.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Stab 14 spiralisch auf die äußere Pläche 15 der Düse 11 aufgelegt. Eine solche spiralische Form in der Wickelweise des Stabes 14 ist jedoch kein wesentliches Merkmal der Erfindung. Erforderlich ist bei der Wahl eines ifickelmusters nur, daß der Durchlauf der luft durch den Kanal mit einer Geschwindigkeit geschieht, die die Abkühlung der Düse auf die gewünschte Temperatur gewährleistet.In the embodiment of the invention shown in the drawing the rod 14 is placed spirally on the outer surface 15 of the nozzle 11. One however, such a spiral shape in the manner in which the rod 14 is wound is not essential Feature of the invention. All that is required when choosing a winding pattern is that the passage of air through the duct happens at a speed that the cooling of the nozzle to the desired temperature is guaranteed.

Als Mittel zum Regulieren der Temperatur des gesciimolzenetl Metalls 12, wenn dieses die Düse 11 durchfließt, dient ein Thermoelement 21, das die Temperatur der Düse 11 ständig überwacht. Das Thermoelement 21 ist derart am unteren Ende der Düse 11 angebracht, daß- sich die temperaturfühligen Enden der elektrischen Leitungen 22 mit der äußeren Fläche 15 der Düse 11 in festem Kontakt befinden. Wie in der Zeichnung dargestellt, stehen die Leitungen 22 mit der äußeren Fläche der Düse 11 an einer Bruchstelle des Stabes 14 in Verbindung. Dies zwingt den-luftstrom im Kanal 18, die leitungen 22 auf beiden Seiten zu umfließen und gewährleistet eine genaue Anzeige der Düsentemperatur durch das Thermoelement 21. An ihrem anderen Ende sind die Leitungen 22 mit einem nicht gezeigten Kontroflsystem verbunden. Das Kontrollsystem betätigt ein nicht gezeigtes elektromagnetisches Ventil in der Leitung, durch die dem Rohr 19 Luft zugeführt wird.As a means of regulating the temperature of the molten metal 12, when this flows through the nozzle 11, a thermocouple 21 is used, the temperature the nozzle 11 constantly supervised. The thermocouple 21 is so on lower end of the nozzle 11 attached that the temperature-sensitive ends of the electrical leads 22 with the outer surface 15 of the nozzle 11 in firm contact are located. As shown in the drawing, the lines 22 are with the outer Surface of the nozzle 11 at a break point of the rod 14 in connection. This forces the air flow in the channel 18, the lines 22 to flow around on both sides and guaranteed an accurate reading of the nozzle temperature by thermocouple 21. On your other At the end, the lines 22 are connected to a control system (not shown). That Control system actuates an electromagnetic valve (not shown) in the line, through which the pipe 19 air is supplied.

Die luftgekühlte Düse ist typischerweise für das Gießen von Magnesiumlegierungen geeignet. Das hierbei im allgemeinen angewendete Verfahren besteht darin, daß man die Zuiührleitung 10 und die Düse 11 auf 6500C erhitzt, während das Metall beider stoßweise bzw. intermittierend durchfließt.The air-cooled nozzle is typically used for casting magnesium alloys suitable. The procedure generally used here is that one the feed line 10 and the nozzle 11 are heated to 6500C, while the metal of both flows through intermittently or intermittently.

Gleichzeitig stellt man das Kontrollsystem auf eine obere Grenze von 510 0C ein. Wenn daher während des Gießens die Temperatur der Düse 510 0C übersteigt, öffnet aas Kontrollsystem, von einem von dem Thermoelement 21 kommenden Signal angeregt, das elektromagnetische Ventil in der Luftleitung.At the same time, the control system is set to an upper limit of 510 0C a. Therefore, if the nozzle temperature exceeds 510 0C during casting, opens the control system, stimulated by a signal coming from the thermocouple 21, the electromagnetic valve in the air line.

Dies läßt durch das Rohr 19 einen Luftstrom in den Kanal 18 der Düse 11 gelangen. Die einströmende Luit durchfließt den Kanal 18 entlang dem durch die Windungen des Stabes 14 bezeichneten Weg von oben nach unten. In der Zeichnung ist der Weg, in dem die luft sich bewegt, durch Pfeile angedeutet. Wenn der Luftstrom daß untere Ende des Kanals 18 erreicht, wird er durch das Rohr 20 abgeführt. Sobald der Luftstrom im Kanal 18 die Diise 11 auf 5100C abgekühlt hat, schließt das Kontrollsystem auf ein vom Thermoelement 21 -kommendes Signal hin das elektromagnetische Ventil in der luftleitung.This allows air to flow through tube 19 into channel 18 of the nozzle 11 arrive. The inflowing Luit flows through the channel 18 along the through the Windings of the rod 14 designated path from top to bottom. In the drawing is the path in which the air moves is indicated by arrows. When the airflow that the lower end of the channel 18 is reached, it is discharged through the pipe 20. As soon the air flow in duct 18 has cooled nozzle 11 to 5100C, the control system closes the electromagnetic valve in response to a signal coming from the thermocouple 21 in the air line.

Außer durch den erhöhten elektrischen Widerstand, den die "leere" Düse bietet, wird ein Überhitzen der Düse auch dadurch verursacht, daß die Zuführleitung und die Düse stark isoliert werden müssen, damit in der Leitung die Temperatur erreicht wird, die für den Metallfluß erforderlich ist. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es daher notwendig, die Temperatur der Düse auf die erfindungsgemäße Art durch Luftkühlung herabzusetzen.Except for the increased electrical resistance that the "empty" Nozzle, overheating of the nozzle is also caused by the supply line and the nozzle must be heavily insulated so that the line reaches temperature required for the flow of metal. To avoid these difficulties, it is therefore necessary to adjust the temperature of the nozzle in the manner according to the invention Reduce air cooling.

Claims

Patent claims:

ls one with an electrically heated line for the supply of the molten metal and one connected to the line to drain the pouring device equipped with molten metal from the feed line serving nozzle, characterized in that the nozzle (11) is provided with a cooling device, the (A) one with space between the turns on the outer surface (15) the nozzle (11) coiled rod (14); (B) a sleeve (16) with its inner Surface (17) rests firmly on the rod (14) so that the outer surface (15) the nozzle (11), the inner surface (17) of the sleeve (16) and the space between the rod windings a closed space in the form of one extending from one end to the other of the sleeve (16) Channel (18) arises; (C) a first tube attached to one end of the sleeve (T6) (19) which is in communication with the duct (18) for introducing air; (Your at the other end of the sleeve (16) attached second tube (20Y, which with the channel (18) for discharging the air is in communication and (E) one connected to the nozzle (11) Includes temperature sensor (21) for monitoring nozzle temperature.

2. A casting device according to claim 1, characterized in that the temperature sensor is a thermocouple connected to the outer surface (15) of the nozzle (11) (21) is.