DE2215273A1

DE2215273A1 - Vortex pig bed - with angled runners before feed gate and flattened outflow

Info

Publication number: DE2215273A1
Application number: DE19722215273
Authority: DE
Inventors: Friedrich Nielsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-29
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1973-10-31
Also published as: DE2215273C3; DE2215273B2

Abstract

Vortex pig bed for iron casting foundries has ahead of the tangential feed gate, two short runners at an angle of 60-120, pref. 90 deg. relative to each other and to the gate. The cross-section of the runners is cincreased successively by 20-50%, and the outflow from the bed is flattened, with a vertical height of 50% of the feed gate.

Description

Wirbelmassel - Brems lauf - ICombinatio n. Vertebrae - Braking - ICombinatio n.

Die "t.firbelmassel ist in der Giesse-reitechnik vor allem in ihrer Anwendung beim Vergiessen von'Gußeisen seit Jahrzehnten bekannt. Sreigende Anforderungen an die Fehlerfreiheit der Gisserei-Erzeugnisse gaben in jüngerer Zeit Veranlassung, die TJrsachen der noch vorhandenen Unzulänglichkeiten beim Einsatz dieses Bau-Elementes in der Gesamtkonzeption von Gießsystemen aufzuklären. Genaue Beobachtungen in der Praxis und theoretische Überlegungen führten dabei zu der Einsicht, daß bis dahin der in der Massel sich herstellende Wirbelvorgang zu Unrecht immer ohne weiteres als ausreichend für die angestrebte Zurückhaltung der mit dem Eisen einfliessenden und~unerwünschten Beimengungen -an Schlacken angesehen worden war. Denn diese-Voraussetzung trifft eben nicht zu, jedenfalls nicht in einer zeitlich eng genug begrenzten Anlaufperiode des in Rede stehenden Wirbelvor gangs. Es ist nämlich mit der bisher üblichen Ausgestaltung der Wirbelmasseln sowie ihrer Zufluß- und Abflußwege während einer ersten Teilspanne der Gesamtfüllzeit des Gußstückes keineswegs volle Sicherheit gegen das Durchschlüpfen vo'n Schlackenpartien gegeben, wenn nicht die im folgenden genau definierten und als notwendig erkannten Voraussetzungen erfüllt sind. Das war bis= her nicht der Fall. Bei der Darstellung dieser Voraussetzungen bzw. Vorbedingungen werden'zugleich die Quellen der bisherigen Mängel offen gelegt. Zum Verständnis des Prinzipiellen ist es nicht erforderlich, die sehr komplexen Vorgänge im innerhalb der Massel umlaufenden flüssigen Metallkörper bis in alle Einzel= heiten und Feinheiten hinein zu ergründen und zu beschreiben.The "t Application for casting cast iron known for decades. Free requirements that the foundry products are free from defects have recently given rise to the causes of the still existing inadequacies when using this construction element to be clarified in the overall conception of casting systems. Careful observations in the Practice and theoretical considerations led to the insight that by then the whirling process that is produced in the ingot is wrongly always without further ado as sufficient for the desired restraint of those flowing in with the iron and - undesirable admixtures - on slag had been observed. Because this requirement does not apply, at least not in a start-up period limited in time of the vortex process in question. This is because it has the usual configuration up to now the vertebral burrows and their inflow and outflow paths during a first sub-span the total filling time of the casting by no means full security against slipping through given by slag parts, if not precisely defined in the following and requirements recognized as necessary are met. That wasn’t the one before Case. When presenting these prerequisites or preconditions, 'at the same time the sources of the previous deficiencies disclosed. To understand the principle it is not necessary to deal with the very complex processes that circulate within the ingot to fathom liquid metal bodies down to all details and subtleties and describe.

Es genügt, sich zu vergegenwärtigen, daß die nach innen sich aus= bildende freie Oberfläche der rotierenden Massen in jedem Falle der Gestalt eines Paraboloids gleich oder doch sehr ähnlich sein wird. Die jeweilige Neigung dieser Paraboloidfläche, gemessen durch den Winkel α der Tangenten gegen die Horizontalebene, lässt sich dann nach bekannten physikalischen Gesetzen ermitteln aus der je= weiligen Umfangsgeschwindigkeit "v" und dem radius "R" " der rotation, welche die in der Horizontalebene wirksame Zentrifugalbeschleuni= gung bestimmten, und im nächsten Rechnungsschritt aus deren Relation zur Erdschwere-Beschleunigung g=980 cm/sek².It is enough to realize that the inner ones are expressed forming free surface of the rotating masses in each case the Shape of a paraboloid will be the same or very similar. The respective Inclination of this paraboloid surface, measured by the angle α of the tangents against the horizontal plane, can then be according to known physical laws determine from the respective circumferential speed "v" and the radius "R" "of the rotation, which is the centrifugal acceleration effective in the horizontal plane determined, and in the next calculation step from their relation to the Earth's gravity acceleration g = 980 cm / sec².

Die algebraische Gleichung dafür lautet Deren letzterer Teil gilt, wenn die Winkelgeschindigkeit # überall gleich ist. Der erstere Teil gilt, wenn die Umfangsgeschwindigkeit überall gleich ist. Beide Grenzfälle werden in dev Wirbelmassel nicht realsiert. De- wirkliche Vorgang, der überdies sich mit dem Füllungsgrade der Massel und mit der abnehmenden Energie des Zufluß= stromes stetig verändert9 ist sehr komplex, wie oben schon gesagt.The algebraic equation for this is The latter part applies if the angular speed # is the same everywhere. The former part applies when the peripheral speed is the same everywhere. Both borderline cases are not implemented in the Vertebras. The real process, which moreover changes continuously with the degree of filling of the ingot and with the decreasing energy of the inflow stream9, is very complex, as already said above.

Er stellt eine Folge von Zwischenzuständen dar, die kaum exakt er= fassbar sind, weder im Momentangeschehen noch in der Aufeinandewfolge Das ist für den praktischen Zweck jedoch ohne grosse Bedeutung.It represents a sequence of intermediate states that are hardly exactly he = are tangible, neither in the moment, nor in the succession This is for the practical purpose, however, of little importance.

Und die Erfindung ist ohnehin nicht das Ergebnis mathematisch-logi= scher Ableitungen. Sondern an ihrem Anfang stand eine bildhafte Vor= stellung. Und alle mathematisch-physikalische Umkleidung hat nur die Funktion, das "Bild"- verstandesmässig begreifen zu helfenvund zu rechtfertigen. Daher genügt es völlig, die allererste Phase-des Vors, gangs im wesentlichen richtig zu erfassen, wenn nämlich das erste Metall (Eisen), eventuell mit Schlacken zugleich, in die Wirbelmassel einströmt. Dieses Esnströmen, welches vor allem nicht zögernd, son= dern sofort mit der dafür vorgesehenen mengenmässigen Intensität erfolgen soll, darf trotzdem nicht den in die kreisende Bewegung über= gehenden Strom infolge zu hoher Geschwindigkeit desselben steil an der Innenwand der Massel hinauf jagen und dadurch als eine so dünne flüssige "Wand" ausbreiten, daß diese in die Ausgangsöffnung .hinein zerreisst. Denn damit werden auch die unter dem "Auftrieb" nach innen strebenden, evtl.. schon "eingefangenen" Schlackentröpfchen wieder in die Freiheit, und das heisst hier, in die eigentliche Form hinein entlassen. Hinzu kommt der Umstand, daß in einer zu dünnen Schicht überhaupt keine rechte Möglichkeit für eine genügend weite Wanderung der abzuscheidenden Schlackenteilchen besteht.And the invention is not the result of mathematical-logi = anyway shear derivatives. Rather, it began with a pictorial presentation. and all mathematical-physical covering has only the function, the "picture" - intellectually to help understand and justify. Therefore, the very first one is quite sufficient Phase of the process of essentially correctly grasping the process, namely the first Metal (iron), possibly with slag at the same time, flows into the peg. This flowing in, which above all not hesitantly, but immediately with the one for it intended quantitative intensity should nevertheless not exceed the in the circular motion over = passing current as a result of the same speed being too high steep chase up the inner wall of the ingot and thereby become one Spread out such a thin liquid "wall" that it tears into the exit opening. Because with that, those striving inward under the "lift", possibly .. already "captured" slag droplets back into freedom, and that means here, released into the actual form. In addition, there is the fact that in one too thin a layer no real possibility at all for a sufficiently long hike consists of the slag particles to be separated.

Wenn man sich übliche Verhältnisse daraufhin ansieht, z.B. eine Wirbelmassel von 72 mm Durchmesse in einer Form mit 180 mm Ober= kastenhöhe, was noch garnicht extrem ist, so steht meistens minde= stens die Hälfte der ganzen Fallhöhe, also 90 mm oder mehr zur, Erzeugung der tangentialen Einströmgeschwindigkeit in die Massel zu Verfügung. Dieselbe beträgt dann 133 cm/sek oder mehr. If you look at the usual conditions, e.g. a peg of 72 mm diameter in a form with 180 mm top box height, which is not at all is extreme, at least half of the entire height of fall is usually at least 90 mm or more for generating the tangential inflow velocity into the ingot available. It is then 133 cm / sec or more.

2 wird somit 17600 = 5,0 oder mehr, R.g. 3,6.980 Einem tg von 5,o oder mehr entspricht ein Neigunswinkelo von 78,7 Grad oder mehr, welche Feststellung wohl kaum eines weiteren Kommentars bedarf. Augenscheinlich ist es aber doch so, daß ein Neigungswinkel von 45 Grad, evtl. mit einer Toleranz von 10 Grad, ein für den vorliegenden Zweck weitaus günstigerer Wert'sein würde. 2 becomes 17600 = 5.0 or more, R.g. 3,6,980 a day of 5, o or more corresponds to a tilt angle of 78.7 degrees or more, which determination hardly needs any further comment. But apparently it is so that an angle of inclination of 45 degrees, possibly with a tolerance of 10 degrees, is a for would be of far more favorable value for the present purpose.

Ein solcher Wert lässt sich erreichen durch eine Herabsetzung der tangentialen Einströmgeschwindigkeit in die Massel. Da jedoch die maximale CrClrllhöhe in jedem Falle mit den Dimensionen des Modells bzw. der Form gegeben ist, und da man' den "Trichter" volthalten sollte, um nicht in eine unkontrollierbare Willkür beim Giessen zu geraten, so bleibt nur übrig, der Wirbelmassel ein sogenanntes Bremslaufsystem vorzuschalten, wie es bereits zum Stunde der Technik gehört ( DBP Nr. 884 557 ). Im angenommenen Beispiel käme man mit insgesamt drei rechtwinkligen Umlenkungen - in der Teilungsebene-und den dazu gehörenden Querschnittserweiterungen um je rund 40 % auf eine restliche Fall-Energie entsprechend circa 2 cm Höhe herunter, die noch eine Geschwindigkeit von 62,5 cm/bewirkt.Such a value can be achieved by reducing the tangential flow velocity into the ingot. Since, however, the maximum height of CrClrll is given in each case with the dimensions of the model or the form, and there one should keep the "funnel" in order not to fall into uncontrollable arbitrariness to guess when pouring, the only thing left is the peg, a so-called braking system upstream, as it is already at the cutting edge of technology (DBP No. 884 557). In the example assumed, one would arrive with a total of three right-angled deflections - in the parting plane and the associated cross-sectional enlargements by around 40% to a remaining fall energy corresponding to about 2 cm in height down, which still causes a speed of 62.5 cm /.

Damit würdt der wert für tg α gleich rund 1,1 und « = 48 Grad.The value for tg α would then be around 1.1 and «= 48 degrees.

Für die praktische Handhabung sei angemerkt, daß die Gleichung 2 etwas einfacher wird, wenn man für v den gleichwertigen Ausdruck 2.g.h einsetzt. Dann darf man schreiben tg α = 2.g.h/R.g = 2.h/R = 4.h/D.For practical use, it should be noted that equation 2 is somewhat becomes easier if one substitutes the equivalent expression 2.g.h for v. then one may write tg α = 2.g.h / R.g = 2.h / R = 4.h / D.

Will man also die optimale Wirksamkeit der Massel erzielen, so muss man die kinetische Energie der ersten Einströmung in diese einer statischen Druckhöhe äquivalent halten, welche durch den halben Radius bzw. den vierten Teil des Basisdurchmesers der Massel bestimmt ist. Dabei ist offensichtlich eine Toleranzbreite von + 40 % und minus 30 % noch tragbar.So if you want to achieve the optimal effectiveness of the ingot, you have to the kinetic energy of the first inflow into this one static head keep equivalent, which by half the radius or the fourth part of the base diameter the pig is intended. There is obviously a tolerance range of + 40% and minus 30% still bearable.

Bei den vorstehenden rechnerischen Betrachtungen ist die Einbezie= hung von Reibungsverlusten im Laufsystem als reine Ingenieur-Auf gabe beiseite gelassen worden. Ihre Berücksichtigung führt ledig= lich zu den daraus sich ergebenden Korrekturen bei der # Errechnung der wirklichen restlichen Energie- bzw. Druckhöhe des Bremssystems und liegt somit ausserhalb des Bereiches der vorgelegten Erfindung.In the above arithmetical considerations, the inclusion is = Friction losses in the running system are left aside as a pure engineering task been. Taking them into account only leads to the corrections resulting therefrom in the # calculation of the real remaining energy or pressure level of the braking system and is thus outside the scope of the invention presented.

Diesem dargelegten ersten Schritt folgt eine zweite, fast ebenso unentbehrliche Maßnahme. Der aus der Wirbelmassel wieder hinaus führende und das Eisen (metall) weiter leitende AuslaufYin seinem Beginn an der Massel unbedingt ein flaches Profil aufweisen, wie es in der Abbildung dargestellt ist. Dadurch vermindert man einmal mchr die Gefahr, daß aus dem umlaufenden Wirbel die nach dessen Innenfläche strebende Schlackentröpfchen in den Auslauf gelangen, Die "Tiefe" des toticrenden Stromes vergrössert sich nämlich, senkrecht zur ParaboloidflächC gegen die Öffnung hin gemessen, Und diescs Faktum ist umso wichtiger, als ein Anwachsen an "Tiefe" überhaupt etst mit dem Ansteigen des Metallpegels in der Form selbst stattfinden weil il nämlich der Durchgansquerschnitt für den ablaufenden Strom garnicht ode? doch nur wenig kleiner sein darf als derjenige des zulaufenden Stromes. Würder man dies ändern, so würde man bei einer Verengerung die Abflußmenge drosseln, was dann auch auf die Zuflußmenge und somit auf den zeitlichen Ablauf des gesamten Gieß= vorgangs zurückwirkte. Umgekehrt würde ein zu sehr vergrösserter Ablaufquerschnitt die vorteilhafte Wirkung der vorgeschlagenen Verbesserungsmaßnahmen wiederum zunichte machen. Auf diese Zusam= menhänge wird hier nur zum deutlicheren Verständnis des Sachver= haltes hingewiesen. Man hat auch bisher schon diese beiden Quer= schnitte meistens etwa gleich groß bemessen, ob nur gefühlsmässig, ob mit irgendeiner bewussten Begründung, kann dahingestellt blei= ben. Denn diese Handhabung wird nicht als Teil der Erfindung ange= sehen, sondern nur ganz einfach beibehalten, mit der Nuance alle dings, daß sie jetzt beibehalten werden muss.This first step is followed by a second, almost equally indispensable measure. The one out of the whirlwind The outlet that leads and carries the iron (metal) further must have a flat profile at its beginning on the ingot, as shown in the figure. This reduces the risk that the slag droplets striving towards its inner surface will get into the outlet from the circulating eddy. And this fact is all the more important as an increase in "depth" always takes place with the rise of the metal level in the mold itself, because the passage cross-section for the flowing current is not at all or? but may only be a little smaller than that of the flowing stream. If you were to change this, you would throttle the outflow volume in the event of a narrowing, which then also had an effect on the inflow volume and thus on the timing of the entire pouring process. Conversely, an excessively enlarged drain cross-section would in turn destroy the advantageous effect of the proposed improvement measures. These relationships are only referred to here for a clearer understanding of the facts. Up to now, these two cross-sections have mostly been measured to be about the same size, whether only emotionally or with any conscious reason can be left open. Because this handling is not seen as part of the invention, but only quite simply retained, with the nuance of all things that it must now be retained.

Völlig überflüssig und sinnwidrig wird dagegen die bisher übliche Anordnung des Ablaufkanals zur Massel in der dem Drehsinn des Wirbels entgegengesetzten Richtung. Er kann nunmehr einfach in radiale Richtung angesetzt werden und sogar im Drehsinn tangential Wegen des jetzt vorgeschriebenen flachen Profils umgreifen die "Stromfäden" oft ohnehin fast den ganzen Bereich vom tangentialen bis zum radialen Gerichtetsein, also bis zu einem rechten Winkel.On the other hand, the previously common one is becoming completely superfluous and senseless Arrangement of the drainage channel to the pig in the opposite direction to the direction of rotation of the vortex Direction. It can now simply be applied in the radial direction and even Tangential in the direction of rotation Because of the now prescribed flat profile, grip around the "stream filaments" often cover almost the entire range from the tangential to the radial anyway Directional, i.e. up to a right angle.

Sie ordnen sich erst mit der hier angeratenen, kontinuierlichen Rückverwandlung des Profils in ein hydraulisch und thermisch gün= stigeres wieder "parallel" zueinander ein.You only come to terms with the continuous re-transformation recommended here of the profile in a hydraulically and thermally favorable again "parallel" to each other a.

Eine dritte Maßnahme kann und soll den Erfolg der zweiten verstärken. Sie besteht darin, auf der Grundfläche der Wirbel= massel eine kegel- oder paraboloidförmige Spitze in den Hohlraum hinein aufragen zu lassen, aus demselben oder einem anderen Form= stoff wie die F*rm selbst, deren Flankenwinkel gegen die Horizont= taleletwa 300 bis 450 beträgt, sodaß die Spitze de-s Kegels einen inneren Körperwinkel von 120° bis 90° einhalten würder. Dieser Einsatz (evtl. naturgeformt) bekommt einen kleineren Basisdurch= messer als die Massel selbst, und erwird exzentrisch zu dieser angeordnet. Die Lage wird dabei so gewählt, daß der kleinste Ab= stand zwischen den beiden Grundkreisen sich in der Nähe des Ortes befindet, wo dar flache, ins Breite gezogene Auslaufquerschnitt im Sinne der Drehung zu Ende ist. Diese Anordnung bewirkt eine zusätzliche Vergrösserung der "Tiefe" des umlaufenden Stromes vorallem bei der aller ersten Spitze desselben. Im Zusammenhang des Ganzen wird damit erreicht, daß bereits im ersten Umgang des ein strömenden Eisens (Metalls), also im Beispiel innerhalb weniger als 0,1 Sekunden, die Ausflußöffnung vollständig vom kompakt geblie= benen Kreisstrom abgedeckt wird, und daß deswegen, wenn überhaupt, nur noch ganz geringfügige Schlacken-Anteile der Wirbelmassel ent= schlüpfen können. Auf eine eingehendere Darlegung des physikalisch.: Mechanismus im Aufbau des Auslaufvorgangs unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte ist verzichtet füt ein zureichendes Verständnis worden Sie darf wohl als (entbehrlich) Der Erfindung/angesehen werden. A third measure can and should increase the success of the second. It consists in letting a conical or paraboloidal tip protrude into the cavity on the base of the vertebrae, made of the same or a different material as the shape itself, whose flank angle to the horizon = about 300 to 450 so that the apex of the cone would maintain an inner body angle of 120 ° to 90 °. This insert (possibly naturally formed) has a smaller base diameter than the ingot itself and is arranged eccentrically to it. The position is chosen so that the smallest distance between the two base circles is in the vicinity of the place where the flat, extended outlet cross-section in the sense of rotation comes to an end. This arrangement causes an additional increase in the "depth" of the circulating stream, especially at the very first peak of the same. In the context of the whole it is achieved that already in the first handling of a flowing iron (metal), so in the example within less than 0.1 seconds, the outflow opening is completely covered by the compact circulating current, and that therefore, if at all , only a very small proportion of slag from the pegs can slip out. A more detailed explanation of the physical: mechanism in the structure of the leakage process under the effect of centrifugal forces is omitted for a sufficient understanding You may well as (dispensable) The invention / to be considered.

Die sowohl als Ausführungsbeispiel wie als schematischc Darstel lung des Erfindungagedankens und seiner drei Komponenten zu lesendc Zeichnung hat absichtlich keine Bezugszeichen erhalten, um die Be= schreibung nicht unnötig zu verlängern. Sie wird jedem Fachmann unmittelbar durchschaubar sein. Jeder Fachmann weiss ebenfalls, daß man die Bremsläufe und den Auslauf sowie die untere Partie der Massel auch in den Unter kasten der Form einbetten kann, ohne daß sich damit das Zusammenspiel des Ganzen verändert. Both as an exemplary embodiment and as a schematic representation of the inventive idea and its three components to read the drawing on purpose no reference numerals have been given in order not to unnecessarily lengthen the description. It will be immediately clear to any expert. Every expert also knows that the brake runs and the run-out as well as the lower part of the ingot are also in can embed the lower box of the form without affecting the interaction of the whole changed.

Claims

P a t e n t - A n s p r ü c h e:

1) Vertebral mass1, characterized in that its tangential into it opening feed run at least two shorter, against him and against each other / around 60 to 120 degrees angled running pieces of the same cross-section are connected upstream.

2) peg, characterized in that their confluent tangentially Feed run one, two or more shorter running = pieces are connected upstream, the are angled against him and among each other by 45 to 90 degrees, with their cross-section from the first run to the confluent run with every diversion a fraction of between one fifth and one half of the previous lies.

3) peg according to claim 1 or 2, characterized in that its outlet at its beginning at the foot of the mass1 has a flat cross-section has, the vertically measured height of which is less than half the profile height of the Feed run amounts.

4) peg according to claim 3, characterized in that the cavity the ingot by a cone protruding upwards from the base area or a paraboloid or a similar body / is reduced in size with a smaller Base diameter as the ingot itself eccentric to this against, in the direction of rotation - Endc of the flat starting profile of the outlet is shifted.

5) casting process, characterized in that a peg-brake running combination according to one of claims 1, 2, 3 or 4 is applied.

L e r s e i t e