DE2431892A1

DE2431892A1 - Vorrichtung zur dosierten abgabe von fluessigem metall

Info

Publication number: DE2431892A1
Application number: DE19742431892
Authority: DE
Inventors: Guido Oppi Forcesi
Original assignee: Forcesi G O
Current assignee: Forcesi G O
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-02-06
Also published as: GB1478348A; FR2237713B3; IT991309B; FR2237713A1; CH576303A5

Description

Vorrichtung zur dosierten Abgabe von flüssigem Metall

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe von flüssigem Metall, bestehend aus einer an eine Treibgaszuführung angeschlossenen Kammer, z.B. Ofenkammer, für das Metallbad und einem in das Metallbad eintauchenden Steigrohr als Abgabestutzen, wobei der Druck des Treibgases in Abhängigkeit vom Metallspiegel einstellbar ist.

Bei aus der Praxis bekannten Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung arbeitet man zur Einstellung des Treibgases mit einer mechanischen Schwimmersteuerung. Bei einem derartigen Aufbau stört, daß Anbackungen am Schwimmer oder Schwund des Schwimmermaterials sowie Reibung des zugeordneten Stellgestänges eine

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genaue Ermittlung des jeweiligen Metallbadspiegels beeinträchtigen. Eine genaue Dosierung läßt sich mit einfachen Mitteln bei diesen bekannten Vorrichtungen nicht erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung in einfachster Weise so zu gestalten, daß in Abhängigkeit von dem jeweiligen Metallbadspiegel eine genau dosierte Abgabe des flüssigen Metalls durchführbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß ein erstes pneumatisches Rechner-Relais vorgesehen und in dieses einerseits der Druck des Treibgases in der Kammer und andererseits der gesamte Druck aus Treibgas und dem Metallbad oberhalb des Steigrohreinlaufs eingebbar sowie von diesem der so ermittelte Druck des Metallbades oberhalb des Steigrohreinlaufs in ein weiteres pneumatisches Rechner-ReIals und ein eingestellter Solldruck für die Austreibung des Metalls aus dem Steigrohr eingebbar und die ermittelte Druckdifferenz einem Verstärker-Relais od. dgl. in der Treibgasleitung zuführbar ist.

Der erreichte Vorteil besteht vor allem darin, daß der jeweilige Metallbadspiegel genau ermittelbar und in Abhängigkeit davon die Zuführung des Treibgases steuerbar ist. Im Ergebnis läßt sich so eine genaue Dosierung der abzugebenden Menge des flüssigen Metalls erzielen. Ferner zeichnet sich eine derartige Vorrichtung durch einen einfachen Aufbau aus und ist den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen anpaßbar.

Im einzelnen läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auf verschiedene Weise weiter ausbilden. So geht ein Vorschlag dahin, daß das erste pneumatische Rechner-Kelais mit seinem Ausgang jeweils an den Eingang von mehreren nachgeschalteten Rechner-Relais angeschlossen ist. Zweckmäßig sind die nachgeschalteten pneumatischen Rechner-Relais ausgangsseitig unter Zwischenschal-

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tung von Steuerventilen an das in der Treibgasleitung angeordnete Verstärker-Relais angeschlossen. Im einzelnen ist der Aufbau so getroffen, daß das erste pneumatische Rechner-Relais mit einem Eingang an eine Druckgasleitung angeschlossen und diese
Druckgasleitung an ein in der Höhe des Steigrohreinlaufs ausmündendes Tauchrohr angeschlossen ist. Zweckmäßig sind die Steuerventile zwischen den Ausgängen der Rechner-Relais und den Verstärker-Relais steuerbar. Ein weiterer Vorschlag besteht darin, daß an die Kammer ein als Elektroventil aufgebautes Belüftungsventil angeschlossen und dieses von einem angeschlossenen Pressostaten beim Absinken des Druckes in der Kammer auf einen vorgegebenen Wert schließbar ist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die das direkte Aufsetzen von Formen auf das Steigrohr zuläßt, besteht darin, daß das Steigrohr mit einer Drosselstelle
versehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es
zeigen:

Fig. 1 schematisch in der Seitenansicht eine erfindungsgemäße
Vorrichtung, die zur kontinuierlichen Abgabe einer dosierten Metallmenge eingerichtet ist,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, die zur diskontinuierlichen Abgabe von dosierten Metallmengen eingerichtet ist und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, mit der auf das Steigrohr direkt aufgesetzte Formen beschickbar sind.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist eine Ofenkammer 1 für ein Metallbad 2 mit einem Steigrohr 3 als Abgabestutzen versehen. Die Abgabe soll kontinuierlich und konstant erfolgen, wenn auch während der Ab-

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gäbe der Metallbadspiegel sinkt. Für diese Überwachung sorgt die erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Kammer 1 ist gasdicht. Im Metallbad 2 taucht ein Tauchrohr 4 ein, aus dessen unterem Ende ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff in das Metallbad einquirlt, das aus einer Druckgasleitung 5 kommt, die über einen Filter 6 und einen Druckregler 7A mit Manometer 8 an eine Druckgasquelle angeschlossen ist, beispielsweise an eine Druckgasflache 9. Diese Anordnung erlaubt es, den an der Austrittsstelle des Tauchrohrs 4 bestehenden Druck zu erfassen, der aus dem Gasdruck, der den Metallbadspiegel beaufschlagt, und aus dem hydrostatischen Druck des Metallbades, besteht. Die beiden Drücke, gemessen als eine Metallsäule des Metallbades, sind jeweils mit hp und h bezeichnet. Die Leistung des aus dem Tauchrohr 4 ausströmenden Gases ist vom Gegendruck (hp + h) bestimmt, der am Austritt des Tauchrohrs herrscht. Der piezometrische Druck in der Druckgasleitung 5 ist stets diesem Gegendruck gleich.

Dieser Gegendruck wird durch die Abzweigung 6A einem der Eingänge eines an sich gut bekannten pneumatischen Rechner-Relais (computing relay) 7 zugeführt, das drei Eingänge besitzt und einen Ausgang; in diesem Rechner-Relais 7 ist das Ausgangssignal (ein Druck) gleich dem Druckunterschied zwischen den an zwei der Eingänge angelegten Drücken. Am dritten Eingang wird der Versorgungsdruck eingeführt. Dieser Versoigingsdruck wird mittels der Leitung 8A zugeführt, die an eine Druckgasquelle angeschlossen ist und zwar über zwei Druckregler 9A und 10 und einen Filter 11, während der verbleibende Eingang über die Leitung 12 an eine Treibgasleitung 13 angeschlossen ist, die ihrerseits mit der Druckgasquelle in Verbindung steht.

In dieser Treibgasleitung 13 ist ein bekanntes pneumatisches Verstärker-Relais (volume booster relay) 14 eingesetzt, das vor dem Zufluß der Leitung 12 angeordnet ist, sowie ein elektrisch gesteuertes Ventil 15 und ein Handregler 16 zur Einstellung der Leistung.

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Die Treibgasleitung 13 mündet mit einer Abzweigung 17 in die Kammer 1 oberhalb des Schmelzbadspiegels ein und ist in einer anderen Abzweigung mit einem als Elektroventil ausgebildeten Entlüftungsventil 18 versehen. In der Leitung 12 herrscht (wenn das Ventil 18 geschlossen und das Ventil 15 offen ist) der gleiche Druck wie über dem Metallbad 2, also hp, so daß in der Ausgangsleitung 19 ein Druckunterschied Δ ρ = hp + h - hp = h, besteht, also der hydrostatische Druck des Metallbades, welcher den Maßstab des Metallschmelzspiegeis bis zur Mündung des Tauchrohrs 4 bildet.

Die Ausgangsleitung 19 ist an einen der Eingänge eines zweiten pneumatischen Rechner-Relais 20 angeschlossen. An den anderen Eingang ist ein Druck angelegt, der vorgegeben ist, und zwar derart, daß er einer Metallsäulenhöhe gleich H (gemessen von der Mündung des Tauchrohrs 4 bis oberhalb der Höhe des Steigrohrs 3) entspricht.

Zu diesem Zweck ist dieser Eingang mit der Leitung 13 über die Leitung 21 verbunden, in welcher sich ein Druckregler 22 befindet. An den dritten Eingang ist der Versorgungsdruck über eine weitere Leitung angelegt, die der bereits erwähnten Leitung 8A entspricht.

Der Ausgang des Rechner-Relais °.O ist über ein als Elektroventil ausgebildetes Steuerventil 23 m?*: dem Verstärker-Relais 14 verbunden. Angenommen das Steuerventil 23 sei geöffet, so ist das an das Verstärker-Relais 14 angelegte Signal Züi b = H - h = hp und damit der Druck am Ausgang des Verstärker-Relais 14 und derjenige der oberhalb des Metallbadspiegels 2 über die Leitung 17 eingegeben wird, ist wieder ZX b = hp, so daß das Metall von dem Steigrohr 3 abgegeben wird. Es ist offensichtlich, daß beim Sinken des Metallbadspiegels, also der Größe h, sich£ib erhöht und damit der Gasdruck, welcher das Metallbad beaufschlagt, so daß eine Abgabe unter konstanter Leistung unabhängig von der Metall-

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badspiegelhöhe erfolgt.

Die elektrisch betätigten Steuerventile 23 und 15 werden mittels eines an sich bekannten Mittels geöffnet, falls die Abgabe erwünscht ist und gleichzeitig wird das Entlüftungsventil 18 geschlossen. Soll dagegen die Abgabe unterbrochen werden, wird das Entlüftungsventil 18 geöffnet, und die Steuerventile 23 und 15 werden geschlossen.

Es ist zu bemerken, daß der Steigrohreinlauf und der Auslaß des Tauchrohrs 4 auf gleicher horizontaler Ebene liegen. Das Ausbildungsbeispiel gemäß der Fig. 2 betrifft eine Vorrichtung, die etwas aufwendiger ist, da sie zur Abgabe von konstanten Metallmengen in einer vorgegebenen Zeitspanne bestimmt ist. Der Aufbau, auf welchen dieses Ausführungsbeispiel beruht, ist der gleiche wie in der Fig. 1.

In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

In diesem Ausführungsbeispiel muß das Metallbad im Steigrohr 3 zunächst auf eine Spiegelhöhe H₁ gebracht werden (gemessen zur Mündung des Tauchrohrs 4), welcher Spiegel dem vorgegebenen Abgabespiegel entspricht, und dann muß zur Abgabe an der Mündung des Steigrohrs 3 eine einer Metallsäule H„ entsprechende Druckbelastung vorliegen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal des Rechner-Relais 7, außer an einen der Eingänge des Rechner-Relais 20, an einen der Eingänge eines dritten pneumatischen Rechner-Relais 30 angelegt, dessen Aufgabe es ist, den das Schmelzbad beaufschlagenden Druck zu regulieren, so daß die Gesamtbelastung an der Mündung des Steigrohrs 3 stets gleich H ist, unabhängig vom Wert h, also von der Höhe des Metallbadspiegels.

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Daher ist der Eingang des Rechner-Relais 30 an die Treibgasleitung Ί 3 über einen Druckregler 31 angeschlossen, welcher die Einstellung des Drucks H ermöglicht.

Der Ausgang dieses Rechner-Relais 30 ist ebenfalls an das Verstärler-Relais 14 über ein elektrisch betätigtes Steuerventil angeschlossen,und das Ausgangssignal ist gleich H„ - h, so daß, wenn das Steuerventil 32 geöffnet ist, der Gasdruck, der den Metallbadspiegel 2 beaufschlagt, durch H₂ - h gegeben ist.

Die Steuerventile 23, 32, 18 und 15 werden mittels eines Zeitschalters gesteuert, der nicht gezeigt ist, sowie von einem Pressostaten 24.

Ausgehend von einem Ausgangsmoment 0, befindet sich die Kammer in Ruhelage ohne Druck, und der Metallbadspiegel in dem Steigrohr 3 beträgt h. In diesem Zustand sind die Steuerventile 15, und 32 geschlossen, und das Entlüftungsventil 18 ist geöffnet. Mit der Betätigung durch den Arbeiter eines nicht gezeigten elektrischen Organs beginnt die Vorbereitungsstellung, also die Steuerventile 15 und 23 werden geöffnet und Entlüftungsventil schließt, während das Steuerventil 32 geschlossen bleibt. In diesem Zustand steigt das Metall 2 im Steigrohr 3 auf den Wert H . Das Kommando zur Abgabe wird durch eine elektrische, handgesteuerte Betätigung gegeben oder automatisch von der Verarbeitungsmaschine aus erteilt. Dieses Kommando schließt das Steuerventil 23, öffnet das Steuerventil 32 (15 bleibt geöffnet und 18 bleibt geschlossen) , und es wird der Zeitschalter eingeschaltet.

Damit das System eine konstante Leistung an Metall 2 im Steigrohr 3 aufrechterhält, ist die Eichzeit des Zeitschalters entsprechend aller Metallbadspiegel der erwünschten Metallmenge entsprechend vorgesehen.

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Bei Ablauf der Zeit am Zeitschalter erteilt derselbe den Schließimpuls an die Steuerventile 32 und 15 und den Öffnungsimpuls für das Entlüftungsventil 18, während das Steuerventil 23 geschlossen bleibt. Der Druck im Ofen kann sich dadurch entspannen und das Metall 2 im Steigrohr 3 sinkt auf den Spiegel Hw wo es mittels des Pressostaten 2 4 gehalten wird, welcher das Schließen des Entlüftungsventils 18 und das Öffnen der Steuerventile 23 und 15 bewirkt, während Steuerventil 32 geschlossen bleibt, wenn der Wert der Summe des hydrostatischen Drucks "h." plus der Wert des Gasdrucks hp oberhalb des Metallbades auf den Wert H sinkt.

Die Kammer oder der Ofen kehrt damit in seine Vorbereitungslage für einen neuen Ausstoß von Metallschmelze zurück.

Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 betrifft eine Vorrichtung zum Beschicken einer Gießform von unten her mit einer vorgegebenen Menge von .Schmelzmetall bis zu deren Füllung, und alsdann wird das in der Form befindliche Metall 2 mittels eines Überdruckes beaufschlagt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die charakteristischen Spiegelhöhen Sigende: h, H₁, H„ und H_; die erste Höhe "h" entspricht dem Metallbadspiegel, die zweite H₁ der Vorbereitung des Metalls 2 für den Gießvorgang, die dritte H der Füllung der Form und die vierte H dem Überdruck.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, für welches für gleiche oder entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, werden daher vier pneumatische Rechner-Relais benützt, eines ist mit 7 bezeichnet für die Messung von h, eines 20 zur Erfassung von H , eines 30 zur Erfassung von H (also das Füllen der Gießform) und das vierte 40 zur Ermittlung von H (also des Überdrucks nach dem Einfüllen).

Das vierte Rechner-Relais 40 ist mit dem Ausgang des Rechner-Relais 7 verbunden, ein Eingang ist an den gewünschten Druck,

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also H-, angelegt, und zwar über den Druckregler 41, der an die Treibgasleitung 13 und an einen dritten Eingang für den Versorgungsdruck angeschlossen ist. Der Ausgang des Relais 40 ist über das elektrisch gesteuerte Steuerventil 42 an das Verstärker-Relais 14 angeschlossen.

Die elektrisch gesteuerten Ventile 23, 32, 42, 18 und 15 werden beispielsweise mittels zweier Zeitschalter hintereinander gesteuert (einer mehr als für die in Fig. 2 angegebene Ausführungsform) sowie durch den Pressostaten 24.

Ausgehend von einem Zustand 0, also Anfangszustand, der Kammer 1, befindet sich diese im Ruhezustand, und der Metallbadspiegel im Steigrohr 3 ist gleich "h".

In diesem Zustand sind die Steuerventile 15, 23, 32 und 42 geschlossen und Entlüftungsventil 18 ist geöffnet.

Wird nun mit der Vorbereitungsstufe begonnen, beispielsweise wie in Fig. 2 gezeigt, öffnen die Steuerventile 15 und 23 und Entlüftungsventil 18 schließt, und die Steuerventile 32 und 42 bleiben geschlossen. In diesem Zustand steigt das Metall 2 im Steigrohr 3 auf den Wert H₁. Der Steuerimpuls zur Füllung der Gießform wird über eine handbetätigte, elektrische Schaltung gegeben oder automatisch von einer Verbrauchermaschine erteilt. Diese Steuerung bewirkt das Schließen des Steuerventils 23, öffnet das Steuerventil 32, die Ventile 42 und 18 bleiben geschlossen, 15 bleibt offen, und es wird der erste Zeitschalter eingeschaltet.

Nachdem das System so eine konstante Leistung an Metall im Steigrohr 3 gewährleistet, entspricht die Einstellzeit des Zeitschalters bei allen Badspiegeln der vollen Füllung der Gießform, also dem Erreichen des Spiegels H_.

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Ist die Zeit am Zeitschalter abgelaufen, folgt der Schließimpuls für das Steuerventil 32 und der Öffnung des Steuerventils 42, während 23 und 18 geschlossen bleiben und 15 offenbleibt.

Es ist offensichtlich, daß die Wirkung des ersten Zeitschalters auch durch eine elektrische Sonde ersetzt werden kann, die im oberen Teil der Form 43 entsprechend dem Spiegel H angeordnet wird. Bei Ablauf der Zeit am ersten Zeitschalter oder dem Signal der elektrischen Sonde, wird, außer der zuvor geschilderten Beaufschlagung der Ventile 15, 18, 23, 32, 42, der zweite Zeitschalter geschaltet, der die Zeit bestimmt, während welcher im Inneren der Form 43 der Überdruck H aufgebaut wird, der während der gesamten zur Erhärtung des Metalls in der Form erforderlichen Zeitspanne bestehen muß.

Nach Ablauf der Einstellzeit des zweiten Zeitschalters werden die Steuerventile 42 und 15 geschlossen, 32 und 23 bleiben geschlossen und Entlüftungsventil 18 öffnet.

Der Druck in der Kammer 1 wird abgebaut bis das flüssig gebliebene Metall im senkrechten Steigrohr 3 unterhalb der Drossel 44 auf den Wert von H₁ sinkt, wo es durch den Pressostaten 24 gemäß der Beschreibung nach Fig. 2 gehalten wird.

Damit ist der Ofen für einen neuen Arbeitsgang bereit.

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Claims

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen - 11 - Ansprüche :

1. Vorrichtung zur dosierten Abgabe von flüssigem Metall_r bestehend aus einer an eine Treibgaszuführung angeschlossenen Kammer, z.B. Ofenkammer, für das Metallbad und einem in das Metallbad eintauchenden Steigrohr als Abgabestutzen, wobei der Druck des Treibgases in Abhängigkeit vom Metallbadspiegel einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes pneumatisches Rechner-Relais (7) vorgesehen und in dieses einerseits der Druck des Treibgases in der Kammer (1) und andererseits der Gesamtdruck aus Treibgas und dem Metallbad (2) oberhalb des Steigrohreinlaufes eingebbar sowie von diesem der so ermittelte Druck des Metallbades (2) oberhalb des Steigrohreinlaufes in ein weiteres pneumatisches Rechner-Relais (20) und ein eingestellter Solldruck für die Austreibung des Metalls (2) aus dem Steigrohr (3) eingebbar und die ermittelte Druckdifferenz einem Verstärker-Relais (14) od. dgl. in der Treibgasleitung (13) zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste pneumatische Rechner-Relais (7) mit seinem Ausgang jeweils an den Eingang von mehreren nachgeschalteten Rechner-Relais (20, 30 bzw. 40) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschalteten pneumatischen Rechner-Relais (20, 30, 40) ausgangsseitig unter Zwischenschaltung von Steuerventilen (23, 32, 42) an das in der Treibgasleitung (13) angeordnete Verstärker-Relais (14) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste pneumatische Rechner-Relais (7) mit einem Eingang an eine Druckgas leitung (5) angeschlossen und diese Druckgasleitung (5) an ein in der Höhe des Steigrohreinlaufs ausmündendes Tauchrohr

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(4) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (23, 32, 42) zwischen den Ausgängen der Rechner-Relais (20, 30, 40) und dem Verstärker-Relais (14) steuerbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kammer (1) ein als Ε-Ventil aufgebautes Belüftungsventil (18) angeschlossen und dieses von einem Pressostaten (24) beim Absinken des Druckes in der Kammer (1) auf einen vorgegebenen Wert schließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (3) mit einer Drosselstelle (44) versehen ist.

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