DE2530785A1 - Verfahren und vorrichtung zur einfuehrung von zusatzmaterialien in eine gussform - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur einfuehrung von zusatzmaterialien in eine gussformInfo
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Description
Pate ntanwalt
Dipl. Ing. H. J. Hübner 896O Kempten/AlIgAu
9. Juli 1975
Anmelder: Caterpillar Tractor Co., PEORIA, USA Anwaltsakte: X 932
VERFAHREN UITO VORRICHTUNG ZUR EIMFOEHRUNS VON ZUSATZMATERIAL!?^:
IN EINE GUSSFORM
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Einführung von Zusatzmaterialien in eine Gussform.
Β09885/09Λ5
Bei einer neueren Entwicklung zum Beifügen von Z\isatzmitteln
zum geschmolzenen Metall in der Gussform wird ein Draht aus einem Zusatzmaterial kontinuierlich in den Strom des geschmolzenen
Metalls zugeführt, indem der Draht direkt in den Eingusstrichter und den Eingusskanal der Gussform ragt. Der Eingussitanal
wirkt als Düse zur Kontrolle der Durchflussmenge des geschmolzenen Materials in den Gusshohlraum und die Zuführgeschwindigkeit
des Drahtes wird entsprechend angepasst, um eine präzise Steuerung der Zusatzmaterialmenge zu schaffen, die dein
Guss beigefügt wird. Obwohl dieses Verfahren eine wesentliche Verbesserung gegenüber den zur Zeit vorhandenen Verfahren zum
Beifügen von Zusatzmaterialien in der Gussform darstellt , ist erkannt worden, dass eine weitere Verbesserung erzielt werden
könnte, indem eine zusätzliche Mischkammer in der Gussform angeordnet wird, die speziell zur gleichzeitigen Aufnahme des Zusatzmaterialdrahtes
und des geschmolzenen Materials dient, um eine gleichmässigere Auflösung des Zusatzmaterials im geschmolzenen
Metall zu gewährleisten.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einführung von Zusatzmaterialien in eine
Gus3form zu schaffen, mit der ein kompletteres und homogeneres Vermischen des Zusatzmaterials im Guss ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer
Gussform ein Gusshohlraum und ein Zustromkanal angeordnet ist,
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durch den geschmolzenes Metall in den Gusshohlraum fliesst,
dass in der Gussform ein Eingusstrichter zur Aufnahme und
Weiterleitung des geschmolzenen Metalls in den Zustromkanal enthalten ist, das3 ausserhalb der Gussform zur kontinuierlichen
Zuführung eines aus Zusatzmaterial bestehenden , endlosen Drahtes in die Gussform eine Zuführeinrichtung angeordnet ist,
und dass zwischen dem Eingusstrichter und dem Gusshohlraum eine Mischkammer zur Aufnahme des von der Zuführeinrichtung kommenden
Drahtes aus Zusatzmaterial im Zustromkanal enthalten ist, wobei der zugeführte Draht schmilzt und sich im wesentlichen komplett
mit dem durch die Mischkammer fliessenden, geschmolzenen Metall mischt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Zuführung
des Drahtes in die Mischkammer ein mit dieser in Verbindung stehender Kanal in der Gussform angeordnet.
Die Erfindung wird nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnungen näher erläuter werden und zwar zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen
Vorrichtung zur Einführung von Zusatzmaterialien in eine Gussform mit einem Teil der Vorrichtung
im Schnitt,
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Pig. 2 einen Schnitt durch, einen Teil der Gussform und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Teiles.
¥ie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Vorrichtung zum Einführen von Zusatzmaterialien in eine Gussform generell mit 1O
"bezeichnet und steht mit einer Gussform 11 und einem DrahtzufUhrmechanismus
12 in Verbindung. Die Zusatzmaterialien die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind in Form eines
Drahtes 13 ausgebildet, der über eine Rolle oder Spule 14 läuft und dessen Ende 15 sich in die Gussform 11 erstreckt. Die Konstruktion
des Drahtes 13 ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung
und kann in jeder der zur Zeit vorhandenen Formen ausgeführt sein, beispielsweise als voller Draht der ganz aus dem
Zusatzmaterial besteht, als voller Draht aus Zusatzmaterial innerhalb eines Mantels aus einem Schutzmaterial oder als hohler Draht,
der mit einem pulverfö'rmigen Zusatzmaterial gefüllt ist. Die Rolle 14 ist drehbar auf einer Welle 16 gelagert, die sich
zwischen zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Stützplatten 17 erstreckt. Die Platten 17 sind an einem Rahmen 18 befestigt,
der durch einen hydraulischen Zylinder 19 auf und ab bewegt wird. Eine Drahtzuführung 21 ist unterhalb der Rolle 14 angeordnet
und enthält eine Anzahl von Antriebsrollen 22, die rotierbar innerhalb eines Gehäuses 23 angeordnet sind, welches am Rahmen
18 befestigt ist. Die Antriebsrollen 22 werden durch einen Umkehrmotor
24 mit regelbarer Drehzahl auf übliche V/eise über ein nicht
gezeigtes Getriebe im Gleichlauf angetrieben. Die Antriebsrollen 22 sind in gegenüberliegenden Paaren angeordnet, die den Draht 13
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nach unten durch ein in der Mitte offenes Heizelement 26 einer Heizung 27 bewegen, welche unterhalb der Drahzuführung 21 abgestützt
ist. Der Draht 13 tritt durch eine Fühirungsö'ffung 28 aus t
die am unteren Ende 29 der Heizung 27 angeordnet ist.
Die Gussform 11 enthält einen Unterkasten 31 und einen dazupassenden
Oberkasten 32, die in kongruenter Beziehung trennbar miteinander befestigt sind um einen inneren Gusshohlraum 33 zu bilden, der
einen vertikal angeordneten Kern 34 darin aufweist. An der Oberfläche 38 des Oberkastens 32 ist ein offener Eingusstrichter 37 angeordnet,
der einen Teil eines Zustromkanals 39 bildet, welcher mit dem Gusshohlraum 33 in Verbindung steht. Ein Eingusskanal 40
verbindet den Eingusstrichter 37 mit einer Reaktions- oder Mischkammer
42 deren Form nachstehend noch detaillierter beschrieben
wird. Ein Drosselkanal 43 verbindet die Mischkammer 42 über einen
Anschnitt 46 mit einem Steiger 44 der wiederum ~ait dem Gusshohlraum
33 verbunden ist. Im Oberkasten 32 ist im wesentlichen parallel zum Eingusskanal 40 ein Kanal 47 angeordnet, der die Mischkammer
42 mit der Oberfläche 38 verbindet. Die Gussform 11 befindet sich
in einer Stellung, in der die Oeffnung 47 mit der Führungsöffnung 28 axial ausgerichtet ist, sodass der Draht 13 sich konzentrisch
in den Kanal 47 erstreckt. Der Eingusstrichter 47 ist so angeordnet, dass er einen Strom von geschmolzenem Metall 48 aus einer
Giesspfanne 49 aufnimmt.
Ein Drahtführungsblock 52 ist lösbar auf der Oberflache 38 des
Oberkastens 32 angeordnet und weist eine Bohrung 53 auf, die mit dem Kanal 47 im Oberkasten 32 ausgerichtet ist. Am oberen Ende ist
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die Bohrung 53 mit einer konischen Führung 54 versehen. Am Boden
des Führungsblocks 56 ist eine Aussparung 56 angeordnet. Der
FUhrungsblock 52 ist vorzugsweise aus Gusseisen oder einem anderen
schweren Metall hergestellt, sodass dieser durch sein eigenes Gewicht stationär bleibt, nachdem er auf der Oberfläche 33 des
Oberkastens 32 in Position gebracht worden ist.
Wie besser aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, befindet sich die Mischkammer 42 im Unterkasten 31 der Gussform 11 und hat eine längsgerichtete,
halbkreisförmige Struktur. Die Mischkammer 42 wird
durch zwei in einem Abstand voneinander angeordneten , vertikalen Seitenwände 57 gebildet, deren untere Kanten durch einen halbkreisförmigen
Boden 58 miteinander verbunden sind, welcher einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, wie bei 59 in Fig. 3 gezeigt
ist. Eine glatte Oberfläche 60 des Oberka3tena32 bildet die obere
Wand oder obere Grenze der Mischkammer 42. Im Unterkastea 31 ist ein
Kanal 41 eingeformt-, der sich weiter unten als der Drosselkanal 43 befindet welcher in dem Oberkasten 32 eingeformt ist. Ausserdem
ist der Querschnitt des Kanals 41 etwas grosser als der Querschnitt
des Drosselkanals 43 um ein komplettes Füllen der Mischkammer 42 sicherzustellen, wodurch das Niveau des in den Kanal
47 eintretenden geschmolzenen Metalls 48 stabilisiert und ein positiver Druck auf das geschmolzene Metall 48 in der Mischkammer
42 ausgeübt wird.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist wie nach -.
stehend beschrieben.
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-If-
Die Vorrichtung 10 wird für ein Verfahren zum Einführen von Zusatzmaterialien
in Drahtform in eine Gussform 11 verwendet, bei dem ein geschmolzenes Metall 48 mit einer vorbestimmten, kontrollierten
Geschwindigkeit aus der Giesspfanne 49 in den Eingusstrichter 37 gegossen wird. Das geschmolzene Metall 48 fliesst durch den Eingusskanal
40 und den Kanal 41 in die Mischkammer 42. Gleichzeitig mit dem Eingiessen des geschmolzenen Metalls 48 in den Eingusstrichter
37 wird der hydraulische Zylinder 19 betätigt, sodass sich das
untere Ende 15 des Drahtes 13 durch die Bohrung 53 im Führungsblock 52 und durch den Kanal 47 im Oberkasten 32 bewegt und sich
in das geschmolzenen Metall 48 in der Mischkammer 42 erstreckt. Der Reguliermotor 24 der Drahzuführung 21 wird in Betrieb gesetzt, um
das Zuführen des Drahtes 13 fortzusetzen, wenn der hydraulische Zylinder 19 wieder zurückgezogen ist. Die £orm des Drahtes wird so
gewShlt , dass das Ende 15 mit einer vorbestimmten , gleichmässigen
Geschwindigkeit in der Mischkammer 42 schmilzt und die Zuführgeschwindigkeit der Drahtzuführung 21 ist vorzugsweise so eingestellt
, dass diese mit der Schmelzgeschwindigkeit übereinstimmt.
Wenn der Draht 13 im geschmolzenen Metall 48 in der Mischkammer 42 ■
schmilzt oder sich in diesem auflöst, wird die temperatur des geschmolzenen Metalls in einer Zone um das Ende 15 des Drahtes 13
leicht gesenkt. Diese Zone ist in der Figur 2 durch eine strichlierte
Linie dargestellt, die mit Δ bezeichnet ist. Die abgesenkte Temperatur in der Zone A erhöht die Ausbeute und daher die Wirksamkeit
des Zusatzmaterials , aus dem der Draht 13 besteht. Der Strom des geschmolzenen Metalls 48 in der Mischkammer 42 dispergiert
das Zusatzmaterial , das zu sieden oder zu verdampfen anfängt und dabei eine Turbulenz und Vermischung in einer Zone verursacht, die
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durch eine strichlierte Linie dargestellt und mit B bezeichnet ist.
Die Temperatur des geschmolzenen Metalls 48 und der Zusatzmischung beginnt sich in der Zone B zu erhöhen. Einige Drahttypen können
mit einem NOdularisierungs- und/oder Desoxydationszusatz in ^orm
eines temperatursenkenden Materials überzogen sein und diese Zusätze
lösen sich ebenfalls am äusseren Rand der Zone B auf, wobei die Temperatur des geschmolzenen Metalls 48 kontinuierlich zunimmt,
wenn die Zusätze mit dem geschmolzenen Metall 48 ausgiebig gemischt sind.
Die halbkreisförmige Ausbildung der Mischkammer 42 verursacht eine
Verlangsamung der Durchschnittsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls 48 in der Umgebung des Drahtes 13 um die Auflösung des
Drahtes 13 im geschmolzenen Metall 48 zu erhöhen, wobei sich die
Geschwindigkeit beim Austritt aus der Mischkammer 42 erhöht, um eine erhöhte Mischwirkung des Zusatzmaterials und des geschmolzenen
Metalls 48 zu bewirken. Ausserdem wird durch die gerundete Konturder
Mischkammer 42 jede scharfe Ecke oder Stagnationsζone eliminiert,
welche einen Teil des geschmolzenen Metallstromes einschliessen könnte .
Wenn das behandelte , geschmolzene Metall aus der Mischkammer 42 durch den Drosselkanal 43 und den Anschnitt 46 austritt , fliesst
dieses in den Steiger 44 und anschliessend in den Gusshohlraum Die Oxyde, Sulfide und anderen Verunreinigungen sondern sich an
die Oberfläche ab und fliessen in einer dünnen Oberflächenschicht in der Mischkammer 42 und im Drosselkanal 43 entlang , wobei der
Anschnitt 46 und der· Steiger 44 so angeordnet sind, dass der
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Schluss der Verunreinigungen im Steiger 44 gefördert wird.
Der Strom des geschmolzenen Metalls 48 vom Eingusstrichter 37 durch
den Zustromkanal 39 in. den Gusshohlraum 33 wird fortgesetzt, bis
der Gusshohlraum 33 gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strom des geschmolzenen Metalls 48 aus der Giesspfanne 49 gestoppt,
die Drahzuführung 21 abgeschaltet und der hydraulische Zylinder 19 betätigt um den Rahmen 18 und damit das Drahtende 15 aus der
Mischkammer 42 und dem Kanal 47 herauszuheben.
In einigen Fällen , wo die Zusammensetzung des Drahtes 13 und/oder
die Temperatur des geschmolzenen Metalls 48 in der Giesskanne 49 dies notwendig macht, wird die Heizung 27 eingeschaltet, um den
Draht auf eine vorgewählte Temperatur vorzuheizen, wenn sich dieser durch die Heizung 27 bewegt, um die Auflösungsgeschwindigkeit des
Drahtes 13 zu erhöhen. In einem solchen Fall lässt man den Motor 24 rückwärts laufen, um den Draht 13 durch die Heizung 27
in die Drahtzuführung 21 zurückzuziehen, bevor der Giessvorgang beginnt. In Übereinstimmung mit dem Beginn des Giessvorganges wird
dann die Heizung 27 eingeschaltet und der Motor 24 vorwärts eingeschaltet,
um den Draht 13 durch die Heizung 27 durchzubewegen, so dass das Ende 15 des Drahtes 13 in die Mischkammer 42 eintritt,
wenn sich diese mit dem geschmolzenen Metall 48 füllt.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die vorliegende
Erfindung eine verbesserte Vorrichtung 10 zum Einführen von Zusatzmaterialien in eine Gussform 11 schafft, mit der eine
bessere, homogenere Vermischung des Zusatzmaterials mit dem ge-
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schmolzenen Metall 48 hervorgerufen wird, als dies bisher möglich war. Die Mischkammer 42 bildet eine relativ enge, längsgerichtete,
halbzylindrische Wanne, durch die das ganze geschmolzene Material durchfHessen muss, das in den Gusshohlraum 33 fliesst, wobei
die Form der Mischkammer 42 eine komplette Vermischung des Zusatzmaterials mit dem geschmolzenen Metall 48 fördert.
Obwohl die Erfindung in bezug auf eine bevorzugte AusfUhrungsform beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass Aenderungen möglich sind,
die in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, der durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel nicht begrenzt ist.
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Claims (7)
1) Vorrichtung zum Einführen von Zusatzmaterialien in eine Gussform, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gussform (ii) ein
Gusshohlraum (33) und ein Zustromkanal (39) angeordnet ist,
durch den geschmolzenes Metall (48) in den Gusshohlraum (33)
fliesst, dass in der Gussform (ii) ein Eingusstrichter (37) zur
Aufnahme und Weiterleitung des geschmolzenen Metalls (48) in den Zustromkanal (39) enthalten ist, dass ausserhalb der Gussform (11) zur kontinuierlichen Zuführung eines aus Zusatzmaterial
bestehenden , endlosen Drahtes (13) in die Gussform (il) eine
Zuführeinrichtung (12) angeordnet ist, und dass zwischen dem Eingusstrichter (37) und dem Gusshohlraum (33) eine Mischkammer
(42) zur Aufnahme des von der Zuführeinrichtung (12) kommenden
Drahtes (13) aus Zusatzmaterial im Zustromkanal (39) enthalten
ist, wobei der zugeführte Draht (13)schmilzt -und sich im wesentlichen
komplett mit dem, durch die Mischkammer(i2)fliessenden,
geschmolzenen Metall (48) mischt.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Zuführung des Drahtes (13) in die Mischkammer (42) ein mit dieser
in Verbindung stehender Kanal (47) in der Gussform (.11) angeordnet
ist.
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3) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zustromkanal (39) einen Eingusskanal (40), einen den Eingusskanal (40) mit der Mischkammer (42) verbindenden Kanal (4I) und
einen die Mischkammer (42) mit dem Gusshohlraum (32) verbindenden
Drosselkanal (43) enthält, dass der Kanal (41) einen grösseren
Querschnitt als der Drosselkanal (43) aufweist, und dass der Kanal (41) niedriger als der Drosselkanal (43) in der Gussform
(ii) angeordnet ist, um ein komplettes Auffüllen der Mischkammer
(42) mit geschmolzenem Metall (48) zu gewährleisten, bevor das geschmolzene Metall (48) durch den Drosselkanal (43) fliesst.
4) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mischkammer (42) eine längsgerichtete, halbzylindrische Ausbildung aufweist, die durch zwei in einem
Abstand voneinander angeordnete Seitenwände (57), eine die Seitenwände (57) miteinander verbindende , bogenförmige Bodenwand (58)
und eine im wesentlichen glatte obere Viand (βθ) gebildet ist.
5) Vorrichtng nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Gussform (11) getragenes
Drahtführungsstück (12) vorgesehen ist, das eine Führungsbohrung
(53) aufweist, welche mit dem Kanal (47) in der Gussform (11) ausrichtbar ist.
6) Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass im Zustromkanal (39) ein Steiger (44)
enthalten ist, der zwischen dem Drosselkanal (43) und dem Guss-
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hohlraum (33) angeordnet ist, und dass zwischen dcti Drosselkanal
(43) und dem Steiger (44) ein Anschnitt (46) angeordnet ist, wobei der Anschnitt (46) und der Steiger (44) die Ausscheidung
von Verunreinigungen aus dem. geschmolzenen Metall (48) fördern,
die sich im Steiger (44) sammeln.
7) Verfahren zum Einführen von Zusatzmaterialien in eine Gussform ,
die einen inneren Gusshohlraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom von geschmolzenem Metall (48) in einem, in
der Gussform (11) angeordnetem Eingusstrichter (37) aufgenommen
wird, dass der Strom des geschmolzenen Metalls (48) in einen,in
in der Gussform (11) angeordneten Zustromkanal (39) aus dem eingusstrichter
(37) in den Gusshohlraum (33) geleitet wird, dass
ein Ende (-j5) eines im wesentlichen endlosen Drahtes (13) aus
Zusatzmaterial kontinuierlich in eine vergrö'sserte Mischkammer
(42) eingeführt wird, welche im Zustromkanal (39) zwischen dem Eingusstrichter (37) und dem Gusshohlraum (33) in der Gussform (11)
angeordnet ist und dass der Draht (13) aus Zusatzmaterial mit dem,,
durch die Mischkammer (42) strömenden, geschmolzenen Metall (48) komplett vermischt wird, bevor dieses in den Gusshohlraum(33) eintritt.
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