DE2531571A1 - Verfahren und einrichtung zur zugabe von zusatzmitteln in metallschmelzen - Google Patents

Description

Hamburg, den 4. Juli 1975 175675 .1415 HD

Priorität: 12. Juli 1974, U.S.A. Pat.Anm.Nr. 487 934

Anmelder:

Caterpillar Tractor Co. 4,00 ΙΟ/ Ι

Peoria, 111., U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zur Zugabe von Zusatzmitteln in

Metallschmelzen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zugabe von Zusatzmitteln in Metallschmelzen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung, mit welchen einem Stahl gerade vor dem Gießvorgang Desoxidationsmittel zugesetzt werden können.

Es ist bekannt, daß bestimmte Zusatzmittel dem zu gießenden flüssigen Metall erst kurz vor dem Abgießen Zusatzmittel zugegeben werden, um eine übermäßige Schwächung der vorteilhaften Eigenschaften des Zusatzmittels vor der Erzeugung

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bzw. Erstarrung des Formlinge in der Form zu vermeiden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn es erwünscht ist, durch Zusätze von Desoxidationsmitteln vollständig beruhigte Stahlformlinge herzustellen. Selbst wenn beispielsweise genügend Desoxidationsmittel zugegeben werden können, um den Stahl in der Gießpfanne vollständig zu desoxidieren, tritt nämlich bei den nachfolgenden Bewegungsvorgängen, Standzeiten und Gießvorgängen eine erneute Oxidation des flüssigen Metalles auf, falls die Schmelze nicht gegen Atmosphäre abgeschirmt oder geschützt wird. Es ist daher vorteilhaft, bei einem Gießverfahren Zusatzmittel mit zeitlich begrenzter Wirksamkeit so spät wie möglich zuzugeben.

Bisher war es häufig erforderlich, Zusatzmittel in übergroßen Mengen zuzugeben, um die vorstehend beschriebenen Begrenzungen zu kompensieren. Einerseits ist dieses Vorgehen recht kostspielig, wobei andererseits auch zu beachten ist, daß die Zugabe irgendeinen Zusatzmittels den Legierungsgehalt des fertigen Formlings beeinflußt. Da die chemischen Eigenschaften der Schmelze streng und genau überwacht werden müssen, um sicherzustellen, daß der fertige Formling die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist, können Zusätze nicht wahllos zugegeben werden. Es ist daher erwünscht, irgendwelche zugesetzten Stoffe so wirkungsvoll wie möglich einzusetzen,

Als Desoxidationsmittel oder Beruhigungsmittel für Stahl wird

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aus wirtschaftlichen Gründen Aluminium bevorzugt. Wenn Aluminium jedoch mit Hilfe eines der bisher gebräuchlichen Verfahren zugegeben wird, kann es nicht in ausreichenden Mengen für eine vollständige Beruhigung des Stahles eingesetzt werden. Bei einem zur Zeit gebräuchlichen Verfahren wird beispielsweise so vorgegangen, daß das Zusatzmittel in die Gießform gegeben wird, so daß eine ausreichende Mischung erfolgt und der Stahl durch die ganze Zusammensetzung beruhigt wird. Desoxidationsmittel, wie z. B. Aluminium haben jedoch nach einer Verbindung oder einem Zusammenwirken mit Sauerstoff die Neigung, sich aus der geschmolzenen Lösung auszuscheiden, und führen somit zu einer erhöhten Verstopfungsgefahr für die Düse.

Es ist daher allgemein üblich, eine überdimensionierte Düse und eine Absperr- oder Stopfenstange derart vorzusehen, daß die Stange, wenn die Anhäufung des ausgeschiedenen Stoffes an der Düse zunimmt, in zunehmendem Maße angehoben werden muß, um den verringerten Durchflußquerschnitt der Düse teilweise auszugleichen. Dieses Verfahren besitzt jedoch nur eine sehr geringe Wirksamkeit, da die Ansammlung oder Anhäufung des ausgeschiedenen Materials ständig zunimmt, bis die Düse völlig verstopft ist. Die Düse muß dabei also häufig ausgewechselt werden. Außerdem erschwert die An-

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häufung des Materials an der Düse eine genaue Regulierung des Metalldurchflusses, so daß diese Verfahren bzw. Arbeitsvorgänge nicht ohne weiteres automatisiert werden können.

Ähnliche Probleme treten auch bei der Verwendung von Silizium, Mangan, Titan, Zirkon und ähnlichen Materialien auf, welche sich mit Sauerstoff verbinden, so daß Zusammensetzungen mit hohem Schmelzpunkt entstehen. Der Schmelzpunkt solcher Zusammensetzungen, welche manchmal nicht ganz genau als keramische oder feuerbeständige bzw. feuerfeste Verbindungen klassifiziert werden, ist wesentlich höher als die normale Lösungstemperatur von geschmolzenem Stahl. Außerdem kann die Temperatur der Gießdüse, insbesondere am Anfang des Eingusses wesentlich geringer sein als die Temperatur des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne. Dadurch wird die Gefahr noch erhöht, daß sich Verbindungen mit höherem Schmelzpunkt an den Düsenflächen noch schneller ausscheiden und ansammeln.

Die Erfindung bezweckt daher hauptsächlich die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung, mit welchen einer Metallschmelze gerade vor dem Abgießen Zusatzmittel zugegeben werden, wobei die mit den Zusätzen angereicherte Metallschmelze gegen atmosphärische Einflüsse und eine dadurch hervorgerufene erneute Verunreinigung geschützt ist, und

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wobei eine im wesentlichen vollständige Mischung und Anreicherung des geschmolzenen Metalls erzielt wird, bevor das Metall in der Gießform erstarrt.

Ferner bezweckt die. Erfindung insbesondere die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Zugabe von Desoxidationsmitteln zu Stahl, wobei das Desoxidationsmittel einer begrenzten bzw. geregelten Strömung des flüssigen Metalls zugegeben wird, welches sich von einer Gießpfanne oder einem ähnlichen Behälter zur Gießform bewegt.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, bei einem Verfahren und einer Einrichtung nach der Erfindung dafür zu sorgen, daß hochschmelzende Oxide, die durch bestimmte Zusätze erzeugt werden, sich nicht in Verengungen oder Einschnürungen absetzen und dadurch einen normalen, kontinuierlichen Arbeitsablauf beeinträchtigen oder erschweren.

Die Erfindung bezweckt auch, bei einem Verfahren und einer Einrichtung mit den beschriebenen Eigenschaften dafür zu sorgen, daß der Arbeitsablauf sorgfältig und genau regelbar und für eine Automation geeignet ist, wobei eine maximale Ausnutzung des Zusatzmittels gewährleistet sein soll.

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Um dies zu erreichen, wird ein erfindungsgemäßes Verfahren in der Weise ausgeführt, daß Zusätze einer Strömung geschmolzenen Metalls zugegeben werden, welche aus einer in einer Gießpfanne od. dgl. vorgesehenen Ausströmöffnung oder Düse austritt und unmittelbar in eine Form gefüllt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt im einzelnen insbesondere die Schritte, daß ein Zusatzmittel der Strömung der Metallschmelze im wesentlichen im Bereich oder innerhalb der Ausgußöffnung zugegeben wird, und zwar in einer Menge, die für eine Anreicherung des abzugießenden Metalls ausreicht. Vorzugsweise wird ein drahtförmiges Zusatzmittel dem mittleren Bereich der Strömung der Schmelze zugegeben und wird vor dem Eintritt in die Strömung etwa auf der äußeren Umgebungstemperatur gehalten. Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dafür gesorgt, daß eine Verweilzeit des Zusatzmittels in der Ausströmöffnung bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls sehr klein ist, so daß das der Schmelze zugegebene Zusatzmittel unmittelbar durch die Ausströmöffnung mitgenommen wird. Eine Ablagerung von Oxiden am vorderen Ende der vorzugsweise düsenförmigen Ausströmöffnung und in der Ausströmöffnung selbst wird dadurch sicher verhindert.

Diese Vorteile werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erzielt, daß das Zusatzmittel unmittelbar in der

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vorzugsweise düsenförmig ausgebildeten Ausströmöffnung

einer gerade durch diese ausfließenden Strömung geschmolzenen Metalls zugegeben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur
Zugabe von Zusatzmitteln zu Stahl, um diesen mit Zusatzmitteln, wie z. B. Aluminium, Titan oder Zirkon vollständig zu desoxidieren.

Eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Einrichtung weist einen Vorratsbehälter oder eine
Gießpfanne auf, welcher oder welche vorzugsweise im Boden mit einer vorzugsweise düsenförmigen Ausströmöffnung für das Abgießen geschmolzenen Metalls in eine Form versehen ist, wobei ein Ventilsitz am Einlaßende der Austrittsöffnung ausgebildet ist, welchem eine zur Steuerung der Strömung der Metallschmelze durch die Austrittsöffnung auf den Ventilsitz absetzbare oder von diesem abhebbare Stopfenstange zugeordnet
ist, welche gleichzeitig zur Zuführung eines Zusatzmittels
ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die
mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Stange mit einer vorzugsweise von einem inneren Hohlraum umgebenen, vorzugsweise zentrisch angeordneten Durchgangsöffnung ausgebildet, und es sind Mittel

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zur Zuführung eines vorzugsweise drahtförmigen, durch die zentrische öffnung hindurchtretenden Zusatzmittels vorgesehen. Ferner sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, welche für eine Umwälzung oder einen Umlauf von Kühlflüssigkeit in dem inneren Hohlraum sorgen.

Die Verschluß- oder Stopfenstange ist also derart angeordnet und ausgebildet, daß sie mit dem der Innenseite der Gießpfanne zugekehrten Eintrittsende der düsen- oder trichterförmigen Ausströmöffnung ein Ventil bildet, welches in vorteilhafter Weise eine Steuerung des Durchflusses der Metallschmelze durch die Ausströmöffnung gestattet.

Die Ausströmöffnung und der Ventilsitz sind derart ausgebildet und angeordnet, daß eine maximale Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls durch die Ventilanordnung und die Austrittsöffnung erzielbar ist, ohne daß eine Gegenströmung des flüssigen Metalls auftritt.

Das drahtförmig ausgebildete Zusatzmittel ist an eine hinter dem Ventil-gesteuerten Abschnitt der Strömung der Metallschmelze liegende Stelle der Ausgießöffnung bewegbar, so daß die Bildung von Oxiden am Ventilsitz, welche zu einer Beeinträchtigung der Ventilwirkung führen würde, mit Sicherheit vermieden ist.

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Dieser Vorteil beruht im wesentlichen auf dem erfindungsgemäßen Merkmal, daß die hohl ausgebildete Verschluß- oder Stopfenstange mit einer zentrisch angeordneten axialen Durchgangsöffnung versehen ist, in welcher das in Drahtform zugeführte Zusatzmittel durch den Vorratsbehälter bzw. die Gießpfanne hindurch in die Austrittsöffnung gelangt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht dabei darin, daß das Zusatzmittel im wesentlichen in der Mitte der Ausgießöffnung zugegeben wird, wo die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch ist, so daß gewährleistet ist, daß das Zusatzmittel in der verengten Strömung durch die Austrittsöffnung mitgenommen wird, wobei eine innige Vermischung stattfindet und gewährleistet ist, daß die Schmelze unmittelbar nach der Anreicherung mit dem Zusatzmittel geformt wird.

Im übrigen ist das Zusatzmittel gegen eine übermäßige Erwärmung oder Erhitzung erfindungsgemäß dadurch geschützt, daß es bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Verschluß- oder Stopfenstange gekühlt wird. Diese Kühlung ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Verschluß- oder Stopfenstange dadurch sichergestellt, daß Mittel vorgesehen sind, welche für einen Umlauf von Kaltluft in der Umgebung des durch die Stange geführten Zusatzmittels sorgen,

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wobei die Stange selbst vorzugsweise mit einer isolierenden Außenwand ausgebildet ist.

Die Mittel zur Zuführung des drahtförmigen Zusatzmittels weisen bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine unmittelbar auf den Draht wirkende Antriebsvorrichtung auf, so daß die Zugabemenge des Zusatzmittels genau dosiert werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich damit besonders zur Verarbeitung der heutzutage marktüblichen drahtförmigen Zusatzmittel. Außerdem ermöglicht bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Stopfenstange eine gesteuerte öffnung und Schließung eines Ventils, so daß das Abgießen des Metalls durch die Ausströmöffnung und die Zugabe eines Zusatzmittels sehr genau aufeinander abgestimmt werden können. Da diese Arbeitsvorgänge mechanisiert sind, ist die erfindungsgemäße Einrichtung in vorteilhafter Weise für eine Automatisierung geeignet, falls diese erwünscht ist.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen eine bevorzugte Ausführungsforja der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem nur teilweise dargestellten Querschnitt einer zugehörigen Gießpfanne,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1 durch einen Kreis 2 angezeigten Abschnittes und

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht des in Fig. 1 durch einen Kreis 3 angezeigten Abschnittes der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 11, mit welcher ein vorzugsweise drahtförmiges Zusatzmittel 12 einer Metallschmelze zugegeben werden kann, während diese von einem Vorratsbehälter oder einer Gießpfanne 13 in eine nicht dargestellte Gießmetall-Form fließt.

Die Gießpfanne weist feuerfeste Seiten- und Boden-Auskleidungen 14 und 16 auf, welche in einem Gehäuse 17 angeordnet sind. Eine Ausströmöffnung oder Düse 18 ist so in den Boden der Gießpfanne eingesetzt, daß sie verhältnismäßig leicht ausgewechselt werden kann. Die Düse 18 ist aus einem geeigneten keramischen oder feuerfesten Material 19 hergestellt und weist

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eine senkrecht verlaufende, zylindrische Bohrung 21 auf, deren oberes Ende an einen konischen Ventilsitz 22 anschließt. Um einen Ventilsitz im Boden und eine durch den Boden hindurchgehende Düsenöffnung vorzusehen, ist die Düse in eine entsprechende Bohrung im Boden der Gießpfanne 13 eingepaßt. Die Düse ist mit einer Platte 23 am Gehäuse befestigt.

Eine Verschluß- oder Stopfen-Stangenanordnung 24 ist am Gießpfannengehäuse 17 angebracht und besteht im wesentlichen aus einer Verschlußstange 26 mit einem abgerundeten unteren Ende 27 sowie aus Mitteln für eine axiale Bewegung der Verschlußstange 26, damit deren entsprechend ausgebildetes unteres Ende 27 passend mit dem Ventilsitz in Berührung gebracht und von diesem abgehoben werden kann. Die Verschlußstange 26 ist mit einer zylindrischen Außenwand 29 aus keramischem Werkstoff ausgebildet, welche mit dem ebenfalls aus keramischem Material hergestellten Endabschnitt 27 passend zusammengesetzt ist. Diese Teile der Verschlußstange 26 begrenzen einen hohlen Innenraum 31, in welchen ein rohrförmiger Teil 32 eingesetzt ist. Der rohrförmige Teil 32 weist eine zentrale Mittelbohrung auf» durch welche das drahtförmig© Zusatzjnittel M bewegt werden kann,

Der rohrförmige Teil 32» siehe insbesondere Fig. 2 und 3,

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ist vorzugsweise aus Metall hergestellt und weist an seinem oberen Ende ein Gewinde 33 auf, mit welchem der Rohrteil in ein Anschlußstück 34 eingeschraubt und in seiner Stellung durch Muttern 36 und 37 festgelegt ist. Der hohle Innenraum 31 zwischen dem Rohrteil 32 und der keramischen Wand 29 ist außerdem durch eine rohrförmige Zwischenwand 41, deren oberes Ende an einer Platte 42 durch Schweißen oder auf andere Weise befestigt ist, in eine innere Ringkammer 38 und eine äußere Ringkammer 39 unterteilt. Ein Anschlußrohr 43 steht mit der inneren Kammer 38 zur Zufuhr von Preßluft oder einer entsprechenden Kühlflüssigkeit in Verbindung, während ein Auslaß 44 für den Austritt des Kühlmittels aus der äußeren Ringkammer 39 vorgesehen ist. Die Verschlußstangen-Anordnung wird wie folgt zusammengebaut. Zuerst wird die keramische Wand 29 mit einer passend eingesetzten Gewindebuchse bzw. einem Einschraubstutzen 46 aus keramischem Material versehen, siehe Fig¹. 3, und der rohrförmige Teil 32 wird dann in den hohlen Innenraum 31 eingesetzt. Der Rohrteil 32 weist am unteren Ende einen Flansch 47 auf, der am Einschraubstutzen 46 anliegt. Die Platte 42 wird dann mit der daran sitzenden zylindrischen Zwischenwand 41 über den rohrförmigen Teil geschoben, und eine Mutter 48 wird auf den Gewindeabschnitt 33 des Rohrteiles 32 aufgeschraubt, so daß die Platte 42 und der Flansch 47 des rohrförmigen Teiles die Anordnung durch Klemmwirkung

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zusammenhalten. Das untere Ende 27 der Verschluß- oder Stopfenstange wird dann auf den Gewindestutzen 46 aufgeschraubt, und die Mutter 37 wird in die gewünschte Stellung geschraubt, bevor dann der rohrförmige Teil durch das Ansatzstück 34 geschraubt wird. Dann wird die Mutter 36 aufgeschraubt und die Muttern 36 und 37 gegen das in der gewünschten Stellung angeordnete Anschlußstück 34 angezogen. Die Drahtbeschickungsmittel 12 werden dann durch den Innenraum 49 des Rohrteiles 32 und den Innenraum 51 des Endteiles 27 nach unten durchgezogen. Für den Vorschub der drahtförmigen Beschickungsmittel 12 ist eine Vorschubeinrichtung 52 vorgesehen, welche das Zusatzmittel durch die zentralen Innendurchlässe 49 und 51 nach unten in eine zentrale Lage innerhalb der Bohrung 21 der Düse 18 bringen. Die Nachschubeinrichtung 52 weist mehrere Antriebswalzen 53 auf, welche drehbar an einem an den Anschlußstück 34 befestigten Träger 54 angeordnet sind. Die Antriebswalzen werden durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben, der an der Rückseite des Trägers angebracht ist und vorzugsweise mit einer Antriebsoder Steuereinheit versehen ist, durch welche die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebswalzen 53 genau eingestellt werden kann. Die Mittel 28 für die axial gerichtete Bewegung der Verschluß- oder Stopfenstange 26 nach oben und unten umfassen ein am Gießpfannengehäuse 17 mit Hilfe eines Stützträgers 57

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angebrachtes Trommel- oder Zylindergehäuse 56 und einen in dem Trommelgehäuse verschiebbar angeordneten Schieber 58. Der Schieber 58 ist mit Hilfe einer drehbar am Gießpfannengehäuse gelagerten Einstellkurbel 59 in senkrechter Richtung verstellbar. Die Einstellkurbel weist mehrere Antriebszähne 61 auf, die mit Zähnen in einem nicht dargestellten Zahnstangenabschnitt des Schiebers in Eingriff sind, um diesen anzuheben oder abzusenken. Der Schieber ist mit Hilfe eines an seinem unteren Ende schwenkfähig angebrachten Bedienungshebels 62 durch Drehung einstellbar. Der Schieber kann in einer bestimmten Axialstellung und Drehstellung mit Hilfe einer am Trommelgehäuse sitzenden und durch einen Hebelarm 64 betätigten Klemmvorrichtung 63 verriegelt werden. Das obere Ende des Schiebers 58 ist mit dem Anschlußstück 34 verbunden, welches wiederum mit der Verschluß- oder Stopfenstange 26 verbunden ist, wie oben beschrieben wurde.

Im Betrieb ist die Gießpfanne gefüllt und die Düse in eine Stellung für das Abgießen der Metallschmelze in eine Form gebracht. Ferner ist das drahtförmige Zusatzmittel 12 in eine solche Stellung gebracht, daß es gerade aus dem unteren Ende der Verschlußstange vorsteht. Die Verschlußstange wird dann durch Betätigung der Kurbel 59 angehoben,und das drahtförmige

SOi «SI OH 63

Zusatzraittel wird gleichzeitig durch Betätigung der Nachschubeinrichtung 52 durch die Verschlußstange nach unten geschoben. Durch genaue Anpassung der Durchflußrate, die durch eine Eichung bzw. Kalibrierung bestimmt werden kann, mit der Nachschubrate des drahtförmigen Zusatzmittels 12 kann für eine genau bemessene Zugabe des Zusatzmittels in die Abgießöffnung gesorgt werden, wo die durchlaufende Strömung des flüssigen Metalls das Zusatzmittel sofort schmilzt und vollständig mischt.

Die Erfindung gewährleistet somit die Ausführung eines Verfahrens, in welchem Zusatzmittel einer von einer Austrittsöffnung in einer Gießpfanne od. dgl. erzeugten und unmittelbar in eine Form abgegossenen Strömung geschmolzenen Metalles zugegeben werden, wobei die Zugabe des Zusatzmittels erfindungsgemäß im wesentlichen innerhalb der Austrittsöffnung in.einer für die Behandlung des zu gießenden Metalls ausreichenden Menge zugegeben wird. Zusätzlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sichergestellt, daß das drahtförmige Zusatzmittel dem mittleren Bereich der Strömung zugegeben wird. Ferner ist für eine Kühlung gesorgt, welche das zugeführte Zusatzmittel vor dem Eintritt in die Strömung der Schmelze auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur hält. Diese Temperatursteuerung wird dadurch ermöglicht, daß durch ein Einlaßrohr 43 Preßluft oder eine Kühlflüssigkeit oder

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ein vergleichbares Kühlmittel zugeführt wird, welches für eine verhältnismäßig kühle Atmosphäre in der Umgebung des Rohrteiles 32 sorgt, der aus Metall besteht und dazu neigt, seine Wärme leicht an die umgebende Atmosphäre abzugeben. Das teilweise erwärmte Kühlmittel bewegt sich dann um die Trennwand herum und sorgt dabei durch Abkühlung der inneren Mantelfläche der keramischen Wand 29 kontinuierlich für eine weitere Kühlung. Die keramische Wand 29 dient als Isolator zwischen dem Innenraum der Verschluß- oder Stopfenstange und dem an deren Außenseite vorhandenen flüssigen Metall, und dieser erfindungsgemäße Aufbau sorgt für einen ausgezeichneten Schutz des Zusatzmittels. Ferner ist zu betonen, daß die Verweilzeit des in die Düse gegebenen Zusatzmittels wegen der vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeit der durch die Düse hindurchtretenden Schmelze sehr klein ist, und daß daher eine Ablagerung von Oxiden am Ventilsitz und im wesentlichen auch in der Austrittsöffnung weitestgehend vermieden wird.

Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Strömung des geschmolzenen Metalls beim Austreten aus der Austrittsöffnung zusätzlich zu der vertikalen Strömungsgeschwindigkeit auch Eigenschaften einer Wirbelströmung aufweist, welche durch gute Vermischung des Zusatzmittels mit der Schmelze zu einer be-

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sonders wirksamen Anreicherung in allen Teilen der Metallschmelze beitragen. Eine weitere Vermischung tritt auch noch im Eingußtrichter, im Anschnittsystem und im Hohlraum und in der Saughöhle der Form auf.

Die vorliegende Erfindung gestattet also eine bisher nicht mögliche Anpassungsfähigkeit bei der Steuerung der Menge und der Nachschubrate von Zusätzen zu einer Metallschmelze. Die Zuführgeschwindigkeit des drahtförmigen Zusatzmittels kann für eine gegebene Düsenöffnung oder Gießgeschwindigkeit automatisch festgelegt werden oder von Hand durch die Bedienungsperson der Gießpfanne gesteuert werden. Die Drahtzusammensetzung kann derart ausgewählt werden, daß nur eine Behandlung, wie z. B. eine Desoxidation, oder mehrere Behandlungen, wie z. B. eine Kornverfeinerung oder eine Legierungszugabe entweder zusätzlich zur Desoxidation oder anstatt dieser erfolgt.

Das drahtförmige Zusatzmittel 12, siehe Fig. 3, hat beispielsweise einen Aluminiumkern 66, der zur Verbesserung der Festigkeit bei hohen Temperaturen und zum Schutz gegen ein zu frühes Schmelzen des Aluminiumkerns von einer StahlscMcht 67 umgeben ist, Bei einem derartigen Aufbau können auch andere Zuzusätzlich oder anstelle von Aluminium in der Kern-

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zone vorgesehen sein. Der mit einer Kühlung versehene Aufbau der erfindungsgemäßen Verschluß- oder Stopfenstange ermöglicht es auch, einer Metallschmelze, falls erwünscht, leicht flüchtige Zusätze zuzugeben, da für einen Schutz solcher Zusätze gesorgt ist, bis sie ihren Einsatzpunkt erreichen.

Falls die Menge des benötigten Desoxidationsmittels größer ist, als sie normalerweise über Draht-Nachschubvorrichtungen zugegeben werden kann, wird vorzugsweise so vorgegangen, daß der Stahl in irgendeiner Behandlungsstufe vor der Ausgießöffnung teilweise beruhigt wird, während die vollständige Beruhigung des Stahles erfindungsgemäß in der Ausgießöffnung vorgenommen wird.

Bei einem typischen Arbeitsablauf wird das als Ausgangsmaterial verwendete Grundmetall in einem Lichtbogen- oder Induktions-Schmelzofen geschmolzen und aufbereitet. Das Metall wird auf die Abstichtemperatur gebracht und in die Gießpfanne abgestochen, während die endgültigen Legierungseinstellungen in die Abstichströmung gegeben werden. Zu diesem Zeitpunkt kann in vorteilhafter Weise eine wirkungsvolle Vakuumentgasung vorgenommen werden.

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Angenommen, es wird eine Zehntonnen-Gießpfanne mit 52" (etwa 1,32 m) Metall-Durchmesser und-2" (5,08 cm) Düsendurchmesser verwendet, sollte die anfängliche Volumenströmung ungefähr 157 Ib (etwa 68,5 kg) pro Sekunde betragen und sollte sich auf etwa 86 Ib (etwa 37,5 kg) pro Sekunde im 12" (etwa 30,5 cm) -Bodenbereich der Gießform auf etwa 86 Ib (etwa 37,5 kg) pro Sekunde verringern. Die Draht-Nachschubgeschwindigkeit ist mit der Volumenströmung der Metallschmelze dadurch abgestimmt, daß das Gewicht und weitere Faktoren in einen Rechner eingegeben werden, der die Nachschubgeschwindigkeit ständig nachstellt. Wahlweise ist es bei einer anderen Ausführung möglich, die Nachschubvorrichtungen für den Draht so weit zu programmieren, daß bei einer bekannten Barrengröße die Nachschubvorrichtung nach jedem Barren eingestellt werden kann.

Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff "Zusatzmittel" ist breit auszulegen und schließt irgendwelche Legierungs-, Behandlungs- oder Anreicherungsmittel ein, die eine Auswirkung auf die Zusammensetzung oder die Form des fertigen Gußstückes haben. Zur weiteren Verdeutlichung werden im Folgenden einige Anwendungsfälle aufgezählt, bei welchen die Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann:

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1. Verschiedene Legierungszusätze, wie z. B. Chrom, Molybdän, Vanadium und Titan, können ausgewählten Gußkörpern so zugegeben werden, daß die Wärme auf unterschiedliche Weise verteilt werden kann.

2. Eine gesteuerte Beruhigungswirkung kann in den Barrenformen dadurch erzielt werden, daß der Sauerstoffgehalt in jedem gegossenen Barren gemessen und mehr oder weniger Aluminiumdraht zugeführt wird, um den Sauerstoffgehalt zu bemessen.

3. Zugabe eines Legierungszusatzes, von dem man weiß, daß er während der Standzeit in der Gießpfanne verschwindet. Beispielsweise kann Borstahl dadurch hergestellt werden, daß der Stahl während des Abstiches und/oder der Vakuumentgasung desoxidiert wird, und anschließend stickstoffixierende Mittel (Titan und Zirkon) und das Bor über die Draht-Nachschubvorrichtung in der Ausgießöffnung zugegeben werden.

4. Verwendung bei einem kontinuierlichen Gießvorgang, bei welchem mit Aluminium desoxidierter Stahl eine Verstopfung der Ausgießöffnung verursachen kann, während Aluminium und/ oder Kornverfeinerungszusätze der kontinuierlichen Blockform zugegeben, wobei dafür gesorgt wird, daß nur halbberuhigter Stahl mit der Trichterdüse in Berührung kommen kann, wodurch

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das Problem des Abzuges des Aluminiumoxides bei der Zugabe von Aluminiumdraht umgangen wird.

5. Bei der Verarbeitung von Gußeisen können Legierungs- und andere Zusätze in der Form zugegeben werden, so daß ein Eisen als Ausgangswerkstoff verwendet werden kann, um Formlinge für unterschiedliche Anforderungen herzustellen.

6. Kugeliges Eisen kann dadurch hergestellt werden, daß beim Abgießen jeder Form in der Abgießöffnung Magnesiumdraht zugegeben wird, wobei sich dieses Verfahren besonders für eine Automatisierung eignet (Sphäroguß).

7. Mehrfachdraht kann in einer Gießpfanne eingesetzt werden,

um praktisch jede gewünschte Verbindung oder Zusammensetzung herzustellen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Einrichtung geschaffen wurden, mit welchen einer Metallschmelze Zusatzmittel zugegeben werden können, wobei eine genaue Steuerung und ein schneller und einfacher Einsatz des Zusatzmittels gewährleistet ist. Die Beschreibung zeigt auch, daß die Erfindung besonders geeignet ist, um

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Desoxidationsmittel zur Herstellung vollkommen beruhigter Stähle zuzugeben.

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Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Zugabe eines Zusatzmittels in eine in einer Abgießöffnung erzeugte Strömung flüssigen Metalles, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel der erschmolzenen Strömung im wesentlichen in der Abgießöffnung zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel in den zentralen Bereich der Metallströmung in der Abgießöffnung gegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel in Drahtform zugeführt wird und bei der Zuführung durch Kühlung gegen eine übermäßige Erwärmung geschützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze mit einer verhältnismäßig hohen Strömungsgeschwindigkeit duTch die Abgießöffnung und am zugeführten Zusatzmittel vorbei abgegossen wird, so daß das Zusatzmittel fast verzögerungslos in der Metallströmung aufgelöst und durch die Ausgießöffnung mitgerissen wird.

5» Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Zusatzmittel ausgewählte Desoxidationsmittel aus der aus Aluminium, Titan und Zirkon bestehenden Klasse enthalten.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Zusatzmittel durch eine vorzugsweise gekühlte Führung in die Ausgießöffnung geschoben wird.

7. Einrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Vorratsbehälter, einer Gießpfanne od. dgl. mit einer Austrittsöffnung für das Abgießen einer Metallschmelze in eine Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaßende der Ausgießöffnung (18) ein Ventilsitz (22) ausgebildet ist, daß eine Verschlußstange (26, 2 7) bewegbar angeordnet und so ausgebildet und bemessen ist, daß sie zur Steuerung der Metallströmung durch die Abgießöffnung (21) auf den Ventilsitz aufsetzbar und von diesem abhebbar ist, und daß Mittel (32, 49, 51) zum Nachschub eines Zusatzmittels (12) durch die Verschlußstange (26, 27) in die Ausgießöffnung (21) vorgesehen sind.

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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (18) im Boden (16) des Vorratsbehälters (13) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußstange (26, 27) für die Zuführung eines drahtförmigen Zusatzmittels (12) einen zentralen Durchgang (49, 51) aufweist, welcher von einem hohlen Innenraum (31) umgeben ist, und daß Mittel (41, 42, 43, 44) zur Erzeugung eines Kühlmittelumlaufes durch den hohlen Innenraum vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (29) der Verschlußstange (26) aus einem keramischen Werkstoff besteht ,und daß in dem hohlen Inneraum (31) eine Zwischenwand (41) zur Umlenkung des Kühlmittels derart vorgesehen ist, daß das· Kühlmittel zunächst durch einen der Außenwand des zentralen Durchganges benachbarten Ringraum (38) und dann durch einen an die keramische Mantelfläche angrenzenden Ringraum (39) strömt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare Antriebsmittel (53) für einen mit einstellbarer Geschwindigkeit durch die Verschluß-

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stange (26, 27) in die Metallströmung erfolgenden Nachschub des drahtförmigen Zusatzmittels (12) vorgesehen sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel (24) vorgesehen sind, durch welche die Verschlußstange (26, 27) in eine geöffnete und eine geschlossene Stellung bezüglich des Ventilsitzes (22) verstellbar ist.

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