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Gießverfahren
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dosierten Abgießen einer
mit Magnesium behandelten Gußeisenschmelze für die Herstellung von Sphäroguß aus
einer druckmittelbeaufschlagten Vergießeinrichtung mittels eines inerten Gases.
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Die bekannten Vergießeinrichtungen mit Druckentleerung werden in der
Regel mit Druckluft beaufschlagt. Beim Abgießen von magnesiumbehandelten Gußeisen
werden sie Jedoch mit einem inerten Gas als Druckmittel betrieben, um den durch
Luftsauerstoff bewirkten Magnesiumabbrand zu verhindern. Dabei wird das Inertgas
während der Aufenthaltszeit im Ofengefäß mit Magnesium dampf angereichert. Jedesmal
nach Beendigung eines Gießvorganges wird durch das abströmende inerte Gas auch der
von diesem aufgenommene Magnesiumdampf mit aus dem Ofengefäß ausgetragen. Im Leitungssystem
kühlt sich das mit Magnesium angereicherte inerte Gas sehr schnell ab, so daß das
Magnesium unmittelbar hinter dem Ofenaustritt auf einer Strecke von etwa 1 bis 2
m zum größten Teil an der Wandung der Leitung kondensiert und erstarrt. Ein nicht
unerheblicher Teil des Magnesiums fällt in Form von sehr feinen Feststoffteilchen
im strömenden, sich dabei weiter abktlhlenden inerten Gas aus. Diese Feststoffteilchen,
die in dem Leitungs- und Ventilsystem weiter getragen werden, schlagen sich an Eng-
und Umlenkstellen der Ventile nieder. Die Folge dieser Ablagerungen ist, daß nach
kurzer
Betriebszeit die Ventile ausfallen und sich das Llsitungssystem
zusetzt. Betriebserfahrungen ergeben, daß 3eweils nach etwa 8 Stunden Betrieb das
gesamte Leitungs- und Ventilsystem gereinigt werden muß. Diese Reinigung ist nicht
ungefährlich, weil das als Feinstaub niedergeschlagene Nagnesium eine sehr große
innere Oberfläche hat. In Anwesenheit von Sauerstoff setzt daher bereits bei geringer
Einwirkung von Reibungskräften ein Zündvolgaagein, so daß das Magnesium in einem
explosionsartig verlaufenden Verbrennungsvorgang oxidiert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der Schmelze verdampfende
Magnesium durch einen ganz bestimmten Sauerstoffgehalt im inerten Gas, wie er sich
aus der Magnesium-Konzentration in der Gasphase ergibt, in der Schlacke zu binden.
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Dabei muß die Konzentradion des Sauerstoffs im inerten Gas einer seits
so groß sein, daß das verdampfende Magnesium vollständig oxidiert und als Magnesiumoxid
in der Schlacke gebunden wird, andererseits Jedoch so klein sein, daß das in der
Schmelze gelöste Magnesium nur unwesentlich oxidiert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gelöst, bei
welchem dem inerten Gas eine bestimmte Menge Sauerstoff, vorzugsweise 0,5 bis 5
Gew.-, beigemischt wird.
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Es ist weiterhin die Formierung des Ofengefäßes zu berUcksichtigen,
weil zu Beginn einer Ofenreise der im OfengefEß vorhandene Luftsauerstoff nur langsam
abgebaut wird. Offensichtlich wird im Feufestmaterial, einmal in den Poren und zum
anderen chemisch gebunden, auch nach tagelangem Inertgasbetrieb noch so viel Sauerstoff
zur Verfügung gehalten, daß das verdampfende Magnesium oxidiert wird. In dieser
Zeit kann
das als Druckmittel dienende inerte Gas mit sehr geringen
Sauerstoffkonzentrationen gefahren werden, die dann nach längerem Betrieb langsam
zu steigern sind.
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Für diesen Zweck wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß die
Zugabe von Sauerstoff in das inerte Gas entsprechend dem Betriebszustand des Ofens
eingestellt wird.
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Die günstigste Art für die Einstellung des richtigen Sauerstoffgehaltes
im inerten Gas ist die Zugabe des Sauerstoffs in einen Gasbehälter, der als Misch-
und Vorratsgefäß für die Druckgasversorgung arbeitet. Das inerte Gas führt dann
beim Gießbetrieb immer gerade die Sauerstoffmenge mit sich, die entsprechend dem
Gasdurchsatz im Ofengefäß für die Oxidation des verdampf enden Magnesiums benötigt
wird.
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Um dies zu erreichen, wird nach der Erfindung als weitere verfahrensmäßige
Maßnahme vorgeschlagen, daß das Inertgas und der Sauerstoff in einem Kessel vorgemischt
werden und das Verhältnis der beiden Gase zueinander als Funktion des zeitlichen
Magnesiumabbrandes aus der Schmelze mittels motorisch verstellbarem Drosselventil
eingestellt wird.
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Während längerer Haltezeiten wird nur so viel Druckgas dem Ofen zugeführt,
wie zur Deckung der Leckrate notwendig ist.
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In dieser Zeit sollte die Sauerstoffzufuhr zum Inertgas abgeschaltet
werden, da sich dann in der Gasatmosphäre des Ofengefäßes der Gleichgewichts.Magnesiumdruck
einstellen kann, so daß die Magnesiumverdampfung weitgehend zum Stillstand kommt.
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Hierfür wird erfindungsgemäß noch ein Verfahrensschritt in der Art
empfohlen, daß in Betriebspausen durch das Wegeventil eine Umschaltung auf Inertgas
erfolgt und die Leckverluste des Vergießofens gedeckt werden.
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Um das Ofengefäß zum Nachfüllen von Schmelze oder fUr andere Zwecke
drucklos machen zu können, wird als weitere Maßnahme zur dosierten E s peisung von
Sauerstoff schließlich noch vorgeschlagen, daß das Entlüftungs-Wegeventil durch
eine digitale Steuerung entsprechend dem eingegebenen Sollwert periodisch solange
geöffnet wird, daß der Vergießofen keinen Überdruck mehr hat und somit Luft in das
Ofengefäß eindringen kann.
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Das vorgeschlagene Verfahren bzw. dessen einzelne Schritte lassen
sich mit der schematisch dargestellten, beispielhaften Einrichtung verwirklichen.
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In der Zeichnung zeigt die Figur 1 die Druckgaseinspeisung.
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Der Figur 2 ist die Druckgasentlüftung zu entnehmen.
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Es folgt nun die Beschreibung der beiden Figuren.
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In einem Druckbehälter 5 wird inertes Gas,vorzugsweise Stickstoff,
mit Sauerstoff bzw. getrockneter Luft gemischt, Hierzu sind Volumenstrommesser 26
eingebaut. Die Wegeventile 3 und 4 öffnen in Abhängigkeit vom eingestellten Druck
am Druckschalte 6 und lassen entsprechend der Einstellung an den Drosselventilen
24 und 25 aus den Druckquellen 1 fUr Luft oder Sauerstoff und 2 fUr Stickstoff das
Gas einströmen. Das Drosselventil 24 wird von einem Schrittmotor betätigt, der von
einer digitalen Steuerung in Abhängigkeit vom eingestellten Sollwert eEngesteuerg
wird. Der Sollwert ergibt sich aus dem zeitlichen
Magnesiumabbrand.
Die Analysen werden stündlich durchgeführt, da die Änderung des Magnesiumabbrandes
in einem derartigen Vergießofen ein Langzeitvorgang ist.
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Während längerer Betriebspausen wird durch Umschaltung des Wegeventils
27 direkt Inertgas in den Ofen eingespeist, um die Leckverluste zu decken, jedoch
keinen weiteren Sauerstoff an die Schmelze zu bringen.
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Der Druckregler 8 und die Ventile 13 und 14 dienen zur Regelung des
Gasdruckes für die Förderung der Schmelze beim Gießvorgang.
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Die Druckschalter 15 und 16 schalten das Druckgassystem ab, wenn der
minimale Füllstand der Schmelze im Ofen erreicht ist.
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Mit den Ventilen 19 und 20 erfolgt die Entlüftung des Ofenkessels.
Dabei wird während des laufenden Gießbetriebs nach Abschluß eines einzelnen Gießvorganges
der Druck im Ofenkessel nur so weit gesenkt, daß die Schmelze im Ausgußsyphon in
Gießbereitschaft gehalten wird. Nur in Einzelfällen wird der Ofenkessel total entlüftet,
so daß über das geöffnete Ventil 19 Luftsauerstoff in den Kessel gelangen kann.
Diese Vorgehensweis bietet eine weitere Möglichkeit, Sauerstoff dosiert in den Ofen
zu bringen, indem der Ofen periodisch Uber Ventil 19 total entleert wird. Das Verhältnis
der normalen Entlüftungsvorgänge auf Gießbereitschaftsdruck zu den Vorgängen mit
totaler Entlüftung wird entsprechend dem eingestellten Sollwert von einer digitalen
Steuerung vorgegeben, d.h. je nach Betriebszustand des Ofens und dem damit zusammenhängenden
Magnesiumabbrand wird die Sauerstoffzugabe durch Öffnen des Ventils 19;gesteuert,
wobei
z.B. nach Jedem zehnten Abguß eine solche Entlüftung erfolgt, daß Luft in den Ofen
strömen kann. Außerdem ist ean Sicherheits-Druckbegrenzungsventil 22 eingebaut.
Zum Schutz der Wegeventile sind Filter 18 und 23 mit hohem Abscheidegrad eingebaut.
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Das beschriebene Verfahren läßt sich auch zum Vergießen von magnesiumbehandeltem
Gußeisen aus einer Vergießeinrichtung mit Stopfenentleerung anwenden, bei der das
inerte Gas als Schutzatmosphäre dient, die zur Verhinderung des Magnesiumabbrandes
unter leichtem Überdruck während des Vergießen und in kürzeren Stillstandszeiten
im Ofenkessel aufrecht erhalten wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß mit dem inerten Gas keine Magnesiumdämpfe mehr aus dem Ofengefäß herausgefördert
werden und dadurch kein Zuwachsen der Rohrleitungen oder Störungen an den Ventilen
mehr auftritt.