DE3214922C2

DE3214922C2 - Niederdruck-Gießvorrichtung zum Gießen von flüssigen Metallen

Info

Publication number: DE3214922C2
Application number: DE19823214922
Authority: DE
Inventors: Erich Ing.(Grad.) Allgeier; Johann 4300 Essen Dubec; Marian 4250 Bottrop Zupanc
Original assignee: Norsk Hydro Magnesium GmbH
Current assignee: Norsk Hydro Magnesium GmbH
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1984-04-26
Also published as: DE3214922A1

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere von Magnesium, mit einer Niederdruck-Gießvorrichtung (1). Dabei weist die Niederdruck-Gießvorrichtung (1) eine Gießform (2), einen beheizbaren Tiegel (3) zur Aufnahme einer zu gießenden Metallschmelze (4), einen in dem Tiegel (3) angeordneten Dosierbehälter (7), eine von dem Dosierbehälter (7) ausgehende, vorzugsweise vertikal nach oben verlaufende Steigleitung (11) mit einem Mundstück zum Anschluß an einen Anguß (12) der Gießform (2); einen die Steigleitung (11) umgebenden Heizmantel (13) und eine an dem Dosierbehälter (7) angeschlossene Druckleitung (14) auf. Zum Fördern des flüssigen Metalles in die Gießform (2) wird ein Druckgas über die Druckleitung (14) in den Dosierbehälter (7) eingeleitet. Erfindungsgemäß wird eine relativ starke Verdichtung des Metalles und werden weitgehend porenfreie Gußstücke hoher mechanischer Festigkeit dadurch erreicht, daß das flüssige Metall mit einem Förderdruck von 0,5 bis 6,0 bar, vorzugsweise von 0,6 bis 2,0 bar, insbesondere von 0,6 bis 1,2 bar, gefördert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Gießvorrichtung zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere von Magnesium, mit einer Gießform, einem beheizbaren Tiegel zur Aufnahme einer zu gießenden Metallschmelze, einer insbesondere vertikal nach oben verlaufenden Steigleitung mit einem Mundstück zum Anschluß an ^b5 einem Anguß der Gießform, einem die Steigleitung umgebenden Heizmantel und einer Druckleitung, wobei der Heizmantel ein Mantelrohr und eine innerhalb des Mantelrohrs angeordnete, die Steigleitung schraubenlinienförmig umgebende Widerstandsheizleitung aufweist und wobei zum Fördern dts flüssigen Metalles in die Gießform ein Druckgas über die Druckleitung eingeleitet wird.

Bei den Gießverfahren für flüssige Metalle, insbesondere für Aluminium, Magnesium usw., unterscheidet man zwischen Schwerkraftguß, Niederdruckguß und Druckguß. Während beim Schwerkraftguß die Metallschmelze unter dem Einfluß der Schwerkraft in die Gießform fließt und unter normalem Luftdruck erstarrt, wird beim Niederdruckguß die Metallschmelze durch einen verhältnismäßig geringen Förderdruck in die Gießform gehoben, wo sie unter dem Förderdruck erstarrt; der Niederdruckguß erfolgt also in der Regel steigend. Beim Druckguß schließlich gelangt die Metallschmelze rnter relativ hohem Förderdruck in die Gießform, wobei dieser hohe Förderdruck bis zur vollständigen Erstarrung aufrechterhalten wird.

Die bekannte Niederdruck-Gießvorrichtung, von der die Erfindung ausgeht (vgl. die DE-OS 30 23 262), weist einen in dem Tiegel mit der Metallschmelze angeordneten Dcsierbehälter auf, in den das Druckgas zum Fördern des flüssigen Metalles eingeleitet wird, so daß das Druckgas nur auf die relativ kleine Oberfläche der Metallschmelze in dem Dosierbehälter wirkt. Von dem Dosierbehälter geht vertikal nach oben eine Steigleitung ab, die mit einem hier nicht näher erläuterten Heizmantel umgeben ist. Dieser Heizmantel weist bei der hier erläuterten Niederdruck-Gießvorrichtung ein Mantelrohr und eine innerhalb des Mantelrohres angeordnete, die Steigleitung von unten bis oben gleichmäßig schraubenlinienförmig umgebende Widerstandsheizleitung auf. Die gesonderte Beheizung der Steigleitung mittels des Heizmantels gewährleistet, daß die in der Steigleitung aufsteigende Metallschmelze nicht vorzeitig erstarrt, obwohl der Förderdruck eben nur verhältnismäßig gering ist.

Die zuvor erläuterte Niederdruck-Gießvorrichtung arbeitet durchaus zufriedenstellend. Allerdings ist der Energieverbrauch für den Betrieb des Heizmantels unerwünscht hoch und ist außerdem die Heizleistung des Heizmantels nicht genau genug regelbar.

Im übrigen ist ein Übergangsstück für eine Niederdruckgießform zur Verbindung des Einlasses einer solchen Niederdruck-Gießform mit einer von einer elektromagnetischen Pumpe ausgehenden Zufuhrleitung bekannt (vgl. die DE-AS 27 52 132). Ein solches Übergangsstück säße, wenn man es bei einer Niederdruck-Gießvorrichtung der zuvor erläuterten Art einsetzen würde, außerhalb und oberhalb des Tiegels. Ohne Zweifel zeigt dieses Übergangsstück einen Heizmantel mit einem Mantelrohr und einer Widerstandsheizleitung, wobei aber der Heizmantel nicht die Steigleitung insgesamt umgibt, sondern nur einen oberhalb der Metallschmelze bzw. des Tiegels angeordneten Bereich einer Steigleitung.

Schließlich ist noch bekannt (»GIESSEREI« [49] 1962, 332,336, Bild 11) eine Niederdruck-Gießvorrichtung mit einer Steigleitung, die mit einem Heizmantel umgeben ist, der ein Mantelrohr und eine die Steigleitung schraubenlinienförmig umgebende Widerstandsheizleitung aufweist. Allerdings umgibt auch dieser Heizmantel die Steigleitung ausschließlich oberhalb der Metallschmelze, also zwischen Tiegel und Mundstück.

Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte, eingangs erläuterte Niederdruck-Gieß-

vorrichtung so auszugestalten und weiterzubilden, daß bei möglichst geringern Energieverbrauch eine möglichst genaue Regelung der Heizleistung des Heizmantels möglich ist

Die erfindungsgemäße Niederdruck-Gießvorrichtung, bei der die zuvor aufgezeigte Auigabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Heizmantels oberhalb der Metallschmelze im Tiegel größer ist als in der Metallschmelze. Erfiniiungsgcmäß ist erkannt worden, daß bei dem Stand der Technik, von dem die Lenre dieser Patentanmeldung ausgeht, unnötig Energie dadurch verbraucht wird, daß die Steigleitung auch in dem Bereich, in dem sie in der Metallschmelze verläuft, so stark beheizt wird, wie in dem Bereich oberhalb der Metallschmelze. Erfindungsgemäß ist daran anschließend weiter erkannt worden, daß zwar auf einen Heizmantel für die Steigleitung in dem Bereich innerhalb der Metallschmelze nicht verzichtet werden kann, daß jedoch die Steigleitung in der Metallschmelze sowieso ungefähr auf der Temperatur des flüssigen Metalles der Metallschmelze liegt, so daß über die zusätzliche Heizleistung des Heizmantels lediglich eine geringe Temperaturdifferenz ausgeglichen werden muß. Demgegenüber muß oberhalb der Metallschmelze und insbesondere oberhalb und außerhalb des Tiegels eine sehr hohe Heizleistung des Heizmantels vorliegen, da die Steigleitung dort praktisch frei verläuft.

Den zuvor genannten und erfindungsgemäß erkannten Gegebenheiten trägt die Erfindung nun dadurch Rechnung, daß sie den Heizmantel heiztechnisch aufteilt, und zwar in zwei Bereiche, nämlich einen Bereich hoher Heizleistung oberhalb der Metallschmelze und einen Bereich geringer Heizleistung in der Metallschmelze. Auf diese Weise wird einerseits der Energieverbrauch deutlich gesenkt, ist andererseits eine genaue Regelung der Heizleistung möglich, da die beiden Bereiche ganz unabhängig voneinander nach den jeweiligen Gegebenheiten behandelt werden können.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die zuvor grundsätzlich erläuterte Lehre der Erfindung in vorrichtungsmäßiger Hinsicht zu realisieren, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.

Zunächst besteht eine erste Möglichkeit darin, dann wenn eine Widerstandsheizleitung vorgesehen ist, die Widerstandsheizleitung mindestens einmal, vorzugsweise etwa in Höhe der Oberfläche der Metallschmelze aufzutrennen und den Strom durch mindestens einen Teil der Widerrtandsheizleitung separat einstellbar zu halten. Je nach dem steuerungstechnischen oder regelungstechnischen Aufwand, den man treiben will '" bzw. muß, kann mit dieser Konstruktion eine nahezu optimale Anpassung an alle Gegebenheiten im Bereich der Steigleitung erfolgen. Insbesondere läßt sich auf diese Weise die Temperatur des flüssigen Metalles im Mundstück und/oder im Anguß der Gießform ohne ⁵^ allzu großen Energieaufwand so hoch halten, daß Verstopfungen hier nicht zu befürchten sind.

Eine andere Ausgestaltung der erfincjngsgemäßen Niederdruck-Gießvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel mindestens eine Zusatz-Wider-Standsheizleitung aufweist und der Strom durch die Zusatz-Widerstandsheizleitung unabhängig vom Strom durch die Widerstandsheizleitung einstellbar ist. Ist die Temperatur der Metallschmelze als solche hoch genug, so könnte man bei dieser Version einer Niederdruck- ^b5 Gießvorrichtung sogar auf die Widerstandsheizleitung selbst verzichten, also praktisch nur oberhalb der Metallschmelze überhaupt eine zusätzliche Heizung verwirklichen. In der Kegel ist es aber energiemäßig ungünstig, das große Volumen der Metallschmelze im Tiegel höher als notwendig aufzuheizen. Dementsprechend wird man meist bei der Konstruktion mit einer zusätzlichen Beheizung der Steigleitung auch in der Metallschmelze verbleiben.

Eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Gießvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Widerstandsheizleitung im Bereich oberhalb der Metallschmelze größer ist als in der Metallschmelze. Der spezifische Widerstand der Widerstandsheizleitung kann oberhalb der Metallschmelze beispielsweise dadurch vergrößert werden, daß der Querschnitt der Widerstandsheizleistung verringert wird. Eine unabhängigs Steuerung der verschiedenen Bereiche der Widerstandsheizleitung ist allerdings hier nicht möglich. Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Niederdruck-Gießvorrichtung besteht schließlich darin, die Windungsdichte der Widerstandsheizleitung im Bereich oberhalb der Metalischmelze größer als in der Metallschmelze zu wählen. Hier sind die Verhältnisse ähnlich wie bei der zuvor erläuterten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Gießvorrichtung, insbesondere ist auch hier keine unabhängige Steuerung der verschiedenen Bereiche der Widerstandsheizleitung möglich.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, kommt das Mantelrohr des Heizmaniels an seiner der Gießform bzw. dem Mundstück zugewandten Stirnseite großflächig an der Gießform bzw. dem Mundstück zur Anlage. Dabei empfiehlt es sich, zwischen dem Mantelrohr des Heizmantels bzw. dem Mundstück einerseits und der Gießform andererseits eine relativ dünne, thermisch gut isolierende Zwischenscheibe vorzusehen, so daß zwar das Metall auch am oberen Ende der Steigleitung einwandfrei flüssig gehalten werden kann, die Gießform bzw. das Mundstück jedoch nicht durch den Heizmante! aufgeheizt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt im Schnitt schematisch eine Niederdruck-Gießvorrichtung.

Die in der einzigen Figur dargestellte Niederdruck-Gießvorrichtung f ist zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere zum Gießen von Magnesium bestimmt. Diese Niederdruck-Gießvorrichtung 1 weist eine Gießform 2 und einen beheizbaren Tiegel 3 zur Aufnahme einer zu gießenden Metallschmelze 4 auf. Die Beheizung des Tiegels 3 ist in der Figur nicht dargestellt. Der Tiegel 3 ist über einen Deckel 5 weitgehend gasdicht verschlossen. Oberhalb der Metallschmelze 4 im Tiegel 3 ist eine Schutzgasatmosphäre 6 verwirklicht. Als Schutzgas kommt bei einer Magnesiumschmelze SF₆, SO₂ od. dgl. in Frage.

In dem Tiegel 3 mit der Metallschmelze 4 ist in die Metallschmelze 4 eingetaucht ein Dosierbehälter 7 angeordnet. Dieser Dosierbehälter 7 ist am Deckel 5 über Tragstreben 8 befestigt. An seiner Unterseite weist der Dosierbehälter 7 ein Einlaßventil 9 auf, das über ein Betätigungsgestänge 10 betätigbar ist. Das Einlaßventil 9, seine Halterung und seine Betätigung sind in der DE-AS 24 49 6&5 ausführlich beschrieben, bedürfen hier daher keiner Erläuterung. Es sei nur darauf hingewiesen, daß das Einlaßventil 9 als Rückschlagventil ausgeführt sein kann.

Von dem Dosierbehälter 7 geht eine vertikal nach

oben verlaufende Steigleitung 11 aus. Diese Steigleitung

11 ist mit einem in der einzigen Figur nicht dargestellten Mundstück zum Anschluß an einen Anguß 12 der Gießform 2 versehen. Zwischen dem Dosierbehälter 7 und der Steigleitung 11 ist ein weiteres, in der einzigen Figur nicht dargestelltes Rückschlagventil angeordnet. Ein derartiges Rückschlagventil ist beispielsweise in der DE-OS 30 12 047 beschrieben. Ein weiteres Rückschlagventil ist zwischen der Steigleitung 11 und dem Anguß

12 der Gießform 2, beispielsweise im Bereich des nicht dargestellten Mundstückes, angeordnet. Auch dieses Rückschlagventil ist in der einzigen Figur nicht eingezeichnet, es darf aber hier auf die DE-OS 30 23 262 verwiesen werden.

Die Steigleitung 11 ist von einem Heizmantel 13 umgeben. Außer der Steigleitung 11 ist an den Dosierbehälter 7 noch eine Druckleitung 14 angeschlossen, über die ein Druckgas, in erster Linie ein Inertgas, in den Dosierbehälter 7 eingeleitet werden kann.

Der Heizmantel 13 um die Steigleitung 11 weist schließlich noch ein Mantelrohr 15 und eine innerhalb des Mantelrohres 15 angeordnete, die Steigleitung 11 schraubenlinienförmig umgebende Widerstandsheizleitung 16 auf, die mit einer nicht dargestellten Stromquelle zur elektrischen Widerstandsbeheizung verbunden ist.

Die Heizleistung des Heizmantels 13 oberhalb der Metallschmelze 4 im Tiegel 3 ist größer als in der Metallschmelze 4, wozu die Widerstandsheizleitung 16 etwa in Höhe der Oberfläche der Metallschmelze 4 aufgetrennt ist und der Strom durch jeden Teil der Widerstandsheizleitung 16 separat einstellbar ist. Die beiden Teile der Widerstandsheizleitung 16 sind in der Figur mit 1 und 11 bezeichnet und durch eine strichpunktierte Linie 111 voneinander getrennt.

Schließlich zeigt die Figur noch insoweit eine besondere Ausführungsform einer Niederdruck-Gießvorrichtung 1, als das Mantelrohr 15 des Heizmantels 13 an seiner der Gießform 2 zugewandten Stirnseite großflächig an der Gießform 2 zur Anlage kommt, und zwar unter Zwischenschaltung einer relativ dünnen thermisch gut isolierenden Zwischenscheibe 17.

Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Niederdruck-Gießvorrichtung 1 ist folgende:

Durch das Einlaßventil 9 tritt flüssiges Metall, im dargestellten Ausführungsbeispiel Magnesium, aus der Metallschmelze 4 in das innere des Dosierbehäiters 7 ein. Zur dosierten Abgabe von flüssigem Metall wird dei Dosierbehälter 7 von der Druckleitung 14 her mit einerr Druckgas beaufschlagt, und zwar so, daß das flüssige Metall durch die Steigleitung 11 mit einem Förderdruck von 1,0 bis 1,5 bar in den Formhohlraum der Gießform 2 gefördert wird. Der Druck der Schutzgasatmosphäre f oberhalb der Metallschmelze 4 im Tiegel 3 bleibt be diesem Fördern des flüssigen Metalles völlig unverändert auf dem Niveau des Atmosphärendrucks, da da; Druckgas durch die Druckleitung 14 ausschließlich ir den Dosierbehälter 7 eingeleitet wird.

Vermittels der Widerstandsheizleitung 16 wire zumindest im oberen Bereich der Steigleitung 11, alsc unmittelbar unterhalb des Angusses 12 der Gießform 2 eine Temperatur von etwa 1,050 K. aufrechterhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Niederdruck-Gießvorrichtung zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere von Magnesium, mit einer Gießform, einem beheizbaren Tiegel zur Aufnahme einer zu gießenden Metallschmelze, einer insbesondere vertikal nach oben verlaufenden Steigleitung mit einem Mundstück zum Anschluß an einen Anguß der Gießform, einem die Steigleitung umgebenden Heizmantel und einer Druckleitung, wobei der Heizmantel ein Mantelrohr und eine innerhalb des Mantelrohres angeordnete, die Steigleitung schraubenlinienförmig umgebende Widerstandsheizleitung aufweist und wobei zum Fördern des flüssigen Metalles in die Gießform ein Druckgas über die Druckleitung eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des Heizmantels (13) oberhalb der Metallschmelze (4) im Tiegel (3) größer ist als in der Metallschmelze (4).

2. Niederdruck-Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizleitung (16) mindestens einmal, vorzugsweise etwa in Höhe der Oberfläche der Metallschmelze (4) aufgetrennt und der Strom durch mindestens einen Teil der Widerstandsheizleitung (16) separat einstellbar ist

3. Niederdruck-Gießvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel mindestens eine Zusatz-Widerstandsheizleitung aufweist und der Strom durch die Zusatz-Widerstandsheizleitung unabhängig vom Strom durch die Widerstandsheizleitung einstellbar ist.

4. Niederdruck-Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Widerstandsheizleitung im Bereich oberhalb der Metallschmelze größer ist als in der Metallschmelze.

5. Niederdruck-Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsdichte der Widerstandsheizleitung im Bereich oberhalb der Metallschmelze größer ist als in der Metallschmelze.

6. Niederdruck-Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (15) des Heizmantels (13) an seiner der Gießform (2) bzw. dem Mundstück zugewandten Stirnseite großflächig an der Gießform (2) bzw. dem Mundstück zur Anlage kommt.

7. Niederdruck-Gießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantelrohr (15) des Heizmantels (13) und der Gießform (2) bzw. dem Mundstück eine relativ dünne, thermisch gut isolierende Zwischenscheibe (17) vorgesehen ist.