DE3244824A1 - Eingussvorrichtung zum vergiessen von metallschmelzen sowie ein verfahren zum vergiessen von metallschmelze - Google Patents
Eingussvorrichtung zum vergiessen von metallschmelzen sowie ein verfahren zum vergiessen von metallschmelzeInfo
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-
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Description
32U824
GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, 82Ql Schaffhausen
2346/SG / 16.11.1982 / Li-ba /
Eingussvorrichtung zum Vergiessen von Metallschmelzen sowie ein Verfahren zum Vergiessen von Metallschmelze
Die Erfindung betrifft eine Eingussvorrichtung zum Vergiessen
von Metallschmelzen, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 gekennzeichnet ist.
Die steigenden Qualitätsanforderungen an Gussstücke in Bezug auf Verbesserung des Reinheitsgrades und die Forderung
nach Senkung der Herstellungskosten durch Verminderung des Putz- und Nachbearbeitungsaufwandes an Gussstücken
sind der Anlass, verbesserte Giesstechniken einzusetzen. Zur Verbesserung der Giesstechnik gehört der
Einsatz von Giesstümpeln mit Trennwänden und/oder Einschnürungen, die Schlacken und nicht-metallische Einschlüsse
aus dem Giessstrom abfangen sollen. Ferner gehören hierzu sogenannte Drehmasseln und Wirbeltrichter
bzw. Rotationskammern.
In der deutschen Patentschrift 21 59 964 ist ein derartiger
Wirbe!trichter beschrieben, der in erster Linie bei
32U824
hochlegiertem Stahlguss für Reaktorteile, Pumpen, Turbinengehäuse
usw. eingesetzt wird. Dieser bekannte Wirbeltrichter ist als Wirbelstromkanuner ausgebildet, die
aus mindestens drei übereinandergeschichteten Elementen
besteht, von denen jedes aus Bausteinen zusammengesetzt ist, welche unabhängig von den anderen Elementen austauschbar
sind. Dieser Wirbeltrichter kann nur einmal verwendet werden.
Ferner wird in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 29 50 393 ein Separator beschrieben, der aus vergasbarem
Kunststoff hergestellt und in die Giessforra mit eingestampft wird. Dieser Separator ist ebenfalls nur
einmal verwendbar. Ferner besitzt er den Nachteil, da im Betriebszustand seine Wand im wesentlichen nur aus eingestampftem
Formsand besteht, dass er sehr erosionsanfällig ist und dadurch selbst Quelle nicht-metallischer Einschlüsse
werden kann.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Eingussvorrichtung und ein Verfahren
zum Vergiessen von Metallschmelzen vorzuschlagen, die mehrfach benutzt werden kann, wodurch eine wesentlich
höhere Wirtschaftlichkeit gegeben ist und mittels welcher die Abscheidung nicht-metallischer Einschlüsse möglichst
optimal erreicht wird. Hierdurch wird es möglich, die erfindungsgemässe Eingussvorrichtung nicht nur beim
dessen von Qualitätsstählen einzusetzen, sondern auch bei einfach legierten Stählen, Grau- und Sphäroguss sowie
Nichteisenmetallguss, die keine hohen Kostenbelastungen
für Zusatztechniken zur Verbesserung der Qualitätseigenschaften vertragen.
BAD
32U824
Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäss durch die kennzeichnenden
Merkmale des Einrichtungsanspruches 1 und des Verfahrensanspruches 13 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Durch die Ausbildung der Eingussvorrichtung als Kompakteinheit,
welche auf bzw. an das Giesssystem der Form setzbar
ist, wird im Zusammenhang mit der Verwendung von erosionsbeständigem
und feuerfestem Material deren Mehrfachverwendbarkeit
ermöglicht. Durch die Entnehmbarkeit des in der Rotationskammer erstarrten Giessmaterials und durch
die Ausbildung des Auslaufteils mit Abfluss-Gefalle ist
gewährleistet, dass bei der nochmaligen Verwendung der EingussVorrichtung kein metallisches Material von deren
vorhergehenden Verwendung vorhanden ist, so dass deren immer gleichbleibende Funktionsfähigkeit gewährleistet
ist.
Die Entnehmbarkeit des erstarrten Giessmaterials wird durch die konische Ausbildung der Rotationskammer und den
abgerundeten Uebergang zwischen dem Boden und der Umfangswand erleichtert.
Durch einen möglichst kleinen Bodensumpf, welcher durch den Raum zwischen dem Boden und der Unterkante der Austrittsöffnung
gekennzeichnet ist und eine Höhe bis zu 50 % - vorzugsweise zwischen 5 und 20 % - der Gesamthöhe
der Rotationskammer aufweist, wird der erstarrte Restinhalt entscheidend gegenüber dem der bekannten Wirbeltrichter
reduziert, wodurch eine wesentliche Verbesserung
der Wirtschaftlichkeit beim Vergiessen von Metallschmelzen
gegeben ist.
Hierdurch wird das Metallausbringen je Gussstück entscheidend verbessert und eine höhere Ausnützung der
Schmelzkapazität erreicht, was sich letztlich in einer Energieeinsparung niederschlägt. Die erfindungsgemässe
Eingussvorrichtung besitzt keinerlei Fugen mehr, die
ausgespült werden können oder durch die flüssiges Metall durchbrechen kann. Dadurch wird vollständig vermieden,
dass der Wirbeltrichter selbst eine Quelle für nicht-metallische Einschlüsse werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Austrittsöffnung an der Rotationskammer
als waagrechter Schlitz ausgebildet und die Metallschmelze tritt in radialer Richtung aus der Rotationskammer
aus. Die Länge des waagrechten Schlitzes ist grosser als seine Breite, wodurch ein weitgehend verlustfreies
radiales Austreten der Metallschmelze gewährleistet ist.
Es beeinträchtigt die Abseheidungswirkung der Rotationskammer
in keiner Weise, wenn entsprechend einer Ausführungsvariante die Metallschmelze die Rotationskammer über
eine kreisrunde Austrittsöffnung im Boden verlässt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die kreisrunde Austrittsöffnung
nicht in der Mitte des Bodens, sondern exzentrisch angeordnet ist.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist
die Eintrittsöffnung an der Rotationskammer als senkrechter Schlitz ausgebildet und die Metallschmelze strömt in
tangentialer Richtung in die Rotationskammer. Dadurch,
BAD
dass das flüssige Metall im Einlaufteil tangential in
die Rotationskammer strömt wird es in Rotation versetzt.
Der Einlauf in die Rotationskammer ist als senkrechter Schlitz ausgebildet, dessen Länge grosser ist als seine
Breite.
Die vorteilhafte dreiecksförmige Anordnung von Rotationskammer,
Einfüllöffnung und AuslaufÖffnung ermöglicht die
kompakte trapezförmige Ausbildung der Eingussvorrichtung, wodurch eine materialsparende Bauweise erreicht wird.
Die wiederverwendbare Kompakteinheit ist aus temperaturwechsel- und erosionsbeständigen Feuerfestrohstoffen wie
z.B. Dichtbrandschamotte, Tabulartonerde, Sintermullit, Korund u.a.m. aufgebaut.
Durch die vorteilhafte Anordnung einer Zuführeinrichtung für ein inertes Spülgas wird das Spülen des in der Rotationskammer
rotierenden flüssigen Metalles mit einem inerten Gas ermöglicht. Dies bringt den Vorteil, dass der
während des Füllens der Eingussvorrichtung eingeschleppte Sauerstoff sofort wieder entfernt wird, so dass dadurch
eine wesentliche Entstehungsguelle zur Bildung nicht-metallischer
Einschlüsse ausgeschaltet wird. Ferner erhöht die Durchspülung des Rotationswirbels mit einem inerten
Spülgas, insbesondere mit Argon, die Abscheidungswirkung,
bereits vorhandener, nicht-metallischer, makroskopischer und vor allen Dingen mikroskopischer Einschlüsse in einer
Weise, wie es nicht zu erwarten war. Ferner ist es über die Spülvorrichtung möglich, die gesamte Giessform vor
Giessbeginn mit einem inerten Gas zu spülen, so dass der Sauerstoffpartialdruck in der Giessform entscheident erniedrigt
wird.
- ίο -
Vorzugsweise wird die Zuführvorrichtung für das Spülgas durch Verwendung eines gasdurchlässigen Bodenteiles wie
z.B. eines Gasspülsteines am Boden der Rotationskammer
angeordnet.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist
die erfindungsgemässe Eingussvorrichtung eine Zugabekairaner
für Impfmittel auf. Während des Giessens kann demgemäss
eine Impfung mit Impfmetallen, z.B. Magnesium oder Silizium erfolgen. Da die Impfung in einem rotierenden
Giessstrom erfolgt, wird der Impfeffekt verbessert und es
ist eine wirtschaftlichere und bessere Ausnützung des Impfmetalles möglich.
Vorteilhafterweise ist die Zugabekammer diametral gegenüber
dem Austrittsquerschnitt als Tasche bzw. Oeffnung zur Aufnahme bzw. zum Einspeisen des Impfmittels angeordnet. Wahlweise kann das Impfmetall in diese Tasche
bzw. Kammer vor Giessbeginn eingelegt werden oder über die Oeffnung kontinuierlich in Form eines Drahtes oder
eines Granulates zugeführt werden. Die Zuführung des Impfmetalles in den rotierenden Metallstrom ergibt ein
besseres Untermischen des Impfmetalles und damit eine höhere Wirksamkeit. Dadurch dass die Impfmittel am tiefsten
Punkt des Einlaufsystems zugegeben werden, also im Bereich höchsten ferrostatischen Druckes, ist gewährleistet,
dass die Abbrandverluste des Impfmetalls so gering wie möglich sind.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist
der Austrittsquerschnitt mit einer Metallplatte verschlossen, die nach Füllung der Eingussvorrichtung mit
BAD
ORIGINAL
- 11 Metallschmelze aufschmilzt.
Darüberhinaus bringt die neue Eingussvorrichtung den
Vorteil, dass unter Vermeidung von Luftzutritt gegossen werden kann. Hierzu wird die Eingussvorrichtung über eine
Nut-Feder-Verbindung direkt an das Giesssystem der Form angeflanscht. Hierdurch entfällt der sonst notwendige
Eingusstrichter, über den Luftsauerstoff in die flüssige Schmelze eingesaugt wird.
In dieser wiederverwendbaren Kompakteinheit werden die Vorteile der an sich bekannten Drehmassel und des Giesstümpels
vereint und auf engstem Raum für das Abscheiden nicht-metallischer Einschlüsse optimale hydraulische
Strömungsverhältnisse geschaffen. Zusätzlich wird die Abscheidung nicht-metallischer Einschlüsse noch durch
Gasspülen verbessert. Ferner ist mit dieser wiederverwendbaren Kompakteinheit die Möglichkeit geschaffen worden
unter Luftabschluss zu giessen, wenn die Kompakteinheit über eine Nut-Feder-Verbindung direkt an das Giesssystem
angeschlossen wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vergiessen
von Metallschmelzen, bei dem die rotierende Metallschmelze mit einem inerten Gas gespült wird und bzw. oder gegebenenfalls
ein Impfmittel zugefügt wird.
Es kann auch bereits vor Giessbeginn ein inertes Gas in die Giessform eingespeist Werden, so dass der Sauerstoffpartialdruck
der Giessraumatmosphäre entscheidend gesenkt wird. Während des Giessens kann zusätzlich mit inerten
Gasen, z.B. Argon oder Stickstoff gespült werden. Damit
wird die Abscheidungswirkung nicht-metallischer Einschlüsse entscheidend verbessert, weil durch die Spülwirkung
im Rotationswirbel eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen wird, dass mikro- und makroskopische nichtmetallische
Einschlüsse durch Koagulation vergrössert
werden und dann im Rotationswirbel abgeschieden werden können. Bei dem bekannten Wirbeltrichter gemäss der
deutschen Patentschrift 21 59 964 können im wesentlichen nur makroskopische Einschlüsse abgeschieden werden.
werden und dann im Rotationswirbel abgeschieden werden können. Bei dem bekannten Wirbeltrichter gemäss der
deutschen Patentschrift 21 59 964 können im wesentlichen nur makroskopische Einschlüsse abgeschieden werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsge-
mässen Eingussvorrichtung mit einem teilweisen
Schnitt,
Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung von oben,
und
Fig. 3 ■ eine AusführungsVariante der Vorrichtung
gemäss Fig. 2.
Gemäss Figur 1 besteht die als Kompakteinheit ausgebildete
Eingussvorrichtung aus einem Einlaufteil 1, einer vorzugsweise
im Querschnitt kreisrunden Rotationskammer 2 mit einem Boden 5 und aus einem Auslaufteil 4. Das Einlaufteil
1 mündet mit einer Eintrittsöffnung 7 in die
Rotationskammer 2 und das Auslaufteil 4 ist über die Austrittsöffnung 6 mit der Rotationskammer 2 verbunden. Der
Rotationskammer 2 und das Auslaufteil 4 ist über die Austrittsöffnung 6 mit der Rotationskammer 2 verbunden. Der
obere Bereich des Einlaufteils 1 ist als Trichter 8 ausgestaltet und weist eine Einfüllöffnung 14 auf.
Ueber den Trichter 8 strömt die Metallschmelze in die
Rotationskammer 2. Die Eintrittsöffnung 7 ist als senkrechter Schlitz ausgebildet. Diese schlitzförmige Ausbildung
ist notwendig, damit der flüssige Metallstrom
entsprechend Pfeil 11 (siehe Fig. 2) tangential in die Rotationskammer 2 eintreten kann, um einen kräftigen
Drehwirbel zu erzeugen. Die Austrittsöffnung 6 ist als waagrechter Schlitz radial zur Rotationskammer ausgebildet,
so dass das rotierende flüssige Metall in radialer Richtung gemäss Pfeil 12 die Rotationskammer 2 verlässt.
Der Auslaufteil 4 weist bis zur vorzugsweise nach unten gerichteten AuslaufÖffnung 15 ein Abfluss-Gefälle auf,
so dass im Auslaufteil 4 kein flüssiges Metall zurückbleiben kann. Die als horizontaler Schlitz ausgebildete
und radial angeordnete Austrittsöffnung 6 gewährleistet bei guten StrömungsVerhältnissen eine platzsparende Bauweise
und eine geringe Bodensumpfhöhe H. Damit im Einlaufstutzen keine Metallschmelze zurückbleibt, muss die
unterste Kante der Eintrittsöffnung 7 auf gleicher Höhe oder hoher als die unterste Kante der Austrittsöffnung 6
liegen.
Das Verhältnis Breite zu Höhe bei der Eintrittsöffnung
und bei der Austrittsöffnung sollte möglichst in einem Bereich von 1,5 : 1 bis 4 : 1 liegen.
Die Rotationskammer 2 ist ausgehend vom Boden 5 mindestens
bis zu der Unterkante der Austrittsöffnung 6 konisch von
OBIGlNAL
unten nach oben erweiternd ausgebildet wobei die Konizität
mindestens 1 % beträgt.
Diese Höhe H des sogenannten Bodensuimpfes beträgt 0 bis
50 %, - vorzugsweise 5 bis 20 % - der Gesamthöhe der Rotationskammer
2. Der Uebergang vom Boden 5 zur Umfangswand der Rotationskammer ist abgerundet. Durch diese
konische Ausbildung der Rotationskaramer kann die im Bodensumpf zurückbleibende Metallschmelze nach deren Erstarrung
leicht durch die oben offene Rotationskammer entnommen werden, so dass eine WiderVerwendbarkeit der
Kompakteinheit gewährleistet ist.
Die Unterkante der Austrittsöffnung 6 kann auch eben mit
dem Boden 5 angeordnet werden, so dass eine vollständige Entleerung der Rotationskammer stattfindet.
Die Rotationskammer weist am Boden 5 einen gasdurchlässigen
Bodenteil 9, wie z.B. einen keramischen Gasspülstein auf, welcher mit einem Rohr 10 eine Zuführvorrichtung für ein
inertes Spülgas, wie z.B. Argon bildet. Die Zuführvorrichtung kann auch so angeordnet werden, dass das inerte Gas
radial oder tangential in die Rotationskammer geleitet wi rd.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind von oben gesehen die Rotationskammer 2, die Einfüllöffnung 14 und die Auslassöffnung
15 zueinander dreiecksförmig angeordnet, wodurch die Kompakteinheit in gleicher Sicht gesehen materialsparend
trapezförmig ausgebildet werden kann.
In Figur 2 ist ausserdem die Funktionsweise der erfin-
BAD ORSGSfML
ft β
- 15
dungsgemässen Eingussvorrichtung nochmals verdeutlicht.
Die über den Trichter 8 in das Einlaufteil 1 eintretende
Metallschmelze strömt durch die Eintrittsöffnung 7 in die Rotationskammer 2. Durch die Anordnung der Eintrittsöffnung
7 ist gewährleistet, dass die Metallschmelze in tangentialer Richtung gemäss Pfeil 11 in die Rotationskammer
2 eintritt. Hierdurch wird das flüssige Metall in kräftige Rotationsbewegung versetzt. Die in der Rotationskammer
2 rotierende Metallschmelze kann über eine Zugabekammer 3 mit Impfmittel versetzt werden. Die Zugabekammer
3 ist vorzugsweise diametral gegenüber der Austrittsöffnung 6 angeordnet. Die Metallschmelze tritt durch die
Austrittsöffnung 6 hindurch in radialer Richtung gemäss Pfeil 12 in das Auslaufteil 4 ein. Möglicherweise ist
die Austrittsöffnung 6 mit einer Metallplatte verschlossen,
die nach Füllung der Eingussvorrichtung mit Metallschmelze schmilzt.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Austritt der Metallschmelze
nicht radial sondern senkrecht nach unten erfolgt. Vorteilhafterweise
wird dabei die Austrittsöffnung 13 exzentrisch am Boden 5 angeordnet.
Die erfindungsgemässe Eingussvorrichtung kann ohne Beeinträchtigung
ihrer Funktionsfähigkeit mehrfach nacheinander benützt werden.
L e e r s e i t e
Claims (15)
- PatentanwälteDietrich l/jwlnsfcyHeinz- Joz-:iu:n K1JborRainer F-ri-..'l";ohGoithsrdcir. ölc^iir 2* 3.DezemberPatentansprü c.h e2346/SG( l.yEingussvorrichtung zum Vergiessen von Metallschmelze mit einem Einlaufteil (1), einer Rotationskammer (2) zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Metallschmelze und einem Auslaufte!1 (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Eingussvorrichtung aus erosionsbeständigem und feuerfesten Material als wiederverwendbare Kompakteinheit ausgebildet auf bzw. an das Giesssystem setzbar ist und dass die Rotationskammer (2) und der Auslaufteil (4) so ausgebildet ist, dass entweder darin zurückbleibende Schmelze nach der Erstarrung aus der Rotationskammer entnehmbar ist oder dass die gesamte Schmelze durch den Auslaufteil (4) zum Giesssystem hin abfliessbar ist.
- 2. Eingussvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskammer (2) vom Boden (5) bis mindestens zur Höhe (H) der Unterkante der Austrittsöffnung (6) eine Konizität von grosser als 1 % und einen zum Boden (5) abgerundeten Uebergang aufweist und dass die Höhe (H) des Bodensumpfes bis 50 %, vorzugsweise zwischen 5 und 20 % der Gesamt-höhe der Rotationskainmer (2) beträgt.
- 3. Eingussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) an der Rotationskammer (2) als waagrechter Schlitz ausgebildet ist und dass der Auslaufteil (4) radial an der Rotationskammer (2) anschliesst und ein Abflussgefälle aufweist.
- 4. Eingussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (13) am Boden (5) der Rotationskammer angeordnet ist, wobei der Auslaufteil (4) axial an die Rotationskammer (2) anschliesst.
- 5. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (7) an der Rotationskammer (2) als senkrechter Schlitz ausgebildet ist und dass der Einlaufteil (1) tangential an der Rotationskammer (2) anschliesst.
- 6. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Draufsicht gesehen die Rotationskammer (1), die Einfüllöffnung (14) und die Auslauföffnung (15) in einem Dreieck angeordnet sind und die Kompakteinheit materialsparend trapezförmig ausgebildet ist.
- 7. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompakteinheit aus Feuerfestmaterial, welches mindestens 10 Temperaturschockwechsel aushält, wie z.B. aus Dichtbrandscha-motte, Tonerde, Tabulartonerde, Chromerz, Korund oder Spinell hergestellt ist.
- 8. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompakteinheit eine Zuführeinrichtung (9, 10) für ein inertes Spülgas, vorzugsweise Argon aufweist.
- 9. Eingussvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung (9, 10) am Boden (5) der Rotationskammer (2) angeordnet ist und ein gasdurchlässiges Bodenteil (9) aufweist.
- 10. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskammer (2) eine Zugabekammer (3) für Impfmittel aufweist, welche vorzugsweise diametral gegenüber der Austrittsöffnung(6) als Tasche bzw. Oeffnung zur Aufnahme bzw. zum Einspeisen des Impfmittels angeordnet ist.
- 11. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) bzw. (13) mit einer Metallplatte verschlossen ist, die nach Füllung der Kompakteinheit mit Metallschmelze durch diese aufschmilzt.
- 12. Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompakteinheit mittels einer Nut-Federverbindung luftdicht direkt mit dem Giesssystem verbindbar ist.
- 13. Verfahren zum Vergiessen von Metallschmelze mit einerBAD ORIGINAL32U824EingussVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12; wobei die Metallschmelze in eine kräftige Rotationsbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rotationsbewegung der Schmelze mit einem inerten Gas, vorzugsweise mit Argon gespült wird oder bzw. und ein Impfmittel zugefügt wird.
- 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einleiten der Metallschmelze die Eingus svorrichtung mit einem inerten Gas durchspült wird.1
I - 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas radial oder tangential in die Rotationskammer eingespült wird.BAD ORIGINAL
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