DE3244824C2 - Eingießvorrichtung zum Vergießen einer Metallschmelze sowie Verfahren zum Vergießen derselben - Google Patents
Eingießvorrichtung zum Vergießen einer Metallschmelze sowie Verfahren zum Vergießen derselbenInfo
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Abstract
Eine als wiederverwendbare Kompakteinheit ausgebildete Eingußvorrichtung weist einen Einlaufteil (1), eine Rotationskammer (2) und einen Auslaufteil (4) auf. Der Einlaufteil (1) schließt tangential an die Rotationskammer (2) an, wobei die Eintrittsöffnung (7) als senkrechter Schlitz ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung (6) an der Rotationskammer (2) ist als waagrechter Schlitz ausgebildet, wobei der Auslaufteil (4) radial an die Rotationskammer (2) anschließt und ein Abflußgefälle aufweist. Die Eingußvorrichtung ist aus erosionsbeständigem feuerfestem Material hergestellt und auf bzw. an das Gießsystem einer Form setzbar.
Description
Vergießen einer Metallschmelze, wie sie im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 gekennzeichnet ist sowie ein
Verfahren zum Vergießen der Metallschmelze.
Die steigenden Qualitätsanforderungen an Gußstükke 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 Schlackert 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 Wirbeltrichter beschrieben, der in erster Linie bei
hochlegiertem Stahlguß für Reaktorteile, Pumpen, Turbinengehäuse usw. eingesetzt wird. Dieser bekannte
Wirbeltrichter ist als Wirbelstromkammer ausgebildet,
die aus mindestens drei übereinandergeschichte'.en 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 Offenlegungsschrifi DE
50 393 A 1 ein Separator beschrieben, der aus vergasbarem Kunststoff hergestellt und in die Gießform
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 Eingießvorrichtung 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. Ferner soll
ein eberrso verbessertes Verfahren zum Vergießen der Metallschmelze angegeben werden. Hierdurch wird es
möglich, die erfindungsgemäße Eingießvorrichtung nicht nur beim Gießen 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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 sowie des Verfahrensanspruches
15 gelöst
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet
Durch die Ausbildung der Eingießvorrichtung 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
Einerseits durch die Entnehmbarkeit des in der Rotalionskammer erstarrten Gießmaterials und durch die
Ausbildung des Auslaufteils mit Abfluß-Gefälle, andererseits dadurch, daß die Rotationskammer und der
Auslaufteil so ausgebildet und zueinander angeordnet sind, daß die gesamte Schmelze durch den Auslaufteil
zürn Gießsystem hin abfließbar ist, ist gewährleistet daß
bei der nochmaligen Verwendung der Eingießvorrichtung kein metallisches Material von deren vorhergehender
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 Übergang zwischen dem Boden und der Umfangswand erleichtert
Durch einen möglichst kleinen Bodensumpf, welcher durch den Raum zwischen dem Bode.t 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 wesentiiche 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 letztendlich in einer Energieeinsparung niederschlägt. Die erfindungsgemäße
Eingießvorrichtung 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 waagerechter Schlitz ausgebildet, und die Metallschmebe tritt in radialer Richtung aus der
Rotationskammer aus. Die Länge des waagerechten Schlitzes ist größer als seite Breite, wodurch ein weitgehend
verlustfreies radiales Austreten der Metallschmelze gewährleistet ist
Es beeinträchtigt die Abscheidungswirkung 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 AuFtrittsöffnung nicht in der Mitte des Bodens, sondern
exzentrisch angeordnet ist
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Eintriusöffnung an der Rotationskammer
als senkrechter Schlitz ausgebildet und die Metallschmelze strömt in tangentialer Richtung in die Rotationskammer.
Dadurch, daß das flüssige Metaü im Einlaufteil tangential in die Rotationskammer strömt wird
es in Rotation versetzt Der Einlauf in die Rotationskammer ist als senkrechter Schlitz ausgebildet, dessen
Länge größer ist als seine Breite.
Die vorteilhafte dreieckförmige Anordnung von Rotationskammer, Einfüllöffnung und Auslauföffnung ermöglicht
die kompakte trapezförmigp Ausbildung der Eingießvorrichtung, wodurch eine inaterialsparende
Bauweise erreicht wird. Die wiederverwendbare Kompakteinheit ist aus temperaturwechsel- und erosionsbeständigen
Feuerfeststoffen 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 Eingießvorrichtung eingeschleppte Sauerstoff sofort wieder entfernt
wird, so daß dadurch eine wesentliche Entstehungsquelle zur Bildung nicht-metallischer Einschlüsse ausgeschaltet
wird. Ferner erhöht die Durchspülung des Rotationswirbels mit einem inerten Spülgas, insbesondere
mit Argon, die Abscheidung bereits vorhandener, nichtmetallischer, makroskopischer und vor allen Dingen mikroskopischer
Einschlüsse in einer Weise, wie es nicht zu erwarten war. Ferner ist es über die Spülvorrichtung
mögr.ch, die gesamte Gießform vor Gießbeginn mit einem inerten Gas zu spülen, so daß der Sauerstoffpartialdruck
in der Gießform entscheidend erniedrigt wird.
Vorzugsweise wird die Zuführvorrichtung für das Spülgas am Boden der Rotationskamme»· angeordnet.
Die Zuführvorrichtung weist dabei ein gasdurchlässiges Bodenteil, wie z. B. einen Gasspülstein, auf.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Austrittsquerschnitt mit einer Metallplatte
verschlossen, die nach Füllung der Eingießvorrichtung mit Metallschmelze aufschmilzt
Darüber hinaus bringt die neue Eingießvorrichtung den Vorteil, daß unter Vermeidung von Luftzutritt gegossen
werden kann. Hierzu wird sie über eine Nut-Feder-Verbindung direVt an das Gießsystem der Form i.11-geflanscht
Hierdurch entfällt der sonst notwendige Eingießtrichter, über den Luftsauerstoff in die flüssige
Schmelze gesaugt 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 Gasspuhn verbessert. Ferner ist mit dieser
wiederverwendbaren Kompakteinheit die Möglichkeit geschaffen worden, unter Luftabschluß zu gießen,
wenn die Kompakteinheit über eine Nut-Feder-Verbin-
dung direkt an das Gießsystem angeschlossen wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vergießen von Metallschmelze, bei dem die rotierende Metallschmelze mit einem inerten Gas gespült wird. Damit
wird die Abscheidungswirkung nicht-metallischer Ein- s Schlüsse entscheidend verbessert, weil durch die Spülwirkung im Rotationswirbel eine zusätzliche Möglichkeit geschaffen wird, daß mikro- und makroskopische
nicht-metallische Einschlüsse durch Koagulation vergrößert werden und dann im Rotationswirbel abge- ι ο
schieden werden können. Bei dem bekannten Wirbeltrichter gemäß der deutschen Patentschrift 21 59 964
können im wesentlichen nur makroskopische Einschlüsse abgeschieden werden.
Es kann zusätzlich auch bereits vor Gießbeginn ein is
inertes Gas in die Gießform eingespeist werden, so daß der Sauerstoffpartialdruck der Gießraumatmosphäre
entscheidend gesenkt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig.! eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen
Eingießvorrichtung mit einem teilweisen Schnitt,
F i g. 3 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß F i g. 2.
Gemäß F i g. 1 besteht die als Kompakteinheit ausgebildete Eingießvorrichtung 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 obere Bereich des Einlaufteils 1 ist als
Trichter 8 ausgestaltet und weist eine Einfüllöffnung 14 auf.
Hkaj. £$* Trichter S 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 F i g. 2) tangential in die Rota-
tionskammer 2 eintreten kann, um einen kräftigen Drehwirbel zu erzeugen. Die Austrittsöffnung 6 ist als
waagerechter Schlitz radial zur Rotationskammer ausgebildet, so daß das rotierende flüssige Metall in radialer Richtung gemäß Pfeil 12 die Rotationskammer 2
verläßt.
Das 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. E>ie 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 höher als die unterste Kante der Austrittsöffnung 6 liegen.
Das Verhältnis Breite zu Höhe bei der Eintrittsöffnung sollte im Bereich 1 :1,5 bis 1 :4, das bei der Austrittsöffnung sollte möglichst in einem Bereich von
1,5 :1 bis4 :1 liegen.
Die Rotationskammer 2 ist ausgehend vom Boden 5 mindestens bis zu der Unterkante der Austrittsöffnung 6
kenisch von unten nach oben erweiternd ausgebildet, wobei die Konizität mindestens 1 % beträgt b5
Diese Höhe H des Bodensumpfes beträgt 0 bis 50% — vorzugsweise 5 bis 20% — der Gesamthöhe der
Rotationskammer 2. Der Obergang vom Boden 5 zur
Umfangswand der Rotationskammer ist abgerundet.
Durch diese konische Ausbildung der Rotntionskammer kann die im Bodensumpf zurückbleibende Metallschmelze nach deren Erstarrung leicht durch die oben
offene Rotationskammer entnommen werden, so daß eine Wiederverwendbarkeit der Kompakteinheit gewährleistet ist.
Die Unterkante der Austrittsöffnung 4 kann auch eben mit dem Boden 5 angeordnet werden, so daß eine
vollständige Entleerung der Rotationskammer stattfindet.
Die Rotationskammer weist am Boden 5 ein gasdurchlässiges Bodenteil 9, wie z. B. einen keramischen
Gasspülstein, auf, welches mit einem Rohr IO 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
Roiationskammer geieitei wird.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind von oben gesehen die Rotationskammer 2, die Einfüllöffnung 14 und die Auslaßöffnung 15 zueinander dreieckförmig angeordnet,
wodurch die Kompakteinheit in gleicher Sicht gesehen materialsparend trapezförmig ausgebildet werden kann.
In F i g. 2 ist außerdem die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Eingießvorrichtung nochmals verdeutlicht.
DiC 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 Zugabfikammer 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 Eingießvorrichtung mit Metallschmelze schmilzt
F i g. 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 Eingießvorrichtung kann ohne Beeinträchtigung ihrer Funktionsfähigkeit mehrfach
nacheinander benutzt werden.
Claims (17)
1. Wiederverwendbare Eingießvorrichtung zum Vergießen einer Metallschmelze in ein Gießsystem,
mit einem Einlaufteil (1), einer Rotationskammer (2) und einem Auslaufteil (4) zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Schmalze, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus erosionsbeständigem, feuerfestem Material als Kompakteinheit ausgebildet und auf bzw. an das Gießsystem setzbar ist,
und daß die Rotationskammer (2) zylindrisch oder sich konisch nach oben erweiternd ausgebildet ist,
und daß der Auslaufteil (4) ein Abflußgefälle zum Gießsystem hin aufweist.
2. Wiederverwendbare Eingießvorrichtung zum Vergießen einer Metallschmelze in ein Gießsystem,
mit einem Einlaufteil (1), einer Rotationskammer (2) und eineo Auslaufteil (4) zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus erosionsbeständigem, feuerfestem Material als Kompakteinheit ausgebildet und
auf bzw. an das Gießsystem setzbar ist, und daß die Rotationskammer (2) und der Auslaufteil (4) so ausgebildet und zueinander angeordnet sind, daß die
gesamte Schmelze durch den Auslaufteil (4) zum Gießsystem hin abfließt
3. Eingießverrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskammer (2) vom
Boden (51 bis mindestens zur Höhe (H) der Unterkante der Austrittsöffnung (6) eine Konizität von
größer als 1 % und einen Zum Boden (5) abgerundeten Übergang aufweist und daß die Höhe (H) des
Bodensumpfes bis 50%, vo. zugsweise zwischen 5 und 20% der Gesamthöhe der Rotationskammer (2)
beträgt.
4. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (6) an der Rotationskammer (2) als
waagerechter Schlitz ausgebildet ist und daß der Auslaufteil (4) radial an der Rotationskammer (2)
anschließt und ein Abflußgefälle aufweist.
5. Eingießvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (13) am
Boden (5) der Rotationskammer (2) angeordnet ist, wobei der Auslaufteil (4) axial an die Rotationskammer (2) anschließt.
6. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
7. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Draufsicht gesehen die Rotationskammer (2), die Einfüllöffnung (14) und die Auslauföffnung (15) in einem
Dreieck angeordnet sind und die Kompakteinheit trapezförmig ausgebildet ist.
8. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakteinheit aus Feuerfestmaterial, welches mindestens 10 Temperaturschockwechsel aushält, hergestellt ist.
9. Eingießvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmalerial Dichtbrandschamotte, Tonerde, Tabulartonerde, Chromerz oder ein Spinell ist.
10. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakteinheit eine Zuführeinrichtung (9, 10) für ein
inertes Spülgas aufweist
11. Eingießvorrichtung nach Anspruch ίΟ, dadurch gekennzeichnet daß die Zuführvorrichtung (9,
10) am Boden (5) der Rotationskammer (2) angeordnet ist und ein gasdurchlässiges Bodenuil (9) aufweist
IZ Eingießvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11.
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (9,10) einen Gasspülstein aufweist
13. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die Austrittsöffnung (6 bzw. 13) mit einer Metallplatte verscWossen ist, die nach Füllung der Kompakteinheit
mit Metallschmelze durch diese aufschmilzt
14. Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß die Kompakteinheit mittels einer Nut-Feder-Verbindung
luftdicht mit dem Gießsystem verbindbar ist.
15. Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze mit einer Eingießvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Metallschmelze in eine
Rotationsbewegung versetzt und während der Rotationsbewegung mit einem inerten Gas, vorzugsweise
mit Argon, gespült wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die Eingießvorrichtung vor dem Einleiten der Metallschmelze zusätzlich mit einem inerten
Gas durchspült wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet daß das inerte Gas radial oder tangential in die Rotationskammer (2) eingespült wird.
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