DE3509113C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Filtern von metallischen Schmelzen, bestehend aus einem beispiels­ weise aus Keramik gebildeten Körper mit einer Vielzahl von parallelen Durchlaßöffnungen, wobei eine einlaufseitige Platte und eine auslaufseitige Platte in Strömungsrichtung der Schmelze und in Abstand hintereinander angeordnet sind.

Beim Vergießen von Metallschmelzen bedient man sich in das Laufsystem eingebauter Filter der verschiedensten Art, um in der metallischen Schmelze befindliche Verunreinigungen abzuscheiden. Solche rühren aus Schlackenresten, Reaktions­ produkten von metallurgischen Behandlungen der Schmelze, nichtmetallischen Oxiden, Losspülungen aus dem Formstoff oder auch Rückständen aus mit der Schmelze in Berührung kommenden Gefäßen her. Besonders kritisch sind hierbei die Reaktionsprodukte von metallurgischen Behandlungen der Schmelze, da sich diese häufig erst beim Füllen der Form auszuscheiden beginnen. Die genannten Verunreinigungen sind Ursache einer hohen Ausschußquote oder aber im günstigsten Fall erheblicher Kosten für notwendige Nachbearbeitungen.

Durch Einschlüsse von Verunreinigungen verändern sich die physikalischen Paramter der Werkstoffe, insbesondere die Dichtigkeit des Gußstücks, in einem unbestimmbaren Maß.

Oberflächliche Einschlüsse erschweren vielfach infolge ih­ rer Härte die Bearbeitung solcher Flächen.

Es hat nicht an Versuchen und aufwendigen Maßnahmen ge­ fehlt, die Gußstücke von solchen störenden Einschlüssen freizuhalten, die unabhängig vom jeweiligen Formverfahren und den verwendeten Werkstoffen, also ebenso bei Eisen-Koh­ lenstoff-Gußwerkstoffen wie bei Nichteisen-Metallschmelzen auftreten.

Bevorzugt wurden Filter in das Laufsystem des Gießkanals eingebaut, um dadurch auch Verunreinigungen geringster Größe noch wirksam zu erfassen. Es sind eine offenporige Schaumstruktur aufweisende Filterkörper bekanntgeworden, deren Porosität sich in einer für diese Gießzwecke geeigne­ ten Bandbreite bewegt. Solche Filter weisen jedoch eine höchst unregelmäßige Gestaltung der Durchtrittskanäle und Zellenwände auf, was zwar die Fließrichtung der Schmelze und deren Strömungsgeschwindigkeit verändert, andererseits aber die Strömungsverhältnisse insgesamt unberechenbar be­ einflußt, so daß die zu erwartenden Strömungsverluste und die Verlängerung der Gießzeit nicht mehr bestimmbar waren.

Gerade die Einhaltung einer bestimmten Gießzeit ist jedoch beispielsweise bei der Herstellung dünnwandiger Gußstücke unbedingt erforderlich, um Fehlgüssen durch Nichtauslaufen oder Kaltschweißen vorzubeugen.

Eine andere Filtergattung sind netzartige Gewebe aus hoch­ feuerfesten Fasern, deren Durchflußquerschnitt zwar hinrei­ chend exakt definierbar ist, deren Filterwirkung sich aber überwiegend auf das Abscheiden von Einspülungen mit Fest­ stoffcharakter begrenzt. Außerdem bereiten derartige Filter ungeachtet ihrer möglichen Härtung mit Kunstharzen od. dgl. erhebliche Einbauschwierigkeiten.

Keramische Filterplatten mit einer Vielzahl im Querschnitt runder Bohrungen von kleinem Querschnitt lassen sich hin­ sichtlich ihres Durchgangsquerschnitts ausreichend genau bestimmen. Ihnen haftet aber der Mangel an, daß sie die Strömung der Schmelze nicht umlenken. Ab einer bestimmten Plattendicke vergrößert sich ihr Strömungswiderstand, was wiederum Grund für eine entsprechende Verlängerung der Gießzeit ist. Alle vorbekannten Arten von Filtern verlangen eine vergleichsweise große Bemessung für den Lauf- oder Eingußabschnitt. Dies führt zu einem steigenden Kreislauf­ anteil und zu einer unerwünschten Verschlechterung des Gußausbringens. Die Filterwirkung dieser vorbekannten Vor­ richtungen geht davon aus, daß die Schmelze vor dem Filter gestaut wird und dann mehr oder weniger enge Kanäle oder Bohrungen durchströmen muß, so daß die der Schmelze anhaf­ tenden Verunreinigungen an den Wänden der Bohrungen oder Kanäle aufgefangen werden.

Die stauende Wirkung von Platten mit zylindrischen oder prismatischen Ausnehmungen läßt sich für Stauungskerne aus­ nutzen, welche den Zweck erfüllen, durch Aufstauen des an­ kommenden Gießgutes in dem Raum über dem Stauungskern eine Flotation zu ermöglichen, welche zur Folge hat, daß fremde Beimengungen im Gießgut nach oben geschwemmt und damit aus der eigentlichen Gießform ferngehalten werden. Aufgrund des horizontalen Einbaus der Stauungskerne können sich unter­ halb der Stege zwischen den einzelnen Durchlaßkanälen Luft­ blasen festsetzen, welche zu einer zusätzlichen Oxidation des Gießgutes führen. Zur Vermeidung dieses nachteiligen Effekts sieht die DE-PS 12 96 741 eine konkav gewölbte Un­ terseite des Stauungskerns vor, wodurch die Luftblasen zur Mitte des Stauungskerns geführt werden und dort durch einen Durchlaßkanal zur Oberseite des Stauungskerns durchtreten können. Da bei der Flotation die unterschiedlichen Grenz­ flächenspannungen von Feststoffen gegenüber Flüssigkeiten und Gasen dazu führen, daß sich von der Flüssigkeit nicht benetzte Partikel an Gasblasen anlagern und von diesen nach oben getragen werden, ist die Filterwirkung auf nicht be­ netzbare Partikel von geringer Größe beschränkt. An dieser selektiven Filterwirkung ändert auch eine von der DE- PS 12 96 741 vorgeschlagene Kombination eines Stauungskerns mit einem darunter angeordneten Kragenkern nichts. Der Kra­ genkern dient hauptsächlich seinem allgemeinen Zweck, den Materialquerschnitt an der Stelle einzuengen, an der das Gußstück in den Steigerkopf übergeht, so daß letzterer nach Erkalten des Gußstückes an der vorbestimmten Stelle leicht abgeschlagen werden kann. Durch die Einengung des Strö­ mungsquerschnitts entsteht zwischen den beiden Kernen ein zusätzlicher Stauungsraum, so daß auch hier eine Flotation auftreten kann. Benetzbare sowie größere und/oder schwerere Partikel lassen sich dagegen auch mit einer Kombination aus zwei übereinander angeordneten Kernen nicht aus der Schmelze herausfiltern.

Grundsätzlich sind die zu filternden Metallschmelzen prak­ tisch inkompressible Flüssigkeiten, bei denen das Produkt aus Querschnitt und Strömungsgeschwindigkeit als konstant unterstellt wird. Dabei bestimmt dieses Produkt das Gußvo­ lumen pro Zeiteinheit, die sogenannte Gießleistung, und so­ mit die zum Formfüllen erforderliche Zeit, die weitgehend in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Werkstoff vor­ gegeben ist. Soll eine bestimmte Gießleistung über die ganze Formfüllungszeit aufrechterhalten werden, ohne daß ein Teil der Schmelze am Einguß überläuft, so wird die Strömungsgeschwindigkeit in dem verengten Durchflußquer­ schnitt des Filters stark zunehmen und zwar in der Regel um mehr als das Doppelte gegenüber der Strömungsgeschwindig­ keit vor dem Filter. Diese Erhöhung der Strömungsgeschwin­ digkeit wirkt der Abscheidung von in der Schmelze enthalte­ nen feinst verteilten Verunreinigungen entgegen, und selbst abscheidungsfähige Partikel werden von der schnellen Strö­ mung teilweise wieder mitgerissen.

Auf diesen Erwägungen aufbauend ist es das Anliegen der Er­ findung, einen Filter zu schaffen, der unkompliziert im Aufbau ist und sich zur Filterung von Partikel mit unter­ schiedlichsten physikalischen und chemischen Eigenschaften eignet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß im oberen Bereich der einlaufseitigen Platte und im unteren Bereich der auslaufseitigen Platte Durchlaßöffnungen angeordnet sind und zwischen diesen Platten eine die Strömung beruhi­ gende Kammer vorgesehen ist, in der der Strom der Schmelze von oben nach unten umgelenkt ist. Die Erfindung geht hier­ bei von dem Grundgedanken aus, daß die Abscheidung von Ver­ unreinigungen aus einer metallischen Schmelze einen be­ stimmten Zeitfaktor erfordert, weshalb im Bereich der Fil­ tervorrichtung die Strömung der Schmelze durch Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit eine Beruhigung erfährt. Durch das Versetzen der eingangs- und aussgangsseitigen Durchlaß­ öffnungen gegeneinander erfährt die Strömung zudem eine Um­ lenkung, die die Abscheidungsvorgänge erheblich begünstigt.

Im Hinblick auf den Umstand, daß die abzuscheidenden Pro­ dukte in aller Regel einer Auftriebskraft unterliegen und in der Strömung unter bestimmten Bedingungen leicht auf­ steigen können, wird der Strom der Schmelze zwischen beiden Platten von oben nach unten umgelenkt. Durch die Ablenkung der Strömung nach unten wird ein Aufsteigen der Verunreini­ gungspartikel in der Schmelze nach oben begünstigt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Anord­ nung so zu gestalten, daß der Gesamtquerschnitt der Durch­ laßöffnungen der einlaufseitigen Platte größer ist als der­ jenige der auslaufseitigen Platte. Die Strömungsgeschwin­ digkeit wird also in der auslaufseitigen Platte erhöht.

Eine besonders praktische Lösung dieses Gedankens sieht die Erfindung darin, daß die Anzahl der Durchlaßöffnungen der einlaufseitigen Platte größer ist als diejenige der aus­ laufseitigen Platte. Eine andere Alternative besteht darin, Durchlaßöffnungen unterschiedlichen Durchmessers zu verwen­ den.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß wenigstens die eine Platte an die Plattenebene angewinkelte Randleisten auf­ weist, die als Abstandhalter gegenüber der anderen Platte dienen. Auf diese Weise werden zusätzliche Bauteile ent­ behrlich, die andernfalls zur Ausbildung der Beruhigungs­ kammer zwischen den beiden Platten erforderlich wären. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weisen beide Platten an die Plattenebene angewinkelte Randleisten auf, welche in Einbaustellung aneinander anliegen. Die Platten haben dann etwa die gleiche Grundform, und sie unterschei­ den sich vornehmlich durch die Anzahl der Durchlaßöffnungen sowie durch die versetzte Anordnung derselben.

Die Durchlaßöffnungen können aus fertigungstechnischen Gründen einen runden Querschnitt aufweisen. Man ist aller­ dings bemüht, die einzelnen Strömungsfäden von einem Drall freizuhalten, was insbesondere bei empfindlichen Gießwerk­ stoffen eine große Rolle spielt. Um mit Sicherheit einen möglichen Drall auszuschließen, können die Durchlaßöffnun­ gen einen dreieckigen oder auch mehreckigen Querschnitt aufweisen. Ein weiterer Vorteil des eckigen Querschnitts ist, daß in den Ecken der Durchlaßöffnungen die Strömungs­ geschwindigkeit reduziert ist, so daß sich in diesen Berei­ chen abgeschiedene Produkte ablagern können.

Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß der Quer­ schnitt der Beruhigungskammer etwa dem Strömungsquerschnitt des Gießkanals vor dem Filter entspricht. In der Beruhi­ gungskammer wird damit die Strömung nach dem Passieren der einlaufseitigen Filterplatte auf einen Wert verlangsamt, wie er vor dem Einlauf in den Filter herrscht. Dies führt zu dem Vorteil eines niedrigen Druckverlustes, was einem geringen Strömungsverlust gleichkommt, und einem besonders hohen Wirkungsgrad des Abscheidungsvorganges. Vorzugsweise ist der Strömungsquerschnitt der Beruhigungskammer minde­ stens doppelt so groß wie der Strömungsquerschnitt der ein­ laufseitigen Platte.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevor­ zugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die einlaufseitige Platte von ihrer stromabwärtigen Seite,

Fig. 2 die auslaufseitige Platte von der stromaufwärtigen Seite,

Fig. 3 einen Schnitt etwa nach Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt etwa nach Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 die Platten des Filters in Einbaustellung etwa im Schnitt nach Linie V-V in Fig. 6,

Fig. 6 die beiden Platten des Filters in Einbaustellung, von der der Trapezbasis benachbarten Seite aus be­ trachtet und

Fig. 7 u. 8 eine abgewandelte Ausführungsform in einer den Fig. 1 und 2 entsprechenden Darstellung.

Die beiden Platten 1 und 2 weisen ein identisches Profil von der Form eines an den beiden oberen Ecken abgeschrägten Rechtecks auf. Ihre Außenkontur entspricht damit den übli­ cherweise mit Trapezquerschnitt ausgeführten Läufen des Gießkanals. Die Platten 1 und 2 können allerdings jede an­ dere beliebige Formgebung erhalten. Die Filterplatte 1 ist der Einlaufseite in einem Gießkanal zugeordnet. Ihre strom­ aufwärtige Seite ist mit 3 bezeichnet. An zwei gegenüber­ liegenden Seiten weist sie je eine Randleiste 4 auf, die an die Ebene der Platte 1 angewinkelt ist. Die allgemeine Formgebung der auslaufseitigen Platte 2 entspricht völlig der Gestaltung der Platte 1. Bei dieser Platte 2 ist die stromabwärtige Seite mit 5 bezeichnet.

Die der Einlaufseite zugeordnete Platte 1 weist bei der wiedergegebenen Ausführungsform vier Reihen von Durchlauf­ öffnungen 6 mit zylindrischem Querschnitt auf. Dabei sind die Durchlaßöffnungen 6 der einzelnen Reihen jeweils auf Lücke übereinander angeordnet. Sie befinden sich etwa in der oberen Hälfte der Platte 1. Die Durchlaßöffnungen 6 der Platte 2 weisen gleichfalls einen zylindrischen Querschnitt auf, und sie sind bei der wiedergegebenen Ausführungsform in drei Reihen übereinander, jeweils auf Lücke, angeordnet, und zwar im Bereich der unteren Hälfte der Platte 2, also angrenzend an die Trapezbasis. Der Zusammenbau beider Plat­ ten 1 und 2 ergibt sich aus der Fig. 5, wobei die Flächen 3 und 5 jeweils nach außen weisen und die Randleisten 4 flä­ chig aneinander anliegen. Bei der durch die Pfeile 7 ange­ deuteten Strömungsrichtung tritt die Schmelze durch die im Kopf der Platte 1 angeordneten Durchlaßöffnungen 6 in eine Beruhigungskammer 8 ein, und sie verläßt diese durch die im unteren Teil der Platte 2 angeordneten Durchlaßöffnungen 6.

Hierbei wird die Strömungsrichtung sowohl beim Eintritt, als auch beim Austritt aus der Beruhigungskammer 8 etwa im rechten Winkel abgelenkt. Hierbei schwimmen die Verunreinigungen der Schmelze auf und lagern sich oberhalb der Schmelze innerhalb der Beruhigungskammern 8 ab.

Die Ausführungsform nach den Fig. 7 u. 8 zeichnet sich da­ durch aus, daß die Durchlaßöffnungen 6 einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, was einem Drall des die Durchlaßöff­ nungen 6 durchströmenden Fadens der Schmelze entgegenwirkt.

Die Befestigung der beiden Platten 1 und 2 im Gießkanal er­ folgt in üblicher und deshalb im einzelnen nicht wiederge­ gebener Weise in einer Aussparung der Wand, in die der Um­ fang der Platten 1 und 2 eingreift. Die Platten 1 und 2 be­ stehen vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff, was eine gute Formgebung und eine hohe Widerstandsfähigkeit ge­ währleistet.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Filtern von metallischen Schmelzen, bestehend aus einem beispielsweise aus Keramik gebil­ deten Körper mit einer Vielzahl von parallelen Durch­ laßöffnungen (6), wobei eine einlaufseitige Platte (1) und eine auslaufseitige Platte (2) in Strömungs­ richtung (7) der Schmelze und in Abstand hintereinan­ der angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (6) im oberen Bereich der einlauf­ seitigen Platte (1) und im unteren Bereich der aus­ laufseitigen Platte (2) angeordnet sind und zwischen diesen Platten (1, 2) eine die Strömung beruhigende Kammer (8) vorgesehen ist, in der der Strom der Schmelze von oben nach unten umgelenkt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der Durchlaßöffnungen (6) der einlaufseitigen Platte (1) größer ist als derje­ nige der auslaufseitigen Platte (2).

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Durchlaßöff­ nungen (6) der einlaufseitigen Platte (1) größer ist als diejenige der auslaufseitigen Platte (2).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine Platte (1, 2) an die Plattenebene angewinkelte Randleisten (4) auf­ weist, die als Abstandhalter gegenüber der anderen Platte (1, 2) dienen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Platten (1, 2) an die Plat­ tenebene angewinkelte Randleisten (4) aufweisen, die in Einbaustellung aneinander anliegen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (6) einen runden, dreieckigen oder mehreckigen Querschnitt auf­ weisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1, 2) eine dem Gieß­ kanal-Querschnitt entsprechende Kontur aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Beruhigungs­ kammer (8) etwa dem Querschnitt des Gießkanals vor dem Filter entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Beruhigungs­ kammer (8) etwa dem doppelten Wert des Strömungsquer­ schnitts der einlaufseitigen Platte (1) entspricht.