DE3609900A1

DE3609900A1 - Verfahren zum kontinuierlichen giessen eines metalls und geraet zum kontinuierlichen giessen des metalls

Info

Publication number: DE3609900A1
Application number: DE19863609900
Authority: DE
Inventors: Kazuo Tsuchiura Ibaraki Kimizima; Yutaka Ouchi; Kazuo Sugaya; Akio Sugino
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1986-11-06
Anticipated expiration: 2006-03-25
Also published as: DE3609900C2; US4668288A; US4714104A; JPH0620618B2; FI79959B; KR860007050A; FI79959C; FI861318A0; JPS61219451A; KR940003252B1; FI861318A

Description

HITACHI CABLE, LTD., 1-2, Marunouchi 2-chome, Chiyodaku, Tokyo, Japan

Verfahren zum kontinuierlichen Gießen eines Metalls und Gerät zum kontinuierlichen Gießen des Metalls

Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall und ein Gerät zum kontinuierlichen Gießen eines Metalls, in dem der Reinigungseffekt eines geschmolzenen Metalls verbessert ist.

Es ist bevorzugt, daß ein geschmolzenes Metall einer Vakuumatmosphäre ausgesetzt wird, wenn ein solches Metall auf ein Material aufgebracht wird für ein qualitätsmäßig gereinigtes Produkt, wobei Gase oder giftige Unreinheiten in dem geschmolzenen Metall ent-

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BOEHMERT & BOEHMERX

fernt werden.

Die folgenden Verfahren sind schon zur Entgasung eines geschmolzenen Metalls im Stand der Technik angewandt worden:

(a) Ein geschmolzenes Metall wird aus einem Aufbewahrungstiegel zur Aufnahme desselben in einem Vakuumtank herabgelassen, der darunter positioniert ist.

(b) Die Oberfläche eines geschmolzenen Metalls wird in einem Aufbewahrungstiegel der Umgebung ausgesetzt, um diese der darüber vorgesehenen Vakuumatmosphäre anzupassen.

(c) Ein aeschmolzenes Metall wird aus einem Aufbewahrungstiegel abgepumpt, um dasselbe in einer Vakuumkammer, die darüber vorgesehen ist, aufzunehmen.

(d) Ein geschmolzenes Metall wird in eine Saugleitung abgesaugt durch Einblasung von Argongas in dieses, wodurch das geschmolzene Metall kontinuierlich zirkuliert.

Bei den zuvor zu den Punkten (a) bis (d) erwähnten Verfahren werden die Gase oder giftigen Unreinheiten aus dem geschmolzenen Metall entfernt, um gereinigte Materialien zu ergeben beim Prozeß des Gießens von Metallen.

Jedoch sollten die nachstehend aufgeführten Unzulänglichkeiten in den jeweiligen Verfahren (a) bis (d) gelöst werden:

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(a) Die Struktur für das gesamte System ist größer oder relativ groß in Bezug auf ihre Höhe.

(b) Die Struktur für eine Vakuumkammer ist größer als die Gesamtheit und ein kontinuierlicher Prozeß ist relativ schwer durchzuführen, da der Aufbewahrungstiegel als Bad für das geschmolzene Metall verwendet wird.

(c) Eine Schwankung des geschmolzenen Metalls an der Oberfläche ist bemerkbar, da eine einzelne Vakuumkammer vorgesehen ist, so daß ein Fließen geschmolzenen Metalls nicht kontinuierlich ist, was sich in einer Schwierigkeit bei einer Anwendung desselben auf ein kontinuierliches Gießen auswirkt.

(d) Das geschmolzene Metall nimmt in der Temperatur ab, wegen des Einblasens von Argongas.

μ- Entsprechend ist es ein Ziel der hier beschriebenen Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall anzugeben, bei dem die Struktur für das gesamte System kleiner ist.

Es ist ein weiteres Ziel der hier beschriebenen Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall anzugeben, bei dem die Schwankung des geschmolzenen Metalls an der Oberfläche im wesentlichen verhindert ist.

Es ist ein nochmals weiteres Ziel der hier beschriebenen Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall anzugeben, bei dem die Temperatur des geschmolzenen Metalls auf einem vor-

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bestimmten Niveau gehalten wird.

Demgemäß ist gemäß der hier beschriebenen Erfindung ein Verfahren und ein Gerät für ein kontinuierliches Vergießen von Metall angegeben, bei dem zumindest zwei Vakuumkammern vorgesehen sind, in die geschmolzenes Metall hinaufgepumpt wird/ in eine der Vakuumkammern für eine Entgasung, während das geschmolzene Metall aus der anderen der Vakuumkammerη ausgestoßen wird, nach der Entgasung, wodurch die Schwankung des geschmolzenen Metalls abnimmt, an der Oberfläche desselben, um so zu einer Anwendung für ein kontinuierliches Gießen zu kommen.

Nachstehend wird die hier beschriebene Erfindung noch im einzelnen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert, auf der zeigt:

Fig. 1 eine erläuternde Darstellung einer Ausführungsform gemäß der hier beschriebenen Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Zeit, in der das Vakuum aufrechterhalten wird, und dem H^-Gehalt erläutert; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Maß an Vakuum und dem EU-Gehalt erläutert .

In Fig. 1 ist ein Vorratstiegel 3 zur Aufnahme von geschmolzenem Metall 1 durch einen Einlaß 2 vorgesehen, versorgt von einem (nicht dargestellten) Schmelztiegel,

Der Vorratstiegel 3 ist mit einer Induktionsherdstelle 4 versehen, um die Temperatur des geschmolzenen Metalles 1 auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, und mit einer Düse 7, die unterhalb des Absperrorgans 6 angeordnet ist, um das geschmolzene Metall 1 von einem Bereich (tundish) 5 zu einer Form 8 zu liefern, um einen Block 11 herzustellen. Weiter sind Vakuumentgasungsmittel 9 vorgesehen, die aus zwei Vakuumkammern 91 und 92 bestehen, die in dem gleichen horizontalen Niveau über dem Vorratstiegel 3 angeordnet sind. Die Vakuumkammern 91 und 92 sind aus feuerfestem Material hergestellt und jeweils mit öffnungen 93 und 94 versehen, und mit niederfrequenten Induktionsspulen 95 und 96, die am äußeren Umfang angeordnet sind. Weiter sind die Vakuumkammern 91 und 92 jeweils über Ventile 101, 102 mit Vakuumausgangsmitteln wie einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe verbunden, und durch Ventile 111, 112 mit einem Inertgasvorrat wie Argon oder Helium. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet hier einen Schmutzsammler.

Beim Betrieb der kontinuierlichen Vergießung wird das geschmolzene Metall 1 durch den Einlaß 2 in eine geschlossene Ausführung des Vorratstiegels 3 geleitet und darin bei der Temperatur desselben auf einem vorbestimmten Niveau gehalten, durch die Induktionsherdstelle 4. Danach wird das geschmolzene Metall 1 durch die Düse 7 aus dem Bereich 5 zu der Form 8 geleitet, ohne daß es unmittelbar der Luft ausgesetzt wird, wodurch es als Block 11 ausgebildet wird.

Gemäß der hier beschriebenen Erfindung wird insbesondere ein Bereich des geschmolzenen Metalls 1 nach

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oben in die Vakuumkammer 91 gepumpt, durch die öffnung des Ventils 101 und die Schließung des Ventils 102, während ein anderer Bereich des geschmolzenen Metalls 1 aus der Vakuumkammer 92 durch die öffnung des Ventils 112 und die Schließung des Ventils 111 ausgestoßen wird, worin eine Entgasung in der Vakuumkammer 91 durchgeführt wird, während das gereinigte geschmolzene Metall aus der Vakuumkammer 9 2 durch den Druck des Inertgases, das durch die Öffnung des Ventils 112 von dem Inertgasvorrat geliefert wird, hinausgepumpt wird. Ein solches Entgasungsverfahren für das geschmolzene Metall 1 wird abwechselnd in Intervallen von einer vorbestimmten Zeit wiederholt, zwischen den Vakuumkammern 91 und 92, durch öffnung und Schließung der Steuerung der Ventile 101, 102, 111 und 112. In einem solchen Verfahren wird das geschmolzene Metall 1 durch niederfrequente Induktionsspulen 95 und erhitzt und durch elektromagnetische Kräfte gerührt, wodurch es auf der Temperatur derselben gehalten wird, in einem vorbestimmten Niveau und vorangebracht wird in Bezug auf die Entgasung.

In der Vakuumkammer 91 wird das geschmolzene Metall 1 für eine bestimmte Zeit gehalten, bspw. zwei Minuten, nachdem das Maß des Vakuums darin ein vorbestimmtes Niveau erreicht, bspw. 0,5 Torr. Der Betrag von geschmolzenem Metall 1 wird in den Vakuumkammern 91 und 92 in Übereinstimmung mit dem Verhältnis zwischen dem Maß des Vakuums und dem Druck des Inertaases eingestellt. Um die Einstellung des geschmolzenen Metalls 1 zu erleichtern ist bevorzugt, daß die Öffnungen 93 und 94 schlitz- oder bohrungsartige Öffnungen sind, die einen kleineren Durchmesser aufweisen als es der Innendurchmesser der Kammern 91

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und 92 ist.

So wird eine Bewegung in der Oberfläche des geschmolzenen Metalls 1 in dem Bereich 5 verhindert.

Eine Mehrzahl solcher Vakuumkammern kann vorgesehen sein anstelle der zwei Vakuumkammern 91 und 92. Statt dessen kann aber auch eine einzelne Vakuumkammer aufgeteilt werden, um eine Mehrzahl von getrennten Vakuumbereichen zu ergeben.

Ein kontinuierliches Vergießen von sauerstofffreiem Kupfer ist in einem Gerät gemäß der hier beschriebenen Erfindung durchgeführt worden, bei dem Vakuumentgasungsmittel 9, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, eingebaut waren, über einem Vorratstiegel 3 der geschlossenen Art. Dabei ist die Vergießung von sauerstofffreiem Kupfer durchgeführt worden ohne Schwierigkeiten in der gleichen Weise wie bei einem herkömmlichen Gerät, bei dem keine Vakuumentgasungsmittel in der zuvor beschriebenen Art vorgesehen sind.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Beziehung zwischen dem H₂-Gehalt, der in dem sauerstofffreien Kupfer enthalten ist und dem Maß des Vakuums und der Verfahrensdauer in den Vakuumkammern, bei einem Vorgehen wie zuvor beschrieben. Das heißt, daß Fig. 2 die Beziehung zwischen dem H₂-Gehalt und einer Vakuumverweilzeit bei einem Vakuumgrad von 0,5 Torr zeigt, und daß Fig. 3 eine Beziehung zwischen dem H₂~Gehalt und dem Maß des Vakuums zeigt, das in den Vakuumkammern erreicht ist bei einer Vakuumverweilzeit von fünf Minuten. Wie in den Fig. 2 und 3 erläutert ist, ist die Verfahrensdauer ausreichend mit mehr als einer

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Minute bei einem Vakuummaß von 0,5 Torr, während das Vakuummaß, das erreicht werden muß in den Vakuumkammern, ausreichend ist mit mehr als 0,9 Torr, wenn die Vakuumverweilzeit fünf Minuten beträgt.

Bei der zuvor erwähnten bevorzugten Ausführungsform ist zu verstehen, daß der Vorteil des Entgasens sich in einem hochreinen Kupfer auswirkt, bspw. bei sauerstoff freiem Kupfer. Jedoch kann die hier beschriebene Erfindung auch bei anderen Metallen angewendet werden, bspw. bei hochreinem Aluminium, in dem giftige Gase eingeschlossen sind.

Weiterhin kann die hier beschriebene Erfindung auch bei einem Gerät angewendet werden, bei der Vakuumkammern des Postenart (batch type of vacuum chambers) vorgesehen sind, bei dem zwei der Vakuumkammern jeweils abwechselnd im Druck herabgesetzt werden, um die Entgasungszeit zu verkürzen.

Weiterhin können die Entgasungs-Vakuumkammern, wenn die Entgasungs-Vakuumkammern abnehmbar und transportabel sind, nur dann eingebaut werden, wenn im Hinblick auf die Qualität eine Entgasung gefordert ist.

Wie zuvor erläutert, wird eine Schwankung in der Oberfläche des geschmolzenen Metalls im wesentlichen verhindert, da zumindest zwei Vakuumkammern das geschmolzene Metall abwechselnd entgasen, wodurch eine Einstellung der Zulieferung des geschmolzenen Metalls bei einem Gußverschluß leicht wird und ein metallisches Material, das gereinigte Qualität erfordert, leicht verfahrensmäßig durchgesetzt werden kann, in einem

kontinuierlichen Gießgerät.

Zusätzlich kann die hier beschriebene Erfindung bei herkömmlichen Gießgeräten angewendet werden, ohne jegliche Änderungen in der Konstruktion oder mit geringfügigen Modifikationen derselben, wodurch ein Anstieg von zusätzlichen Kosten verhindert ist.

Wenn auch die hier beschriebene Erfindung mit Bezug auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben worden ist, zur Vollständigkeit und im Hinblick auf eine klare Offenbarung, sind doch die beigefügten Ansprüche nicht darauf begrenzt, sondern sind so gehalten, daß sie alle Abänderungen und alternativen Konstruktionen einschließen, die ein Fachmann auffinden mag, der sich gut in der hier zugrundeliegenden Basistechnologie auskennt.

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Claims

BOEHMERT & BOEHME.RT, HXM Ansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall, gekennzeichnet durch: Entgasen von geschmolzenem Metall und Vergießen von geschmolzenem Metall einschließlich des entgasten geschmolzenen Metalls durch Einführung des geschmolzenen Metalls in eine Form, wobei die Entgasung in einer Weise durchgeführt wird, daß zumindest zwei Vakuumkammern vorgesehen sind, in die das geschmolzene Metall hinaufgepumpt wird, in eine der Vakuumkammern, um einen Vakuumprozeß zu erreichen, während das geschmolzene Metall von der anderen der Vakuumkammern ausgestoßen wird, um es mit dem geschmolzenen Metall zu vermischen, das in einem Vorratsbehältnis enthalten ist, wodurch zumindest zwei Vakuumkammern das geschmolzene Metall abwechselnd entgasen, in vorherbestimmten Zeitintervallen.

2. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des geschmolzenen Metalls in den zumindest zwei Vakuumkammern durch Induktionserhitzung aufrechterhalten wird.

3. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Inertgas in die zumindest zwei Vakuumkammern eingeführt wird, von denen das geschmolzene Metall ausgestoßen wird.

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4. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Vakuumkammerη eingebaut werden, über einem Vorratsbehältnis der geschlossenen Art, wodurch die Entgasung durchgeführt wird ohne daß das geschmolzene Metall unmittelbar der Luft ausgesetzt wird.

5. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall hochreines Kupfer oder Aluminium ist.

6. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall dem Entgasungsprozeß bei einem Vakuummaß von weniger als 0,9 Torr ausgesetzt wird und die Vakuumverweilzeit mehr als eine Minute beträgt.

7. Gerät zum kontinuierlichen Gießen von Metall, gekennzeichnet durch ein Vorratsbehältnis (3) zur Aufnahme von kontinuierlich zugeliefertem geschmolzenen Metall, das in eine Form zu vergießen ist, und durch Vakuumentgasungsmittel, die aus mindestens zwei Entgasungskammern (91, 92) bestehen, die jeweils mit Öffnungen (93, 94) versehen sind, die in das geschmolzene Metall des Behältnisses eingetaucht sind, um das geschmolzene Metall aufzunehmen und abzugeben,

weiter dadurch, daß zumindest zwei Entgasungskammern so betrieben werden, daß eine der zwei Entgasungskammern (91, 92) das geschmolzene Metall (1) enthält, während

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die andere der zwei Entgasungskammern das geschmolzene Metall abgibt.

8. Gerät zum kontinuierlichen Gießen von Metall nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsbehältnis (3) ein solches der geschlossenen Art ist.

9. Gerät zum kontinuierlichen Gießen eines Metalls nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Entgasungskammern (91, 92) vorgesehen sind, mit Induktionsspulen (95, 96) am Umfang derselben.

10. Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Entgasungskammern (91, 92) jeweils verbunden sind mit einem Vorrat an Inertgas und daß das Inertgas in diese zumindest zwei Entgasungskammern (91, 92) eingeführt wird, für eine Ausgasung des geschmolzenen Metalls.

11. Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Entgasungskammern (91 , 92) vorgesehen sind mit Öffnungen (93, 94), die jeweils einen schmaleren Durchmesser aufweisen als es der innere Durchmesser der zumindest zwei Vorratskammern ist.