DE3609900C2

DE3609900C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall und Gerät hierfür

Info

Publication number: DE3609900C2
Application number: DE3609900A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Ouchi; Akio Sugino; Kazuo Sugaya; Kazuo Kimizima
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2006-03-25
Also published as: FI861318A; JPS61219451A; DE3609900A1; KR940003252B1; FI79959C; US4714104A; JPH0620618B2; FI79959B; KR860007050A; US4668288A; FI861318A0

Description

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

Es ist bevorzugt, daß ein geschmolzenes Metall einer Vakuumatmosphäre ausgesetzt wird, wenn ein solches Metall auf ein Material aufgebracht wird, um ein qualitativ gereinigtes Produkt zu erhalten, wobei Gase oder giftige Verunreinigungen aus dem geschmolzenen Metall ent 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 Aufbe wahrungstiegel zur Aufnahme desselben in einem Vakuum tank 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 geschmolzenes Metall wird aus einem Aufbe wahrungstiegel abgepumpt, um dasselbe in einer Vakuum kammer, die darüber vorgesehen ist, aufzunehmen.
(d) Ein geschmolzenes Metall wird in eine Saugleitung abgesaugt durch Einblasung von Argongas in dieses, wo durch das geschmolzene Metall kontinuierlich zirku liert.

Aus der DE-B 25 01 603 ist eine Einrichtung zur Vakuum behandlung flüssiger Metalle bekannt, mit der das Verfahren nach (c) ausgeführt werden kann. Das geschmolzene Metall wird aus einem Behälter in eine darüberliegende Vakuumkam mer gepumpt, in der es entgast wird, bevor es mittels einer elektro magnetischen Pumpe in die Gießform abgelassen wird.

Bei den zuvor zu den Punkten (a) bis (d) genannten Verfahren werden Gase oder giftige Verunreinigungen aus dem geschmol zenen Material entfernt, so daß sich beim Gießprozeß gereinigte Materialien ergeben.

Jedoch sollten die nachstehend aufgeführten Unzulänglich keiten bei den jeweiligen Verfahren (a) bis (d) ausgeschal tet werden:

(a) Der Aufbau des Gesamtsystems ist größer oder, bezogen auf seine Höhe, relativ groß.
(b) Die Struktur der Vakuumkammer insgesamt ist größer, und ein kontinuierlicher Prozeß ist re lativ 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 Vakuum kammer vorgesehen ist, so daß ein Fließen geschmolzenen Metalls nicht kontinuierlich ist, was bei einer Anwendung auf ein kontinuierliches Gießen Schwierigkeiten nach sich zieht.
(d) Das geschmolzene Metall nimmt in der Temperatur ab, wegen des Einblasens von Argongas.

Entsprechend ist es ein Ziel der hier beschriebenen Er findung, ein Verfahren und ein Gerät für ein kontinuier liches Gießen von Metall anzugeben, bei dem die Struktur für das gesamte System kleiner ist.

Es ist ein weiteres Ziel der hier beschriebenen Er findung, ein Verfahren und ein Gerät für ein konti nuierliches Gießen von Metall anzugeben, bei dem die Schwankung des geschmolzenen Metalls an der Ober fläche im wesentlichen verhindert ist.

Es ist ein nochmals weiteres Ziel der hier beschrie benen Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall anzugeben, bei dem die Temperatur des geschmolzenen Metalls auf einem vor 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 Vakuumkammern ausgestoßen wird, nach der Entgasung, wodurch die Schwankung des ge schmolzenen Metalls abnimmt, an der Oberfläche des selben, so daß eine Anwendung für ein kontinuier liches Gießen möglich wird.

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 be schriebenen Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Zeit, in der das Vakuum aufrechterhalten wird, und dem H₂-Gehalt erläutert; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Maß an Vakuum und dem H₂-Gehalt er läutert.

In Fig. 1 ist ein Vorratstiegel 3 zur Aufnahme von ge schmolzenem 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 auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, und mit einer Düse 7, die unterhalb des Absperrorgans 6 ange ordnet ist, um das geschmolzene Metall 1 von einem Bereich (tundish) 5 zu einer Form 8 zu liefern, um einen Block 11 herzustellen. Weiter sind Vakuument gasungsmittel 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 ver sehen, 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 Ven tile 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 vor bestimmten Niveau gehalten, durch die Induktionsherd stelle 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, wo durch es als Block 11 ausgebildet wird.

Gemäß der hier beschriebenen Erfindung wird insbe sondere ein Bereich des geschmolzenen Metalls 1 nach 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 aus der Vakuumkammer 92 durch die Öffnung des Ven tils 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 92 durch den Druck des In ertgases, 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 Vakuum kammern 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 96 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 ge schmolzenem Metall 1 wird in den Vakuumkammern 91 und 92 in Übereinstimmung mit dem Verhältnis zwischen dem Maß des Vakuums und dem Druck des Inertgases 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 auf weisen als es der Innendurchmesser der Kammern 91 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 Vakuumentgasungs mittel 9, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, einge baut 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 beschrie benen Art vorgesehen sind.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Beziehung zwischen dem H₂-Gehalt, der in dem sauerstofffreien Kupfer ent halten ist und dem Maß des Vakuums und der Verfahrens dauer in den Vakuumkammern, bei einem Vorgehen wie zuvor beschrieben. Das heißt, daß Fig. 2 die Be ziehung zwischen dem H₂-Gehalt und einer Vakuumver weilzeit 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 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 Vakuum verweilzeit 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 sauer stofffreiem 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 Vakuum kammern für den Chargenbetrieb (batch type of vacuum chambers) vorgesehen sind, bei dem zwei der Vakuumkammern je weils 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 Ober fläche des geschmolzenen Metalls im wesentlichen ver hindert, da zumindest zwei Vakuumkammern das ge schmolzene 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 ge ringfügigen 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 auf finden mag, der sich gut in der hier zugrundeliegenden Basistechnologie auskennt.

Bezugszeichenliste

  1 geschmolzenes Metall
  2 Einlaß
  3 Vorratstiegel
  4 Induktionsherdstelle
  5 Bereich
  6 Absperrungen
  7 Düse
  8 Form
10 Schmutzsammler
91 Vakuumkammer
92 Vakuumkammer
93 Öffnungen
94 Öffnungen
95 niederfrequente Induktionsspulen
96 niederfrequente Induktionsspulen
101 Ventile
102 Ventile
111 Ventile
112 Ventile

Claims

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 Ent gasung in einer Weise durchgeführt wird, daß zumindest zwei Vakuumkammern vorgesehen sind, in die das ge schmolzene 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 ge schmolzenen Metall zu vermischen, das in einem Vor ratsbehältnis enthalten ist, wodurch zumindest zwei Vakuumkammern das geschmolzene Metall abwechselnd ent gasen, 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 auf rechterhalten wird.

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

4. Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß zumindest zwei Vakuumkammern eingebaut wer den, 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 gekennzeich net, daß das geschmolzene Metall hochreines Kupfer oder Aluminium ist.

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

7. Gerät zum kontinuierlichen Gießen von Metall, gekenn zeichnet durch ein Vorratsbehältnis (3) zur Aufnahme von kontinuierlich zugeliefertem geschmolzenen Metall, das in eine Form zu vergießen ist, und durch Vakuum entgasungsmittel, die aus mindestens zwei Entgasungs kammern (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 die andere der zwei Entgasungskammern das geschmolzene Metall abgibt.

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

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

10. Gerät für ein kontinuierliches Gießen von Metall nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich net, daß zumindest zwei Entgasungskammern (91, 92) jeweils verbunden sind mit einem Vorrat an Inertgas und daß das Inertgas in diese zumindest zwei Ent gasungskammern (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 gekennzeich net, 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.