DE3610497A1 - Giessvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen in Gießformen.

Das Vergießen von Metallschmelzen erfolgt aus Gießpfannen, beispielsweise Stopfenpfannen, in welche die im Ofen erschmolzene Metallschmelze gegebenenfalls nach metallurgischer Behandlung eingebracht worden ist, indem die Gießöffnung der Gießpfanne über den Einguß der Gießform gestellt wird. Gleichzeitig werden in heutiger Zeit immer höhere Qualitätsanforderungen an die Gußstücke gestellt, die teilweise nur durch eine sekundärmetallurgische Behandlung der Rohschmelze unter Vakuum zu erfüllen sind.

Bekannte Gießvorrichtungen tragen diesem letztgenannten Umstand keine Rechnung, da auch nach einer Vakuumbehandlung der Schmelze in einem Reaktorgefäß das Eingießen in die Formen unter Umgebungsatmosphäre erfolgt, wodurch die Schmelze wiederum Sauerstoffkontakt hat und eine möglicherweise unerwünschte Oxidation der Schmelzebestand­ teile eintritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gießvorrichtung derart zu verbessern, daß ein Sauer­ stoffkontakt der Schmelze beim Gießen weitgehend aus­ schließbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung vorangestellt sind; die Lösung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Gießform, sei es im Form- oder im sogenannten Block­ guß, in eine evakuierte Kammer eingestellt und daß der Gießvorgang als solcher unter Vakuum durchgeführt wird. Hierzu ist es erforderlich, daß die Gießformen selbst aus einem kompakten Material, beim Formguß insbesondere aus Keramik oder einem sonstigen, kunstharzgebundenen Material, bestehen, da eine Form mit stark gasdurchlässigen und daher zumindest luftgefüllten Poren beim Aufbau des Vakuums im Gießhaus zerstört würde.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß der Gießstrahl bei Eintritt in das beim Vergießen unter Vakuum stehende Gießhaus schlagartig entgast wird, wobei sich die Entgasung selbst in der ebenfalls evakuierten Gießform beispielsweise über die vorgesehenen Steiger fortsetzt. Auf diese Weise bleibt die Legierung in ihrer Zusammensetzung ohne eine Veränderung beim Gießvorgang erhalten.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist auf dem Deckel des Gießhauses ein der Abmessung und der Form der Gießpfanne angepaßter Unterkasten für die Gieß­ pfanne angebracht, auf dem die Gießpfanne aufsetzbar ist. Abgesehen von der Möglichkeit, wonach das Gießhaus zum Aufbau des Vakuums gegen diesen Unterkasten durch ein beispielsweise aus einem Legierungszusatz bestehendes Blech getrennt ist, welches durch den Gießstrahl auf­ schweißbar ist, kann auch vorgesehen sein, den gesamten, auf dem Deckel befindlichen Unterkasten als Teil des Gießhauses zu evakuieren, womit auch der Vorteil verbunden ist, daß der Weg des Gießstrahls im Vakuum und damit dessen Einwirkungszeit vergrößert ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, die Gießpfanne zur Verbesserung der sekundärmetallurgischen Arbeit selbst unter Vakuum zu stellen, indem die Pfanne mit einem vakuumdichten Deckel versehen wird. Die auf diese Weise vakuumdicht gestaltete Pfanne, welche mit einem Schieberverschluß zum öffnenbaren Verschließen ihrer Gießöffnung im Pfannenboden versehen ist, ist nun an Stelle des abnehmbaren Deckels des Gieß­ hauses vakuumdicht auf den evakuierbaren Gießkasten gesetzt, so daß der aus der Pfanne gerichtete Gießstrahl nach der Vakuumbehandlung der Schmelze in der Pfanne nun auch unter Vakuum ohne jeden Sauerstoffkontakt in den Einguß der Gießform eintreten kann. Der unter dem gleichen Vakuum wie die Gießpfanne selbst stehende Gieß­ kasten hat die vorteilhafte Wirkung, daß so die Gieß­ pfanne im Bereich ihres Gießöffnungsverschlusses gegen Undichtigkeiten geschützt ist, da während der Prozeß­ führung im Gießkasten vorzugsweise ein Vakuum gleicher Größenordnung herrscht wie in der Gießpfanne.

Über das Vergießen der Schmelze unter Vakuum hinaus ist mit dem vorgenannten Ausführungsbeispiel der Erfindung als vollständigem Vakuumverfahren der Vorteil verbunden, daß nunmehr auch Schmelzen von kleinerer Charge, vorzugs­ weise kleiner 15 Tonnen, in wirtschaftlicher Weise derart sekundärmetallurgisch nachbehandelt werden können, daß sich schon in diesem Bereich Werkstoff­ qualitäten erzielen lassen, die im Ergebnis denjenigen von Großverfahren einer Vakuumbehandlung der Schmelze gleichstehen. Dabei ergibt sich durch die vollständige Einhausung der Schmelze in der mit einem feuerfest aus­ gemauerten Deckel verschlossenen Gießpfanne eine derartige Senkung der Temperaturverlust-Rate, auch unterstützt durch das die Schmelze umgebende Vakuum, daß der Wärme­ haushalt der Schmelze bei Pfanneninhalten kleiner 15 Tonnen nicht durch Heizung nachgebessert werden muß, wie dies ansonsten bei derart kleinen Schmelzen für die Durch­ führung der Sekundärmetallurgie der Fall ist. Bei einem Pfanneninhalt kleiner 5 Tonnen kann sich dabei allerdings eine geeignete Heizung als zweckmäßig erweisen. Ferner ist auch das erforderliche Unterdruck-Volumen durch die Eindeckelung der Gießpfanne selbst gering gehalten.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Gießpfanne als sekundärmetallurgischer Reaktor zusätzlich zu dem Abguß im Vakuum können nun Prozeßabläufe aus dem Schmelz­ ofen unmittelbar in die Gießpfanne verlegt werden, wodurch der Schmelzofen in vorteilhafter Weise entlastet und gleichzeitig die Ergebnisse der Prozeßabläufe im Hinblick auf die Werkstoffqualitäten verbessert werden. Dies bedeutet, daß aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Gießpfanne als Reaktionsgefäß für die metallurgische Nachbehandlung auf einen sonst denkbaren Konverter verzichtet werden kann, wobei gemeinsam mit der er­ findungsgemäßen Gießvorrichtung der Vorteil hinzutritt, daß die Schmelze nach ihrer Vakuumbehandlung nun auch unmittelbar unter Vakuum vergossen wird.

Da die Gießpfanne infolge der erfindungsgemäßen Abdichtung allgemein als druckdicht anzusehen ist, wird dadurch in vorteilhafter Weise auch eine Behandlung der Schmelze unter Überdruck ermöglicht, beispielsweise durch eine entsprechend starke Gasspülung. Hierzu kann vorgesehen sein, daß der Ansaugstutzen des Deckels für die Evakuier­ leitung mit einem grobporigen keramischen Stein verschließ­ bar ist, der als Rückschlagventil für das in die druckdicht verschlossene Pfanne eingepreßte Spülungsmedium wirkt. Soll dann ohne Sauerstoffkontakt eine unter Überdruck sekundärmetallurgisch behandelte Schmelze vergossen werden, so ist vorher der Gießkasten unter entsprechendes Vakuum zu stellen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Gießhaus beziehungsweise der Gießkasten nicht auf eine Gießform beschränkt. Vielmehr ist von der Erfindung ebenso erfaßt die Anordnung von mehreren, dem Fassungsvermögen der verwendeten Gießpfanne zusammen entsprechenden Gießformen, die auf einer geeigneten Transporteinrichtung innerhalb des evakuierten Gießraumes unter der Gießöffnung der Pfanne herführbar sind.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein evakuierbares Gießhaus in einer geschnittenen Vorderansicht,

Fig. 2 eine Gießpfanne kombiniert mit Gießkasten in einer schematischen Darstellung.

Ein Gießhaus 10 besteht aus einem kastenartigen Unter­ bau 11 und einem abnehmbaren Deckel 12, der über eine Flanschdichtung 13 vakuumdicht mit dem Unterbau 11 verbunden ist. Der Unterbau 11 weist in einem Teilbereich eine größere Höhe auf, die durch vorsprunghafte Erstreckung des Unterbaus 11 in das Fundament sichergestellt ist. So ist die Möglichkeit gegeben, in diesem Bereich mit der größeren Höhe eine Kokille zum Blockguß unter Vakuum einzustellen.

In dem Deckel 12 ist eine Schleuse 14 für den Gießstrahl angeordnet, die aus einem Blech 22, vorzugsweise bestehend aus einem einkalkulierten Legierungszusatz, besteht, welches der Gießstrahl beim Auftreffen aufschneidet. Auf dem Deckel 12 ist vakuumdicht ein kastenartiges Gestell 15 zum Absetzen einer Gießpfanne 16 angeordnet, die mit dem Deckelkasten 15 ebenfalls vakuumdicht verbindbar ist. Die Gießpfanne 16 weist eine Gießöffnung 17 auf, die mittels einer Stopfenstange 18 verschlossen ist.

Vom Gießkasten 11 wegführend ist ein Absaugstutzen 19 angeordnet, der mit einer nicht dargestellten Vakuum­ pumpe zur Erzeugung des entsprechenden Vakuums verbunden ist. Ferner ist im Inneren des Unterkastens eine Gießform 20 vorzugsweise aus Keramik angedeutet, die mit einem Eingußtrichter 21 unter der Schleuse 14 des Deckels 12 steht.

Wie sich aus der Fig. 1 ohne weiteres ergibt, wird nun vor Beginn des Gießvorganges das Gießhaus 10 über den Ansaugstutzen 19 unter Vakuum gesetzt, wobei beim Aufbau des Vakuums das Blech 22 die Dichtigkeit gegenüber der Gießpfanne herstellt. Nach Öffnen der Stopfenstange 18 durchschneidet der Gießstrahl das Blech 22, wobei das dadurch abfallende Vakuum schnell durch entsprechende Pumpenleistung wieder aufgebaut wird. Nach einem anderen Ausführungsbeispiel entfällt das Blech 22 und statt­ dessen wird das kastenartige Gestell 15 in das Gießhaus 10 mit Ausbildung eines entsprechenden Vakuums einbezogen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich kann auch vorgesehen sein, die Gießpfanne 16 durch Aufsetzen eines abdichtenden Deckels 25 vakuumdicht auszubilden, wobei am Deckel 25 ein Absaugstutzen 26 als Verbindung zu einer Vakuumpumpe 27 angeschlagen ist. Um Undichtigkeiten im Bereich der nun mit einem Schieberverschluß 28 regel­ baren Gießöffnung 17 zu vermeiden, ist die Gießpfanne 16 nun unmittelbar anstelle des Gießhausdeckels auf den Gießkasten 11 dichtend aufgesetzt, der ebenfalls wie die nun als Reaktorpfanne für die sekundärmetallurgische Behandlung der Schmelze wirkende Gießpfanne 16 unter Vakuum steht, so daß im Prozeßverlauf kein Druckunter­ schied zwischen Gießkasten 11 und Pfanne 16 besteht.

Im Gießkasten 11 ist nun wenigstens eine Gießform 20 unter dem Schieberverschluß 28 der Gießpfanne 16 so angeordnet, daß nach Betätigen des Schieberverschlusses der Gießstrahl unter Vakuum unmittelbar in den Einguß­ trichter 21 der Form 20 eintreten kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentan­ sprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offen­ barten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen in Gießformen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gieß­ form (20) in einer evakuierbaren Einhausung (10) eingestellt ist, und aus einem gasdichten Material besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (20) aus Keramik oder einem sonstigen kunstharzgebundenen Formmaterial besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (20) aus einer an sich bekannten Kokillenform besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießhaus (10) aus einem Unter­ kasten (11) und einem darauf vakuumdicht aufgesetzten, abnehmbaren Deckel (12) besteht, in dem eine vakuumdichte Gießschleuse (14) zur Hindurchführung des Gieß­ strahls ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießschleuse aus einem die Durchtrittsöffnung für den Gießstrahl abdeckenden Blech (22) aus einem Legierungszusatz besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleuse vakuumdicht auf dem Deckel (12) ein kastenartiges Untergestell (15) für das dichtende Aufsetzen einer Gießpfanne (16) ausgebildet ist, welches als Teil des Gießhauses (10) evakuierbar ist.

7. Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar auf den Gießkasten (11) vakuumdicht eine Gießpfanne (16) aufgesetzt ist, die ihrerseits mit einem Deckel (25) vakuumdicht verschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießpfanne (16) mit einem an sich bekannten Schieberverschluß (28) versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gießkasten (11) mehrere Gießformen (20) auf einem Gießwagen angeordnet sind, welche durch Nachrücken in Anpassung an die Chargengröße der Gießpfanne (16) ausgießbar sind.