DE3700107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Gießen von metallischem Schmelzen mit einem Filter aus keramischem Material dessen Eintrittsöffnung etwa parallel zur allge­ meinen Strömungsrichtung im Gießkanal liegt und an deren stromabwärtigem Ende eine Prallwand angeordnet ist.

Filterkörper bestehen im allgemeinen aus keramischem Werk­ stoff. Sie sind in den Strömungsweg der Schmelze eingebaut, um von dieser mitgeführte Verunreinigungen abzuscheiden. Diese rühren aus Schlackenresten, Reaktionsprodukten von metallurgischen Behandlungen der Schmelze, nichtmetalli­ schen Oxiden, Losspülungen aus dem Formstoff, Rückständen aus mit der Schmelze in Berührung kommenden Gefäßen und Impfvorgängen her. Das Maß an Verunreinigungen bestimmt die Ausschußquote und damit maßgeblich die Herstellungskosten der Gußstücke. Besondere Bedeutung kommt diesem Problem bei mechanisierten Formanlagen zu, bei denen man aus Kosten­ gründen mehr und mehr zu größeren Formaten des Formkastens übergeht, um die Investitionskosten der Gießanlage zu ver­ mindern. Das Bestreben richtet sich darauf, die Grundfläche des Formkastens mit möglichst vielen Gußstücken zu nutzen. Man bemüht sich, das gesamte Gießsystem einschließlich der Speiser möglichst in die Höhe zu verlegen, um die Grundflä­ che des Formkastens so gering wie möglich zu beanspruchen. Dies verlangt allerdings eine besondere Ausgestaltung des Eingußsystems, für welche man bevorzugt das sogenannte Oberlaufgießen mit dessen verschiedenen Varianten anwendet. Bei diesen Systemen erweist sich allerdings der Einbau von Filtern in den Schmelzfluß als unerläßlich, um die die Fremdpartikel in Form einer Suspension enthaltende Schmelze von diesen störenden Fremdkörpern zu befreien und damit die Ausschußquote wirksam zu verringern bzw. Nachbearbeitungen zu vermeiden.

Bevorzugt wurden bisher Filter in das Laufsystem des Gieß­ kanals eingebaut, um dadurch auch Verunreinigungen gering­ ster Größe noch wirksam zu erfassen. Bekannt geworden sind eine offenporige Schaumstruktur aufweisende Filterkörper, 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 innerhalb des Filters die Fließ­ richtung der Schmelze und deren Strömungsgeschwindigkeit verändert, andererseits aber die Strömungsverhältnisse insgesamt unberechenbar beeinflußt, so daß die zu erwar­ tenden Strömungsverluste und die Verlängerung der Gießzeit nicht mehr bestimmbar waren. Gerade der Einhaltung einer bestimmten Gießzeit kommt jedoch beispielsweise bei der Herstellung dünnwandiger Gußstücke eine besondere Bedeutung zu, um Fehlgüssen durch Nichtauslaufen oder Kaltschweißen vorzubeugen.

Alle bisher bekannten Filterplatten mit den verschiedensten Bohrungsquerschnitten, die die Strömung der Schmelze nicht umlenken, haben sich als problematisch erwiesen, um die in der Schmelze verteilten nichtmetallischen Fremdpartikel wirksam und vollständig auszuscheiden. Es hat sich darüber hinaus gezeigt, daß die Strömungsgeschwindigkeit in dem verengten Durchflußquerschnitt eines Filters stark zunimmt und dadurch die in der Schmelze enthaltenen feinst verteil­ ten Verunreinigungen mitreißt. Es erweist sich deshalb, daß außer der mechanischen Filterwirkung noch weitere Einwir­ kungen auf die Schmelze erwünscht sind, um ein Höchstmaß an Reinigungswirkung herbeizuführen. Ein hierzu bestimmter Filter soll ebenso einfach wie unkompliziert im Aufbau sein. Eine vorbekannte Vorrichtung (DE-OS 35 09 113) geht davon aus, zwei Platten in Strömungsrichtung und in Abstand hintereinander anzuordnen, deren Durchtrittsbohrungen ge­ geneinander versetzt sind und zwischen denen eine die Strömung beruhigende Kammer vorgesehen ist. Trotz der ein­ drucksvollen Wirksamkeit dieser Maßnahme ist sie nicht für alle Anwendungsfälle geeignet.

Bekannte Anordnungen der eingangs genannten Art (US-PS 40 52 198, DE-OS 28 48 005) sind mit einem Filterkörper versehen, dessen Eintrittsöffnung oder Eintrittsseite pa­ rallel zur allgemeinen Strömungsrichtung verläuft. Die Ein­ trittsöffnungsseite des Filterkörpers liegt jeweils in der Flucht der Wandung des Gießkanals. Der Strom der Schmelze wird ungehindert bis in den Bereich des Filterkörpers ge­ führt. Erst am stromabwärtigen Ende der Filter-Eintritts­ öffnung wird er von einer Prallwand aufgehalten und gezwun­ gen, in die Filteröffnungen einzutreten. Die aus den beiden Fundstellen bekannten Anordnungen bedürfen aber einer Aus­ kröpfung des Gießkanals, um den Durchtritt der Schmelze durch den Filterkörper zu ermöglichen. Die Bemessung des Filterkörpers, insbesondere seiner die Eintrittsöffnung aufweisenden Fläche, ist in beiden vorbekannten Fällen unveränderbar. Der Filterkörper wird dort in eine vorge­ gebene Wandöffnung eingesetzt.

Darüber hinaus bewirken die Filter nach den genannten Fund­ stellen allein eine rein mechanische Abscheidung der in der Schmelze enthaltenen Verunreinigungen. Die Vorrichtung nach der US-PS 40 52 198 bedient sich zusätzlich einer Gasspü­ lung der oberen Filterschicht, um leichtere Verunreinigun­ gen zum Aufschwemmen zu bringen. In beiden Fällen ist aber die am stromabwärtigen Ende der Filter-Einströmöffnung an­ geordnete Prallwand ungeeignet, eine die Ausscheidung von Verunreinigungen der Schmelze hervorrufende Wirkung zu er­ zielen. Sie dienen ausschließlich der Umlenkung des Schmel­ zenstroms, um diesen durch den Filter zu zwingen.

Insgesamt verlangen die genannten, mechanisierten Gießein­ richtungen weitere Maßnahmen im Rahmen des angestrebten Ziels der optimalen Reinigung des Schmelzflusses. Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Schmelzen bereitzu­ stellen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet. Diese gestellte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß der Filterkörper in dem Strömungsquerschnitt des Gießkanals zwischen dem Kopf einer ersten Prallwand und dem Fuß der stromabwärtigen Prallwand angeordnet ist.

Daraus folgt, daß bereits vor dem Filterkörper die Strömung umgelenkt und ge­ staut wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich nach dem Filterkörper, so daß die auf den Schmelzstrom wirkende Se­ lektion verdoppelt wird. Indem dabei der Filterkörper ab­ weichend von der allgemeinen Strömungsrichtung der Schmelze im Gießkanal am Fuß einer Prallwand angeordnet ist, trifft die strömende Schmelze auf diese Prallwand auf und wird hierdurch zwangsweise abgelenkt. Die Schmelze wird aufge­ staut und ihre Strömungsgeschwindigkeit verzögert. Die im allgemeinen spezifisch leichteren, nichtmetallischen Verun­ reinigungen können sich hierdurch aufgrund der wirksam wer­ denden Dichtselektion abscheiden und werden im wesentli­ chen von der Filterfläche ferngehalten. In dem weitgehend gereinigten Strom der Schmelze noch verbliebene bzw. von dieser mitgerissene, feinere Partikel werden schließlich von dem Filterkörper selbst aufgefangen.

Mit Vorteil liegt die Einströmebene des Filterkörpers etwa parallel zu der allgemeinen Strömungsrichtung. Zum Durch­ gang durch den Filterkörper muß also die Strömung um etwa 90° verändert werden, was bereits zu einer erheblich ver­ besserten Reinigungswirkung führt. Im Zusammenhang mit die­ sem Grundgedanken besteht eine konstruktiv besonders vor­ teilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, daß der Fil­ terkörper in einem stuhlartigen Rahmen angeordnet ist, des­ sen Vorderwand vor und unter dessen Rückwand hinter und über dem Filterkörper angeordnet sind und die Prallwände bilden. Ein solcher Rahmen kann an beliebiger Stelle in den Gießkanal eingefügt werden. Er wird zweckmäßig aus kerami­ schem Werkstoff hergestellt und zeichnet sich besonders vorteilhaft dadurch aus, daß die Vorder- und Rückwand des Filterkörpers durch seitliche Wangen verbunden sind, wobei nach einer anderen Weiterbildung der stuhlartige Rahmen eine dem Gießkanalquerschnitt entsprechende Kontur auf­ weist. Ein solcher den Filterkörper aufnehmender Rahmen füllt dann den gesamten Gießkanalquerschnitt aus, so daß Fehlströmungen vermieden werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Filterkörper getrennt von seinem Rahmen herzustellen und fest mit diesem zu ver­ binden. Es kann auf diese Weise ein und demselben Rahmen ein Filterkörper von jeweils gewünschtem Durchlaßquer­ schnitt zugeordnet werden.

Schließlich ist nach einer erfindungsgemäßen Weiterbildung vorgesehen, daß in dem Gießkanal vor dem Filter eine Impf­ einrichtung angeordnet ist. Die Zuordnung von Impfeinrich­ tung, beispielsweise Impfkern, und nachgeordnetem erfin­ dungsgemäßen Filter erweist sich als besonders wirksam, um die bei der Reaktion mit dem Impfmittel zwangsläufig auf­ tretenden Reaktionsprodukte aus dem Gußstück fernzuhalten. Diesem Gedanken kommt bei der Herstellung von hochwertigem Gußeisen mit Kugelgraphit bevorzugte Bedeutung zu, die im allgemeinen ein Nachimpfen erfordert. Die erfindungsgemäße Maßnahme kommt allerdings für alle Metallschmelzen in Be­ tracht.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzug­ ten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 den Filterkörper mit zugehörigem Rahmen in perspek­ tivischer Darstellung sowie

Fig. 2 in Einbaustellung bei einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel und

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2.

Der Filter besteht aus einem stuhlartigen Rahmen 2 mit zwei seitlichen Wangen 3 und den diese verbindenden Vorderwand 4 und Rückwand 5. Dieser Rahmen 2 nimmt den eigentlichen Fil­ terkörper 6 auf. Er ruht auf der Vorderwand 4 auf und liegt mit seinem hinteren Ende der Rückwand 5 an. Er weist, wie an sich bekannt, eine Vielzahl regelmäßig angeordneter paral­ leler Durchgangsbohrungen 7 auf. Die Oberfläche 8 des Filter­ körpers 6 befindet sich bei der wiedergegebenen Ausführungs­ form etwa in halber Höhe des Rahmens 2.

Der Filterkörper 6 wie der Rahmen 2 sind zweckmäßig aus kera­ mischem Werkstoff, jedoch im allgemeinen getrennt voneinander hergestellt, und der Filterkörper 6 wird anschließend in dem Rahmen 2, z.B. unter Zuhilfenahme eines feuerfesten Kittes o.dgl., befestigt.

Die Fig. 2 und 3 geben ein Einbaubeispiel dieses Filters 1 in einen Gießkanal 10 wieder, der nach oben durch den Ober­ kasten 11 oder einen entsprechenden Abdeckkern begrenzt ist und den Eingußkasten 12 mit den Ausgießöffnungen 13 trägt. Der Querschnitt des Gießkanals 10 entspricht, wie dargestellt, der Kontur des Filters 1, so daß der gesamte Strömungsquer­ schnitt des Gießkanals 10 ausgefüllt ist. Der Filterkörper 6 ist derart innerhalb des Gießkanals 10 angeordnet, daß seine obere Ein­ strömfläche 8 parallel zu der allgemeinen Strömungsrich­ tung der Schmelze in dem Gießkanal 10 liegt, die hier dem Verlauf des Gießkanals gleichgesetzt wird. Durch die Vorder­ wand 4 erfährt der Schmelzstrom innerhalb des Gießkanals 10 zunächst eine Umlenkung um 90° gegenüber der allgemeinen Strömungsrichtung nach oben und trifft dort auf die Decke 14 des Gießkanals 10, so daß er erneut um etwa 90° in Richtung der Rückwand 5 des Rahmens 2 umgelenkt wird. Die Vorder­ wand 4 und die Rückwand 5 des Rahmens 2 wirken mithin als Prallwände für den Schmelzstrom. Schließlich tritt die Schmelze in der Einströmebene 8 in den Filterkörper 6 ein. Die Prallwirkung der Vorderwand 4 und Rückwand 5 bewirken eine selektive Ausscheidung der in dem Schmelzstrom enthal­ tenen Verunreinigungen. Diese gelangen dann an die Ober­ fläche des Stroms ohne in den Filterkörper 6 zu gelangen. Dessen Öffnungsquerschnitt, Maschenweite und Dicke 15 be­ stimmen sich nach der Art des jeweils zu verarbeitenden Gießmetalls, nach Gießtemperatur und notwendiger Gießge­ schwindigkeit. Sie sind in weiten Grenzen variierbar. Durch die gesonderte, vom Rahmen 2 unabhängige Herstellung des Filterkörpers 6 läßt sich jedoch ein und derselbe Rahmen 2 für Filterkörper 6 verschiedenster Gestaltung verwenden. In dem Filterkörper 6 werden restliche Verunreinigungen ausge­ schieden.

Die Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 zeigt eine symme­ trische Anordnung zweier Filter 1 in einem Gießkanal 10, in welchem unterhalb der Einströmöffnungen 13 aus dem Einguß­ kasten 12 ein Impfkern 16 angeordnet ist, wie er beispiels­ weise bei der Erzeugung von hochwertigem Gußeisen mit Kugel­ graphit zum Nachimpfen der Schmelze Verwendung findet. In dem Gießkanal 10 ist der Strömungsverlauf schematisiert wiedergegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gießvorrichtung, insbesondere aber die waagrechte Anordnung des Filters im Gießkanal läßt eine den jeweiligen Erfordernissen entspre­ chende Dimensionierung des Filters zu, so daß eine vom Gießkanalquerschnitt unabhängige, gegebenenfalls auch wesentliche größere Durchflußmenge erreichbar ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Gießen von metallischen Schmelzen mit einem Filter aus keramischen Material, dessen Eintrittsöffnung etwa parallel zur allgemeinen Strömungsrichtung im Gießkanal liegt und an deren stromabwärtigem Ende eine Prallwand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (6) in dem Strömungsquerrichtung des Gießkanals (10) zwischen dem Kopf einer ersten Prallwand (4) und dem Fuß der stromabwärtigen Prallwand (5) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (6) in einem stuhlartigen Rahmen (2) angeordnet ist, der aus einer die erste Prallwand bildenden Vorderwand (4) und einer die zweite Prall­ wand bildenden Rückwand (5) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderwand (4) und die Rückwand (5) durch seitliche Wangen (3) des stuhlartigen Rahmens (2) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der stuhlartige Rahmen (2) eine dem Gießkanalquerschnitt entsprechende Kontur aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper getrennt vom stuhlartigen Rahmen (2) hergestellt und fest mit die­ sem verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper eine Vielzahl regelmäßig angeordneter paralleler Durchgangsbohrun­ gen (72) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gießkanal (10) vor der ersten Prallwand eine Impfeinrichtung (16 angeordnet ist.