DE3942176A1 - Vorrichtung zum vergiessen geschmolzenen metalls - Google Patents
Vorrichtung zum vergiessen geschmolzenen metallsInfo
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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Description
Die Erfindung betrifft das Gießen von Bauteilen aus reinem
Metall.
Die Erfindung findet beim Gießen metallener Bauteile
Anwendung, wenn reines Metall vergossen werden soll; d.h.
Metalle, die keinerlei Verunreinigungen, wie Schlacke oder
dgl., beinhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, die Schlacke und andere Verunreinigungen wirksam
von der Schmelze trennt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1
gekennzeichneten und in den Unteransprüchen weiter ausge
stalteten Schmelztiegel gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben,
die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt.
Die Zeichnung zeigt den Teil einer Wand 10 eines Vakuum
schmelzofens, der eine luftdicht abgeschlossene Kammer
bildet, wobei an die Kammerwand eine Lichtbogenschmelzein
richtung 12 angebracht ist, die zwei Elektroden 13 aufweist,
zwischen denen der Lichtbogen brennt. Eine zu schmelzende
Metallstange 14 wird langsam durch den Lichtbogen geschoben
und dabei geschmolzen.
Das geschmolzene Metall wird von einem Sammelgefäß 15 von der
Bauart eines sog. "kalten Tiegels" aufgefangen, bei dem eine
minimale Berührungsfläche zwischen Schmelze und Tiegelwand
vorliegt, um eine Verunreinigung der Schmelze durch den Wand
kontakt zu vermeiden. Es kann aber auch ein wassergekühlter
Kupfertiegel 15 verwendet werden. Der Tiegel bzw. dessen
Inhalt wird, um eine gewünschte Metalltemperatur aufrechtzu
erhalten, durch eine Wirbelstromheizung 15 a beheizt. Ver
unreinigungen, wie Schlacke oder dgl., streben zur Oberfläche
hin. Es kann, um diese natürliche Trennung zu unterstützen,
beispielsweise ein lnertgas, wie z.B. Argon, durch den Boden
des Tiegels in die Schmelze geblasen werden.
Der Tiegel 15 ist in der Kammer drehbar gelagert, so daß das
geschmolzene Metall durch eine Ausgußöffnung 16 vergossen
werden kann. Die Ausgußöffnung 16 besteht aus keramischem
Material und befindet sich an einem ausgebuchteten
Bereich 18, der an einer Seite des Tiegels nahe dessen Rand
in Form eines nach außen ragenden unteren Tiegelwandvor
sprungs und einen oberen, wieder einwärts verlaufenden Lippe
19 ausgebildet ist. Der ausgebuchtete Bereich 18 und die
Lippe 19 stellen sicher, daß die Ausgußöffnung 16 immer etwas
unterhalb der Schmelzenoberfläche liegt. Dadurch wird auch
erreicht, daß die Druckhöhe der Schmelze beim Ausgießen über
den ganzen Schwenkbereich des Tiegels im wesentlichen
konstant ist.
Im Prinzip hat der ausgebuchtete Bereich die form und die
Funktion eines Trichters, der das unterhalb der Schmelzen
oberfläche zusammengezogene geschmolzene Metall vor der
Ausgußöffnung ansammelt. Die Seitenwände an diesem trichter
ähnlichen Bereich laufen auf die Ausgußöffnung 16 zu (zumin
dest die Unterseite der Lippe 19 und deren entsprechend
gegenüberliegenden Seite), um während des zunehmenden
Schwenkens des Tiegels während des Ausgießens eine im wesent
lichen konstante Höhe oberhalb der Ausgußöffnung 16 zu
gewährleisten. Der Vorteil des ausgebuchteten Bereichs wird
am Ende des Ausgießens deutlich, wenn der Tiegel fast leer
ist; bei diesen Bedingungen ist es bei einem herkömmlich
geformten Tiegel schwierig, die nötige Ausströmung zu
erhalten, wohingegen mit einem Tiegel nach der Erfindung das
Sammelbecken des ausgebuchteten Bereichs 18 eine ausreichende
Höhe des geschmolzenen Metalls gewährleistet.
Zur Steuerung der Strömung durch die Ausgußöffnung 16 ist
eine elektromagnetische Drossel 17 angebracht, wobei eine
Spule um die Ausgußöffnung gewunden und mit einer Stromquelle
verbunden ist. Dabei wird die Strömung des geschmolzenen
Metalls durch die Ausgußöffnung durch die Spule 17 elektro
magnetisch gesteuert. Die Wirkung der Drossel hängt vom
Massenstrom des Metalls durch die Ausgußöffnung 16 und
deshalb vom Schwenkwinkel des Tiegels ab. Bei voller Leistung
der Spule kann die Strömung gestoppt werden. Im normalen
Betriebsbereich wird die Ausgußgeschwindigkeit geregelt, in
dem der Spule 17 ein entsprechend variabler Strom zugeführt
wird, und die Ausgußgeschwindigkeit wird dabei von einem
Füllstandsanzeiger in einem Zwischenbehälter gemessen.
An der Oberkante der Lippe 19 ist eine weitere elektrische
Induktionsspule 21, die in einer Ebene spiralförmig gewunden
ist, drehbar angebracht. Sie kann entweder bezüglich ihrer
drehbaren Aufhängung an der Lippe 19 im Gleichgewicht
gehalten, oder aber in einer horizontalen Lage festgehalten
werden, so daß während des Ausgießens die Spule 21 unabhängig
vom Schwenkwinkel des Tiegels horizontal oberhalb der Ober
fläche des geschmolzenen Metalls bleibt. Die stromdurch
flossene Spule 21 induziert Wirbelströme in die Oberfläche
der Schmelze, wodurch angesammelte Schlacke von der Ausguß
öffnung wegbewegt und davon entfernt gehalten wird. Die
Spule 21 braucht nicht die ganze Oberfläche der Schmelze
abzudecken. Sie kann auch auf einen engeren Raum begrenzt
sein.
Vorzugsweise ist die Spule 21 um zwei orthogonale Achsen x
und y drehbar gelagert, wobei die eine horizontal und die
andere vertikal verläuft. Um die horizontale Drehachse x kann
die Spule 21 von der Schmelze weggeschwenkt und auf sie
niedergesenkt werden. Bei einer Drehung um die vertikale
Achse y überstreicht die Spule die Oberfläche der Schmelze.
Wenn Schlacke von der Schmelzenoberfläche entfernt werden
soll, wird die Spule auf diese hinabgesenkt, ohne sie jedoch
zu berühren, und über die Oberfläche von der Ausgußöffnung
weg geschwenkt. Die Induktionsspule 21 kann beispielsweise
auch zum Abschrecken dienen, indem sie in die gesammelte
Schlacke eingetaucht wird, damit diese erstarrt, um sie
herauszunehmen. Mit der Abschreckvorrichtung kann dann die
erstarrte Schlacke von der Schmelzenoberfläche entfernt
werden. Bei einer Ausführungsform weist die Abschreckvor
richtung eine hohle, Rohrelektrode auf, durch die ein
Kühlmittel fließt, und die nach jeweils einmaligem Gebrauch
weggeworfen wird. Die Elektrode ist zu einer ebenen Spirale
gewunden, so daß die Induktionsspule 21 als Flachspule mit
Pfannkuchenform ausgebildet ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird
eine separate und ggfs. gekühlte Abschreckvorrichtung in die
angesammelte Schlacke eingetaucht, wobei die Schlacke an der
Abschreckvorrichtung haftend erstarrt. Die mit der Abschreck
vorrichtung zusammenhängende, erstarrte Schlacke wird dann
aus der Schmelze gehoben. Vorzugsweise wird die Abschreckvor
richtung mit der anhaftenden erstarrten Schlacke nicht
wiederverwendet, da eine Reinigung wirtschaftlich nicht
sinnvoll erscheint. Aus den gleichen wirtschaftlichen Gründen
können die gesamte Induktionsspule und Abschreckvorrichtung
der Fig. 1 ebenso im Einwegverfahren eingesetzt werden.
Das flüssige Metall gelangt nach dem Ausgießen aus dem
Tiegel 15 in einen Speisetrichter 22, der eine feste kon
stante Druckhöhe aufweist. Der Speisetrichter 22 weist eine
gekühlte Metallumhüllung 23 auf, die zur Trennung des oberen
Teils des Speisetrichters in einen Aufnahmebereich 25 und in
eine "ruhige" Zone 26 eine Trennwand 24 hat. Die im Speise
trichter 22 befindliche Schmelze wird durch eine Induktions
heizung 28 flüssig gehalten. Die Unterseite des Speise
trichters verjüngt sich zu einem Auslaß 29 hin, welcher einen
löchrigen Keramikfilter 30, einen massiven Metallstopfen 31
und einen auswechselbaren Ausguß 32 aufweist. Der Stopfen 31
verschließt den Auslaß, bis er schmilzt und die Schmelze dann
in eine Form oder ein anderes Behältnis 33 fließen kann.
Ein Füllstandsfühler 34 ist oben am Speisetrichter 22 und ein
Temperaturfühler 35 am Auslaß angebracht. Die Signale dieser
Sensoren 34 und 35 werden über einen Signalprozessor 36 in
einen Regler 37 eingespeist, der die Funktionen der Heizungs
spulen 15 a und 28, der elektromagnetischen Drossel 17 und die
Schwenkung des Tiegels 15 regelt, so daß eine im wesentlichen
konstante Druckhöhe der Schmelze im Speisetrichter 22
aufrechterhalten werden kann. Der Schwenkwinkel des Tiegels
verläuft nach einem bestimmten Programm zum Erreichen der
gewünschten Ausgußgeschwindigkeit.
Die Temperatur des im Tiegel 15 erschmolzenen Metalls wird
durch die entsprechende Stromversorgung der Induktionshei
zung 15 a gesteuert und stabilisiert, und was die Absonderung
der Schlacke oberhalb der Ausgußöffnung 16 auf der Schmelzen
oberfläche genügend stabilisiert.
Selbstverständlich können auch andere Heizungsverfahren
anstatt der oben beschriebenen Lichtbogenschmelzung einge
setzt werden, wie z.B. Elektronenstrahl- oder Plasmaschmelz
technologien.
Claims (7)
1. Schmelztiegel (15) mit oben offenem Ende, der schwenkbar
aufgehängt ist und einen Ausguß (16) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (15) an seinem oberen
Ende eine Ausbuchtung (18) aufweist und der Ausguß eine in
der Ausbuchtung (18) angeordnete Ausgußöffnung (16) ist, die
unterhalb der vorgesehenen Schmelzenoberfläche angeordnet
ist, und daß die Ausbuchtung (18) oberhalb der Ausguß
öffnung (16) eine Lippe (19) bildet, die so geformt und
angeordnet ist, daß unabhängig vom Schwenkwinkel des
Schmelztiegels (15) eine konstante Druckhöhe gewährleistet
ist.
2. Schmelztiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausbuchtung (18) die Form eines sich verjüngenden
Trichters aufweist, wobei die Ausgußöffnung (16) am engen
Ende angebracht ist.
3. Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (15) gekühlt ist und
eine elektrische Induktionsheizung (15 a) aufweist.
4. Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgußöffnung (16) eine elektromagne
tische Drossel (17) aufweist.
5. Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine elektrische Induktionsspule (21)
drehbar an der Lippe (19) angebracht ist, wobei die Spule
einen in einer Ebene spiralförmig gewundenen Stromleiter
aufweist und stets horizontal oberhalb der Schmelzenober
fläche liegt.
6. Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Speisetrichter (22) außerhalb des
Schmelztiegels (15) angeordnet ist, wobei das flüssige Metall
in den Speisetrichter (22) strömt, und wobei der Speise
trichter eine oben offene Ummantelung (23) aufweist, die an
ihrem unteren Ende mit einem Auslaß (29) versehen ist, eine
Heizung (28) und einen leicht schmelzbaren Stopfen (31)
aufweist.
7. Schmelztiegel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Füllstandsfühler (34) am oberen Ende des Speisetrich
ters (22), ein Strömungsfühler am Auslaß (29) und ein Regler
angeordnet ist, wobei der Regler die Funktionen der elektro
magnetischen Drossel (17), der Induktionsheizung (15 a) und
den Schwenkwinkel des Schmelztiegels (15) regelt.
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