DE535182C - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen und Giessen unter Druck - Google Patents

Description

Es gibt bereits Verfahren zum Schmelzen und Gießen unter Druck in zusammenhängenden, aber gegeneinander durch Ventil mit Rührer abschließbaren, mit künstlicher Gasatmosphäre gefüllten Räumen. Um Metalle von besonderen Eigenschaften herzustellen, ist es dabei erforderlich, nicht nur die Gesamtführung des Vergießens jeweilig zu regeln, d. h. nicht nur die Behandlung im ganzen zu beeinflussen, sondern auch gleichzeitig und in unabhängiger Weise die Beschaffenheit der Gasatmosphäre bei dieser Behandlung zu wechseln, mit anderen Worten, nicht nur den Druck, sondern ebenfalls, und zwar in vom Druck unabhängiger Weise, die Temperatur.

Der Druck ist ein wichtiges Mittel, da, wenn man den Druck oberhalb des Bades für das Raffinieren oder das Formen vermindert und dabei das Bad bei bestimmter Temperatur in geschmolzenem Zustande hält, die Entwicklung und Beseitigung der Gase aus dem Bade beschleunigt wird. Beim Formen, besonders beim Kastenguß mit und ohne Kerne, kann man die Entwicklung der Gase hervorrufen und beschleunigen, indem man den Druck der Atmosphäre vermindert, in welcher sich die Formen befinden. Man kann z. B., wenn man den Druck nicht nur vor dem Formen, sondern auch während des Formens und während des Abkühlens der geformten Masse bis zum genügenden Vakuumgrad erniedrigt, die Entwicklung von Wasserdampf in Berührung der Gießmasse und der Form begünstigen und beschleunigen und infolgedessen die Blasenbildung vermeiden. Man kann ferner die Porosität der Formen aus Ton oder Sand erhöhen, indem man den Druck des gasförmigen Fluidums, in welchem das Trocknen bei der gewünschten Temperatur erfolgt, bis zum Vakuum vermindert.

Die bekannten Verfahren ermöglichen eine solche beliebige Steuerung des Druckes unabhängig von der Temperatur nicht, und zwar deswegen, weil jede Druckänderung selbsttätig eine solche der Temperatur nach sich zieht. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, diesen Nachteil zu vermeiden. Erfindungsgemäß werden die besonderen Eigenschaften der Gasatmosphäre, und zwar ihr Druck, ihre Temperatur und ihre Beschaffenheit sowie andererseits die Geschwindigkeit des Formgießens in voneinander unabhängiger Weise nacheinander oder gleichzeitig geändert.

Die Zeichnung veranschaulicht eine Ausführungsform der Vorrichtung, welche zur Ausführung des Verfahrens gemäß Erfindung dient und insbesondere für die Herstellung von Formguß jeder Art bestimmt ist.

Abb. ι zeigt einen lotrechten Längsschnitt.

Abb. 2 zeigt schaubildlich in kleinerem Maßstäbe die Außenansicht der Einrichtung, welche als ein fahrbarer Apparat ausgebildet ist, der

an den Kupolofen usw. herangebracht werden kann.

Die Vorrichtung dient zu gleicher Zeit als Gießpfanne und als Schmelztiegel und kann auch in der Nähe des Hochofens angeordnet werden, um ein zweites Umschmelzen zu bewirken. Die Vorrichtung ist vorzugsweise fahrbar ausgebildet, um nach Belieben in die Nähe eines Kupolofens, eines Flammofens oder eines ίο Tiegelofens gebracht zu werden. Nachdem die Schmelzmasse sich in der Vorrichtung befindet, wird sie unter eine künstliche Atmosphäre gesetzt, die einen beliebigen Druck bzw. Unterdruck sowie Temperatur besitzt, wonach die geschmolzene Masse ohne Erschütterung in die Formen gegossen wird, welche ihrerseits sich in einer Atmosphäre von beliebigem Druck und beliebiger Temperatur befinden. Alsdann werden die Beschaffenheit der Atmosphäre, der Druck und die Temperatur unabhängig voneinander geändert und je nach dem beabsichtigten Zweck miteinander kombiniert.

Die in Abb. ι dargestellte Vorrichtung zum Schmelzen und Formen enthält einen Ofen, der gleichzeitig den Schmelztiegel oder die Gießpfanne und die Form aufnimmt. Die Pfanne ist mit ι bezeichnet, während 2 die einzige Form aus Ton, Sand oder geschmolzenem Quarz usw. ist. Es ist ersichtlich, daß man auch mehrere Schmelztiegel ι und mehrere Formen 2 beliebig in ein und derselben Vorrichtung zusammen, anordnen kann. Die Vorrichtung wird von einer Grundplatte 3 getragen, die auf Rollen 4 fahr-•bar ist.

In den Schmelztiegel 1 wird entweder die zu schmelzende Masse mit den benötigten üblichen Zusätzen, oder auch die Rohschmelze in Form von Roheisenmassem oder in flüssiger Form, oder auch die gereinigte Schmelze, welche aus einem Kupolofen, einem Flammofen oder einem Tiegel herkommt, und im allgemeinen irgendwelche Eisen-, Stahl- oder ähnliche Rohgußmasse eingebracht. Der Ofen 5 besitzt einfache oder doppelte Wandungen und enthält einen zweiten Ofen 6 mit einfacher oder doppelter Wandung, der auch in Fortfall kommen kann, •da die Formen unmittelbar in dem Ofen 5 angeordnet sein könnten.

Zur Änderung der Drücke, z. B. zur Herstellung von Unterdruck, dient eine vorzugsweise doppeltwirkende Flüssigkeitspumpe 7, welche das in dem Ofen 5 befindliche Fluidum ansaugt und in dem Ofen eine Atmosphäre von ^: beliebigem Druck und beliebiger Temperatur erzeugen kann. Die Pumpe 7 kann auch in Gruppen parallel oder reihenweise mehrfach vorgesehen sein. Die Pumpe bzw. Pumpengruppe 7 kann ebenfalls in der Kammer 8 ansaugen, und zwar durch Vermittlung von Heizkammern 9, welche z. B. elektrischen Widerstand enthalten, oder durch Vermittlung von Kühlkammern 10, welche z. B. Eisstücke enthalten. Eine weitere Flüssigkeitspumpe 11 bzw. eine Pumpengruppe saugt, sei es in dem Ofen 6, sei es in der Kammer 12, und zwar aus dieser letzteren durch Vermittlung von Kühlkammern 13 bzw. Heizkammern 14. Der Ofen 6 enthält seinerseits beliebige Heizmittel, welche z. B. als Widerstand 15 und Lichtbogen 16 gezeigt sind. Die besten Resultate erhält man mit doppeltwirkender Pumpe mit stark divergierenden Strahlen, wobei die Pumpen mit schraubengängigen Kanälen versehen sind. Durch diese Pumpen wird das geeignete Fluidum hindurchgetrieben, welches geeignet ist, sei es nur mechanisch, sei es auch physikalisch, z. B. durch das Lösungsvermögen, sei es schließlich chemisch durch Reaktionsfähigkeit zu wirken. Die Fluida können einen offenen Kreislauf nehmen und z. B. durch die Öffnungen 17, 18 eintreten und durch andere Öffnungen 19, 20 austreten, oder auch einen geschlossenen Kreislauf, wobei sie in diesem Falle durch die Rohre 21, 22 gehen und durch die Motoren 23, 24 in Bewegung gesetzt werden.

Der Schmelztiegel 1 findet Aufnahme in dem Ofen 25 mit einfacher oder mehrfacher Wandung, welche den Umlauf eines Gases von wechselnder Temperatur gestattet, welches mittels einer Heizvorrichtung, z. B. des elek- go trischen Widerstandes 26 sowie einer Gasflammenreihe 27, auf beliebig regelbare Temperatur gebracht werden kann. Die Gasbrenner werden durch die Leitung 28 gespeist, während die Leitung mit Hahn 29 den Zutritt der Verbrennungsluft ermöglicht und der Austritt der Verbrennungsgase durch den Hahn 30 'erfolgt. Der Ofen 25 ist von dem Bade 31 in dem Tiegel 1 vollständig abgeschlossen. Eine Deckplatte 32 kann durch Bolzen 32' gasdicht den Ofen 25 abschließen und die Verbindung mit der Fluidummasse oberhalb des Schmelzbades 31 im Tiegel 1 verhindern. Die Deckplatte 32 enthält ein Rohr 33, welches durch einen Pfropfen 34 mittels der Bolzen 35 abgeschlossen werden kann. Durch dieses Rohr 33 wird der Tiegel 1 mit der Schmelzmasse gespeist. In der Deckplatte 32 ist ein Hohlraum 36 vorgesehen, innerhalb dessen ein Antriebsmechanismus 37 Aufnahme findet, der sich in der einen oder anderen Richtung dreht. Fenster 38 aus durchsichtigem Quarz gestatten die Einsicht in den Hohlraum 36, während andere Fenster 39 und 40 das Innere des Tiegels 1 und des Ofens 25 sowie ferner Fenster 41, 42 die öfen 5 und 6 und schließlich weitere Fenster die Kammern 8, 9, 10, 12, 13, 14 sowie die Pumpen 7, 11 und deren Behälter zu beobachten gestatten.

Der Antrieb 37 wird durch eine geeignete Treibkraft, z. B. durch den Stromkreis 43 einer elektrischen Kraftquelle, angetrieben. Der Antrieb 37" versetzt ein mit Seitenflächen 44 ver-

sehenes Rohr, welches durch die Deckplatte 32 hindurchgeht, in Drehung und welches mit einer Stange 45 so verbunden ist, daß es eine Verschiebung der Stange, nicht aber deren Drehung ermöglicht. Die Stange 45 ist oben mit Schraubengängen 46 versehen und geht durch das Bad 31, während ihr unteres schmäleres Ende 47 durch einen Bügel 50 hindurchtritt, der an einem Ventil 48 befestigt ist. Dieses Ventil

steuert die Öffnung 49 im Boden des Tiegels 1. Das Ventil 48 ist mit Haltezapfen versehen, die den Bügel, welcher lose die Stange 45 bei 5¹ umgibt, festhalten. ■ Oben geht die Stange 45 durch eine Mutter 52, die gegen axiale Ver-Schiebung durch eine Nut 53 in einem Träger 54, der an dem Tiegel 1 befestigt ist, gehindert ist. Es ist ersichtlich, daß, wenn der Antriebsteil 37 in einem Sinne rotiert, die Stange 45 in demselben Sinne frei gedreht wird, und. da diese

ao Stange ein Rührwerk trägt, welches in der Abb. ι schematisch durch den Teil 55 dargestellt ist, so wird dieses letztere das Bad 31 im Tiegel 1 durchrühren. Wird dagegen der Antriebsteil 37 in umgekehrtem Sinne gedreht, so hat die Stange 45 das Bestreben, ebenfalls in umgekehrtem Sinne mitgenommen zu werden, wobei der Gewindeteil 52, welcher in dem Träger 54 festgehalten wird, als Mutter wirkt, so daß die Stange 45 lotrecht bewegt wird und sich im Rohr 44 verschiebt. Infolgedessen wird das Ventil 48 von seinem Sitz abgehoben, und die Schmelze 31 kann aus dem Tiegel 1 durch die Öffnung 49 abfließen. Die Schmelze fällt dann auf den Verteiler 56 und zerstreut sich in der Gießform 2, die in dem Behälter 6 Aufnahme findet und in einer Kufe von veränderlicher Höhe enthalten ist, welche durch Verstellung der eingeschachtelten Wandungen 57, 58 usw. bestimmt wird. Auf diese Weise kann jede beliebige Höhe erzielt werden, um das Gießen in der Richtung nach aufwärts zu ermöglichen. In diesem Falle wird mit einem Verteiler von geeigneter Größe die Schmelze in die Kufe geleitet, die durch die eingeschachtelten Teile 57, 58 usw. gebildet ist, und dringt dann durch allmähliches Ansteigen nach aufwärts in die Form hinein. Die Form bzw. die Formen 2 können jede beliebige Bewegung erhalten, beispielsweise entsprechend den Pfeilen 59 oder entsprechend den Pfeilen 60 oder auch entsprechend der Resultierenden dieser beiden Richtungen. Das Heben für die Erzielung eines stoßfreien Abformens kann beispielsweise mittels der Schraube 61 erzielt werden, die in das Gewinde 62 einer Mutter 63 ein- und ausschraubbar ist. Diese Mutter dient als Träger für den Ofen 6 bzw. die Form 2. Während des Formens läßt sich auch die Form 2 einer Drehbewegung im Sinne des Pfeiles 65 oder entgegengesetzt aussetzen.

• Die Tiegelöfen usw. sind aus geeignetem Material hergestellt, z. B. Plombagen, feuerfeste Ziegel, Graphit, Quarz usw., und besitzen einfache oder doppelte Wandungen, wobei zwischen den letzteren ein Fluidum von bestimmter Temperatur umlaufen kann. Der Ofen 25 ist von dem Ofen 5 vorzugsweise durch eine Schicht 66 von geeignetem wärmeisolierendem Material getrennt. Ebenfalls ist zwischen den beiden Teilen der Deckplatte 32 eine Schicht von Wärmeschutzmaterial 67 eingelegt. Die Deckplatte ist mit einer Kühleinrichtung versehen, die durch Rippen 68 schematisch veranschaulicht ist. Ventile 69, 70 an der Deckplatte 32 lassen sich durch biegsame Leitungen mit den Pumpen 7 und 11 verbinden, um in der Kammer 36 den Umlauf des Fluidums von entsprechender Beschaffenheit zu bewirken.

Die beschriebene Vorrichtung kann in unterschiedlicher Weise benutzt werden:

1. Trocknen der Formen. Werden Formen aus Gußeisen oder aus Quarz benutzt, so braucht man sie selbstverständlich nicht zu trocknen, es genügt dann, sie auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Sind aber die Formen z. B. aus Sand hergestellt, so müssen sie getrocknet werden, und man führt sie in den Ofen 5 durch eine Öffnung ein, die dann dicht geschlossen wird. Die Formen sind in die Kammer 6 eingelegt. Man setzt die Pumpe 7 in Betrieb, um durch die Leitung 71 anzusaugen, während das Ventil 72 offen bleibt. Man erwärmt dann allmählich den Ofen 6 mittels der Heizquellen 15, 16. Die steigende Temperatur, welcher die Formen ausgesetzt werden, wird dauernd durch ein Thermometer 73 angezeigt, so daß man die Temperaturen beliebig nach einer bestimmten Regel ändern kann. Das Vakuum, welches durch die Pumpe 7 erzeugt wird, wird durch das Manometer 74 angezeigt, und die Temperatur des Ofens 6 wird durch das Thermometer 75 angegeben. Es ist ersichtlich, daß man in gleicher Weise die Formen aus Gußeisen oder Quarz in einer luftverdünnten Atmosphäre beheizen kann. Bei den Formen aus Sand und ähnlichem kann man auf diese Weise jeden geeigneten Grad von Feuchtigkeit bzw. Trockenheit und Porosität erzielen, wobei gleichzeitig die Abführung von Luft und anderen im Sand enthaltenen Gasen gefördert wird.

2. Das Gießen. Vor oder nach dem Trocknen der Formen kann man den Ofen 25 durch die Heizquellen 26, 27' beheizen. Man kann die Deckplatte 32, sei es im ganzen, sei es nur mit der unteren Hälfte, in ihrer Lage belassen. Wenn der Ofen die erforderliche Temperatur angenommen hat, führt man in den Behälter 1, sei es die zur Erzielung der Schmelze 31 erforderlichen Bestandteile, sei es eine Schmelze von beliebiger Zusammensetzung ein, und zwar sei es die Rohschmelze, sei es die bereits raffinierte. Diese Schmelze kann aus dem

Kupolofen, aus dem Flammofen oder dem Tiegel herstammen. Wenn erforderlich, kann man das Bad mit besonderen Zusätzen oder mit anderen Schmelzen versetzen. Nachdem die Deckplatte 32 in die Lage gebracht und ebensowohl der Verschluß 34 durch Bolzen verriegelt wurde, wird der Antriebsteil 37 zwecks Rührens der Schmelze in Bewegung gesetzt. Dann wird die Pumpe 11 angetrieben und die Ventile 77, 78 entsprechend geöffnet, so daß die Pumpe durch die Leitung 76 oberhalb der Schmelze 31 Vakuum erzeugt und die angesaugten Fluida z. B. durch die Leitung 79 drückt. Nunmehr werden die Ventile 78, 79, 80, 81 umgelegt, und es wird in der Kammer 12 das erforderliche Fluidum angesaugt, indem es durch die Vorwärmekammer 14, das Ventil 82, die Leitung 83, das Ventil 79 geführt wird, um durch die Pumpe 11, das Ventil 80, das Ventil 78, die Leitung 76, das Ventil 77, das Ventil 84 und die Leitung 85 in den Raum oberhalb der Schmelze 31 eingeführt zu werden. Alsdann schließt man die Saugleitung der Kammer 12 mittels des Ventils 79 ab und verbindet die Saugleitung der Pumpe' mit der Leitung 86. Z. B. die Fluida, welche die Atmosphäre oberhalb der Schmelze bilden,'werden somit durch die Leitung 86, die Ventile 87, 79, 81 angesaugt und gehen dann zu der Pumpe 11, dem Behälter 88, den Ventilen 80, 78 und werden dann durch die Leitung 76 und das entsprechend eingestellte Ventil 77 zu der Kammer 89 für das Regenerieren oder Beladen geführt, oder sie durchlaufen die Leitung 76 und die Leitung85 in die Kammer oberhalb der Schmelze 31 und gehen zu der Leitung 86, um den beschriebenen Kreislauf von neuem zu beginnen. Man kann alsdann das Vakuum wieder herstellen und von neuem die erforderliche Atmosphäre bilden, um sie beliebig mit oder ohne Regenerieren umlaufen zu lassen. Selbstverständlich ist das Treibfluidum, welches durch die Pumpe 11 geht, entsprechend dem beabsichtigten Zweck gewählt und kann aktiv oder neutral sein. Dieses Fluidum kann ferner unabhängig von seiner Zusammensetzung- auf jede gewünschte Temperatur durch entsprechende Heiz- und Kühlmittel gebracht werden, welche vorzugsweise entfernbar sind und schematisch go durch die Rippen 90 dargestellt sind.

Man kann auf diese Weise Vorteile erzielen, welche aus der Bildung einer besonderen Atmosphäre hervorgehen, um für gewisse Schmelzen oder andere metallurgische oder nicht metallurgische Produkte die geeignetsten Arbeitsbedingungen zu bilden. Ist das Erzeugnis hergestellt, so kann es aus dem Tiegel 31 entnommen werden, zu welchem Zweck man die Deckplatte 32 abhebt und den Behälter 1 schwenkt oder kippt und in Gießereipfannen oder Kufen entleeren. Man kann auch diese Pfannen oder Kufen unter die Öffnung 49 stellen, durch welche die Schmelze 31 beim Öffnen des Ventils 48 entleert wird. Ist die Schmelze 31 zur Herstellung von geformten Gegenständen bestimmt, so können diese Formen unter das Gießloch 49 aufgestellt werden. Besteht das Schmelzbad 31 aus Gußeisen zum Formen unterschiedlicher Gegenstände, so wird das Rührwerk 55, nachdem die Schmelze die erforderliche Zeit in der betreffenden Atmosphäre von der gewünschten Temperatur und dem gewünschten Druck gehalten wurde, angehalten. Die Temperaturen und Druck werden durch die Thermometer 93, 94, das Doppelthermometer 92 und das Manometer 91 angezeigt. Man setzt den Antriebsteil 37 nunmehr in solchem Sinne in Drehung, welcher dem Heben der Stange 45 entspricht. Das Ventil 48 hebt sich auf einer Höhe, die durch eine Skala auf der Stange 45 oberhalb der Mutter 52 angezeigt und durch Fenster 39 sichtbar wird. Die Schmelze ergießt sich durch das Loch 49 und fällt auf den Verteiler 56, wodurch sie in der Form 2 bzw. in dem Raum der Wandungen 57, 58 usw., wenn man im Aufwärtsstrom formt, verteilt wird. Die Schmelze 31 füllt so die bei bestimmter Temperatur und unter einem bestimmten Fluidumdruck gehaltenen Formen aus. Das Gießen und Formen kann ebenfalls im Vakuum vorgenommen werden. Man läßt alsdann die Temperatur des Ofens 6, auf welchem die Form oder Formen 2 aufruhen, wechseln, indem man die Heizmittel beeinflußt.

Die Abkühlung des geformten Gegenstandes erfolgt im Vakuum bei gewünschter Geschwindigkeit derart, daß es möglich ist, durch Beeinflussung dieser Geschwindigkeit einen Formguß von erforderlichen Eigenschaften zu erzielen. Wünscht man eine sehr rasche Abkühlung, um ein gehärtetes Gußstück zu erhalten, so genügt es, die Pumpe 11 in der Kammer 12 ansaugen zu lassen, und zwar durch den Kühlraum 13 hindurch, das Ventil 82, die Leitung 83, die Ventile 79, 81 und das so abgekühlte Fluidum durch den Behälter 88, die Ventile 80, 78, die Leitung 76, das Ventil 77, die Leitung 95 und den vorher erloschenen Ofen sowie zwischen die Wandungen des Ofens 6, dessen Atmosphäre die Wärme abgibt, bevor sie durch die Leitung 96, Ventil 87 und das Doppelventil 79 entweicht. Man kann die Geschwindigkeit der Abkühlung auf diese Weise stets steuern.

Wenn gewünscht, kann man den Grad des Vakuums in der Kammer 5 allein vermindern und das Formen in entsprechender Atmosphäre sowie bei gewünschtem Druck fortsetzen und beendigen. Zu diesem Zweck genügt es, die Pumpe 7 in Betrieb zu setzen und in der Kammer 8 ansaugen zu lassen, und zwar entweder durch den Kühlraum 10 oder den Heizraum 9

hindurch. Das Fluidum wird durch das Ventil 97, das "Ventil 98 und die Pumpe 7 angesaugt und durch den Raum 99, das Ventil 72, die Leitung 71 in den Ofen 5 gefördert, aus welchem

es durch die Leitung 100, das Doppelventil 98 und die öffnung 101 entleert werden kann. Durch vollständiges Schließen des Ventils 98 wird das Formen in der entsprechenden Atmosphäre und unter Druck vorgenommen, und die Temperatur befolgt jede bestimmte Regel. Es ist ersichtlich, daß man in dieser oder ähnlicher Weise durch das Zusammenwirken der Ventile und der Leitungen die Atmosphäre beliebig ändern kann, in welcher das Gießen oder das Abkühlen des Gusses erfolgen, wobei die beiden Arbeitsbedingungen, nämlich Druck und Temperatur, nach einer vorbestimmten Regel geändert werden können.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Schmelzen und Gießen unter Druck in zusammenhängenden, aber gegeneinander durch Ventil mit Rührer abschließbaren, mit künstlicher Gasatmosphäre gefüllten Räumen, dadurch gekennzeichnet, daß die besonderen Eigenschaften dieser Atmosphäre, und zwar ihr Druck, ihre Temperatur und ihre Beschaffenheit, sowie andererseits die Geschwindigkeit des Formgießens in voneinander unabhängiger Weise, nacheinander oder gleichzeitig geändert werden.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn₇ zeichnet, daß in ein und demselben Aggregat eine Schmelzkammer, eine Gießkammer, eine Beheizungs- oder Trockenkammer für die Formen angeordnet sind, und daß jede einzelne dieser Kammern für sich mit einer Einrichtung zur Regelung der Eigenschaften der Gasatmosphäre in jeder einzelnen dieser Kammern versehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur unabhängigen Änderung des Gasatmosphärendruckes in den Kammern aus einer Druck- und Saugpumpe besteht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur unabhängigen Änderung der Temperatur der Gasatmosphäre in den Kammern aus Wärmeoder Kältequellen besteht, die im Durchflußkanal des gedrückten bzw. gesaugten Fluidums angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche die Temperatur der Schmelze in den einzelnen Kammern unabhängig voneinander zu ändern gestattet, aus einer Wärmequelle besteht, welche von außen die Wandungen der Kammer beheizt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen