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Vorrichtung zum Behandeln und Vergießen von schmelz- und gießbaren
Stoffen, insbesondere von Metallen und Legierungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Behandeln, vor allem zum Schmelzen und zum Vergießen von schmelz- und gießbaren
Stoffen, insbesondere von Metallen und Legierungen, und zwar gemäß einer schon seit
langer Zeit erhobenen Forderung, im luftverdünnten oder mit neutralen oder reduzierenden
Gasen unter niedrigem Druck gefüllten Raum. Die bekannten Vorschläge zum Schmelzen
und zum Vergießen des Schmelzgutes im luftverdünnten Raum betreffen umfangreiche
und dabei wenig übersichtliche Einrichtungen, bei denen die Schmelzvorrichtung samt
Gießvorrichtungen in einer luftdicht abgeschlossenen und mit neutralen Gasen gefüllten
Kammer angeordnet sind, innerhalb welcher der Ofen durch von außen zu betätigende
Einrichtungen so bewegt werden kann, daß das Schmelzgut in die Gießform gegossen
werden kann. Man hat auch vorgeschlagen, eine Einrichtung, die aus dem Schmelzofen
und der mit diesem im rechten Winkel luftdicht und fest zusammengebauten Gießformbesteht,
kippbar zu lagern, was namentlich für größere Ofen schwierig ausführbar und mit
gießtechnischen Nachteilen verbunden ist.
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Die Erfindung erreicht das genannte Ziel einfacher dadurch, daß eine
mit einem besonderen Vakuummantel versehene und drehbare Schmelzeinrichtung, an
deren Stelle auch eine Gießpfanne o. dgl. mit oder ohne Beheizung treten kann, und
eine mit einem besonderen Vakuummantel versehene aber ruhende Gießeinrichtung durch
eine die rohrförmige Gießrinne der Schmelzeinrichtung mit dem Gießtrichter der Gießeinrichtung
verbindende Stopfbüchse vakuumdicht zusammengeschlossen
sind, wodurch
die seit langem gestellte Aufgabe auf einfachste Weise gelöst wird.
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Die Schmelzeinrichtung kann beliebiger Bauart sein. Sie besteht aus
dem Schrr'lcei= tiegel und der Gieß rinne, die bei de von vakuuriia?" dicht miteinander
verbundenen Vakuummärz= teln umschlossen sind. Der Tiegel kann jede beliebige Form
haben und z. B. für niedrig schmelzende Stoffe von außen, etwa mit Ölfeuerung oder
mittels elektrischer Widerstandsheizung, beheizt werden. Für hochschmelzende Stoffe,
z. B. schwerschmelzende Metalle, sind am zweckmäßigsten kernlose Induktionsöfen
verwendbar.
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Die in dem oberen Teil des Tiegels angeschlossene Gießrinne ist rohrförmig
und dient in jedem Falle als Kippachse der Schmelzeinrichtung. Ihre weitere Formausbildung
hängt davon ab, in welcher Höhenlage zu der Austrittsöffnung des Schmelzgutes aus
dem Tiegel und in welchem radialen Abstand von der Ofenachse der Ausfluß des Tiegelinhaltes
aus der Schmelzeinrichtung in die Gießeinrichtung erfolgen soll. Sie kann demnach
bei etwa gleicher Höhe von Ein-und Ausflußende der Gießrinne aus einer geraden,
einteiligen, tangential zur Ofenachse angeordneten Rinne bestehen (Beispiel i).
Bei ungleicher Höhe von Ein- und Ausflußende der Gießrinne besteht sie zunächst
aus einem unter beliebigem Winkel die Ofenwand durchdringenden Teil, setzt sich
dann in mindestens einem unter beliebigem Winkel zur Ebene der Ausflußöffnung führenden
Teil fort ünd besteht zuletzt aus einem in der Ausflußebene waagerecht und tangential
zur Ofenachse liegenden, die Kippachse der Schmelzeinrichtung bildenden Teil (Beispiel
z). Das für den ausfließenden Stoff auch in diesem waagerechten Teil der Gießrinne
notwendige Gefälle wird durch entsprechende Ausbildung des feuerfesten Futters gesichert.
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Die Gießeinrichtung besteht in allen Fällen zweckmäßig aus dem Gießtrichter
oder der Gießpfanne und der Gießform bzw. den Gießformen.
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In solchen Fällen, wo in Schmelzöfen mit unmittelbarer Beheizung des
Schmelzgutes mit Verbrennungsgasen Stoffe nachträglich zur Entziehung der im Schmelzgut
gelösten Gase einer Vakuumbehandlung unterzogen werden sollen, bedient man sich
einer heizbaren oder nicht heizbaren Gießpfanne, die hierzu aber wie der hier beschriebene
Ofen mit vakuumdichtem Mantel und ebensolchem Deckel nebst Gießrinne versehen sein
muß. Die Evakuierungsbehandlung z. B. eines im Induktionsofen unter Strom befindlichen
Stahles geht wegen der durch die Induktionsströme bewirkten Baddurchwirbelung wesentlich
rascher vonstatten als die Entgasung eines im Siemens-.Nlartin-Ofen vorverflüssigten
und überhitzten, aber in der Gießpfanne nicht mehr beheizten 'Stahlbades. Die unter
der Wirkung eines 'genügend hohen Vakuums sehr rasch eintretende Verflüchtigung
der Gase aus dem flüssigen Stahl bewirkt aber auch in der unbeheizten Pfanne eine
rasche Verminderung des Gasgehaltes im Stahl, um so mehr, als durch die entweichenden
Gase eine gewisse Baddurchwirbelung auch in der Gießpfanne hervorgerufen wird.
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Die Ausführungsmöglichkeiten der beschriebenen Einrichtungen sind
sehr mannigfaltig. Im folgenden sollen beispielsweise zwei Einrichtungen beschrieben
werden, von denen die eine den Fall eines kernlosen Induktionsofens mit einer einteiligen
Gießrinne, die andere den Fall einer nicht heizbaren Gießpfanne mit einer mehrteiligen
Gießrinne und in beiden Fällen die Entgasung von Stahl betrifft. Es ist aber zu
bemerken, daß die erstgenannte Einrichtung auch als Gießpfanne und die beschriebene
Ausführungsart der letzteren auch für Schmelzöfen, wie z. B. kernlose Induktionsöfen,
Verwendung finden kann.
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Im Falle des kernlosen Induktionsofens ist der Tiegel und die ihn
umgebende In.duktionsspule von einem vakuumdicht schließenden Mantel armiert, an
den sich der vakuumdicht schließende Mantel der Gießrinne anschließt. Zur Verringerung
der Stromverluste im Mantel besteht dieser aus Stoffen von hohem elektrischen Widerstand,
also aus möglichst dünnen Metallblechen oder aus nichtleitenden Stoffen, z. B. aus
Kunstschiefer. Die wassergekühlte, aus einer Rohrschlange bestehende Induktionsspule
steht zweckmäßig unmittelbar oder mittelbar durch eine dazwischengelegte Schicht
eines Isolationsstoffes mit dem Ofenmantel in Berührung, wobei die Induktionsspule
zweckmäßig zwischen konsolartigen, auf der Innenseite des Ofenmantels angeordneten
Stützen zusammengehalten wird, um Vibrationen infolge der Stromwirkung zu vermeiden.
Der Ofenmantel ist im Falle der Ausführung in Metallblech zur Verringerung von Stromverlusten
durch Zwischenschaltung von Isolationsstoffen unterteilt.
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Die Abb. i der beigefügten Zeichnung zeigt beispielsweise die Vereinigung
eines kernlosen Induktionsofens mit einer Gießeinrichtung gemäß der Erfindung im
Schnitt nach der Linie A-B-C der Abb. z. Im Punkte B
ist dieser Schnitt in
eine Zeichenebene gedreht. Die Abb. z zeigt dieselbe Einrichtung im waagerechten
Schnitt nach der Linie D-E der Abb. i.
Der aus feuerfestem Stoff
i bestehende Tiegel ist vakuumdicht von dem Mantel 2 aus Stoff von hohem elektrischen
Widerstand umgeben, besteht also aus möglichst dünnem und elektrisch schlecht leitendem
Metallblech oder aus nichtmetallischem Stoff, z. B. Kunstschiefer. Innerhalb des
Mantels 2, erforderlichenfalls mit Zwischenlegung einer isolierenden Schicht, ist
die elektrische Induktionsspule 3 befestigt, und zwar zwischen konsolartigen Stützen
q. des Ofenmantels. Zur Verminderung der induktiven Stromverluste ist der Mantel
2 durch Schlitze 5 in zwei Teile geteilt. Die Mantelteile für Boden und Deckel bestehen
aus besonderen Stücken 6 und 7. Zwischen den einzelnen Mantelteilen befindet sich
elektrisch isolierender Dichtungsstoff. Durch die Stopfbüchsen 8 des Mantels gehen
die Spulenstromzuführungen. Die in diesem Falle einteilige, aus dem oberen Teil
des Ofens tangential austretende Gießrinne 9 besteht aus dem feuerfesten, nach außen
konisch sich erweiternden Futter io mit dem vakuumdichten und mit dem Ofenmantel
auch vakuumdicht verbundenen Mantel i i. Die Gießrinne 9 und der gleichachsige Lagerzapfen
12 des Ofens dienen zur drehbaren Lagerung der Schmelzeinrichtung auf den Lagern
13.
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Die Gießeinrichtung besteht aus dem vakuumdicht ummantelten Gießtrichter
oder Gießpfanne 14 mit Stopfbüchse i5 zur vakuumdichten Aufnahme der Gießrinne 9
und mit dem Stopfbüchsenring 16 sowie aus der die Gießform 17 umschließenden Vakuumhaube
18 mit Stopfbüchse i9 und Rohrstutzen 20.
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Nach dem bei abgehobenem Ofendeckel vorgenommenen Einsatz des Schmelzgutes
wird der Deckel aufgesetzt, die Stromquelle an die Induktionsspule 3 angeschlossen,
bis unter deren Wirkung der Einsatz schmilzt. Zur Behandlung des Schmelzbades im
Vakuum oder mit neutralen Gasen wird durch Stutzen 2o das Innere der Einrichtung
evakuiert oder mit dem gewünschten Gas gefüllt. Darauf wird der Tiegel um seine
Gießrinne als Kippachse gedreht, bis die Gießrinne zum tiefsten Punkt gelangt, wobei
das Schmelzgut durch die Gießrinne 9 in den Gießtrichter 14 und von da in die Gießform
oder die Gießformen 17 fließt, ohne mit der Luft in Berührung zu kommen. An Stelle
des Gießtrichters i¢ kann auch eine oben vakuumdicht verschließbare Stopfengießpfanne
zur Aufnahme des gesamten Ofeninhaltes an Metall und Schlacke treten. In diesem
Falle wird die Stopfenstange durch eine im Pfannendeckel angeordnete Stopfbüchse
nach außen geführt. Auch muß dann die Gießpfanne einen besonderen Anschluß an die
Evakuierungsleitung erhalten.
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Der Fall der nicht beheizten Gießpfanne zur Behandlung bereits vorverflüssigter
oder flüssiger Stoffe im luftverdünnten Raum wird durch die Abb. 3 erläutert, die
einen senkrechten Schnitt durch die Gießpfanne nach der Linie G-H der Abb. q., Abb.
q. eine Draufsicht auf die Pfanne darstellt.
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Die aus feuerfestem Stoff 21 bestehende Gießpfanne ist vakuumdicht
von dem Mantel 22 umgeben und hat in dem oberen Teil eine radial aus dem Pfanneninneren
nach außen führende Schlackenrinne 23, die durch einen Rohrstutzen 24 verlängert
wird, dessen Mantel vakuumdicht an den Pfannenmantel anschließt und der durch den
Deckel a5 vakuumdicht verschließbar ist.
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Die Gießrinne der Pfanne besteht zunächst aus dem radialen Teil 26
im Ofenfutter. Daran schließt sich, in vakuumdichter Verbindung mit dem Pfannenmantel,
das feuerfest ausgefütterte Schrägrohr 27 schräg nach unten und vorn an, um in der
Ausflußebene mit vakuumdichter Verbindung in dem gleichfalls rohrförmigen und feuerfest
ausgefütterten, aber waagerecht und tangential zur Pfannenachse angeordneten Auslaufstutzen
28 zu münden. Die Achse des Auslaufstutzens 28 ist die Kippachse der Pfanne. Der
Auslaufstutzen 28 der Gießrinne führt in die nicht gezeichnete, der Anordnung der
Gießeinrichtung gemäß Abb.. i entsprechende Gießeinrichtung 14-20.
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Zur Aufnahme der beim Kippen der Pfanne um die Kippachse auftretenden
Kräfte ist der Pfannenmantel 22 an seinem unteren Ende durch Stützen 29 mit dem
waagerecht und tangential zur Pfannenachse verlaufenden Drehzapfen 30 verbunden,
der auf dem Lager 31 aufliegt. Die Mittelachse des Drehzapfens 30 fällt mit
der die Drehachse der Pfanne bildenden Mittelachse des Auslaufstutzens 28 der Gießrinne
zusammen. Das dem Drehzapfen 30 zugekehrte Ende des Auslaufstutzens 28 steht
mit dem Drehzapfen 30 in starrer Verbindung.
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Die Gießpfanne ist mit einem abnehmbaren Deckel 32 mit Deckelmantel
33 und Schauloch 34 vakuumdicht verschließbar. Die Evakuierung des Pfanneninhaltes
geschieht wie die der Einrichtung nach Abb. i. Wird die Pfanne mit ihrem unter Vakuum
stehenden Inhalt um die Drehachse des Drehzapfens 30 im Sinne des Uhrzeigers gedreht,
so steigt der Pfanneninhalt auf der Seite der Gießrinne und fließt bei weiterer
Drehung um 9o° restlos durch den radialen Arm 26 der Gießrinne, dann durch das schräg
nach vorn und abwärts führende Schrägrohr 27 in den Auslaufstutzen 28 und von dort
in die nicht gezeichnete Gießeinrichtung 4-2o, ohne dabei mit der Luft in Berührung
zu kommen.
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Auch zur Behandlung flüssiger metallischer oder nichtmetallischer
Stoffe und zum Vergießen
solcher Stoffe unter beliebigen Gasen
bei völligem Abschluß der Luft kann die beschriebene Gießpfanne benutzt werden.
Das Innere der beschriebenen Einrichtung Wird dann nur, anstatt evakuiert zu werden,
mit dem gewünschten Gas gefüllt.