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Die Beschickung von Gießformen in automatischen
Formgußstrecken erfolgt hauptsächlich mittels Gießöfen, die
durch ein Inertgas unter Druck gehalten werden und mit
einer elektrischen Induktionsheizung versehen sind. Obgleich
zahlreiche unterschiedliche Systeme bestehen, haben Öfen
dieser Art eine Problematik gemein, die mit der Wartung der
Induktoren aufgrund von Abnutzung oder Überwuchs des
Feuerfeststoffs im Bereich der Spule zusammenhängt.
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Häufigkeit und Schwere dieser Probleme erreichen
ihren Gipfel dann, wenn darum geht, Kugelgraphitguß zu
gießen. Dieses Material weist nämlich die Besonderheit auf, in
seiner Zusammensetzung eine bestimmte Menge an Magnesium zu
enthalten, das mit gewissen im Feuerfeststoff und im
eigentlichen Metall vorliegenden Elementen reagiert. Somit
bilden sich Verbindungen mit hohem Schmelzpunkt, die an den
Wänden des Feuerfeststoffs anhaften, speziell an den
heißesten Punkten, an denen der höchste Metalldurchfluß
vorliegt.
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Der Induktor und daran angrenzende Bereiche leiden
besonders unter diesem Problem, da die Beschickungs- und
Gießleitungen sich sogar zusetzen können. Somit muß eine
erschöpfende Reinigung der Düsen und Kanäle des Induktors
erfolgen. Ein derartiger Vorgang ist aufwendig, schwierig
und sehr mühsam, da er eine erhöhte Gefahr birgt, den
Feuerfeststoff zu beschädigen, welcher den Induktor schützt.
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Ferner ist die Kopplung von Induktoren mit einem
Komplexitätsfaktor im System behaftet, der das Abschalten
des Ofens verhindert, es sei denn unter erhöhtem Risiko.
Nach Inbetriebnahme kann man dazu nur das Metall entleeren,
um den Feuerfeststoff abzureißen und bestenfalls den
Induktor auszutauschen. Deshalb muß die Heizung ständig
angeschaltet bleiben, was neben dem vorausgehend erwähnten
Problem einen beträchtlichen Energieaufwand hervorruft.
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In Anbetracht dessen, daß der Induktor allein die
Funktion hat, die Schmelze annähernd auf der
Formgießtemperatur zu halten, und in Anbetracht der beschriebenen
Probleme, aus denen die Anmelderin gefolgert hat, daß sie
durch die Verwendung von Induktoren bedingt sind, wird in
der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, die
Induktionsheizung durch eine mittels leistungsstarkem thermischen
Plasma erzeugte Heizung zu ersetzen. Der Wärmeübergang
erfolgt in diesem Fall mittels Plasmabogen, der durch den
elektrischen Strom erzeugt und mit dem gleichen Inertgas
(Argon oder Stickstoff) stabilisiert wird, wie zur
Druckbeaufschlagung im Ofen verwendet wird.
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In der US-Patenschrift 5 291 940 ist ein Gießtrog
beschrieben, in dem die Energiezufuhr zur flüssigen
Metallmasse über einen Plasmabrenner erfolgt, der offen betrieben
wird und direkt auf das Metall einwirkt, wodurch
Bewegungsströme entstehen, die in metallurgischer Hinsicht zu
Verunreinigungen führen.
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Die vorliegende Erfindung zeigt einen Gießofen auf,
bei dem die Energiezufuhr zur flüssigen Metallmasse über
einen Plasmabrenner erfolgt, der geschlossen betrieben
wird, und zwar mit Druckgas, das gegenüber der
Metallschmelze zugleich plasmagen und inert ist (beispielsweise
N&sub2;).
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Wird als plasmagenes Gas Stickstoff verwendet,
zersetzt sich der gasförmige Stickstoff (N&sub2;) in plasmatischen
N, der dem Metall Energie zuführt, womit die Wirkung des
Plasmabrenners auf das Metall indirekt erfolgt.
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Das Vorhandensein von plasmatischem N unter Druck
leitet die Stabilisierung des Plasmabogens ein, die für die
Qualität des Gusses (ohne Verunreinigungen) unerläßlich
ist.
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Der Gießofen verfügt auch über Mittel, um das Gas in
den Ofen einzuführen und unter Druck zu halten.
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Es ist die Ausbildung eines Mehrfachbrennersystems
vorgesehen, das wahlweise die Verwendung eines
Übertragungsbogens ermöglicht. Die Anwendung der einen oder
anderen Ausführung hängt von der Art des Materials ab, das
vergossen werden soll.
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Die Einführung von Plasma verleiht dem
erfindungsgemäßen Gießofen folgende Besonderheiten:
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a) Der Energietransfer erfolgt mittels eines
leistungsstarken thermischen Plasmabogens.
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b) Der Ofen kann frei geleert werden, wodurch
Wartungsperioden abgebaut werden.
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c) Es ist keine regelmäßige Reinigung des Ofens
erforderlich, wenn Kugelgraphitguß vergossen wird. Dadurch,
daß keine Induktionsheizung vorliegt, entstehen keine
bereichsweisen Magnesiumsilikatüberwuchse in den
Mündungen der Beschickungs- und Gießkanäle.
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d) Die zum Erhitzen mittels Plasma erforderliche
Ausrüstung führt zu keiner Erhöhung der Kosten bisheriger
Anlagen, wobei sie in gewissen Fällen sogar wesentlich
geringer ausfallen können.
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e) Die Vorwärmung des Ofens im Leerzustand kann mit
Hilfe einer Thermolanze (Gas, Sauerstoff) erfolgen.
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f) Der Plasmabrenner kann an bestehenden Öfen
installiert werden, ohne daß dazu Umrüstungen oder
Auslegungsänderungen erforderlich wären.
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g) Wenn die Installation des Plasmabrenners am Deckel
des Ofens erfolgt, wird damit eine größere Freiheit
bei der Auslegung erzielt, wobei der Energieertrag
optimiert wird.
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Die vorliegende Erfindung schlägt einen Gießofen für
einen verbesserten automatischen Formguß vor, mit
insbesondere einer Öffnung für die Schmelze und Beschickungsdüse
für das Metall in vorgeimpftem Zustand, einem Gas für die
Druckbeaufschlagung in dem Trog sowie mindestens einer Düse
für die Schmelze und Beschickung des Formgußmetalls dadurch
gekennzeichnet, daß in den Gießofen oberhalb der Oberfläche
des Metalls in dem Trog mindestens ein Brenner für
stabilisiertes thermisches Plasma, für den vorzugsweise dasselbe
Gas verwendet wird wie für die Druckbeaufschlagung in dem
Ofen, sowie zumindest ein Eingang/Ausgang für das Gas
angeordnet sind, wobei das Gas bzw. die Gase mit Bezug auf die
Metallschmelze sowohl plasmagen als auch inert sind.
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Fig. 1 ist eine senkrechte Schnittansicht des
bereits bekannten Gießofens in Überlagerung mit einer
praktischen Ausführung des Gegenstands der Erfindung, die das
Verständnis erleichtert.
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Ein herkömmlicher Ofen besteht aus einer
Eingußöffnung (1) zur Beschickung mit Metall bei beispielsweise 1430
ºC, das bereits beispielsweise mit Ferrosiliziummagnesium
behandelt wurde, das über die Beschickungsdüse (2) zu dem
Trog (3) abfließt, in dem unten ein Induktor (4) angeordnet
ist, der Energie zuführt und dabei die Schmelze auf der
gewünschten Temperatur hält.
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Der Trog (3) wird von dem Deckel (5) verschlossen,
in dem ein Eingang/Ausgang (11) für Druckbeaufschlagungsgas
(g), beispielsweise N&sub2;, ausgebildet ist.
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Unter dem Druck des Druckbeaufschlagungsgases fließt
die Schmelze über die Gießdüse (6) zu den Gießformen (7)
ab, und zwar in einem feuerfesten Hüllrohr.
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An der Verbindung (8) der Beschickungsdüse (2) mit
dem Trog (3) sowie in den Kanälen (9) um den Induktor (4)
herum neigen Salze dazu, sich anzusammeln, beispielsweise
Magnesiumsilikate, die den Durchfluß der Schmelze und den
Wärmeübergang beeinträchtigen.
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Bei der Erfindung wird der Induktor (9) mit allen
seinen Folgen weggelassen und als grundlegendes Element ein
oder mehrere Plasmabrenner (10) vorgesehen.
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Um energetische Konzentrationen an der Oberfläche
(s) der Schmelze in dem Trog (3) zu vermeiden, wird dem
Brenner (10) eine Bewegung verliehen, so daß der
Plasmastrahl sich an der Oberfläche (s) verlagert bzw. bewegt.
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Das mit dem Plasma verwendete Inertgas (N&sub2;, Argon,
etc.) kann das gleiche wie für die Druckbeaufschlagung
sein.
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Um die Energieersparnis zu erhöhen, ist bei kaltem
Ofen, beispielsweise Montag morgen, eine Vorwärmung mittels
eines Sauerstoffbrenners vorgesehen, wobei diese Phase den
Plasmabrenner (10) in dem Raum physisch ersetzen kann, d. h.
daß der Sauerstoffbrenner wird durch die obere Öffnung (12)
eingeführt.
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Die Funktionsweise der Anlage im Schmelzbetrieb ist
wie folgt.
1) Vorwärmung des Trogs
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Ausgehend von einem kalten Ofen erfolgt die Erwärmung des
Trogs auf eine für die Aufnahme des flüssigen Metalls
geeignete Temperatur, beispielsweise 1200-1300ºC, wobei
somit die von dem unvermeidbaren Temperaturschock
herrührenden Probleme vermieden werden, der während der
Beschickung auftritt. Die Erwärmung erfolgt mittels eines
Sauerstoffbrenners (GLP und Sauerstoff).
2) Beschickung des Ofens
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Nach Beendigung der Vorwärmung wird der Ofen mit bereits
behandeltem Metall in vorgeimpftem Zustand gefüllt. Während
der Beschickungsphase bleibt das Dekompressionsventil des
Trogs offen (11 bzw. 12).
3) Gießen
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Ist die Beschickung erfolgt, wird das Dekompressionsventil
geschlossen und die Einspritzung von
Druckbeaufschlagungsgas in das (dichte) Hauptgewölbe des Ofens eingeleitet.
Durch den Druck steigt das Metall über die Gieß- und
Beschickungsdüsen nach oben, bis es den geeigneten
Gießspiegel für die erste Schmelze erreicht. Ab diesem Zeitpunkt
ist die Anlage für die Beschickung der Gießformen bereit.
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3a) In dieser Gießphase und im Falle, daß die
Temperaturfühler (11) oder gleichwertige Teile einen Bedarf an
Energiezufuhr erfassen, wird die Schmelze mit dem Plasmabrenner
(10) erhitzt, unter Verwendung von zu diesem Zeitpunkt im
Plasmazustand vorliegenden Druckbeaufschlagungsgas (g).
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Die Zündung des Brenners (10) kann beliebig
Verzögert werden.
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Die Anordnung und die Anzahl an Plasmabrennern (10),
deren Aufbau, beispielsweise mit Graphitelektroden (13),
Öffnungen am Deckel (5), Gasein- und -ausgängen, können von
verschiedener Ausführung sein, ohne dabei die Erfindung wie
in den beiliegenden Patentansprüchen definiert abzuwandeln.