EP0276453A1 - Vorrichtung zum Giessen von metallischen Schmelzen - Google Patents

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EP0276453A1
EP0276453A1 EP87118785A EP87118785A EP0276453A1 EP 0276453 A1 EP0276453 A1 EP 0276453A1 EP 87118785 A EP87118785 A EP 87118785A EP 87118785 A EP87118785 A EP 87118785A EP 0276453 A1 EP0276453 A1 EP 0276453A1
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EP
European Patent Office
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filter body
filter
frame
pouring channel
melt
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Withdrawn
Application number
EP87118785A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans E. Winkler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stettner and Co
Original Assignee
Stettner and Co
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D43/00—Mechanical cleaning, e.g. skimming of molten metals
    • B22D43/001—Retaining slag during pouring molten metal
    • B22D43/004—Retaining slag during pouring molten metal by using filtering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/086—Filters

Definitions

  • the invention relates to a device for casting metallic melts with a filter in the pouring channel.
  • Such filter bodies generally consist of ceramic material. They are built into the flow path of the melt in order to separate contaminants carried along by it. These come from slag residues, reaction products from metallurgical treatments of the melt, non-metallic oxides, rinsing off from the molding material, residues from vessels that come into contact with the melt, and inoculation processes.
  • the level of impurities determines the reject rate and thus crucially the manufacturing costs of the castings.
  • This problem is of particular importance in mechanized molding plants, in which, for reasons of cost, the format of the molding box is changed more and more in order to reduce the investment costs of the casting plant.
  • the aim is to use the base of the molding box with as many castings as possible.
  • filters have preferably been installed in the runner system of the pouring channel in order to effectively detect even the smallest size of impurities.
  • An open-pore foam structure has become known, the porosity of which moves within a range suitable for these casting purposes.
  • filters have a highly irregular design of the passage channels and cell walls, which changes the flow direction of the melt and its flow velocity within the filter, but on the other hand influences the flow conditions in an unpredictable manner, so that the expected flow losses and the extension of the casting time can no longer be determined were. Maintaining a certain casting time is of particular importance, for example, in the manufacture of thin-walled castings in order to prevent incorrect castings due to non-leakage or cold welding.
  • a previously known device (DE-OS 35 09 113) assumes that two plates are arranged one behind the other in the direction of flow and at a distance, the through bores of which are offset from one another and between which a chamber calming the flow is provided see is.
  • mechanized pouring devices require further measures in the context of the desired goal of optimal cleaning of the melt flow.
  • this object is achieved in a device of the type described in the introduction in that the filter body is arranged in a deviating manner from the general flow direction of the melt in the pouring channel at the foot of a baffle. The flowing melt hits this baffle and is thereby forcibly deflected.
  • the melt is thus jammed and its flow speed is slowed down.
  • the generally specifically lighter non-metallic impurities can thereby separate out due to the density selection which becomes effective and are essentially kept away from the filter surface.
  • the filter body itself collects finer particles still remaining in the largely cleaned flow of the melt or entrained by it.
  • the filter body is arranged between the head of a first and the foot of a second baffle wall, which follows at a distance in the flow direction. It follows that the flow is deflected and blocked in front of the filter body. The same process is repeated after the filter body, so that the selection acting on the melt stream is doubled.
  • the chair-like frame has a contour corresponding to the pouring channel cross section.
  • Such a frame accommodating the filter body then fills the entire cross-section of the pouring channel, so that incorrect flows are avoided.
  • the invention provides that an inoculation device is arranged in the pouring channel in front of the filter.
  • the assignment of the inoculation device, for example the inoculation core, and the downstream filter according to the invention has proven to be particularly effective in order to keep the reaction products which inevitably occur during the reaction with the inoculant out of the casting. This idea is of particular importance in the manufacture of high quality nodular cast iron, which generally requires re-seeding.
  • the measure according to the invention can be considered for all metal melts.
  • the filter consists of a chair-like frame 2 with two side cheeks 3 and the front wall 4 and rear wall 5 connecting them.
  • This frame 2 accommodates the actual filter body 6. It rests on the front wall 4 and lies against the rear wall 5 with its rear end. As is known per se, it has a multiplicity of regularly arranged parallel through bores 7.
  • the surface 8 of the filter body 6 is located approximately halfway up the frame 2 in the embodiment shown.
  • the filter body 6 as well as the frame 2 are expediently made of ceramic material, but are generally made separately from one another, and the filter body 6 is then placed in the frame 2, e.g. with the help of a refractory putty or the like, attached.
  • FIGS. 2 and 3 show an installation example of this filter 1 in a pouring channel 10, which is delimited at the top by the top box 11 or a corresponding cover core and carries the pouring box 12 with the pouring openings 13.
  • the cross section of the pouring channel 10 corresponds, as shown, to the contour of the filter 1, so that the entire flow cross section of the pouring channel 10 is filled.
  • the filter body 6 is arranged within the pouring channel 10 such that its upper one flow surface 8 is parallel to the general flow direction of the melt in the pouring channel 10, which here is equated to the course of the pouring channel.
  • the melt flow inside the pouring channel 10 first undergoes a deflection upwards of 90 ° with respect to the general flow direction and meets the ceiling 14 of the pouring channel 10 there, so that it is again at about 90 ° in the direction of the rear wall 5 of the frame 2 is redirected.
  • the front wall 4 and the rear wall 5 of the frame 2 thus act as baffles for the melt flow.
  • the melt enters the filter body 6 in the inflow plane 8.
  • the impact of the front wall 4 and rear wall 5 cause a selective separation of the impurities contained in the melt stream. These then reach the surface of the stream without reaching the filter body 6.
  • Its opening cross-section, mesh size and thickness 15 are determined by the type of cast metal to be processed, the casting temperature and the required casting speed. They can be varied within wide limits. Due to the separate, independent of the frame 2 production of the filter body 6, one and the same frame 2 can be used for filter bodies 6 of various designs. Residual impurities are excreted in the filter body 6.
  • FIGS. 2 and 3 shows a symmetrical arrangement of two filters 1 in a pouring channel 10, in which an inoculation core 16 is arranged below the inflow openings 13 from the pouring box 12, as is the case, for example, in the production of high-quality spheroidal graphite cast iron for inoculation the melt is used.
  • the flow pattern is shown schematically in the pouring channel 10.
  • the design of the pouring device according to the invention allows the filter to be dimensioned in accordance with the respective requirements, so that a flow rate which is independent of the pouring channel cross section, and possibly also significantly larger, can be achieved.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Schmelzen mit einem Filter im Gießkanal (10), wobei der Filterkörper (6) abweichend von der allgemeinen Strömungsrichtung der Schmelze am Fuß einer Prallwand (5) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Schmelzen mit einem Filter im Gießkanal.
  • Solche Filterkörper bestehen im allgemeinen aus kera­mischem Werkstoff. Sie sind in den Strömungsweg der Schmelze eingebaut, um von dieser mitgeführte Verunrei­nigungen abzuscheiden. Diese rühren aus Schlackenresten, Reaktionsprodukten von metallurgischen Behandlungen der Schmelze, nichtmetallischen 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 Kostengründen mehr und mehr zu größeren Formaten des Formkastens übergeht, um die Inve­stitionskosten der Gießanlage zu vermindern. 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 Grundfläche 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 verschgedenen Varianten anwendet. Bei diesen Systemen erweist sich allerdings der Einbau von Fil­tern in den Schmelzfluß als unerläßlich, um die die Fremd partikel 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 Gieß­kanals eingebaut, um dadurch auch Verunreinigungen gering­ster Größe noch wirksam zu erfassen. Bekanntgeworden sind eine offenporige Schaumstruktur aufweisende Filterkörper, deren Porosität sich in einer für diese Gießzwecke geeig­neten Bandbreite bewegt. Solche Filter weisen jedoch eine höchst unregelmäßige Gestaltung der Durchtrittskanäle und Zellenwände auf, was zwar innerhalb des Filters die Fließ­richtung der Schmelze und deren Strömungsgeschwindigkeit verändert, andererseits aber die Strömungsverhältnisse ins­gesamt unberechenbar beeinflußt, so daß die zu erwartenden 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 verteilten Verunreini­gungen mitreißt. Es erweist sich deshalb, daß außer der me­chanischen Filterwirkung noch weitere Einwirkungen 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 gegeneinander versetzt sind und zwischen denen eine die Strömung beruhigende Kammer vorge­ sehen ist. Trotz der eindrucksvollen Wirksamkeit dieser Maßnahme ist sie nicht für alle Anwendungsfälle geeignet. Insbesondere verlangen mechanisierte Gießeinrichtungen wei­tere Maßnahmen im Rahmen des angestrebten Ziels der opti­malen Reinigung des Schmelzflusses. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs bezeich­neten Art dadurch gelöst, daß der Filterkörper abweichend von der algemeinen Strömungsrichtung der Schmelze im Gießkanal am Fuß einer Prallwand angeordnet ist. Die strö­mende Schmelze trifft auf diese Prallwand auf und wird hierdurch zwangsweise abgelenkt. Die Schmelze wird also gestaut und ihre Strömungsgeschwindigkeit verzögert. Die im allgemeinen spezifisch leichteren nichtmetallischen Verunreinigungen können sich hierdurch aufgrund der wirk­sam werdenden Dichteselektion abscheiden und werden im we­sentlichen 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.
  • Noch besser wird die Wirkung der erfindungsgemäßen Vor­richtung, wenn in Weiterbildung dieses allgemeinen Gedan­kens der Filterkörper zwischen dem Kopf einer ersten und dem Fuß einer in Strömungsrichtung in Abstand folgenden zweiten Prallwand angeordnet ist. Daraus folgt, daß bereits vor dem Filterkörper die Strömung umgelenkt und gestaut wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich nach dem Filter­körper, so daß die auf den Schmelzstrom wirkende Selektion verdoppelt wird.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich eine Anordnung erwiesen, bei der die Einströmebene des Filterkörpers etwa parallel zu der allgemeinen Strömungsrichtung liegt. Zum Durchgang durch den Filterkörper muß also die Strömung um etwa 90° verändert werden, was bereits zu einer erheblich verbesser­ ten Reinigungswirkung führt. Dieser Grundgedanke läßt sich konstruktiv besonders vorteilhaft dadurch verwirklichen, daß der Filterkörper in einem stuhlartigen Rahmen angeord­net ist, dessen Vorderwand vor und unter und 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 keramischem Werkstoff hergestellt und zeichnet sich besonders vorteilhaft dadurch aus, daß die Vorder- und Rückwand des Filterkörpers durch seitliche Wangen verbunden sind, wobei nach einem anderen Merkmal der Erfindung der stuhlartige Rahmen eine dem Gießkanalquerschnitt entspre­chende Kontur aufweist. 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 ver­binden. Es kann auf diese Weise ein und demselben Rahmen ein Filterkörper von jeweils gewünschtem Durchlaßquerschnitt zu­geordnet werden.
  • Schließlich sieht die Erfindung vor, daß in dem Gießkanal vor dem Filter eine Impfeinrichtung angeordnet ist. Die Zu­ordnung von Impfeinrichtung, beispielsweise Impfkern, und nachgeordnetem erfindungsgemäßen Filter erweist sich als be­sonders wirksam, um die bei der Reaktion mit dem Impfmittel zwangsläufig auftretenden 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 Betracht.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzug­ten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1 den Filterkörper mit zugehörigem Rahmen in perspek­tivischer Darstellung sowie
    • Fig. 2 in Einbaustellung bei einem bevorzugten Ausführnungs­beispiel 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 Fil­terkörper 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 paral­leler Durchgangsbohrungen 7 auf. Die Oberfläche 8 des Filter­körpers 6 befindet sich bei der wiedergegebenen Ausführungs­form etwa in halber Höhe des Rahmens 2.
  • Der Filterkörper 6 wie der Rahmen 2 sind zweckmäßig aus kera­mischem 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 Ober­kasten il oder einen entsprechenden Abdeckkern begrenzt ist und den Eingüßkasten 12 mit den Ausgießöffnungen 13 trägt. Der Querschnitt des Gießkanals 10 entspricht, wie dargestellt, der Kontur des Filters 1, so daß der gesamte Strömungsquer­schnitt 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 Strömungsrich­tung der Schmelze in dem Gießkanal 10 liegt, die hier dem Verlauf des Gießkanals gleichgesetzt wird. Durch die Vorder­wand 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 Vorder­wand 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 enthal­tenen Verunreinigungen. Diese gelangen dann an die Ober­fläche des Stroms ohne in den Filterkörper 6 zu gelangen. Dessen Öffnungsquerschnitt, Maschenweite und Dicke 15 be­stimmen sich nach der Art des jeweils zu verarbeitenden Gießmetalls, nach Gießtemperatur und notwendiger Gießge­schwindigkeit. 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 ausge­schieden.
  • Die Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 zeigt eine symme­trische Anordnung zweier Filter 1 in einem Gießkanal 10, in welchem unterhalb der Einströmöffnungen 13 aus dem Einguß­kasten 12 ein Impfkern 16 angeordnet ist, wie er beispiels­weise bei der Erzeugung von hochwertigem Gußeisen mit Kugel­graphit 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 entspre­chende Dimensionierung des Filters zu, so daß eine vom Gießkanalquerschnitt unabhängige, gegebenenfalls auch wesentliche größere Durchflußmenge erreichbar ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Gießen von metallischen Schmelzen mit einem Filter im Gießkanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (6) abweichend von der allgemeinen Strömungsrichtung der Schmelze am Fuß einer Prallwand angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (6) zwischen dem Kopf einer ersten und dem Fuß einer in Strömungsrichtung in Abstand fol­genden zweiten Prallwand angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Einströmöffnung (8) des Filterkörpers (6) etwa parallel zur allgemeinen Strömungsrichtung im Gießkanal (10) liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (6) in einem stuhl­artigen Rahmen (2) angeordnet ist, dessen Vorderwand (4) vor und unter dem Filterkörper (6) und dessen Rückwand (5) hinter und über dem Filterkörper (6) angeordnet ist und Prallwände bilden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Rückwand (4,5) des Filterkörpers (6) durch seitliche Wangen (3) des Rahmens (2) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­net, daß der stuhlartige Rahmen (2) eine dem Gießkanal­querschnitt entsprechende Kontur aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (6) getrennt vom Rahmen (2) hergestellt und fest mit diesem verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gießkanal (10) vor dem Fil­ter (1) eine Impfeinrichtung angeordnet ist.
EP87118785A 1987-01-03 1987-12-18 Vorrichtung zum Giessen von metallischen Schmelzen Withdrawn EP0276453A1 (de)

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