EP2098314B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung metallischer Gusskörper nach dem Feingussverfahren - Google Patents

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EP2098314B1
EP2098314B1 EP08004045A EP08004045A EP2098314B1 EP 2098314 B1 EP2098314 B1 EP 2098314B1 EP 08004045 A EP08004045 A EP 08004045A EP 08004045 A EP08004045 A EP 08004045A EP 2098314 B1 EP2098314 B1 EP 2098314B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating mantle
gas
heat transfer
burners
transfer gas
Prior art date
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EP08004045A
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English (en)
French (fr)
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EP2098314A1 (de
Inventor
Helmut Rodehüser
Ulrich Steinrücken
Hans-Peter Nicolai
Dietmar Henneke
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TiTAL GmbH
Original Assignee
TiTAL GmbH
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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
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings

Definitions

  • the present invention relates to a method according to claim 1 and a device according to claim 6 for the production of metal castings by precision casting, in particular cast aluminum or aluminum-containing alloys.
  • Advantageous developments are specified in the subclaims.
  • a wax model is usually produced by an object to be cast, which is then coated with a ceramic shell. This can be done, for example, by immersing the wax model in suitable ceramic slip. In this case, different slips can be applied successively. Subsequently, the wax model is melted out, and fired the ceramic form. As a result, a porous mold is obtained, in which metallic melts can be cast. After solidification of the metallic melt, the mold is destroyed and the casting can be removed.
  • the method described above also allows the production of complex castings.
  • a disadvantage of the casting technique described is that the ceramic casting molds produced have a poor thermal conductivity and thus contribute to a relatively long and unregulated solidification time of the molten metal in the casting mold.
  • a relatively coarse-grained microstructure arises, which can lead to reduced mechanical properties.
  • the EP 1 076 118 A discloses a method and apparatus for producing directionally cured castings. It is envisaged to lower the cast body in a cooling bath to achieve a directional curing. The located above the cooling bath part of the mold is tempered with a heating chamber, which has electrical heating elements.
  • the casting mold and thus also the melt introduced into the casting mold are heated above the cooling liquid level by means of an electrical resistance heater in order to keep the filled molten metal liquid above the cooling liquid level.
  • an electrical resistance heater in order to keep the filled molten metal liquid above the cooling liquid level.
  • the system is flushed by means of a protective gas at overpressure. This requires a suitably closed container.
  • the method known from the prior art has drawbacks such that in the electrical resistance heating based on radiation, the desired temperature level for securely holding the molten metal above the level of the cooling liquid can be kept difficult or even not achieved if the plant dimensions go beyond a critical limit measure or the grape geometry is such that radiation dead inner areas arise, ie those areas of the mold, which are shielded by other mold areas of the radiated by the electrical resistance heating radiant heat.
  • This is a significant limitation of the process in terms of the size of the castings to be cast and their geometry given.
  • the injection of inert gas leads to an additional cooling effect.
  • This object is achieved with respect to the method by a method for producing a metal casting by the investment casting method, wherein the casting metal or alloy to be cast is poured into a ceramic mold with porous walls and the mold for cooling and solidification of the melt from one end Starting from constantly immersed in such a way in a coolant, that as the interface between the melt and already solidified metal solidifying front lags the coolant level, which is characterized in that the lying still above the coolant level region of the mold by means of a heat transfer gas to a temperature above the Solidus temperature of the metal or alloy to be cast is heated.
  • the heat transfer gas to be used in this case contains an exothermically oxidizable gas and oxygen.
  • Suitable exothermic oxidizable gases are, for example, hydrogen, gaseous hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, ethene, acetylene, or else carbon monoxide, and mixtures of these.
  • the heat transfer gas may contain other gases such as noble gases, halogenated hydrocarbons, ammonia, nitrogen, carbon dioxide, sulfur halides or mixtures thereof.
  • the further gases containing the heat gas can serve as protective or inert gases in order to prevent diffusion of hydrogen into the molten metal or the cast body.
  • the exothermic oxidizable gas contained in the heat transfer gas is directly oxidized within a heating hood, whereby the region of the casting mold located above the cooling liquid level is heated.
  • the heat carrier gas is removed from the heating hood together with possibly evaporated coolant constituents and fed to afterburning.
  • the exhaust gases resulting from the afterburning are fed to a heat exchanger which preheats at least part of the heat transfer gas to be supplied fresh to the heating hood.
  • the temperature is determined within the heating hood and used as a controlled variable for the content of exothermally oxidizable gas in the heat carrier gas or the content of other gases in the heat transfer gas.
  • the exothermic oxidizable gas is burned by burners in the course of a direct oxidation within the heating hood.
  • a heating hood has at least two burners or burner levels arranged one above the other. The individual burners can be controlled separately and can be clocked depending on the operating state of the heating hood. In addition, the combustion ratio (lambda) of the individual burners can be set differently.
  • the combustion ratio lambda a lower burner level ⁇ 1.0, the burners are thus operated with a substoichiometric gas / oxygen ratio, whereas the combustion ratio lambda the upper burner level> 1.0, ie the burner with be operated at a superstoichiometric gas / air ratio.
  • Such an embodiment of the method according to the invention makes it possible to dispense with afterburning of the exhaust gases discharged from the heating hood since, on the one hand, the surface of the coolant passing into contact with the heating hood is not oxidized due to the substoichiometric gas / oxygen ratio and, on the other hand, evaporating oxidizable constituents of the coolant bath in the Area of the upper, with a superstoichiometric gas / air ratio operated burner level directly oxidized in the course of combustion.
  • the exhaust gases discharged from the heating hood for further thermal utilization of a heat exchanger for preheating the heat transfer gas can be supplied.
  • a heating hood for carrying out a method according to the invention, which has an outer jacket, an insulating layer, burner and at least one outlet, wherein the burners burn a heat carrier gas containing exothermic oxidizable gas and the resulting exhaust gases are dissipatable via the at least one outlet, wherein the burners are arranged within the heating hood so that a substantially uniform heat distribution is ensured within the heating hood.
  • the burners are arranged in at least two levels within the heating hood.
  • the burners are each individually controllable.
  • individually controllable means that the burners can be switched on and off individually as well as with regard to the composition and the volume flow of the gas mixture supplied to them.
  • this is designed so that it can be integrated in a known from the prior art container for receiving a coolant in a precision casting process, for example by integration of the heating hood in the lid of such a container.
  • the heating hood according to the invention may have a post-combustion zone in which unburned constituents of the exothermically oxidizable gas reacted in the burners and / or any other gaseous constituents of the exhaust gas discharged from the heating hood are after-burned.
  • the post-combustion zone can either be located directly inside the heating hood or a separate post-combustion zone can be provided outside the heating hood.
  • gas inlets can be provided within the heating hood, via which further gases such as protective or inert gases can be introduced into the heating hood.
  • the exhaust gas for transmitting at least a portion of the thermal energy contained can be performed via a heat exchanger in one embodiment.
  • the waste heat can serve both for preheating the combustion air required in the burners, the exothermic oxidizable gas or the additional heating gas optionally supplied via the additional gas inlets further gases.
  • the entire gas flow does not necessarily have to be heated, but instead a bypass line can be provided for bypassing the heat exchanger.
  • the heating hood on mixing valves for adjusting a ratio between the gas passed through the heat exchanger and cold gas.
  • the heating hood according to the invention may also have temperature sensors for detecting the temperature within the heating hood.
  • the temperature sensor can pass a measurement signal corresponding to the temperature to a control device which controls the burners and / or the mixing valves for mixing cold and preheated gas as a function of the temperature determined in the heating hood.
  • Fig. 1 shows a heating hood 1 according to the invention for use in a precision casting process of the type described above.
  • the heating hood 1 has an outer jacket 2, which is equipped on the inside with a refractory insulating layer.
  • the outer shell 2 may be made of steel or other sufficiently temperature-resistant materials.
  • the refractory insulating layer 3 may be formed, for example, of a ceramic coating or Schamottausmautation.
  • the heating hood 1 according to the invention has burners 4, with which an exothermic oxidizable gas can be burned.
  • the burners 4 can in this case be arranged in two superimposed planes. In such an embodiment, the burners in the different levels can be operated with different combustion ratios lambda.
  • Fig. 2 shows a heating hood according to the invention, which is arranged within a coolant tank 13.
  • the heating hood is integrated into the lid 18 of the coolant tank.
  • the coolant tank 13 contains a coolant 15, which can be supplied or removed via inlet 14 and outlet 16.
  • the coolant tank 13 can have auxiliary connections 17, through which, for example, protective gas can be introduced into the coolant tank 13, or which can serve to ventilate the coolant tank 13.
  • the liquid level of the coolant 15 within the coolant tank 13 may be in the in Fig. 2 shown configuration through inlet 14 and outlet 16 are set so that the coolant level is flush with the lower edge of the heating hood.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a heating hood 1 according to the invention, which in addition to the burners 4 gas inlets 9, through which additional gases such as inert or protective gases can be introduced into the heating hood.
  • a post-combustion zone 5 is provided, to which a heat exchanger 7 is connected.
  • the gas mixture supplied to the burners 4 and / or the gas which can be introduced into the heating hood via the gas inlets 7 can be preheated.
  • the in Fig. 3 shown heating hood 1 temperature sensor 20, by means of which the temperature prevailing in the heating hood temperature can be determined.
  • a plurality of temperature sensors 20 are provided in different areas of the heating hood 1.
  • the temperature sensor 20 can be connected to a control unit which controls the burner 4 and / or mixing valves for adjusting the ratio of preheated by the heat exchanger 7 gas and cold gas and / or control valves for controlling the additional gas input depending on the temperature prevailing in the heating hood , As a result, an exact temperature control within the heating hood 1 according to the invention is possible.
  • the mold to be arranged in the heating hood is heated uniformly by means of a heat transfer gas, so that radiation-dead spaces are heated sufficiently.
  • the adjustable gas flow within the heating hood according to the invention ensures that any evaporating constituents of the coolant, which optionally have a reaction potential to the still liquid metal in the mold, are discharged as quickly as possible.
  • FIGS. 4 and 5 show further embodiments of the heating hood according to the invention in which the burner 4 can be aligned in a deviating from the horizontal orientation angle of 3 to 10 °. Likewise, it may be provided according to the invention, to arrange the burner tangentially to the hood center. Such a design of the heating hood according to the invention, a flow of the heat transfer gas is achieved within the heating hood, which contributes to a uniform heat distribution.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 zur Herstellung metallischer Gusskörper nach dem Feingussverfahren, insbesondere Gusskörper aus Aluminium oder aluminium-haltigen Legierungen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Verfahren zur Herstellung metallischer Gusskörper nach dem Feingussverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Herstellung von Gusskörpern mittels des Feingussverfahrens wird in der Regel von einem zu gießenden Objekt ein Wachsmodell gefertigt, welches anschließend mit einer keramischen Schale umhüllt wird. Dies kann beispielsweise durch Eintauchen des Wachsmodells in geeignete keramische Schlicker erfolgen. Hierbei können auch nacheinander unterschiedliche Schlicker aufgetragen werden. Anschließend wird das Wachsmodell ausgeschmolzen, und die keramische Form gebrannt. Hierdurch wird eine poröse Gießform erhalten, in welche metallische Schmelzen vergossen werden können. Nach Erstarren der metallischen Schmelze wird die Gießform zerstört und der Gusskörper kann entnommen werden. Das zuvor beschriebene Verfahren ermöglicht auch die Herstellung komplexer Gusskörper.
  • Ein Nachteil der beschriebenen Gusstechnik ist, dass die hergestellten keramischen Gießformen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzen und so zu einer relativ langen und ungeregelten Erstarrungszeit der Metallschmelze in der Gießform beitragen. Durch langsames Erstarren und Abkühlen entsteht jedoch in Abhängigkeit vom zu vergießenden Metall ein relativ grobkörniges Gefüge, welches zu verminderten mechanischen Eigenschaften führen kann.
  • Zur Verbesserung der geringen Wärmeleitfähigkeit der keramischen Gießformen wird mit der DE 36 29 079 vorgeschlagen, in die keramischen Gießformen taschenförmige Einsätze einzuarbeiten, welche vor dem Einfüllen der Metallschmelze mit Stahlkies als Kühlmittel gefüllt werden. Hierbei sorgt der Stahlkies aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit und seiner hohen Wärmekapazität für eine verbesserte Wärmeabfuhr aus der Gießform.
  • Die EP 1 076 118 A offenbart ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von direktional ausgehärteten Gusskörpem. Dabei ist vorgesehen, den Gusskörper in ein Kühlbad abzusenken, um eine gerichtete Aushärtung zu erreichen. Der oberhalb des Kühlbades befindliche Teil der Gussform wird dabei mit einer Heizkammer temperiert, welche elektrische Heizelemente aufweist.
  • Mit der EP 0 571 703 wird vorgeschlagen, die poröse keramische Gießform nach Einfüllen der metallischen Schmelze in ein Kühlmittelbad einzutauchen, welches eine die poröse keramische Gießform-Wand allmählich penetrierende Kühlflüssigkeit aufweist, deren Siedetemperatur niedriger ist als die Eingießtemperatur der Metallschmelze. Hierbei wird die Gießform von einem Ende aus beginnend stetig in das Kühlmittel eingetaucht, und zwar derart, dass die als Grenzfläche zwischen Schmelze und bereits erstarrten Metall sich bildende Erstarrungsfront und der Penetrationsbereich, in dem die Gießform-Wand von der Kühlflüssigkeit über ihre Dicke durchdrungen ist, sich im Wesentlichen in Richtung der freien Schmelzoberfläche bewegen, und die Eintauchgeschwindigkeit der Gießform in die Kühlflüssigkeit so gewählt ist, dass in Bewegungsrichtung der Erstarrungsfront gesehen der Penetrationsbereich der Kühlflüssigkeit der Erstarrungsfront nacheilt. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Gießform und somit auch die in die Gießform eingebrachte Schmelze oberhalb des Kühlflüssigkeitsspiegels mittels einer elektrischen Widerstandsheizung beheizt werden, um die eingefüllte Metallschmelze oberhalb des Kühlflüssigkeitsspiegels flüssig zu halten. Hierbei ist es jedoch notwendig, dass zur Vermeidung von Reaktionen der verwendeten Kühlflüssigkeit mit Luftsauerstoff, die Anlage mittels eines Schutzgases bei Überdruck gespült wird. Dies setzt einen entsprechend geschlossenen Behälter voraus. Das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren weist jedoch Nachteile auf, derart, dass bei der auf Strahlung basierenden verwendeten elektrischen Widerstandsheizung das gewünschte Temperaturniveau zum sicheren Flüssighalten der Metallschmelze oberhalb des Kühlflüssigkeitsspiegels nur schwer gehalten werden kann bzw. sogar nicht erreicht wird, wenn die Anlagenabmessungen über ein kritisches Grenzmaß hinausgehen oder die Traubengeometrie so beschaffen ist, dass strahlungstote Innenbereiche entstehen, also solche Bereiche der Gießform, welche durch andere Gießform-Bereiche von der durch die elektrische Widerstandsheizung ausgestrahlten Strahlungswärme abgeschirmt sind. Hierdurch ist eine deutliche Beschränkung des Verfahrens hinsichtlich der Größe der zu gießenden Feingussteile sowie deren Geometrie gegeben. Darüber hinaus führt das Einblasen von Schutzgas zu einem zusätzlichen Abkühleffekt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welchem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei der Herstellung von metallischen Gusskörpern nach dem Feingussverfahren insbesondere hinsichtlich der Größe sowie der Gussteilgeometrie überwunden werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gusskörpers nach dem Feingussverfahren, wobei das zu gießende Metall oder die zu gießende Legierung in eine keramische Gießform mit porösen Wänden gegossen wird und die Gießform zur Abkühlung und Erstarrung der Schmelze von einem Ende aus beginnend stetig derart in ein Kühlmittel eingetaucht wird, dass die als Grenzfläche zwischen Schmelze und bereits erstarrtem Metall sich bildende Erstarrungsfront dem Kühlmittelspiegel nacheilt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der noch oberhalb des Kühlmittelspiegels liegende Bereich der Gießform mittels eines Wärmeträgergases auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur des zu vergießenden Metalls oder der Legierung erwärmt wird.
  • Das hierbei einzusetzende Wärmeträgergas enthält ein exotherm oxidierbares Gas sowie Sauerstoff. Geeignete exotherm oxidierbare Gase sind beispielsweise Wasserstoff, gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan, Propan, Butan, Ethen, Acetylen, oder auch Kohlenmonoxid sowie Mischungen dieser.
  • Zusätzlich kann das Wärmeträgergas weitere Gase wie beispielsweise Edelgase, Halogenkohlenwasserstoffe, Ammoniak, Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefelhalogenide oder Mischungen dieser enthalten. Hierbei können die weiteren im Wärmegas enthaltenden Gase als Schutz- oder Inertgase dienen, um eine Diffusion von Wasserstoff in die Metallschmelze bzw. den Gusskörper zu vermeiden.
  • Das im Wärmeträgergas enthaltene exotherm oxidierbare Gas wird innerhalb einer Heizhaube direkt oxidiert, wodurch der über dem Kühlflüssigkeitsspiegel liegende Bereich der Gießform beheizt wird.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Wärmeträgergas nach der exothermen Oxidierung des im Wärmeträgergas enthaltenen exotherm oxidierbaren Gases aus der Heizhaube zusammen mit eventuell verdampften Kühlmittelbestandteilen abgeführt und einer Nachverbrennung zugeführt wird. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die aus der Nachverbrennung entstehenden Abgase einem Wärmetauscher zugeführt werden, welcher zumindest einen Teil des frisch der Heizhaube zuzuführenden Wärmeträgergases vorwärmt. Hierdurch wird die thermische Nutzung des Energiegehaltes des exotherm oxidierbaren Gases maximiert, wodurch sich der Bedarf an exotherm oxidierbaren Gas im Wärmeträgergas reduziert.
  • In der Nachverbrennung selbst werden noch nicht vollständig oxidierte Reste des exotherm oxidierbaren Gases im Wärmeträgergas zusammen mit eventuell verdampften Bestandteilen des Kühlmittels verbrannt, um einen Austrag von noch nicht oxidierten Gas bzw. Kühlmittelbestandteilen zu vermeiden. Die Abgase der Nachverbrennung können nach thermischer Ausnutzung des Energiegehaltes im Wärmetauscher einer geeigneten Abgasreinigung zugeführt werden.
  • Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass die Temperatur innerhalb der Heizhaube bestimmt und als Regelgröße für den Gehalt an exotherm oxidierbaren Gas im Wärmeträgergas oder auch des Gehaltes an weiteren Gasen im Wärmeträgergas genutzt wird.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das exotherm oxidierbare Gas mittels Brennern im Zuge einer Direktoxidation innerhalb der Heizhaube verbrannt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist eine Heizhaube wenigstens zwei übereinander angeordnete Brenner bzw. Brennerebenen auf. Die einzelnen Brenner sind getrennt steuerbar und können in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Heizhaube getaktet werden. Darüber hinaus kann das Verbrennungsverhältnis (Lambda) der einzelnen Brenner unterschiedlich eingestellt sein. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verbrennungsverhältnis Lambda einer unteren Brennerebene < 1,0, die Brenner werden also mit einem unterstöchiometrischen Gas/Sauerstoff-Verhältnis betrieben, wohingegen das Verbrennungsverhältnis Lambda der oberen Brennerebene > 1,0 ist, also die Brenner mit einem überstöchiometrischen Gas/Luft-Verhältnis betrieben werden.
  • Durch eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf eine Nachverbrennung der aus der Heizhaube abgeführten Abgase verzichtet werden, da einerseits die mit der Heizhaube gegebenenfalls in Kontakt tretende Oberfläche des Kühlmittels aufgrund des unterstöchiometrischen Gas/Sauerstoffverhältnisses nicht oxidiert wird und andererseits verdampfende oxidationsfähige Bestandteile des Kühlmittelbades im Bereich der oberen, mit einem überstöchiometrischen Gas/LuftVerhältnis betriebenen Brennerebene direkt im Zuge einer Verbrennung oxidiert werden.
  • Auch bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die aus der Heizhaube abgeführten Abgase zur weiteren thermischen Ausnutzung einem Wärmetauscher zur Vorwärmung des Wärmeträgergases zugeführt werden.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Kühlmittelzusammensetzung so zu wählen, dass die Gefahr von Brandüberschlägen oder Verpuffungen ausgeschlossen ist.
  • Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Heizhaube zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, welche einen äußeren Mantel, eine Isolierschicht, Brenner und wenigstens einen Auslass aufweist, wobei die Brenner ein exotherm oxidierbares Gas enthaltendes Wärmeträgergas verbrennen und die dabei entstehenden Abgase über den wenigstens einen Auslass abführbar sind, wobei die Brenner innerhalb der Heizhaube so angeordnet sind, dass eine im Wesentlichen gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb der Heizhaube gewährleistet ist.
  • In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizhaube sind die Brenner in wenigstens zwei Ebenen innerhalb der Heizhaube angeordnet. Die Brenner sind jeweils einzeln steuerbar. Hierbei ist unter einzeln steuerbar zu verstehen, dass die Brenner sowohl einzeln ein- und ausschaltbar sind, als auch hinsichtlich der Zusammensetzung und des Volumenstromes des ihnen zugeführten Gasgemisches steuerbar sind.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizhaube ist diese so gestaltet, dass sie in einen aus dem Stand der Technik bekannten Behälter zur Aufnahme eines Kühlmittels in einem Feingussverfahren integrierbar ist, beispielsweise durch Integration der Heizhaube in den Deckel eines solchen Behälters.
  • Die erfindungsgemäße Heizhaube kann eine Nachverbrennungszone aufweisen, in welcher nicht verbrannte Bestandteile des in den Brennern umgesetzten exotherm oxidierbaren Gases und/oder etwaige andere gasförmige Bestandteile des aus der Heizhaube abgeführten Abgases nachverbrannt werden. Hierbei kann die Nachverbrennungszone entweder sich direkt innerhalb der Heizhaube befinden, oder es kann eine separate Nachverbrennungszone außerhalb der Heizhaube vorgesehen sein.
  • Des Weiteren können innerhalb der Heizhaube Gaseinlässe vorgesehen sein, über welche weitere Gase wie beispielsweise Schutz- oder Inertgase in die Heizhaube eingeleitet werden können.
  • Bei der erfindungsgemäßen Heizhaube kann in einer Ausgestaltung das Abgas zur Übertragung zumindest eines Teils der enthaltenen thermischen Energie über einen Wärmetauscher geführt werden. Die Abwärme kann sowohl zum Vorwärmen der in den Brennern benötigten Verbrennungsluft, des exotherm oxidierbaren Gases oder der der Heizhaube über die zusätzlichen Gaseinlässe gegebenenfalls zugeführten weiteren Gase dienen. Hierbei muss nicht zwangsläufig der gesamte Gasstrom erwärmt werden, sondern es kann eine Bypassleitung zur Umgehung des Wärmetauschers vorgesehen sein. In einer solchen Ausgestaltung weist die Heizhaube Mischventile zur Einstellung eines Verhältnisses zwischen über den Wärmetauscher geleiteten Gas und kaltem Gas auf.
  • Die erfindungsgemäße Heizhaube kann darüber hinaus Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur innerhalb der Heizhaube aufweisen. Die Temperaturfühler können ein der Temperatur entsprechendes Messsignal an eine Steuereinrichtung weitergeben, welche in Abhängigkeit der in der Heizhaube bestimmten Temperatur die Brenner und/oder die Mischventile zur Mischung von kalten und vorgewärmten Gas steuert.
  • Darüber hinaus können erfindungsgemäß weitere Messeinrichtungen wie beispielsweise eine Lambda-Sonde zur Bestimmung der Zusammensetzung der aus der erfindungsgemäßen Heizhaube abgeführten Abgase vorgesehen sein, welche ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbunden ist, so dass die durch diese Messeinrichtungen ermittelten Messwerte als Steuergröße für die Steuerung der Brenner und/oder der Mischventile dienen können.
    • Fig. 1:
    zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Heizhaube.
    Fig. 2:
    zeigt einen Querschnitt durch eine in einen Kühlmittelbehälter integrierte erfindungsgemäße Heizhaube.
    Fig. 3:
    zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Heizhaube, welche eine außerhalb der Heizhaube angeordnete Nachverbrennungszone sowie einen Wärmetauscher aufweist.
    Fig. 4:
    zeigt eine erfindungsgemäße Heizhaube im Querschnitt, in welcher die Brenner in einem von der horizontalen Ausrichtung abweichenden Winkel ausgerichtet sind.
    Fig. 5:
    zeigt den Querschnitt in horizontaler Ebene einer erfindungsgemäßen
    Heizhaube, in welcher die Brenner nicht radial auf den Mittelpunkt der Heizhaube, sondern quasi tangential in abweichendem Winkel angeordnet ist.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Heizhaube 1 zur Anwendung in einem Feingussverfahren der eingangs beschriebenen Art. Die Heizhaube 1 weist einen äußeren Mantel 2 auf, welcher auf der Innenseite mit einer feuerfesten Isolierschicht ausgerüstet ist. Der äußere Mantel 2 kann aus Stahl oder anderen hinreichend temperaturbeständigen Materialien gefertigt sein. Die feuerfeste Isolierschicht 3 kann beispielsweise aus einer keramischen Beschichtung oder Schamottausmauerung gebildet sein. Die erfindungsgemäße Heizhaube 1 weist Brenner 4 auf, mit welchen ein exotherm oxierbares Gas verbrannt werden kann. Die Brenner 4 können hierbei in zwei übereinanderliegenden Ebenen angeordnet sein. In einer solchen Ausgestaltung können die Brenner in den unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlichen Verbrennungsverhältnissen Lambda betrieben werden. Hierdurch ist es möglich eine Nachverbrennungszone im oberen Bereich der Heizhaube zu schaffen, in welcher eventuell noch nicht oxidativ umgesetztes Gas oder verdampfte Bestandteile des Kühlmittels verbrannt werden. Die innerhalb der Heizhaube entstehenden Verbrennungsabgase werden über Auslass 6 abgeführt.
  • Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Heizhaube, welche innerhalb eines Kühlmittelbehälters 13 angeordnet ist. Die Heizhaube ist dazu in den Deckel 18 des Kühlmittelbehälters integriert. Der Kühlmittelbehälter 13 enthält ein Kühlmittel 15, welches über Zulauf 14 und Ablauf 16 zu- bzw. abgeführt werden kann. Darüber hinaus kann der Kühlmittelbehälter 13 Nebenanschlüsse 17 aufweisen, durch welche beispielsweise Schutzgas in den Kühlmittelbehälter 13 eingelassen werden kann, oder welche zur Belüftung des Kühlmittelbehälters 13 dienen können. Der Flüssigkeitsspiegel des Kühlmittels 15 innerhalb des Kühlmittelbehälters 13 kann in der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung durch Einlauf 14 und Auslauf 16 so eingestellt werden, dass der Kühlmittelspiegel mit dem unteren Rand der Heizhaube abschließt.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Heizhaube 1, welche neben den Brennern 4 Gaseinlässe 9 aufweist, durch welche zusätzliche Gase wie beispielsweise Inert- oder Schutzgase in die Heizhaube eingebracht werden können. Oberhalb des Auslasses 6 ist eine Nachverbrennungszone 5 vorgesehen, an welche sich ein Wärmetauscher 7 anschließt. In den Wärmetauscher 7 kann das den Brennern 4 zugeführte Gasgemisch und/oder das über die Gaseinlässe 7 in die Heizhaube einbringbare Gas vorgewärmt werden.
  • Darüber hinaus weist die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Heizhaube 1 Temperaturfühler 20 auf, mittels welchen die in der Heizhaube herrschende Temperatur bestimmt werden kann. Vorteilhafterweise sind mehrere Temperaturfühler 20 in unterschiedlichen Bereichen der Heizhaube 1 vorgesehen. Die Temperaturfühler 20 können mit einem Steuergerät verbunden werden, welches in Abhängigkeit der in der Heizhaube herrschenden Temperatur die Brenner 4 und/oder Mischventile zur Einstellung des Verhältnisses von durch den Wärmetauscher 7 vorgewärmtem Gas und kaltem Gas und/oder Regelventile zur Steuerung des zusätzlichen Gaseintrages steuert. Hierdurch ist eine exakte Temperatursteuerung innerhalb der erfindungsgemäßen Heizhaube 1 möglich.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Heizhaube wird die in der Heizhaube anzuordnende Gießform mittels eines Wärmeträgergases gleichmäßig aufgeheizt, so dass auch strahlungstote Räume hinreichend erwärmt werden. Darüber hinaus stellt die innerhalb der erfindungsgemäßen Heizhaube einstellbare Gasführung sicher, dass eventuell abdampfende Bestandteile des Kühlmittels, welche gegebenenfalls ein Reaktionspotential zu dem noch flüssigen Metall in der Gießform aufweisen, schnellstmöglich ausgetragen werden.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Heizhaube in welchen die Brenner 4 in einem von der horizontalen Ausrichtung abweichenden Winkel von 3 bis 10° ausgerichtet sein können. Ebenso kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, die Brenner tangential zum Haubenmittelpunkt anzuordnen. Durch eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizhaube wird eine Strömung des Wärmeträgergases innerhalb der Heizhaube erreicht, welche zu einer gleichmäßigen Wärmeverteilung beiträgt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizhaube
    2
    äußerer Mantel
    3
    Isolierschicht
    4
    Brenner
    5
    Nachverbrennung
    6
    Auslass
    7
    Wärmetauscher
    9
    Gaseinlässe
    13
    Behälter
    14
    Zulauf
    15
    Kühlmittel
    16
    Ablauf
    17
    Nebenanschluss
    20
    Temperaturfühler

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gusskörpers nach dem Feingussverfahren, wobei das zu gießende Metall oder die zu gießende Legierung in eine keramische Gießform mit porösen Wänden gegossen wird und die Gießform zur Abkühlung und Erstarrung der Schmelze von einem Ende aus beginnend stetig derart in ein Kühlmittel eingetaucht wird, dass die als Grenzfläche zwischen Schmelze und bereits erstarrtem Metall sich bildende Erstarrungsfront dem Kühlmittelspiegel nacheilt, dadurch gekennzeichnet, dass der noch oberhalb des Kühlmittelspiegels liegende Bereich der Gießform mittels eines Wärmeträgergases innerhalb einer Heizhaube auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur des zu vergießenden Metalls oder der Legierung erwärmt wird, wobei das Wärmeträgergas Sauerstoff sowie ein exotherm oxidierbares Gas enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wärmeträgergas als exotherm oxidierbares Gas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder Mischungen dieser enthält.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Wärmeträgergas wenigstens ein weiteres Gas aus der Gruppe bestehend aus Edelgasen, Halogenkohlenwasserstoffen, Ammoniak, Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefelhalogenide oder Mischungen dieser enthält.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, der noch oberhalb des Kühlmittelspiegels liegende Bereich der Gießform mittels einer Heizhaube beheizt wird, in welcher das exotherm oxidierbare Gas im Wärmeträgergas exotherm oxidiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die durch die exotherme Oxidation entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte der Heizhaube entzogen und einer Nachverbrennung zugeführt werden.
  6. Heizhaube zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend einen äußeren Mantel (2), eine Isolierschicht (3), Brenner (4) und wenigstens einen Auslass (6), wobei in den Brennern (4) ein exotherm oxidierbares Gas enthaltendes Wärmeträgergas verbrennbar ist und die dabei entstehenden Abgase über den Auslass (6) abführbar sind, wobei die Brenner (4) innerhalb der Heizhaube (1) mit der Maßgabe angeordnet sind, eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb der Heizhaube zu gewährleisten, und dass diese eine Nachverbrennungszone (5) zur Nachverbrennung der aus der Heizhaube (1) abgeführten Abgase aufweist.
  7. Heizhaube gemäß Anspruch 6, wobei die Brenner (4) in wenigstens zwei Ebenen innerhalb der Heizhaube (1) angeordnet sind.
  8. Heizhaube gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Brenner (4) einzeln steuerbar sind.
  9. Heizhaube gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Heizhaube in den Deckel eines Behälters (13) zur Aufnahme eines Kühlmittels (15) integriert ist.
  10. Heizhaube gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei innerhalb der Heizhaube Gaseinlässe (9) vorgesehen sind, über welche Inertgas in die Heizhaube eingeleitet werden kann.
  11. Heizhaube gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, aufweisend einen Wärmetauscher (7) zur Übertragung zumindest eines Teils der in den aus der Heizhaube (1) abgeführten Abgasen enthaltenen thermischen Energie auf das Wärmeträgergas.
  12. Heizhaube gemäß Anspruch 11, wobei eine Bypass-Leitung zur Umgehung des Wärmetauschers vorgesehen ist.
  13. Heizhaube gemäß Anspruch 12, wobei Mischventile vorgesehen sind, mit welchem das Verhältnis zwischen über den Wärmetauscher (9) geleitetem Wärmeträgergas und kaltem Wärmeträgergas einstellbar ist.
  14. Heizhaube gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, aufweisend Temperaturfühler (20) zur Erfassung der Temperatur innerhalb der Heizhaube (1).
  15. Heizhaube gemäß Anspruch 14, wobei die Temperaturfühler (20) mit einer Steuerungseinrichtung verbunden sind, welche die Brenner (4) sowie die Mischventile zur Einstellung des Verhältnisses zwischen dem über den Wärmetauscher (9) geleiteten Wärmeträgergas und kalten Wärmeträgergas in Abhängigkeit der innerhalb der Heizhaube (1) durch die Temperaturfühler (4) bestimmten Temperatur steuert.
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