EP4380742A1 - Wechselsystem für eine tundish-einheit, tundish-einheit für ein wechselsystem, verdüsungsanlage sowie verfahren zum verdüsen von metallschmelze - Google Patents

Wechselsystem für eine tundish-einheit, tundish-einheit für ein wechselsystem, verdüsungsanlage sowie verfahren zum verdüsen von metallschmelze

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EP4380742A1
EP4380742A1 EP22761976.4A EP22761976A EP4380742A1 EP 4380742 A1 EP4380742 A1 EP 4380742A1 EP 22761976 A EP22761976 A EP 22761976A EP 4380742 A1 EP4380742 A1 EP 4380742A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tundish
unit
changing
changing system
atomization
Prior art date
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Application number
EP22761976.4A
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English (en)
French (fr)
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EP4380742B1 (de
EP4380742C0 (de
Inventor
Peter Weiland
Karsten Richter
Lukas GELLINGS
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP4380742B1 publication Critical patent/EP4380742B1/de
Publication of EP4380742C0 publication Critical patent/EP4380742C0/de
Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/003—Moulding by spraying metal on a surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
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    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0892—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid casting nozzle; controlling metal stream in or after the casting nozzle

Definitions

  • tundish unit for a change system
  • the invention relates to an exchange system for a tundish unit of an atomization plant for atomizing metal melts for powder metallurgy purposes.
  • the invention also relates to a tundish unit for such an exchange system, an atomizing system and a method for atomizing molten metal.
  • An atomization system or powder atomization system is a system that produces powder from liquid metal with the aid of atomization in a protective gas atmosphere. This powder is then separated from the gas and post-treated.
  • a device for producing metal powder is known from DE 41 29 991 C1.
  • the known device has a storage container for the molten starting material, at least one exchangeable casting funnel, at least one atomization system and at least one chute arranged underneath for the solidification of the metal powder produced.
  • a chamber enclosing the reservoir and the pouring funnel is arranged on the chute.
  • the chamber has a closable lateral opening in the area of the pouring funnel, to which a lock chamber for the insertion of at least one pouring funnel is attached.
  • a carriage Arranged on guide rails is a carriage that can be optionally moved into the chamber and completely retracted into the lock chamber, on the underside of which a number of atomizing nozzles corresponding to the number of pouring funnels are fastened.
  • the casting funnels can be placed on the carriage from above.
  • the chute is provided with a coupling device which establishes a gas-tight connection between the chute and the atomization system after the coaxial assembly consisting of the pouring funnel and the atomizing nozzle has been positioned over the chute.
  • the pouring funnel should be exchangeable in a simple manner without venting the remaining part of the device and, moreover, an exact positioning of the pouring funnel and atomizing nozzle should be possible.
  • the pouring nozzles and/or pouring funnels need to be replaced from time to time for reasons of wear. If, as in the case of the method according to DE 41 29 991 C1, a redundant casting funnel is provided, the atomization process must be interrupted after a relatively short time in order to introduce further atomization units into the system. The operation of the atomization system can only be resumed when at least one of the atomization units has reached operating temperature again under a protective gas atmosphere.
  • the invention is therefore based on the object of providing a changing system of the type mentioned at the outset, which enables quasi-continuous operation of a production plant.
  • the object is achieved with a changing system having the features of claim 1. Advantageous configurations of the changing system result from the relevant dependent claims.
  • the object is further achieved by providing a tundish unit according to claim 14 for use with a changing system according to the invention.
  • the object is finally achieved by providing an atomizing system with an exchange system and several tundish units according to the invention and by providing a method for atomizing with the features of claim 23.
  • the exchange system according to the invention makes it possible to provide molten metal to form a metal powder in a quasi-continuous process.
  • a changing system for a tundish unit of an atomizing plant for atomizing metal melts, in particular for powder metallurgy purposes comprising at least one chamber for accommodating at least a first tundish unit in a working position, the chamber at least one connection to a charging device, preferably in the form of a casting device and at least one connection to an atomization tower or an atomization shaft, the changing system also having means for providing at least a second tundish unit in a ready position within the changing system and at least one changing station designed as a lock chamber for receiving and/or bringing in and/or removing at least one third tundish unit and a displacement system which is designed in such a way that the bringing in and/or removing at least one Tu ndish unit can be done while a tundish unit is in the operative position.
  • the tundish unit or atomization unit located in the working position can be continuously filled with liquid metal.
  • the invention provides for organizing several tundish units in an exchange system.
  • at least three, but preferably four, tundish units are provided in the changing system.
  • the pouring of the melt into the tundish unit and the operation of the tundish unit takes place in a protective gas atmosphere.
  • the exchange system comprises at least one exchange station designed as a lock chamber for receiving and/or bringing in and/or removing at least one tundish unit.
  • the displacement system of the changing system according to the invention is preferably designed in such a way that at least one tundish unit can be introduced and/or removed while a second and/or further tundish unit is in a ready position.
  • the at least one changing station can be connected to the chamber via a lateral opening, for example.
  • Both the changing station and the chamber can preferably be evacuated and flooded with inert gas or protective gas.
  • the changing system has a large number of changing stations, which each adjoin the chamber at the side and of which at least one, preferably all, are designed as lock chambers.
  • a total of four changing stations are provided, each of which is connected laterally to the chamber arranged approximately in the middle.
  • the changing stations can, for example, form a displacement cross with the chamber.
  • Each changing station preferably forms a kind of cloister, which extends radially from the center of the chamber.
  • a tundish unit can be arranged in the working position.
  • a tundish unit can be preheated in the ready position in two changing stations, whereas a tundish unit can be exchanged in a changing station.
  • the changing system comprises a turntable arranged in the chamber and accommodating a plurality of tundish units. These tundish units can be rotated from one operative position to a number of standby positions.
  • the position of a tundish unit on the turntable can be assigned at least one media coupling, which can be connected to a complementarily designed media coupling of a tundish unit.
  • a media supply for electricity, cooling water, inert gas, etc. is preferably connected to the media coupling.
  • At least one media coupling can be provided in each changing station, which media coupling can be connected to a complementarily designed media coupling of a Tundish unit.
  • At least one changing station is expediently designed so that it can be evacuated.
  • At least one changing station can be connected to the chamber via at least one vacuum slide or can be separated from the chamber via the vacuum slide.
  • all changing stations can be shut off and evacuated in a gas-tight manner with respect to the chamber. This makes it possible to flood the changing station with air relatively quickly before removing a tundish unit.
  • connections to the charging device and to the atomization tower or the atomization shaft are preferably designed as vacuum slides.
  • a vacuum induction casting device for example, can be provided as the loading device, to which the changing system can be connected in a gas-tight manner.
  • At least one of the changing stations is preferably designed as a heating station for preheating at least one tundish unit.
  • the displacement system according to the invention can comprise linear guides on or at which the tundish units are arranged to be movable.
  • guide rails can be provided as linear guides, which can be designed as sliding guides or for receiving mobile underframes of the tundish units.
  • the subject matter of the invention is also a tundish unit for use with an exchange system of the type described above, which comprises a tundish vessel which accommodates a pouring cone and a pouring nozzle, with means for heating and/or cooling the pouring cone and/or the pouring nozzle as well with at least one media coupling, which is designed to be complementary to at least one media coupling of the changing system.
  • the tundish unit may have skids or at least one slideway in the underside of a nozzle plate.
  • the tundish unit can have a mobile underframe that is designed to complement the displacement system of the changing system.
  • the tundish container can be displaced vertically relative to the subframe in order to have a vacuum-tight connection to the atomization process space, for example to an atomization tower or to an atomization shaft, when the tundish unit is in the working position to manufacture.
  • This reliably prevents interfering gas from entering the atomization shaft process space.
  • the vertical displaceability of the tundish vessel relative to the base causes engagement and disengagement of the seal.
  • the tundish unit can be raised and lowered via inert gas operated pneumatic cylinders within the shifting system. In order to ensure the tightness between the nozzle plate and the atomization shaft slide, the tundish unit is lowered in the working position.
  • the tundish unit is resiliently mounted on a subframe in such a way that it interacts with a hold-down device of the changing system in the working position.
  • the relevant station in the chamber can be equipped with a hold-down device operated by a cylinder.
  • the tundish assembly is then pushed onto the atomization stack slide by the hold-down. Thanks to the spring-loaded mounting of the tundish unit, it can automatically detach itself from the atomization shaft slide when the hold-down device is lifted.
  • the tundish unit can have at least one sliding guide that interacts with corresponding guide means of the displacement system.
  • the tundish unit preferably comprises at least one sealing means on the underside of a nozzle plate of the pouring nozzle which interacts with a sealing surface of an atomization shaft slide.
  • the sealant can be designed, for example, as a sliding seal or a friction seal.
  • an incline of the displacement system or a linear guide can be provided, so that the tundish unit sits on the sealing surface of the atomization shaft slide via this incline when positioning by its own weight.
  • an atomizing system with an exchange system and several tundish units of the type described above is provided.
  • the atomization system can comprise at least one first atomization tower, which can be connected in a gas-tight manner to a connection of the chamber of the exchange system.
  • the atomization system comprises at least one second atomization tower, the exchange system being optionally connectable to the first or second atomization tower.
  • a further aspect of the invention relates to a method for atomizing molten metal to form a metal powder in an atomizing plant with a changing system for several tundish units, the method involving the feeding of molten metal from a vacuum induction casting device as a feed device into a first tundish unit in a working position within the changing system and the atomizing of the melt through a casting nozzle of the tundish unit into an atomization tower or atomization shaft arranged underneath, while at least a second tundish unit is preheated in a standby position and at least a third tundish unit is removed from the changing system or incorporated into it.
  • the method expediently comprises the use of an exchange system of the type described above and preferably the use of at least one tundish unit of the type described above.
  • the liquid level can be detected by means of a laser distance measurement.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an atomization system according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of a first embodiment of the changing system according to the invention.
  • Figure 3 is a perspective view of a second embodiment of the changing system according to the invention.
  • FIG. 4 shows a plan view of the changing system according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows a sectional view through the changing system according to FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a plan view of the changing system according to FIG. 3 and
  • Figure 7 is a sectional view through a tundish unit according to the invention.
  • the atomization system 1 shown in FIG. 1 comprises a changing system 2 which is arranged below a casting device, which is not shown.
  • the exchange system 2 is connected in a vacuum-tight manner to an atomization tower 3, in which liquid metal is atomized into metal powder for powder metallurgy purposes.
  • the atomization takes place under an inert gas atmosphere.
  • the powder is then separated from the gas and post-treated. The separation takes place via a cyclone stage 4 and a downstream filter system 5.
  • the deposited Metal powder is collected in various powder containers 6 and then supplied for further use.
  • the liquid metal is atomized using a tundish unit 7, shown for example in FIG.
  • the pouring funnel 8 forms an intermediate container for the molten metal, which is continuously fed from the pouring device, not shown, above the changing system 2 to a tundish unit 7 .
  • the liquid level inside the pouring funnel 8 is recorded by means of a laser and/or ultrasound.
  • the control of a stopper rod of the pouring device is provided.
  • the tundish unit 7 comprises a tundish vessel 10 with a refractory lining 11 enclosing the sprue 8 .
  • the pouring funnel 8 opens into the pouring nozzle 9 which is arranged in a nozzle plate 12 . In the illustration according to FIG. 7, the casting nozzle 9 protrudes downwards over the nozzle plate 12.
  • the pouring nozzle 9 can also fit completely into the nozzle plate 12, which may be necessary with regard to sealing against a vacuum slide flange.
  • a graphite heater is provided within the refractory lining 11 of the tundish vessel 10 , the resistance heating elements 13 of which are embedded in the refractory lining 11 .
  • the casting nozzle 9 is also partially surrounded by a refractory lining 11, in which resistance heating elements 13 are also embedded, which cause nozzle heating.
  • the tundish unit 7 includes a gas nozzle 28 which is connected to an inert gas supply 14 on both sides. The molten metal emerging from the casting nozzle 9 is atomized into a powder by means of the inert gas supplied via the gas nozzle 28 in the atomization tower 3 of the atomization system 1 .
  • the tundish container 10 comprises a mobile underframe, which is only shown in outline in the drawing.
  • the wheels 15 of the tundish container 10 can be used to move it on rails 16 of the changing system 2 .
  • the tundish vessel 10 further includes an annular space 17, which can be charged with cooling water and forms a cooling jacket, via which the pouring funnel 8 can be cooled if necessary.
  • the cooling jacket prevents undesirable co-heating of the process space
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the changing system 2 according to the invention.
  • the exchange system 2 comprises a vacuum-tight sealable chamber 18 which has an upper connection 19 to a casting device and a lower connection 20 to the atomization tower 3 . Both the upper connection 19 and the lower connection 20 can be closed using a vacuum slide 21 .
  • the upper connection 19 or the relevant vacuum slide 21 is provided with a retractable bellows visor, which can be coupled to a compensator or bellows on the casting device or a holding furnace of the casting device.
  • the vacuum slide 21 of the lower connection 20 is designed as an atomization shaft slide, which also includes a retractable bellows visor.
  • the changing system 2 comprises four changing stations 22 which are each designed as lock chambers and are connected to side openings of the chamber 18 .
  • the changing stations 22 can be shut off in a vacuum-tight or gas-tight manner relative to the chamber 18 via changing slides 23 .
  • the changing stations 22, which can be completely evacuated and have appropriate connections to a vacuum system, are accessible via removable covers 24.
  • the covers 24 can be tightly closed on corresponding openings 25 on the changing stations 22 .
  • the changing stations 22 are arranged crosswise relative to the chamber 18, which has a circular cross-section in the exemplary embodiment described, so that each changing station 22 extends at an angular distance of 90° relative to the adjacent changing station 22 on the circumference of the chamber 18.
  • rails 16 extend through the changing stations 22 and the chamber 18 (see, for example, FIG. 4) on which the tundish units 7 arranged within the changing system 2 can be moved.
  • the tundish units 7 are introduced via a crane (not shown) through the openings 25 into the changing stations 22, which are also designed as heating stations for preheating the tundish units 7 and are each equipped with appropriate media couplings.
  • the changing stations 22 are equipped with changeable refractory radiation shields over the entire length.
  • the changing stations 22 can each be evacuated separately using vacuum pumps and can be flooded either with inert gas (argon or nitrogen) or with air.
  • the number of changing stations 22 results from the required heating time of the refractory lining 11 of the tundish container 7 to a temperature between 1700 and 1800°C. Above a temperature of approx. 300° C., the tundish units 7 can only be heated under inert gas, since otherwise the graphite of the tundish container heating would burn.
  • the tundish units 7 are supplied with energy and media by means of high-pressure hoses for inert gas.
  • the power supply and thermocouple lines are wired. Cooling water is supplied by means of hoses.
  • the tee and dish unit 7 arranged in the chamber 18 in FIG. 2 is in an operating position in which the vacuum valves 21 of the upper and lower connections 19, 20 are open.
  • a tundish unit 7 is in a changing position.
  • the graphite heater of the tundish unit 7 was cooled down to temperatures below 300 °C using inert gas.
  • the exchange slide 23 to the relevant exchange station 22 is closed.
  • the changing station 22 Before the cover 24 of the relevant changing station 22 can be opened (in the figure, the changing station 22 is already shown in the open state), the changing station 22 is evacuated and flooded with air. After the change process, the cover 24 is closed again, it is evacuated, flooded with inert gas and a temperature-controlled heating process is started. At least two tundish units 7 are each in a warming position in the other changing stations 22. The heating process is temperature-controlled. As already mentioned above, a tundish unit 7 is in the working position, ie in the atomizing position.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment according to the invention. Identical components are provided with the same reference symbols.
  • the changing system 2 according to the second exemplary embodiment comprises a chamber 18 and a changing station 22 connected via a lateral opening, which can also be separated from the chamber 18 with a changing slide 23 .
  • the changing station 22 is designed in accordance with the changing stations according to the first exemplary embodiment.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that a turntable 26 is arranged in the chamber 18, on which a large number of tundish units 7, four tundish units in the exemplary embodiment described, are arranged.
  • the lower port 20 of chamber 18 is off-center.
  • the turntable 26 can be adjusted about an axis of rotation in such a way that the tundish unit 7 in the working position can be changed to a standby position, with another tundish unit 7 arranged on the turntable 26 being brought into the working position.
  • the exchange slide 23 is opened, the tundish unit 7 in the working position is moved into the exchange station 22 via the rails 16, not shown in Figure 3, and a tundish unit 7 in a ready position is moved into the move working position.
  • the graphite heater is cooled down by means of inert gas, specifically to temperatures below 300°C.
  • the changeover slide 23 is closed to the chamber 18 .
  • the changing station 22 is evacuated and flooded with air.
  • the cover 24 is closed, the exchange station 22 is evacuated and flooded with inert gas.
  • the temperature-controlled heating process of the tundish unit 7 is started.
  • the shuttle 23 is opened.
  • the tundish unit 7 used is positioned linearly on a free space on the turntable 26 .
  • the tundish unit 7 is coupled to a media supply by means of a docking station 27 on the turntable 26, which is only indicated in outline.
  • a docking station 27 is assigned to each position on the turntable 26 .
  • the tundish units 7 are supplied with media via the docking stations 27 .
  • At least two tundish units 7 are in a ready position on the turntable 26 in which heating and/or keeping warm to 1700° C. to 1800° C. takes place.
  • the exchange slide 23 is normally in the closed state; it is only opened when a tundish unit 7 is removed and loaded in order to establish pressure equalization.
  • Such a seal can take place by means of appropriate sliding seals or friction seals between the nozzle plate on the one hand and a sealing surface of the vacuum slide 21 on the other.
  • the tundish unit 7 can be displaced vertically and can be lowered into a working position, so that a sealant on the nozzle plate and/or on the atomization slide flange can be brought into engagement with one another.
  • the tundish unit 7 can, for example, be raised and lowered within the rail system by means of pneumatic cylinders operated by inert gas. To the tightness between the nozzle plate 12 and the vacuum slide
  • the tundish unit 7 is set down during positioning.
  • An alternative embodiment of the tundish unit 7 provides that the tundish unit 7 is spring-mounted on wheels and is held in a sealed position in the working position by a hold-down device (not shown).
  • the hold-down device presses the nozzle plate 12 onto a flange of the vacuum slide 21.
  • the tundish unit 7 can detach itself from the vacuum slide 21 automatically.
  • the atomization system 1 can have several atomization towers 3 .
  • the changing system 2 can be optionally connected to one or the other atomization tower 3 .
  • the atomization towers 3 are water-cooled. These can also be equipped with electrical water preheating.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wechselsystem (2) für eine Tundish-Einheit (7) einer Verdüsungsanlage (1) zum Verdüsen von metallenen Schmelzen, insbesondere für pulvermetallurgische Zwecke, umfassend wenigstens eine Kammer (18) zur Aufnahme wenigstens einer ersten Tundish-Einheit (7) in einer Arbeitsstellung, wobei die Kammer (18) wenigstens einen Anschluss an eine Beschickungseinrichtung und wenigstens einen Anschluss an einen Verdüsungsturm (3) oder einen Verdüsungsschacht aufweist, Mittel zur Bereitstellung wenigstens einer zweiten Tundish-Einheit (7) in einer Bereitschaftsstellung innerhalb des Wechselsystems (2) weiterhin umfassend wenigstens eine als Schleusenkammer ausgebildete Wechselstation (22) zur Aufnahme und/oder Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer dritten Tundish-Einheit (7), sowie umfassend ein Verschiebesystem, das so ausgebildet ist, dass die Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer Tundish-Einheit (7) erfolgen kann, während sich eine Tundish-Einheit (7) in der Arbeitsstellung befindet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Tundish-Einheit (7), eine Verdüsungsanlage (1) sowie ein Verfahren zum Verdüsen von Metallschmelze.

Description

Wechselsystem für eine Tundish-Einheit, Tundish-Einheit für ein Wechselsystem,
Verdüsungsanlage sowie Verfahren zum Verdüsen von Metallschmelze
Die Erfindung betrifft ein Wechselsystem für eine Tundish-Einheit einer Verdüsungsanlage zum Verdüsen von metallenen Schmelzen für pulvermetallurgische Zwecke. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Tundish-Einheit für ein solches Wechselsystem, eine Verdüsungsanlage sowie ein Verfahren zum Verdüsen von Metallschmelze.
Bei einer Verdüsungsanlage bzw. Pulververdüsungsanlage handelt es sich um eine Anlage, die aus Flüssigmetall mit Hilfe von Verdüsen in Schutzgasatmosphäre Pulver erzeugt. Dieses Pulver wird anschließend vom Gas abgeschieden und nachbehandelt.
Aus der DE 41 29 991 C1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver bekannt. Die bekannte Vorrichtung besitzt einen Vorratsbehälter für das schmelzflüssige Ausgangsmaterial, mindestens einen auswechselbaren Gießtrichter, mindestens eine Zerstäubungsanlage und mindestens einen darunter angeordneten Fallschacht für die Erstarrung des erzeugten Metallpulvers. Auf dem Fallschacht ist eine den Vorratsbehälter und den Gießtrichter umschließende Kammer angeordnet. Um den oder die Gießtrichter leichter auswechseln zu können, besitzt die Kammer im Bereich des Gießtrichters eine verschließbare seitliche Öffnung, an die eine Schleusenkammer für das Einführen mindestens eines Gießtrichters angesetzt ist. Auf Führungsschienen ist ein wahlweise in die Kammer einfahrbarer und vollständig in die Schleusenkammer zurückfahrbarer Wagen angeordnet, an dessen Unterseite eine der Anzahl der Gießtrichter entsprechende Anzahl von Zerstäubungsdüsen befestigt ist. Die Gießtrichter sind von oben auf den Wagen aufsetzbar. Der Fallschacht ist mit einer Kupplungseinrichtung versehen, die nach dem Positionieren der aus Gießtrichter und Zerstäubungsdüse bestehenden koaxialen Baugruppe über dem Fallschacht eine gasdichte Verbindung zwischen Fallschacht und Zerstäubungsanlage herstellt. Bei dieser Vorrichtung soll der Gießtrichter ohne Belüftung des übrigen Teils der Vorrichtung auf einfache Art und Weise auswechselbar sein und außerdem soll eine exakte Positionierung von Gießtrichter und Zerstäubungsdüse möglich sein.
Bei dem Verfahren gemäß DE 41 42 991 C1 befindet sich immer ein Gießtrichter in einer Arbeitsstellung, während der andere Gießtrichter vorgewärmt wird. So ist es möglich, die Gießtrichter vor dem Einsatz auf eine optimale Arbeitstemperatur zu bringen. Die Entnahme und der Austausch der Gießtrichter aus der Kammer erfolgt jeweils paarweise, wozu naturgemäß das Verfahren unterbrochen werden muss.
Weiterer Stand der Technik ist aus den Veröffentlichungen DE 33 11 343 A1 , DE 35 339 64 C1 , DE 40 113 92 A1 , DE 100 44 364 C1 , DE 197 38 682 A1 , WO 2018/189708 A1 und CN 109641276 A bekannt.
Naturgemäß ist der Austausch der Gießdüsen und/oder Gießtrichter aus Verschleißgründen von Zeit zu Zeit erforderlich. Wenn, wie bei dem Verfahren gemäß DE 41 29 991 C1 , ein redundanter Gießtrichter bereitgestellt wird, ist nach verhältnismäßig kurzer Zeit eine Unterbrechung des Verdüsungsprozesses erforderlich, um weitere Verdüsungsaggregate in das System einzubringen. Der Betrieb der Verdüsungsanlage kann erst wieder aufgenommen werden, wenn wenigstens eines der Verdüsungsaggregate unter Schutzgasatmosphäre wieder Betriebstemperatur erreicht hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wechselsystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, das einen quasi kontinuierlichen Betrieb einer Fertigungsanlage ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Wechselsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Wechselsystems ergeben sich aus den betreffenden Unteransprüchen. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Bereitstellung einer Tundish-Einheit gemäß Anspruch 14 zur Verwendung mit einem Wechselsystem gemäß der Erfindung.
Die Aufgabe wird schließlich gelöst durch die Bereitstellung einer Verdüsungsanlage mit einem Wechselsystem und mehreren Tundish-Einheiten gemäß der Erfindung sowie durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Verdüsen mit den Merkmalen des Anspruchs 23.
Insbesondere durch das Wechselsystem gemäß der Erfindung ist es möglich, Metallschmelze zu einem Metallpulver in einem quasi kontinuierlichen Verfahren bereitzustellen.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Wechselsystem für eine Tundish- Einheit einer Verdüsungsanlage zum Verdüsen von metallenen Schmelzen, insbesondere für pulvermetallurgische Zwecke, bereitgestellt, wobei das Wechselsystem wenigstens eine Kammer zur Aufnahme wenigstens einer ersten Tundish-Einheit in einer Arbeitsstellung umfasst, wobei die Kammer wenigstens einen Anschluss an eine Beschickungseinrichtung, vorzugsweise in Form einer Gießeinrichtung und wenigstens einen Anschluss an einen Verdüsungsturm oder einen Verdüsungsschacht aufweist, wobei das Wechselsystem weiterhin Mittel zur Bereitstellung wenigstens einer zweiten Tundish-Einheit in einer Bereitschaftsstellung innerhalb des Wechselsystems und wenigstens eine als Schleusenkammer ausgebildete Wechselstation zur Aufnahme und/oder Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer dritten Tundish-Einheit sowie ein Verschiebesystem umfasst, das so ausgebildet ist, dass die Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer Tundish- Einheit erfolgen kann, während sich eine Tundish-Einheit in der Arbeitsstellung befindet.
Um eine quasi kontinuierliche Verdüsung zu ermöglichen, kann die in der Arbeitsstellung befindliche Tundish-Einheit bzw. Verdüsungs-Einheit kontinuierlich mit flüssigem Metall gefüllt werden. Da es aufgrund der Standzeit der Düse erforderlich ist, mehrere Tundish-Einheiten bereitzustellen, in denen die Verdüsung erfolgen kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, mehrere Tundish-Einheiten in einem Wechselsystem zu organisieren. Erfindungsgemäß sind wenigstens drei, vorzugsweise jedoch vier Tundish-Einheiten in dem Wechselsystem vorgesehen. So kann immer eine Tundish-Einheit in Betrieb sein, während weitere Tundish-Einheiten gerade nachgerüstet oder vorgeheizt werden, um später gegen die in der Arbeitsstellung befindliche Tundish-Einheit ausgetauscht werden zu können.
Das Vergießen der Schmelze in die Tundish-Einheit und der Betrieb der Tundish- Einheit (auch als Verdüsungs-Einheit bezeichnet) erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre.
Damit ein Austausch der Tundish-Einheiten unter Schutzgasatmosphäre erfolgen kann, umfasst das Wechselsystem gemäß der Erfindung wenigstens eine als Schleusenkammer ausgebildete Wechselstation zur Aufnahme und/oder Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer Tundish-Einheit.
Das Verschiebesystem des Wechselsystems gemäß der Erfindung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer Tundish- Einheit erfolgen kann, während sich eine zweite und/oder weitere Tundish-Einheit in einer Bereitschaftsstellung befinden.
Die wenigstens eine Wechselstation kann beispielsweise über eine seitliche Öffnung an die Kammer angeschlossen sein.
Sowohl die Wechselstation als auch die Kammer sind vorzugsweise evakuierbar und können mit Inertgas bzw. Schutzgas geflutet werden.
Bei einer Ausführungsform des Wechselsystems gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wechselsystem eine Vielzahl von Wechselstationen aufweist, die sich jeweils seitlich an die Kammer anschließen und von denen wenigstens eine, vorzugsweise alle als Schleusenkammern ausgebildet sind. Bei einer besonders bevorzugten Variante dieses Wechselsystems ist vorgesehen, dass insgesamt vier Wechselstationen vorgesehen sind, die jeweils seitlich an die etwa mittig angeordnete Kammer angeschlossen sind. Die Wechselstationen können beispielsweise mit der Kammer ein Verschiebekreuz bilden. Jede Wechselstation bildet vorzugsweise eine Art Kreuzgang, der sich radial von dem Zentrum der Kammer erstreckt. In dem Zentrum der Kammer kann beispielsweise eine Tundish- Einheit in der Arbeitsstellung angeordnet sein. In zwei Wechselstationen kann jeweils eine Tundish-Einheit in der Bereitschaftsstellung vorgewärmt werden, wohingegen in einer Wechselstation eine Tundish-Einheit ausgetauscht werden kann.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst das Wechselsystem einen in der Kammer angeordneten Drehtisch, der eine Vielzahl von Tundish-Einheiten aufnimmt. Diese Tundish-Einheiten können von einer Arbeitsstellung in mehreren Bereitschaftsstellungen drehbar sein.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Wechselsystems gemäß der Erfindung, welches einen Drehtisch umfasst, kann der Stellung einer Tundish-Einheit auf dem Drehtisch wenigstens eine Medienkupplung zugeordnet sein, die an eine komplementär ausgebildete Medienkupplung einer Tundish-Einheit anschließbar ist. An die Medienkupplung ist vorzugsweise eine Medienzufuhr für Strom, Kühlwasser, Inertgas etc. angeschlossen.
Zusätzlich oder alternativ kann in jeder Wechselstation wenigstens eine Medienkupplung vorgesehen sein, die an eine komplementär ausgebildete Medienkupplung einer T undish-Einheit anschließbar ist.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens eine Wechselstation evakuierbar ausgebildet.
Wenigstens eine Wechselstation kann über wenigstens einen Vakuum-Schieber mit der Kammer verbindbar sein bzw. über den Vakuum-Schieber von der Kammer trennbar sein. Vorzugsweise sind alle Wechselstationen bezüglich der Kammer gasdicht absperrbar und evakuierbar. Dadurch ist es möglich, die Wechselstation verhältnismäßig zügig vor der Entnahme einer T undish-Einheit mit Luft zu fluten.
Vorzugsweise sind die Anschlüsse an die Beschickungseinrichtung und an den Verdüsungsturm oder den Verdüsungsschacht als Vakuum-Schieber ausgebildet. Als Beschickungseinrichtung kann beispielsweise eine Vakuum-Induktions- Gießeinrichtung vorgesehen sein, an die das Wechselsystem gasdicht anschließbar ist.
Wenigstens eine der Wechselstationen ist vorzugsweise als Heizstation zur Vorwärmung wenigstens einer Tundish-Einheit ausgebildet.
Das Verschiebesystem gemäß der Erfindung kann Linearführungen umfassen, auf oder an welchen die Tundish-Einheiten verfahrbar angeordnet sind. Als Linearführungen können beispielsweise Führungsschienen vorgesehen sein, die als Gleitführungen oder zur Aufnahme fahrbarer Untergestelle der Tundish-Einheiten ausgebildet sein können.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Tundish-Einheit zur Verwendung mit einem Wechselsystem der vorstehend beschriebenen Art, die ein Tundish-Gefäß umfasst, das einen Gießtrichter und eine Gießdüse aufnimmt, mit Mitteln zur Beheizung und/oder Kühlung des Gießtrichters und/oder der Gießdüse sowie mit wenigstens einer Medienkupplung, die komplementär zu wenigstens einer Medienkupplung des Wechselsystems ausgebildet ist.
Die Tundish-Einheit kann Gleitkufen oder wenigstens eine Gleitführung in der Unterseite einer Düsenplatte aufweisen. Alternativ kann die Tundish-Einheit ein fahrbares Untergestell aufweisen, das komplementär zu dem Verschiebesystem des Wechselsystems ausgebildet ist.
Um eine hinreichende Dichtigkeit zwischen einer Düsenplatte der Tundish-Einheit und einem Verdüsungsschacht-Schieber zu gewährleisten, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Tundish-Behälter relativ zu dem Untergestell vertikal verlagerbar ist, um in der Arbeitsstellung der Tundish-Einheit eine vakuumdichte Verbindung zu dem Verdüsungs-Prozessraum, beispielsweise zu einem Verdüsungsturm oder zu einem Verdüsungsschacht herzustellen. Dadurch wird das Eintreten von Störgas in den Verdüsungsschacht-Prozessraum zuverlässig verhindert. Die vertikale Verlagerbarkeit des Tundish-Behälters relativ zu dem Untergestell bewirkt ein in- und außer Eingriff Bringen der Dichtung.
Die Tundish-Einheit kann über Inertgas betriebene Pneumatik Zylinder innerhalb des Verschiebesystems angehoben und abgesenkt werden. Um die Dichtigkeit zwischen Düsenplatte und Verdüsungsschacht-Schieber zu gewährleisten, wird die Tundish- Einheit in der Arbeitsstellung abgesenkt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Tundish-Einheit federnd auf einem Untergestell gelagert ist, derart, dass diese in der Arbeitsstellung mit einem Niederhalter des Wechselsystems zusammenwirkt. Die betreffende Station in der Kammer kann mit einem von einem Zylinder betriebenen Niederhalter ausgestattet sein. Die Tundish-Einheit wird dann durch den Niederhalter auf den Verdüsungsschacht-Schieber gedrückt. Vermöge der gefederten Lagerung der Tundish-Einheit kann diese sich beim Abheben des Niederhalters selbsttätig von dem Verdüsungsschacht-Schieber lösen.
Anstelle eines fahrbaren Untergestells kann die Tundish-Einheit wenigstens eine Gleitführung aufweisen, die mit entsprechenden Führungsmitteln des Verschiebesystems zusammenwirkt.
Vorzugsweise umfasst die Tundish-Einheit wenigstens ein Dichtmittel an der Unterseite einer Düsenplatte der Gießdüse, das mit einer Dichtfläche eines Verdüsungsschacht-Schiebers zusammenwirkt. Das Dichtmittel kann beispielsweise als Gleitdichtung oder Reibdichtung ausgeführt sein. Alternativ kann eine Steigung des Verschiebungssystems bzw. einer Linearführung vorgesehen sein, sodass sich die Tundish-Einheit über diese Steigung beim Positionieren durch ihr Eigengewicht auf die Dichtfläche des Verdüsungsschacht-Schiebers setzt.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Verdüsungsanlage mit einem Wechselsystem und mehreren Tundish-Einheiten der vorstehend beschriebenen Art bereitgestellt.
Die Verdüsungsanlage kann wenigstens einen ersten Verdüsungsturm umfassen, der an einen Anschluss der Kammer des Wechselsystems gasdicht anschließbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Verdüsungsanlage gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass diese wenigstens einen zweiten Verdüsungsturm umfasst, wobei das Wechselsystem wahlweise an den ersten oder zweiten Verdüsungsturm anschließbar ist.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdüsen von Metallschmelze zu einem Metallpulver in einer Verdüsungsanlage mit einem Wechselsystem für mehrere Tundish-Einheiten, wobei das Verfahren eine Zufuhr von schmelzflüssigem Metall aus einer Vakuum-Induktions-Gießeinrichtung als Beschickungseinrichtung in eine erste Tundish-Einheit in einer Arbeitsstellung innerhalb des Wechselsystems und das Verdüsen der Schmelze durch eine Gießdüse der Tundish-Einheit in einen darunter angeordneten Verdüsungsturm oder Verdüsungsschacht umfasst, während wenigstens eine zweite Tundish-Einheit in einer Bereitschaftsstellung vorgewärmt wird und wenigstens eine dritte Tundish- Einheit aus dem Wechselsystem entnommen oder in dieses eingebracht wird.
Das Verfahren umfasst zweckmäßigerweise die Verwendung eines Wechselsystems der vorstehend beschriebenen Art sowie vorzugsweise die Verwendung wenigstens einer Tundish-Einheit der vorstehend beschriebenen Art.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, die Zufuhr des schmelzflüssigen Metalls in Abhängigkeit des Metallspiegels in die in der Arbeitsstellung befindlichen Tundish- Einheit zu steuern. Dabei kann beispielsweise der Flüssigkeitsspiegel mittels einer Laser Abstandsmessung erfasst werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Verdüsungsanlage gemäß der Erfindung,
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Wechselsystems gemäß der Erfindung,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Wechselsystems gemäß der Erfindung
Figur 4 eine Draufsicht auf das Wechselsystem gemäß Figur 2,
Figur 5 eine Schnittansicht durch das Wechselsystem gemäß Figur 4,
Figur 6 eine Draufsicht auf das Wechselsystem gemäß Figur 3 und
Figur 7 eine Schnittansicht durch eine T undish-Einheit gemäß der Erfindung.
Die in Figur 1 dargestellte Verdüsungsanlage 1 umfasst ein Wechselsystem 2, welches unterhalb einer nicht dargestellten Gießeinrichtung angeordnet ist. Das Wechselsystem 2 ist vakuumdicht an einen Verdüsungsturm 3 angeschlossen, in welchem flüssiges Metall zu Metallpulver für pulvermetallurgische Zwecke zerstäubt wird. Das Verdüsen erfolgt unter Inertgasatmosphäre. Das Pulver wird anschließend vom Gas abgeschieden und nachbehandelt. Die Abscheidung erfolgt über eine Zyklonstufe 4 und eine nachgeschaltete Filteranlage 5. Das abgeschiedene Metallpulver wird in verschiedenen Pulverbehältern 6 aufgefangen und anschließend einer weiteren Verwendung zugeführt.
Die Verdüsung des flüssigen Metalls erfolgt mit einer beispielsweise in Figur 7 dargestellten Tundish-Einheit 7, die einen Gießtrichter 8 und eine Gießdüse 9 umfasst. Der Gießtrichter 8 bildet einen Zwischenbehälter für das schmelzflüssige Metall, welches aus der nicht dargestellten Gießeinrichtung oberhalb des Wechselsystems 2 einer Tundish-Einheit 7 kontinuierlich zugeführt wird. Dabei wird der Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Gießtrichters 8 mittels Laser und/oder Ultraschall erfasst. In Abhängigkeit des Flüssigkeitsspiegels ist die Steuerung einer Stopfenstange der Gießeinrichtung vorgesehen. Die Tundish-Einheit 7 umfasst einen Tundish-Behälter 10 mit einer Feuerfestauskleidung 11 , die den Gießtrichter 8 einfasst. Der Gießtrichter 8 mündet in die Gießdüse 9, die in einer Düsenplatte 12 angeordnet ist. Bei der Darstellung gemäß Figur 7 steht die Gießdüse 9 nach unten über die Düsenplatte 12 hervor. Die Gießdüse 9 kann sich auch vollständig in die Düsenplatte 12 einfügen, was hinsichtlich der Abdichtung gegen einen Vakuum- Schieber-Flansch erforderlich sein kann.
Innerhalb der Feuerfestauskleidung 11 des Tundish-Behälters 10 ist eine Graphitheizung vorgesehen, deren Widerstands-Heizelemente 13 in die Feuerfestauskleidung 11 eingebettet sind. Auch die Gießdüse 9 ist teilweise von einer Feuerfestauskleidung 11 eingefasst, in die ebenfalls Wderstands-Heizelemente 13 eingebettet sind, die eine Düsenbeheizung bewirken. Die Tundish-Einheit 7 umfasst eine Gasdüse 28, die beiderseits an eine Inertgaszuführung 14 angeschlossen ist. Das aus der Gießdüse 9 austretende schmelzflüssige Metall wird mittels des über die Gasdüse 28 zugeführten Inertgases in den Verdüsungsturm 3 der Verdüsungsanlage 1 zu einem Pulver zerstäubt.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst der Tundish-Behälter 10 ein fahrbares Untergestell, welches nur andeutungsweise in der Zeichnung dargestellt ist. Über die Räder 15 des Tundish-Behälters 10 kann dieser auf Schienen 16 des Wechselsystems 2 verfahren werden. Der Tundish-Behälter 10 umfasst weiterhin einen Ringraum 17, der mit Kühlwasser beaufschlagbar ist und einen Kühlmantel bildet, über den bedarfsweise der Gießtrichter 8 abkühlbar ist. Der Kühlmantel verhindert eine nicht wünschenswerte Miterwärmung des Prozessraums,
Im Folgenden wird auf die Figur 2 Bezug genommen, die ein erstes Ausführungsbeispiel des Wechselsystems 2 gemäß der Erfindung zeigt. Das Wechselsystem 2 umfasst eine vakuumdichte verschließbare Kammer 18, die einen oberen Anschluss 19 an eine Gießeinrichtung und einen unteren Anschluss 20 an den Verdüsungsturm 3 aufweist. Sowohl der obere Anschluss 19 als auch der untere Anschluss 20 sind über einen Vakuumschieber 21 verschließbar. Der obere Anschluss 19 bzw. der betreffende Vakuumschieber 21 ist mit einem auffahrbaren Balgvisier versehen, welcher an einen Kompensator bzw. Faltenbalg an die Gießeinrichtung bzw. einen Warmhalteofen der Gießeinrichtung ankoppelbar ist. Der Vakuumschieber 21 des unteren Anschlusses 20 ist als Verdüsungsschacht-Schieber ausgeführt, der ebenfalls ein auffahrbares Balgvisier umfasst.
Das Wechselsystem 2 umfasst vier Wechselstationen 22, die jeweils als Schleusenkammern ausgebildet sind und an seitliche Öffnungen der Kammer 18 angeschlossen sind. Die Wechselstationen 22 sind über Wechselschieber 23 jeweils vakuumdicht bzw. gasdicht relativ zu der Kammer 18 absperrbar. Die Wechselstationen 22, die vollständig evakuierbar sind und entsprechende Anschlüsse an ein Vakuumsystem aufweisen, sind über abnehmbare Deckel 24 zugänglich. Die Deckel 24 sind dicht verschließbar auf entsprechende Öffnungen 25 auf den Wechselstationen 22 angeordnet.
Die Wechselstationen 22 sind relativ zu der Kammer 18, die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt aufweist, kreuzweise angeordnet, sodass sich jede Wechselstation 22 mit einem Wnkelabstand von 90° relativ zu der benachbarten Wechselstation 22 am Umfang der Kammer 18 erstreckt. We vorstehend bereits erwähnt, erstrecken sich durch die Wechselstationen 22 und die Kammer 18 Schienen 16 (siehe beispielsweise Figur 4) auf denen die innerhalb des Wechselsystems 2 angeordneten Tundish-Einheiten 7 verfahrbar sind. Die Tundish-Einheiten 7 werden über einen nicht dargestellten Kran durch die Öffnungen 25 in die Wechselstationen 22 eingebracht, die jeweils auch als Heizstation zum Vorwärmen der Tundish-Einheiten 7 ausgebildet und jeweils mit entsprechenden Medienkupplungen ausgestattet sind.
Die Wechselstationen 22 sind über die gesamte Länge mit wechselbaren Feuerfest- Strahlungsschirmen ausgestattet. Die Wechselstationen 22 sind jeweils separat über Vakuumpumpen evakuierbar und können wahlweise mit Inertgas (Argon oder Stickstoff) oder mit Luft geflutet werden. Die Anzahl der Wechselstationen 22 ergibt sich aus der erforderlichen Aufheizzeit der Feuerfestauskleidung 11 der Tundish- Behälter 7 auf eine T emperatur zwischen 1700 und 1800 °C. Ab einer T emperatur von ca. 300 °C kann das Aufheizen der Tundish-Einheiten 7 nur unter Inertgas erfolgen, da sonst das Graphit der Tundish-Behälter Heizung verbrennen würde. Die Energie- und Medienversorgung der Tundish-Einheiten 7 erfolgt mittels Hochdruckschläuchen für Inertgas. Die Stromversorgung und Thermoelement-Leitungen sind als Kabel ausgeführt. Eine Kühlwasserversorgung erfolgt mittels Schläuchen.
Für die Linearbewegung und Positionierung der Tundish-Einheiten 7 innerhalb des Wechselsystems 2 sind Elektrozylinder oder Direktantriebe mit variabler, einstellbarer Geschwindigkeit und Wegmesssystemen vorgesehen.
Die in Figur 2 in der Kammer 18 angeordnete T undish-Einheit 7 befindet sich in einer Arbeitsstellung, in welcher die Vakuumschieber 21 der oberen und unteren Anschlüsse 19, 20 geöffnet sind. Eine Tundish-Einheit 7 befindet sich in einer Wechselposition. Zuvor wurde mittels Inertgas die Graphitheizung der Tundish-Einheit 7 auf Temperaturen unterhalb von 300 °C heruntergekühlt. Der Wechselschieber 23 zu der betreffenden Wechselstation 22 ist geschlossen.
Bevor der Deckel 24 der betreffenden Wechselstation 22 geöffnet werden kann (in der Figur ist die Wechselstation 22 bereits im geöffneten Zustand dargestellt), wird die Wechselstation 22 evakuiert und mit Luft geflutet. Nach erfolgtem Wechselvorgang wird der Deckel 24 wieder geschlossen, es wird evakuiert, mit Inertgas geflutet und ein temperaturgesteuerter Aufheizprozess gestartet. Wenigstens zwei Tundish- Einheiten 7 befinden sich jeweils in einer Warmhaltestellung in den anderen Wechselstationen 22. Der Aufheizvorgang erfolgt temperaturgesteuert. We bereits vorstehend erwähnt, befindet sich eine Tundish-Einheit 7 in der Arbeitsstellung, d.h. in der Verdüsungsstellung.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Wechselsystem 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst eine Kammer 18 sowie eine über eine seitliche Öffnung angeschlossene Wechselstation 22, die ebenso mit einem Wechselschieber 23 von der Kammer 18 abtrennbar ist. Die Wechselstation 22 ist entsprechend den Wechselstationen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Figur 2 dadurch, dass in der Kammer 18 ein Drehteller 26 angeordnet ist, auf welchem eine Vielzahl von Tundish-Einheiten 7, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vier Tundish-Einheiten, angeordnet sind. Der untere Anschluss 20 der Kammer 18 ist außermittig angeordnet. Der Drehteller 26 kann um eine Drehachse so verstellt werden, dass ein Wechsel der in der Arbeitsstellung befindlichen Tundish-Einheit 7 in eine Bereitschaftsstellung erfolgt, wobei eine weitere auf dem Drehteller 26 angeordnete Tundish-Einheit 7 in die Arbeitsstellung verbracht wird. Hierzu wird der Wechselschieber 23 geöffnet, die in der Arbeitsstellung befindliche Tundish-Einheit 7 wird über die in Figur 3 nicht dargestellten Schienen 16 in die Wechselstation 22 verfahren und eine in einer Bereitschaftsstellung befindliche Tundish-Einheit 7 wird über eine Rotation des Drehtellers 26 in die Arbeitsstellung verfahren. Wenn sich die Tundish-Einheit 7 in der Wechselposition innerhalb der Wechselstation 22 befindet, wird mittels Inertgas die Graphitheizung heruntergekühlt, und zwar auf Temperaturen unterhalb von 300 °C. Dabei ist der Wechselschieber 23 zu der Kammer 18 geschlossen. Danach wird die Wechselstation 22 evakuiert und mit Luft geflutet. Nach erfolgtem Wechselvorgang wird der Deckel 24 geschlossen, die Wechselstation 22 wird evakuiert und mit Inertgas geflutet. Dann wird der temperaturgesteuerte Aufheizprozess der Tundish-Einheit 7 gestartet. Nach erfolgtem Druckausgleich zur Kammer 18 wird der Wechselschieber 23 geöffnet. Die eingesetzte Tundish-Einheit 7 wird linear auf einen freien Platz des Drehtellers 26 positioniert. Die Tundish-Einheit 7 wird an eine Medienversorgung mittels einer nur andeutungsweise dargestellten Dockingstation 27 auf dem Drehteller 26 angekoppelt. Jeder Position auf dem Drehteller 26 ist eine Dockingstation 27 zugeordnet. Über die Dockingstationen 27 werden die Tundish-Einheiten 7 mit Medien versorgt. Wenigstens zwei Tundish-Einheiten 7 befinden sich in einer Bereitschaftsstellung auf dem Drehteller 26 in der ein Aufheizen und/oder Warmhalten auf 1700 °C bis 1800 °C erfolgt. Der Wechselschieber 23 befindet sich normalerweise im geschlossenen Zustand, dieser wird nur bei Entnahme und Bestückung einer Tundish-Einheit 7 geöffnet, um den Druckausgleich herzustellen.
We vorstehend bereits erwähnt, ist bei der Verbringung einer Tundish-Einheit 7 in die Arbeitsstellung eine Abdichtung zwischen der Düsenplatte 12 und dem Vakuumschieber 21 erforderlich. Der Vakuumschieber 21 stellt den unteren Anschluss
20 der Kammer 18 dar. Eine solche Abdichtung kann mittels entsprechender Gleitdichtungen oder Reibdichtungen zwischen der Düsenplatte einerseits und einer Dichtfläche dem Vakuumschieber 21 andererseits erfolgen.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Tundish-Einheit 7 vertikal verlagerbar ist und in einer Arbeitsstellung absenkbar ist, sodass ein Dichtmittel an der Düsenplatte und/oder an dem Verdüsungsschieber-Flansch dabei miteinander in Eingriff gebracht werden. Die Tundish-Einheit 7 kann beispielsweise über Inertgas betriebene Pneumatikzylinder innerhalb des Schienensystems angehoben und abgesenkt werden. Um die Dichtigkeit zwischen der Düsenplatte 12 und dem Vakuumschieber
21 zu gewährleisten, wird die Tundish-Einheit 7 bei der Positionierung abgesetzt. Eine alternative Ausgestaltung der Tundish-Einheit 7 sieht vor, dass die Tundish-Einheit 7 federnd auf Rädern gelagert ist und in der Arbeitsstellung durch einen nicht dargestellten Niederhalter in einer abgedichteten Stellung gehalten wird. Der Niederhalter drückt die Düsenplatte 12 auf einen Flansch des Vakuumschiebers 21. Beim Abheben des Niederhalters kann sich die Tundish-Einheit 7 selbsttätig von dem Vakuumschieber 21 lösen. Wie dies in Figur 1 schematisch dargestellt ist, kann die Verdüsungsanlage 1 mehrere Verdüsungstürme 3 aufweisen. Das Wechselsystem 2 kann wahlweise an den einen oder den anderen Verdüsungsturm 3 angeschlossen werden. Die Verdüsungstürme 3 sind wassergekühlt. Diese können zudem zusätzlich mit elektrischer Wasservorwärmung ausgerüstet sein.
Bezugszeichenliste
1 Verdüsungsanlage
2 Wechselsystem
3 Verdüsungsturm
4 Zyklonstufe
5 Filteranlage
6 Pulverbehälter
7 Tundish-Einheit
8 Gießtrichter
9 Gießdüse
10 Tundish-Behälter
11 Feuerfestauskleidung
12 Düsenplatte
13 Widerstandsheizelement
14 Inertgaszuführung
15 Räder
16 Schienen
17 Ringraum
18 Kammer
19 oberer Anschluss der Kammer
20 unterer Anschluss der Kammer
21 Vakuumschieber
22 Wechselstation
23 Wechselschieber
24 Deckel
25 Öffnung
26 Drehteller
27 Dockingstationen
28 Gasdüse

Claims

Patentansprüche
1. Wechselsystem (2) für eine Tundish-Einheit (7) einer Verdüsungsanlage (1) zum Verdüsen von metallenen Schmelzen, insbesondere für pulvermetallurgische Zwecke, umfassend wenigstens eine Kammer (18) zur Aufnahme wenigstens einer ersten Tundish-Einheit (7) in einer Arbeitsstellung, wobei die Kammer (18) wenigstens einen Anschluss an eine
Beschickungseinrichtung und wenigstens einen Anschluss an einen Verdüsungsturm (3) oder einen Verdüsungsschacht aufweist, Mittel zur Bereitstellung wenigstens einer zweiten Tundish-Einheit (7) in einer Bereitschaftsstellung innerhalb des Wechselsystems (2) weiterhin umfassend wenigstens eine als Schleusenkammer ausgebildete Wechselstation (22) zur Aufnahme und/oder Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer dritten Tundish-Einheit (7), sowie umfassend ein Verschiebesystem, das so ausgebildet ist, dass die Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer Tundish-Einheit (7) erfolgen kann, während sich eine Tundish-Einheit (7) in der Arbeitsstellung befindet.
2. Wechselsystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebesystem so ausgebildet ist, dass die Einbringung und/oder Entnahme wenigstens einer Tundish-Einheit (7) erfolgen kann, während sich eine zweite und/oder weitere Tundish-Einheit (7) in einer Bereitschaftsstellung befindet.
3. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wechselstation über eine seitliche Öffnung an die Kammer (18) angeschlossen ist.
4. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Wechselstationen (22) vorgesehen ist, die sich jeweils seitlich an die Kammer (18) anschließen und von denen wenigstens eine, vorzugsweise alle als Schleusenkammern ausgebildet sind.
5. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in der Kammer (18) angeordneten Drehteller (26), der eine Vielzahl von Tundish-Einheiten (7) aufnimmt.
6. Wechselsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Drehteller (26) angeordnete Tundish-Einheiten (7) von einer Arbeitsstellung in mehrere Bereitschaftsstellungen drehbar sind.
7. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stellung einer Tundish-Einheit (7) wenigstens eine Dockingstation 27 zugeordnet ist, die an eine komplementär ausgebildete Dockingstation 27 einer Tundish-Einheit (7) anschließbar ist.
8. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wechselstation (22) wenigstens eine Dockingstation 27 aufweist, die an eine komplementär ausgebildete Dockingstation 27 einer Tundish-Einheit (7) anschließbar ist.
9. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wechselstation (22) evakuierbar ausgebildet ist.
10. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wechselstation (22) über einen
Vakuum- Schieber (21) mit der Kammer (18) verbindbar ist.
11. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse an die Beschickungseinrichtung und an den Verdüsungsturm (3) oder den Verdüsungsschacht als Vakuum-Schieber (21) ausgebildet sind.
12. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wechselstation (22) als Heizstation zu Vorwärmung wenigstens einer Tundish-Einheit (7) ausgebildet ist.
13. Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebesystem Linearführungen umfasst, auf oder an welchen die Tundish-Einheiten (7) verfahrbar angeordnet sind.
14. Tundish-Einheit (7) zur Verwendung mit einem Wechselsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend einen Tundish-Behälter (10), der einen Gießtrichter (8) und eine Gießdüse (9) aufnimmt, mit Mitteln zur Beheizung und/oder Kühlung des Gießtrichters (8) und/oder der Gießdüse (9) sowie mit wenigstens einer Dockingstation 27, die komplementär zu wenigstens einer Medienkupplung des Wechselsystems (2) ausgebildet ist.
15. Tundish-Einheit (7) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein fahrbares Untergestell, das komplementär zu dem Verschiebesystem des Wechselsystems (2) ausgebildet ist.
16. Tundish-Einheit (7) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tundish-Behälter (10) relativ zu dem Untergestell vertikal verlagerbar ist.
17. Tundish-Einheit (7) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tundish-Behälter (10) federnd auf einem Untergestell gelagert ist und in der Arbeitsstellung mit einem Niederhalter des Wechselsystems (2) zusammenwirkt.
18. Tundish-Einheit (7) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch wenigstens eine Gleitführung, die mit entsprechenden Führungsmitteln des Verschiebesystems zusammenwirkt.
19
19. Tundish-Einheit (7) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch wenigstens ein Dichtmittel an der Unterseite einer Düsenplatte (12) der Gießdüse (9), das mit einer Dichtfläche an einem Vakuumschieber (21) im Bereich des unteren Anschlusses (20) der Kammer zusammenwirkt.
20. Verdüsungsanlage (1) mit einem Wechselsystem (2) und mehreren Tundish- Einheiten (7) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.
21. Verdüsungsanlage (1) nach Anspruch 20 mit wenigstens einem ersten Verdüsungsturm (3), der an einen Anschluss der Kammer (18) des Wechselsystems (2) gasdicht anschließbar ist.
22. Verdüsungsanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 20 oder 21 , gekennzeichnet durch wenigstens einen zweiten Verdüsungsturm (3), wobei das Wechselsystem (2) wahlweise an den ersten oder zweiten Verdüsungsturm (3) anschließbar ist.
23. Verfahren zum Verdüsen von Metallschmelze zu einem Metallpulver in einer Verdüsungsanlage (1) mit einem Wechselsystem (2) für mehrere Tundish- Einheiten (7), wobei das Verfahren eine Zufuhr von schmelzflüssigem Metall aus einer Gießeinrichtung als Beschickungseinrichtung in eine erste Tundish- Einheit (7) in einer Arbeitsstellung innerhalb des Wechselsystems (2) und das Verdüsen der Schmelze durch eine Gießdüse (9) der Tundish-Einheit (7) in einen darunter angeordneten Verdüsungsturm (3) oder Verdüsungsschacht umfasst, während wenigstens eine zweite Tundish-Einheit (7) in einer Bereitschaftsstellung vorgewärmt wird und wenigstens eine dritte Tundish- Einheit (7) aus dem Wechselsystem (2) entnommen oder in dieses eingebracht wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wechselsystems (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
20 Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die Verwendung wenigstens einer Tundish-Einheit (7) nach einem der Ansprüche 14 bis 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des schmelzflüssigen Metalls in Abhängigkeit des Metallspiegels in der in der Arbeitsstellung befindlichen Tundish-Einheit (7) gesteuert wird.
21
EP22761976.4A 2021-08-06 2022-08-03 Wechselsystem für eine tundish-einheit, tundish-einheit für ein wechselsystem, verdüsungsanlage sowie verfahren zum verdüsen von metallschmelze Active EP4380742B1 (de)

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