SE470179B - Pumpanordning för pumpning av smält metall - Google Patents

Description

470 10 15 20 25 179 livslängd och kan utnyttjas för samtliga vanligen före- kommande gjutmetoder och metaller.

Den enligt uppfinningen föreslagna pumpanordningen kännetecknas i huvudsak av att behållarens inlopp är anordnat vid dess botten, att ventilorgan är anordnade inne i behållaren för att växelvis öppna och stänga nämnda inlopp och utlopp, och att sug- och trycksystemet innefattar en sluten slinga, som innehåller en vakuum- tank, en trycktank, en däremellan ansluten vakuumpump- -kompressor-enhet och nämnda ventilorgan och är ansluten till behållaren via nämnda ledning för växelvis in- och urkoppling av vakuumtanken och trycktanken.

Pumpanordningen enligt uppfinningen ger även ett flertal värdefulla fördelar jämfört med konventionella pumpanord- ningar: - Hela pumpen befinner sig ovanför smältan. I smältan finns endast delar av sugröret och filter.

- Pumpen är tryckhöjande upp till i stort sett det tryck, som vakuumpump-kompressor-enheten ger. Detta höjer kvaliteten på gjutgodset och ökar produktiviteten.

Konventionella system för lågtrycksgjutning ger ca l bar.

- Genom nivåmätningssystemet kan smältans nivå bestämmas utan att något instrument kommer i kontakt med smältan och doseringen kan ske mycket noggrant.

- Ett slutet rörsystem används, vilket minskar oxida- tionen av den smälta metallen.

- Enklare varmhållningsugnar kan användas.

- Arbetsmiljön förbättras eftersom inga öppna kärl med smälta behöver transporteras. 10 15 20 25 30 470 179 Alla delar av pumpanordningen enligt uppfinningen, som kommer i kontakt med smältan, är tillverkade i keramiskt material, som är resistent mot smältan (t.ex. är alu- minium mycket aggressivt mot de flesta material) och tål temperaturen. Alla delar, som kommer i kontakt med smältan, är dessutom omgivna av ugnsmoduler, och således uppvärmda. Detta innebär att någon "frysning" i rör och pump inte förekommer. Vid produktionsstopp och över helger är pumparna, liksom ugnarna i fabrikerna, upp- värmda.

Pumpverkan åstadkommes således genom ett med gas verkande sug-trycksystem. Mellan en vakuumtank och en trycktank placeras en vakuumpump-kompressor-enhet, som ser till att gasen evakueras i vakuumtanken och att ett tillräckligt högt tryck finns i trycktanken. En ventil åstadkommer erforderliga växlingar för att suga upp respektive trycka ut metallen. Eftersom den gas, som sugs ut från pumpen, är varm passerar denna en ackumulator, där den avger energi. På motsvarande sätt passerar den tryckalstrande gasen ackumulatorn och får tillskottsenergi. Genom detta åstadkommas en så liten energiförbrukning som möjligt.

Den använda gasen är inert.

För att reglera in- och utflödet av smält metall till pumpen finns ett system för lyftning och eventuellt vridning av pumpens ventiler. Provning har visat att lyftande ventiler är att föredra. Rörelserna kan givetvis åstadkommas med olika typer av drivkällor.

Hela pumpcykeln övervakas av ett styrsystem, företrädes- vis en PLC. Systemets fördel är att flöde och tryck kontrolleras under hela cykeln.

Genom att pumpanordningen enligt uppfinningen ges de kännetecken som anges i patentkrav 1 blir den universell i fråga om gjutmetoder så att den kan anslutas till ett 470 10 15 20 25 179 förbrukningsställe, som exempelvis är anordnat för gjutning av smälta i en form, för dosering av smälta i en behållare hos en pressgjutmaskin, för dosering av smälta i en kokill eller sandform eller för matning av smälta genom en matrisutrustning som kan ha vilken som helst önskad matrisprofil.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvis- ning till ritningarna.

Figur 1 är en sidovy av en ugn och en på denna monterad pumpanordning med tillhörande styrsystem och gasverkande sug- och trycksystem.

Figur 2 är en längdgenomskärning av pumpanordningen enligt figur 1 men där nämnda två system utelämnats.

Figur 3a och 3b är genomskärningsvyer av bottendelen av pumpen hos pumpanordningen enligt figur 2 och visar en ventilkägla och dess samverkan med ventilsätet i botten- plattan samt anslutningen av sugröret.

Figur 4 är en längdgenomskärning av en rördel av anslut- ningen mellan pumpen och förbrukningsstället.

Figur 5 är en längdgenomskärning av ett vätskelås vid den yttre änden av anslutningen från pumpen.

Figurerna 6 och 7 är längdgenomskärningar av två olika utföringsformer av upphängningen av pumpens behållare.

Med hänvisning till figurerna 1 och 2 visas där schema- tiskt en pumpanläggning för flytande metall som inne- fattar en pump 1. Vid inloppet till pumpens 1 sugrör 2 finns ett keramiskt filter 3 monterat för att ta bort eventuella föroreningar i smältan 4. Detta filter 3 måste med jämna mellanrum bytas. Vid byte lyftes hela pumpen 1 10 15 20 25 30 470 179 upp ur ugnen 5 och genom att filterhållaren 6 hålls på plats av en snabbanslutning underlättas bytet.

Sugröret 2 är tillverkat i keramiskt material. Genom en kant på sugröret pressas detta mot stödplattan 7, se figur 3. För att undvika urflisning av kanten läggs en dämpande isolering 8 mellan rör 2 och platta 7. Skarven mellan sugrör 2 och block 9 måste vara gastät. Detta kan åstadkommas genom att båda kontaktytorna läppas så att adhesionen blir tillräckligt stor för tätningsfunktionen, jämför passbitsystemet, eller genom att använda tät- ningar. Extra anpressning sker även med hjälp av ett fjädersystem 10. Eftersom konventionella tätningar inte är resistenta mot aluminium användes en grafittätning 11, men grafit oxiderar vid höga temperaturer. För att förhindra oxidationen placeras en konventionell kom- pressibel tätning 12 utanför grafittätningen 11. Grafit- tätningen 11 tätar mot smältan och den yttre konven- tionella tätningen 12 skyddar grafittätningen 11 mot syret i luften.

Blocket 9 är utfört i keramiskt material med ventilsäten för de stångformiga ventilkäglorna 13. Ventilsätet utformas företrädesvis koniskt för att undvika urflisning av keramiken samt för att bättre passa ventilkäglornas 13 sfäriska utformning, se figur 3. Eftersom även ventil- käglorna 13 kommer i kontakt med smältan utföres dessa i keramiskt material. Käglorna 13 styrs av grafitbussningar 14 och är infästa i metalliska hållare 15, vilka i sin tur är fästa mot lyft- och vridanordningarna 16 respektive 17. I sin nedre ände är käglorna 13 sfäriska för att kom- pensera oundvikliga snedställningar.

Då det visat sig att föroreningarna i smältan lättare fastnar mot pumpdetaljerna vid hög strömningshastighet, öppnar käglorna 13 en spalt mellan sig och block 9, innan evakuering eller tryckuppbyggnad skett i behållaren 18, 470 179 10 15 20 25 30 se figur 3. Styrsystemet 19 balanserar då vätsketryck och gastryck så att ingen strömning sker. Då spalten är maximal sker evakuering i eller tryckuppbyggnad av behållaren 18.

Eftersom det, trots åtgärderna enligt ovan, kan fastna föroreningar på godset i blocket 9 och käglorna 13, vrides käglorna 13 med jämna mellanrum, vilket slipar in käglorna mot ventilsätet i blocket 9. Vridningen åstadkommes med hjälp av vridanordningarna 17.

Behållaren 18 är även denna utförd av keramiskt material och rymmer den smälta, som skall doseras ut till för- brukaren och måste därför vara gastät både mot blocket 9 och behållarflänsen 20. Tätningen mot blocket 9 utföres i princip lika det tidigare beskrivna utförandet för sugröret 2. Mot behållarflänsen 20 kan en konventionell tätning 21 användas, eftersom denna inte kommer i kontakt med smältan.

I den nedre delen av behållaren 18 finns ett spiralformat spår. I detta spår lägges en metalltråd 22, vilket innebär att en solenoid tillverkats. Genom att låta en högfrekvent ström passera genom solenoiden får man en specifik induktans. Då metallen strömmar in i behållaren ändras induktansen beroende på metallnivån. Genom att mata det i pumpanordningen ingående styrsystemet 19 med dessa signaler kan nivån fastställas. Utgångsläget är alltid den maximala nivån. För att inte få överfyllnad i behållaren 18 är en elektrod 23, som fungerar som säker- hetsbrytare installerad i behållaren 18. Tillsammans med andra signaler till och från förbrukningsstället och pumpen 1 kan gjutprocessen med hjälp av styrsystemet 19 styras till både flöde och tryck.

Behållaren 18 är omsluten av en ugn 24, som ger önskad temperatur. »u-q 10 15 20 25 30 470 179 För att undvika strålningsvärme på behållarflänsen 20 är en isolering 25 placerad mellan smältans yta 26 och behållarflänsen 20. Isoleringen 25 är upphängd på ansatser (ej visade) i behållaren 18 och tillåter passage av gas i båda riktningarna.

Utloppsröret 27 omslutes av ugnsmoduler 28, se figur 4.

Rören 27 och ugnsmodulerna 28 är uppburna av yttre metallrör 29, som tjänstgör som bärelement fram till förbrukningsstället. Utloppsrören 27 skarvas med hjälp av skarvmuffar 30, och mellan rören 27 monteras tätningar 31. Då tryckuppbyggnad skall ske i utloppsrören 27 utföres tätningen i princip lika det tidigare beskrivna utförandet för sugröret 2. I det fallet tillkommer således en grafittätning 32.

I änden på utloppsröret är ett vätskelås 33 monterat, se figur 5. Vätskelåset 33 fungerar dels som automatisk nivåhållare, dels som skyddstätning mot syret. För att ytterligare förhindra bildandet av metalloxider kan en automatisk besprutningsanordning 34 för oxidlösande kemikalier installeras över Vätskelåset 33.

För att hålla samman de olika pumpdelarna används antingen ett hängrör 35 eller en bottenfläns 37 i kombi- nation med dragstänger 36, se figur 6. Genom att spänna behållare 18 och block 9 mellan behållarfläns 20 och hängrör 35 (figur 6, övre bilden) eller bottenfläns 37 (figur 6, nedre bilden) åstadkommes inspänningen. För att eliminera problem med de olika längdutvidgningskoeffi- cienterna i de olika materialen spänns paketet med hjälp av ett fjädersystem 10.

Pumpen l kan betecknas som en gaskolvpump, som arbetar med en inert gas som kolv. Vid evakuering av behållar- volymen öppnar ventilkäglan 13 vid insugningen 38 och smältan stiger i behållaren 18. Då förbrukningsstället 470 10 15 20 179 kallar på smält metall öppnar ventilkäglan 13 vid ut- loppet 39, och gas trycker ut smältan tills förinställd volym erhållits.

Pumpanordningen innefattar även ett sug- och trycksystem 40 som innefattar en sluten slinga 49, som innehåller en vakuumpump-kompressor-enhet 41, en vakuumtank 42, en trycktank 43 och en ventil 44, varvid slingan 40 via nämnda ventil 44 är ansluten till behållaren 18 medelst en ledning 50, som innehåller en värmeackumulator 45.

Systemet 40 är således helt slutet, varför någon gas inte förbrukas. Vakuumpump-kompressor-enheten 41 arbetar kontinuerligt med att transportera gas från vakuumtanken 42 till trycktanken 43. Vid evakuering öppnar ventilen 44 förbindelsen mellan behållaren 18 och vakuumtanken 42.

Vid uttryckning av smältan öppnar ventilen 44 förbindelsen mellan behållaren 18 och trycktanken 43. För att energi- förlusten skall bli så liten som möjligt avger gasen vid evakuering värmeenergi till värmeackumulatorn 45 och vid uttryckning upptar gasen energi från denna ackumulator 45.

Hela gjut- eller doseringsförloppet övervakas av styr- systemet 19 på sådant sätt att flöde och tryck regleras och kontrolleras under hela gjutprocessen.

Claims (2)

1. 0 15 20 25 30 470 179 P A T E N T K R A V 1. Pumpanordning för pumpning av smält metall från en ugn (5) till ett förbrukningsställe (46), vilken pump- anordning innefattar en pump (1) av gaskolvtyp, som har en behållare (18) med inlopp (47) för insugning till behållaren (18) av smält metall från ugnen (5) via ett i ugnens smälta nedsänkt sugrör (2) och med utlopp (48) för utpressning ur behållaren (18) av smält metall till förbrukningsstället (46): ett med gas arbetande sug- och trycksystem (40), som omfattar en sugkälla med en vakuumpump, en tryckkälla med en kompressor och en med ventilorgan (44) försedd ledning (50) för växelvis in- och urkoppling av sug- och tryckkällorna, vilkas gastryck verkar direkt på smältan i behållaren (18): och ett styrsystem (19) för styrning av pumpanordningen, vilken behållare (18) är vertikalt inriktad och anordnad omedelbart ovanför och i linje med ugnen (5), varvid nämnda inlopp (47) och utlopp (48) är anordnade vid behâllarens (18) botten (9) och ventilorgan (13) är anordnade inne i behållaren (18) för att växelvis öppna och stänga nämnda inlopp (47) och utlopp (48), k ä n n e t e c k n a d a v att sug- och trycksystemet (40) innefattar en sluten slinga (49), som innehåller en vakuumtank (42), en trycktank (43), en däremellan ansluten vakuumpump-kompressor-enhet (41) och nämnda ventilorgan (44) och är ansluten till behållaren (18) via nämnda ledning (50) för växelvis in- och urkoppling av vakuumtanken (42) och trycktanken (43).

2. Pumpanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a d a v att en värmeackumulator (45) är anordnad i ledningen (50), som förbinder nämnda slinga (49) med behållaren (18), för att lagra värmeenergi från den utströmmande gasen ur behållaren (18) och avge värme- energi till den inströmmande gasen till behållaren. 470 10 15 20 25 30 f! E 79 10 3. k ä n n e- t e c k n a d a v att ventilorganen inne i behållaren Pumpanordning enligt krav l eller 2, (18) utgöres av vertikala ventilkäglor (13) av keramiskt material, som är förbundna med var sin utanför pumpen monterad lyftanordning för lyftning och sänkning av ventilkäglan (13) i förhållande till ventilsäten hos inloppet (47) respektive utloppet (48), och att ventil- käglorna (13) och ventilsätena uppvisar samverkande sfäriska och/eller koniska tätningsytor. 4. k ä n n e t e c k- n a d a v att vertikalkäglorna (13) är vridbart Pumpanordning enligt krav 3, lagrade medelst ett vriddon för slipning av tätnings- ytorna så att vidhäftade föroreningar från smältan avlägsnas. 5. k ä n n e t e c k n a d a v att styrsystemet (19) är Pumpanordning enligt något av kraven l-4, anordnat att styra ventildonen (44) i slingan (49) och ventilorganen (13) inne i behållaren (18) så att innan ett sugmoment respektive tryckmoment inledes trycket balanseras och ventilorganet (13) öppnas delvis för att minimera strömningshastigheten hos smältan in i respek- tive ut ur behållaren (18). 60 k ä n n e t e o k n a d a v att en metalltråd (22) är Pumpanordning enligt något av kraven 1-5, monterad i behållarens vägg för att bilda en solenoid i en strömkrets, vilken solenoids induktans är ett värde på smältans nivå i behållaren. 7. k ä n n e t e c k n a d a v att varje skarv mellan två Pumpanordning enligt något av kraven 1-6, konstruktionsdelar hos pumpanordningen, som kommer i kontakt med smälta, har sina motstáende tätningsytor tätade med dels en konventionell högtemperaturtålig yttre 10 15 20 25 470 179 ll tätning (31), som skydd mot syre, dels en grafittätning (32) som skydd mot smältan. 8. Pumpanordning enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d a v att i slutet av anslut- ningen (27) mellan behållaren (18) och förbruknings- stället är ett vätskelås (33) anordnat. 9. Pumpanordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k- n a d a v att ett besprutningsdon (34) är anordnat i anslutning till vätskelåset (33) för tillförsel av oxidlösande kemikalier. 10. Pumpanordning enligt något av kraven l-9, k ä n n e t e c k n a d a v att ett keramiskt filter (3) är anbringat i den i smältan nedsänkta änden av sugröret (2) och är anordnat att utbytas genom upplyft- ning av pumpen (1) med tillhörande sugrör. ll. Pumpanordning enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d a v att en isoleringskropp (25) är anordnad i det övre partiet av behållaren (18), som upptill tillslutes av en behållarfläns (21), som skydd mot strålning från den under isoleringskroppen belägna smältan. 12. Pumpanordning enligt något av kraven 1-ll, k ä n n e t e c k n a d a v att behållaren (18) och dess blockformade botten (9) är fjädrande inspända mellan en övre behållarfläns (20) och antingen ett hängrör (35) eller en bottenfläns (37) i kombination med dragstänger (36), som medelst fjäderdon (10) är fjädrande inspända vid behållarflänsen (20).