CH657075A5 - Verfahren zum spuelen von metallschmelzen, mit einem durch einen spuelstein gefuehrten gas, und spuelstein zur ausfuehrung des verfahrens. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spülen von Metallschmelzen, mit einem durch einen Spülstein geführten Gas, und einen Spülstein zur Ausführung des Verfahrens.
Spülverfahren dieser Art sind in den einschlägigen Industriezweigen, namentlich in Stahlwerken und Giessereien, bereits bekannt.
Bei diesen bekannten Spülverfahren wird die Spülung der Metallschmelzen vorzugsweise in der Giesspfanne oder aber in einem Sekundärgefass, kurz und allgemein gesagt, in einem Giessgefass, vorgenommen, und zwar mittels eines für den jeweiligen Zweck entwickelten Spülsteines, um dadurch eine chemische und physikalische Reaktion bei der Metallschmelze hervorzurufen. Durch solche Spülverfahren soll der Reinheits- des flüssigen Metalls erhöht, die Metallschmelze homogenisiert und zugleich Sauerstoff und Wasserstoff reduziert werden.
Ferner sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, durch die sowohl in den Stahlwerken als auch in den Giessereien der Giessstrahl unter Anwendung des Injektorprinzips (Saugwirkung) vor der umgebenden Atmosphäre geschützt werden soll.
Auch ist es schon bekannt, die Giessform vor dem Gies-sen teilweise mit einem Schutzgas, insbesondere dem Edelgas Argon, aufzufüllen, um dadurch die Bildung von Oxyden zu vermeiden, wodurch sich zusätzlich für das flüssige Metall bessere Fliesseigenschaften ergeben. Ausserdem wird dadurch die Korrosion des keramischen Giesssystems durch Oxydangriff verhindert.
Indessen besteht bei allen diesen bereits bekannten Verfahren der grundsätzliche Missstand, dass bisher jede dieser verschiedenen Operationen separat für sich durchgeführt werden musste, sowie der weitere Nachteil, dass sich ihre Wirksamkeit nicht oder nur schlecht kontrollieren lässt.
Zweck der Erfindung ist, diese Nachteile der bisher bekannten Verfahren zu beheben, und es liegt ihr daher die Aufgabe zugrunde, ein Spülverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei bzw. mit dem das Spülen der Metallschmelze mit dem Schutz des feuerfesten Giesssystems, dem Schutz des Giessstrahls vor der umgebenden Atmosphäre und dem Auffüllen der Giessform mit einem Edelgas kombiniert werden soll, wodurch die Umständlichkeit und Aufwendigkeit der separaten Durchführung dieser verschiedenen Operationen, jede einzeln für sich, vermieden werden soll.
Demgemäss betrifft die Erfindung ein Spülverfahren der eingangs genannten Art, welches gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass aus dem Spülgas ein Gasstrom von ringförmigem Querschnitt geformt und dieser koaxial zur Ausgussöffnung des Giessgefässes geführt wird.
Hierbei kann eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darin bestehen, dass der Gasstrom von der aus dem Giessgefass ausströmenden Metallschmelze mitgerissen wird, diese umschliesst und dadurch den freien Giessstrahl bündelt.
Ferner kann eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin bestehen, dass das Spülgas in mehrere Gasteilströme unterteilt und über Einströmkanäle, die einen zugleich als Spülstein dienenden Ausgussstein konzentrisch umgeben, in das Giessgefass eingeblasen wird.
Hierbei können die Einströmkanäle von einem den Ausgussstein umschliessenden Mantel gebildet werden oder sie können in einem Hülsenstein angeordnet sein.
Weiterhin kann eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darin bestehen, dass das Spülgas gleichzeitig als Schutzgas für das Verschlusssystem des Giessgefasses verwendet wird.
Ferner kann eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin bestehen, dass durch den Sog des aus dem Giessgefass austretenden Giessstrahles aus dem Spülgas gleichzeitig ein Schutzschirm gebildet und dadurch der Zu5
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tritt von atmosphärischer Aussenluft zum Giessstrahl verhindert wird.
Auch kann eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darin bestehen, dass mit dem Giessstrahl der Metallschmelze gleichzeitig das Spülgas in eine Giessform oder ein Zwi-schengefäss eingeführt wird.
Weiterhin kann eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin bestehen, dass während des Giessens die Metallschmelze nach ihrer Spülung mit einem in Verbindung mit dem Ausguss- bzw. einem nachfolgenden Eingusssystem stehenden, durch einen Verschluss zuschaltbaren Filter intermittierend nachgereinigt wird.
Ferner betrifft die Erfindung einen Spülstein zur Ausführung des erfindungsgemässen Spülverfahrens, der nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass er als ringförmiger Rotationskörper ausgebildet ist und die Ausgussöffnung des Giessgefasses bildet.
Hierbei kann eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darin bestehen, dass der Spülstein von einem koaxialen gasdichten Mantelkörper umschlossen ist, der im Verein mit der Umfangsfläche des Spülsteins Einströmkanäle für das Spülgas bildet, und dass die Einströmkanäle konzentrisch zum Spülstein angeordnet sind.
Bei dieser Ausführung kann wiederum eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darin bestehen, dass der Mantelkörper von einem Hülsenstein gebildet ist, der an seiner inneren Wandung Führungslamellen aufweist, die an der Umfangsfläche des Spülsteins anliegen, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Führungslamellen je ein Einströmkanal angeordnet ist.
Eine andere vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass der Mantelkörper von einem Blechmantel gebildet ist, der durch an seiner Innenwandung angeordnete Abstandselemente von der Umfangsfläche des Spülsteins distanziert ist, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Abstandselementen je ein Einströmkanal angeordnet ist.
Der mit der Erfindung gegenüber den eingangs erwähnten, bereits bekannten Spül- bzw. Schutzverfahren erreichte Fortschritt besteht darin, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren die verschiedenen Einzeloperationen, d.h. das Spülen der Metallschmelze, der Schutz des feuerfesten Giess-und Spülsystems, der Schutz des Giessstrahls vor der umgebenden Atmosphäre und die Anreicherung der Giessform mit einem Edelgas, nunmehr auf einfache Weise miteinander kombiniert werden können und dadurch der dafür bisher erforderliche apparative und betriebsmässige Aufwand wesentlich reduziert werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile des Spülverfahrens gemäss der Erfindung und des zu seiner Ausführung verwendeten erfindungsgemässen Spülsteins gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Spülsteins gemäss der Erfindung, das zugleich auch das erfin-dungsgemässe Verfahren von Metallschmelzen mit einem durch diesen Spülstein geführten Gas veranschaulicht, schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 die Bodenpartie eines Giessgefässes mit eingesetztem Spülstein, Hülsenstein und in Öffnungsstellung stehendem Verschlussstopfen, in einem vertikalen Längsschnitt durch das Giessgefäss,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Giessgefäss nach Fig. 1, mit in Schliessstellung stehendem Verschlussstopfen,
Fig. 3 den Spülstein und den Hülsenstein nach Fig. 1, in einem horizontalen Querschnitt nach der Linie III — III der Fig. 1 und
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Fig. 4 einen Spülstein mit einem Blechmantel zur Bildung der Einströmkanäle für das Spülen, in einem horizontalen Querschnitt durch den Spülstein.
In Fig. 1 ist in die Bodenpartie eines Giessgefasses 1 ein kreisringförmiger, also als Lochstein ausgebildeter Hülsenstein 2 eingesetzt, der einen darin koaxial eingesetzten, zugleich als Ausgussstein für die hier mit 11 bezeichnete Metallschmelze dienenden Spülstein 3 umschliesst. Der Spülstein 3 ist ebenfalls als ringförmiger Rotationskörper ausgebildet, wobei er die mit 4 bezeichnete, zu ihm koaxiale Ausgussöffnung des Giessgefasses 1 bildet. Unterhalb der Ausgussöffnung 4 ist koaxial zu ihr ein Eingusstrichter 5 mit anschliessendem koaxialen Eingussrohr 6 für die Metallschmelze 11 angeordnet. Ein vertikal bewegbarer, im wesentlichen zylindrischer Stopfen 7 dient zum Verschluss der Ausgussöffnung 4 und steht in Fig. 1 in seiner Öffnungsstellung.
Das Spülgas wird durch eine Rohrleitung 8 einem vom Spülstein 3 gebildeten kreisringförmigen Verteilkanal 9 zugeführt, mit dem aus dem Spülgas ein Gasstrom von ringförmigem Querschnitt geformt und dieser koaxial zur Ausgussöffnung 4 des Giessgefasses 1 geführt wird. Über Einströmkanäle 10, die den Spülstein 3 konzentrisch umgeben und das Spülgas in mehrere Gasteilströme unterteilen (vgl. auch Fig. 3), wird das Spülgas in das Giessgefass 1 eingeblasen.
In Fig. 2 steht der Stopfen 7 in seiner Schliessstellung, d.h. hier ist der Auslauf der Metallschmelze 11 durch den Ausgussstein 3, hier sei es z.B. der Giesspfannen-Ausguss-stein, geschlosssen. Hierbei übernimmt der zugleich als Ringspülstein ausgebildete Pfannenausgussstein 3 dank der an seinem Umfang angeordneten rippenartigen Führungslamellen 14 (vgl. Fig. 3) den Spülvorgang, wobei das Spülgas, abgesehen vom bereits bekannten Spüleffekt, den Stopfen 7 samt der darin eingesetzten Stopfenstange 7a intensiv umspült und dabei gleichzeitig korrosive Gase und nicht metallische Partikel nach oben in die Schlacke transportiert. Hierzu ist das System der Gaseinströmkanäle 10 so ausgebildet, dass es einen konzentrisch um die Ausgussöffnung 4 angeordneten homogenen Spülgasstrom von ringförmigem Querschnitt bewirkt.
Hingegen wird beim Öffnen des Auslaufs für die Metallschmelze 11, d.h. nach Ziehen des Stopfens 7 nach oben in seine Öffnungsstellung (vgl. Fig. 1), ein Teil des über die Einströmkanäle 10 in das Giessgefäss 1 eintretenden Spülgases aufgrund des physikalischen Injektorprinzips (bzw. in der Technik der sog. «Strahlpumpe») infolge der Saugwirkung des mit relativ hoher Geschwindigkeit ausströmenden flüssigen Metalls von diesem mitgerissen und entlang der Wandung der Ausgussöffnung 4 mitgeführt, wie dies in Fig. 1 durch Strömungsrichtungspfeile veranschaulicht ist. Dadurch bildet dieser Gasstrom, der nunmehr als Schutzgas verwendet wird, einen ringförmigen Gasfilm 12 entlang der Oberfläche der keramischen Ausgusswandung, wirkt nach Austritt aus dem Ausgussstein 3 als ringförmiger Schutzschirm 12a für den in Fig. 1 mit 13 bezeichneten freien Giessstrahl und verhindert dadurch den Zutritt der atmosphärischen Aussenluft zu diesem und damit auch die Sauerstoff-, Wasserstoff- wie auch Stickstoffaufnahme des Giessstrahles 13.
Ausserdem bewirkt der gasförmige Schutzschirm 12a zugleich auch eine Bündelung des Giessstrahles 13, wodurch das in Fig. 1 nur angedeutete unerwünschte Streuen und Spritzen von flüssigen Metallteilchen, die aufgrund ihrer relativ grossen spezifischen Oberfläche (d.h. Oberfläche pro Volumen) besonders stark Sauerstoff aufnehmen, weitestgehend vermieden wird.
Zusammen mit dem Giessstrahl 13 gelangt das Spülgas, vorzugsweise ist es ein Edelgas, wie z.B. Argon, über den Eingusstrichter 5 und das Eingussrohr 6 in die Giessform
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oder ein Zwischengefass und verdrängt dadurch zum Teil die darin befindliche atmosphärische Luft. Hierdurch wird die Bildung von Oxyden vermieden, wodurch sich für das flüssige Metall bessere Fliesseigenschaften ergeben. Ausserdem wird die Korrosion des keramischen Giesssystems durch Oxydangriff verhindert.
Gemäss Fig. 3 ist der ringförmige Hülsenstein 2, der den Spülstein 3 umschliesst, an seiner inneren Wandung mit rippenartigen Führungslamellen 14 versehen, die an der Umfangsfläche U3 des Spülsteins 3 anliegen, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Führungslamellen je ein Einströmkanal 10 für das Spülgas gebildet wird.
In Fig. 4 ist eine andere Anordnung zur Bildung der Gaseinströmkanäle 10 dargestellt. Hier ist der Spülstein 3 von einem koaxialen Blechmantel 15 umschlossen, der durch an seiner Innenwandung angeordnete stegartige Abstandselemente 16 von der Umfangsfläche U3 des Spülsteins 3 distanziert ist, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Abstandselementen auch hier wieder je ein Einströmkanal 10 für das Spülgas gebildet wird.
Den in den Figuren 3 und 4 gezeigten beiden Ausführungsvarianten für die Bildung der Gaseinströmkanäle 10 ist gemeinsam, dass der Spülstein 3 von einem koaxialen gasdichten Mantelkörper (2 in Fig. 3 bzw. 15 in Fig. 4) umschlossen ist, der im Verein mit der Umfangsfläche U3 des Spülsteins 3 die Einströmkanäle 10 bildet, wobei diese Kanäle konzentrisch zum Spülstein 3 angeordnet sind.
Dadurch, dass der als ringförmiger Rotationskörper ausgebildete Spülstein 3 zugleich als Ausgussstein für die Metallschmelze 11 dient, wobei alle für das Verfahren wesentlichen Teile, d.h. der Spül- bzw. Ausgussstein 3 samt seiner Ausgussöffnung 4, der Hülsenstein 2 (bzw. der Blechmantel 15 in Fig. 4), der Stopfen 7 samt Stopfenstange 7a und der Eingusstrichter 5 samt Eingussrohr 6 koaxial zueinander angeordnet sind, wird ein rings um den Giessstrahl 13 optimal gleichmässiges Spül- und Schutzgeschehen gewährleistet, wozu nicht zuletzt auch die konzentrisch zum Spülstein 3 angeordneten Einströmkanäle 10 für das Spül- und Schutzgas wesentlich beitragen.
In Verbindung mit dem zuvor anhand der Zeichnung erläuterten Spülverfahren kann während des Giessens der Metallschmelze zu deren Nachreinigung je nach Bedarf eine Filterung vorgenommen werden. Hierzu wird dem Spülsystem ein Filtersystem nachgeschaltet, das in Verbindung mit dem Ausguss- bzw. nachfolgenden Eingusssystem derart angeordnet wird, dass ein diskontinuierlicher, d.h. also intermit4
tierender Einsatz des Filters während des Giessens möglich ist. Dazu ist ein Verschlussorgan, z. B. ein Schieber- oder ein Revolververschluss, vorzusehen, mit dem eine alternierende Bypass-Schaltung für den Strömungsweg der Schmelze er-
5 möglicht wird.
Alle keramischen Teile des Giesssystems, wie Pfannen-ausgussstein, Stopfen, Hülsenstein und Lochstein, können aus mannigfaltigen hierfür geeigneten feuerfesten Materialien hergestellt sein, wie z.B. Schamotte, Bauxit, Sillimanit, io Korund, Mullit, Sintermagnesia, Chronit, Zirkonoxyd, Zir-konsilikat oder Graphit sowie Kombinationen aus diesen Materialien. Die Elemente, die die Führungskanäle für das einzublasende Spülgas bilden, können aus legiertem oder unlegiertem Stahl, aus hochschmelzenden Metallen oder kera-i5 mischen Materialien bestehen.
Statt Argon als Spülgas zu verwenden und es zusammen mit dem Giessstrahl der Metallschmelze in die Giessform bzw. das Zwischengefass einzuführen, um dort durch Verdrängung der atmosphärischen Luft die Bildung von Oxyden zu vermeiden und zugleich die Fliesseigenschaften des flüssigen Metalls zu verbessern, könnte zum gleichen Zweck auch ein anderes Edelgas aus der Gruppe der sog. Füll- und Schutzgase, wie z.B. Helium, Krypton oder Xenon verwendet und dadurch speziellen Betriebsbedingungen Rechnung getragen werden.
Anstatt die zur Bildung der Gaseinströmkanäle dienenden stegartigen Abstandselemente (16 in Fig. 4) aussen am Umfang des Spülsteins anzubringen, könnten sie auch an der 30 Innenwandung des Blechmantels befestigt sein, wobei sie je nach dem verwendeten Werkstoff an der sie aufnehmenden Fläche angeschweisst oder -geklebt sein können.
Statt einer einzigen Spülgas-Anschlussleitung könnten auch zwei oder mehr solcher Anschlüsse, gleichmässig auf 35 dem Umfang des ringförmigen Gasverteilkanals verteilt (vgl. 8 bzw. 9 in Fig. 1), aber zentral mit frischem Spülgas versorgt, vorgesehen sein, dies insbesondere bei einem grossen Giessgefäss mit entsprechend grossem Durchmesser seiner Ausgussöffnung.
« Die Erfindung ist also nicht an die zuvor anhand der Zeichnungen im einzelnen beschriebene, nur beispielsweise dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zum Spülen von Metallschmelzen und des zugehörigen Spülsteins gemäss der Erfindung gebunden, sondern die 45 Einzelheiten der Ausführung können im Rahmen der Erfindung variiert werden.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Verfahren zum Spülen von Metallschmelzen, mit einem durch einen Spülstein geführten Gas, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Spülgas ein Gasstrom von ringförmigem Querschnitt geformt und dieser koaxial zur Ausgussöffnung eines Giessgefasses geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom von der aus dem Giessgefass ausströmenden Metallschmelze mitgerissen wird, diese umschliesst und dadurch den freien Giessstrahl bündelt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas in mehrere Gasteilströme unterteilt und über Einströmkanäle, die einen zugleich als Spülstein dienenden Ausgussstein konzentrisch umgeben, in das Giessge-fäss eingeblasen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmkanäle von einem den Ausgussstein um-schliessenden Mantel gebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmkanäle in einem Hülsenstein angeordnet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas gleichzeitig als Schutzgas für das Verschlusssystem des Giessgefasses verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Sog des aus dem Giessgefass ausströmenden Giessstrahles aus dem Spülgas gleichzeitig ein Schutzschirm gebildet und dadurch der Zutritt von atmosphärischer Aus-senluft zum Giessstrahl verhindert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Giessstrahl der Metallschmelze gleichzeitig das Spülgas in eine Giessform oder ein Zwischengefäss eingeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Giessens die Metallschmelze nach ihrer Spülung mit einem in Verbindung mit dem Ausguss- bzw. einem nachfolgenden Eingusssystem stehenden, durch ein Verschlussorgan zuschaltbaren Filter intermittierend nachgereinigt wird.
10. Spülstein zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als ringförmiger Rotationskörper (3) ausgebildet ist und die Ausgussöffnung (4) des Giessgefasses (1) bildet.
11. Spülstein nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er (3) von einem koaxialen gasdichten Mantelkörper (2 bzw. 15) umschlossen ist, der im Verein mit der Um-fangsfläche (U3) des Spülsteins (3) Einströmkanäle (10) für das Spülgas bildet, und dass die Einströmkanäle (10) konzentrisch zum Spülstein (3) an dessen Umfang angeordnet sind.
12. Spülstein nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper von einem Hülsenstein (2) gebildet ist, der an seiner inneren Wandung Führungslamellen (14) aufweist, die an der Umfangsfläche (U3) des Spülsteins (3) anliegen, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Führungslamellen (14) je ein Einströmkanal (10) angeordnet ist.
13. Spülstein nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper von einem Blechmantel (15) gebildet ist, der durch an seiner Innenwandung angeordnete Abstandselemente (16) von der Umfangsfläche (U3) des Spülsteins (3) distanziert ist, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Abstandselementen (16) je ein Einströmkanal (10) angeordnet ist.
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| CH562084A CH657075A5 (de) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | Verfahren zum spuelen von metallschmelzen, mit einem durch einen spuelstein gefuehrten gas, und spuelstein zur ausfuehrung des verfahrens. |
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