DE1084446B - Einrichtung zum Abgiessen von schmelzfluessigen Metallen hoher Temperatur aus einem Behaelter mit einer im Behaelterboden angeordneten Abguss-oeffnung, die in ein beheizbares Abgussrohr auslaeuft - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Der Abguß von flüssigen Metallen, die mit Substanzen von leichterem spezifischem Gewicht, beispielsweise Schlacken, verunreinigt sind, wird bekanntlich mit Vorteil durch den Behälterboden durchgeführt, da man dadurch am besten eine Vermischung des Gießstrahles mit den unerwünschten Fremdkörpern vermeiden kann. Dieses Verfahren ist daher in Stahlwerken allgemein gebräuchlich. Es wird hierbei das im Siemens-Martin-Ofen, Konverter, Lichtbogen- oder Induktionsofen erschmolzene Material in der Regel zunächst in eine sogenannte Stopfenpfanne abgefüllt, aus der dann der Stahl durch eine Bodenöffnung in die Kokille abgegossen wird.

Es ist bekannt, einen solchen Bodenabstich in der Weise durchzuführen, daß eine mit feuerfestem Material bewehrte Stange, die an ihrem unteren Ende einen keramischen Stopfen trägt, in den Tiegel oder die Schmelzpfanne eintaucht, wobei durch Heben und Senken der Stange eine konische Abstichöffnung wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß leicht Verunreinigungen in der Schmelze eingebracht werden, wenn das feuerfeste Material der Bewehrung und des Stopfens mit der Schmelze reagiert, was oft nicht vermieden werden kann, da für Bewehrung und Stopfen die Materialien nicht frei gewählt werden können, sondern solche mit einer gewissen mechanischen Festigkeit verwendet werden müssen, die größer sein muß als die Festigkeit des Materials für die Tiegelwände. Die zur Verfügung stehende Auswahl solcher Materialien, die auch in chemischer Hinsicht bezüglich Reaktionsträgheit gegenüber dem Schmelzgut genügen, ist aber leider sehr beschränkt, und für manche Schmelzen sind solche Materialien überhaupt nicht verfügbar.

Wenn, wie z. B. beim Hochvakuumschmelzen, beabsichtigt ist, Metalle und Legierungen größter Reinheit bzw. äußerst genau definierter Zusammensetzung zu erreichen, ist man überdies bestrebt, die den flüssigen Schmelzen auszusetzenden feuerfesten Wände auf ein Minimum zu reduzieren, d. h. eintauchende Stangen und Stopfen überhaupt zu vermeiden. Es hat sich hierfür, besonders auch in der Vakuumtechnik, das Vergießen durch Kippen eines Tiegels, welcher um eine Achse drehbar ist, weitgehend durchgesetzt.

Eine besondere Schwierigkeit des Bodenabgusses mittels Stopfenstange besteht darin, daß der Stopfen, der meistens aus einer eingeschliffenen Keramikhalbkugel besteht, nach wenigen Gießoperationen durch den Angriff des Metalls einem Verschleiß unterliegt und dann die Abgußöffnung nicht mehr dicht verschließt und eventuell durch in der Schmelze mitgeführte Schlackenteile anschmilzt und verklebt. Es war auf jeden Fall bis jetzt nicht möglich, einen Me-

Einrichtung zum Abgießen

von schmelzflüssigen Metallen hoher

Temperatur aus einem Behälter mit einer

im Behälterboden angeordneten Abguß-

öffnung, die in ein beheizbares Abgußrohr

ausläuft

Anmelder:

Balzers Vakuum Gesellschaft

mit beschränkter Haftung,
Frankfurt/M.-Süd 10, Seehofstr. 11

Dr. Otto Winkler, Balzers (Liechtenstein),
ist als Erfinder genannt worden

tallschmelzofen mit Bodenabstichöffnung sicher zu betreiben, da keine Gewähr dafür gegeben war, daß auch nach längerer Schmelzzeit noch sicher abgegossen werden konnte.

Ein praktisch ausgeführter Vorschlag zur Behebung dieser Schwierigkeiten sieht vor, daß in die Abstichöffnung eines Schmelztiegels ein Metallstopfen aus demselben Material, das erschmolzen werden soll, eingebettet wird. Dieser Stopfen wird während der Schmelzperiode zunächst durch in der Nähe angeordnete Kühlschlangen auf so niedriger Temperatur gehalten, daß er durch das darüberstehende Bad noch nicht verflüssigt werden kann. Erst vor dem Abguß wird er z. B. durch induktive Erhitzung, durch einen Hochfrequenzstrom, der durch die den Stopfen umgebenden Kühlrohre geschickt wird, aufgeschmolzen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Gießstrahl in seiner Stärke nicht reguliert werden kann und auch kein Unterbrechen des Gießvorganges bei eventuellen Störungen möglich ist. Weiterhin muß zur Vorbereitung der nächsten Schmelze, d. h. zum Einsatz eines neuen Stopfens, die vollständige Abkühlung des Tiegels abgewartet werden. Dadurch wird der Ausnutzungsgrad des Ofens verringert. Es entstehen Energieverluste, und weiterhin wird das Tiegelmaterial durch den dauernden Temperaturwechsel stark beansprucht. Wegen dieser Nachteile hat auch dieses Verfahren nur beschränkten Eingang in die Gießereipraxis gefunden.

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Nach einem anderen bekanntgewordenen Vorsehlag sollen die erwähnten Nachteile dadurch vermieden werden, daß ein im Boden des Tiegels eingesetzter Bodenstein mit nach unten sich verjüngender konischer Bohrung mittels eines Schiebers, der mit guter Passung an die Unterseite des Steines angelegt ist, abgedichtet ist. Dieser Schieber soll aus Quarzgut oder einem anderen hochhitzebeständigen und temperaturwechselbeständigen Material bestehen und ist in einen wassergekühlten Metallrahmen eingesetzt, dessen Oberkanten mit der Oberfläche des Schiebers in einer Ebene liegen, wobei der Schieber eine Bohrung mit einem Ausflußrohr nach unten besitzt. Der Metallrahmen ist in einer Führung gelagert und kann unter dem Bodenstein verschoben werden. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann der Gießstrahl unterbrochen und die Strahlstärke durch Variation der freizugebenden Öffnung reguliert werden. Bei gegebenenfalls auftretenden Undichtigkeiten zwischen Bodenstein und Schieberplatte kommt ausfließendes Material an dem gekühlten Rahmen zur Erstarrung, bildet dabei eine Abdichtung und stellt, sofern die Schieberplatte glatt und eben ausgebildet ist, kein Hindernis für die Bewegung des Schiebers dar, da dieser über das erstarrte Material hinweggleiten kann. Wenn Materialien erschmolzen werden, bei denen ein Kontakt mit Graphit zulässig ist, werden nach diesem vorbekannten Vorschlag das Einsatzstück im Tiegelboden und die Schieberplatte zweckmäßig aus Graphit ausgebildet. Der Nachteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß die Schieberplatte im geschlossenen Zustand dauernd der hohen Temperatur der Schmelze ausgesetzt ist und damit einen sehr raschen Verschleiß erleidet. Dies trifft auf jeden Fall zu, wenn mit einer solchen Einrichtung Stahl oder andere hochschmelzende Metalle abgegossen werden sollen. Die Verwendung einer solchen Einrichtung ist daher auf Fälle beschränkt, für welche Materialien für die Schieberplatte zur Verfugung stehen, die den hohen Temperaturen nicht nur vorübergehend, sondern für die Zeit der gesamten Behandlungsdauer widerstehen können. Die Auswahl an derartigen hochtemperaturfesten Materialien ist bekanntlich nicht groß. Die untenstehend beschriebene Erfindung ergibt dagegen durch besondere Ausgestaltung der Abguß einrichtung die Möglichkeit, auch weniger temperaturbeständige Materialien für die Schieberplatte zu verwenden, ohne die Betriebssicherheit zu beeinträchtigen.

Schließlich sei noch erwähnt, daß für niedrigschmelzende Metalle Vorschläge für Einrichtungen bekanntgeworden sind, welche das beliebige Unterbrechen des Gießens und die Regelung der Gießstrahlstärke ermöglichen sollen. So werden bei Gießvorrichtungen für Blei sogar Hähne und Ventile in Gießleitungen benutzt, während für Öfen für die verhältnismäßig niedrig schmelzenden Leichtmetalle die erwähnten Schieberplatten unmittelbar vor den Abgußöffnungen von Tiegeln und sonstigen Schmelzbehältern verwendet werden können.

Speziell für Öfen, in denen Aluminium, Aluminium- ^e° legierungen und Metalle mit ähnlichen Eigenschaften geschmolzen werden, ist eine elektrisch beheizbare Verschlußvorrichtung bekanntgeworden, welche einen schiebeartig gestalteten, die Metallauslauföffnung von außen absperrenden Verschlußkörper aufweist, der einen elektrischen Heizkörper enthält, durch den vor dem Abstich der in der Auslauföffnung gebildete Metallpfropfen aufgeschmolzen wird. Zweck dieses Metallpfropfens ist, zu verhindern, daß die Schieberplatte, welche der Temperatur des schmelzflüssigen Aluminiums an sich ohne weiteres zu widerstehen vermöchte, direkt mit der flüssigen Schmelze in Berührung kommt, weil diese ätzend wirkt. Nach diesem vorbekannten Vorschlag für Aluminiumöfen mußten die Abstichöffnungen und der Schieber an einer Seitenwand des Ofens angebracht sein, um sie von dem statischen Druck des Schmelzgutes zu entlasten.

Vorliegende Erfindung betrifft eine ähnliche Einrichtung, jedoch zum Abgießen von schmelzflüssigen Metallen hoher Temperatur, wobei die Abgußöffnung im Boden des Schmelzbehälters angeordnet ist und in ein beheizbares Abguß rohr ausläuft. Das die Erfindung Kennzeichnende wird darin gesehen, daß bei einer solchen Einrichtung die Schieberplatte an der Mündung des Abguß rohres vorgesehen ist.

Eine solche erfindungsgemäße Einrichtung läßt in der Abstichöffnung bzw. imAbgußrohr ebenfalls einen Metallpfropfen bilden, welcher aber kräftig und dick genug ist, um allein den vollen statischen Bodendruck der Schmelze aufzunehmen und allein, d. h. ohne Unterstützung durch die Schieberplatte, einen dichten Abschluß zu bilden, im Gegensatz zu den bekannten ähnlichen Stichlochverschlüssen bei Leichtmetallöfen, bei denen die Schieberplatte unmittelbar ein Stichloch in der Wand des Ofens verschließt und der gebildete Metallpfropfen im Verhältnis zur Größe der Fläche, mit welcher er mit der Schmelze in Berührung steht, nur dünn ist und nur wie eine dünne, erstarrte Metallschicht die der Schmelze zugewandte Seite der Schieberplatte überzieht und diese vor dem chemischen Angriff der Schmelze schützt. Da einem solchen dünnen Pfropfen der mechanische Halt durch die Schieberplatte gegeben werden muß, war es zur mechanischen Entlastung notwendig, die Abstichöffnung in einer Seitenwand des Ofens statt im Boden anzubringen.

Zum besseren Verständnis soll die Erfindung nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen an einem Vakuuminduktionsofen näher erläutert werden.

In Fig. 1 bedeutet 1 den Kessel eines Vakuuminduktionsofens, in dem in einem Tiegel 2 befindliches metallisches Gut 3 vermittels einer Induktionsheizspule 4 erschmolzen wird. Tiegel und Induktionsheizspule werden in einem Rahmen 5 durch die keramische Bodenplatte 6 getragen. Der Tiegelboden weist als Abgußrohr eine trichterförmige Verlängerung 7 auf, welche durch eine zusätzliche Induktionsheizspule 8 beheizt werden kann. Dieses Abgußrohr ist durch eine keramische Platte 9 auf dem Rahmen 5 abgestützt. An der Unterseite der Platte 9 gleitet eine Schieberplatte 10, die eventuell durch Kühlrohre 11 gekühlt sein kann und die je nach Stellung die Mündung des Abgußrohres freigibt oder verschließt. Die Schieberplatte 10 bildet zusammen mit dem Arm 12 also einen Schieber, der nach Wahl in oder aus dem Weg des Gießstrahles geschwenkt werden kann. Zur Betätigung des Schiebers dienen die Welle 13, die Kegelräder 14 und 15 und eine vakuumdichte Drehdurchführung 16 einer von außerhalb des Vakuumraumes mit Handrad betätigbaren Welle 17.

Bei dem vorbeschriebenen Ofen kann der Schmelztiegel 2 in die Spule 4 unter Benutzung eines entsprechenden Kernes eingestampft werden. Zum Stampfen des Tiegels wird zuerst die keramische Platte 9 in den Rahmen 5 eingelegt und die Spule 8 und weiter Versteifungsrippen 18 und darauffolgend die Bodenplatte 6 eingesetzt. Auf die Bodenplatte 6 setzt man die Induktionsheizspule 4 auf. Diese wird ebenfalls durch radial angeordnete Versteifungsrippen 19 abgestützt. Der Aufbau wird durch die Ringe 20

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und 21 abgeschlossen. Unter Verwendung von Asbest
zur Bildung der äußeren Tiegelwand und eines als
Kern dienenden Formstückes wird feuerfestes Gut,
z, B. Magnesiumoxyd, eingestampft und so das Abgußrohr 7 und dann der Tiegel 2 aufgebaut. Der fertiggestampfte Tiegel kann in der Induktionsheizspule
gesintert werden, wenn der Kern elektrisch leitend
ist, z.B. aus Graphit besteht.

Es ist eine Kokille 22 in einer Verlängerung 23 des

trichterförmige Verlängerung 30, welche durch ein Rohrstück 31 aus keramischem Material gebildet wird. Das Rohr 31 ist von einem äußeren Metallrohr 32 umgeben, dessen unterer konischer Teil 33 die eine Strom-5 zuführung zum aufschmelzenden Metallpfropfen im Abgußtrichter 30 bildet. Die zweite Stromzuführung kann durch eine bewegliche Hilfselektrode 34 erfolgen, welche zum Zwecke des Abgusses in die Schmelze eingetaucht wird. Um den Stopfen im Tiegelboden abzu-Ofengehäuses 1 vorgesehen, in welche das Gut 3 ver- io schmelzen, wird mittels der beiden Elektroden der gössen werden soll. Der Ofen kann mit nicht ge- Heizstrom durch die Schmelze hindurchgeschickt, zeichneten Pumpen evakuiert und gegebenenfalls mit wobei die elektrische Energie wegen-der Querschnitts-Schutzgas gefüllt werden. Verhältnisse praktisch ausschließlich im abzuschmel-Mit der beschriebenen Einrichtung kann das Ab- zenden Stopfen in Wärme umgesetzt wird. Die untere gießen auch hochschmelzender Metalle sehr präzis 15 Elektrode 33 wird zweckmäßig durch einen Formdurchgeführt werden. Bei der erstmaligen Verwendung stein 34, der von einem Konus 35 gehalten wird, vor des Ofens muß das Abgußrohr zuvor mit einem festen der direkten Berührung mit der metallischen Schieber-Stopfen aus demselben Metall, das erschmolzen werden platte 36 geschützt. Direkte Berührung könnte nämlich soll, verschlossen werden. Darauf kann der Tiegel mit unter Umständen beim Abstoppen des Gießstrahls dem Schmelzgut gefüllt und die Erschmelzung und 20 durch die Schieberplatte zum Verschweißen der beiden sonstige Behandlung des Gutes durchgeführt werden. Metallteile führen. Der Schieber 36 wird durch die Soll abgegossen werden, dann wird der eingesetzte Welle 38, Kegelräder 39 und 40 und Welle 41 bedient. Metallstopfen mittels der Spule 8 geschmolzen, wobei Welle 41 ist bei 42 vakuumdicht durch den Kessel der Schieber mit der Schieberplatte 10 beiseite ge- hindurchgeführt, wenn es sich um einen Vakuumofen schwenkt ist, so daß das flüssige Metall aus dem as handelt.

Tiegel nach Abschmelzen des Stopfens frei ausfließen Die Stromzuführung zur unteren Elektrode 33 gekann. Bei entsprechender Ausgestaltung des Schiebers schieht über flexible Kabel 43 und Stromschienen 44. kann auch die Gießstrahlstärke geregelt werden, indem Die Elektrode 33 kann nach Bedarf durch ein kühldie Ausgußöffnung während des Gießens durch die wasserdurchströmtes Rohr 45 gekühlt werden. 46 be-Schieberplatte mehr oder weniger verschlossen bzw. 3° zeichnet die Kokille, 47 eine Evakuierungsleitung und freigegeben wird. Soll nun das Abgießen unterbrochen 48 einen abnehmbaren Boden.

werden, dann wird die Schieberplatte 10 vor die Bei der Variante der Erfindung gemäß Fig. 2 macht

Mündung des Abguß rohres ganz vorgeschoben, wo- man mit Vorteil von dem Umstand Gebrauch, daß die durch zunächst das Ausströmen des schmelzflüssigen Elektrode 33 beim Abstoppen des Gießstrahles mit Gutes gehemmt und dann bei abgeschalteter Heizung 35 dem erstarrenden Schmelzgut im Abgußrohr verdas Schmelzgut im Ausgußrohr zum Erstarren ge- schweißt und somit eine völlig vakuumdichte Abbracht, also ein die öffnung fest verschließender
Pfropfen gebildet wird. Damit ist die Ausgangsposition
wiederhergestellt, und der Vorgang kann zum Zwecke
neuerlichen Gießens wieder von vorn beginnen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet, wie ersichtlich, gegenüber einer mit Schieberplatte direkt
verschließbaren Bodenöffnung den wesentlichen Vorteil, daß die Schieberplatte nur für ganz kurze Momente während des Abstoppens des Gießstrahls me- 45 während die Schleusenkammer nach genügendem Abchanisch und thermisch beansprucht wird, während kühlen der Kokille mit Luft geflutet und anschließend der statische Druck der flüssigen Schmelze und die mit einer neuen, leeren Kokille versehen wird. Alsdann thermische Belastung normalerweise, d. h. während kann die Schleusenkammer wieder evakuiert werden der Schmelz- und Behandlungszeit, von dem im Ab- und der nächste Abstich erfolgen. Natürlich kann man gußrohr befindlichen festen Pfropfen aufgenommen 50 auf diese Weise aus dem Vakuumraum heraus auch wird. Wegen der geringen Beanspruchung können direkt in eine Kokille gießen, welche außerhalb des daher für die Schieberplatte nicht nur keramische Ofens in der freien Atmosphäre steht, wenn dies im Baustoffe, sondern ebenso Metalle verwendet werden. Einzelfalle, von metallurgischen Gesichtspunkten aus In Fig. 2 ist eine Variante der Erfindung mit gesehen, zulässig ist, z. B., wenn es sich lediglich darum Widerstandsbeheizung des Abgußrohres an Stelle in- 55 handelt, das im Vakuum erschmolzene Metall von geduktiver Beheizung dargestellt. 24 bedeutet das Ofen- lösten Gasen zu befreien. In diesem Fall wird durch gehäuse, 25 den Halterahmen für die Induktionsheiz- den Guß in die in freier Atmosphäre stehende Kokille spule 26, welche auf einem keramischen Boden 27 auf- keine nennenswerte schädliche Gasmenge mehr aufruht. Die Bodenplatte 27 wird von radial angeordneten genommen. Wenn der Gießstrahl in die freie Atmo-Versteifungsrippen 28' getragen. Dabei sollen Metall- 60 sphäre austreten soll, muß die Länge des Abgußteile, welche nicht erhitzt werden sollen, nach Möglich- rohres natürlich dem Druckunterschied entsprechend keit keine geschlossenen Strombahnen bilden, um die bemessen werden.

Entstehung größerer Wirbelstromverluste zu ver- Eine andere Variante der Erfindung zeigt Fig. 3.

meiden. Der Halterahmen 25 und der Ring 29' für die In Fig. 3 bezeichnet 50 das Gehäuse eines Lichtbogen-Verbindung mit den Verstärkungsrippen sollen daher 65 ofens, welcher mit dem Ofenfutter 51 ausgekleidet ist. nicht elektrisch leitend ringförmig geschlossen sein, In den Ofenraum tauchen, isoliert durch die Ofensondern etwa an einer Stelle unterbrochen sein, wobei wandung hindurchgeführt, drei Elektroden 52 bis 54 zur Erreichung genügender mechanischer Stabilität für Dreiphasenstrombetrieb ein, wobei zweckmäßig die Unterbrechungsstelle durch Isolatoren überbrückt wenigstens eine so verstellbar angeordnet ist, daß sie sein kann. Der Tiegel 29 besitzt als Abgußrohr eine 70 nach Bedarf mit der Schmelze in direkten elektrischen

dichtung bildet. Diese Dichtung kann sogar als Schleusendichtung bei Anlagen mit Schleusenkammern Verwendung finden. Zu diesem Zweck wird die Elek-40 trode 33 direkt als Teil des Vakuumkessels ausgebildet, und der Guß erfolgt zweckmäßig in eine Kokille, welche in einer Schleusenkammer steht, so daß nach erfolgtem Abguß der Gießstrahl gestoppt und somit der eigentliche Vakuumkessel völlig abgedichtet wird,

Kontakt gebracht werden und als zweite Stromzuführung für die Widerstandsbeheizung des Abgußrohres dienen kann. Die untere Elektrode für die Widerstandsbeheizung des Abgußrohres 56 wird durch den Metallmantel 57 mit konusförmigem Teil 58 gebildet. Ebenso wird durch ein Kühlrohr 59 das Abgußrohr nach Bedarf gekühlt. Wieder sind ein keramischer Formstein 60 und eine Schieberplatte 61 vorhanden, welche das Gießen mit beliebigen Unterbrechungen durchzuführen gestatten.

Claims (4)

1. Patentansprüche:
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung eine Induktionsheizspule vorgesehen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-· kennzeichnet, daß eine Widerstandsheizvorrichtung zur Beheizung des Abgußrohres vorgesehen ist, die eine ringförmige Stromzuführungselektrode aufweist, welche vor der direkten Berührung mit der Schieberplatte geschützt ist.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Abgießen von Stahl.

   1. Einrichtung zum Abgießen von schmelz- In Betracht gezogene Druckschriften:

   flüssigen Metallen hoher Temperatur aus einem Deutsche Patentschriften Nr. 615 853, 71 825, Behälter mit einer im Behälterboden angeordneten 15 673 794;

   Abgußöffnung, die in ein beheizbares Abgußrohr österreichische Patentschriften Nr. 180 126,

   ausläuft, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mün- 183 876;

   dung des Abgußrohres eine Schieberplatte vorge- französische Patentschrift Nr. 500 059;

   sehen ist. britische Patentschrift Nr. 210 394.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen