DE2530785C3

DE2530785C3 - Vorrichtung zum Einführen von Zuschlagstoffen in Eisenschmelzen

Info

Publication number: DE2530785C3
Application number: DE2530785A
Authority: DE
Inventors: John Rudolph City Of Pekin Ill. Niemann
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1982-12-16
Also published as: PL102999B1; IT1036232B; DD118538A5; FR2278432A1; USB488756I5; US3991810A; JPS5132430A; SE7507862L; FR2278432B1; DE2530785B2; GB1471394A; CA1038133A; DE2530785A1; SE412709B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einführen von Zuschlagstoffen in Eisenschmelzen, mit einem in einer Gießform vorgesehenen Eingußtrichter, der über einen Verbindungskanal mit einer Misch- bzw. Reaktionskammer verbunden ist, die über einen weiteren Kanal mit einem Gießhohlraum in Verbindung steht, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um die Misch- bzw. Reaktionskammer gefüllt zu halten.

Bei einer aus der DE-OS 19 36153 bekannten Vorrichtung dieser Art werden die Zuschlagstoffe in vorberechneter Menge in die Reaktions- bzw. Mischkammer eingegeben, bevor der Deckel geschlossen wird. Eine kontinuierliche Zufuhr der Zuschlagstoffe ist nicht möglich. Die Vorkehrungen, um die Schmelze in der Mischkammer auf relativ hohem Niveau zu halten, bestehen aus einem Überflußwehr, das allerdings auf niedrigerem Niveau als der die Reaktions- bzw. Mischkammer speisende Verbindungskanal liegt, so daß zwar die Schmelze in der Mischkammer gestaut werden kann, ein hundertprozentiger Füllzustand der Mischkammer bei allen Gießgeschwindigkeiten aber nicht gewährleistet ist.

Aus der DE-OS 2011 724 ist eine etwas andere Vorrichtung bekannt, bei der die Austrittsöffnung der Mischkammer am Mischkammerboden liegt. Der Zustrom der Schmelze soll so bemessen sein, daß während des gesamten Gießvorganges die Kugelbildungsmittel stets mit Metallschmelze bedeckt sind. Die ω DE-OS 19 53 410 betrifft ein Verfahren zur Zugabe von Zuschlagstoffen in eine Metallschmelze, wobei ein Draht kontinuierlich in die in der Gießpfanne befindliche Schmelze eingeführt wird. Eine spezielle Reaktionskammer, in welcher ein Rückstau der Schmelze erzeugt wird, ist hier nicht vorgesehen.

Die DE-AS 12 78 457 betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Zuschlagstoffen in Eisenschmelzen, wobei in einem Eingußkanal, in welchem dank spezieller Querschnittsabmessungen ein Sog erzeugt wird, ein schräger Zufuhrkanal mündet, durch weichen die Zuschlagstoffe in Form eines kontinuierlich zugeführten Drehtes eingebracht werden. Auch hier ist keine Mischoder Reaktionskammer vorgesehen, und anstelle einer erstrebten Stauwirkung der Schmelze wird mit einem Sog an der Einbringstelle der Zuschlagstoffe gearbeitet.

Aus der Zeitschrift »Gießerei« 40, (1953), 23, Seite 619 ist eine Gießform mit einer dem Gießhohlraum vorgeschalteten Wirbelkammer bekannt Die Gießform besteht aus einem Oberkasten und einem Unterkasten. Die Teilungsebene durchsetzt die Wirbelkammer und den Gießhohlranm etwa mittig. Der dazwischen vorgesehene Kanal liegt im Oberkasten.

Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine· in einer Reaktionskammer gestauten Eisenschmelze kontinuierlich Zuschlagstoffe zugeführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Misch- bzw. Reaktionskammer ein Zufuhrkanal mündet, welcher außerhalb der Gießform eine kontinuierlich arbeitende Zufuhreinrichtung für eineti endlosen Draht vorgeschaltet ist und daß der weitere Kanal als Drosselkanal mit gegenüber dem Verbindungskanal geringerem Querschnitt ausgebildet und auf höherem Niveau als letzterer angeordnet ist.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß die Zuschlagstoffe in eine Reaktionskammer kontinuierlich eingegeben werden können, deren Füllungsgrad mit Eisenschmelze unabhängig von der jeweiligen Gießgeschwindigkeit gewährleistet ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Gießform aus einem Unterkasten und einem Oberkasten besteht und daß der Verbindungskanal im Unterkasten unterhalb der Trennungsebene beider Kästen und der Drosselkanal im Oberkasten oberhalb dieser Trennungsebene angeordnet ist. Diese Ausbildung ermöglicht einen einfachen Aufbau der Gießform.

Eine gute Mischung der Schmelze mit den Zuschlagstoffen wird durch eine Weiterbildung der Erfindung noch dadurch erreicht, daß die Misch- bzw. Reaktionskammer als scheibenförmiger, etwa halbzylindrischer Hohlraum mit vertikalen Seitenwänden und zylindrischer Bodenfläche ausgebildet ist, dessen ebene Deckfläche vom Oberkasten begrenzt ist.

Die Erfindung wird nun anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der neuen Vorrichtung zur Einführung von Zuschlagstoffen in eine Gießform teilweise im Schnitt;

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Reaktionskammer und

Fig.3 eine perspektivische Ansicht der in Fig.2 gezeigten Reaktionskammer.

Eine Vorrichtung 10 dient zum Einführen von Zuschlagstoffen in eine Gießform 11 und steht mit einer Zufuhreinrichtung 12 für Zuschlagstoffe in Form eines Drahtes 13 in Verbindung, der über eine Rolle 14 läuft und dessen Ende 15 in die Gießform 11 hineinragt. Der Draht kann ganz aus den Zuschlagstoffen bestehen oder diese innerhalb eines Mantels aus einem Schutzmaterial

enthalten. Die Rolle 14 ist drehbar auf einer Welle 56 gelagert, die sich zwischen zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Stützplatten 17 erstreckt Die Platten 17 sind an einem Rahmen 18 befestigt, der durch einen hydraulischen Zylinder 19 auf und ab bewegt wird. Eine Drahtzuführung 21 ist unterhalb der Rolle 14 angeordnet und enthält eine Anzahl Antriebsrollen 22 innerhalb eines Gehäuses 23, welches am Rahmen 18 befestigt ist. Die Antriebsrollen 22 werden durch einen Umkehrmotor 24 mit regelbarer Drehzahl auf übliche Weise über ein nicht gezeigtes Getriebe synchron angetrieben. Die Antriebsrollen 22 sind in gegenüberliegenden Paaren angeordnet, die den Draht 13 nach unten durch ein in der Mitte offenes Heizelement 26 einer Heizung 27 bewegen, welche unterhalb der Drahtzuführung 21 abgestützt ist. Der Draht 13 tritt durch eine Führungsöffnung 28 aus, die am unteren Ende 29 der Heizung 27 angeordnet ist.

Die Gießform 11 enthält einen Unterkasten 31 und einen dazu passenden Oberkasten 32, die in kongruenter Beziehung trennbar miteinander befestigt sind und einen inneren Gießhohlraum 33 begrenzen, der einen inneren vertikal angeordneten Kern 34 aufweist. An der Oberfläche 38 des Oberkastens 32 ist ein offener Eingußtrichter 37 angeordnet, der einen Teil des 2", Eingußsystems 39 bildet, welches mit dem Gießhohlraum 33 in Verbindung steht. Ein Eingußkanal 30 verbindet den Eingußtrichter 37 über einen Verbindungskanal 41 mit einer Reaktions- oder Mischkammer 42, deren Form nachstehend noch detaillierter beschrie- 3u ben wird. Ein Drosselkanal 43 verbindet die Miischkammer 42 über einen Anschnitt 46 mit einem Steiger 44, der wiederum mit dem Gießhohlraum 33 verbunden ist. Im Oberkasten 32 ist im wesentlichen parallel zum Eingußkanal 40 ein Zufuhrkanal 47 angeordnet, der die Mischkammer 42 mit der Oberfläche 38 verbindet. Die Gießform 11 befindet sich in einer Stellung, in der die öffnung des Zufuhrkanals 47 mit der Führungsöffnung 28 axial ausgerichtet ist, so daß der Draht 13 koaxial in den Zufuhrkanal 47 hineinläuft. Der Eingußtrichter 37 nimmt die Metallschmelze 48 aus einer Gießpfanne 49 auf.

Ein Drahtführungsblock 52 ist lösbar auf der Oberfläche 38 des Oberkastens 32 angeordnet und weist eine Bohrung 53 auf, die mit dem Zufuhrkanal 47 im Oberkasten 32 ausgerichtet ist. Am oberen Ende ist die Bohrung 53 mit einer konischen Führung 54 versehen. Am Boden des Führungsblocks 56 ist eine Aussparung 56 angeordnet. Der Führungsblock 52 ist voi zugsweise aus Gußeisen oder einem anderen schweren Metall hergestellt, so daß dieser durch sein eigenes Gewicht stationär bleibt, nachdem er auf der Oberfläche 38 des Oberkastens 32 in Position gebracht worden ist.

Wie besser aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, befindet sich die Mischkammer 42 im Unlerkasten 31 der Gießform 11 und hat eine längsgerichtete, halbkreisförmige Struktur. Die Mischkammer 42! wird durch zwei im Abstand voneinander angeordnete, vertikale Seitenwände 57 begrenzt, deren untere Kanten durch einen halbkreisförmigen Boden 58 miteinander verbunden sind, welcher einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, wie bei 59 in Fig.3 gezeigt ist. Eine ebene Oberfläche 60 des Oberkastens 32 bildet die obere Begrenzung der Mischkammer 42. Der Verbindungskanal 41 ist im Unterkasten 31 eingeformt und liegt daher tiefer als der Drosselkanal 43, welcher im Oberkasten 32 eingeformt ist. Außerdem ist der Querschnitt des Verbindungskanals 41 etwas größer als der Querschnitt des Drosselkanals 43, um ein komplettes Füllen der Mischkammer 42 sicherzustellen, wodurch das Niveau der Metallschmelze 48 stabilisiert und ein positiver Druck auf die Schmelze 48 in der Mischkammer 42 ausgeübt wird.

Die Metallschmelze 48 wird mit einer vorbestimmten kontrollierten Geschwindigkeit aus der Gießpfanne 49 in den Eingußtrichter 37 gegossen und fließt dann durch den Eingußkanal 40 und den Verbindungskanal 41 in die Mischkammer 42. Gleichzeitig mit dem Eingießen der Metallschmelze 48 in den Eingußtrichter 37 wird der hydraulische Zylinder 19 betätigt, so daß sich das untere Ende 15 des Drahtes 13 durch die Bohrung 53 im Führungsblock 52 und durch den Zufuhrkanal 47 im Oberkasten 32 bewegt und sich in die Metallschmelze 48 in der Mischkammer 42 hineinersireckt. Der Motor 24 der Drahtzuführung 21 wird in Betrieb gesetzt, um das Zuführen des Drahtes 13 fortzusetzen, wenn der hydraulische Zylinder 19 wieder zurückgezogen ist. Die Form des Drahtes wird so gewählt, daß das Ende 15 mit einer vorbestimmten gleichmäßigen Geschwindigkeit in der Mischkammer 42 schmilzt und die Zuführungsgeschwindigkeit der Drantzuführung 21 ist vorzugsweise so eingestellt, daß diese mit der Schmelzgeschwindigkeit übereinstimmt.

Wenn der Draht 13 in der Metallschmelze 48 in der Mischkammer 42 schmilzt oder sich in dieser auflöst, wird die Temperatur der Metallschmelze im Nachbarbereich des Endes 1.5 des Drahtes 13 leicht gesenkt. Dieser Bereich ist in F i g. 2 durch eine strichlierte Linie dargestellt, die mit A bezeichnet ist. Die abgesenkte Temperatur im Bereich A erhöht die Ausbeute und daher die Wirksamkeit des Zuschlagstoffes, aus dem der Draht 13 besteht. Der Strom der Metallschmelze 48 in der Mischkammer 42 dispergiert den Zuschlagstoff, der zu sieden oder zii verdampfen anfängt und dabei eine Turbulenz und Vermischung in einer Zone verursacht, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt und mit B bezeichnet ist. Die Temperatur der aus Metallschmelze 48 und Zuschlagstoff bestehenden Mischung beginnt sich in der Zone B zu erhöhen. Einige Drahttypen können mit einem Nodularisierung- und/oder Desoxydationszusatz in Form eines temperatursenkenden Materials überzogen sein, und diese Zusätze lösen sich ebenfalls am äußeren Rand der Zone B auf, wobei die Temperatur der Metallschmelze 48 kontinuierlich zunimmt, wenn die Zusätze mit der Metallschmelze ausgiebig gemischt sind.

Die halbkreisförmige Ausbildung der Mischkammer 42 verursacht eine Verlangsamung der Durchschnittsgeschwindigkeit der Metallschmelze 48 in der Umgebung des Drahtes 13, um die Auflösung des Drahtes 13 in der Metallschmelze 48 zu erhöhen, wobei sich die Geschwindigkeit beim Austritt aus der Mischkammer 42 erhöht und hier eine erhöhte Mischwirkung der Zuschlagstoffe und der Metallschmelze 48 erzielt wird. Außerdem werden durch die gerundete Kontur der Mischkammer 42 scharfe Ecken oder Stagnationszonen eliminiert, in welchen sich Metallschmelze sammeln könnte.

Die so behandelte Metallschmelze tritt aus der Mischkammer 42 durch den Drosselkanai 43 und den Anschnitt 46 und fließt in den Steiger 44 und anschließend in den Gießhohlraum 33. Die Oxyde, Sulfide und anderen Verunreinigungen sondern sich an der Oberfläche ab und fließen in einer dünnen Oberflächenschicht in der Mischkammer 42 und im Drosselkanal 43 entlang, wobei der Anschnitt 46 und der

Steiger 44 so angeordnet sind, daß die Ansammlung der Verunreinigungen im Steiger 44 gefördert wird.

Die Metallschmelze 48 fließt vom Eingußtrichter 37 so lange in den Gießhohlraum 33, bis dieser gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strom der Metallschmelze 48 aus der Gießpfanne 49 gestoppt, die Drahtzuführung 21 abgeschälte, uiid der !^Jraulische Zylinder 19 betätigt, um den Rahmen 18 und damit das Drahtende 15 aus der Mischkammer 42 und dem Kanal 47 herauszuheben.

In einigen Fällen, wo die Zusammensetzung des Drahtes 13 und/oder die Temperatur der Metallschmelze 48 in der Gießpfanne 49 dies notwendig macht, wird die Heizung 27 eingeschaltet, um den Draht auf eine vorgewählte Temperatur vorzuheizen, wenn sich dieser

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schwindigkeit des Drahtes 13 zu erhöhen. In einem solchen Fall läßt man den Motor 24 rückwärts laufen, um den Draht 13 durch die Heizung 27 in die Drahtzuführung 21 zurückzuziehen, bevor der Gießvorgang beginnt. In Übereinstimmung mit dem Beginn des Gießvorganges wird dann die Heizung 27 eingeschaltet und der Motor 24 vorwärts eingeschaltet, um den Draht 13 durch die Heizung 27 vorzuschieben, so daß das Ende 15 des Drahtes 13 in die Mischkammer 42 eintritt, wenn sich diese mit der Schmelze 48 füllt.

ίο Die neue Vorrichtung 10 schafft eine bessere homogenere Vermischung der Zuschlagstoffe mit der Metallschmelze 48. Die Mischkammer 42 bildet eine relativ enge, längsgerichtete halbzylindrische Wanne, durch die die ganze Metallschmelze hindurchfließen

ι¹) muß, wobei die Form der Mischkammer 42 eine vollständige Vermischung der Zuschlagstoffe mit der Metallschmelze 48 fördert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einführen von Zuschlagstoffen in Eisenschmelzen, mit einem in einer Gießform vorgesehenen Eingußtrichter, der über einen Verbindungskanal mit einer Misch- bzw. Reaktionskammer verbunden ist, die über einen weiteren Kanal mit einem Gießhohlraum in Verbindung steht, wobei Vorkehrungen getroffen sind, um die Misch- bzw. Reaktionskammer gefüllt zu halten, dadurch ic gekennzeichnet, daß in der Misch- bzw. Reaktionskammer (42) ein Zufuhrkanal (47) mündet, welcher außerhalb der Gießform (11) eine kontinuierlich arbeitende Zufuhreinrichtung (12) für einen endlosen Draht vorgeschaltet ist und '5 daß der weitere Kanal (43) als Drosselkanal mit gegenüber dem Verbindungskanal (41) geringerem Querschnitt ausgebildet und auf höherem Niveau ds letzterer angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CicDlürn: (H) aus einem Unterkasten (31) und einem Oberkasten (32) besteht und daß der Verbindungskanal (41) im Unterkasten unterhalb der Trennungsebene beider Kästen (31, 32) und der Drosselkanal (43) im Oberkasten oberhalb dieser Trennungsebene angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch- bzw. Reaktionskammer als scheibenförmiger, etwa halbzylindrischer Hohlraum mit vertikalen Seitenwänden (57) und zylindrischer Bodenfläche (58) ausgebildet ist, dessen ebene Deckfläche (60) vom Oberkasten (32) begrenzt ist.