DE1458134A1

DE1458134A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entnehmen schmelzfluessigen Metalls aus einem Behaelter

Info

Publication number: DE1458134A1
Application number: DE19621458134
Authority: DE
Inventors: Lenz Dipl-Ing Rudolf
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1962-08-29
Filing date: 1962-08-29
Publication date: 1969-01-30
Also published as: AT239458B; CH415976A; GB969887A; US3279001A

Description

BBC ■ -

BROWIf₉BOTERI & ΟΙΕ

Aktiengesellschaft Mannheim, den 24*8.1962

Mannheim Pat/Ld/W

Mp.-Nr. 701/62

Verfahren und Vorrichtung zum Entnehmen schmelzflüssigen Metalls aus einem Behälter«, ■

Das Gießen.von Normteilen aus Metall, insbeso leichtmetall, geschieht vielfach in der Weise, daß das geschmolzene Metall aus einem Behälter, Z₀B₈ dem Tiegel eines Schmelz- oder Warmhalteofens mit Hilfe einer geeigneten Pumpeinrichtung entnommen und in passender Menge den Gießformen zugeführt wird,, Handelt es sich um den /JLbguß von gleichen Normteilen, so ist die zum Abguß jedes Teiles erforderliche Meta,Ümenge immer gleiche

Sollen gleiche Teile in großer Stückzahl gegossen werden, so werden zweckmäßig besondere Vorkehrungen getroffen, durch welche die Entnahme gleicher Metallmengen in möglichst einfacher Weise sichergestellt wird« Gewisse Schwierigkeiten bereitet dabei der Umstand, daß der Spiegel des Schmelzbades und damit die Höhe, um welche das flüssige Metall bei der Entnahme gehoben werden muß, sich während dee Vergießens eines Tiegelinhaltes ständig ändert»

Als Pumpvorrichtung für den genannten Zweck kommen hauptsächlich in Betracht? Die Einleitung von Druckgas in den gasdicht abgeschlossenen Tiegel oder einen Teil desselben, wodurch das Metall durch ein Steigrohr nach oben gedrückt wird«, Ferner können Pumpen verwendet werden, deren Pumpwirkung auf dynamischen Kraftwirkungen beruh.*» ζ,B. Zentrifugalpumpen und schließlich kommen elektromagnetische Pumpen, z.B. solche, bei denen das flüssige Metall unter der Einwirkung eines magnetischen Wanderfeldes bewegt wird, in Betracht. Bei allen diesen Pumpvorriohtungen ist zunächst die Menge des ^e Zeiteinheit geförderten Gutes in erhebliche® Maße abhängig von dem zu überwindenden Druck, d.h. im vorliegende» Pail von der Höhe de*s ₍Badspiegels im Tiegel. -

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Bei einer Anordnung, bei der diese Einleitung von Druckgas in den abgeschlossenen Tiegel als Pumpvorrichtung dient, ist es bereits bekannt, die Einhaltung gleicher Entnahmemengen dadurch zu erzielen, daß die jeweilige Einwirkungsdauer des Druckgases mit sinkendem Badspiegel je um gleiche Zeitbeträge ver—

die

längert wird. Auf diese Weise läßt sich wohl Bei jeder Druckeinwirkung entnommene Metallmenge konstant halten, jedoch nehmen dabei die für die einzelnen Entnahmen erforderliche Zeiten mit zunehmender Förderhöhe zu. Dies wirkt sich besonders dann nachteilig aus, wenn das Vergießen selbsttätig durchgeführt werden soll, etwa in der Weise, daß die Gießformen in einem vorbestimmten Rhythmus unter der Ausfluß öffnung des Ford err ohr es hindurehgeführt werden«.

Bei einem Verfahren zum Entnehmen schmelzflüssigen Metalls aus einem zur Aufnahme des Metalls dienenden Behälter, beispielsweise aus dem Tiegel eines Metallschmelz- oder Warmhalteofens, aus dem das Metall über eine Steigleitung mittels einer Pumpeinrichtung gefördert wird, wird nach der Erfindung dieser Nachteil dadurch vermieden, daß der Füllungsgrad bzw. die Metallbadspiegelhöhe in dem Behälter gemessen und in Abhängigkeit von diesem Messwert die Leistung der Pumpeinrichtung selbsttätig so geändert wird, daß während des gesamten EntnahmevQrganges stets in gleichen Zeiten gleiche Metallmengen gefördert werden_e

Die Ermittlung des Badspiegels kann in verschiedener Weise erfolgen,, Z.B. kann ein im Tiegel angeordneter Schwimmer verwendet werden, der über eine Antriebsvorrichtung die leistung der Pumpeinrichtung steuert» Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Tiegel auf einer Wiegevorrichtung anzuordnen und die Änderung der Badspiegelhöhe aus der Änderung des Tiegelgewichtes zu ermitteln.

Von den genannten, als Pumpvorrichtung bezeichneten Anordnungen sind vor allem mechanische Vorrichtungen, wie Zentrifugalpumpe^ für den beabsichtigten Zweck geeignet» Daneben auch elektromagnetisch« Pumpen, sofern sie sich in die gesamte Anord-

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nung je nach Lage des Einzelfalles gut einfügen lassen. Die Förderung des flüssigen Metalles durch in den abgeschlossenen Behälter eingelassenes Druckgas ist wenig geeignet, da eine Änderung des Druckes in dem abgeschlossenen Behälter nur mit einer erheblichen Verzögerung erreicht werden kann, die umso größer wird, je größer das^ nicht rom Metall ausgefüllte Volumen, des Behälters wird.

In den Zeichnungen sind verschiedene Vorrichtungen dargestellt, mit denen das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt werden kann.

Darin stellt 1 den Tiegel' eines Schmelz- oder Warmhalteofens dar. Das darin enthaltene flüssige Metall wird mit einer Zentrifugalpumpe 2 über eine Steigleitung 3 entnommen. Zum Antrieb der Pumpe dient im Beispiel der Fig. 1 ein Druckluftmotor 4, der aus einem Druckluftbehälter 8 gespeist wirdo

Ein Schwimmer 5 steuert abhängig vom Spiegel des flüssigen Metalle über eine Antriebsvorrichtung 6, die z.B. aus einer Zahnstange und einem Zahnrad bestehen kann, das Drosselventil 8 und damit die Leistung des Motors 4. Durch entsprechende Gestaltung der Übertragungsvorrichtung 6, beispielsweise durch die Einschaltung von Kurvenscheiben oder dergl., kann ohne weiteres eine solche funktionelle Abhängigkeit der DurohlaB-Sffnung des Ventils 8 von der Schwimmerstellung erreicht werden, daß die durch die Pumpe 4 je Zeiteinheit geförderte Metallmenge unabhängig von der Druckhöhe h konstant bleibt. Tint er Umständen kann es zweckmäßig sein, parallel zu dem Ventil 8 einen in der Zeichnung gestrichelt angedeuteten Hebenweg mit einem fest eingestellten Drosselventil 10 anzuordnen. Durch . Oeffnen des Absperrventiles 9 für gleiche Zeiten, deren Einhaltung ZoB. durch ein Zeitrelais sichergestellt sein kann, werden dann stets gleiche Metallmengen aus dem Behälter 1 entnommen.

Eine etwas andere Vorrichtung nach der Erfindung ist in der lig. 2 dargestellt. Hier ist zum Antrieb der Pumpe 2 eine Elektromotor 4¹ vorgesehen, der aus einer Stromquelle 12 g'e-

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speist isto Zur Ermittlung der Metallmenge bzw.. des Metallspiegel im Behälter 1 dient eine Wiegevorrichtung 11, die abhängig von dem darauflastenden Gewicht einen Widerstand 13 oder ein anderes Stellglied vorstellt*

Durch geeignete Unterteilung des Widerstandes läßt sich auoh hier eine solche Anpassung der Drehzahl der Pumpe 2 an die jeweilige Förderhöhe erreichen, daß die Fördeimegeje Zeiteinheit konstant bleibt·

Eine weitere Ausgestaltung soll anhand der Pig. 3 erläutert werden.

Um ein möglichst genaues Einhalten der konstanten Fördermenge zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß das flüssige Metall bereits vor Beginn eines jeden Entnahmevorganges bis zu einer bestimmten Spiegelhöhe S im Steigrohr emporgedrückt ist, so daß bei Beginn der Entnahme nur noch ein kurzer und konstanter Weg bis zum Ausflußende des Rohres ^zurückzulegen ist. Außerdem bringt eine solche Maßnahme, insbesondere beim Vergießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen noch einen besonderen Torteil. Magnesium hat bekanntlich eine sehr große Affinität zum Sauerstoff und neigt bei Luftzutritt unter höherer Temperatur zum Verbrennen, Das geschmolzene Magnesium wird daher, um den Zutritt von Sauerstoff zu verhindern, mit einem Salz abgedeckt oder unter Schutzgas gehalten·

Beide Maßnahmen können aber in einem Steigrohr, duroh welches das Magnesium gepumpt wird, nicht genügend zur Wirksamkeit gebracht werden, so daß in dem Steigrohr Ansätze von Magnesiumoxyd entstehen, die den freien Rohrquersohnitt verringern,d.h· zu einem Zuwachsen des Rohres führen können. Diese Erscheinung wird auf ein kurzes, leicht auszuwechselndes Rohrstüok be schränkt, wenn das Metall stets bis zu einer konstanten Spiegelhöhe S in der Rohrleitung steht.

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Um diesen Zustand zu erreichen₉ muß die Pumpe 2 mit einer verhältnismäßig niedrigen, aber in starkem Maße von der Höhe des Badspiegels im Tiegel abhängigen Leistung betrieben werden, die im folgendem als Halteleistung bezeichnet werden soll· Praktisch ist hierzu eine Regelung der Halteleistung in Abhängigkeit von der Spiegelhöhe im Rohr erforderlich»

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in einem nicht durchsichtigen Rohr zu messen, wobei die Messwerte mehr oder weniger gut als Istwerte einer Regelung dienen können_e

Als besonders zweckmäßig hat sioh die Ermittlung des Metallspiegeis im Steigrohr 2 mit Hilfe harter Röntgenstrahlen erwiesen, wofür insbesondere ^Strahlen in Frage kommen, die von radioaktiven Isotopen ausgesandt werden.

Wollte man diese Strahlen durch das Rohr senkrecht zu seiner Längsachse hindurchschicken, so würde sich in vielen Fällen die Menge der durch das Rohr hindurchdringenden Strahlen nur sehr wenig gegenüber dem Leerzustand ändern, wenn das Rohr mit geschmolzenem Metall gefüllt wird. Die Steuerung einer Regelvorriohtung ist danach kaum möglich» Insbesondere ist dies Z₀B« der Fall bei normalen Stahlrohren, durch die Magnesium gefördert wird» Diese Schwierigkeit kann dadurch behoben werden,daß ( das Rohr an den Stellen, an der die Messung mit^-Strahlen erfolgen soll, wesentlich erweitert wird. Zweckmäßiger ist es aber, ein zweimal abgebogenes und dazwischen senkrecht stehendes Rohr zu verwenden und die Strahlen in Achsrichtung durch das senkrechte Stück hihdureinzuleiten«

Steigrohr 3 ist außerhalb des Behälters 1 zwischen zwei etwa rechtwinkligen Abbiegungen ein Stück weit senkreoht geführt, wie bei 3' gezeigt ist.

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Von einer Strahlenquelle 14, ζ« Β«, einem in einer naoh unten offenen Bleikapsel befindlichen strahlenden Isotop werden Strahlen durch das Rohrstück 3¹ hindurchgesandt und darin je naoh der Höhe des in diesem Eohrstüok befindlichen Metalles mehr oder weniger stark absorbierte Da die von den Strahlen durchlaufende Flüssigkeitssäule sehr viel größer gewählt wer-, den kann, als die Dicke der Rohrwandungen, so ergeben sich durch Änderung des Flüssigkeitsspiegels S erhebliche Änderungen der Absorbtion,, Die durch das Rohrstück 3' hindurchgelangenden Strahlen, werden in an sich bekannter Art in einem entsprechenden Empfangsgerät 15 in eine elektrische ffrö'Sö umge-™ wandelt₉ die sich bei Änderungen des Flüssigkeitsspiegela S ausreichend ändert_s um danach die Halteleistung des Motors 4* bzw. der Pumpe 2 über bekannte, nicht gezeichnete Hilfsmittel im Sinne einer Konstanthaltung der Spiegelhöhe S während der Zeiten zwischen den einzelnen Metallentnahmen regeln zu können«

Während der Entnahmen von flüssigem Metall wird die Regelung der Haltleistung ausser Tätigkeit gesetzt und die Leistung der Pumpe wird, wie vorher beschrieben, in Abhängigkeit von der Höhe des Badspiegels im Behälter 1 gesteuert«

Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführungsbeispiel gebunden, sondern kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden. Insbesondere können die beschriebenen Messeinrichtungen und Pumpvorrichtungen durch gleiche oder ähnlich wirkende Vorrichtungen ersetzt sein·

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» 7 « BAD ORIGINAL

Claims

_ 7 — 1 <»OÖ I tt Patentansprüche :

1. Verfahren zum Entnehmen sohmelzflüssigen Metalls aus einem zur Aufnahme des Metalls dienenden Behälter,beispielsweise aus dem Tiegel eines Metallsehmelz- oder Warmhalteofens, aus dem das Metali über eine Steigleitung mittels einer Pumpeinriehtung gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllungegrad bzw. die Metallbadspiegelhöhe in dem Behälter gemessen und in Abhängigkeit von diesem Messwert die leistung der Pumpeinriehtung selbsttätig so geändert wird, daß während des gesamten Entnahmevorganges stets in gleichen Zeiten gleiche Metallmengen gefördert werden.

2· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Badspiegelhöhe ein Schwimmer vorgesehen ist, der über an sich bekannte, mechanische und/oder elektrische Übertragungseinrichtungen die leistung der Pumpeinriehtung steuert.

3· Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung, die das Gewicht des Behälters mit dem schmelzflüssigen Metall mißt und die über an sich bekannte mechanische und/oder elektrische Übertragungseinrichtung in Abhängigkeit von dem gemessenes dem jeweiligen Füllungsgrad des Behaälters entspre- t chenden Gewicht die Leistung der Pumpeinriehtung steuert.

4» Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des schmelzflüssigen Metalls aus dem Behälter in an sich bekannter Weise eine in dem Behälter unterhalb des Badspiegele angeordnete mechanische, nach dem dynamischen Prinzip arbeitende rotierende Pumpe vorgesehen ist, und Steuermittel, durch welche die Drehzahl des Pumpenmotors und damit die Förderleistung der Pumpe verändert werden kann·

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5.- Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte elektromagnetische Pumpe, z.B. Wirbelstrompumpe, zur Förderung des sohmelzflüssigen Metalle, aus dem Behälter dient und Steuermittel vorgesehen sind, durch die die Antriebsleistung der elektromagnetischen Pumpe verändert werden kann·

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5» gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung, welche während der Zeiten zwischen den Metallentnahmen den Flüssigkeitsspiegel im Metallrohr auf einer Höhe wenig unter der Ausflußöffnung des Steigrohres konstant hält.

™ 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Ermittlung der Metallbadöpiegelhöhe im Steigrohr mit Hilfe einer Quelle radioaktiver Strahlung, vorzugsweise eines strahlenden Isotops₉ erfolgt, dessen Strahlen nach Durchdringung des Steigrohres in einem Empfangsgerät in eine elektrische Größe umgewandelt wird, welche ihrerseits die Leistung der Pumpvorrichtung tHalteleistung) im Sinne einer Konstanthaltung der Spiegelhöhe im Steigrohr steuert

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung des Steigrohres und der Quelle radio-

/diaS d±.e Strahlen
aktiver S trahlei^nach inn·anlaufen eines zwischen zwei

\ Abbiegungen des Steigrohres etwa senkrecht liegenden Stückes desselben zum Empfangsgerät.gelangen«

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