DE1458171A1

DE1458171A1 - Schmelzofensystem

Info

Publication number: DE1458171A1
Application number: DE19641458171
Authority: DE
Inventors: Martin Burg; Nette Henry Charles; Churchill John Russel; Baker Richard Seas
Original assignee: North American Aviation Corp
Current assignee: North American Aviation Corp
Priority date: 1963-04-24
Filing date: 1964-04-23
Publication date: 1968-12-05
Also published as: GB1024458A; US3276758A; CH407417A; AT247529B

Description

betreffend
Schmelzofenaystem.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ofensystem mit einer elektromagnetischen Pumpe und betrifft insbesondere ein Schmelzofensystem mit einer einen schraubenförmigen Läufer umfassenden elektromagnetischen Pumpe ähnlich der in dem U.S.A.-Patent 2 940 393 beschriebenen.

In der modernen Gießereipraxis werden in bekannter Weise ausgebildete, mit Brennstoff betriebene Öfen oder Induktionsöfen zum Schmelzen fester Metalle verwendet, z.B. zum Schmelzen von Barren, Blöcken, großen Schrotteilen, sowie von leichtem Schrott unter Einschluß von Dreh- und Bohr spänen und dergleichen, wie sie bei der maschinellen Bearbeitung von Werkstücken anfallen. Das in Gießereibetrieben verwendete feste Metall besteht häufig zu mehr als 50 % aus Schrott.

Feines Schrottmetall hat ein hohes Verhältnis zwischen der Oberfläche und dem Gewicht, und diese Tatsache kann zu erhöhten Metallverlusten infolge von Oxydation während des zens führen, wenn zugelassen wird, daß das Schrottmaterial

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auf der Oberfläche der Schmelze schwimmt. Wenn eine rasche Oxydation vermieden werden soll, ist es daher erforderlich, das Scbrottmetall schnell in ein Bad aus geschmolzenem Metall einzutauchen.

Ein schBlles eintauchen in ein Bad aus geschmolzenem Metall ist auch erforderlich, um eine ausreichende Vorwärmung des festen Metalls zu gewährleisten; dies gilt insbesondere für Metallschrott. Bei einer ungenügenden Vorwärmung vergrößert sich die Gefahr einer unerwünschten Bildung von Schlacke in der Schmelze sowie der unvollständigen Beseitigung von Oberflächenfilmen, die auf dem festen Metall vorfanden sind. Das schnelle Eintauchen des zugeführten Materials ist zwar erwünscht, da eine Verringerung der auf die Oxydation zurückzuführenden Metallverluste und eine geringere Bildung von Schlacke erzielt wird, doch muß die Zufuhr des Materials erfolgen, ohne daß eine bemerkbare Zunahme der turbulenz der Schmelze verurascht. Jede turbulente Strömung in der Schmelze trägt zu einer Steigerung der Schlackebildung und der Absorbtion von Gasen durch die Schmelze bei. Gußstücke, die Schlacke und Gase enthalten sind von geringer Qualität.

In der Gießereipraxias benutzt man gesonderte schmelzofen zum Schmelzen feinen Metallschrotts, um die Gefahr einer vergrößerten Schlackebildung und einer stärkeren Absorbtion von Gasen durch die fertige Schmelze zu verringern. Der feine Schrott wird als gesonderte Schmelze analysiert,die Zusammensetzung wird korrigiert, das Material wird zu einer Metallplatte vergossen, und die Oberflächenschicht wird entfernt, bevor das geschmolzene Metall erstarrt. Die so gewonnene Metallplatte kann

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dann zusammen rait Barren und schweren Schrottstücken den Hauptschmelzöfen zugeführt werden. Dieser gesonderte Ofen zum Schmelzen von Schrott ermöglicht es zwar, die Metallverluste zu verringern und die Qualität der hergestellten Stücke su erhöhen, doch verursacht seine "Verwendung einen zusätzlichen Aufwand an Arbeitszeit und Kosten.

Metallverluste ergeben sich auch bei bekannten Gießereiverfai-ren zur Erzeugung von Metallegierungen. Da sich die Legierungsbestnadteile hinsichtlich ihres spezifischen Gewich ..s unterscheiden, erhält man eine nicht homogene Schmelze, wenn die Sdhmelze nicht ausreichend gerührt wird. Line mangelhafte Homogenität der Legierungsschmelze kann zu erheblichen Metall— Verlusten beitragen. Beispielsweise ergeben sich bei einer bestimmten Gießerei Jeden Monat Metallverluste von etwa 900 000 kg als Folge einer unbrauchbaren Zusammensetzung der Legierungen, die ihrerseits in erster Linie auf ein ungenügendes führen der Schmelze zurückzuführen ist.

Für die Gießereipraxis benötigt man somit ein Hauptofensystem zum Schmelzen von festem Metall, das es ermöglicht, Barren, schwere Schrottstücke und feinen Schrott zu schmelzen, wobei das Schmelzgut schnell in die Schmelze eingetaucht wird, und zwar derart, daß eine möglichst geringe Turbulenz in der schmelze entsteht. Ferner besteht ein Bedarf für ein betriebssicheres Ofensystem, das es ermöglicht, eine homogene Lfegierungsschmelze zu erzeugen, die nur in einem minimalen Ausmaß durch aus dem System stammende Stoffe verunreinigt ist, und wobei die Turbulenz der Schmelze nicht in einem bemerkbaren Ausmaß vergrößert .wird. Bis 3etzt ist kein Sehmelzofensystem bekannt

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geworden, das diesen speziellen Erfordernissen entspricht.

Ein Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, ein neuartiges und verbessertes Schmelzofensystem vorzusehen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten ßchmelzofensystems mit einer einen schraubenförmigen Läufer aufweisenden elektromagnetischen Pumpe.

Ferner sieht die Erfindung ein neuartiges und verbessert·· Schmelzofensystem vor, bei dem mit Hilfe einer Pumpe ein Strom flüssigen Metalls erzeugt werden kann, der relativ frei von Verunreinigungen 1st und nur eine minimale '.turbulenz aufweist.

Weiterhin sieht die Erfindung ein Ofensystem vor, das es ermöglicht, festes Metall rasch in die Schmelze einzutauchen, um es zum Schmelzen zu bringen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines ^chmelzöfensystems, durch dessen Benutzung das Ausmaß der Verbrennung von Metall erheblich verringert wird.

Ferner sieht die Erfindung ein Ofensyetea vor, bei dem ^f die Bildung von Schlacke und die Absorbtion von Gasen während

_o des Schmelzvorgange weitgehend ausgeschaltet wird. >. . ■ .

*- Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung

^ «Ines Sehmelzofenayetems, bei welchem eine Schmelze leicht ge-

rühfct bzw. bewegt werden kann, um die Homogenität der «Schmelze aufrechtzuerhalten.

Die- Erfindung wird im folgenden an Hand echematlseher ' Zeichnungen an einem Aueführungsbeispiel näher erläutert.

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Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schmelzofensystems.

Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt durch das ochmelzofensystem nach Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Schmelzofen ist mit einer einen schraubenförmigen L^rufer umfassenden elektromagnetischen !Pumpe ausgerüstet, mittels deren von Verunreinigungen freies flüssiges Metall so gefördert werden kann, daß es im wesentlichen laminar und gerichtet vom Aufnahmeraum des Ofens aus abgeführt werden kann, und zwar wahlweise zum Aufgabebehälter des Ofens oder zu anderen Funkten, wo eine weitere Verarbeitung des flüssigen Metalls erfolgt.

In Fig. 1 und 2 erkennt man eine insgesamt mit 10 bezeichnete Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Schmelzofensystems. Der eigentliche Schmelzofen 12 des Systems ist vorzugsweise in bekannter Weise aus einem geeigneten feuerfesten Material, z.B. aus feuerfesten Ziegeln 14, aufgebaut. Das aus den feuerfesten Ziegeln hergestellte Mauerwerk kann mit Metallplatten 16 oder dsrgleichen verkleidet sein. Der Schmelzofen umfaßt einen Aufgabebehälter 18, der von einer feuerfesten Schmelzkammer 20 durch eine Wand 22 des eigentlichen Schmelzofens getrennt ist. Bine oder mehrere Offnungen, z.B. die in Fig. 2 mit gestrichelten Linieü ajigeCfu^eff Öffnung 24J- stellen eine Verbiiidujig gehen dem Aufp.b^%ehgl.te?? IS und der Sshmfslzkamffler

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die Verbrennungsprodukte über die Oberfläche des hier nicht gezeigtes Bades aus geschmolzenem Metall in der Schmelzkammer und allgemein parallel zu dieser Fläche strömen. Die Verbrennungsgase entweichen aus der Behmelzkammer 20 vorzugsweise über einen geeigneten Kamin 28. Zwar zeigen die Zeichnungen einen mit Brennstoff betriebenen Brenner, doch sei bemerkt, daß man auch andere Wärmequellen verwenden kann, ^s kann eine gesonderte Beschickungstür 30 für die Schmelzkammer 20 vorgesehen aeln, doch ist dies für die Betriebsfähigkeit des erfindungsgemäßen Schmelz— ofensystems 10 nicht unbedingt erforderlich.

Eine einen schraubenförmigen Läufer umfassende elektromagnetische Pumpe 40 ähnlich der in dem σ.S.A.-Patent 2 940 beschriebenen, ist in einem Saramel- oder fintnahmeraum 42'des Schmelzofens 12 angeordnet. Die Pumpe 40 kann in den Baum 42 fest oder herausnehmbar eingebaut sein. Für den Fall, daß die Pumpe 40 fest in den Haum 42 eingebaut ist, ist daran gedacht, daß die Konstruktion des Entnahmeraums gleichzeitig bestimmte Pumpen-Strömungskanäle bildet. Beispielsweise kann die Wand des Kaums 42 die Außenwand der ringförmigen Pumpenzone bilden und. die Konstruktion zum Erzeugen des Pumpfeldes aufnehmen. Sowohl der Entnahmeraum 42 als auch der hier nicht gezeigte Einlaß der Pumpe 40 stehen in Strömungsverbindung mit der Schmelzkammer 20 und zwar über eine oder mehrere geeignete Öffnung, z.B. die Im flg. 2 mit gestrichelten Linien angedeutete Öffnung 44. Diese Öffnung ist vorzugsweise unter der normalen Standhöhe des ge- schmolzenen Bades in der Kammer 20 angeordnet.

Die Läuferwell· 46 der Pumpe 40 wird auf geeigne-fee Weise, z'iMi av&eh einen Elektromotor 4Ö| aber geeignete, hier niclWl ge—

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zeigte Kraftübertragungsmittel innerhalb einer Kammer 50 angetrieben. Eine Trägeranordnung 52 dient als Unterstützung für den Elektromotor 48 und die Kammer 50» wenn, die Pumpe 40 in der gezeigten Weise in den Baum 42 eingebaut ist. Mn Lufteinlaß 54 ist an die Kammer 50 angeschlossen, und Kühlkanäle 56 und 58 leiten Kühlluft aus der Kammer 50 zu den l'eilen der Pumpe 40, um diese im erforderlichen Ausmaß zu kühlen.

Die Austritt^schnecke bzw. der Auslaß 60 der Pumpe 40 ist bei 62 an eine Austrittsleitung 64 angeschlossen. Geeignete Ventilmittel 66 sind zwischen der Austrittsleitung 64 und einer oder mehreren Zweigleitungen, z.B. den Leitungen 70 und 72 angeordnet. Die Zweigleitung 70 bildet z.B. einen geschlossenen ötrömungskanal, mittels dessen reines flüssiges Metall zu einer anderen Stelle gefördert werden kann, wo eine weitere Verarbeitung der Schmelze erfolgt. Es ist daran gedacht, daß man die Ventilmittel 66 in manchen Fällen bei der Benutzung des erfindungsgemäßen Schmelzofensystems fortlassen kann. Ferner 1st daran gedacht, daß die zu anderen Punkten führenden Zweigleitungen, z.B. die Leitung 70, fortgelassen werden können, wenn es bei dem Schmelzofensystem erwünscht 1st, das flüssige Metall über die Leitung 72 in einem geschlossenen Kreislauf zu fördern. Die Zweigleitung 72 erstreckt sich vorzugsweise durch, ein· Wand des Aufgabebehälters 18, so daß ein geschlossener'Kreislauf für das flüssige Metall von dem Sammelbehälter 42 zum Aufgabebehälter 18 des Schmelzofens 12 vorhanden ist.

Wenn die elektromagnetische Pumpe 40 betätigt wird, strömt reines flüssiges Metall von der Schmelzkammer 20 aus über dl· Öffnung 44 'zu der In dem Entnahmeraum 40 angeordneten Pumpe.

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Das rein« flüssige Metall tritt aus dem Puapengehäuse 60 aus und strömt laminar und gerichtet durch die Abgabeleitung 64·· Die Förderleistung der Pumpe 40 ist genügend großjß gewählt, damit flüssiges Metall mit einer im wesentlichen konstanten Temperatur gefördert werden kann· Eine der Pumpe 40 ähnelnde Pumpe mit schraubenförmigem Läufer hat J5»B. eine normale Förderleistung von etwa 10 000 ltr/min, bei welcher ein Druck von etwa 2,2 atu entwickelt wird·

Das über die Leitung 64- abgegebene flüssige Metall wird wahlweise zu einer oder mehreren Zweigleitungen geleitet z.B. zu den Leitungen 70 und 72. Die nach außen abgeschlossenen Zweigleitungen 70 und 72 ermöglichen eine geregelte Überführung des reinen flüssigen Metalls aus dem Schmelzofen zu jedem gewünschten Punkt, ohne daß das Metall mit der Umgebungsluft in Berührung kommt j hierdurch wird die Bildung von Schlacke ebenso verringert wie die Absorbtion von Gasen durch das flüssige Metall· Wegen der hohen Forderleistung der Pumpe und des entsprechend großen Querschnitts der Zweigleitungen kann das flüssige Metall mit einer nahezu konstanten Temperatur gefördert werden ,und das System führt nur zu einer minimalen Verunreinigung des Metalle« Dies iet insbesondere bei der Förderung von auf hoher !Temperatur befindlichen flüssigen Metallen erwünscht, s.S. bei Aluminium, Nickel, Zink, Messing.und dergleichen.

Der aus der Leitung 72 alt einer hohen Durcheatzgeschwindigkeit austretende Strom dee reinen flüssigen Metalle, der in den Aufgabebehälter 18 gelangt, bewirkt, daß das in diesen Behälter eingebrachte feste Metall, insbesondere feiner Metallschrott, schnell in geschmolzenes Metall eingetaucht wird. Biene

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hohe Durcheatageschwindigkeit, mit der das flüssige Metall über die Leitung 72 zugeführt wird, bewirkt nicht nur ein schnelles Untertauchen des festen Metalls» sondern auch eine schnelle Vorwärmung des Metalle durch Wärmeleitung und Konvektion. Durch diese schnelle Eintauchen und Vorwärmen wird eine erhebliche Verringerung des Metallabbrandes sowie der Oxydation während des Schmelzvorgangs gewährleistet, so daß es möglich ist, festes Metall einschließlich feinen Metallsehrotts in einem Hauptschmelzofen zu schmelzen. Obwohl die Durchsatzgeschwindigkeit des Leitung ?2 hoch ist, strömt das flüssige Metall im wesentlichen ruhig, laminar und in gerichteter v/eise, wodurch eine weitere Verringerung der Bildung von Schlacke und der Absorbtion von Gasen durch die Schmelze erzielt wird. Ba die Pumpe 4-0 keine sich bewegenden Seile in der von Hindernissen im wesentlichen freies Pumpenzone aufweist, wird die Erosion der Strömungskanäle auf ein. Mindestmaß verringert, so daß das System lange Zeit hindurch betriebsfähig bleibt und das flüssige Metall nur in einem minimalen Ausmaß verunreinigt wird.

Wenn das System mit einem geschlossenen Kreislauf betrieben wird, bewirkt das ruhige Strömen des reinen Metalls von dem Entnahmebehält er 42 zu dem Aufgabebehälter 18 bei im wesentlichen konstanter Temperatur, daß sich die Homogenität des£lüssigen Metalls in dem Schmelzofensystem erhöht, ohne daß eine stärkere Bildung von Schlacke eintritt oder Gase in größerem Ausmaß von der Schmelze absorbiert werden. Wenn mit einem nach außen vollständig abgeschlossenen Schmelzofensystem gearbeitet werden soll, kann »an den Aufgabebehälter 18 und dl· zugehörigen Teile dee Systems nach außen abdichten und über der Oberfläche der Schmelz· •Ine geregelte Atmosphäre zuführen·

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Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Äusführungsbeispiel beschränkt. Viel-· mehr kann das erfindungsgemäße Schmelzofensystem auch bei anderen Schmelzöfen bekannter Bauart angewendet werden, die mit Schmelz - oder oammelkammern versehen sind, aus denen flüssiges Metall abgepumpt werden kann.

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Patentansprüche ι

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Claims

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1. Schmelzofensystem mit einem Beachickungsbehälter, der in Strömungsverbindung mit in einer Schmelzkammer befindlichem flüssigem Metall steht, gekennz eiohne t durch Pumpenmittel, mindestens einen von der Schmelzkammer zu den Pumpenmitteln führenden Pumpeneinlaß und mindestens eine Austritt sie itung, die von den Pumpenmitteln zu dem Beschickungsbehälter führt, damit flüssiges Metall aus der Schmelzkammer unter einem durch die Pumpenmittel erzeugten Druck zu dem Beschickungsbehälter gefördert werden kann.

2. Schmelaafensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei den Pumpenmitteln um eine elektromagnetische Pumpe mit schraubenförmigem Läufer handelt.

5. Schmelzofensystem mit einem Beschickungsbehälter, der in Strömungsveriindung mit in einer Schmelzkammer befindlichem flüssigem Metall steht, gekennzeichnet durch mindestens eine elektromagnetische Pumpe mit schraubenförmigen Läufer, mindestens einen Pumpeneinlaß, der von der Schmelskammer zu den Pumpenmittel führt, mindestens eine sich an die Pumpenmittel anschließend· Austrittsleitung, mehrere mit der Auetritteleitung verbundene Zweigleitungen, wobei mindestens eine der Zweigleitungen in Strömungeverbindung mit dem ßeechickungsbehälter steht, damit flüssiges Metall aus Schmelzkammer durch dia durch die Pumpenmittel erzeugten Druck in den Beschickungebehälter überführt werden kann.

4. Schmelzofensystem mit einem Beschickungsbehülter, der in Strömungsverbindung mit in einer Sohmelzkammer befindlichem

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flüssigem Metall steht, gekennzeichnet durch mindestens eine elektromagnetische Pumpe mit schraubenförmigem Läufer, mindestens einen von der Schmelzkammer zu den Pumpenmitteln führenden Pumpeneinlaß, mindestens eine sich an die Pumpenmittel anschließende Austrittsleitung, geeignete, in die Austrittsleitung eingeschaltete Ventilmittel sowie mehrere an die Ventilmittel angeschlossene Zweigleitungen, wohei mindestens eine der Zweigleitungen in Strömungsverbindung mit dem Beschickungsbehälter steht, damit flüssiges Metall aus der Schmelzkammer unter der Wirkung des durch die Pumpenmittel erzeugten Drucks in den Beschickungsbehälter überführt werden kann,

3» Söhmel zofensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erwähnte Einlaß unter der normalen Oberfläche bzw. der Standhöh· des zu fördernden flüssigen Metalls liegt.

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