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EINRICHTUNG ZUM EVAKUIEREN iLUSSIGER METALLE Die vorliegende Erfindung
betrifft Einrichtungen zum Evakuieren flüssiger Metalle zur Reinigung des flüssigen
Metalls von schädlichen gasförmigen und festen Beimengungen.
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Zum Evakuieren flüssiger Metalle verwendet man gegenwärtig Einrichtungen,
die Vakuumkammer enthalten, in welcher ein Behälter mit dem flüssigen Metall untergebracht
wird. Derartige Einrichtungen weiten eine geringe Leistung auf, da in ihnen nur
die Grenzschicht des Metalls, welche unmittelbar mit dem Vakuum in Beruhrung steht,
evakuiert wird. Die Bildung von Gas blasen in einer beträchtlichen Tiefe des flüssigen
Metalls im Behälter ist infolge eines hohen metallstatischen Drucks thermodynamisch
unmöglich.
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Außerdem erfolgt in den genannten Einrichtungen während des Evakuierungsprozesses
eine bedeutende Temperatursenkung desflüssigen Metalle wodurch ein zusätzliches
Anwärmen des Metalls bis auf eine höhere Temperatur in einem Schmelzaggregat vor
dem Eakuieren erforderlich ist. Beim Evakuieren bedeutender Xetallmengen von etwa
100 bis 200t sind Vakuumpumpen von hoher Leistung erforderlich, die in Betrieb und
Bedienung recht kompliziert sind. All das bedeutet eine wesentliche Verteuerung
des Evakuierungsprozesses des flüssigen Metalls. Beim Betrieb von Vakuumkammern
mit hohem Fassungsvermögen zum Evakuieren
flüssiger Metalle mit
hohem Schmelzpunkt entstehen Schwierigkeiten, welche mit der hermetischen Abdichtung
und der Bedienung dieser Vakuumkammern verbunden sind.
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Die Entgasungsgeschwindigkeit eines flüssigen Metalls bei stabilem
Vakuum hängt bekanntlich von der Schichtdicke des zu evakuierenden Metalls ab. Darum
wird in der letzten Zeit zur Intensivierung des Evakuierungsprozesses eine Einrichtung
zum Evakuieren des flüssigen Metalls während seines Umlaufs verwendet. Eine derartige
Einrichtung enthält eine Vakuumkammer mit Metallz':ifuhr- und abflußleitungen, welche
in den Behälter mit dem flussigen Metall eingetaucht sind. Zum Verwirklichen des
Evakuierungsprozesses des flüssigen Metalls wird in der Vakuumkammer ein Unterdruck
erzeugt, wodurch das flüssige Metall die Metallzufuhr- und abflußleitungen auffüllt.
Der Metallumlauf durch die Vakuumkammer erfolgt durch Einblasen eines inerten,Gases
in die Metallzufuhrleitung. Eine derartige Einrichtung gewährleistet die Gewinnung
von Metall von einer höheren Quasi tät infolge der Intensivierung seines Evakuierungsprozesses
und ermöglicht die Verwirklichung der Metallentgasung in kürzerer Zeit.
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Die Verwendung eines inerten Gases fur den Metallumlauf ist mit einer
Reihe von Schwierigkeiten verbunden. Das in die Metalleitung eingeblasene inerte
Gas gelangt in die Vakuumkammer und erhöht in ihr den Restdruck. Daser fordert eine
gesteigerte Leistung der Vakuumpumpen, vermindert die Produktivität des Entgasungvorgangs
und setzt die Temperatur des flüssigen Metalls herab, da eine bestimmte Wärmemenge
durch das inerte Gas ausgetragen wird; das verursacht zusätzliche Aufwendungen für
eine abermalige Anwärmung des Metall bzw. für dessen Vorwärmung auf höhere Temperaturen
vor beginn des Evakuierungsprozesses.
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Bekannt ist eine Einrichtung zum Evakuieren flüssiger Metalle, in
welcher für die Metallzufur aus dem Behälter in die Vakuumkammer eine elektromagnetische
Pumpe verwendet wird, die an der Metallzufuhrleitung angeordnet ist. In dieser Einrichtung
wird zur Metallbeförderung kein inertes Gas benutzt, weshalb der Entgasungsgrad
des Metalls erhöht wird und die Leistungsfähigkeit der Einrichtung ansteigt.
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Doch werden im Betrieb dieser Einrichtung bedeutende Wärmeverluste
des flüssigen Metalls festgestellt, da die elektromagnetischen Linearpumpen deren
Ausgleich nicht gewährleisten, und darum ist eine bedeutende zusätzliche Anwärmung
des Metalls vor seinem Evakuieren erforderlich. Beim Evakuieren von Metallen mit
niedriger Wichte stellt außerdem die Höhe der metallstatisohen Drucksäuie, welche
die Differenz zwischen dem Restdruck in der Vakuumkammer und dem atmosphärischen
Druck über der Metalloberfläche im, Behälter ausgleicht, eine bedeutende Größe der
(für Aluminium stellt sie beispielsweise 4, 3m dar), wozu großdimensionierte Einrichtungen
konstruiert werden müssen, deren hermetische Abdichtung und Anwärmung noch erhebliche
Schwierigteiten bereiten. Ferner wird das evakuierte Metall in Luftanwesenheit vergossen,
was zu dessen abermaliger Gassättigung führt und eine qualitätssenkung der gegossenen
Blöcke verursacht.
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Bekannt ist ferner eine Einrichtung zum Evakuieren flüsdenen Metalle,
die zwei elektromagnetische Pumpen enthält, von denen eine an der Zufuhrleitung
und die andere an der Abflußleitung für das Metall angeordnet ist. Solche Pumpen
besorgen den Umlauf des Metalls durch die' Vakuumkammer und eine Kompensation
der
metallstatischen Drucksäule, welche die Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck
über der Metalloberfläche' im Behälter und dem Restdruck in der Vakuumkammer ausgleicht.
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Diese Pumpen bieten die Möglichkeit, die . Aus - maße der Einrichtung
zum Evakuieren flüssiger Metalle zu verkleinern Die Verwendung von zwei elektromagnetischen
Pumpen kompliziert jedoch die Sonstruktion der Einrichtung zum Evakuieren flüssiger
Metalle und setzt ihre Zuverlässigkeit im Betrieb herab. In diesen Falle is't eine
Kompensation der Wärmeverluste des Metalls beim Evakuieren unmöglich, da die Wärmeleistung
elektromagnetischer Linearpumpen gering ist.
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Im Zusammenhang mit der immer ansteigenden Menge des zu erschmelzenden
Metalls und der an seine < hohen > Qualität gestellten Anforderungen entstand
die Notwendigkeit, eine Einrichtung zu schaffen, die über 'eine hohe Leistungsfähigkeit
verfügt und einen hohen Grad der Metallentgasung gewährleistet.
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Solche Einrichtungen, die allen genannten Anforderungen gleichzeitig
genügen , fehlen gegenwärtig.
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Doch verlangt die Tendenz der Entwicklung technologischer Prozesse
zur-kontinuierlichen Herstellung von Gußblöcken und Gußstücken die Anwendung von
Einrichtungen, welche eine komplexes Bearbeitung des Metalls verwirklichen und zwar-
das Evakuieren bei gleichzeitigem Vergießen des flüssigen Metalls inv Gießformen
ohne Kontakt des entgasten Metalls mit der Auenluft.
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Zweck'der vorliegenden Erfindung ist das-Beseitigen der genannten
Schwierigkeiten.
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Grundlage der Erfindung ; die Aufgabe, eine Einrichtung zum Evakuieren
flüssiger Metalle, mit solchen Mitteln
der Beförderung des Metalls
und mit solcher Anordnung dieser Mittel zu schaffen, welche eine Qualitätserhöhung
des evakuierten Metalls begünstigen und dessen Oxydation beim Vergießen in Formen
verhindern.
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Diese Aufgabe wurde durch die Schaffung einer Einrichtung zum Evakuieren
flüssiger Metalle gelöst, enthaltend eine Vakuumkammer mit einer unter:ihr angeordneten
elektromagnetischen Pumpe für die Zuführung des flüssigen Metalls in die Vakuumkammer
durch eine Metallzufuhrleitung und zwei Austragung des Zetalls aus der Kammer @
eine Metallabflußleitung, wobei erfindungagemaß die elektromagnetische Pumpe eine
mit der Vakuumkammer und der Metallzufuhrleitung verbundene gemeinsomen Zweiringmetalleitung
aufweist, an deren Zentralabschnitt von unten die genannte Metallabflußleitung angeschlossen
ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Evakuieren flüssiger Metalle,
ausgerüstet mit einer elektromagnetischen Pumpe und einer Zweiringmetalleitung gewährleistet
einen höheren Grad der Metallentgasung.
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Eine Intersivierung des Evakuierungsprozesses des Metallflusses erfolgt
dank dessenintensiver Durch wirbelung in der Vakuumkammer und der Einwirkung (auf
das Metall) elektromagnetischer Kräfte, welche in ihm Vibrationsschwingungen erz,eugen,
die das Metall während seiner Behandlung anwärmen.
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Es ist zweckmäßig die Einrichtung mit einer Metallgießleitung'für
die Zufuhr des evakuierten Metalls in Gießformen auszurüsten und sie ansdie M'etallabflußleitung
anzuschließen.
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Dadurch wird das in die Gießformen zugeführte evakuierte erneuten
Metall der Gefahr einer Gassättigung < nicht > ausgesetzt.
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*) für zwei getrennte Umläufe des Metalls
Die Metallgießleitung
für die Zufuhr des evakuierten Metalls in die Gießform kann man mit einem Antrieb
zur Höhenverstellung ihres Eingangsendes hinsichtlich des - Ausgangsendes der Metallabflußleitung
ausrüsten, um die in die Gießform zugefhhrte Metallmenge regulieren zu können.
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Es ist zweckmäßig, die Metallzufuhrleitung an den Seitenabschnitt
der Zweiringmetalleitung der elektromagnetischen Pumpe anzuschließen.
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Dadurch entsteht die Möglichkeit, unter Verwendung einer elektromagnetischen
Pumpe, die flüssige Metallsäule auszugleichen, welche die Differenz zwischen dem
Restdruck in der Vakuumkammer und dem atmosphärischen Druck über dem Metall im Behälter'
ausgleicht. Außerdem wird die Konstruktion der Einrichtung vereinfacht, -ihre Betriebssicherheit
wird höher bei entsprechender Senkung-des Energieaufwands für den Evakuierungsprozeß.
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In die Metallzufuhrleitung kann man eine Büchse mit einer kalibrierten
Öffnung einbauen Das ermöglicht, eine vorgegebene Menge des flüssigen Metalls der
Vakuumkammer zuzuführen.
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Es ist zweckmäßig, die Metallzufuhrleitung in der Vakuumkammer mit
ihrem oberen Ende aufzuhängen, in dessen Nähe Öffnungen zum Austritt des Metalls
ausgeführt sind, und zentral im Zentralabschnitt der Zweiringmetalleitung und der
Metallabflußleitung anzuordnen.
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Dadurch können ie'Wärmeverluste'des Metalls bei seinem Passieren
der Metallzufuhrleitung reduziert und die gesamte Einrichtung kompakter ausgeführt
werden.
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Es ist wünschenswert, die Einrichtung mit; einem Antrieb auszurüsten,
welcher mit dem oberen Ende derMetallzufuhrleitung kinematisch verbunden und zu
ihrer Verstellung in der Senkrechtrichtung bestimmt ist.
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Das ermöglicht eine Begulierang der Vakuumkammer zugeführten Metallmenge,
der Intensität der Entgasung und der Zuführung in die Gießformen.
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Im Falle, wenn die Metallgießleitung am Ausgangsende der Metallabflußleitung
angeschlossen ist, in der zentral die Metallzufuhrleitung angeordnet ist, erscheint
es zweckmäßig, in der Metallabflußleitung eine Öffnung zum Austritt des unteren
Endes der Metallzufuhrleitung vorzusehen.
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In der Eingangsöffnung der Metallzufuhrleitung Bann man einen Filter
befestigen.
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Dieser Filter ist zum Vorbeugen eines Gelangens größerer Gußhäute
und fester nichtmetallischer Beimengungen in die Vakuumkammer bestimmt.
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Um die Erfindung näher zu erläutern, sind nachstehend einige AusSihtungsbeispiele
der Einrichtung unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 -
eine erfindungsgemäße Einrichtung, in welcher die Metallzufuhrleitung an den Seitenabschnitt
der Zweiringmetalleitung angeschlossen ist (Vorderansicht, Schnitt nach der Längsschse);
Fig. 2 - die gleiche Einrichtung, Schnitt nach II-II der Fig. 1.
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Fig. 3 eine - Einrichtung, in welcher die Metallzufuhrleitung in der
Metallabflußleitung angeordnet ist und mit dem
oberen Ende gehalten
wird (Vorderansicht, Schnitt nach der Längsachse); Fig. 4 - Schnitt nach IV - IV
der Fig. 3; Fig. 5 - Schema der Erzeugung elektromagnetischer Kräfte im flüssigen
Metall, wobei I - den elektrischen Strom, B - das Magnetfeld, und - die elektromagnetischen
Kräfte bezeichnen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in zwei Bauarten ausgeführt
sein, wobei die eine Bauart in Fig. 1 und 2, und die zweite in Fig. 3 und 4 dargestellt
ist.
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Die Einrichtung hat eine Vakuumkammer 1 (Fig. 1, 2, 3, 4 und 5),
verbunden mit einer Zweiringmetalleitung 2 einer elektromagnetischen Pumpe 2' (Fig.
1 und 2), welche zwei Induktoren 3 und 4 (Fig. 1) hat, mit geschlossenen Magnetleitern
3' und 4' und zwei Spulen 5 und 6 der elektrischen Spei-Sung, welche'zum Erzeugen
des elektrischen Stroms I (Fig. 5) im Metall zum Evakuieren' dienen, sowie einen
Induktor 7 (Fig. 2 mit geöffnetem Magnetleiter-7' und Spulen 8 der elektrischen
Speisu'ng, bestimmt zum Erzeugen eines Magnetfeldes B (Fig. 5) in den aktiven Zonen
9 und -10 (Fig. 1 und 2) der elektromagnetischen Pumpe 2'. Die'Vakuumkammer 1 ist
mit einer Vakuumpumpe Cin der Zeichnung nicht dargestellt) durch einen Rohrstutzen
11 (Fig. 1) verbunden. Die Metallzufuhrleitung 12 ist an einen Seitenabschnitt der
Zweiringmetalleitung 2 angeschlossen und dient zum Zuführen des flüssigen Metalls'
13 aus einem Behälter 14 in die Zweiringmetalleitung 2.,
Die Metallabfl-ußleitung
15 ist mit dem Zentralabschnitt der Zweiringmetalleitung 2-verbunden und dient zur
Zufuhr des vakuumierten Metalls zurück in den. Behälter 14, beziehungsweise bei
einer Stoßverbindung der Leitung 15 mit der Metallgießleitung 16 - dient sie zum
Metalltransport in die Gießform 17.
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Die Metallzufuhrleitung 12 ist mit einer Büchse 18 mit kalibrier ter
Öffnung 19 versehen. Die Metallgießleitung 16 ist mit einem Antrieb 20 ausgerüstet',
welcher für eine zugige Stoßverbindung der Meta'llgießleitung 16 mit der Metallabflußleitung
15 bestimmt ist.
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Zum Verwirklichen des Evakuierungsvorgangs des flüssigen Metalls
wird die erfindungsgemäße Einrichtung auf dem Behälter 14 derart sngeordnet, daß
die Metallzufuhrleitung 12 und die Metallabflußleitung 15 im flüssigen Metall eingetaucht
bleiben. Die Trennung der Metallabflußleitung 15 von der Metallgießleitung 16 wird
mit Hilfe des Antriebs 20 bewerkstelligt.
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Der Unterdruck in der Vakuumkammer 1 wird mit hilfe einer Vakuumpumpe
Cin der Zeichnung nicht angegeben) erzeugt, welche durch den Rohrstutzen 11 angeschlossen
ist. Unter der Wirkung der Druckdifferenz zwischen dem Restdruck in der Vakuumkammer
1 und dem atmosphärischen Druck über dem Metall 13 im Behälter 14 gelangt das flüssige
Metall 13 aus dem Behälter 14 durch die Metallzufuhrleitung 12 und die Metallabflußleitung
15 in die Zweiringmetalleitung 2 und dann in die Vakuumkammer 1. Um die Induktoren
3 und 4 mit den geschlossenen Magnetleitern 3' und 4' bildet sich ein Ring aus flüssigem
Metall Nun wird den Spulen 5 und der elektrischen Speisung
Spannung
angelegt. Dabei wird in genannten Ring aus dem flüssigen Metall ein elektrischer
Strom I (Fig. 5) induziert.
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Dann wird an die Spulen 8 (Fig. 2) der elektrischen Speisung eine
Spannung angelegt. Dabei wird in den Spalten des Induktors 7 mit dem geöffneten
Magnetleiter 7' das Magnetfeld 3 (Fig. 5) erzeugt. Infole der Wechselwirkung des
elektrischen Stroms 1 und des Magnetfeldes B werden im flüssigen Metall, welches
sich in den aktiven Zonen 9 und 10 (Fig. 1 und 2) befindet, elekQromagnetische Kräfte
F (Fig. 5) erzeugt, welche das metall 13 durch die Metallabflußleitung 15 (Fig.
1) in den Behälter 14 verdrängen. Ein Teil des flüssigen Metalls 13 gelangt aus
der aktiven Zone 10 in die Seitenabschnitte der Zweiringmetalleitung 2 und wird
wieder in die Vakuumkammer 1 zurückgeführt.
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Dabei gelangt das flüssige Metall 13 aus dem Behälter 14 unter der
Vakuumwirkung über die kalibrierte Offnung 19 in der Büchse 18 durch die Metallzufuhrleitung
12 und,den Seitenabschnitt der Zweiringmetalleitung 2 in die Vakuumkammer 1, in
der es evakuiept wird, und unter der Wirkung der elektromagnetischen Kräfte F (Fig.
5), welcne in den aktiven Zonen 9 und 10 (Fig.1) erzeugt werden, wird es durch den
zentralen Abschnitt der Zweiringnetalleitung 2 und die Metallabflußleitung 15 in
den ehalter 14 zugeführt, Auf diese Weise wird der Umlauf des ¢etalls 13 durch die
Vakuumkammer 1 verwirklicht. Will man das gesamte Metallvolumen 13 im Behälter 14
entgasen, so wird es mehrmals durch die Vakuumkammer 1 durchgelassen, bis der erforderliche
Reinheitsgrad des Metalls erreicht ist. Die Menge des in die Vakuumkammer 1 gelangenden
Metalls wird durch die kalibrierte, öffnung 19 in der Büchse 18 geregelt, deren'
Querschnittsfläche
ausgehend von den Bedingungen der verlangten Intensität des Entgasungsprozesses,
den Parametern der Induktoren der elektromagnetischen Pumpe 2', den Abmessunsen
der ZVJeiringmetalleitung 2 und dem Abstand des Spiegelsdes flüssigen Metalls 13
im Behälter 14 vom Spiegel des Metalls in der V8-kuumkammer 1 berechnet wird.
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Um den Evakuierungsprozeß und das Metallvergießen in die Gießform
17 zu verwirklichen, wird die Metallgießleitung 16 mit der Metallabflußleitung 15
mit Hilfe des Antriebs 20 auf Stoß verbunden. Dabei gelangt das flüssige Metall
13 aus dem Behälter 14 über die kalibrierte Öffnung 19, durch die Metallzufuhrleitun
12 und den Seitenabschnitt der Zweiringmetalleitung 2 in die Vakuumkammer 1, in-der
es evakuiert und unter der Wirkung dar in den aktiven Zonen 9 und 10 erzeugten elektromagnetischen
Kräfte F (Fig. 5) durch den zentralen Abschnitt der Zweiringmetalleitung 2, die
Metallabflußleitung 15 und die Metallgießleitung 16 in die Gießform 17 æugefiihrt
wird.
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Die in die Gießrorm 17 zugeführte Metallmenge wird durch eine entsprechende
Änderung des Ringspaltes Abstandes zwischen der Metallabflußleitung 15 und der Metallgießleitung
16 geregelt. Die Geschwindigkeit der Stoßverbindung der Metallabflußleitung 15 mit
der Metallgießleitung 16 wird je nach den Betriebsanforderungen an den Vorgang zur
Regelung der Geschwindigkeit der Metallzufuhr in die Gießform 17 berechnet. Die
Größe des Ringspalts = Abstand zwischen der Metallabflußleitung 15 und der Metallgießleitung
16 berechnet man unter Berücksichtigung des Metalldrucks, welcher in den aktiven
Zoaen 9 und 10 entwickelt wird, ferner des hydraulischen Widerstands der Metallabflußleitung
15 undder Metallgießleitung
16 sowie der Differenz zwischen dem
Metallspiegel im Behälter 14 und in der Gießform 17 u. zw. derart, daß bei einem
minimalen Spalt; die in die Gießform 17 gelangende Metallmenge maximal wird, und
bei maximalem Spalt; das evakuierte Metall in die GieSSor; 17 < überhaupt nicht
> gelangt.
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Um die Zufuhr des evakuierten Metalls in die Gießform 17 zu unterbrechen,
wird die Metallgießleitung 16 in die äußerste Oberstellung mit Hilfe des Antriebs
20 gebracht, was dem maximalen Spalt (Abstand) zwischen der Metallabflußleitung
15 und der Metallgießleitung 16 entspricht. Dabei gelangt das evakuierte Metall
aus der Metallabflußleitung 15 zurück in den Behälter 14. Um die gesamte Einrichtung
abzustellen, schaltet; man die Vakuumpumpe (in der Zeichnung nicht gezeigt) aus
und verbindet die Vakuumkammer mit der Außenluft. Infolgedessen fließt; das flüssige
Metall aus der Vakuumkammer 1, der Zweiringmetalleitung 2, der Metallabflußleitung
15 und der Metallzufuhrleitung 12 in den Behälter 14 ab. Dann wird den Spulen 5,
6 und 8 der elekt;rischen Speisung die Spannung abgenommen.
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Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Einrichtung hat; ebenso wie im bereits
beschriebenen Beispiel eine Vakuumkammer 1, vor bunden mit einer Zweiringmetalleitung
2 der elektromagnetischen Pumpe 2', onthaltend zwei Induktoren 3 und 4 geschlossenen
Magnetleitern 3' und 4' und Spulen 5 und 6 der elektrischen Speisung, welche zum
Erzeugen des elektrischen St;' Stroms im flüssigen Metall bestimmt sind, sowie den
Induktor 7 mit dem geöffneten Magnetleiter 7' und Spulen 8 der elektrischen Speisung,
welche zum Erzeugen des Magnetfaldes B (Fig. 5) in den aktiven Zonen 9 und 10 (Fig.
3 und 4) bestimmt sind. Die Vakuumkammer 1
ist mit der Vakuumpumpe
(in der Zeichnung nicht; dargestellt) durch den Rohrstutzen 11 verbunden. Im Gegensatz
zum beschriebenen Beispiel ist hier die Metallzufuhrleitung 12' tnit; den oberen
Ende an einer Stange 21 aufgehängt;, die in der Vakuum sie kammer 1 angeordnet ist;,
verläuft durch den Zentralabschnitt zentral der Zweiringmetalleitung 2, an der Metallabflußleitung
75 und tritt aus ihr durch eine Öffnung im unteren-Teil der Metalls abflußleitung
15 heraus. Im oberen Teil der Metallzufuhrleitung 12' sind Öffnungen 22 vorgesehen,
durch welche das Metall in die Vakuumkammer 1 gelangt, Die Metallzufuhrleitung 12'
ist aus einem elektrisch nichtleitenden Metall hergestellt und mit einem Antrieb
23 zur Höhenverstellung versehen. Die hermetische Abdichtung der Stange 21 mit der
Vakuumkammer n erfolgt mit Hilfe einer Dehnbüchse 24. Am unteren Ende der Metallzufuhrlei
tung 12' ist in deren Eingangsöffnung ein Filter 25 befestigt, welcher das Geraten
großer Gußhäute und fester nichtmetallischer Beimengungen mit dem rlüssigen Metall
in die Vakuumkammer 1 verhindert.
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Die Metallabflußleitung 15 ist an den Zentralabschnitt der Zweiringmetalleitung
2 angeschlossen, sie hat von unten in ihrer Wandung eine Öffnung zum Austritt der
Metallzufuhrleitung 12" an eine zweite Ausgangsörfnung zum Anschluß an die Metallzufuhrleitung
12 < der Metallgießleitung 16 > Die Metallabflußleitung 15 dient; zur Rückführung
des evakuierten Metalls aus der Zweiringmetalleitung 2 in den Behälter 14 beziehungsweise
in dis Gießform 17 durch die mit ihr im Stoß verbundene Metallgießleitung 16.
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In einem Sonderfall (in der Zeichnung nicht dargestellt) kann das
Ausgangsende der Metallzufuhrleit;ung in der Ausgangeöffnung der Zetallabflußleitung
koaxial angeordnet sein, falls das evakuierte Metall in den Behälter zurückgeführt
werden soll, und dessen Zufuhr in eine Gießform nicht vorgesehen ist.
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Dennoch ist die in Fig. 3 und 4 dargestellte Form des unteren Endes
der Metallabflußleitung 15 vorzuziehen. Die Metallgießleitung 16 ist mit dem Antrieb
20 ausgerüstet, welcher zu einer zugigen Stoßverbindung der Metallgießleitung 16
mit der Metallabflußleitung 15 bestimmt ist.
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Zum Verwirklichen des Metallevakuierungsprozesses wird die erfindungsgemäße
Einrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel auf dem Behälter 14 derart
angeordnet, daß der untere Teil der Metallzufuhrleitung 12' und der Metallabflußleitung
15 im flüssigen Metall 13 eingetaucht bleiben. Die Trennung der Metallabflußleitung
15 von der Metallgießleitung 16 erfolgt mit Hilfe des Antriebs 20. Man erzeugt einen
Unterdruck in der Vakuumkammer 1 mit; Hilfe der Vakuumpumpe (in der Zeichnung nicht
dargestellt), welche durch den Rohrstutzen 11 angeschlossen ist. Unter der Wirkung
der Differenz zwischen dem Restdruck in der Vakuumkammer 1 und dem atmosphärischen
Druck über dem Metall 13 im Behälter 14 gelangt das flüssige Metall 13 durch die
Metallzufuhrleitung 12', die Metallabflußleitung 15 und die Zweiringmetalleitung
2 in die Vakuumkammer 1.
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Um die Indikatoren 3 und 4 mit den geschlossenen Magnetleitern 3'
und 4t bildet sich ein Ring aus flüssigem Metall.
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Den Spulen 5 und 6 der elektrischen Speisung wird eine Spannung angelegt.
Im Ring aus den flüssigen Metall wird der elektrische
Strom I (Fig.
5) induæiert. Danach wird den Spulen 8 (Fige 4) der elektrischen Speisung Spannung
angelegt. Dabei wird in den Spalten des Induktors 7 mit dem geöffneten Megnetleiter
7' das Magnetfeld B (Fig. 5) erzeugt. Infolge der Wechselwirkung des elektrischen
Stroms I mit; dem Magnetfeld B werden im flüssigen Metall, welches sich in den aktiven
Zonen 9 und 10 (Fig. 3 und 4) befindet, elektromagnetische Kräfte F (Fig. 5) erzeugt;,
welche das flüssige Metall durch die Metallabflußleitung 15 (Fig. 3 und 4) in den
Behälter 14 verdrängen. Ein Teil des flüssiegen metalls gelangt aus der aktiven
Zone 10 in die Seitenabschnitte der Zweiringmetalleitung 2 und wird in die Vakuumkammer
1 zurückgeführt. Dabei bewegt sich das flüssige Metall 13 aus dem Behälter 14 unter
der Vakuumwirkung durch die Metallzufuhrleitung 12' und gelangt über die Öffnung
22 in die Vakuumka;rl!ner 1, wo es im Vakuum zerspritzt wird und sich dabei von
seinen schädlichen Beimengungen befreit. Sodann wird das flüssige Metall unter der
Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte F (Fig. 5), welche in den aktiven Zonen
9 und 10 (Fig. 3 und 4) entstehen, durch den Zentralabschnitt der Zweiringmetalleitung
2 und die Metallabflußleitung 15 in den Behälter 14 zurückgeführt Auf diese Weise
wird der Umlauf des Metalls durch die Vakuumkammer 1 verwirklicht. Soll man das
gesamte Metallvolumen, welches sich im Behälter 14 befindet, entgasen, so wird das
Metall 13 durch die Vakuumkammer 7 mehrmals durchgelassen, bis dessen erforderlicher
Reinheitsgrad erreicht; ist, Die Regelung der Metallmenge, welche in die Vakuumkammer
1 gelangt, erfolgt durch eine Verschiebung der Metallzufuhrleitung,12' mit; Hilfe
des Antriebs 23, (Hohenverstellung) Die in
die Vakuumkammer 1 durch
die etallzufuhr1eitung 12' gelangende Metallmenge vird maximal, wenn man diese Leitung
2' so anordnet, daÄ eie Öffnungen 22 über der aktiven Zone 9 liegen.
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Bei eines gleichmäßigem Senken der Metallzufuhrleitung 12' mit den
Öffnungen 22 < nach unten > von der oberen Grenze der aktiven Zone 9<,>
wird sich die Menge des in die Vakuumkammer n gelanÕenden Metalls entsprechend verringern.
Bei der Verschiebung der Metallzufuhrleitung 12' mit den Öffnungen 22 nach unten
von der unteren Grenze der aktiven Zone 9 bis zur oberen Grenze der aktiven Zone
10 bleibt die in die Vakuumkammer n gelangende Metallmenge unverändert, während
bei ihrer weiteren Verschiebung von der oberen.bis zur unteren Grenze der aktiven
Zone 10 die Metallzufuhr gänzlich unterbrochen wird. Auf diese Weise läßt sich das
Gelangen des Metalls in die Vakuumkammer 1 durch Höhenverstellung der Metallzufuhrleitung
12' entsprechend regeln und folglich auch die Intensität dos Evakuierungsprozesses
des flüssigen Metalls in der Vakuumkammer 1 beliebig änder.
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Um das Evakuieren des Metalls und dessen Vergießen in die Gießform
17 gleichzeitig durchzuführen, wird die Metallgießleitung 16 mit; der Metallabflußleitung
15 durch den Antrieb 20 im Stoß verbunden. Dabei gelangt das flüssige Metall 13
aus den Behälter 14 in die Metallzufuhrleitung 12' und wird durch die Öffnung 22
in die Vakuumkammer 1 geleitet, wo es von Beimengungen gereinigt wird, und unter
der Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte F (Fig. 5), welche in den aktiven
Zonen 9 und 10 (Fig. 3 und 4) erzeugt werden, wird es durch den Zentralabschnitt
der Zweiringmetalleitung 2 in die Metallabflußleitung 15 und dann in die Metallgießleitnng
16 und schließlich in die Gießform 1? zugeführt. Die Regelung der in
die
Gießform 17 zugeführten Metallmenge erfolgt auf zweierlei Art; - entweder durch
die entsprechende Verschiebung der Metallzufuhrleitung 12', wie bereits oben beschrieben
, oder durch eine Änderung des Ringspalts (Abstandes) zwischen dem Ausgangsende
der Metallabflußleitung 15 und dem Eingangsende der Metallgießleitung 16o Zum beenden
der Zufuhr des Metalls 13 in die Gießform 17 wird die Metallgießleitung 16 in die
äußerste Oberstellung gebracht.
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Dabei wird die Leitung 16 von der Metalläbflußleitung 15 getrennt
Um die gesamte Einrichtung abzustellen, wird die Vakuumpumpe (in den Zeichnungen
nicht dargestellt) abgeschaltet und die Vakuumkammer 1 mit der Außenluft verbunden.
Dabei fließt das flusige Metall aus den Metalleitungen 2, 12' und 15 in den Behälter
14 ab. Danach wird den Spulen 5, 6 und 8 der elektrischen Spei sung die Spannung
abgenommen.
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Die nach dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Beispiel ausgeführte Einrichtung
verwendet man zweckmäßig im Falle einer notwendigen regelbaren Zufuhr des flüssigen
Metalls in die Vakuumkammer und einer hochwertigen Reinigung des Metalls von dessen
schädlichen Beimengungen.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Evakuieren flüst sigar
Metalle verwirklicht man den Evakuierungsprozeß des Metalls unter günstigsten Bedingungen
seiner Entgasung, sowohl in einer dünnen Schicht als auch in einem Strahl. Dabei
wird die Strömung des Metalls in der Vakuumkammer 1 durch die in den aktiven Zonen
9 und 10 (Fig. 1, 2, 3 und 4) erzeugten elektromagnetischen Kräfte F (Fig. 5) und
die turbulente Bewegung des Metalls in dcr Vertikalebene zu beiden Seiten der aktiven
Zone 9 verwirbelt. Darüber hinaus ermöglicht die Zufuhr des Metalls aus den Seitenabschnitten
der Zweiringmetalleitung 2 ein mehrmaliges
Durcalasson des Metalls
durch die Vakuumkamtner 1 un'd folglich dessen Reinigungsgrad zu erhöhen.
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Die Überlagerung des flüssigen Metalls in der Vakuumkammer 1 mit
elektromagnetischen feldern begünstigt die Beseitigung schädlicher Beimengungen,
da im Metall Vibrationsschwingungen entstehen. Alle diese aufgazählten Faktoren
tragen zur Gewinnung von Metallen mit äußerst geringem Gehalt an schädlichen Beimengingen
bei.
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Die Verwendung der elektromagnetischen Pumpe zum Austragen des Metalls
aus der Vakuumkammer bei errechneter Zufuhr des Metalls in die Kammer, wobei die
Zufuhr durch die Drosselwirkung der kalibrierten Öffnung (nach dem ersten Ausführungsbeispiel
dar Einricatung) beziehungsweise der Öffnungen 22 (Fig. 3 und t) in der L:etallzufuhrleitung
und deren Verstellung gegenüber den aktiregelbar ist ven Zonen (nach dem zweiten
Austührungsbeispiel der Einrichtung bietet die Möglichkeit, den Ausgleich der flüssigen
metallstatischen Säule zu verwirklichen, welche die Differenz zwischen dem atmosphärischen
Druck und dem Restdruck in der Vakuumkammer ausgleicht. Dies ermöglicht die Konstruktion
einer Einrichtung zum Evakuieren und Vergießen flüssiger Metalle von niedriger wichte
(z. B. Aluminium und dessen Begierungen) mit geringen Aus-madie ßen, von einfacher
Bauart und bequem im Betrieb ist; Die Verwendung von Induktoren mit geschlossenen
Magnetleitern in der elektromagnetischen Pumpe um den Ring aus flüssigem Metall,
welcher durch die Zweiringmetalleitung gebildet wird, ermöglicht es, im flüssigen
Metall einen elektrischen Strom von hoher Dichte zu induzieren, bei dessen Durchfluß
eine große Wärmemenge entwickelt wird, die vollständig ausreicht, die Wärmeverluste
des Metalls bei dessen Bewegung durch die Einrichtung
zu kompensieren.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann nötigenralls eine zusåtzliche
Anwärmung des metalls gewährleisten, wodurch die Schmelzführung des Metalls bei
relativ niedrigen Temperaturen und folglich bei geringer Gassättigung aus der Atmosphäre
erfolgen kann, während das Vergießen des Metalls bei höheren dem peraturen verläuft,
was technologisch zur Herstellung von Gußstücken bzw. Blöcken erforderlich ist.
Die Ubertragung der elektrischen Energie in das flüssige Metall durch die Induktoren
mit den geschlossenen Magnetleitern erfolgt mit einem hohen Wirkungsgrad, annähernd
gleich dem Wirkungsgrad eines Transformators, wodurch der Aufwand für die Stromversorgung
der Einrichtung herabgesetzt wird.
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Die regelbare Zufuhr des evakuierten Metalls in die Gießformen, welche
die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet, ermöglicht eine automatische Aufrechterhaltung
des nötigen Metallstandes in den Gießformen bei halbkontinuierlicher oder kontinuierlicher
Herstellung von Blöcken, oder eine Metalldosierung bei der Herstellung von Formgußstücken
durch Druckgießen in kokillen und in Sandformen.
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Die Zufuhr des evakuierten Metalls in die Gießformen durch die Metalleitungen,
die mit der Atmosphäre nicht kommunizieren, schützt das flüssige Metall gegen abermalige
Gassättigung aus dar Atmosphäre und gewährleistet eine hohe Qualität der Gußst;ükke
und Blöcke.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung wird als ortsveränderliche Konstruktion
hergestellt und kann zum Evakuieren und Vergießen von Metall aus Schmlez- und Verteileröfen,
Mischern, Pfannen und anderen ähnlichen Aggregaten verwendet werden.
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Die Einrichtung automatisiert die arbeitsintensiven Operationen beim
Reinigen und Vergießen des Metalls, trägt zur Erhöhung der Arbeitsleistung bei und
setzt; die Produktionskosten herab.
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Die einrichtung gewährleistet die Gewinnung von Metallen von hoher
Qualität, ermöglicht eine Ausschußverminderung der Gußstücke durch gas bedingte
Porosität und nichtmetallische Einschlüsse sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen
des bedienenden Personals.
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Die erfindungsgen:äße Einrichtung zum Evakuieren flüssiger Metalle
wurde entsprechenden Betriebsprüfungen unterzogen und zeigte eine hohe Effektivität
bei ihrer Verwendung. Die Prüfungen der Einrichtung wurden mit Aluminiumlegierungen
durchgeführt. Die Außenabmessungen der Einrichtung waren 800x800x1600mm bei 600mm
Tiefe des Metalls im Behälter, aus welchem das metall vergossen wurde. Der Unterdruck
in der Vakuumkammer betrug 1 bis 1.10-2mm Quecksilbersäule. Die Leistung der Einrichtung
war gleich 15 bis 20kW. Die Produktivität beim Vergießen wurde von 0,05 bis 3kg/sek.
reguliert. Die Einrichtung gewährleistete eine Verminderung des Wasserstoffs im
Metall von 0,8 cm3/100g bis auf 0,04 cm³/100g. Die Bruchfestigkeit der aus den Gußstücken
ausgeschnittenen Prüfmuster stieg um 20 bis 30%, die spezifische Dehnung war 2-
bis 3- fach höher im Vergleich zu den Gußstücken, welche ohne Raffinieren, des Metalls
durch Pfannengießen erhalten wurden. Die Dosiergenauigkeit des Metalls bei der Herstellung
von Gußstücken von 1 bis 10kg war gleich 1 bis 3 Gew. %.