DE2703657C2 - Steigrohr zum Gießen von Metallen unter Gasdruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steigrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind aus keramischen Massen hergestellte gasdichte Steigrohre bekannt, die jedoch mechanisch äußerst bruchempfindlich und daher für den rauhen Gießereibetrieb nicht befriedigen und außerdem aufwendig sowie teuer in der Herstellung sind. Auch ist es schwierig, aus einem derartigen Werkstoff alle erforderlichen Formen und Größen für die Steigrohre herzustellen.

Weiterhin sind Steigrohre aus Stahl oder Gußeisen bekannt Vor allem reagieren Aluminiumschmelzen relativ stark mit solchen Materialien. Man hat daher ί schon versucht, das Steigrohr durch sorgfältig aufgebrachte Schlichte-Oberzüge vor dem Angriff des Metalls zu schützen. Dabei zeigt es sich jedoch, daß der Schlichteüberzug den mechanischen Beanspruchungen sowie dem Temperaturwechsel nicht standhält.

ίο Es ist ferner ein aus mehreren konzentrischen Schalen bestehendes Steigrohr bekannt, dessen zwischen zwei Schalen liegende, mit Sand angefüllte Mittelzone über eine durch einen Flansch nach außen führende Bohrung entlüftet ist, so daß die Luft, die innerhalb der gasdurchlässigen inneren Schale eingefangen ist, beim Gießen mit der im Steigrohr aufsteigenden Metallschmelze nach außen entweichen kann, ohne in den Rohrkanal einzutreten. Die äußere der beiden die Mittelzone begrenzenden Schalen, wird von einem

-Ό Stahlrohr gebildet, das von einem feuerfesten keramischen Material ummantelt ist, welches wegen seines unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gegenüber Stahl leicht reißt und abbröckelt Das Stahlrohr ist deswegen mit nach außen vorstehenden Haltegliedern versehen, die in das feuerfeste Material eingreifen. Ohne dadurch die Gefahr des Reißens und Abbröckeins der äußeren Keramikschicht vollständig vermeiden zu können, ist der Aufw:md zur Herstellung eines solchen Steigrohres besonders hoch.

Es sind schließlich verschiedene Materialien, wie z. B. Tongraphit oder Siliciumcarbid als Materialien für Steigrohre bekannt, die gegenüber Metallschmelzen resistent sind und sich leicht zu Steigrohren formen lassen, jedoch den wesentlichen Nachteil aufweisen, daß

^)Γ> sie mehr oder weniger gasdurchlässig sind bzw. im Betrieb im zunehmenden Maße durch Ausbrennen von Materialbestandteilen gasdurchlässig werden, so daß während des Gießvorganges Luft durch die Rohrwandung in den Rohrkanal und von hier in die Gießform

·"> gelangen kann. Alle Versuche, derartige Werkstoffe mit einem gasundurchlässigen, feuerfesten Überzug zu versehen, sind bisher gescheitert

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Steigrohr gemäß Oberbegriff des Anspruchs I anzugeben, daß sich leicht herstellen läßt, feuerfest und resistent gegenüber Metallschmelzen ist, eine hohe Lebensdauer aufweist und bei relativ hoher Bruchsicherheit während des Gießvorganges das Eindringen von Gas durch den Rohrmantel in den Rohrkanal vermeidet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Damit besteht erfindungsgemäß erstmals die Möglichkeit, gasdichte Steigrohre zum Metallgießen unter Gasdruck aus feuerfesten gegenüber Metallschmelzen

v> resistenten, leicht formbaren und relativ stoßunempfindlichen billigen Materialien herzustellen, die vor allem nach einer gewissen Benutzungszeit relativ gasdurchlässig sind. Danach stellt die Erfindung eine eindeutige Abkehr

ιό vom bisherigen Stand der Technik für Steigrohre zum Metallgießen dar, bei dem man stets davon ausgegangen ist, gasundurchlässige Werkstoffe zur Herstellung der Steigrohre zu verwenden. Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß es für Steigrohre zum

^h~> gasdichten Fördern von Metallschmelzen in die Gießform unschädlich ist, wenn beim Gießvorgang Luft von außen in das Rohr eindringt, sofern nur sichergestellt ist, daß der Luftdruck innerhalb der Rohrwandung

abgebaut wird und damit beim Gießvorgang keine Luft durch das Rohr in den Rohrkanal gelangen kann.

Die in die Schmelzkammer einer Niederdruckgießvorrichtung eingeleitete Luft zum Hochdrücken der Metallschmelze durch ein erfindungsgemäßes Steigrohr in eine Gießform kann zwar in den äußeren Mantelbereich des Steigrohres bis zum Luftspalt eindringen, sie wird aber von hier nach außen abgeleitet, ohne daß sie in die Metallschmelze im Rohrkanal eindringen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

So kann es vorteilhaft sein, beim Abschluß des Gießvorganges und abfallendem Luftdruck in der Schmelzkammer über den inneren Luftspalt des Steigrohres im Rohrkanal einen solchen Inertgasdruck aufzubauen, daß sich über die absinkende Metallschmelze im Steigrohr ein Gaspolster legt, das einen Kontakt mit angesaugter Luft verhindert, so daß die Metallschmelze vor Oxidation geschützt ist Dabei kann der Druck des über den Luftspalt in den Rohrkanal eingeleiteten !nertgases derart bemessen bzw. eingestellt werden, daß die Metallschmelze aus dem S'-.jigrohr nach unten herausgedrückt und gleichzeitig eine Durchspülung der Schmelze in der Schmelzkammer mit dem Inertgas ermöglicht wird, um dadurch in bekannter Weise Oxide aus der Schmelze auszuschwämmen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mehr im einzelnen beschrieben und erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Niederdruckgießvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steigrohr im Längsschnitt

Fig.2—4 weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Steigrohre.

Eine Niederdruckgießvorrichtung besteht aus einem Ofen 1, in dem ein Tiegel 2 aus feuerfestem Material auf einem Untersatz 3 angeordnet ist. Der Tiegel 2 ist von Heizelementen 4 umgeben. Der Ofen 1 ist mit einem Ofendeckel 5 verschlossen. Durch eine zentrale öffnung im Ofendeckel S verläuft ein erfindunsgemäßes Steigrohr 6, das in den mit einer Metallschmelze 7 gefüllten Tiegel bis in die Nähe des Tiegelgrundes hineinragt. Am oberen Ende besitzt das Steigrohr 6 einen flanschartigen Kopf 8, mit dem es die zentrale öffnung im Ofendeckel S, abdeckt. Das Steigrohr 6 besitzt einen inneren Rohrkanal 9, iber den die im Tiegel 2 befindliche Metallschmelze in eine Kokille 11 hochgedrückt wird. Hierzu wird das Innere des Ofens 1 über einen Anschluß 10 zum Aufbau eines bestimmten Luftdruckes über der Meta'lschmelze an eine Druckluftquelle angeschlossen. Zur Verbindung zwischen der Kokille 11 und dem Steigrohr 6 dient ein Zwischenstück 12. Die Kokille 11 ruht auf einer Grundplatte 13, die an Führungssäulen 14 befestigt ist. Die Kokille ist zweiteilig ausgeführt und der obere Teil 15 ist über Verbindungsstücke 16 mit einer in den Führungssäulen 14 geführten Führungsplatten 17 verbunden. Die Führungsplatte 17 ist über Hubstangen 18 mit einer Hubvorrichtung aus einem Hubzylinder 19 und einer Querstrebe 20 verbunden. Mittels der Hubvorrichtung, den Hubstangen und der Führungsplatte kann der obere Teil 15 der Kokille angehoben und abgesenkt werden. Die Führungssäulen 14 sind durch eine Traverse 21 zur Aussteifung miteinander verbünde. Auf der Traverse 21 ist der Hubzylinder 19 befestigt

F i g. 2 zeigt eine bestimmte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steigrohres 6, wie es in einer Niederdruckschmelzvorrichtung verwendet werden kann. Dieses Steigrohr besteht aus einem Innenrohr 22 und einem darüber geschobenen Außenrohr 23, Das Innenrohr 2Z und das Außenrohr 23 weisen an beiden Endbereichen Nuten bzw. Rillen 24 auf. Diese dienen zum schmelzdichten Abdichten mittels einer feuerfesten Kittmasse oder dergleichen Dichtungsmaterial und bilden gemeinsam eine Art Labyrinthdichtung. Eine solche Labyrinthdichtung ist jedoch nicht in jedem Falle

ι» erforderlich. So kann es ausreichend sein, in den konzentrischen Luftspalt 26 zwischen den ineinandergesteckten Rohren ohne jede Dichtungsnut oder Dichtungsrille ein feuerfestes Dichtungsmaterial einzubringen, das nicht gasdicht zu sein braucht Der Luftspalt 26 steht mit einem Kanal 27 in Verbindung, der durch die Wandung des Außenrohres 23 z. B. radial nach außen verläuft

Am oberen Ende des Außenrohres 23 besitzt dieses einen flanschartigen Kopf 28, an dessen Stirnende ein

μ konzentrischer, kegelstumpfförmiger ausgebildeter Vorsprung sitzt Auf diesem Vorsprung wird, wie F i g. 1 zeigt das Zwischenstück 12 aufgeseUs. Der Kanal 27 befindet sich in dem flanschartigen Kopf JB, so daß er oberhalb des Ofendeckels 5 verläuft Das Steigrohr 6 ist mit seiner auf dem Ofendeckel 5 aufliegenden Kopffläche z. B. mittels einer Asbestschnur oder dergleichen gegenüber dem Deckel gasdicht abgedichtet Es ist ohne weiteres klar, daß das Zwischenstück 10 mit dem Steigrohr 6 auch einstückig sein kann.

ι» Wie die Zeichnung weiterhin zeigt, besitzt das Innenrohr 22 vorteilhafterweise eine geringere Materialstärke als das Außenrohr 23. Ohne jede Beschränkung der Erfindung kann das Verhältnis der Wandstärken der Innen- und Außenrohre z. B. 1 :1,25 betragen.

J"> Weiterhin kann der konzentrische Luftspalt 26 z. B. 0,2 bis 5 mm, vorzugsweise 1 mm breit sein.

In der Stirnfläche des unteren Endes des Steigrohres 6 befindet sich eine Kerbe 30. Diese Kerbe 30 verbindet den inneren Rohrkanal 9 mit der Außenseite des

ι» Steigrohrs 6.

In F i g. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Steigrohres 6 dargestellt. Dieses Steigrohr 6 besteht vorteilhafterweise aus einem einstückigen Rohrkörper, der den konzentrischen

·*■> Luftspalt 26 mittig einschließt. Ein derartiges Steigrohr kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß bei seiner Formung an die Stelle des späteren Luftspaltes ein Stoff, z. B. eine Wachsschicht oder Pappe, eingearbeitet wird, der beim Brennen des Steigrohres ausbrennt, so daß ein

w Hohlraum zurückbleibt.

Wie Fig.3, linke Hälfte und Fig.4 rechte Hälfte zeigen, kann die innere Wandung 32 dünner als die äußere Wandung 33 sein, oder aber beide Wandungen haben etwa dieselbe Wandstärke, wie Fig.3 rechte

« Hilfte und Fig.4 linke Hälfte zeigen. Was die Ausgestaltung des Steigrohrkopfes 28 in F i g. 3 betrifft, so entspricht diese im wesentlichen der Ausführung nach Fig.2. Bei unterschiedlichen Wandstärken der Wandungen ergibt sich eine vorteilhafte Materialer-

f>o sparnis.

In F i g. 4 ist eine noch weitere Ausführungsform sines erfindungsgemäßen Steigrohres dargestellt Auch hier ist das Steigrohr einstückig ausgebildet Jedoch ist der axial verlaufende Luftspalt 26 nur am unteren Ende des

^h"> Steigrohres vom Rohrkörper selbst verschlossen, während er am oberen Ende offen ist Diese Ausführungsform kann herstellungstechnische Vorteile haben. Das obere offene Ende des Luftspaltes 26 ist mit

einer Dichtung 34 aus hintzebeständigem Material verschlossen. Die untere öffnung 9' des im Steigrohr 6 verlaufenden Kanals 9 ist aus strömungstechnischen Vorteilen trichterförmig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist das obere Steigrohrende, auf dem das Zwischenstück 12 aufliegt, konvex ausgebildet und der flanschartige Kopf 28 verjüngt sich nach unten zu konisch. Aus diesem Grunde verläuft der Kanal 27 im Kopf 28 nicht radial, sondern schräg nach oben.

Bei der Ausführung des Steigrohres nach F i g. 2 besteht vorteilhafterweise das innere Rohr 22 aus einem Keramikfnsermaterial mit einer weitgehend geringen Benetzbarkeit gegenüber Metallschmelzen und hoher Gasdurchlässigkeit. Dagegen besteht das äußere Rohr 23 beispielsweise aus Tongraphit, Siliciumcarbid oder einem feuerfesten Gießbeton.

Die Funktionsweise der Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Rohr ist folgende: In den in bekannter Weise gasdicht verschlossenen Ofen 1 wird ein Luftdruck von z. B. 0,5 bar aufgebaut und konstant gehalten. Mit Hilfe dieses Luftdruckes wird die im Tiegel befindliche Metallschmelze durch das Steigrohr 6 nach oben in die Kokille 11 gedruckt. Dabei darf die Metallschmelze einen bestimmten niedrigsten Metallspiegel nicht unterschreiten. Die Luft ist dabei bestrebt in die gasdurchlässige Außenwand z. B. aus Tongraphit -.■mzudringen. Die Luft vermag aber nicht in den Steigrohrkanal zu gelangen und damii >n die darin befindliche Metallschmelze, weil der Luftdruck über den Luftspalt 26 des Steigrohres auf Atmosphärendruck abgebaut wird, wobei die Luft über den Kanal 27, 35 in die freie Atmosphäre entweichen kann. Damit werden auf das Eindringen von Luft in die im Steigrohr befindliche Metallschmelze zurückführbare Fehlgüsse

ausgeschlossen.

Wird der Luftdruck im Ofen 1 nach einem Gießvorgang abgebaut, kann in dem Luftspalt 26 der Steigrohrwandung ein Gasdruck z. B. mit Stickstoff aufgebaut werden, der über die Leitung 35 und (ten Kanal 27 zugeführt wird. Hierzu kann an die Leitung 35 ein nicht dargestelltes Umschaltventil angeschlossen sein, das in der einen Stellung die Leitung 35 zur Atmosphäre freigibt und in der anderen Stellung an eine Stickstoffdruckquelle anschließt.

Wird auf diese Weise in den Luftspalt 26 Stickstoff eingeführt, und zwar wie gesagt zu dem Zeitpunkt, wenn die Gießform gefüllt und der Druck im Ofen abgefallen ist, dringt Stickstoff durch das gasdurchlässige, vorteilhafterweise aus einem Keramikmaterial bestehende Innenrohr 7λ in den Kanal des Steigrohres ein und drückt die sich dort befindliche Metallschmelze nach unten aus dem Steigrohr heraus wodurch das Steigr---.hr von anhaftenden rvieiaiiresicü gereinigt wird. Gleichzeitig erfolgt bei weiterem Einströmen des Stickstoffes eine Durchspülung der Metallschmelze mit Stickstoff, der zum Austragen von Oxiden durch die Metallschmelze hindurch in den hierbei unter Atmosphärendruck stehenden Hohlraum über der Metallschmelze entweicht. Die Kerbe 30 am unteren Ende des Steigrohres 6 (Fig. 2) und/oder die trichterförmige Ausnehmung (F ^:g. 4) ermöglichen dabei einen weitgehend peregelten Austritt des Stickstoffes. Es ist klar, daß stall Stickstoff auch ein anderes Inertgas verwendet werder kann.

ErfindungsgemäOe Steigrohre sind auch für Metall Schmelzdosiervorrichtungen mk offenen Gießformer geeignet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Steigrohr zum Gießen von Metallen unter Gasdruck, insbesondere in Niederdruckgießvorrichtungen, bestehend aus einem mit seinem unteren Ende in eine Metallschmelze eintauchenden, aus mehreren konzentrischen Schalen bestehenden Rohr, dessen zwischen zwei Schalen liegende Mittelzone Ober wenigstens eine nach außen führende Bohrung entlüftet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelzone aus einem Luftspalt (26) besteht und die beiden den Luftspalt begrenzenden Schalen (22, 23; 32, 33) aus nicht metallischem, gasdurchlässigem oder infolge Benutzung gasdurchlässig werdendem, feuerfestem Material bestehen und wenigstens am unteren Ende des Steigrohrs (6) schmelzdicht miteinander verbunden sind.

2. Steigrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (6) aus lediglich zwei Schalen (22,23; 32,33) besteht.

3. Steigrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalen (32, 33) einen homogenen, einstückigen Rohrkörper bilden.

4. Steigrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere (23) der beiden Schalen (22, 23) von einem Außenrohr und die innere (22) von einem Innenrohr gebildet ist.

5. Steigrohr nach einem der Ansprüche 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere (22) der beiden den Luftspalt (26) begrenzenden Schalen (22, 23) eine größere Gasdurchlässigkeit besitzt als die äußere Schale.

6. Steigrohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dit innere Schale (22) eine geringe Benetzbarkeit gegenübe, der Metallschmelze besitzt

7. Steigrohr nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schale (22) von einem Keramikfasermaterial gebildet ist.

8. Steigrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der homogene, einstückige Rohrkörper aus Tongraphit, Siliciumcarbid oder einem feuerfesten Gießbeton besteht

9. Steigrohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die äußere Schale (23) aus Tongraphit, Siliciumcarbid oder feuerfestem Gießbeton besteht

10. Steigrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbohrung (27) an wenigstens eine Leitung (35) mit einer Umschaltvorrichtung anschließt, die in ihrer einen Stellung den Luftspalt entlüftet und in ihrer anderen Stellung den Luftspalt an eine Druckmittelquelle für ein Inertgas anschließt