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"Vorrichtung zum Einbringen von körnigen- Stoffen
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in eine metallische Schmelze" Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß
auf eine Vorrichtung zum Einbringen von körnigen Stoffen, insbesondere von Legierungsmitteln,
in eine metallische Schmelze, mit der die Stoffe chemisch und/oder physikalisch
reagieren, - mit
geneigter Einlaufrinne, Dralltopf mit Strahlaustritt
im Topfboden und Aufgabetrichter für die körnigen Stoffe, wobei die Einlaufrinne
tangential in den Dralltopf einmündet und der Aufgabetrichter oberhalb des Dralltopfes,
mit seinem Auslauf im wesentlichen konzentrisch zum Strahlaustritt, angeordnet ist.
- Die Einlaufrinne ist an einen geeigneten Schmelzofen, z. B. an einen Kupolofen,
angeschlossen. Unterhalb des Dralltopfes befindet sich die Pfanne, die die behandelte
Schmelze aufnimmt. In dem Merkmal, daß die körnigen Stoffe mit der Schmelze chemisch
und/oder physikalisch reagieren, kommt zum Ausdruck, daß die Stoffe in Lösung gehen,
und/oder mit Schmelzbestandteilen reagieren. Insbesondere handelt es sich bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung um eine solche, die zur Herstellung von sphärolitischem
Gußeisen dient, wobei als körnige Stoffe Ferrosilicium-Magnesium (eine intermetallische
Verbindung) beigegeben wird. Der Begriff körnig" umfaßt alle üblichen Körnungen
von feinkörnig bis grobkörnig.'Stoffe" meint Legierungsmittel und Behandlungsmittel.
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Bei den bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen (Gießerei-Taschenbuch,
S. 95) gelangt die aus dem Strahlaustritt im Topfboden austretende Schmelze im freien
Strahl in die Pfanne. Das ist nicht frei von Nachteilen. Zunächst muß dafür Sorge
getragen werden, daß die Drallkomponente, die der Schmelze im Dralltopf verliehen
wird und die der austretende Strahl mitführt,
nicht zu groß ist
(keine zu große Winkelgeschwindigkeit). Tatsächlich macht eine zu große Drallkomponente
die bekannte Vorrichtung zu einer Dralldüse mit einem Zentrifugaleffekt, der häufig
dazu führt, daß der austretende Strahl zerflattert.
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Außerdem kann die Drallkomponente Sedimentationskräfte auf die in
dem Strahl mitgeführten körnigen Stoffe ausüben, was zu Entmischungen oder zumindest
dazu führen kann, daß die Stoffe sich im Strahl nicht in gleichmäßiger Verteilung
befinden.
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Sind sie leichter als die Schmelze, so sammeln sie sich im Zentrum
des Strahls an. Sind sie schwerer, so treten sie nach außen. Jedenfalls besteht
die Gefahr, daß die chemische und/oder physikalische Reaktion zwischen den körnigen
Stoffen und der Schmelze nicht abgeschlossen ist, wenn der Strahl in die Pfanne
und in das schon in der Pfanne befindliche Bad gelangt. Weitere Störungen können
dann auftreten. Insbesondere kann ein Teil der körnigen Stoffe im Rahmen der bekannten
Maßnahmen als Dampf frei werden, so daß eine vorgegebene Dosierung nicht gewährleistet
werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so weiterauszubilden, daß der Strahl nicht mehr zerflattern kann und daß die chemische
und/odar physikalische Reaktion vollkommen abgeschlossen ist, wenn der Strahl in
die Pfanne bzw. in ein in der Pfanne bereits befindliches Bad eintritt, so daß im
Ergebnis eine Schmelze zum Vergießen kommt, in der sehr homogene Verhältnisse in
bezug auf die Verteilung der Stoffe in der zu vergießenden Schmelze herrschen. Darüber
hinaus soll sichergestellt werden, daß die Einführung der Stoffe mit genauer Dosierung
und ohne unkontrollierte Verdampfungsverluste
erfolgen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß unterhalb des Topfbodens
an den Strahlaustritt ein Mischrohr angeschlossen ist, dessen Länge auf die Reaktionszeit
abgestimmt ist. Abgestimmt auf die Reaktionszeit bedeutet im Rahmen der Erfindung,
daß das Mischrohr so lang ausgeführt ist, daß die physikalische und/oder chemische
Reaktion zwischen der Schmelze und dem eingeführten Stoff im Strahl bereits abgeschlossen
ist, so daß die eingangs beschriebenen Nachteile insoweit ohne weiteres vermieden
werden. Dazu kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Anordnung im ganzen
so getroffen werden, daß der Strahl eine sehr starke Drallkomponente mitführt. Tatsächlich
führt die Wechselwirkung des Strahls mit dem Mischrohr dazu, daß in dem Mischrohr
noch eine Durchmischung des Strahls stattfindet, was die angestrebte Homogenisierung
fördert. Die Durchmischung und die Homogenisierung sind um so intensiver, je stärker
die Drallkomponente ist. Obwohl die Länge des Mischrohres auf die Reaktionszeit
abgestimmt ist, kann mit verhältnismäßig kurzen Mischrohren gearbeitet werden. Das
gilt insbesondere dann, wenn nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung das
Mischrohr turbulenzerzeugende Mischausbildungen in Form von Wandaussparungen oder
Wandvorsprüngen aufweist. Ein besonders intensiver Mischeffekt wird im Rahmen der
Erfindung dann erreicht, wenn die turbulenzerzeugenden Mischausbildungen ihrerseits
drallerzeugende Wandaussparungen oder Wandvorsprünge aufweisen, deren Drallrichtung
jedoch mit der im Drallkopf erzeugten und der austretenden Schmelze aufgedrückten
Drallkomponente nicht übereinstimmt, sondern ihr vielmehr entgegengesetzt
ist.
Dann erfolgt gleichsam eine Gegenstromdurchmischung mit intensivem Mischeffekt und
intensiver Homogenisierung in bezug auf die Verteilung der körnigen Stoffe im Strahl.
Diese Homogenisierung führt dann auch dazu, daß der Strahl mit sehr homoaener Verteilung
der beigegebenen Stoffe in die Pfanne eintritt. Nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß der Durchmesser des Strahlaustrittes
im Topfboden mit dem Durchmesser des Mischrohres übereinstinmt.
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Er nimmt zweckmäßigerweise nach unten hin zu, was die angestrebten
Effekte nochmals verbessert. Im Rahmen der Erfindung liegt es, auf das Mischrohr
eine äußere Beheizungseinrichtung auf zu setzen, wenn es sich um die Beigabe von
körnigen Stoffen handelt, die mit der Schmelze endotherm reagieren. - Es versteht
sich von selbst, daß bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Dralltopf und das
Mischrohr regelmäßig Gehäuse oder Mantel aus Stahl oder anderen geeigneten Werkstoffen
aufweisen, die mit einer im Gießereiwesen üblichen feuerfesten Auskleidung versehen
sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Vertikalschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich
vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1,
Fig.
3 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 2 bei entferntem Aufgabetrichter,
Fig. 4 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2.
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Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Einbringen von
körnigen Stoffen, insbesondere von Legierungsmitteln, in eine metallische Schmelze,
mit der die Stoffe chemisch und/oder physikalisch reagieren. Die Vorrichtung besteht
in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer geneigten Einlaufrinne 1, einem Dralltopf
2 mit Strahlaustritt 3 im Topfboden 4 und Aufgabetrichter 5 für die körnigen Stoffe.
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Ein Schmelzofen 6, z. B. in Form eines Kupolofens, ist vorgeschaltet.
Eine übliche Gießpfanne 7 ist nachgeschaltet.
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Insbesondere aus der Fig. 3 entnimmt man, daß die Einlaufrinne 1 tangential
in den Dralltopf 2 einmündet. Fig. 1 macht deutlich, daß der Aufgabetrichter 5 oberhalb
des Dralltopfes 2, mit seinem Auslauf 8 im wesentlichen konzentrisch zum Strahlaustritt
3, angeordnet ist.
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Unterhalb des Topfbodens 4 ist an den Strahlaustritt 3 ein Mischrohr
9 angeschlossen, dessen Länge auf die
Reaktionszeit abgestimmt
ist. Das meint, daß die chemische und/oder physikalische Reaktion des eingeführten
Stoffes mit der Schmelze im Mischrohr 9 praktisch abgeschlossen wird, - was Verdampfungsverluste
vermeidet.
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Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung
stimmt der Durchmesser des Mischrohres 9 mit dem des Strahlaustrittes 3 überein.
Der Querschnitt des Mischrohres 9 könnte nach unten hin zunehmen, was nicht gezeichnet
ist. Die Querschnitte von Strahlaustritt 3 und Mischrohr 9 sind selbstverständlich
rund. Das Mischrohr 9 besitzt jedoch im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung turbulenzerzeugende Mischausbildungen in Form von
Wandvorsprüngen 10 und/oder Wandausnehmungen 11. Dazu wird insbesondere auf die
Fig. 2 verwiesen. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 bis 4 entnimmt
man, daß die Mischausbildungen 10, 11 im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung ihrerseits als drallerzeugende Wandvorsprünge 10 und/oder
Wandausnehmungen 11 ausgeführt sind. Sie verlaufen mehr oder weniger schraubenwendelförmig.
Die Drallrichtung dieser Wandvorsprünge 10 oder Wandausnehmungen 11, anders ausgedrückt
die Orientierung dieser Bauteile 10, 11 ist so gewählt, daß ein Drall entsteht,
dessen Richtung dem im Dralltopf 2 erzeugten entgegengesetzt ist. In Fig. 3 ist
durch kreisförmige Pfeile die im Dralltopf 2 erzeugte Drallrichtung angedeutet worden.
Diese ist auch in Fig. 4 im Zentrum des Strahls erkennbar. Strichpunktiert ist gleichsam
in der Außenschicht des Strahls der Fig. 4 angedeutet worden, wie die entaegengesetzte
Drallrichtung aussieht. Diese einander entgegengesetzten
Drallrichtungen
führen zu einem intensiven Misch- und Homogenisierungseffekt. - Nur angedeutet ist
in Fig. 1, daß auf das t-lischrohr eine Beheizungseinrichtung 12 aufgesetzt sein
kann.
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In allen Figuren erkennt man, daß die Bauteile der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein Gehäuse oder einen Mantel 13 aufweisen, der aus Stahl oder einem
anderen geeigneten Werkstoff besteht, während im übrigen feuerfeste Auskleidungen
14 verwirklicht sind, wie sie in der Gießerei technik üblich sind.
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L e e r s e i t e