EP0193948B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Warmhalten von flüssigen Metallschmelzen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Warmhalten von flüssigen Metallschmelzen Download PDF

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EP0193948B1 EP86102919A EP86102919A EP0193948B1 EP 0193948 B1 EP0193948 B1 EP 0193948B1 EP 86102919 A EP86102919 A EP 86102919A EP 86102919 A EP86102919 A EP 86102919A EP 0193948 B1 EP0193948 B1 EP 0193948B1
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    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • C22C33/10—Making cast-iron alloys including procedures for adding magnesium

Definitions

  • DE-OS 1 433 402 a pressure pan with filler and pouring spout is described in which for the production of cast iron with nodular graphite the opening of the filler neck and the opening of the pouring spout of the pressure pan during the time the pressure gas is applied to the surface of the magnesium to be mixed liquid cast iron are sealed pressure-tight by means of end caps.
  • the pressure-tight sealability of the furnace chamber cover or the sealing cover is achieved by means of a sealing strip.
  • the cover of the furnace chamber has a sealing strip on its sealing surfaces which bear against the furnace chamber and the closure cover on its sealing surfaces which bear against the walls of the common pouring and pouring siphon, which engages in sealing joints provided on the boundary walls of the furnace chamber or on the siphon walls.
  • the sealing strip preferably has a T-shaped cross-sectional profile.
  • the furnace chamber has at least one pressure relief valve arranged on the cover, which is electrically controlled by the closing device of the cover and / or the closure cover, the device for keeping liquid metal melts warm can be operated extremely safely. It can e.g. B. be provided that the lid is blocked until the pressure in the furnace chamber is relaxed to normal atmosphere (see also sub-claims 9 and 10).
  • the sealing surfaces 4b on the front area of the furnace chamber 3 has a T-shaped sealing strip 7 which engages in a sealing joint 8.
  • the frontal areas of the furnace chamber 3 and the cover 4 and the structural design of the sealing strips 7 and the sealing joints 8 is chosen so that after the furnace chamber 3 is closed by the cover 4 by means of a refractory mass (e.g. corundum), it is additionally covered can be used to increase the tightness of the furnace chamber.
  • the lid 4 is clamped to the furnace chamber 3 in a pressure-tight manner via a closing device 11 by means of a wedged tie rod 10.
  • the structural design of the seal of the pivotable closure cap 6 of the common pouring and pouring siphon 2 can be designed completely analogously to the pressure-tight seal of the furnace chamber 3. However, for reasons of simplification, this has been omitted in the drawing.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bevorratung und/oder Erhöhung bzw. Erhaltung des Temperaturniveaus von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere zum Warmhalten von mit Magnesium, insbesondere Reinmagnesium behandelten Sphärogußeisenschmelzen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Ofenvorrichtung handeln, die die grundlegenden Konstruktionsmerkmale eines bekannten Rinneninduktionswarmhalteofens aufweist.
  • In Gießereibetrieben und in der Metallurgie im allgemeinen besteht oftmals das Bedürfnis, gröBere Mengen an schmelzflüssigem Metall zu erwärmen oder bereits erschmolzene Metallmengen über längere Zeitspannen warmzuhalten, da diese nach Ihrer Erschmelzung nicht sofort dem weiteren Verarbeitungsprozeß zugeführt werden. Zur Erwärmung oder zum Warmhalten von Gußeisenschmelzen stehen verschiedene Ausführungsvarianten von bekannten Schmelz- bzw. Warmhafteöfen zur Verfügung. Beispielhaft seien hier Induktionsrinnenöfen oder Induktionstiegelöfen genannt.
  • Zum Warmhaften von flüssigen Metallschmelzen, die zuvor mit besonderen Zusätzen behandelt worden sind, können diese handelsüblichen Schmelz- bzw. Warmhafteöfen allerdings nicht Einsatz finden. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die zugesetzten Stoffe während des Warmhaltens aus der Schmelze entweichen, was ein sogenanntes Abklingen der Schmelze zur Folge hat. Beispielhaft sei hier das Gußeisen mit Kugelgraphit genannt, das heutzutage in zunehmendem Maße mit Magnesium, insbesondere Reinmagnesium als Zusatz hergestellt wird. Das Reinmagnesiumbehandlungsverfahren zur Herstellung von Sphärogußeisenschmeizen gewinnt immer größere Bedeutung, nachdem es durch das Tauchbirneverfahren (DE-PS 2 208 960) gelungen ist, das Reinmagnesium der Ausgangseisenschmelze treffsicher und äußerst kostengünstig zuzusetzen. Hierbei besteht jedoch nach dem bisherigen Stand der Technik das zwingende Erfordernis, nach einer Magnesiumbehandlung die flüssige Metallschmelze sofort abzugießen, um den obengenannten Abklingeffekt zu verhindern. Dies widerspricht jedoch vielfach den Grundsätzen eines ökonomischen Verfahrenslaufes in Gießereibetrieben, da es äußerst wünschenswert wäre, nach einer einmal durchgeführten Tauchbehandlung die Metallschmelze über längere Zeiträume bevorraten bzw. warmhalten zu können, um behandelte Metallschmelzen mit gleichen Eigenschaften im jeweiligen Bedarfsfalle zur Verfügung zu haben.
  • Der in der Zeitschrift Gießereipraxis Nr. 21/1983, Seiten 320 bis 334, erschienene Aufsatz "Langzeit-Warmhatten von Magnesium behandelten Gußeisenschmeizen" von R. Schlüsselberger et al. beschreibt eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Warmhalten von mit Reinmagnesium behandelten Gußeisenschmelzen. Hierbei wird die Ofenkammer mit einem Inertgas beaufschlagt, was jedoch aufgrund von Leckagen ständig ergänzt werden muß.
  • In der DE-OS 1 433 402 ist eine Druckpfanne mit Einfüll- und Abgießstutzen beschrieben, bei der zum Herstellen von Gußeisen mit Kugelgraphit die Öffnung des Einfüllstutzens sowie die Öffnung des Abgießstutzens der Druckpfanne während der Zeit der Beaufschlagung des Druckgases auf die Oberfläche des mit Magnesium zu vermischenden flüssigen Gußeisens mittels Abschlußkappen druckdicht verschlossen sind.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit möglichst einfachen und sicheren Mitteln auch für das Bedienungspersonal von mit Reinmagnesium behandelte Gußeisenschmefzen bevorratet und warmgehalten werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung können mit Reinmagnesium behandelte Gußeisenschmelzen auf der gewünschten Vergießtemperatur nahezu unbegrenzt warmgehalten werden. Ein Abfall des Magnesiumgehaltes bzw. Abklingen der Sphärogußeisenschmelze ist weitgehend gebremst. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, auch größere Mengen der Ausgangseisenschmelze mit den jeweiligen Zusätzen in einem Arbeitsprozeß und somit kostenoptimiert zu behandeln, danach in der erfindungsgemäßen Vorrichtung warmzuhalten und die für den jeweiligen Bedarfsfall erforderliche Menge der Vorrichtung bzw. dem Warmhalteofen zum Abgießen zu entnehmen. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dabei in vorteilhafter Weise so konzipiert, daß nahezu alle bekannten Warmhaltevorrichtungen wie z. B. Induktionsrinnenöfen mit einem äußerst geringen Aufwand entsprechend umgerüstet werden können.
  • Die druckdichte Verschließbarkeit des Ofenkammerdeckeis bzw. des Verschlußdeckels erfolgt mittels einer Dichtleiste. Hierbei weist der Deckel der Ofenkammer an seinen an der Ofenkammer anliegenden bzw. der Verschlußdeckel an seinen an den Wandungen des gemeinsamen Ein- und Ausgußsiphons anliegenden Dichtflächen eine Dichtleiste auf, die in an den Begrenzungswänden der Ofenkammer bzw. an den Siphonwandungen vorgesehene Dichtfugen eingreift. Die Dichtleiste hat bevorzugt ein T-förmig gestaltetes Querschnittsprofil.
  • Durch das erfindungsgemäße Merkmal, daß die Ofenkammer zumindest ein am Deckel angeordnetes Überdruckventil aufweist, welches von der Verschließeinrichtung des Deckels und/oder des Verschlußdeckels elektrisch gesteuert ist, ist die Vorrichtung zum Warmhalten von flüssigen Metallschmelzen äußerst sicher zu betreiben. Es kann z. B. vorgesehen werden, daß der Deckel solange blockiert ist, bis der Druck in der Ofenkammer auf Normalatmosphäre entspannt ist (siehe hierzu auch die Unteransprüche 9 und 10).
  • Durch diese Maßnahmen kann eine mit Reinmagnesium behandelte Gußeisenschmelze im erfindungsgemäßen Warmhalteofen mit einfachen und sicheren Mitteln, auch für das Bedienungsperson, bevorratet und warmgehalten werden. Besonders hingewiesen sei allerdings darauf, daß das Überdruckventil der Ofenkammer über bekannte elektrische Steuersysteme, den Deckel solange blockiert, bis der Druck in der Ofenkammer auf Normalatmosphärendruck entspannt ist. Umgekehrt wird auch das unter Druck stehendes Medium über die Zufuhröffnung der Ofenkammer erst dann zugeführt, - was wiederum über bekannte elektrische Steuersysteme bewerkstelligt werden kann - bis eine sichere druckfeste Abdichtung der Ofenkammer gewährleistet ist. Je nach Anwendungsfall ist es selbstverständlich auch möglich, ein zweites Überdruckventil vorzusehen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Es sei ebenfalls noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung als kippbarer elektrischer Induktionsofen ausgeführt ist, wobei der Induktor am unteren Ofenkammerabschnitt, und zwar soweit wie möglich senkrecht unter der Ofenkammer, angeordnet ist. Diese untere senkrechte Anordnung ist insbesondere zur Verminderung unerwünschter Schlackensuspensionsansätze von Vorteil.
  • Hierbei wird bevorzugt ein unter Druck stehendes Inertgas eingesetzt, wobei sich Stickstoff oder Argon besonders bewährt haben. Je nach den Ausgangswerten (z. B. Magnesiumgehalt) der warmzuhaltenden Metallschmelze wird das Inertgas mit einem Überdruck von 1 bis 6 bar dem Ofeninneren zugeführt. Die Druckbeaufschlagung der Ofenkammer wird dabei bei mit Reinmagnesium behandelten Sphärogußeisenschmelzen so einreguliert, daß der Abbau des Magnesiums der Schmelze annähernd gegen null geht.
  • Aufbau und Funktionseigenschaften der Erfindung, ihre Vorteile und Wirkungsweise werden nun anhand der schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben. In der Zeichnung sind nur die zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente der erfindungsgemäßen Warmhattevorrichtung dargestellt. Die Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Allgemein mit 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Warmhalten einer mit Reinmagnesium behandelten Spärogußelsenschmelze bezeichnet. Diese Vorrichtung weist eine Ofenkammer 3 auf, die mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist, die als gemeinsames Ein-und AusguBsiphon 2 ausgebildet ist. Es ist allerdings ebenfalls möglich, z. B. am unteren Bereich der Ofenkammer 3 einen besonderen Auslaß vorzusehen. Die Vorrichtung 1 ist auf Fundamenten 23 und einer Ofenstütze 24 angeordnet und mittels eines Schwenkzylinders 19 um einen Drehpunkt 20 schwenkbar. Der Schwenkzylinder 19 ist an einem unteren Stützlager 25 und einem oberen Stützlager 26 angelenkt. Die Ofenkammer 3 ist oben durch einen Deckel 4 druckdicht verschließbar. Die Dichtflächen 4b an dem stirnseitigen Bereich der Ofenkammer 3 weist eine T-förmig gestaltete Dichtleiste 7 auf, die in eine Dichtfuge 8 eingreift. Die stirnseitigen Bereiche der Ofenkammer 3 und des Deckels 4 sowie die konstruktive Auslegung der Dichtleisten 7 und der Dichtfugen 8 ist dabei so gewählt, daß nach Verschließen der Ofenkammer 3 durch den Deckel 4 mittels einer feuerfesten Masse (z. B. Korund) noch zusätzlich bedeckt werden kann, um die Dichtigkeit der Ofenkammer zu erhöhen. Der Deckel 4 wird mit der Ofenkammer 3 über eine Verschließeinrichtung 11 mittels verkeilter Zuganker 10 druckdicht verspannt. Die konstruktive Gestaltung der Abdichtung des schwenkbaren Verschlußdeckels 6 des gemeinsamen Ein- und Ausgußsiphons 2 kann vollkommen analog gestaltet sein wie die druckfeste Abdichtung der Ofenkammer 3. Aus Vereinfachungsgründen ist hierauf jedoch in der zeichnerichen Darstellung verzichtet worden.
  • Sowohl die Ofenkammer 3 als auch das gemeinsame Ein- und AusguBsiphon 2 sind ebenso wie der Deckel 4 und der Verschlußdeckel 6 innenseitig mit einer feuerfesten Masse 12 ausgekleidet. Diese feuerfeste Masse ist an den oberen Bereichen der Ofenkammer 3 und an den unteren Bereichen des Deckels 4 derart gestaltet, daß die Dichtflächen des Deckels 4 vollständig zum Ofeninneren 13 hin abgeschirmt sind.
  • An dem Deckel 4 der Ofenkammer 3 ist zum einen die Zufuhröffnung 5 zur Zuführung des unter Druck stehenden Mediums, z. B. Argon, und zum anderen das Überdruckventil 22 der Ofenkammer 3 angeordnet. Im einzelnen nicht näher dargestellt sind die elektrischen Verbindungen zwischen der Inertgaszuführung 5, der Verschließeinrichtung 11 sowie des Überdruckventils 15 zur bereits beschriebenen steuer- bzw. schaltungstechnischen Verknüpfung dieser Elemente. Nahezu senkrecht unter der Ofenkammer ist der Induktor 16 zur Beheizung der Ofenkammer 3. Der Induktor 16 weist eine Energieversorgung 27 auf und ist ofenkammerseitig von einem Kühlflansch 18 umgeben. Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist hierbei auch, daß der Induktor 16 über einen besonderen mit dem Ofeninneren 13 in Verbindung stehenden Induktionskanal 28 verfügt. Dies wirkt sich neben der erfindungsgemä-Ben Anordnung des Induktors 16 positiv auf die beschriebene Ausscheidung von Schlackensuspensionen aus. Der Induktor 16 ist so zu gestalten, daß er auf einfache Weise an der Ofenkammer angeflanscht oder anders geeignet befestigt werden kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Warmhalten von mit Reinmagnesium behandelten Gußeisenschmelzen, mit einer einen Einlaß (2) und einen Auslaß (2) aufweisenden, feuerfest ausgekleideten Ofenkammer (13), die von einem Deckel (4) druckdicht verschlossen ist, dessen der Ofenkammer (13) zugewandte Seite mit einer feuerfesten Masse (12) verkleidet ist und die Ofenkammer (13) mit einem Inertgas druckbeaufschlagt ist und mit einem Induktor (16), der am unteren, dem Deckel (4) abgewandten, Ofenkammerabschnitt annähernd senkrecht am Ofenkammerboden angeordnet ist und die Gesamtvorrichtung kippbar aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (2) und der Auslaß (2) über einen Verschlußdeckel (6) druckdicht verschließbar ist und der Deckel (4) der Ofenkammer (3) an seinen an der Ofenkammer (3) anliegenden bzw. der Verschlußdeckel (6) an seinen an den Wandungen des Einlaßes (2) bzw. des Auslaßes (2) anliegenden Dichtflächen (2b, 4b) eine oder mehrere Dichtleisten (7) aufweist, die in entsprechend ausgebildete, gegenüberliegende Dichtfugen (8) eingreifen, und der Deckel (4) bzw. der Verschlußdeckel (6) mittels einer Verschließeinrichtung (11) an der Ofenkammer (3) bzw. der Ein-oder Auslaßwandung (2a) befestigt ist, und die Ofenkammer (3) zumindest ein am Deckel (4) angeordnetes Überdruckventil (22) aufweist, welches von der Verschließeinrichtung (11) des Deckels (4) und/oder des Verschlußdeckels (6) elektrisch steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (7) T-förmig gestaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Zustand des Deckels (4) bzw. des Verschlußdeckels (6) die Dichtflächen (2b, 4b) (Dichtfuge B/Dichtleiste 7) mit einer feuerfesten Masse, insbesondere Korund, abgedeckt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (6) des Ein- und Ausgußsiphons (2) schwenkbar an dessen Wandung befestigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Einlaß und den Auslaß bildende Siphon (2) und die Ofenkammer (3) zweistückig ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (6) innenseitig mit einer feuerfesten Masse (12) verkleidet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Auskleidung (12) des Deckels (4) eine derartige Gestalt aufweist, daß sie die Dichtflächen (4b) des Deckels (4) zum Innenraum (13) der Ofenkammer (3) abschirmt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas über eine oder mehrere im Deckel (4) vorgesehene Zuführöffnungen (5) der Ofenkammer (3) zuführbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung (11) des Deckels (4) und/oder des Verschlußdeckels (6) mit dem Überdruckventil (22) elektrisch derart in Wirkverbindung stehen, daß bei Öffnen der Verschließeinrichtung (11) das Überdruckventil (22) im Öffnungssinn betätigt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung (15) der Zuführöffnungen (5) des Inertgases elektrisch derart mit der Verschließeinrichtung (11) des Deckels (4) bzw. des VerschluBdeckels (6) in Wirkverbindung stehen, daß mit Schließen der Verschließeinrichtung (11) die Ofenkammer (3) mit dem Inertgas beaufschlagt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (16) ofenkammerseitig von einem Kühlflansch (18) umgeben ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließdeckel (6) mittels eines Zylinders (21) schwenkbar ist.
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