DE2501603B2

DE2501603B2 - Einrichtung zur vakuumbehandlung fluessiger metalle

Info

Publication number: DE2501603B2
Application number: DE19752501603
Authority: DE
Inventors: Leonid P Pohschuk Vitalij P Pogorskij Viktor K Kiew Puschailo (Sowjetunion)
Original assignee: Institut problem htja Akademn Nauk Ukrainskoj SSR, Kiew (Sowjetunion)
Priority date: 1975-01-16
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1977-08-25
Also published as: DE2501603C3; DE2501603A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle, enthaltend eine Vakuumkammer mit einer unter ihr angeordneten elektromagnetischen Pumpe sowie eine Zufuhr- und eine Abflußleitung für das flüssige Metall.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle, in der für die Metallzufuhr aus einem Behälter in die Vakuumkammer eine elektromagnetische Pumpe verwendet wird, die in der Metallzufuhrleitung angeordnet ist.

Beim Betrieb dieser Einrichtung treten Wärmeverluste im flüssigen Metall auf, da die elektromagnetischen Linearpumpen den Ausgleich der Wärmeverluste nicht ermöglichen, so daß eine bedeutende zusätzliche Erwärmung des Metalls vor der Vakuumbehandlung erforderlich ist.

Aus der DT-AS 12 68 790 ist ein Verfahren zum fortlaufenden Entgasen von Metallschmelzen, wobei die Schmelze während der nach dem Siphonprinzip erfolgten Überführung aus einem Flüssigkeitsmetallbehälter in ein Metallbad einem Vakuum ausgesetzt wird, bekannt, bei dem zur Steuerung der Gießgeschwindigkeit während des unmittelbaren Abgießens der entgasten Schmelze in eine Stranggießkokille der Pincheffekt einer elektrischen Beheizung der Schmelze während der Entgasung herangezogen wird.
Beim Entgasen von Metallen mit niedriger Wichte

ίο nach den bekannten Verfahren stellt die Höhe der metallstatischen Drucksäule, welche die Differenz zwischen dem Preßdruck in der Vakuumkammer und dem atmosphärischem Druck über der Metalloberfläche im Behälter ausgleicht, eine bedeutende Größe dar, sie beträgt z.B. für Aluminium 4,3 m, weshalb großdimensionierte Einrichtungen konstruiert werden müssen, deren hermetische Abdichtung und Erwärmung zusätzliche erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Ferner wird das entgaste Metall bei Luftanwesenheit vergossen, was wiederum zur Gassättigung führt und eine Quaii:ätssenkung der gegossenen Blöcke verursacht.

Bekannt ist ferner eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle, die zwei elektromagnetische Pumpen enthält, von denen eine in der Zufuhrleitung und die andere in der Abflußleitung für das Metall angeordnet ist. Solche Pumpen gewährleisten den Umlauf des Metalls durch die Vakuumkammer und eine Kompensation der rnetallstatischen Drucksäule, welche die Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck über der Metalloberfläche im Behälter und dem Restdruck in der Vakuumkammer ausgleicht. Diese Pumpen bieten auch die Möglichkeit, die Ausmaße der Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle zu verkleinern.

Die Verwendung von zwei elektromagnetischen Pumpen kompliziert jedoch die Konstruktion der Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle und setzt ihre Zuverlässigkeit im Betrieb herab. In diesem Falle ist auch eine Kompensation der Wärmeverluste des Metalls beim Entgasen unmöglich, da die Wärmeleistung elektromagnetischer Linearpumpen gering ist, so daß auch hier eine zusätzliche Heizvorrichtung notwendig wäre.
Im Zusammenhang mit der i.nmer ansteigenden benötigten Menge von erschmolzenem Metall und der an die Qualität gestellten hohen Anforderungen entstand die Notwendigkeit, eine Einrichtung zu schaffen, die über eine hohe Leistungsfähigkeit verfügt und einen hohen Grad der Metallentgasung gewährleistet.

Einrichtungen, die allen genannten Anforderungen gleichzeitig genügen, sind jedoch nicht bekannt. Die steigende Tendenz der Entwicklung von technologischen Prozessen zur kontinuierlichen Herstellung von Gußblöcken und Gußstücken verlangt jedoch die Anwendung von Einrichtungen, welche eine komplexe Bearbeitung von Metall ermöglichen, z.B. das Vakuumbehandeln von Metall bei gleichzeitigem Vergießen des flüssigen Metalls in Gießformen ohne Kontakt des entgasten Metalls mit der Außeniuf t.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle anzugeben, die die dargestellten Schwierigkeiten vermeiden hilft und die es gestattet, mit geringen Wärmeverlusten zu arbeiten und eine hohe Qualität des behandelten Metalls zu erzielen ermöglicht.

Diese Aufgabe wurde durch eine Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle, enthaltend eine

25 Ol 603

Vakuumkammer mit einer unter ihr angeordneten elektromagnetischen Pumpe sowie einer Zufuhr- und einer Abflußleitung für das flüssige Metall, dadurch erreicht, daß die Pumpe als eine Doppelkreislaufpumpe mit einem zentralen Abfluß ausgebildet ist, an den eine Abflußleitung angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle, ausgerüstet mit einer als Doppelkreislaufpumpe ausgebildeten elektromagnetischen Pumpe, gewährleistet einen höheren Grad der Metallentgasung. Die Intensivierung des Entgasungsprozesses des Metallflusses erfolgt durch die intensivere Durchwirbelung in der Vakuumkammer und durch die Einwirkung elekfrornagnetischer Kräfte auf das Metall, welche in ihm Vibrationsschwingungen erzeugen, die das Metall während seiner Behandlung erwärmen.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Zufuhrleitung an einen Seitenabschnitt der Doppelkreislaufpumpe angeschlossen ist.

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 erhöht bei entsprechender Senkung des Energieaufwandes für den Vakuumbehandlungsprozeß. Eine andere vorzugsweise Ausführung der Erfindung besteht darin, daß in die Zufuhrleitung eine Büchse mit einer kalibrierten öffnung eingebaut ist.

Das ermöglicht, eine vorgegebene Menge des flüssigen Metalls der Vakuumkammer zuzuführen.

Es ist vorteilhaft, die Zufuhrleitung koaxial im zentralen Bereich der Doppelkreislaufpumpe und der Ab" ißleitung anzuordnen und an ihrem oberen Ende Austrittsöffnungen vorzusehen und sie über Befestigungsmittel zentral in der Vakuumkammer zu befestigen.

Durch diese Maßnahmen können die Wärmeverluste des Metalls bei seinem Durchgang durch die Zufuhrleitung reduziert und die gesamte Einrichtung kompakter ausgeführt werden.

Eine weitere vorzugsweise Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Metallzufuhrleitung über einen an den Befestigungsmitteln angreifenden Antrieb höhenverstellbar ist. Dies ermöglicht eine Regulierung der der Vakuumkammer zugeführten Metallmenge, der Intensität der Entgasung und der Zufuhr in die Gießformen, je nach der Stellung der öffnung der Metallzufuhrleitung im Behälter, so daß ausschließlich Metall aus dem Behälter in die Vakuumkammer gelangen kann oder in der Abflußleitung, so daß eine Mischung von Metall aus dem Behälter und von schon entgastem in der Abflußleitung sich befindendem Metall in die Zufuhrleitung gelangen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß die Abflußleitung über eine Leitung an den Einguß einer Gießform angeschlossen ist.

Dadurch wird das in die Gießformen zugeführte entgaste Metall nicht der Gefahr einer erneuten Gassättigung ausgesetzt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß über einen Antrieb zwischen dem Eingang der Leitung und der Abflußleitung ein regelbarer Spalt vorgesehen ist, aus dem gegebenenfalls Teilmengen des entgasten Metalls austreten können, so daß die in die Gießform zugeführte Metallmenge regulierbar ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, in der Eingangsöffnung der Zufuhrleitung einen Filter vorzusehen.

Dieser Filter dient dazu, daß keine größeren Gußhäute und feste nichtmetallische Beimengungen in die Vakuumkammer gelangen können.

Auch ist es vorteilhaft, die Abflußleitung durch den Behälter zu führen, wodurch eine zusätzliche Erwärmung des ausfließenden Metalls durch das Schmelzbad ίο erzielt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung, bei der die Zufuhrleitung für das Metall an einen Seitenabschnitt der Doppelkreislaufpumpe angeschlossen ist, im Schnitt entlang der Längsachse,

F i g. 2 einen Schnitt nach H-U der F i g. 1,

Fig.3 eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung, bei der die Zufuhrleitung für das Metall in der Abflußleitung angeordnet ist und an ihrem oberen Ende gehalten wird, im Schnitt entlang der Längsachse,

F i g. 4 einen Schnitt nach IV-IV der F i g. 3,

Fig.5 ein Schema der Erzeugung elektromagnetischer K räfte im flüssigen Metall, wobei

/ den elektrischen Strom,

B das Magnetfeld und

F die elektromagnetischen Kräfte

bezeichnen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird anhand von zwei Bauarten beschrieben, wobei die eine Bauart in F i g. 1 und 2 die zweite in F i g. 3 und 4 dargestellt ist.
Die erste Einrichtung weist eine Vakuumkammer 1 (Fig. 1, 2, 3, 4 und 5) auf, verbunden mit einer elektromagnetischen Doppelkreislaufpumpe 2, (F i g. 1 und 2), welche zwei Induktoren 3 und 4 (F i g. 1) enthält, mit geschlossenen Magnetleitern 3' und 4' und zwei Spulen 5 und 6 einer elektrischen Speisequelle, welche zum Erzeugen des elektrischen Stroms / (Fig.5) im Metall zum Entgasen dienen, sowie einen Induktor 7 (F i g. 2) mit geöffnetem Magnetleiter T und Spulen 8 der elektrischen Speisequelle, bestimmt zum Erzeigen eines Magnetfeldes B (F i g. 5) in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g. 1 und 2) der elektromagnetischen Doppelkreislaufpumpe 2. Die Vakuumkammer 1 ist mit einer Vakuumpumpe (in der Zeichnung nicht dargestellt) durch einen Rohrstutzen 11 (Fig. 1) verbunden. Die Zufuhrleitung 12 für das Metall ist an einen Seitenabschnitt der Doppelkreislaufpumpe 2 angeschlossen und dient zum Zuführen des flüssigen Metalls 13 aus einem Behälter 14 in die Doppelkreislaufpumpe 2.

Die Metallabflußleitung 15 ist mit dem Zentralabschnitt der Doppelkreislaufpumpe 2 verbunden und dient zur Zufuhr des vakuumbehandelten Metalls zurück in den Behälter 14 bzw. zum Metalltransport in die Gießform 17, wenn die Leitung 15 mit der Metallgießleitung 16 durch eine Stoßverbindung geschlossen ist. Die Zuführleitung 12 ist mit einer Büchse 18 mit kalibrierter öffnung 19 versehen. Die Metallgießleitung 16 ist mit einem Antrieb 20 ausgerüstet, welcher für eine zügige Stoßverbindung der Metallgießleitung 16 mit der Metailabflußleitung 15 bestimmt ist.

Zur Durchführung der Vakuumbehandlung des flüssigen Metalls wird die erfindungsgemäße Einrichtung auf dem Behälter 14 derart angeordnet, daß die Metallzufuhrleitung 12 und die Metallabflußleitung 15

25 Ol

im flüssigen Metall eingetaucht bleiben. Die Trennung der Metallabflußleitung 15 von der Metallgießleitung 16 erfolgt mit Hilfe des Antriebs 20.

Der Unterdruck in der Vakuumkammer 1 wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe (in der Zeichnung nicht s angegeben) erzeugt, welche durch den Rohrstutzen U mit der Vakuumkammer 1 verbunden 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 Zufuhrleitung 12 und die Abflußleitung 1:5 in die Doppelkreislaufpumpe 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 6 der elektrischen Speisequelle Spannung angelegt. Dabei wird im Ring aus dem flüssigen Metall ein elektrischer Strom / (F i g. 5) induziert. Dann wird an die Spulen 8 (F i g. 2) der elektrischen Speisequelle eine Spannung angelegt. Dabei wird in den Spalten des Induktors 7 mit dem geöffneten Magnetleiter T das Magnetfeld B (F i g. 5) erzeugt. Infolge der Wechselwirkung des elektrischen Stroms / und des Magnetfeldes B werden im flüssigen Metall, welches sich in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g. 1 und 2) befindet, elektromagnetische Kräfte F (F i g. 5) erzeugt, welche das Metall 13 durch die Abflußleitung 15 (F i g. 1) in den Behälter 14 verdrängen. Ein Teil des flüssigen Metalls 13 gelangt aus dt;r aktiven Zone 10 in die Seitenabschnitte der Doppelkreislaufpumpe 2 und wird wieder in die Vakuumkammer 1 zurückgeführt. Dabei gelangt das flüssige Metall 13 aus dem Behälter 14 unter der Wirkung des Vakuums durch die kalibrierte öffnung 19 in der Büchse 18 durch die Metallzufuhrleitung 12 und den Seitenabschniti der Doppelkreislaufpumpe 2 in die Vakuumkammer 1, in der es entgast wird, und unter der Wirkung der elektromagnetischen Kräfte F(Fig.5), welche in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g. 1) erzeugt werden, wird es durch den zentralen Abschnitt der Doppelkreiülaufpumpe 2 und die Abflußleitung 15 in den Behälter 14 zugeführt. Auf diese Weise erfolgt der Umlauf des Metalls 13 durch die Vakuumkammer 1. 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 Doppelkreislaufpumpe 2 und deren Abmessungen und dem Abstand des Spiegels des flüssigen Metalls 13 im Behälter 14 vom Spiegel des Metalls in der Vakuumkammer 1 berechnet wird.

Um den Entgasungsprozeß und das Metallvergießcn in die Gießform 17 durchzuführen, wird die Oießleitung 16 mit der Abflußleitung IS 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 Zufuhrleitung 12 und den Seitenabschnitt der Doppelkrelslaurpumpe 2 in die Vakuumkammer 1, in der es entgast und unter Wirkung der in den aktiven Zonen 9 und 10 erzeugten elektromagnetischen Kräfte F(FIg. 5) durch den zentralen Abschnitt der Doppelkreislaufpumpe 2, die Abflußleitung 15 und die Gießleitung 16 in die Gießform 17 zugeführt wird.

Die in die Gießform 17 zugeführte Metallmenge wird durch eine entsprechende Änderung (Vergrößerung oder Verkleinerung bis auf O) des Ringspaltes zwischen der Metallabflußleitung 15 und der Metallgießleitung 16 geregelt, so daß größere oder kleinere oder überhaupt keine Teilmengen in den Behälter 14 austreten können. 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 zwischen der Metallabflußleitung 15 und der Metallgießleitung 16 berechnet man unter Berücksichtigung des Metalldrucks, welcher in den aktiven Zonen 9 und 10 entwickelt wird, ferner des hydraulischen Widerstandes der Abflußleitung 15 und der Gießleitung 16 sowie der Differenz zwischen dem Metallspiegel im Behälter 14 und in der Gießform 17, und zwar derart, daß bei einem minimalen Spalt die in die Gießform 17 gelangende Metallmenge maximal wird, und bei maximalem Spalt das entgaste Metall überhaupt nicht in die Gießform 17 gelangt.

Um die Zufuhr des entgasten Metalls in die Gießform 17 zu unterbrechen, wird die Metallgießleitung 16 in die äußerste Oberstellung mit Hilfe des Antriebs 20 gehoben, wobei der Spalt zwischen der Metallabflußleitung 15 und der Metallgießleitung 16 maximal ist. Dabei gelangt das entgaste Metall aus der Abflußleitung 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 Doppelkreislaufpumpe 2, der Abflußlekung 15 und der Zufuhrleitung 12 in den Behälter 14 ab. Dann wird den Spulen 5, 6 und 8 der elektrischen Speisequelle die Spannung abgenommen.

Die in Fig.3 und 4 dargestellte zweite Einrichtung weist ebenso wie im bereits beschriebenen Beispiel eine Vakuumkammer 1 auf, verbunden mit einer elektromagnetischen Doppelkreislaufpumpe 2, enthaltend zwei Induktoren 3 und 4 mit geschlossenen Magnetlcitern 3' und 4' und Spulen 5 und 6 der elektrischen Speisequclle, welche zum Erzeugen des elektrischen Stroms im flüssigen Metall bestimmt sind, sowie den induktor 7 mit dem geöffneten Magnetleiter T und Spulen 8 der elektrischen Spcisequclle, welche zum Erzeugen des Magnetfeldes B (F i g. 5) in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g. 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 oben beschriebenen Beispiel ist hier die Zuführleitung 12' mit ihrem oberen Ende an einem Befestigungsmittel 21 aufgehängt, das in der Vakuumkammer 1 angeordnet 1st. Sie verläuft durch den Zentralabschnitt der Doppelkreislaufpumpe 2 zentral in der Abflußleitung 15 und tritt aus ihr durch eine öffnung im unteren Teil der Abflußleitung 15 heraus. Im oberen Teil der Metallzufuhrleitung 12' sind öffnungen 22 vorgesehen, durch welche das Metall in die Vakuumkammer 1 gelangt. Die Zufuhrleitung 12' ist aus einem elektrisch nicht leitenden Metall hergestellt und mit einem Antrieb 23 zu ihrer Höhenverstellung versehen. Die hermetische Abdichtung des Befestigungsmittels 21 — einer Stange — mit der Vakuumkammer 1 erfolgt mit Hilfe einer Dehnbüchse 24. Am unteren Ende der Zufuhrleitung 12' ist in deren Eingangsöffnung ein Filter 25 befestigt, welcher das Einbringen großer Gußhäute

25 Ol 603

und fester nichtmetallischer Beimengungen mit dem flüssigen Metall in die Vakuumkammer 1 verhindert.

Die Abflußleitung 15 ist an den Zentralbschnitt der Doppelkreislaufpumpe 2 angeschlossen, sie weist unten in ihrer Wandung eine öffnung zum Austritt der Zufuhrleitung 12' auf und eine zweite Ausgangsöffnung zum Anschluß der GieBleitung 16 an die Zufuhrleitung 12. Die Abflußleitung 15 dient zur Rückführung des entgasten Metalls aus der Doppelkreislaufpumpe 2 in den Behälter 14 bzw. in die Gießform 17 durch die mit ihr im Stoß verbundene Gießleitung 16.

In einer weiteren Ausführungsform (in der Zeichnung nicht dargestellt) kann das Ausgangsende der Zufuhrleitung in der Ausgangsöffnung der Abflußleitung koaxial angeordnet sein, falis das entgaste Metall in den Behälter zurückgeführt werden soll, und dessen Zufuhr in eine Gießform nicht vorgesehen ist.

Die in Fig.3 und 4 dargestellte Form des unteren Endes der Abflußleitung 15 ist jedoch vorzuziehen. Die Metallgießleitung 16 ist mit dem Antrieb 20 ausgerüstet, welcher eine zügige Stoßverbindung der Gießleitung 16 mit der Abflußleitung 15 gewährleistet.

Zur Durchführung der Vakuumbehandlung flüssiger Metalle wird die erfindungsgemäße Einrichtung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiei auf dem Behälter 14 derart angeordnet, daß der untere Teil der Zufuhrleitung 12' und der Abflußleitung 15 im flüssigen Metall 13 eingetaucht bleiben. Die Trennung der Abflußleitung 15 von der Gießleitung 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 Zuführleitung 12', die Abflußleitung 15 und die Doppelkreislaufpumpc 2 in die Vakuumkammer 1.

Um die Indikatoren 3 und 4 mit den geschlossenen Magnctleitern 3' und 4' bildet sich ein Ring aus flüssigem Metall. Den Spulen 5 und 6 der elektrischen Spciscqucllc wird eine Spannung angelegt. Im Ring aus dem flüssigen Metall wird der elektrische Strom / (Fig.5) induziert. Danach wird den Spulen 8 (Fig.4) der elektrischen Spcisequelle Spannung angelegt. Dabei wird in den Spalten des Induktors 7 mit dem geöffneten Magnctleiter T das Magnetfeld B (Fig. 5) erzeugt. Infolge der Wechselwirkung des elektrischen Stroms / mit dem Magnetfeld B werden im flüssigen Metall, welches sich in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g, 3 und 4) befindet, elektromagnetische Kräfte F (Fig.5) erzeugt, welche das flüssige Metall durch die Abflußleitung 13 (F i g. 3 und 4) in den Behälter 14 verdrängen. Ein Teil des flüssigen Metalls gelangt aus der aktiven Zone 10 in die Seltenabschnitte der Doppelkreislaufpumpe 2 und wird in die Vakuumkammer 1 zurückgeführt. Dabei bewegt sich das Nüssige Metall 13 aus dem Behälter 14 unter der Wirkung des Vakuums durch die Zufuhrleitung 12' und gelangt durch die öffnung 22 in die Vakuumkammer 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(F i g. 5), welche in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g. 3 und 4) entstehen, durch den Zentralabschnitt der Doppelkreislaufpumpe 2 und die Abflußleitung IS In den Behälter 14 zurückgeführt. Auf diese Weise wird der Umlauf des Metalls durch die Vakuumkammer 1 verwirklicht. Will man das gesamte Metallvolumen, welches sich im Behälter 14 befindet, entgasen, so wird das Metall 13 mehrmals durch die Vakuumkammer 1 durchgelassen, bis der erforderliche Reinheitsgrad erreicht ist.

Die Regelung der Metallmenge, welche in die Vakuumkammer 1 gelangt, erfolgt durch eine Höhenverstellung der Zufuhrleitung 12' mit Hilfe des Antriebs 23. Die in die Vakuumkammer 1 durch die Zufuhrleitung

,o 12' gelangende Metallmenge ist dann maximal, wenn man diese Leitung 12' so anordnet, daß die öffnungen 22 über der aktiven Zone 9 liegen. Bei einem gleichmäßigen Senken der Metallzufuhrleitung 12' mit den öffnungen 22 von der oberen Grenze der aktiven Zone 9 nach unten, verringert sich die Menge des in die Vakuumkammer 1 gelangenden Metalls entsprechend. Bei der Verschiebung der Zufuhrleitung 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 1 gelangende Metallmenge unverändert. Bei der weiteren Verschiebung von der oberen bis zur unteren Grenze der aktiven Zone 10 wird die Metallzufuhr gänzlich unterbrochen. Auf diese Weise läßt sich die Metallzufuhr in die Vakuumkammer 1 durch Höhenverstellung der Metallzufuhrleitung 12' entsprechend regeln und folglich auch die Intensität des Entgasungsprozesses des flüssigen Metalls in der Vakuumkammer 1 beliebig ändern.
Um das Entgasen des Metalls und dessen Vergießen in die Gießform 17 gleichzeitig durchzuführen, wird die Gießleitung 16 mit der Abfiußleitung 15 durch den Antrieb 20 auf Stoß verbunden. Dabei gelangt das flüssige Metall 13 aus dem Behälter 14 in die Zuführleitung 12' und wird durch die öffnung 22 in die Vakuumkammer 1 geleitet, wo es von Beimengungen gereinigt wird. Unter der Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte F(Fig.5), welche in den aktiven Zonen 9 und 10 (F i g. 3 und 4) erzeugt werden, wird das Metall duroh den Zentralabschnitt der Doppelkreislauf· pumpe 2 in die Abflußleitung 15 und dann in die Gießleitung 16 und schließlich in die Gießform 17 zugeführt. Die Regelung der in die Gießform 17 zugeführten Metallmenge erfolgt auf zweierlei Art — entweder durch die entsprechende Verschiebung der Zuführleitung 12', wie bereits oben beschrieben, oder durch eine Änderung des Ringspalts zwischen dem Ausgangsende der Abflußleitung 15 und dem Eingangsende der Gießleitung 16. Wenn die Zufuhr von Metall 13 in die Gießform 17 unterbrochen oder beendet werden soll, wird die Gießleitung 16 in die äußerste Oberstellung gebracht, so daß die Gießleitung 16 von der Abflußleitung 15 getrennt wird. Um die gesamte Einrichtung abzustellen, wird die Vakuumpumpe (in den Zeichnungen nicht dargestellt) abgeschaltet und die

ss Vakuumkammer 1 mit der Außenluft verbunden. Dabei fließt das flüssige Metall aus der Doppelkreislaufpumpe 2 und den Leitungen 12' und 15 in den Behälter 14 ab. Danach wird den Spulen 5, 6 und 8 der elektrischen Speisequelle die Spannung abgenommen.

Die nach dem in F i g. 3 und 4 dargestellten Beispiel ausgeführte Einrichtung verwendet man zweckmäßigerweise im Falle einer notwendigen regelbaren Zufuhr des flüssigen Metalls in die Vakuumkammer und einer hochwertigen Reinigung des Metalls von dessen

schädlichen Beimengungen.

Bei dor erfindungsgemäßen Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle Ist der Entgasungsprozeß des Metalls unter günstigen Bedingungen, sowohl in

70S 634/403

25 Ol 603

einer dünnen Schicht als auch in einem Strahl durchführbar. 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 durch die turbulente Bewegung des Metalls in der Vertikalebene zu beiden Seiten der aktiven Zone 9 verwirbelt. Darüber hinaus ermöglicht die Zufuhr des Metalls aus den Seitenabschnitten der Doppelkreislaufpumpe 2 ein mehrmaliges Durchströmen des Metalls durch die Vakuumkammer 1 und folglich auch den Reinigungsgrad zu erhöhen.

Die Überlagerung des flüssigen Metalls in der Vakuumkammer 1 mit elektromagnetischen Feldern begünstigt die Beseitigung schädlicher Beimengungen, da im Metall Vibrationsschwingungen entstehen. Alle diese aufgezählten Faktoren tragen zur Gewinnung von Metallen mit äußerst geringem Gehalt an schädlichen Beimengungen bei.

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 der Einrichtung) beziehungsweise der öffnungen 22 (F i g. 3 und 4) in der Zufuhrleitung und deren Verstellung gegenüber den aktiven Zonen (nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Einrichtung) regelbar ist, 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 zur Vakuumbehandlung und zum Vergießen flüssiger Metalle von niedriger Wichte (z.B. Aluminium und dessen Legierungen) mit geringen Ausmaßen, von einfacher Bauart und die bequem im Betrieb ist.

Die Verwendung von Induktoren mit geschlossenen Magnetleitern in der elektromagnetischen Pumpe um den Ring aus flüssigem Metall, welcher in der Doppclkrcislaufpumpe 2 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 Wärmevcrlustc des Metalls bei dessen Bewegung durch die Einrichtung zu kompensieren.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann erforderlichenfalls eine zusätzliche Erwärmung des Metalls gewährleisten, wodurch die Schmelzführung des Metalls bei relativ niedrigen Temperaturen und folglich bei geringer Gassttttigung aus der Atmosphäre erfolgen kann, während das Vergießen des Metalls bei höheren Temperaturen verläuft, was technologisch zur Herstellung von Gußstücken bzw. Blöcken erforderlich ist. Die Übertragung 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. Die regelbare Zufuhr des entgasten Metalls in die Gießformen, welche die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet, ermöglicht eine automatische Aufrechterhaltung des nötigen Metallpegels in den Gießformen bei halbkontinuierlicher oder kontinuierlicher Herstel lung von Blöcken, oder eine Metalldosierung bei der Herstellung von Formgußstücken durch Druckgießen in Kokillen und in Sandformen.

Die Zufuhr des entgasten Metalls in die Gießformen durch die Leitungen, die mit der Atmosphäre nicht kommunizieren, schützt das flüssige Metall gegen abermalige Gassättigung aus der Atmosphäre und gewährleistet eine hohe Qualität der Gußstücke und Blöcke.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird als ortsver-

änderliche Konstruktion hergestellt und kann zum Entgasen und Vergießen von Metall aus Schmelz- und Verteileröfen, Mischern, Pfannen und anderen ähnlichen Aggregaten verwendet werden. Die Einrichtung automatisiert die arbeitsintensiven Operationen beim Reinigen und Vergießen des Metalls, trägt zur Erhöhung der Arbeitsleistung bei und setzt die Produktionskosten herab.

Die Einrichtung gewährleistet die Gewinnung von Metallen von hoher Qualität, ermöglicht eine Ausschuß verminderung der Gußstücke durch gasbedingte Porosi tät und nichtmetallische Einschlüsse sowie eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen des Bedienungspersonals. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Vakuumbe handlung flüssiger Metalle wurde Betriebsprüfungen unterzogen und zeigte eine hohe Effektivität bei ihrem Einsatz. Die Prüfungen der Einrichtung wurden mit Aluminiumlegierungen durchgeführt. Die Außenabmessungen der Einrichtung waren 800 χ 800 χ 1600 mm bei 600 mm Tiefe des Metalls im Behälter, aus welchem das Metall vergossen wurde. Der Unterdruck in der Vakuumkammer betrug 1 bis 1·10-²ηιηι Quecksilbersäule. Die Leistung der Einrichtung war gleich 15 bis 20 kW. Die Produktivität beim Vergießen wurde zwischen 0,05 bis 3 kg/sck. reguliert. Die Einrichtung gewährleistete eine Verminderung des Wasserstoffs im Metall von 0,8 cm·¹/100g bis auf 0,04 cmVIOOg. Die Bruchfestigkeit der aus den Gußstücken ausgeschnittenen Prüfmuster stieg um 20 bis 30%, die spezifische Dehnung war 2- bis 3fach hoher im Vergleich zu den Gußstücken, welche ohne Raffinerien des Metalls durch Pfannengießen erhalten wurden. Die Dosiergenauigkeit des Metalls bei der Herstellung von Gußstücken von 1 bis 10 kg war gleich 1 bis 3 Gewichtsprozent.

Hierzu 2 Dlntt Zeichnungen

Claims

25 Ol 603 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Vakuumbehandlung flüssiger Metalle, enthaltend eine Vakuumkammer mit einer unter ihr angeordneten elektromagnetischen Pumpe sowie eine Zufuhr- und eine Abflußleitung für das flüssige Metall, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2') als eine Doppelkreislaufpumpe (2) mit einem zentralen Abfluß ausgebildet ist, an den eine Abflußleitung (15) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (12) an einen Seitenabschnitt der Doppelkreislaufpumpe (2) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zufuhrleitung (12) eine Büchse (18) mit einer kalibrierten öffnung (19) eingebaut ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (12' koaxial im zentralen Bereich der Doppelkreislaufpumpe (2) und der Abflußleitung (15) angeordnet ist, an ihrem oberen Ende Austrittsöffnungen (22) aufweist und über Befestigungsmittel (21) zentral in der Vakuumkammer (1) befestigt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzufuhrleitung (12') über einen an den Befestigungsmitteln (21) angreifenden Antrieb (23) höhenverstellbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (15) über eine Leitung (16) an den Einguß einer Gießform (17) angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Antrieb (20) zwischen dem Eingang der Leitung (16) und der Abflußleitung (15) ein regelbarer Spalt vorgesehen ist, aus dem gegebenenfalls Teilmengen des evakuierten Metalls austreten können.

8. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eingangsöffnung der Zufuhrleitung (12) bzw. (12') ein Filter (25) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflußleitung (15, 16) durch den Behälter (14) geführt ist.