Verfahren zum Spülen von Metallschmelze und Pfanne zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 5 Die Pfanne (1) weist einen Spülstein (3) auf, der als ringförmiger Rotationskörper die Ausgussöffnung (4) der Pfanne umschliesst.
Dies gestattet, die Metallschmelze einer Spülgasbehand- lung auszusetzen, den Giessstrahl schützend zu umhüllen und die Pfanne mit dem Spülgas aufzufüllen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spülen von Metallschmelze in einer Pfanne deren Ausgussöffnung durch einen Schieber oder Stopfen verschliessbar ist, mit einem durch einen Spülstein geführten Gas.

[0002] Bei der Spülgasbehandlung von Metallschmelze in der Giesspfanne oder ähnlichen Behältnissen werden Begleitelemente und nichtmetallische Verunreinigungen herausgespült. Dadurch verbessert sich die Gleichmässigkeit und der Reinheitsgrad des Metalls.

[0003] Ferner ist es üblich, beim Umgiessen der Schmelze den Giessstrahl unter Anwendung des Injektorprinzips vor der umgebenden Atmosphäre zu schützen.

[0004] Weiter ist es bekannt, die Pfanne vor dem Giessen teilweise mit einem Schutzgas, insbesondere Argon, aufzufüllen, um dadurch die Bildung von Oxyden zu vermeiden, wodurch sich zusätzlich für das flüssige Metall bessere Fliesseigenschaften ergeben. Zudem wird dadurch die Korrosion des keramischen Giessystems durch Oxyde verhindert.

[0005] Nachteilig ist hierbei aber, dass diese verschiedenen Operationen je separat für sich durchgeführt werden müssen und sich ihre Wirksamkeit nicht oder nur schlecht kontrollieren lässt.

[0006] Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spülverfahren der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem gleichzeitig mit dem Spülen der Metallschmelze ein Schutz des feuerfesten Giessystems, ein Schutz des Giessstrahls vor der umgebenden Atmosphäre und ein Auffüllen der Pfanne mit einem Edelgas erreicht werden soll.

[0007] Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass aus dem Spülgas ein Gasstrom von ringförmigem Querschnitt geformt und dieser koaxial zur Ausgussöffnung der Pfanne o. dgl. geführt wird.

[0008] Durch diese Massnahmen ist es nunmehr gleichzeitig möglich, die Metallschmelze einer Spülgasbehandlung auszusetzen, den Giessstrahl schützend zu umhüllen und die Pfanne mit dem Schutzgas aufzufüllen.

[0009] Hierbei können weitere Vorteile erreicht werden, wenn der Gasstrom von der aus der Pfanne ausströmenden Metallschmelze mitgerissen wird, diese umschliesst und dadurch den freien Giessstrahl bündelt; wenn ferner das Spülgas in mehrere Gasteilströme unterteilt und über Einströmkanäle, die einen als Spülstein dienenden Ausgussstein konzentrisch umgeben, in die Pfanne eingeblasen wird; wenn weiter das Spülgas gleichzeitig als Schutzgas für das Verschlussystem der Pfanne verwendet wird und wenn durch den Sog des aus der Pfanne ausströmenden Giessstrahles aus dem Spülgas gleichzeitig ein Schutzschirm gebildet und dadurch der Zutritt von atmosphärischer Aussenluft zum Giessstrahl verhindert wird. Zudem ist es vorteilhaft, wenn während des Giessens die Metallschmelze nach ihrer Spülung mit einem in Verbindung mit dem Ausguss- bzw. einem nachfolgenden Eingussystem stehenden, durch ein Verschlussorgan zuschaltbaren Filter intermittierend nachgereinigt wird.

[0010] Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Pfanne mit einem Spülstein zur Durchführung des Verfahrens, welches sich erfindungsgemäss dadurch auszeichnet, dass der Spülstein als ringförmiger Rotationskörper ausgebildet ist und die Ausgussöffnung der Pfanne bildet.

[0011] Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Spülstein von einem koaxialen gasdichten Mantelkörper umschlossen ist, der zusammen mit der Umfangsfläche des Spülsteins Einströmkanäle für das Spülgas bildet; und dass die Einströmkanäle konzentrisch zum Spülstein an dessen Umfang angeordnet sind; wenn ferner der Mantelkörper von einem Hülsenstein gebildet ist, der an seiner inneren Wandung Führungslamellen aufweist, die an der Umfangsfläche des Spülsteins anliegen, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Führungslamellen je ein Einströmkanal angeordnet ist und wenn zudem der Mantelkörper von einem Blechmantel gebildet ist, der durch an seiner Innenwandung angeordnete Abstandselemente von der Umfangsfläche des Spülsteins distanziert ist, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Abstandselementen je ein Einströmkanal angeordnet ist.

[0012] Eine solche erfindungsgemässe Pfanne ermöglicht, dass das Spülen der Metallschmelze, der Schutz des feuerfesten Giess-und Spülsystems, der Schutz des Giessstrahls vor der umgebenden Atmosphäre und die Anreicherung der Pfanne mit einem Edelgas nunmehr auf einfache Weise miteinander kombiniert werden können, womit sich der dafür bisher erforderliche apparative und betriebsmässige Aufwand wesentlich reduzieren lässt.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Bodenpartie einer Pfanne mit Spülstein, Hülsenstein und in Oeffnungsstellung stehendem Stopfen, in vertikalem Längsschnitt;

Fig. 2 einen Ausschnitt gemäss Fig. l, mit in Schliessstellung stehendem Stopfen;

Fig. 3 den Spülstein und den Hülsenstein der Anordnung gemäss Fig. 1, in horizontalem Querschnitt entlang der Linie III - III der Fig. 1 und

Fig. 4 einen Spülstein mit einem Blechmantel zur Bildung von Einströmkanälen für das Spülgas, in horizontalem Querschnitt.

[0014] In Fig. 1 ist in die Bodenpartie einer Pfanne 1 ein kreisringförmiger, einen Lochstein bildender Hülsenstein 2 eingesetzt, der einen koaxialen, als Ausgussstein für die hier mit 11 bezeichnete Metallschmelze dienenden Spülstein 3 umschliesst. Der Spülstein 3 ist ebenfalls als ringförmiger Rotationskörper ausgebildet, wobei er die mit 4 bezeichnete, zu ihm koaxiale Ausgussöffnung der Pfanne 1 bildet. Unterhalb der Ausgussöffnung 4 ist koaxial zu dieser ein Eingusstrichter 5 mit anschliessendem koaxialen Eingussrohr 6 für die Metallschmelze 11 angeordnet. Ein vertikal bewegbarer, im wesentlichen zylindrischer Stopfen 7 dient zum Verschluss der Ausgussöffnung 4 und steht in Fig. 1 in seiner Oeffnungsstellung.

[0015] Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass sich das erfindungsgemässe Verfahren auch an Pfannen mit Schieber-Verschluss verwirklichen lässt und hier nur beispielsweise an einer Pfanne mit Stopfen beschrieben ist.

[0016] Das Spülgas wird durch eine Rohrleitung 8 einem vom Spülstein 3 gebildeten kreisringförmigen Verteilkanal 9 zugeführt, mit dem aus dem Spülgas ein Gasstrom von ringförmigem Querschnitt geformt und dieser koaxial zur Ausgussöffnung 4 der Pfanne 1 geführt wird. Ueber Einströmkanäle 10, die den Spülstein 3 konzentrisch umgeben und das Spülgas in mehrere Gasteilströme unterteilen (vgl. auch Fig. 3), wird das Spülgas in die Pfanne 1 eingeblasen.

[0017] In Fig. 2 steht der Stopfen 7 in seiner Schliessstellung, d.h. hier ist der Auslauf der Metallschmelze 11 durch den Ausgussstein 3, hier sei es z.B. der Giesspfannen-Ausgussstein, geschlossen. Hierbei übernimmt der zugleich als Ringspülstein ausgebildete Pfannenausgussstein 3 dank der an seinem Umfang angeordneten rippenartigen Führungslamellen 14 (vgl. Fig. 3) den Spülvorgang, wobei das Spülgas, abgesehen vom bereits bekannten Spüleffekt, den Stopfen 7 samt der darin eingesetzten Stopfenstange 7a intensiv umspült und dabei gleichzeitig korrosive Gase und nichtmetallische Partikel nach oben in die Schlacke transportiert. Hierzu ist das System der Gaseinströmkanäle 10 so ausgebildet, dass es einen konzentrisch um die Ausgussöffnung 4 angeordneten homogenen Spülgasstrom von ringförmigem Querschnitt bewirkt.

[0018] Hingegen wird beim Oeffnen des Auslaufs für die Metallschmelze 11, d.h. nach Ziehen des Stopfens 7 nach oben in seine Oeffnungsstellung (vgl. Fig. 1), ein Teil des über die Einströmkanäle 10 in die Pfanne 1 eintretenden Spülgases aufgrund des physikalischen Injektorprinzips infolge der Saugwirkung des mit relativ hoher Geschwindigkeit ausströmenden flüssigen Metalls von diesem mitgerissen und entlang der Wandung der Ausgussöffnung 4 mitgeführt, wie dies in Fig. 1 durch Strömungsrichtungspfeile veranschaulicht ist. Dadurch bildet dieser Gasstrom, der nunmehr als Schutzgas verwendet wird, einen ringförmigen Gasfilm 12 entlang der Oberfläche der keramischen Ausgusswandung, wirkt nach Austritt aus dem Ausgussstein 3 als ringförmiger Schutzschirm 12a für den in Fig. 1 mit 13 bezeichneten freien Giessstrahl und verhindert dadurch den Zutritt der atmosphärischen Aussenluft zu diesem und damit auch die Sauerstoff-, Wasserstoff- wie auch Stickstoffaufnahme des Giessstrahles 13.

[0019] Zudem bewirkt der gasförmige Schutzschirm 12a eine Bündelung des Giessstrahles 13, wodurch das in Fig. 1 nur angedeutete unerwünschte Streuen und Spritzen von flüssigen Metallteilchen, die aufgrund ihrer relativ grossen spezifischen Oberfläche besonders stark Sauerstoff aufnehmen, weitestgehend vermieden wird.

[0020] Zusammen mit dem Giessstrahl 13 gelangt das Spülgas, vorzugsweise ein Edelgas, z.B. Argon, über den Eingusstrichter 5 und das Eingussrohr 6 in die Pfanne o.dgl. und verdrängt dadurch zum Teil die darin befindliche atmosphärische Luft. Hierdurch wird die Bildung von Oxyden vermieden, wodurch sich für das flüssige Metall bessere Fliesseigenschaften ergeben. Ausserdem wird die Korrosion des keramischen Giesssystems durch Oxydangriff verhindert.

[0021] Gemäss Fig. 3 ist der ringförmige Hülsenstein 2, der den Spülstein 3 umschliesst, an seiner inneren Wandung mit rippenartigen Führungslamellen 14 versehen, die an der Umfangsfläche U3 des Spülsteins 3 anliegen, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Führungslamellen je ein Einströmkanal 10 für das Spülgas gebildet wird.

[0022] In Fig. 4 ist eine andere Anordnung zur Bildung der Gaseinströmkanäle 10 dargestellt. Hier ist der Spülstein 3 von einem koaxialen Blechmantel 15 umschlossen, der durch an seiner Innenwandung angeordnete stegartige Abstandselemente 16 von der Umfangsfläche U3 des Spülsteins 3 distanziert ist, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Abstandselementen auch hier wieder je ein Einströmkanal 10 für das Spülgas gebildet wird.

[0023] Den in den Figuren 3 und 4 gezeigten beiden Ausführungsvarianten für die Bildung der Gaseinströmkanäle 10 ist gemeinsam, dass der Spülstein 3 von einem koaxialen gasdichten Mantelkörper (2 in Fig. 3 bzw. 15 in Fig. 4) umschlossen ist, der zusammen mit der Umfangsfläche U3 des Spülsteins 3 die Einströmkanäle 10 bildet, wobei diese Kanäle konzentrisch zum Spülstein 3 angeordnet sind.

[0024] Dadurch, dass der als ringförmiger Rotationskörper ausgebildete Spülstein 3 gleichzeitig als Ausgussstein für die Metallschmelze 11 dient, wobei alle für das Verfahren wesentlichen Teile, d.h. der Spül- bzw. Ausgussstein 3 samt seiner Ausgussöffnung 4, der Hülsenstein 2 (bzw. der Blechmantel 15 in Fig. 4), der Stopfen 7 samt Stopfenstange 7a und der Eingusstrichter 5 samt Eingussrohr 6 koaxial zueinander angeordnet sind, wird ein rings um den Giessstrahl 13 optimal gleichmässiges Spül- und Schutzgeschehen gewährleistet, wozu nicht zuletzt auch die konzentrisch zum Spülstein 3 angeordneten Einströmkanäle 10 für das Spül- und Schutzgas wesentlich beitragen.

[0025] In Verbindung mit dem vorbeschriebenen Spülverfahren kann während des Giessens der Metallschmelze zu deren Nachreinigung je nach Bedarf eine Filterung vorgenommen werden. Hierzu wird dem Spülsystem ein Filtersystem nachgeschaltet, das in Verbindung mit dem Ausguss- bzw. nachfolgenden Eingusssystem derart angeordnet wird, dass ein diskontinuierlicher, d.h. also intermittierender Einsatz des Filters während des Giessens möglich ist. Dazu ist ein Verschlussorgan, z.B. ein Schieber- oder ein Revolververschluss, vorzusehen, mit dem eine alternierende Bypass-Schaltung für den Strömungsweg der Schmelze ermöglicht wird.

[0026] Anstatt die zur Bildung der Gaseinströmkanäle dienenden stegartigen Abstandselemente (16 in Fig. 4) aussen am Umfang des Spülsteins anzubringen, könnten diese auch an der Innenwandung des Blechmantels befestigt sein, wobei diese je nach dem verwendeten Werkstoff an der aufnehmenden Fläche angeschweisst oder -geklebt sein können.

[0027] Statt einer einzigen Spülgas-Anschlussleitung könnten auch zwei oder mehr solcher Anschlüsse, gleichmässig auf dem Umfang des ringförmigen Gasverteilkanals verteilt (vgl. 8 bzw. 9 in Fig. 1), aber zentral mit frischem Spülgas versorgt, vorgesehen sein, dies insbesondere bei einer grossen Pfanne mit entsprechend grossem Durchmesser seiner Ausgussöffnung.

Ansprüche

1. Verfahren zum Spülen von Metallschmelze in einer Pfanne deren Ausgussöffnung durch einen Schieber oder Stopfen verschliessbar ist, mit einem durch einen Spülstein geführten Gas, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Spülgas ein Gasstrom von ringförmigem Querschnitt geformt und dieser koaxial zur Ausgussöffnung der Pfanne o. dgl. geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom von der aus der Pfanne ausströmenden Metallschmelze mitgerissen wird, diese umschliesst und dadurch den freien Giessstrahl bündelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas in mehrere Gasteilströme unterteilt und über Einströmkanäle, die einen als Spülstein dienenden Ausgussstein konzentrisch umgeben, in die Pfanne eingeblasen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas gleichzeitig als Schutzgas für das Verschlusssystem der Pfanne verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Sog des aus der Pfanne ausströmenden Giessstrahles aus dem Spülgas gleichzeitig ein Schutzschirm gebildet und dadurch der Zutritt von atmosphärischer Aussenluft zum Giessstrahl verhindert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Giessens die Metallschmelze nach ihrer Spülung mit einem in Verbindung mit dem Ausguss- bzw. einem nachfolgenden Eingussystem stehenden, durch ein Verschlussorgan zuschaltbaren Filter intermittierend nachgereinigt wird.

7. Pfanne mit einem Spülstein zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülstein als ringförmiger Rotationskörper (3) ausgebildet ist und die Ausgussöffnung (4) der Pfanne (1) bildet.

8. Pfanne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülstein (3) von einem koaxialen gasdichten Mantelkörper (2 bzw. 15) umschlossen ist, der zusammen mit der Umfangsfläche (U3) des Spülsteins (3) Einströmkanäle (10) für das Spülgas bildet; und dass die Einströmkanäle (10) konzentrisch zum Spülstein (3) an dessen Umfang angeordnet sind.

9. Pfanne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper von einem Hülsenstein (2) gebildet ist, der an seiner inneren Wandung Führungslamellen (14) aufweist, die an der Umfangsfläche (U3) des Spülsteins (3) anliegen, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Führungslamellen (14) je ein Einströmkanal (10) angeordnet ist.

10. Pfanne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper von einem Blechmantel (15) gebildet ist, der durch an seiner Innenwandung angeordnete Abstandselemente (16) von der Umfangsfläche (U3) des Spülsteins (3) distanziert ist, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Abstandselementen (16) je ein Einströmkanal (10) angeordnet ist.

Zeichnung