Vorrichtung zum Beheizen von Blockköpfen und Speisern von Giessformen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beheizen von Blockköpfen und Speisern von Giessformen, mit der das im Blockkopf oder Speiser befindliche Metall über einen längeren Zeitraum flüssig gehalten werden kann, um das Schrumpfen des Metalls beim Erstarren in der Kokille oder in der Form durch die Zufuhr flüssigen Metalls auszugleichen.
Nur wenn das Metall in dem Bereich des Blocks oder des Gussstückes, der nach dem Abgiessen zuletzt erstarrt, eine ausreichend lange Zeit flüssig gehalten wird, kann die Bildung von Schrumpfungslunker vermieden werden. Es ist bekannt, beispielsweise Stahl durch Aufsetzen von Hauben aus einem Material mit geringer Leitfähigkeit auf die Kokille oder durch ein elektrisches Beheizen des Blockkopfes flüssig zu halten.
An Giessformen für Gussstücke aus Metall bringt man besondere Steiger oder Speiser an, in denen das Metall flüssig gehalten wird, so dass es beim Erstarren und dem damit verbundenen Schrumpfen des Gussstückes in die Form nachfliessen kann. Die Grösse und Zahl der Speiser richtet sich nach dem Volumen des Gussstückes, so dass insbesondere bei schweren Gussstücken eine grosse Anzahl von Speisern mit grossem Volumen erforderlich ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine den besonderen Erfordernissen beim Beheizen des Blockkopfes während der Blockerstarrung oder des Speisers während der Gussstückerstarrung angepasste Heizvorrichtung zu schaffen. Diese Vorrichtung soll es insbesondere gestatten, die Grösse der bei einem Guss stück erforderlichen Speiser zu vermindern.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen in der Giessform oder im Blockkopf sitzenden zylindrischen Speisermantel und eine auf diesen aufsetzbare keramische oder keramisch ausgekleidete Heizhaube mit einem in einer stromleitenden Fassung hängend befestigten Heizstab oder Plasmabrenner.
Vorzugsweise ist der in der stromleitenden Fassung hängende Heizstab ein Kohle- oder Graphitheizstab, der beispielsweise U-förmig ausgebildet sein kann.
Der Heizstab kann auch die Form eines einseitig geschlossenen Zylinders mit einer vom Zylinderboden ausgehenden, freistehenden zentrischen Elektrode besitzen. Das Heizelement ragt von oben in den freien Raum der Heizhaube hinein, wobei der Volumeninhalt des Speisermantels vorzugsweise mindestens 7 S des Gussstückvolumens beträgt, um genügend flüssiges Metall zum Nachfliessen in die Kokille oder Form zur Verfügung zu haben.
Um die erfindungsgemässe Heizvorrichtung zur Blockkopfheizung rasch auf eine Kokille aufsetzen zu können, ist zweckmässigerweise die Heizhaube und/oder das Heizelement an einer Schwenkvorrichtung zu befestigen. Das Heizelement kann für sich allein an der Schwenkvorrichtung befestigt sein, wenn die Heizhaube von Hand auf die Kokille oder die Giessform gesetzt wird.
Eine besonders einfache Vorrichtung besteht aus einem in die Heizhaube hineinragenden U-förmigen elet-.- trischen Heizstab, dessen Schenkelenden in eine ringförmige wassergekühlte Leiterfassung eingespannt sind.
Die Lefterfassung kann an dem Tragarm der Schwenkvorrichtung befestigt sein. Der Tragarm besteht vorzugsweise aus den Stromschienen für die Heizstabfassung.
Der Brenner ist vorzugsweise oberhalb des Badspiegels in der Heizhaube angeordnet; dabei kann der Innenraum der Heizhaube durch eine wärmeleitende Zwischenplatte gegenüber dem Innenraum des Speisermantels abgeteilt sein. Bei einer derartigen Heizvorrichtung wird die Wärme dem Metall nicht direkt, sondern über die das Metall gegenüber der Wärmequelle absperrende Zwischenplatte zugeführt. Auf diese Weise wird eine Trennung des Heizelementes von der Metallschmelze erreicht, die einmal das Heizelement vor einer Beschädigung durch die beim Erstarren freiwerdenden Gase sowie Metall- und Schlackenspritzer schützt und zum anderen das Erstarren des in der Heiz haube befindlichen Metalls ohne Zutritt von Sauerstoff und ohne etwa von dem Heizelement ausgehende schädliche Wirkungen gestattet.
Um ein leichtes Einlegen oder Auswechseln der Zwischenplatte zu ermöglichen, liegt diese vorzugsweise in der Berührungsebene zwischen dem zylindrischen Speisermantel und der Heizhaube. Sie kann aus Graphit oder Kohle bestehen und auf der dem Metall zugekehrten Seite mit einem keramischen Überzug versehen sein, um Wechselwirkungen zwischen dem Plattenwerkstoff und dem Metallbad auszuschliessen. Auf diese Weise wird beispielsweise sichergestellt, dass sich keine Kohlenstoffpartikeln aus der Zwischenplatte lösen und den Kohlenstoffgehalt des Metalls verändern.
Die Wandung des zylindrischen Speisermantels kann in Richtung auf die Zwischenplatte bzw. Haube offene Aussparungen besitzen, in die die Strahlungswärme der Zwischenplatte eindringt, so dass das im Innern des Speisermantels befindliche Metall nicht nur von oben, sondern auch von den Seiten her erwärmt wird. Die Innenwandung des Speisemanteis kann auch mit einer exothermen, bei Einfliessen des flüssigen Metalls sich entzündenden Masse beschichtet sein, die ein schockartiges Abkühlen des in die Heizhaube gelangenden Metalls verhindert und das Metall so lange auf hoher Temperatur hält, bis das Heizelement voll zur Wirkung kommt. Der Speisermantel kann jedoch auch eine dem flüssigen Metall zugekehrte Schicht aus feuerfestem Material besitzen, hinter der sich eine standfeste exotherme Mischung befindet.
Auf diese Weise kann dem Metall ohne Anderung des Speiservolumens auch von den Seiten her Wärme zugeführt werden.
Die Unterseite der Zwischenplatte und/oder die Innenseite des zylindrischen Speisermantels können mit einer sich lösenden Abdeckmasse beschichtet sein, die während des Beheizens, vorzugsweise gegen deren Ende hin die Metalloberfläche abdeckt und auf diese Weise ein zu rasches Abkühlen verhindert. Anstelle der Abdeckmasse können die Unterseite der Zwischenplatte und/oder die Innenseite des Speisermantels auch mit einer in das Metall übergehenden oder gas abgebenden Masse beschichtet sein. Auf diese Weise können noch nach dem Vergiessen Legierungselemente in das Metall eingebracht oder im Haubeninnern unterhalb der Zwischenplatte eine bestimmte Gasatmosphäre erzeugt werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Heizleistung und -dauer durch das Erstarrungsverhalten des Metalls selbst bestimmt wird. Um dies zu ermöglichen, ragt bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Thermoelement in den Speisermantel hinein, dessen Schenkel mit einem Anzeige- und Steuergerät für die Regelung des Heizelementes verbunden sind. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass die dem Metall zugeführte Wärmemenge stets so bemessen ist, dass das Blockkopf- oder Speisermetall ausreichend lange flüssig bleibt und zum Auslgleich der Block- oder Gussstückschrumpfung in die Kokille oder Form nachfliessen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine einen Teil einer erfindungsgemässen Vorrichtung bildende Heizhaube mit einem U-förmigen Heizstab,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Leiterfas & ng zum Einspannen des Heizstabes nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Heizhaube mit einem anders ausgebildeten Heizstab,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Leiterfassung für den Heizstab der Fig. 4,
Fig. 6 einen Vertikalschnitt nach der Linie V-V in Fig. 5,
Fig. 7 eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem in eine Giessfrom eingebauten Speisermantel mit aufgesetzter Heizhaube im Schnitt,
Fig.
8 ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Heizhaube mit einem an einer Schwenkvorrichtung angeordneten Heizelement,
Fig. 10 eine Draufsicht auf die Darstellung nach Fig. 9,
Fig. 11 eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit automatischer Steuerung der Heizleistung.
Die in Fig. 1 dargestellte Heizhaube 13 besteht aus feuerfestem Material und besitzt die Gestalt eines Hohlzylinders mit einem deckelartigen oberen Abschluss zur Aufnahme des elektrischen Heizelementes 14. Die Heizhaube wird anstelle der sonst üblichen Blockköpfe oder Steigetrichter oberhalb der Kokille oder Gussform angeordnet und ist nach unten in Richtung des Metalls offen. Das elektrische Heizelement 14 besteht aus einem zylindrischen, einseitig geschlossenen Rohr mit zwei einander gegenüberliegenden, im Abstand vom Zylinderboden endenden Wandungsschlitzen 16. Das elektrische Heizelement kann bei zwei Wandungsschlitzen mit Gleich- oder Wechselstrom und bei drei Wandungsschlitzen mit Drehstrom betrieben werden.
Die den Heizhaubendeckel durchragenden freien Enden der zwischen den Wandungsschlitzen 16 liegenden Schenkel 17, 18 sind in einer zweiteiligen Leiterfassung 19 eingespannt. Die Leiterrassung 19 besteht aus zwei halbringförmigen Hälften 21, 22, zwischen denen Isolierschichten 23 angeordnet sind. Die beiden Ringhäiften 21, 22 besitzen Kühlkammern 24 mit Wasseranschlüssen 25. Jede Ringhälfte 21, 22 besitzt einen Stromanschluss 26. Der Aussendurchmesser des oberen Teils des Heizelementes 14 entspricht dem Innendurchmesser der kreisförmigen Öffnung 27 in der Leiterfassung 19, so dass das Heizelement 14 zwischen den Ringhälften 21, 22 eingespannt werden kann, wobei je ein Schenkel 18, 17 an einer Ringhälfte 21, 22 anliegt.
Bei Betrieb der Vorrichtung mit Drehstrom muss das elektrische Heizelement drei Wandungsschlitze besitzen und die ringförmige Fassung aus drei Ringsektoren bestehen.
Um das Heizelement 14 im Falle eines unbeabsichtigten Eintauchens in das im Speisermantel befindliche Metall diesem gegenüber elektrisch zu isolieren, ist seine Aussenwandung mit einer elektrisch isolierenden Schicht 28 versehen. Hierfür kommen hochschmelsende keramische Stoffe, wie Zirkonoxyd und Aluminiumoxyd, in Frage. Die Isolierschicht 28 kann durch Auftragen einer Aufschlämmung des keramischen Stoffes mit anschliessendem Trocknen oder Brennen aufgebracht werden. Anstelle einer festhaftenden Schicht kann das Heizelement auch in einem keramischen Isolierrohr sitzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Heizhaube nach den Fig. 4 bis 6 besteht das elektrische Heizelement aus einem einseitig geschlossenen Zylinder 29 mit einer vom Zylinderboden ausgehenden, freistehenden Elek trode 31. Der Zylinder 29 durchragt die Heizhaube und ist in eine untere ringförmige elektrische Leiterfassung 32 mit einer Kühlkammer 33 eingespannt. Über der Leiterfassung 32 befindet sich eine elektrisch isolierende Scheibe 34 und auf dieser eine obere ringförmige Leiterfassung 35 mit einer Kühlkammer 36, in die das freie Ende der zentrischen Elektrode 31 eingespannt ist. Die Kontaktflächen zwischen der Leiterfassung und dem elektrischen Heizelement können zylindrisch (Fig. 1 bis 3) oder konisch (Fig. 4 bis 6) verlaufen.
Zum Beheizen eines Giessformspeisers ist der Speisermantel 38 der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung in die Formmasse 37 eingebettet. Die Vorrichtung besteht aus dem zylindrischen Speisermantel 38 und einer teilweise aus der Formmasse 37 herausragenden Heizhaube 39 mit domartiger Innenfläche. In der Berührungsebene der beiden Teile 38, 39 ist eine den Innenraum unterteilende Zwischenplatte 41 aus Graphit- oder Kohlenstoff angeordnet, deren Unterseite mit einer keramischen Schicht 42 versehen ist. Oberhalb der Zwischenplatte 41 ragt der Heizstab 14 in die Heizhaube 39 hinein, dessen aus der Heizhaube herausragendes Ende in eine Leiterfassung 19 eingespannt ist. Da bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 das elektrische Heizelement wegen der Anordnung der Zwischenplatte 41 nicht in das Metall eintauchen kann, ist eine Isolierschicht nicht erforderlich.
Beim Vergiessen des Metalls in den Giesstrichter 43 steigt das Metall durch den Formenhohlraum 44 in den unterhalb der Zwischenplatte 41 liegenden Innenraum 45 des Speisermantels 38 bis zur keramischen Schicht 42 auf. Während des Aufsteigens des Metalls in den Speiser wird die Heizvorrichtung 14, 19 an Spannung gelegt. Die Wärmestrahlung des Heizstabes 14 wird direkt und durch Rückstrahiung der Heizhaube 39 von der Zwischenplatte 41 aufgenommen und an das flüssige Metall weitergegeben. Der Wärme übergang erfolgt zunächst durch Konvektion, nach Beginn der Erstarrung und dem damit verbundenen Absinken des Metallspiegels im Innenraum 45 durch Strahlung. Auf diese Weise bleibt das im Innenraum 45 befindliche Metall flüssig, so dass es zum Ausgleich der Volumenschrumpfung des erstarrenden Gussstückes in den Formenhohlraum 44 abfliessen kann.
Das Volumen des Innenraums 45 ist so bemessen, dass das in ihm befindliche Metall zum Ausgleich der Schrumpfung ausreicht, so dass der Innenraum 45 im wesentlichen leer ist, wenn das Gussstück erstarrt ist.
Die Wandung des zylindrischen Speisermantels 38 kann mit zur Zwischenplatte 41 offenen Ausnehmungen 46 versehen sein, so dass die Strahlungswärme des elektrischen Heizstabes 14 direkt oder durch Übertragung durch die Zwischenplatte 41 in die Ausnehmungen hineindringt (Fig. 8). Derartige Ausnehmungen sind besonders dann zweckmässig, wenn der Speisermantel 38 und die Heizhaube 39 aus keramischem Material bestehen, weil auf diese Weise das im Innenraum 45 befindliche Metall auch von der Seite, d. h. von den Ausnehmungen 46 her erwärmt wird. Anstelle der Keramikschicht 42 kann die Zwischenplatte 41 auch eine Schicht aus solchen Stoffen tragen, die auf oder in das flüssige Metall übergehen und beispielsweise chemische Reaktionen der Metalloberfläche verhindern oder kornverfeinernd wirken.
Die aus dem Speisermantel, der Heizhaube und der Zwischenplatte sowie dem elektrischen Heizelement bestehende Vorrichtung kann ausserhalb der Gussform zusammengebaut und als einheitliches Teil bei der Formherstellung ganz oder teilweise in die Formmasse, beispielsweise Giessereisand, eingebettet werden. Anderseits besteht aber auch die Möglichkeit, lediglich den zylindrischen Speisermantel in die Giessformmasse einzubetten, sowie die Zwischenplatte und die Heizhaube mit dem Heizelement vor dem Vergiessen des Metalls aufzusetzen. Die abschirmende Wirkung der Zwischenplatte lässt sich etwa auch dadurch erreichen, dass in das Heizhaubeninnere ein inertes Schutzgas eingeleitet oder der Metallspiegel im Speisermantel mit einer flüssigen, beispielsweise aus Metalloxyden und Fluori- den bestehenden dünnen Schlackenschicht abgedeckt wird.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 9 und 10 ist nur der zylindrische Speisermantel 38 in die Giessform 37, beispielsweise eine Sandform, eingebettet. Die Innenwandung und untere Stirnfläche des Speisermantels 38 besteht aus einer Schicht 47 feuerfesten keramischen Materials, beispielsweise Korund (AloO3).
Hinter der Korundschicht 47 befindet sich eine standfeste exotherme Mischung 48, beispielsweise aus einem Bindemittel und feinkörnigem Korund, Eisenoxyd und Aluminium sowie als Zündzusatz KC103 oder KINO1.
Beim Eintritt des in den Giesstrichter 43 einlaufenden und im Formenhohlraum 44 aufsteigenden Metalls in den Innenraum 45 des Speisermantels 38 entzündet sich das exotherme Gemisch 48 und führt dem im Innenraum 45 befindlichen Metall von den Seiten her Wärme zu, wobei die Form des Speisermantels 38, insbesondere dessen feuerfeste Schicht 47 jedoch erhalten bleibt. Der Heizstab 14 ist gemäss Fig. 1 bis 3 in einen Leiterring 19 eingespannt, dessen Stromschienen 49 in einem Bock 51 drehbar gelagert sind, so dass das Heizelement aus der vertikalen Ruhelage durch ein Verschwenken um etwa 900 mühelos in die in den Fig. 9, 10 dargestellte Arbeitslage gebracht werden kann. Trotz den exothermen Reaktionen in der Mischung 48 bleibt die keramische Schicht 47 erhalten, so dass sich der Innenraum 45 des Speisermantels 38 nicht verändert.
Selbstverständlich kann bei der in den Fig. 9, 10 dargestellten Vorrichtung auch eine Zwischenplatte angeordnet sein oder der Badspiegel durch eine dünne Schlackenschicht abgedeckt werden. Etwa erforderliche Schlackenbildner könnten vor dem Einbringen des Heizelementes von oben in die Heizhaube eingeführt oder vor dem Giessen in dünner Schicht auf die Innenwandung des Speisermantels aufgetragen werden. Der verhältnismässig niedrige Schmelzpunkt der in Frage kommenden Schlackenbildner würde dazu führen, dass sich die Schlackenbildner unter dem Einfluss der Metalltemperatur von der Innenandung lösen und auf dem Metallspiegel eine schützende Schlackenschicht bilden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Steuerung der Heizleistung in der Heizhaube aufgrund der Metalltemperatur erfolgt. Diese wird nämlich durch eine Reihe von Faktoren, wie die Giesstemperatur, den Durchmesser des Speisermantels, die Höhe des Speisermantels und der Heizhaube, die Art des Metalls, durch das Heizhauben- und Speisermantelmaterial, die im Speisermantel befindliche Metallmenge und die Art der Giessform bestimmt. Um eine Temperatursteuerung zu ermöglichen, kann in den Speisermantel und/oder den freien Raum der Giessform ein Thermoelement 52 hineinragen. Das Thermoelement 52 ragt in den Speisermantel 38 und damit in das in diesem befindliche Metall hinein. Seine Schenkel 53 sind zu einem Anzeigegerät 54 geführt, das seinerseits mit einem Steuergerät 55 verbunden ist.
Das Steuergerät 55 steuert beispielsweise einen Transformator 56, dessen Sekundärkreis mit der Ringfassung 19 des Heizstabes 14 verbunden ist.
Die Steuerung der Heizleistung des Heizstabes 14 durch das Thermoelement 52 gestattet es, eine schädliche Überhitzung des flüssigen Metalls im Speisermantel 38 zu vermeiden, es dennoch aber stets flüssig zu halten und die Temperatur gegen Ende der Erstarrung des Gussstückes allmählich zu senken.
Auf diese Weise ist ein automatisches Beheizen des im Speisermantel befindlichen Metalls möglich, so dass die dort befindliche Metallmenge das Schrumpfungsvolumen des Blockes oder Gussstückes nicht zu übersteigen braucht und demzufolge das Speiservolumen minimal gehalten werden kann. Dadurch werden die Arbeiten bei der Formherstellung vereinfacht und insbesondere die Metallverluste im erstarrten Blockkopf oder Speiser wesentlich verringert. Die Verringerung des Speiservolumens führt insbesondere zu einer Verringerung der Putzarbeiten, da dem geringeren Speiservolumen entsprechend auch die Berührungsfläche zwischen Speiser und Gussstück geringer ist.
Device for heating block heads and feeders of casting molds
The invention relates to a device for heating block heads and feeders of casting molds, with which the metal located in the block head or feeder can be kept liquid over a longer period of time to prevent the metal from shrinking when it solidifies in the mold or in the mold Balance supply of liquid metal.
The formation of shrinkage cavities can only be avoided if the metal is kept liquid for a sufficiently long time in the area of the block or the casting that has finally solidified after casting. It is known to keep steel, for example, liquid by placing hoods made of a material with low conductivity on the mold or by electrically heating the block head.
Special risers or risers are attached to casting molds for castings made of metal, in which the metal is kept liquid so that it can flow into the mold when it solidifies and the associated shrinkage of the casting. The size and number of the feeders depends on the volume of the casting, so that a large number of feeders with a large volume is required, particularly with heavy castings.
The object on which the invention is based now consists in creating a heating device which is adapted to the particular requirements for heating the block head during block solidification or the feeder during the solidification of the casting. This device should make it possible in particular to reduce the size of the feeder required for a casting.
The device according to the invention is characterized by a cylindrical feeder jacket seated in the casting mold or in the block head and a ceramic or ceramic-lined heating hood with a heating rod or plasma torch that is suspended in a conductive socket.
The heating rod hanging in the electrically conductive socket is preferably a carbon or graphite heating rod, which can be U-shaped, for example.
The heating rod can also have the shape of a cylinder closed on one side with a free-standing central electrode extending from the cylinder base. The heating element protrudes from above into the free space of the heating hood, the volume of the feeder jacket preferably being at least 7 S of the casting volume in order to have enough liquid metal available to flow into the mold or mold.
In order to be able to quickly place the heating device according to the invention for block head heating on a mold, the heating hood and / or the heating element is expediently to be attached to a pivoting device. The heating element can be attached to the swivel device by itself if the heating hood is placed on the mold or the casting mold by hand.
A particularly simple device consists of a U-shaped electrical heating rod protruding into the heating hood, the leg ends of which are clamped in an annular, water-cooled conductor socket.
The light detection can be attached to the support arm of the pivoting device. The support arm preferably consists of the busbars for the heating element holder.
The burner is preferably arranged above the bath level in the heating hood; The interior of the heating mantle can be divided off from the interior of the feeder jacket by a thermally conductive intermediate plate. In such a heating device, the heat is not supplied to the metal directly, but rather via the intermediate plate that blocks the metal from the heat source. In this way, a separation of the heating element from the molten metal is achieved, which on the one hand protects the heating element from damage by the gases released during solidification, as well as metal and slag splashes, and on the other hand, the solidification of the metal in the heating hood without and without oxygen about harmful effects emanating from the heating element are permitted.
In order to allow easy insertion or replacement of the intermediate plate, it is preferably located in the contact plane between the cylindrical feeder jacket and the heating hood. It can consist of graphite or carbon and be provided with a ceramic coating on the side facing the metal in order to rule out interactions between the plate material and the metal bath. In this way it is ensured, for example, that no carbon particles detach from the intermediate plate and change the carbon content of the metal.
The wall of the cylindrical feeder jacket can have open recesses in the direction of the intermediate plate or hood, into which the radiant heat of the intermediate plate penetrates, so that the metal located inside the feeder jacket is heated not only from above but also from the sides. The inner wall of the ice cream can also be coated with an exothermic mass that ignites when the liquid metal flows in, which prevents the metal entering the heating hood from suddenly cooling down and keeps the metal at a high temperature until the heating element takes full effect. However, the feeder jacket can also have a layer of refractory material facing the liquid metal, behind which there is a stable exothermic mixture.
In this way, heat can also be supplied to the metal from the sides without changing the feeder volume.
The underside of the intermediate plate and / or the inside of the cylindrical feeder jacket can be coated with a dissolving covering compound that covers the metal surface during heating, preferably towards the end thereof, and in this way prevents too rapid cooling. Instead of the covering compound, the underside of the intermediate plate and / or the inside of the feeder jacket can also be coated with a compound that merges into the metal or emits gas. In this way, alloy elements can still be introduced into the metal after casting or a certain gas atmosphere can be generated inside the hood below the intermediate plate.
There are particular advantages if the heating power and duration is determined by the solidification behavior of the metal itself. In order to make this possible, in a preferred embodiment a thermocouple protrudes into the feeder jacket, the legs of which are connected to a display and control device for regulating the heating element. This arrangement ensures that the amount of heat supplied to the metal is always measured in such a way that the block head or feeder metal remains liquid for a sufficiently long time and can flow into the mold or mold to compensate for the block or casting shrinkage.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawing. In the drawing show:
1 shows a vertical section through a heating hood, which forms part of a device according to the invention, with a U-shaped heating rod,
FIG. 2 shows a plan view of a conductor thread for clamping the heating rod according to FIG. 1,
Fig. 3 shows a section along the line II-II in Fig. 1,
4 shows a further embodiment of the heating hood with a differently designed heating rod,
FIG. 5 shows a plan view of the conductor socket for the heating rod of FIG. 4,
Fig. 6 is a vertical section along the line V-V in Fig. 5,
7 shows a device according to the invention with a feeder jacket built into a pouring mold with an attached heating hood in section,
Fig.
8 another embodiment of a device according to the invention,
9 shows a further exemplary embodiment of a heating hood with a heating element arranged on a pivoting device,
FIG. 10 is a plan view of the illustration according to FIG. 9,
11 shows a device according to the invention with automatic control of the heating power.
The heating hood 13 shown in Fig. 1 consists of refractory material and has the shape of a hollow cylinder with a lid-like upper closure for receiving the electrical heating element 14. The heating hood is arranged instead of the otherwise usual block heads or riser funnel above the mold or casting mold and is downward open towards the metal. The electrical heating element 14 consists of a cylindrical tube, closed on one side, with two opposing wall slots 16, which end at a distance from the cylinder base. The electrical heating element can be operated with direct or alternating current with two wall slots and with three-phase current.
The free ends of the legs 17, 18 lying between the wall slots 16 and protruding through the heating hood cover are clamped in a two-part conductor socket 19. The conductor rack 19 consists of two half-ring-shaped halves 21, 22, between which insulating layers 23 are arranged. The two ring halves 21, 22 have cooling chambers 24 with water connections 25. Each ring half 21, 22 has a power connection 26. The outer diameter of the upper part of the heating element 14 corresponds to the inner diameter of the circular opening 27 in the conductor socket 19, so that the heating element 14 between the Ring halves 21, 22 can be clamped, each leg 18, 17 resting against a ring half 21, 22.
When operating the device with three-phase current, the electrical heating element must have three wall slots and the ring-shaped socket must consist of three ring sectors.
In order to electrically insulate the heating element 14 from it in the event of unintentional immersion in the metal located in the feeder jacket, its outer wall is provided with an electrically insulating layer 28. High-melting ceramic materials such as zirconium oxide and aluminum oxide are suitable for this. The insulating layer 28 can be applied by applying a slurry of the ceramic material with subsequent drying or firing. Instead of a firmly adhering layer, the heating element can also sit in a ceramic insulating tube.
In the embodiment of the heating hood according to FIGS. 4 to 6, the electrical heating element consists of a cylinder 29 closed on one side with a free-standing electrode 31 extending from the cylinder base. The cylinder 29 extends through the heating hood and is in a lower annular electrical conductor socket 32 with a Cooling chamber 33 clamped. An electrically insulating disk 34 is located above the conductor socket 32 and on this is an upper ring-shaped conductor socket 35 with a cooling chamber 36 in which the free end of the central electrode 31 is clamped. The contact surfaces between the conductor socket and the electrical heating element can be cylindrical (FIGS. 1 to 3) or conical (FIGS. 4 to 6).
To heat a casting mold feeder, the feeder jacket 38 of the device shown in FIG. 7 is embedded in the molding compound 37. The device consists of the cylindrical feeder jacket 38 and a heating hood 39 which partially protrudes from the molding compound 37 and has a dome-like inner surface. In the plane of contact of the two parts 38, 39 there is an intermediate plate 41 made of graphite or carbon which divides the interior space and whose underside is provided with a ceramic layer 42. Above the intermediate plate 41, the heating rod 14 projects into the heating hood 39, the end of which protruding from the heating hood is clamped in a conductor socket 19. Since in the embodiment according to FIG. 7, the electrical heating element cannot immerse into the metal because of the arrangement of the intermediate plate 41, an insulating layer is not required.
When the metal is poured into the pouring funnel 43, the metal rises through the mold cavity 44 into the interior 45 of the feeder jacket 38 located below the intermediate plate 41 up to the ceramic layer 42. During the rise of the metal into the feeder, the heating device 14, 19 is connected to voltage. The thermal radiation of the heating rod 14 is absorbed by the intermediate plate 41 directly and by back-radiation from the heating hood 39 and passed on to the liquid metal. The heat is transferred initially by convection, after the start of solidification and the associated lowering of the metal level in the interior 45 by radiation. In this way, the metal located in the interior 45 remains liquid, so that it can flow off into the mold cavity 44 to compensate for the volume shrinkage of the solidifying casting.
The volume of the interior 45 is dimensioned such that the metal located in it is sufficient to compensate for the shrinkage, so that the interior 45 is essentially empty when the casting has solidified.
The wall of the cylindrical feeder jacket 38 can be provided with recesses 46 open to the intermediate plate 41, so that the radiant heat of the electric heating rod 14 penetrates into the recesses directly or by transmission through the intermediate plate 41 (FIG. 8). Such recesses are particularly useful when the feeder jacket 38 and the heating hood 39 are made of ceramic material, because in this way the metal located in the interior 45 can also be seen from the side, ie. H. is heated from the recesses 46 ago. Instead of the ceramic layer 42, the intermediate plate 41 can also carry a layer made of such substances that pass onto or into the liquid metal and, for example, prevent chemical reactions of the metal surface or have a grain-refining effect.
The device consisting of the feeder jacket, the heating hood and the intermediate plate as well as the electrical heating element can be assembled outside the casting mold and completely or partially embedded in the molding compound, for example foundry sand, as a unitary part during mold production. On the other hand, there is also the possibility of simply embedding the cylindrical feeder jacket in the casting molding compound, as well as putting on the intermediate plate and the heating hood with the heating element before the metal is cast. The shielding effect of the intermediate plate can also be achieved, for example, by introducing an inert protective gas into the interior of the heating hood or by covering the metal surface in the feeder jacket with a liquid thin layer of slag, for example made of metal oxides and fluorides.
In the exemplary embodiments according to FIGS. 9 and 10, only the cylindrical feeder jacket 38 is embedded in the casting mold 37, for example a sand mold. The inner wall and lower end face of the feeder jacket 38 consists of a layer 47 of refractory ceramic material, for example corundum (AloO3).
Behind the corundum layer 47 there is a stable exothermic mixture 48, for example of a binding agent and fine-grain corundum, iron oxide and aluminum as well as KC103 or KINO1 as an ignition additive.
When the metal flowing into the pouring funnel 43 and rising in the mold cavity 44 enters the interior 45 of the feeder jacket 38, the exothermic mixture 48 ignites and supplies heat to the metal located in the interior 45 from the sides, the shape of the feeder jacket 38, in particular its refractory layer 47 is retained. According to FIGS. 1 to 3, the heating rod 14 is clamped in a conductor ring 19, the busbars 49 of which are rotatably mounted in a bracket 51, so that the heating element can easily be swiveled from the vertical rest position by about 900 to the position shown in FIGS. 10 working position shown can be brought. Despite the exothermic reactions in the mixture 48, the ceramic layer 47 is retained so that the interior 45 of the feeder jacket 38 does not change.
Of course, an intermediate plate can also be arranged in the device shown in FIGS. 9, 10 or the bath level can be covered by a thin layer of slag. Any required slag formers could be introduced into the heating hood from above before the heating element is introduced, or applied in a thin layer to the inner wall of the feeder jacket before casting. The relatively low melting point of the slag formers in question would lead to the slag formers detaching from the inner sand under the influence of the metal temperature and forming a protective layer of slag on the metal surface.
There are particular advantages if the heating power is controlled in the heating hood based on the metal temperature. This is determined by a number of factors such as the casting temperature, the diameter of the feeder jacket, the height of the feeder jacket and the heating hood, the type of metal, the heating hood and riser jacket material, the amount of metal in the riser jacket and the type of casting mold. In order to enable temperature control, a thermocouple 52 can protrude into the feeder jacket and / or the free space of the casting mold. The thermocouple 52 protrudes into the feeder jacket 38 and thus into the metal located therein. Its legs 53 are led to a display device 54, which in turn is connected to a control device 55.
The control unit 55 controls, for example, a transformer 56, the secondary circuit of which is connected to the ring socket 19 of the heating rod 14.
The control of the heating power of the heating rod 14 by the thermocouple 52 makes it possible to avoid harmful overheating of the liquid metal in the feeder jacket 38, but still keep it liquid and gradually lower the temperature towards the end of the solidification of the casting.
In this way, automatic heating of the metal located in the feeder jacket is possible, so that the amount of metal located there does not have to exceed the shrinkage volume of the block or casting and consequently the feeder volume can be kept to a minimum. This simplifies the work involved in producing the mold and, in particular, significantly reduces the metal losses in the solidified block head or feeder. The reduction in the feeder volume leads in particular to a reduction in the plastering work, since the contact area between feeder and casting is correspondingly smaller as the feeder volume is smaller.