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Verfahren und Ofen zur Herstellung lunkerfreier metallischer Formstücke.
Blöcke, Brammen u. a. metallische Formstüeke werden bisher stets so erzeugt, dass das flüssige Schmelzgut aus dem Ofen oder Tiegel in eine passend gewählte Form gegossen und darin erstarren gelassen wird. Es zeigt sich dabei der Übelstand, dass die erhaltenen Gussstücke trotz mannigfach abgeänderter Giessverfahren nie frei von Lunkern sind, so dass mit einem erheblichen Abfall durch verlorenen Kopf zu rechnen ist. Man hat verschiedentlich versucht, durch nachträgliche Beheizung der Form oder durch Warmhalten oder Wiederauftauen des Kopfes in der Giessform diesem Übelstand zu begegnen, doch haben sich Lunker mit diesen Mitteln nie befriedigend vermeiden lassen.
Alle diese Massnahmen haben ferner den Nachteil zur Folge, dass sie einen erheblichen Aufwand an Wärme für die Beheizung der Giessform, Materialverlust beim Giessen und Zeitverlust mit sich bringen.
Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren, um derartige Stücke auf bequeme Weise lunkerfrei zu erzeugen. Der Grundgedanke der Erfindung ist, das Srhmelzgut nicht in eine besondere Form zu giessen, sondern im Tiegel selbst erstarren zu lassen und dabei die Abkühlungsbedingungen so
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die Erzeugung von Einkristallen aus Salz-und Metallschmelzen, doch ist die Anwendung einer solchen Arbeitsweise zur Erzeugung lunkerfreier Blöcke bisher nicht bekannt geworden. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es vor allem erforderlich, dass man die Schmelze zwingt, von unten nach oben zu erstarren.
Dies kann geschehen, indem man den Tiegel auf einer vertikal beweglichen Stütze anordnet, welche nach Beendigung des Schmelzprozesses gesenkt und damit der Tiegel mit dem Boden voran allmählich in kältere Regionen gebracht wird, so dass die Abkühlung im Tiegel von unten nach oben fortschreitet.
Um dieAbkiihlung noch besser regeln zu können, kann es zm eckmässig sein, in dem unteren Teil des Ofens oder unter dessen Grundfläche feststehende, die Stütze kreisförmig umgebende Kupferrohre anzuordnen, die von Kühlwasser durchflossen werden. Das gleiche Ziel kann erreicht m erden, indem man beispielsweise bei elektrisch beheizten Öfen die Heizwicklung unterteilt und diese nach Beendigung der Schmelzung stufenweise, von unten beginnend, nacheinander in passend gewählten Zeitabständen abschaltet. Bei induktiv beheizten elektrischen Schmelzöfen kann man das gleiche Ziel erreichen, indem man die Windungen der Induktionsspule allmählich einzeln oder gruppenweise von unten her ausschaltet, bis schliesslich die ganze Spule ausgeschaltet ist.
Die beabsichtigte Wirkung kann man noch dadurch unterstützen oder regeln, dass man die Schichtdicke des feuerfesten Materiales zwischen Schmelze und der beispielsweise wassergekühlten Ofenspule von unten nach oben zunehmen lässt. Um mit Sicherheit ein vorzeitiges Einfrieren der oberen Schichten der Schmelze zu verhindern, führt man zweckmässig den noch in Betrieb bleibenden oberen Spulen etwas mehr Energie zu als ihrem Anteil an der Gesamtleistungsaufnahme des
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dass man die ganze Induktionsspule bzw. das Ofengehäuse langsam hebt.
Eine beispielsweise Ausführungsform ist in den Fig. 1-3 für eisenfreie Induktionsöfen dargestellt.
In diesen bedeutet a den Schmelztiegel, der sieh auf der Stütze b befindet, die durch eine Öffnung c im Boden des Ofens geführt ist und beispielsweise durch ein Zahnradgetriebe d vertikal bewegt werden kann, so dass nach beendeter Schmelzung die Stütze b samt dem Tiegel a allmählich von oben nach unten gesenkt werden kann ;/'bezeichnet die Windungen der Primärspule. Unterhalb dieser kann eine Kühlvorrichtung in Form wasserdurehströmter Kupferrohre e angebracht sein. Gemäss Fig. 2 kann nach beendeter Schmelzung die Primärspule durch eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise durch über Rollen geführte
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Gewichte, mit passend gewählter Geschwindigkeit gehoben werden.
Gemäss Fig. 3 ist die Spule f mit Anzapfungen g, g... versehen, die eine stufenweise Ausschaltung der Spulenabschnitte erlauben. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel der Schaltung würden beim Rücken des Schalters h vom Segment 1 zum Segment 2 die untersten beiden Windungen ausgeschaltet, beim Weiterrücken auf Segment 3 die nächsten beiden Windungen usw.
Das Eintreten der gewollten Wirkung kann erforderlichenfalls noch dadurch befördert werden, dass man auf der Oberfläche der Schmelze eine genügend dicke Platte aus feuerfestem wärmeisolierenden Material schwimmen lässt oder indem man einfach auf die Oberfläche der Schmelze eine Schichte körnigen feuerfesten Materiales aufschüttet ; auch eine genügend dicke Schlackensehichte von geeigneter Zusammensetzung kann schon in diesem Sinne wirken.
Dem Schmelzgefäss kann man bei dieser Arbeitsweise, vor allem, wenn als Schmelzofen ein Hochfrequenzofen dient, jede beliebige Gestalt geben und dadurch Formstücke jeder gewünschten Art erhalten.
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erzeugenden Formstück entsprechend ausgestalten. Auf diese Weise ist es möglich, mit voller Sicherheit lunkerfreie Formgussstüeke zu erhalten. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung zur unmittelbaren Erzeugung von lunkerfreien Brammen, die unmittelbar die zum Auswalzen auf Bleche geeignetste Form besitzen.
Es sei noch hervorgehoben, dass sich eine ganz besonders vorteilhafte Arbeitsweise ergibt, wenn man das vorstehende Verfahren mit dem Zustellungsverfahren gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 423715 kombiniert. Dabei empfiehlt es sich, die Arbeitsweise gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 423715 noch in der in Fig. 4 dargestellten Weise den besonderen Erfordernissen der vorliegenden Arbeitsweise anzupassen. Bei eisenlosen Induktionsofen verschliesst man beispielsweise die untere Öffnung der etwa zylindrischen Induktionsspule i durch eine ein-oder mehrteilige Schamotteplatte k, k. Auf diese Schamotteplatte schüttet man zunächst bis zu einer gewissen Sehiehthöhe ein körniges oder sandiges Material 1, das bei den im Betrieb auftretenden Temperaturen nicht sinterfähig ist.
Dann stellt man in die Spule auf diese Schichte einen dünnwandigen Bleehzylinder m und füllt den Zwischenraum zwischen diesem Blechzylinder m und der Induktionsspule i mit dem gleichen körnigen oder sandigen Material aus, das bei den auftretenden Temperaturen nicht sintert. In das Innere des Blechzylinders setzt man beispielsweise einen Bleehmantel n, dessen äussere Form der Oberfläche des später zu erzeugenden Gussstückes entspricht.
Der Zwischenraum zwischen dieser Blechschablone n und dem Blechzylinder m wird dann mit einem körnigen oder sandigen Material o ausgefüllt, das bei den im Betrieb auftretenden Temperaturen zu sintern und formbeständig zu werden vermag, indem man nach erfolgtem Schmelzen das Schmelzgefäss samt seinem Inhalt dem Einfluss des Erhitzungsmittels, erforderlichenfalls unter Anw endung künstlicher Kühlung entzieht. Nachdem die Zustellung des Ofens in der angegebenen Weise vollendet ist, wird der Blechzylinder m herausgezogen, wobei sich die beiden Schichten von nichtsinterfähigem (l) und sinterfähigem (o) körnigen oder sandigen Material nicht vermischen, sondern nur unmittelbar aneinandergrenzen.
Dieses Material o bildet dann infolge seiner Sinterung bei Temperaturen, die etwas unter dem Schmelzpunkt des zu schmelzenden Metalles oder der zu schmelzenden Legierung liegen, einen formbeständigen Tiegel. In der nahe der oberen Öffnung der Induktionsspule t gelegenen Zone" ird die Temperatur unter Umständen nicht hoch genug sein, um dort eine genügende Sinterung des Zustellungsmateriales o zu bewirken. Es kann sich infolgedessen empfehlen, in diesem Bereich bei der Zuriehtung des Ofens einen Rohrabsehnitt aus feuerfestem Material einzusetzen, wie ein solcher in Fig. 4. mit p angedeutet ist.
Um auch in diesen oberen Zonen eine genügende Temperatursteigerung zu gewährleisten. kann es sich ausserdem empfehlen, die obere Öffnung des Sehmelzraumes durch eine dicke feuerfeste Platte q abzudecken oder eine Schichte körnigen oder sandförmigen feuerfesten Materiales aufzubringen.
Während des Schmelzprozesses wird die Zustellung 1 rieselfähig bleiben, da diese Masse bei den im Betrieb auftretenden Temperaturen nicht sintern soll. Die Masse o @ ird dagegen bereits bei Temperaturen, die unter dem Schmelzbeginn liegen, zu einem formbeständigen tiegelförmigen Körper zusammensintern. Nach beendetem Einschmelzvorgang werden die einzelnen Abschnitte der Induktionsspule stufenweise, von unten her beginnend, in passend gewählten Zeitabständen ausgeschaltet und damit die Schmelze gezwungen, vom Boden her lunkerfrei zu erstarren. Nach beendeter Schmelzung und Erstarrung
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Anteil der Zustellung ! nach unten herausrieseln.
Sobald dies geschehen ist, liegt das erzeugte Gussstück mit der umgebenden gesinterten Schichte o im Inneren der Induktionsspule lose und kann leicht nach oben oder unten aus der Induktionsspule herausgenommen werden, worauf der Ofen frisch beschickt werden kann. Die zwischen dem gesinterten Anteil o und der Spule bzw. dem Heizelement befindliche nicktgesinterte und daher rieselfähig gebliebene Schichte 1 bewirkt zugleich einen vorzüglichen Schutz gegen Ofendurchbrüche. Sollte in der gesinterten Schichte o durch irgendeinen Zufall ein Riss entstehen, so würde sich dieser durch die Schichte 1 nicht fortsetzen können, da diese Schichte ja rieselfähig bleibt und somit dem Metall den Weg zur Spule versperrt.
Schliesslich empfiehlt es sich, die Arbeitsweise noch mit derjenigen zu kombinieren, bei welcher auch der Aussenraum zwischen Spule oder Heizelement und einem etwa vorhandenen Ofengehäuse mit einem rieselfähigen sandigen Material ausgefüllt wird. Sollte in einem besonders unglüeklichen Falle eine so starke Auswasehung der Zustellungen o und 1 erfolgen, dass die
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flüssige Schmelze bis an die Induktionsspule bzw. das Heizelement herantritt, so kann diese vorgedrungen
Schmelze nicht in den Raum ausserhalb der Induktionsspule oder des Heizelementes austreten und infolge- dessen auch nicht an das Ofengehäuse herankommen und dieses beschädigen.
Schliesslich kann man einen derartigen Ofen besonders leicht in ein gasdichtes Gehäuse einbauen und den Schmelzvorgang in Schutzatmosphäre oder im Vakuum sich abspielen lassen. Da gemäss der
Erfindung der lunkerfreie Block am Ort der Schmelzung selbst ohne Abgiessen erzeugt wird, so ist es nicht erforderlich, besondere Vorkehrungen zur Durchführung des Gusses unter Schutzatmosphäre oder im Vakuum zu treffen oder etwa in diesem Zusammenhang den Ofen samt Gehäuse kippbar einzurichten.
Dieser Umstand spielt namentlich für eisenfreie Induktionsöfen eine sehr w esentliehe Rolle, da bei diesen das Gehäuse bekanntlich entweder aus nichtleitendem Material (beispielsweise Steinzeug) oder aus schlecht- leitendem metallischen Material bestehen muss, das obendrein noch in passender Weise elektrisch nicht- leitend unterteilt sein muss. Sowohl bei Steinzeuggehäusen als auch bei unterteilten Metallgehäusen macht aber die Einrichtung zum Kippen wegen der dabei auftretenden mechanischen Beanspruchungen des Ofengehäuses besondere Schwierigkeiten. Es ist deshalb als ein besonderer technischer Fortschritt anzusehen, dass gemäss vorliegender Erfindung lunkerfreie Blöcke und Gussstücke in dauernd ruhenden Öfen hergestellt werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung lunkerfreier metallischer Formstücke durch allmähliches Erstarren- lassen des flüssigen Metalles von unten nach oben, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Vorgang in einem Schmelzofen mit einem Sehmelzgefäss von der Form des herzustellenden Stückes, gegebenenfalls in einer Schutzatmosphäre, im luftverdünnten oder luftleeren Raum durchgeführt wird, indem nach erfolgtem Schmelzen das Schmelzgefäss samt seinem Inhalt dem Einfluss des Erhitzungsmittels, erforderlichenfalls unter Anwendung künstlicher Kühlung in geregelter Weise entzogen wird.