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Verfahren und Gussform zur Erzeugung von metallenen Ingots oder Gussstucken.
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von metallenen Gussstücken, insbesondere auf die Erzeugung von Ingots aus Gussstahl. Bei der Erzeugung von Ingots aus Gussstahl, insbesondere solchen von grossen Abmessungen, tritt gewöhnlich eine Veränderung des körnigen Gefüges in verschiedenen Teilen des Ingots auf. Dadurch entstehen Seigerungserscheinungen und Risse in den äusseren Teilen des Ingots und insbesondere sogenannte "corner marks" bei Ingots von rechteckigem oder vieleckigem
Querschnitt. Fehler finden sich auch hauptsächlich in dem axialen Bereich des Ingots, besonders in dessen oberem Teil.
Die Erfindung bezweckt, die Neigung zur Bildung solcher Fehler herabzusetzen und im allgemeinen Ingots von besserer Güte zu erzeugen.
Gemäss der Erfindung erfolgt das Vergiessen des Metalls in eine Form, in welcher sich ein Metall von niedrigerem Schmelzpunkt in festem Zustande befindet, so dass dieses leichter schmelzbare Metall beim Giessen geschmolzen wird und die Zwischenräume erfüllt, welche durch die Zusammenziehung des Gussstüekes oder durch die Ausdehnung der Form oder durch beide Vorgänge zwischen der Form und dem Gussstück gebildet werden. Das Metall mit dem niedrigeren Schmelzpunkt kann dabei in fester Form, wie beispielsweise in der I..... d Ringes, einer Scheibe oder einer Platte, in die Form eingebracht werden, oder es kann auch in flüssiger Form eingebracht werden, wobei das Vergiessen des Metalls erst nach dem Erstarren des eingebrachten leichter schmelzbaren Metalls erfolgt.
Das feste leichter schmelzbare Metall wird mit einer Platte bedeckt, die einen falschen Boden für die Form bildet und deren Wärmeaufnahmevermögen und Widerstand gegen die abgegebene Wärme derart gross sind, dass der Ingot gänzlich oder teilweise gegossen werden kann, bevor das leichter schmelzbare Metall flüssig zu werden beginnt. Die Platte kann aus irgendeinem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, wie beispielsweise Gusseisen oder Stahl, oder sie kann aus zwei oder mehreren Materialien bestehen, wie beispielsweise Gusseisen und einem Belag auf einer oder beiden Seiten von feuerfestem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Asbest.
Wenn dann die Verflüssigung des leichter schmelzbaren Metalls eintritt, so fliesst dieses in dem Zwischenraum zwischen dem Ingot und der Form aufwärts, der sich infolge der Zusammenziehung des Ingots beim AbkÜhlen oder der Ausdehnung der Form infolge der Hitze oder beider Vorgänge bildet. Nötigenfalls kann der Widerstand gegen das Abströmen der Hitze aus dem leichter schmelzbaren Metall zu dem Boden der Form und zu dem unteren Teil der Wand der Form oder nur zu einem dieser beiden Teile vergrössert werden, so dass der grössere Teil der Hitze aus dem unteren Teil des Ingots zum Schmelzen des leicht schmelzbaren Metalls nutzbar gemacht wird.
Die Höhe, bis zu welcher das leichter schmelzbare Metall in der Form steigen soll, kann dadurch geregelt werden, dass die Menge des zuerst eingeführten Füllmetalls genügend gross bemessen wird, um das Gussmetall schwimmen zu lassen.
Das Mass derVerflüssigung des leicht schmelzbaren Metalls bestimmt auch die Höhenlage des Spiegels, bis zu dem es in der Form steigt, und infolgedessen auch den Bereich, in welchem das Kühlen gegen den Boden des Ingots zu kräftiger erfolgt als in dem oberen Teil desselben. Dieses abgestufte Kühlen kann dadurch erreicht werden, dass der Bau der Form geändert wird, beispielsweise indem die Wand gegen den Boden der Form zu dicker gemacht wird, oder durch künstliches Kühlen der Form, beispielsweise dadurch, dass Luft über die Oberfläche der Form in der Richtung vom Boden gegen den oberen Teil zu geblasen wird.
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Beim Giessen von Ingots oder Gussstücken von kleiner oder mittlerer Grösse, wobei die Gefahr des Auftretens von Rissen, d. h. von Fehlern an den Kanten von Ingots von rechteckigem oder viel- eekigem Querschnitt, zu vernachlässigen oder nicht vorhanden ist, wird die Erfindung hauptsächlich dazu benutzt, das Abkühlen der Ingots derart zu regeln, dass es in der Richtung vom Boden gegen den
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von Rissfehlern in der äusseren Zone besteht, ist es notwendig, der sprengenden Wirkung des Gussmetalls entgegenzuwirken, welches innerhalb der erstarrten äusseren Schale flüssig bleibt, indem während des Giessens ein Flüssigkeitsdruek in dem Zwischenraum zwischen der erstarrten Oberfläche des Ingots und der Form aufrechterhalten wird.
Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung zu dem angegebenen Zweck erhält die Platte oder der falsche Boden irgendeine geeignete Form. Er wird beispielsweise in Form einer vollen Platte oder Scheibe ausgeführt oder schfissel-oder beeherförmig. Infolge seines verhältnismässig kleinen Wärmewiderstandes und Wärmeaufnahmevermögens wird das leichter schmelzbare Metall unter ihm kurze Zeit nach Beginn des Giessens flüssig und steigt schon zwischen dem Gussmetall und der Form empor, wenn die freie Oberfläche des gegossenen Metalls bloss ein kleines Stück in der Form gestiegen ist. Das abgestufte Abkühlen des Ingots, an Stärke abnehmend von dem Boden der Form gegen den oberen Teil zu, kann auch noch in der oben beschriebenen Weise verstärkt werden.
Ein abgestuftes Abkühlen kann auch durch eine Veränderung des Spiegels des leichter schmelzbaren Metalls in der Form hervorgerufen werden, u. zw. dadurch, dass entweder die Menge des anfänglich eingeführten Metalls verändert wird,
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kann beispielsweise durch einen Gewindezapfen, aber auch auf andere Weise verschlossen sein.
In manchen Fällen ist es erwünscht, das leichter schmelzbare Metall in zwei Stufen zu schmelzen.
Bei einer Methode zur Durchführung des Verfahrens wird eine bestimmte Menge des leicht schmelzbaren Metalls auf den Boden der Form aufgebracht und durch eine Platte abgedeckt ; sodann wird eine weitere Menge des leicht schmelzbaren Metalls auf die Platte aufgebracht und durch eine zweite Platte abgedeckt. Das Wärmeaufnahmevermögen und der Wärmewiderstand der zweiten Platte werden niedriger gehalten als jene der ersten Platte.
Wenn der Ingot gegossen wird, wird das leichter schmelzbare Metall zwischen der ersten und zweiten Platte schnell flüssig, steigt in dem Zwischenraum zwischen der Aussenseite des Ingots und der Form auf und lässt den Ingot bis zur Beendigung des Giessens und für eine genügende Zeit schwimmen, bis der äussere Teil des Ingots erstarrt und fähig wird, den inneren flüssigen Teil ohne Gefahr zurückzuhalten. Es kann dann einer genügenden Menge des leichter schmelzbaren Metalls das Auslaufen aus der Form durch eine regelbare Abstiehöffnung gestattet werden, bis der Ingot herabsinkt und von der unteren Platte getragen wird.
Sodann wird die Abstiehöffnung für das leichter schmelzbare Metall geschlossen und das leichter schmelzbare Metall unter der ersten oder unteren Platte infolge ihres grösseren Wärmewiderstandes langsam geschmolzen. Es steigt sodann flüssiges Metall wiederum zwischen dem Ingot und der Form hoch, wodurch man während der Endstadien der Erstarrung des Ingots eine Kühlung desselben von dem Boden nach oben zu erhält.
In manchen Fällen kann es notwendig sein, Einrichtungen vorzusehen, die es verhindern, dass die untere Platte aufwärts schwimmt, wenn die erste Menge des leichter schmelzbaren Metalls flüssig geworden ist. Eine solche Einrichtung besteht darin, dass man Leisten oder Vorsprünge in dem Boden der Form vorsieht, unter welchen die Platte gelagert wird.
Wenn mehrere Platten oder mehrere falsche Böden vorgesehen werden, dann werden diese Platten und Körper oder nur einzelne Körper aus leichter schmelzbarem Metall, die unter den Platten angeordnet sind, gegebenenfalls aus verschiedenen Metallen hergestellt oder sie erhalten verschiedene spezifische Wärmeleitfähigkeiten und Schmelzpunkte.
In der Zeichnung sind in drei lotrechten Schnitten schematisch Ingotformen mit in ihnen gelagerten Platten aus Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt gemäss der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 ist die Wandung der Gussform mit 1 bezeichnet und mit 2 eine Platte aus Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Blei für den Fall der Erzeugung von Stahlingots, die durch eine Platte 3 bedeckt ist, die einen falschen Boden für die Form bildet. In Fig. 2 sind zwei Metallplatten mit niedrigerem Schmelzpunkt vorhanden, nämlich eine in einer Höhlung in dem Boden der Form gelagerte Platte 4 und ein etwas höher gelagerter Ring 5, der auf einer nahe dem Boden der Form befindlichen Leiste aufruht.
Die Stücke 4 und 5 können aus demselben Metall von niedrigerem Schmelzpunkt bestehen oder aus verschiedenen Metallen und sind beide durch eine Platte 6 von geeigneter Form abgedeckt, die im Querschnitt die Form eines falschen Bodens hat. Der untere Teil der Form 1 ist in dieser Figur dicker als der obere Teil bemessen. In Fig. 3 sind zwei Platten 7 und 8 aus Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt in dem unteren Teil der Form gelagert und durch eine Platte 9 aus anderm Werkstoff von geeignetem Wärmeaufnahmevermögen und geeigneter Wärmeleitfähigkeit getrennt ; die obere Platte 8 ist ebenfalls durch eine Platte 10 von geeignetem Wärmeaufnahmevermögen und geeigneter Wärmeleitfähigkeit abgedeckt, wobei die erwähnten physikalischen Eigenschaften der Platte 10 verschieden von jenen der Platte 9 sein können.
Die Platte 10 bildet wieder einen falschen Boden für die Form. In der Formwand 1
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ist eine Öffnung 11 vorgesehen, die mit dem Innenraum der Form in Verbindung steht und durch einen Zapfen 12 geschlossen werden kann. Dieser kann in einer geeigneten Abflussvorriehtung 13 ein-und ausgeschraubt werden, so dass das geschmolzene leichter schmelzbare Metall im gewünschten Augenblick aus der Form entweichen kann. Fig. 3 zeigt weiters einen Zapfen M, der durch die Form hindurchgeschraubt ist und die Platte 9 am Aufsteigen in der Form hindert, wenn der Körper 8 aus dem leicht schmelzbaren Metall flüssig geworden ist.
Bei den im vorstehenden beschriebenen Verfahren zur Ausführung der Erfindung wird das Metall von niedrigerem Schmelzpunkt anfänglich in den unteren Teil der Form eingebracht, da dies im allgemeinen vorteilhaft ist ; die Erfindung ist aber nicht auf diese Art der Lagerung des leichter schmelzbaren Metalls beschränkt, da gewünschtenfalls ein Stück aus leichter schmelzbarem Metall oder deren mehrere in verschiedenen Höhenlagen in dem oberen Teil oder gegen den oberen Teil der Form zu gelagert werden können.
Wenn in diesem Falle das Füllmetall durch die von dem Gussstück abgegebene Hitze geschmolzen wird, fliesst es unter der Wirkung der Schwerkraft in den sich zwischen der Form und dem Gussstück bildenden Zwischenraum ; es können geeignete Vorrichtungen vorgesehen sein, die das leicht schmelzbare Metall diesem Spalt zuführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von metallenen Ingots oder Gussstücken, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergiessen des Metalls in eine Form erfolgt, in welcher sich ein Metall von niedrigerem Schmelzpunkt in festem Zustande befindet, so dass dieses leichter schmelzbare Metall beim Giessen geschmolzen wird und die Zwischenräume erfüllt, welche durch die Zusammenziehung des Gussstückes oder durch die Ausdehnung der Form oder durch beide Vorgänge zwischen der Form und dem Gussstück gebildet werden.