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Den Versuchen zum Giessen schwerer hohler Ingots von etwa 2 t aufwärts, für welche eine be- trächtliche Nachfrage zur Herstellung von Schmiedestücken für Kesseltrommeln, von Gefässen für chemische Prozesse und ähnlichen Hohlbehältern grosser Abmessungen besteht, stellten sieh derartige
Schwierigkeiten entgegen, dass man bisher allgemein volle Ingots goss und ihren nicht benötigten Innenteil durch mechanische Bearbeitung, wie Bohren, Fräsen usw., entfernte.
Dieses Verfahren ist ungemein kostspielig und schwierig, weil das Gewicht des zu giessenden Metalles ganz ausserordentlich jenes übersteigt, das für den Guss eines hohlen Ingots notwendig wäre, und weil der Ingot viel längere Zeit braucht, bis er der Form entnommen werden kann und auch längere Zeit zum Gliihen erfordert ; ausserdem ist die Bearbeitung mühsam und kostspielig. Bei sehr grossen Ingots lässt das durch den unbenötigten Innenteil verursachte Mehrgewicht das Gesamtgewicht des Ingots manchmal die Tragfähigkeit der zur Verfügung stehenden Hebezeuge übersteigen.
Eine der hauptsächlichsten Schwierigkeiten, denen beim Giessen grosser Hohlingots zu begegnen ist, verursacht das Schwinden des Gussstüekes beim gänzlichen oder teilweisen Erstarren. Diesem Schwinden und Zusammenziehen wirkt der Kern entgegen, wodurch unerwünschte innere Spannungen, manchmal sogar auch Risse entstehen. Eine weitere Schwierigkeit wird beim Giessen schwerer hohler Ingots durch die Tendenz des geschmolzenen Metalles hervorgerufen, bei grösserer Masse den Kern aus gestampftem Sand oder feuerfestem Ton auszuwasehen und aus ihm unter der ausserordentlichen Hitze gasförmige Produkte, wie Wasserdampf, freizumachen.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese und andere Schwierigkeiten durch ein Giessverfahren, bei welchem bei schweren hohlen Ingots der Kern seine Gestalt so lange beibehält, als für ein so ausreichendes Erstarren des gegossenen Stahlingots notwendig ist, dass er selbst seine Gestalt beizubehalten vermag, und bei welchem der geschmolzene Stahl beim Giessen nicht in unmittelbare Berührung mit dem Kern gelangt, der sonst Gase entwickeln und durch den geschmolzenen Stahl angegriffen oder zerstört werden könnte.
Man hat zur Verhinderung von Gussblasen und Platzungen der Innenfläche eines hohlen Ingots bereits vorgeschlagen, ihn um einen zusaininenbreehbaren Kern zu giessen, der aus einem dünnen nickelplattierten und mit losem Sand oder anderem feuerfesten Material gefüllten Rohr besteht. Nach diesem Vorschlag wird das dünne nickelplattierte Kernrohr mit dem Gussmetall zusammengeschmolzen und nach der Zusammenziehung die lose Packung von Sand zerkrümmelt. Gemäss einem anderen, für die Herstellung von verhältnismässig leichten hohlen Gussstücken, wie Geschützteile und Geschosse, bestimmten Vorschlag besteht der Kern aus gestampftem Sand innerhalb eines Bleehmantels, der schmilzt und einen Teil des Gussstückes bildet.
Bei diesem letzteren Verfahren dient das Blech zur Bildung einer glatteren, reineren Form gegenüber einer Form aus Sand allein, wodurch die Bildung von Gusslöchern und Unregelmässigkeiten im Gussstück hintangehalten wird. Ferner ist ein Eingusskanal bekannt, der aus einem Mantel aus dünnem Blech besteht, welcher von lose gepackte Sand oder anderem isolierenden Material umgeben ist ; weiters hat man angeregt, ein geschlossenes, eine niehtmetallische oder eine kieselige Masse enthaltendes Gehäuse in einen Ingot oder sonstiges Gussstück einzubetten. Leichte rohrartige Gegenstände, wie z. B. Eisenrohre, wurden in einer Sandform um eine innen befindliche, aus dünnem Stahlblech oder Srhweisseisen bestehende und mit Sand gefüllte Hülle gegossen.
Alle diese Vorschläge beziehen sich auf verhältnismässig leichte Gussstüeke und nicht auf schwere Ingots jener Art, welche bei der Erfindung ins Auge gefasst sind. Für das Giessen schwerer Gussstücke, wobei der
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hydrostatische Druck der gewaltigen Masse von geschmolzenem Metall die Steifigkeit und Festigkeit von Sand übersteigen kann, hat man bisher niemals Sand als Kernmaterial verwendet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum steigenden Giessen von schweren hohlen Stahlingots um einen Kern, der aus einem dünnwandigen, mit losem trockenen Sand gefüllten Mantel aus einem mit dem Stahl misch-oder legierbaren Metall besteht, und besteht darin, dass bei oder nächst dem Schmelzpunkt des Stahles sinternder Sand und ein so dicker Mantel verwendet werden, dass er den Sand stützt und erst nach der durch die Hitze des schmelzflüssigen Stahles, zumindest an den Aussenschichten bewirkten Sinterung des Sandes schmilzt, worauf, nachdem der Stahl nächst dem Kern zu einer, zur Erhaltung der Gestalt des gegossenen Hohlingots ausreichend festen Wand erstarrt ist, der gesinterte Sand zerbrochen und gelockert wird, wodurch beim weiteren Abkühlen des Ingots dessen ungehinderte Zusammenziehung ermöglicht wird.
Die Wirkungen des dünnen Stahlmantels und des Sandes ergänzen einander, indem der dünne Metallmantel den losen trockenen Sand in der gewünschten Kerngestalt stützt und hält, diesen Kern vor Zerstörung durch den geschmolzenen Stahl schützt und ein Sintern des Sandes ohne Gestaltsänderung des Kernes ermöglicht. Der Sand dagegen verhindert durch seinen, auf die Fläche der Schutzhülle wegen seiner lockeren und beweglichen Form gleichmässig ausgeübten Druck den Zusammenbruch des Mantels unter dem grossen hydrostatischen Druck des geschmolzenen Stahles. Weiters sintert der Sand, bevor noch der Mantel schmilzt, wie dies manchmal vorkommen kann, und bildet so eine zusammenhängende Wand von genügender Stärke, um dem auf ihn ausgeübten hydrostatischen Druck des noch schmelzflüssigen Metalles zu widerstehen.
Es ist nebensächlich, ob der Schutzmantel nach dem Sintern des Sandes schmilzt oder nicht, weil nach erfolgter Sinterung die Wirkung des Mantels nicht mehr notwendig ist.
Wie oben erwähnt, wird der gesinterte Sand gebrochen und gelockert, nachdem der gegossene Stahl so weit erstarrt ist, dass er die Gestalt des Ingots beibehält. Nach dem Zerbrechen und Lockern des Sandes kann das Schwinden oder Zusammenziehen des Ingots bei dessen Weiterabkühlung bei kleiner . oder überhaupt keiner Gegenwirkung vor sich gehen.
Das Zufliessen des geschmolzenen Stahles zum Boden der Form und das Füllen derselben nach aufwärts, das im wesentlichen ohne Wirbelung vor sich geht, sind wichtig, weil beim Eingiessen des Stahles am Scheitel der Form ein Wirbeln und Spritzen auftreten würde, was zu einem Schmelzen des Mantels vor genügender und zur Aufrechterhaltung der Gestalt ausreichender Sinterung des Sandes führen könnte.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird vorzugsweise in den Sand eine Einrichtung zum Zerbrechen eingebettet, die nach ausreichendem Erstarren des Stahles bewegt und vorteilhaft ausgehoben wird, um ein Zerkrümmeln des Sandes hervorzurufen. Bei der Herstellung eines hohlen Ingots kann der Stahl durch einen zentralen Eingusskanal in bekannter Weise eingegossen werden, so dass er durch die Mitte des Kernes hindurch zur Formsohle gelangt. In diesem Falle wird der Eingusskanal in bekannter Weise mit einem dünnen Mantel versehen und der ringförmige Zwischenraum zwischen ihm und dem Eingusskanal mit losem trockenen Sand ausgefüllt ; nach genügendem Erstarren des Stahles wird der Sand zerbrochen und durch die Bewegung des Eingusskanales gelockert.
Beim Giessen eines hohlen, an einem Ende geschlossenen Ingots kann der Schutzmantel aus einem am oberen Ende offenen und am unteren Ende geschlossenen, gefässartigen Blechkörper bestehen, der mit losem trockenen Sand gefüllt und beim Giessen mit seinem geschlossenen Ende in einem Abstande von der Formsohle und mit seinem offenen Ende oberhalb des Scheitels des zu giessenden Ingots in der Form gehalten wird.
In der Zeichnung ist Fig. 1 ein lotrechter Schnitt durch eine Ingotform bzw. einen Ingotkern nach der Erfindung und Fig. 2 eine Draufsicht zur Fig. 1 ; Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausbildung der Form bzw. des Kernes nach Fig. 1, während Fig. 4 ein Schnitt durch eine andere Ausbildung des Kernes ist.
Gemäss den Fig. 1 und 2, welche die Erfindung in ihrer Anwendung zum Giessen eines hohlen, an beiden Enden offenen Stahlingots veranschaulichen, sitzt eine Form 10 aus dem üblichen Material (Gusseisen) auf einer Gussplatte 11 auf und ungefähr im Zentrum der Form ist der Eingusskanal 12 für das geschmolzene Metall vorgesehen, der mit den in der Platte 11 eingelegten, durch Ziegeln 13 gebildeten Giesst annalen in Verbindung steht. Der dargestellte Einguss ist ein solcher, bei welchem in bekannter Weise eine trockene körnige Packung 14 in den Ringraum zwischen einem äusseren Metallmantel 15 und einem inneren Rohr 16 aus feuerfestem Material eingefüllt ist.
Ein Schutz in Gestalt eines hohlen
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dem Schutzzylinder 17 und dem äusseren Metallmantel15 des Eingusskanales ist mit trockenem Sand 18 gefüllt, welcher erwärmt sein kann. Er ist von solcher Art, dass er annähernd bei der Schmelztemperatur des zu giessenden Stahles sintert. Die mit den Giesskanälen ausgestatteten Ziegeln 13 weisen die gewünschte Zahl von Steigöffnungen 19 auf, die zwischen der Form 10 und dem Schutzzylinder 17 ausmünden. Das den zentralen Eingusskanal 22 nach abwärts durchfliessende Schmelzgut wird zu einem
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enthält, welche einerseits versteift und anderseits vor der direkten Berührung mit dem flüssigen Metall durch den Zylinder 17 geschützt ist.
Es empfiehlt sich, den Ingot durch eine Anzahl von gleichmässig verteilten Steigkanälen zu giessen. In Fig. 2 sind die vier Mündungen 19 solcher Steigkanäle veranschaulicht, womit der Stahl mit ausgeglichener Temperatur zu den verschiedenen Teilen der Ingotform gelangt, wodurch das Entstehen verhältnismässig heisser und kalter Seiten hintangehalten wird, die sonst beim Abkühlen des Ingots die Ursache von Rissen und Sprüngen werden können.
Entsprechende Zeit nach dem Giessen, welche Zeit von der Masse des Ingots abhängt, wird der
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und zusammenbricht. An der äusseren Metallhülle des Eingusskanales kann in bekannter Weise eine seitliche Flansche oder ein vorspringender Fuss od. dgl. 20 vorgesehen werden, um ein besseres Stehen der Hülle auf der Gussplatte 11 zu ermöglichen ; diese Flansche oder der Fuss wirkt auch beim Herausziehen des Eingusskanales zerbrechen auf den gesinterten Sand 18 ein.
Die Form des Schutzes oder Mantels 17 ist den jeweiligen Umständen anzupassen und seine Dicke bestimmt sich durch die Masse und die Temperatur des mit ihm in Berührung befindlichen flüssigen Metalles, ferner durch den eigenen Schmelzpunkt und durch die Temperatur, bei welcher der Sand 18 sintert.
Als besonderes Beispiel sei angeführt, dass ein Ingot von 7 bis 20 t um einen Schutzmantel 17 herum gegossen werden kann, der aus Flussstahlblech von 1'55 mm Dicke besteht. Für einen Ingot von 3 bis 5 t genügt ein Schutzmantel 17 aus Flussstahlbleeh von 0'457 mm Dicke. In beiden Fällen bleibt die freie Fläche der Schutzhülle fest, wogegen die innere Fläche sich mit dem Gusskörper verschweisst.
Gleichgültig, ob der Schutzmantel 17 während des Giessens gänzlich oder zum Teil schmilzt, müssen die Verhältnisse immer so gewählt werden, dass der Druck des flüssigen Metalles aur die Hauptmasse des Sandes 18 erst dann verteilt wird, bis diese gefrittet oder gesintert und daher in einem Zustande ist, in welchem sie dem Druck auch ohne der Hilfe des Schutzmantels Widerstand leisten kann.
Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Ausführung ist der Eingusskanal12 ausserhalb der Formen 10 angeordnet, und im Sande 18, der sich innerhalb des Schutzmantels 17 befindet, ist eine Stange 21 eingebettet. Diese Stange bildet die Einrichtung zum Brechen und Entfernen des Sandes, indem nach ihrem Herausziehen nach Fertigstellung des Gusses der Sand 18 zusammenstürzt und dem beim Abkühlen stattfindenden Zusammenziehen des Ingots keinen Widerstand mehr entgegensetzt. Der geschmolzene Stahl gelangt zur Sohle der Form durch die Steigkanäle der Ziegel 13, die mit Austritts- Öffnungen 19 in den Ringraum zwischen Schutzmantel 17 und Form 10 münden. Falls gewünscht ; kann man die Stange mit seitlichen Vorragungen ausstatten, damit sie beim Herausziehen den Sand sicher zum Zusammenstürzen bringt.
Um einen hohlen, an einem Ende geschlossenen Ingot herzustellen, wird der Schutzmantel in der in Fig. 4 veranschaulichten Gestalt hergestellt, nämlich in Form eines Gefässes aus Blech, welches einen hohlen zylindrischen Teil 17 und an einem Ende einen Deckel 22 aufweist. In diesem Gefäss ist eine Wand aus Sand 18 vorgesehen, der es entweder zur Gänze füllt oder nur eine ringförmige Wand dann bildet, wenn man in den Blechschutz eine Stange 21 einsetzt, mit deren Hilfe das Zusammenbrechen des Sandes bewirkt werden kann.
Der ganze Kern, der aus dem Blechzylinder 17, dem Deckel 22, der Wand 18 aus Sand und der Stange 21 besteht, wird in eine Ingotform eingehängt oder in derselben derart abgestützt, dass sein verschlossenes Ende 22 in dem gewünschten Abstande von der Sohle der Form steht, während sein offenes Ende die Giesshöhe oder den Ingotscheitel überragt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum steigenden Giessen von schweren hohlen Stahlingots um einen Kern, der aus einem dünnwandigen, mit losem trockenen Sand gefüllten Schutzmantel aus einem mit dem Stahl mischoder legierbaren Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass bei oder nächst dem Schmelzpunkt des Stahles sinternder Sand und ein so dicker Mantel verwendet werden, dass er den Sand stützt und erst nach der durch die Hitze des schmelzflüssigen Stahles, zumindest an den Aussenschiehten bewirkten Sinterung des Sandes schmilzt, worauf, nachdem der Stahl nächst dem Kern zu einer, zur Erhaltung der Gestalt des gegossenen Hohlingots ausreichend festen Wand erstarrt ist, der gesinterte Sand zerbrochen und gelockert wird, wodurch beim weiteren Abkühlen des Ingots dessen ungehinderte Zusammenziehung ermöglicht wird.