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Das Giessen von Metallblöcken, die zu Halbzeug, wie Blech, Band usw. weiter bearbeitet werden, geschieht bisher gewöhnlich in aufrecht stehenden Kokillen. Dabei ist die Entstehung von Lunkerköpfen und Saigerungsstellen im Guss meist nicht zu vermeiden, die vor oder nach dem Auswalzen entfernt werden müssen.
Auch beim Giessen in liegenden, an ihrer oberen Längsseite offenen Giessformen ist an der in der Mitte meist auftretenden Einsackung zu erkennen, dass auch hiebei eine Neigung zur Lunkerbildung vorhanden ist. Diese Einsackung, die je nach der Stärke des zu giessenden Metallblockes verschieden ausfällt, wirkt sich beim Auswalzen ungünstig aus. Auch findet man beim Auswalzen, dass das Werkstoffgefüge in der Mitte des Gussblockes weniger gut ist als an den Kanten. Das offene Giessen in liegenden Giessformen hat daher trotz der wirtschaftlichen Vorteile und leichteren Handhabung bisher wenig Verwendung gefunden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die beim Giessen in liegenden, offenen Giessformen auf- tretenden Schwierigkeiten zu beseitigen und Guss blöcke zu erhalten, die in allen Teilen von möglichst gleichmässiger Struktur und an ihrer Oberfläche möglichst plan sind. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Temperatur des Gussblockes, dessen eine Breitseite nach oben offen liegt, während des Erstarrungsvorganges derart geregelt wird, dass die Blockmitte ungefähr gleichzeitig mit den Kantenpartien erstarrt. Das kann durch entsprechende Kühlung der liegenden, an ihrer oberen Längsseite offenen Giessform oder durch Hemmung der Wärmeabgabe an den Kanten oder Seitenpartien der offenen Giessform geschehen.
Natürlich können auch beide Massnahmen-Kühlung und Hemmung der Wärmeabgabe-gleichzeitig Anwendung finden. In jedem Falle wird dadurch eine möglichst gleichmässige Erstarrung des mit seiner oberen offenen Fläche als Walzseite dienenden Gussbloekes von der Mitte aus über seine ganze Ausdehnung erzielt.
Es sind zwar schon liegende Giessformen, deren obere Seite offen ist, bekannt ; mit diesen Kokillen versuchte man eine möglichst gleichmässige Erstarrung des flüssigen Metalls dadurch zu erreichen, dass man die Innenseite des Bodens der Giessform mit einer durchlaufenden Wölbung versehen hat, um die Erstarrung der Gussblockmitte infolge der Anhäufung des Kokillenbaustoffes durch Wärmeentziehung zu beschleunigen. Zunächst werden aber dadurch Gussstücke von unregelmässiger Querschnittsform erhalten, die gerade in der Mitte, wo aus walztechnischen Gründen eine Verstärkung erwünscht ist, im Querschnitt dünner sind.
Anderseits kann durch die Verstärkung des Bodens eine nennenswerte Beschleunigung der Erstarrung nicht oder nur gerade dadurch eintreten, dass das Guss- stück durch diese Bodenverstärkung an der betreffenden Stelle geringeren Querschnitt hat und dadurch diese Stelle ohnehin schneller erstarrt. Ferner kommt noch hinzu, dass durch die durchlaufende Wölbung an den Enden der längliehen Giessform eine Verzögerung der Erstarrung nicht eintritt.
Anderseits ist es auch schon verschiedentlich bei geschlossenen Kokillen bekannt, den Kokillen-
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bei welchem die Kokille nach Eingiessen des Metalls mit einem Kühldeckel verschlossen und dann um 180 gewendet wird, so dass der Deckel als Kühlboden für die geschlossene Form dient. Ferner kennt man ein Verfahren, bei welchem verschiedene Metallsorten lagenweise aufeinanderfolgend in die geschlossene Kokille eingegossen werden, wobei zur möglichst schnellen Kühlung der unteren Metallage der Boden der Kokille gekühlt wird. Bei diesen bekannten Verfahren handelt es sich aber nicht nur in der Regel um geschlossene Kokillen, sondern auch meist um senkrecht stehende Kokillen.
Die Kühlung der liegenden offenen Giessform kann dadurch bewirkt werden, dass durch den Boden der Giessform ein Kühlmittel hindurehgeleitet wird, welches vorzugsweise die Mitte der Giess-
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form kühlt. Gegebenenfalls kann auch noch eine zusätzliche Kühlung von oben, besonders bei stärkeren Blöcken erfolgen. Die Seitenteile der offenen Giessform können aus einem Werkstoff von schlechter Wärmeleitfähigkeit, z. B. Chamotte oder einer Eisen-Nickel-Legierung bestehen, um hier eine Wärmestauung zu erhalten.
Durch diese Massnahmen ist man in der Lage, die Erstarrung des Gusses so zu leiten, dass die Mitte und die Kantenteile des Gussblockes ungefähr gleichzeitig von unten nach oben erstarren, gegebenenfalls auch die Erstarrung an der Mitte früher als an den Randzonen eintritt, ohne dass Lunker-oder Saigerstellen entstehen.
Die Bodenplatte der Giessform kann vorzugsweise auch aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, z. B. aus Kupfer in der Mitte und aus einem die Wärme schlecht leitendem Werkstoff an den Kanten.
Zur Unterstützung der beabsichtigten Wirkung, dass der Guss in der offenen Giessform möglichst gleichzeitig mit den Kantenteilen erstarrt, kann man auch die Gussoberfläche ganz oder teilweise von oben kühlen, beispielsweise durch Anbringung einer Kühlleiste über dem Guss, durch Berieselung, Pressluft usw. oder man kann die offene Giessform an den Kanten durch eine in der Mitte ausgesparte, im Abstand über der offenen Gussform angeordnete Platte abdecken, die in der Mitte die Wärme frei ausstrahlen lässt, während an den Seiten eine Wärmeabgabe an die Luft durch Strahlung gehemmt wird. Dieselbe Wirkung hat auch eine teilweise Beheizung der Oberfläche durch Gas, Dampf, Luft usw., die z. B. an den Kantenteilen vorgenommen werden kann.
Um den Temperaturausgleich in allen Schichten des Gussblockes zu fördern, kann es vorteilhaft sein, das Metall während der Erstarrung in fliessender Bewegung zu halten, indem die offene Giessform nach dem Ausgiessen langsam hin und her gekippt wird. Die Fliessbewegung hat auch zur Folge, dass die Kristallbildung, die von unten nach oben erfolgt, in wirksamer Weise unterbunden wird, wodurch die Dichte und Walzfähigkeit des Werkstoffes in bekannter Weise erhöht wird. Ferner ermöglicht die fliessende Bewegung, dass der Erstarrungsvorgang in allen Teilen beobachtet und geregelt werden kann. Die-Giessform ist zur Erzielung der Fliessbewegung des Metalles zweckmässig um eine Drehachse kippbar gelagert und mit einer zum Umkippen der Form auslösbaren Schwingbegrenzungseinrichtung versehen.
Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens und einige Ausführungsformen der mit der Erfindung erzielten Gussblöeke dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 1 die Vorrichtung im senkrechten Schnitt und Fig. 2 in Endansicht, Fig. 3 eine Vorrichtung mit Doppelkokille im senkrechten Schnitt, Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 eine Ausführungsform der Giessform im Schnitt, bei welcher ausser der Bodenkühlung noch eine obere Kühlung vorgesehen ist, Fig. 6 dieselbe Giessform in schaubildlicher Ansicht, Fig. 7 und 8 zwei Ausführungsformen einer unterteilten Plattenkokille, je im senkrechten Schnitt und in Draufsicht, Fig. 9-11 drei verschiedene Ausführungsformen der mit der Erfindung erzielten Gussblöcke, Fig. 12 ein Gussblock in Draufsicht.
Die liegende, an ihrer oberen Längsseite offene Giessform der Fig. 1 und 2 besteht im wesentlichen aus der Bodenplatte a und der Umrahmung b. Die Bodenplatte a kann aus gut wärmeleitendem Stoff, wie Kupfer, Stahlguss usw. und die Umrahmung b. aus wärmeisolierendem bzw. schlecht wärmeleitendem Werkstoff, z. B. Chamotte oder aus den im Handel unter den Namen Invar oder Erical bekannten Metallegierungen bestehen, um die Wärmeabgabe an dieser Stelle zu hemmen. Die Bodenplatte kann vorzugsweise mehrteilig sein und in der Mitte aus besser oder aussen aus schlechter leitendem Stoff bestehen.
Die Bodenplatte, die an ihrer oberen Seite, wie punktiert angedeutet ist, in an sich bekannter Weise ausgehöhlt sein kann, um eine für das spätere Auswalzen oft erwünschte Verstärkung in der Mitte des Gussbloekes zu erhalten, ist auf einem Rahmen c angeordnet, der z. B. in Böeken d gelagert ist. Der Rahmen c ist bei t hohl, damit eine Kühlflüssigkeit oder ein anderes Kühlmittel den Kokillenboden bestreichen kann. Der Hohlraum kann wie gezeichnet, z. B. durch eine Rippe e unterteilt sein, damit das Kühlmittel gezwungen wird, am Boden der Giessform, insbesondere in der Mitte entlang zu streichen. Bei drehbarer Anordnung des Rahmens c, wie in der gezeichneten Ausführungsform, wird das Kühlmittel durch die Kugelgelenke g der hohlen Drehachse oder durch geeignete Umleitungen zu-und abgeführt.
Um die Kokille beim Eingiessen in jeder Lage halten und die Gussplatte bequem herausbringen zu können, ist eine durch das Handrad h bedienbare Kippvorrichtung vorgesehen, die z. B. mittels
Schnecke und Schneckenrad arbeitet. Diese Kippvorrichtung kann gleichzeitig zum langsamen Hinund Herschwingen der Giessform während der Erstarrung des Metalls benutzt werden, ferner auch dazu, um in gekippter Lage von einer Ecke aus eingiessen zu können und durch Kippen der Form in die waagrechte Lage den Boden rasch mit Metall zu bedecken. Auf diese Weise ist es möglich, den Boden rasch mit Metall zu bedecken, indem man erst in schräger Lage, also in der Leistenkerbe eingiesst, sodann die Kokille schnell kippt, damit das Metall in vollem Strom den Boden deckt, wodurch die untere Fläche möglichst glatt ausfällt.
Fig. 2 zeigt in punktierten Linien die Form in der vollständig umgekippten Lage und in den Sehwingungslagen während der Erstarrung des Metalls. Letztere können durch einen. Führungsschlitz i mit Stift k begrenzt werden. Um die Form vollständig umzu- kippen, braucht nur der Stift 7c herausgezogen zu werden.
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Der Rahmen b der Form kann in an sich bekannter Weise auswechselbar mittels Schrauben m an der Bodenplatte a befestigt sein, um verschiedene Plattenformate giessen zu können. Der Rahmen kann von beliebiger Form sein und von der gezeichneten rechteckigen Form abweichen, damit die
Gussstücke beim Auswalzen keine Schwänze erhalten, die später als Abfall entfernt werden müssen.
Um das zu vermeiden, ist es besonders angebracht, die Rahmenwände alle oder zum Teil so auszubilden, dass sie an den Kanten mehr vorstehen bzw. in der Mitte zurückstehen, so dass die Endflächen des
Gussstückes beim Auswalzen ungefähr gerade bzw. eben ausfallen und keine vorstehenden, als Abfall in Frage kommenden Schwänze entstehen. Die Rahmenwände können zu diesem Zwecke konkav, winkelig oder sonstwie ausgehöhlt sein, wodurch ein dieser Rahmenform entsprechendes Gussstück erhalten wird.
Bei allen Befestigungen, besonders bei der Auflage der Bodenplatte a auf dem Tragrahmen c ist auf die freie Wärmedehnung der Teile entsprechende Rücksicht zu nehmen. Die bei der Bodenplatte a durch die einseitige Wärmeaufnahme von der Gussplatte und durch die Kühlung auf der andern Seite bestehende Neigung, sich zu verziehen und nach oben zu krümmen, wird durch die Befestigungsschrauben m verhindert. Zu demselben Zweck kann die Bodenplatte a, um ein Werfen oder Verziehen zu vermeiden, auf der Rippe e aufliegen, indem diese mit kleinen Erhöhungen versehen ist, welche die Bodenplatte unterstützen, ohne den Durchfluss des Kühlmittels zu verhindern. Es können zu diesem Zwecke auch mehrere Rippen vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 findet eine Doppelkokille Anwendung, die in ähnlicher Weise wie die einfache Kokille nach Fig. l und 2 ausgeführt und mittels des Handrades h um 180'kippbar ist, um nacheinander zwei Metallblöeke giessen zu können. In jeder Giesslage ist die Kokille durch beliebige, nicht gezeichnete Mittel feststellbar. Auch bei dieser Doppelkokille werden die Bodenplatten a, al der beiden Kokillen in der Mitte durch den von einem Kühlmittel durchströmten Hohlraum t des Rahmens c gekühlt. Die Rippe cl endigt oben und unten kurz vor den Bodenplatten oder sie ist mit Auflageansätzen für letztere versehen, so dass das Kühlmittel am Boden der Giessform entlangstreichen muss.
Die Bodenplatten a, al können wieder aus gut wärmeleitendem Stoff und die Wände b aus schlecht wärmeleitendem Stoff bestehen.
Die Kokillen können auch noch mit einer Aussenkühlung versehen sein, die auf die Giessmasse keinen Einfluss hat und nur die Formen nach erfolgtem Guss wieder schnell abkühlen soll. Der Rahmen c kann zu diesem Zwecke aussen mit hochstehenden Wänden cl versehen sein, um Hohlräume zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit od. dgl. zu bilden. Die Kühlflüssigkeit wird in diese Räume zweckmässig erst nach vollständiger oder teilweiser Erstarrung des Gusses in der Form eingefüllt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist die oben offene Giessform noch mit einer oberen Kühleinrichtung versehen, was besonders bei stärkeren Gussblöcken erwünscht ist, damit bei diesen der Kern oder Mittelteil auf der ganzen Höhe beschleunigt zum Erstarren gebracht wird. Die obere hohle Kühlleiste v, die fest oder abnehmbar sein kann, ist mit einer Kühlmittelzu-und-ableitung versehen und kann über die ganze Länge der im übrigen oben offenen Giessform reichen (Fig. 6). In der gezeichneten Ausführungsform ist eine dreiteilige Giessform dargestellt, die aus dem Rahmen b, dem Boden a und dem unteren Kühlraum/mit Kühlmittelzu-und-ableitung besteht.
Fig. 5 lässt durch die angedeuteten Linien und Pfeile erkennen, wie durch die obere und untere Kühlung der mittlere Kern des Gussblockes zuerst zum Erstarren kommt und die noch flüssige Metallmasse in Richtung der Pfeile nach der Mitte zu nachfliesst, so dass der fertig erstarrte Block, wie gezeichnet, in der Mitte stärker oder mindestens an der Oberfläche plan ist, anstatt wie bisher üblich in der Mitte einzusacken.
Form und Abmessungen der oberen Kühlleiste v können natürlich beliebig sein.
Ferner kann dieselbe Anordnung mit oberer Kühlung auch bei Giessformen Anwendung finden, die wie bei Fig. 1-4 von einem dreh-oder schwingbaren Traggestell getragen werden.
Die Giessformen können auch bei allen Ausführungsformen noch mit einem sie abschliessenden Deckel versehen werden, um das Gussstück nach erfolgtem Erstarren in der nach unten gekippten Lage auskühlen zu lassen.
In gleicher Weise wie zuvor beschrieben können auch stationäre bzw. dreh-oder kippbare Mehrfachkokillen mit mehr als zwei Giessformen ausgeführt werden, um mit derselben Einrichtung eine grössere Anzahl Güsse ausführen zu können. So können die Giessformen z. B. selbst unterteilt sein, um mit einer Kokille gleichzeitig zwei oder mehr Metallblöeke giessen zu können. In Fig. 7 und 8 sind zwei Ausführungsformen einer z. B. vierteiligen Giessform im Schnitt und in Draufsicht dargestellt.
Die die Giessform unterteilenden Rippen n können hiebei fest oder auswechselbar am Boden a der Form (Fig. 7) oder an einem von oben einsetzbaren oder mit der Form aus einem Stück bestehenden Rahmen angebracht sein (Fig. 8). An Stelle einer Unterteilung der Giessform in zwei oder mehr Einzelabteile können auch zwei oder mehr Giessformen nebeneinander auf dem gemeinsamen Trag-oder Drehgestell angebracht werden.
Das Verfahren und die beschriebene Vorrichtung sind für alle Metalle, wie Eisen und Nichteisen, verwendbar, insbesondere auch zum Giessen von Metallegierungen, wie z. B. Messing usw.
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Durch das schnellere Abkühlen des Gussbloekes in der Mitte gegenüber den länger flüssig bleibenden Seitenpartien wird ein Einsaeken des Gussblockes in der Mitte vermieden. Es werden Gussblöcke o erhalten, die gemäss Fig. 9 an ihrer oberen Seite p, die während des Giessens in der liegenden Form der Luft zugekehrt war, praktisch vollkommen plan sind. Durch die ebene Oberfläche des Gussblockes wird nicht nur seine Qualität für den Walzvorgang gesteigert, sondern man gewinnt auch den Vorteil, dass der Gussblock beim Abhobeln der Gusshaut ganz gleichmässig abgenommen wird, so dass die Fräs-oder Hobelabfälle nicht grösser als bei in stehenden Kokillen gegossenen Metallblöeken ausfallen.
Anderseits kommt ein Kopfabfall durch Lunker, wie er bei in stehenden Kokillen gegossenen Blöcken in erheblichem Masse auftritt, hier überhaupt nicht in Frage, wodurch erhebliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber stehend gegossenen Metallblöcken erzielt werden.
Fig. 10 zeigt einen Gussblock, bei welchem die Blockmitte r gegenüber den Seitenpartien s erhaben erscheint. Die Kühlung der Blockmitte ist in diesem Falle zu stark gewesen, derart, dass die Mitte zuerst erstarrte und hier die Höhe des Metallspiegels, wie sie in flüssigem Zustande war, erhalten blieb, worauf erst die Erstarrung an den Seitenpartien erfolgte. Durch die spätere Erstarrung der Seitenpartien haben sich hier schwache, wellenförmige Senkungen s gebildet. Diese ringförmigen Stellen s des in diesem Falle kreisförmigen Gussstückes, die in der Zeichnung übertrieben dargestellt sind, können als Lunkererscheinung angesprochen werden.
Da sich letztere aber auf eine relativ grosse Fläche verteilt, so macht sie sich beim Auswalzen und auch im Blech nicht sehr bemerkbar, so dass auch derart überkühlte Gussblocke für den praktischen Gebrauch dieselben Vorteile bieten wie die gleichmässig gesackten, bei welchen alle Schichten der Gussblöcke gleichmässig erstarren.
Da es vorteilhaft ist, offen gegossene Metallblöcke in grösseren Stärken zu giessen als wie es bei stehendem Guss der Fall ist, so kann dies beim Auswalzen Schwierigkeiten mit sich bringen, da die Walzen stärkere Blöcke nicht gleich packen. Um das Packen beim ersten oder auch nächsten Stich zu erleichtern, können die Metallblöcke auch keilförmig gegossen sein, wie in Fig. 11 dargestellt ist, so dass die eine Seite t stärker ist wie die andere Seite u. Die schmalere Seite wird sodann zuerst in die Walze gesteckt. Die offene Giessform wird bei solchen Metallblöeken einfach etwas aus der Waage gelagert. Die Form kann auch an der einen Seite etwas abgeschrägt sein und im übrigen plan sein.
Wie Fig. 12 zeigt, empfiehlt es sich, die Giessformen an den Ecken abzuschrägen, so dass die Metallblöcke etwa die in Fig. 12 ersichtliche Form erhalten, damit beim Auswalzen ein möglichst rechteckiges Gussstück erhalten und die Bildung von sogenannten Schwänzen an den beim Auswalzen leichter fliessenden Kanten vermieden wird. Natürlich können die Ecken des Gussstückes alle oder zum Teil abgeschrägt oder auch abgerundet oder sonstwie verkürzt sein.
Das Kennzeichen der neuen Metallblöcke ist in jedem Falle, dass die obere, in der liegenden Form gegen die Luft gewandte Seite in waagrechter oder schräger Ebene plan oder in der Mitte etwas erhaben ist, im Gegensatz zu den bekannten Metallblöeken, die in offenen, liegenden Formen (Schalen) gegossen sind, die stets eine konkave Oberfläche zeigen.
Hiebei ist es ganz gleichgültig, ob das zu giessende Metall eine mehr oder weniger starke Neigung zum Lunkern und Saigern hat. In allen Fällen hat man es in der Hand, die Abkühlung so zu regeln, dass die richtige Formgebung als Kennzeichen des gesunden Gusses erreicht wird.
Diese Gussblöcke eignen sich insbesondere für das Auswalzen zu Blechen in allen Metallen und Legierungen, Eisen und Nichteisen. Die Metallblöcke zeichnen sich durch Weichheit und grosse Walzfähigkeit aus, da die Abkühlung während der Erstarrung trotz der lokalen Kühlung im Ganzen langsam erfolgt, was für die Kristallbildung bei den meisten Metallen günstig erscheint. Da die Gussblöcke in jeder Phase der Erstarrung dem Auge sichtbar sind, so ist man in der Lage, durch Einsetzen oder Verstärken der Kühlung die Erstarrung so zu regeln, dass der beabsichtigte Effekt in bezug auf die Oberflächenform in allen Fällen und bei allen Metallen und Legierungen erreicht wird.
Günstig ist auch, dass die Gussblöcke infolge ihrer Form schon beim ersten Walzstich in der Mitte mindestens denselben Druck erhalten wie an den Seiten. Bei in der Mitte eingesackten Gussblöcken lässt naturgemäss der Walzdruck in der Mitte nach, so dass Reckungen ohne entsprechenden Walzdruck stattfinden, wodurch Brüche der Walzplatten eintreten können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Giessen von Metallblöcken in liegenden, oben offenen Giessformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen des Gussblockes, dessen eine Breitseite nach oben offen liegt, während des Erstarrungsvorganges derart geregelt wird, dass die Mitte des Gussblockes ungefähr gleichzeitig mit den Kantenpartien abkühlt und erstarrt.