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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallblöcken und ähnlichen Werkstücken oder legiertem Metall im Stranggiessverfahren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallblöcken und ähnlichen Werkstücken oder legiertem Metall im Stranggiessverfahren unter Ausbildung eines kleinen flüssigen Gusskopfes, ferner Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Behandlung geschmolzener Metalle in jeder Beziehung besser beherrschen zu können, als es bisher möglich war. Der Begriff des Behandeln einer Metallschmelze ist hier in seiner allgemeinsten, unten eingehender zu erläuternden Ausprägung zu verstehen und umfasst sowohl das Zugeben von Misch-oder Reaktionsmitteln wie von Legierungsbestandteilen in flüssiger oder fester Form. Auch die Gussarmierung mittels fester Körper ist in den erwähnten Begriff einzuschliessen.
Unter Behandeln hat man ferner auch die Temperierung des flüssigen Gusskopfes zu verstehen.
Die Erfindung besteht nun grundsätzlich darin, das geschmolzene Metall sowie die Behandlungsstoffe, die zur Herstellung des Gussstückes dienen, zur Gänze oder mindestens teilweise getrennt unmittelbar dem flüssigen Gusskopf in der Kokille stetig zuzuführen und miteinander zu vermengen.
Wesentliche Erkenntnis hiebei ist, mit der Behandlung nur auf kleine Mengen geschmolzenen Metalles einzuwirken. Denn solche kleine Mengen lassen sich hinsichtlich Beibehaltung gleichbleibender Zustandsverhältnisse, insbesondere was die Durchmischung anbetrifft, viel leichter beherrschen als grosse Schmelzmenge, wie z. B. bei bekannten Einrichtungen, bei denen die Behandlung in einem grossen Behälter oder im Schmelzofen erfolgt und eine Entmischung vor der Erstarrung schlechtweg nicht verhindert werden kann. Aus diesem Grunde setzt die Erfindung die Ausbildung eines kleinen Gusskopfes für die Durchführung des Verfahrens voraus. An sich ist die Ausbildung eines kleinen Gusskopfes im Rahmen eines Stranggiessverfahrens bereits bekannt, jedoch nur beim Vergiessen fertig behandelter Schmelzen.
Dort hat sich der kleine Gusskopf als die notwendige Voraussetzung für einen kontinuierlichen Guss überhaupt erwiesen. Erst seine Ausbildung ermöglicht das laufende Herausziehen des Gussstranges aus der Kokille. Im Rahmen des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung ist es die nach der Behandlung zeitlich und räumlich unmittelbar einsetzende Erstarrung im kleinen Gusskopf, welche eine durch innere oder äussere Einflüsse mögliche Änderung in den durch die Behandlung geschaffenen Verhältnissen (Zustandsverhältnissen) verhindert, so dass der erstarrte Guss mit Sicherheit den gewünschten inneren Zustand besitzt. Insbesondere ist es möglich, schwierige Legierungen, beispielsweise Aluminium-Blei-Legierungen, herzustellen und dabei die Komponenten bis zur Erstarrung in einem Zustande dauernder gleichmässiger Vermischung zu halten.
Dadurch, dass die Behandlung, d. h. die Zuführung der Behandlungsstoffe und die Zubereitung der Schmelzen im Rahmen eines kontinuierlichen Giessverfahrens erfolgen, steht der gewerblichen Grossausnutzung, d. h. der Herstellung von im Endergebnis grossen Mengen gegossener Stränge nichts im Wege.
Die Erfindung eröffnet somit die Möglichkeit, an metallischen Schmelzen folgende Behandlungen vorzunehmen : a) Es können aus der Schmelze bestimmte Stoffe zwecks Reinigung entfernt werden. Als Beispiel sei das Entfernen von unerwünschten metallischen Beimengungen durch Einführen von Wasserdampf oder das Desoxydieren von Kupfer durch Zuleitung entsprechender Gase genannt.
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b) Es können Legierungen bzw. Verbindungen zwischen Metallen oder Metallegierungen und Gasen oder sonstigen Stoffen hergestellt werden. c) Es können feste Stoffe in den Guss eingebettet werden. Auch kann dieser mit festen Körpern armiert werden.
Weitere Merkmale der Erfindung betreffen die Art der Zuführung des geschmolzenen Metalls und der Behandlungsstoffe in die Kokille, wobei die Einführung unterhalb des Spiegels der Schmelze als bekannt vorausgesetzt wird-Mittel und Wege zur Förderung der Ausbildung eines kleinen Gusskopfes, die Temperierung des noch schmelzflüssigen Anteils der Schmelze, die zwar an sich bekannt ist, hier aber sowohl aussen an der Kokille wie im kleinen Gusskopf selbst erfolgen kann-die Zubereitung und die Art und Weise der Zuleitung der Legierungskomponenten und anderes mehr.
Die Erfindung wird nunmehr an einigen Ausfuhrungsbeispielen erläutert werden.
Bei den üblichen Produktionsverfahren, z. B. bei Giessverfahren, hat der flüssige Gusskopf die Form gemäss Fig. 1, in welcher mit a eine mit dem Kühlmantel al versehene Kokille bezeichnet ist und mit b der flüssige Teil des eingebrachten Metalls, während c den erstarrten Stoff veranschaulicht.
Der flüssige Lunker ragt verhältnismässig tief in den erstarrenden Teil c hinein ; der flüssige Gusskopf ist gross und eignet sich nicht für die Behandlung gemäss der Erfindung. Hiebei ist es gleichgültig, ob es sich um kontinuierliche oder unterbrochene Giessverfahren handelt.
Fig. 2 zeigt die Verhältnisse, wie sie für die Erfindung gebraucht werden, d. h. die noch flüssige Metallmenge b ist gering und die Erstarrungsfläche b'ist verhältnismässig flach, das Metall also bis nahe unter den Flüssigkeitsspiegel erstarrt. Dadurch ist eine ständige und verhältnismässig kleine flüssige Masse gegeben, auf die nunmehr die verschiedensten Verfahren angewandt werden können.
Da der in die Form zu vergiessende Stoff im genauen Verhältnis zur Erstarrungsgeschwindigkeit ständig gleichmässig auffliesst, können auch zusätzliche Mittel oder Stoffe zur Reinigung, zur Erzeugung von bestimmten Reaktionen, zur Herstellung von Legierungen oder für sonstige Zwecke immer in gleich grossen Mengen zugeführt und leicht auf die ganze flüssige Stoffmenge verteilt und mit ihr innig vermischt werden. Es können hiedurch Reaktionen in kurzer Zeit und ständig durchgeführt werden, die im Schmelztiegel-bei der grossen Gesamtmenge durchgeführt-lange Zeit benötigen und deren Durchführung bei einer grossen Menge nicht einwandfrei gewährleistet oder praktisch möglich ist.
Als Beispiele z. B. für die Metallbehandlung seien angeführt : das Entfernen von metallischen unerwünschten Beimengungen durch Einführen von Wasserdampf oder das Desoxydieren von Kupfer durch Zuleitung von entsprechenden Gasen, ferner aber auch die Herstellung von Legierungen oder das Einführen anderer Stoffe, worauf später noch im einzelnen näher eingegangen wird.
Die Zuleitung der Schmelze und der zusätzlichen Mittel kann in verschiedener Form erfolgen : Der die Reaktion durchführende Stoff kann vor Eintritt des Metalls in die Form diesem dadurch beigemischt werden, dass in das Düsenrohr d ein zweites Rohr d, einmündet (Fig. 3), dessen anderes Ende in einem Behälter (nicht gezeichnet) endet, welcher den die Reaktion ausführenden Stoff enthält.
Selbstverständlich muss dieser Behälter ständig unter gleichem Druck oder auch eventuell höherem oder niedrigerem Druck stehen als der eigentliche Giessbehälter, je nachdem in welchem Verhältnis das zusätzliche Mittel dem Metall zugesetzt werden soll. In diesen Fällen kommt also das Grund- metall vor dem Ausfliessen aus der Düse d mit dem die Reaktion oder sonstige Einwirkung durchführenden Mittel zusammen ; beide müssen 0 sich zwangsweise während des Weiterfliessens innig vermischen und gelangen dann so in die Form. Nach Austritt aus der Düse können die durch die Reaktion etwa frei gewordenen Gase oder Metalldämpfe usw. entweichen.
Eine andere Zuführungsart ist in Fig. 4 dargestellt. Hier wird in einer von der Düse il getrennten
Zuleitung e das zusätzliche Mittel, ebenso wie die Schmelze, unter die Oberfläche des flüssigen Kopfes gebracht. Hiebei kann die Düse aus einer einzigen Öffnung bestehen oder aber auch z. B. aus einem
Kranz mit Bohrungen ila (Fig. 5 und 5 a) oder schliesslich auch eine sonst gerade für den betreffenden
Zweck geeignete Form haben.
Um bei gasförmigen Reaktionsmitteln eine feine Zerteilung zu erhalten, ist es wichtig, dass die
Drücke der Schmelze einerseits und der Gase anderseits differieren.
Wenn nun bei einer Anordnung gemäss den Fig. 3 und 4 aus irgendwelchen Gründen vielleicht der Druck mit dem die Schmelze oder das zusätzliche Mittel (oder beide) in die Form eintreten, zu gross ist, um die Bildung eines tiefen flüssigen Lunkers mit Sicherheit zu verhindern, so dass also die Gefahr entsteht, dass ein grösseres Volumen flüssig bleibt, dann kann vor der Düsenmündung eine Auffang- vorrichtung angeordnet werden, welche den nach unten gerichteten Strahl so ablenkt, dass er keine
Aufwirbelungen erzeugen und den Erstarrungsvorgang stören kann. Ein Beispiel hiefür ist in Fig. 6 gegeben.
Unter der Düse d wird ein Becher p angebracht, in welchen sowohl das aus der Düse kommende
Metall wie auch die Düse e, welche das zusätzliche Mittel zuführt, einmünden. Durch diese Anord- nung wird das ausströmende Metall innerhalb des Bechers p sofort von dem zusätzlichen Mittel voll- ständig erfasst, und da durch das einströmende Metall und das einströmende Reaktionsmittel starke
Strömung und Wirbelung innerhalb des Bechers p hervorgerufen werden, ist für eine gute Durch- mischung der Stoffe gesorgt.
Das Metall kami sich dann in gereinigtem Zustande ini flüssigen Teil
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in der Form verteilen, u. zw. ohne dass die starken Wirbel einen Einfluss auf den bereits erstarrten
Teil ausüben können, namentlich wenn, wie angedeutet, der Becher p unterhalb des Flüssigkeits. spiegels angeordnet ist, da das Metall dann nämlich abgefangen und gezwungen wird, seine Richtung umzukehren und nach oben zu steigen. So wird also durch den Becher eine Lunkerform gemäss Fig. 1 sicher vermieden und dadurch somit ein Weg gezeigt, das angestrebte kleine Flüssigkeitsvolumen zu erreichen.
Bei Verfahren, bei denen die Schmelze der Form über einen Zwischenbehälter r zugeführt wird, besteht die Möglichkeit, die Reinigung schon in dieser Rinne r durchzuführen, indem das Reaktion mittel etwa in der Höhe der Düsenmündung durch ein Rohr s eingeführt wird (Fig. 7).
Die entweichenden Gase oder Metalldämpfe können, soweit sie wertvoll sind, in jedem Fall aufgefangen und anderweitig verwandt werden.
Die Anordnung des Bechers unter dem Spiegel des flüssigen Kopfes begünstigt die vorgenannten Wirkungen, dient aber auch dazu, den flüssigen Kopf bzw. das zugeführte Material und gegebenenfalls die zusätzlichen Mittel gegen Luftzutritt zu schützen. Der Becher kann aber auch in der in Fig. 8 gezeigten Weise über dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet sein, wenn bei dem Vergiessen empfindlicher Metalle dafür Sorge getragen wird, dass keine Luft zwischen Düsenausfluss, Becher und Flüssigkeitsspiegel zutritt. Zu diesem Zweck ist um die Düse d bzw. die obere Kokillenöffnung herum eine Glocke t angeordnet, die in ein Ölbad g eintaucht, welches um die Form a herum angeordnet ist. Auf diese Weise entsteht ein luftdichter Abschluss.
Eine ideale Verengung und Vermischung des Grundmaterials mit den zusätzlichen Mitteln auch bei Zufluss über dem Flüssigkeitsspiegel kann gemäss Fig.'9 dadurch erreicht werden, dass die Düse d am unteren Ende trichterähnlich ausgebildet ist und unmittelbar einem Ablenkkopf h gegenübersteht. Die die zusätzlichen Mittel (Gase od. dgl. ) zuführenden Leitungen i münden oberhalb des trichterförmigen Düsenendes in die Form a ein. Die Düse sowie die Leitungen für die zusätzlichen Mittel sind hiebei wieder durch eine gleiche Anordnung f, wie Fig. 8 zeigt, gegen Luftzutritt abgeschlossen.
Der Becher p selbst kann verschiedenartige Ausbildung haben, je nach dem Zweck, für den er Verwendung findet. Er kann'die Form gemäss Fig. 10 mit einer Trennwand k besitzen, oder aber der Becher kann gelocht bzw. siebartig ausgebildet sein, so dass er wohl den Düsenstrahl abfängt, dabei aber nur einen teilweisen Überlauf bildet, während der andere Teil des Strahls durch die Löcher pi des Bechers direkt nach unten, allerdings mit gedrosselter Geschwindigkeit fliesst (Fig. 11).
In gleicher Weise, wie es bisher ganz allgemein für zusätzliche Mittel, insbesondere Gase zum Zwecke der Reinigung von Metallen, beschrieben worden ist, gibt die Erfindung auch die Möglichkeit, Legierungen aus ihren Einzelbestandteilen erst in der Form herzustellen oder bereits hergestellten Legierungen oder Metallen Gase und Metalle oder andere Stoffe zuzuführen, die bisher nicht mit ihnen in Verbindung gebracht werden konnten, weil ein Mischungsverhältnis in der Schmelze aus irgendwelchen Gründen nicht erreicht werden konnte. Das vorliegende Verfahren erreicht dies mit Hilfe der bereits genannten Mittel wie folgt :
Als erster Fall sei angenommen, dass eine Messinglegierung aus dem Ursprungsmetall erst in der Form (z. B. Gussform) hergestellt werden soll (Fig. 12).
In dem Ofen A befindet sich dann Reinkupfer in geschmolzenem Zustande, im Ofen B Reinzink in geschmolzenem Zustande. Von beiden Öfen führen Rohrleitungen a ; und y nach der gemeinsamen Zuführungsrinne C, deren Düse in die Form oder Kokille D mündet. Die Durchmesser der Rohrleitungen sind so bemessen, dass bei gleichem Druck in den beiden Öfen von jedem Metall so viel durch die Rinne fliesst, als dem Legierungsverhältnis entsprechen soll. Beide Öfen sind an die gleiche Druckleitung angeschlossen. Wird nun Druck gegeben, um die Rinne zu füllen, so fliessen die einzelnen Metallkomponenten in dem durch die Durchmesser der zugehörigen Rohrleitungen bedingten Verhältnis in die Rinne, vermischen sich dort und laufen als fertige Legierung in die Kokille.
Natürlich kann auch so vorgegangen werden, dass die Querschnitte der Röhren gleich sind und beide Öfen ihre gesonderte Druckleitung haben. Dann muss mit Hilfe einer Tabelle festgestellt werden, wieviel Druck auf die einzelnen Öfen zu geben ist, um das jeweilige gewünsche Legierungsverhältnis zu erhalten, oder aber die Rohrleitungen haben gleichen Querschnitt und eine gemeinsame Druckleitung, die aber so eingestellt ist, dass in jeden Ofen immer nur das Druckverhältnis eingelassen wird, das für das gewünschte Mischungsverhältnis richtig ist. Es ist nicht erforderlich, dass eine Sammelrinne, wie beschrieben, benutzt wird, sondern es können auch geschlossene Rinnen oder Leitungen sein (s. Fig. 13).
In beiden Fällen muss natürlich ebenso, wie oben beschrieben, dafür gesorgt werden, dass die Zuflussgeschwindigkeit in einem bestimmten Verhältnis zur Erstarrungsgeschwindigkeit steht, damit der flüssige Kopf stets in seinen geringen Abmessungen gleichbleibend erhalten wird.
Bei beiden Verfahren wird ferner erreicht, dass jedes einzelne Metall in seinem Ofen flüssiggehalten und mit den Abdeckmittel bzw. Schutzmitteln und Gasen behandelt werden kann, die gerade für das betreffende Metall die besten sind. Selbstverständlich wird auch die Temperatur jedes Metalls nur gerade seinem Schmelzpunkt und seiner Giessmöglichkeit entsprechend gehalten. Höhere Temperaturen sind nicht nötig, da jede Legierung eine niederere Schmelztemperatur hat als die jeweilige höchste Schmelztemperatur des Einzelmetalls.
Durch die unter Luftabschluss durchgeführte Zuführung der
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Metalle und dadurch, dass jeweils nur die erforderliche'Schmelzpunkte gehalten worden,. entstehen überhaupt keine Überhitzungen und damit bedingte Metallverdampfungen ; ausserdem ist eine enge, innige und immer gleichmässige Vermischung garantiert, die auch nicht mehr geändert werden kann, wenn das nunmehr zusammenlegierte Metall in die Kokille tritt, denn dort findet ja infolge des kleinen flüssigen Giesskopfes und der Kühlung der Kokille eine schnelle Erstarrung statt, ohne dass wie bei den üblichen Giessverfahren tiefe flüssige Lunker entstehen. Gerade durch diese Tatsache wird es auch möglich, Metalle mit sehr grossen spezifischen Gewichtsunterschieden zu legieren. Z.
B. kann so ohne weiteres eine Legierung Aluminium und Blei hergestellt werden, die bisher überhaupt nicht vollkommen gleichmässig auf den ganzen Gussblock verteilt hergestellt werden konnte. Das Blei ging infolge seines grossen spezifischen Gewichtes beim Vergiessen immer mehr nach dem unteren Blockteil, und wenn auch verschiedene Verfahren versucht wurden, durch chemische Reaktion das Blei zuzuführen oder durch Schallwellen eine innige Mischung zu erzielen, so gleichmässig und gut, wie das vorliegende Verfahren dies laufend erreicht, konnte bis jetzt nicht produziert. bzw. gegossen werden.
Auch die Legierung von Metallen, die in bezug auf ihre Schmelzpunkte grosse Unterschiede aufweisen, kann auf diese Weise ohne weiteres durchgeführt werden. Bei sehr grossen Unterschieden ist es ratsamer, nicht das vorerwähnte Verfahren durchzuführen und die Metalle schon vor Austritt aus der Düse zusammenzuführen, sondern für diesen Fall ist das nachstehend beschriebene Verfahren (das natürlich auch für die vorher erwähnten Fälle angewendet werden kann) günstiger.
Die Düsen der zu vergiessenden Metalle münden in einen Sammelbehälter p (Fig. 14), der im wesentlichen der oben gekennzeichneten becherförmigen Auffangvorrichtung entspricht und in der Kokille so angebracht ist, dass er beim Giessen ganz in dem flüssigen Kopf des Gussstranges liegt. In dem Behälter vermischen sich die durch einzelne Rohrleitungen zugeführten Legierungskomponenten innig, und das Gemisch verteilt sich gleichmässig über den ganzen Kokillenquerschnitt, um kurze Zeit darauf zu erstarren.
Es kann auch davon abgesehen werden, die Hauptdüse und die andern Düsen in einen Behälter münden zu lassen. Es ist natürlich je nach Sachlage auch möglich, jede Düse für sich an irgendeinem Ort des Gussquerschnittes einmünden zu lassen. Hiebei kann dann eine Düse wieder einen Behälter haben, die andere nicht usw. Es wird dies immer von dem gewünschten Mischungsverhältnis und der Art und Weise, wie die Mischungsverhältnisse unter den einzelnen Komponenten sind, abhängen. Durch diese Methode ist es auch möglich, in ein und demselben Gussblock verschiedene Mischungsverhältnisse oder verschiedene Legierungen herzustellen.
Sollten zwei Metalle (infolge der spezifischen Gewichte oder infolge der grossen Unterschiede in der Erstarrungstemperatur) sehr leicht dazu neigen, sich sehr schnell wieder zu trennen, so kann durch ein durch den flüssigen Gusskopf b geführtes Kühlrohr z gemäss Fig. 15 dafür gesorgt werden, dass die Abkühlung so schnell vor sich geht, dass eine Trennung der Legierungskomponenten unmöglich wird.
Durch diese Kühlung lassen sich dann nicht nur in dem Fall besonders schwer zu behandelnder Legierungen, sondern ganz allgemein auch in andern Fällen, bestimmte Vorteile erzielen.
Neben der Tatsache, dass die Zuflussgeschwindigkeit der Schmelze in einem bestimmten Verhältnis zur Erstarrungsgeschwindigkeit stehen muss, so dass man also bei durch Kühlung erhöhter Erstarrungsgeschwindigkeit auch die Zuflussmenge steigern kann, ist es wichtig, dass die Erstarrung möglichst gleichmässig über den ganzen Querschnitt der Form erfolgt. Bei den bisher angegebenen
Beispielen wird nur die Formwandung gekühlt. Hier findet also eine besonders starke Wärme- abführung statt. Da die höchste Temperatur aber wohl stets in der Mitte des Gussquerschnittes anzutreffen sein wird, wird sich auch stets eine in gewissem Masse ungleichmässige Erstarrung ergeben, durch die auch die Struktur des fertigen Gussstückes beeinflusst wird. Wenn nun aber, wie in Fig. 15 angedeutet, auch eine Kühlung im Innern des flüssigen Kopfes liegt, bzw.
Mittel vorgesehen sind, mit denen sich die Temperaturen über den gesamten Querschnitt der Form beherrschen lassen, dann lässt sich auch die Erstarrung über den ganzen Querschnitt in gewünschter Weise beherrschen.
In dieses durch das Kühlrohr gebildete Kühlsystem für den mittleren Teil des flüssigen Kopfes kann auch die becherförmige oder sonstige Auffangvorrichtung einbezogen sein.
Bei der Ausführung nach Fig. 16 wird die flüssige Schmelze durch die Düse 1 in die Kokille 2 geleitet, die mit einem Kühlmantel 3 versehen ist. In der Kokille entsteht dann zunächst der flüssige
Kopf 4, der beim Erstarren den Strang 5 bildet. Unter der Mündung der Düse 1 ist eine becherförmige
Auffangvorrichtung 6 angeordnet, u. zw. wird diese vorteilhaft an der Düse 1 durch Träger 7 aufgehängt, damit der Becher 6 von den etwaigen Bewegungen der Kokille 2 unabhängig ist. Der Becher 6 ist ebenfalls mit einem Kühlmantel 8 versehen, dem durch die Leitung 9 das Kühlmittel zugeführt wird, während es aus der Leitung 10 wieder abfliessen kann.
Während des Giessens wird also nicht nur von aussen her durch die Wandungen der Kokille 2 eine Kühlwirkung auf den flüssigen Gusskopf ausgeübt, sondern auch von innen her durch den Kühl- mantel 8 des Bechers 6, so dass also auch in der Mitte des gesamten Querschnittes eine schnelle Erstarrung stattfindet. Durch Regelung und bestimmte Auswahl der Kühlmittel in den Kühlmänteln 3 und 8 lässt sich somit der Erstarrungsvorgang genau beherrschen.
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Genau so wie auf die vorbeschriebenen Arten zwei'oder mehr Metalle oder Metallegierungen miteinander legiert werden, kann natürlich auch ein Metall oder eine Metallegierung mit Gasen oder andern erstarrenden Stoffen legiert oder zusammengebracht werden, wobei je nach den Verhältnissen mit oder ohne innere Kühlung gearbeitet werden kann.
Da gemäss der Erfindung in der Form stets ein wenn auch kleiner, flüssiger Kopf vorhanden ist, kann in dessen Oberfläche leicht ein Gegenstand eingeführt werden, der eine höhere Schmelztemperatur besitzt als der Grundstoff oder der durch die Hitze des Grundstoffes nicht angegriffen wird, weil die Möglichkeit gegeben ist, ohne Luftzutritt zu arbeiten. Es ist hiebei an folgendes gedacht : a) Ähnlich wie bei Eisenbeton wird z. B. in eine Leichtmetallegierung Eisendraht oder ein Gitterwerk von dünnem Eisen im kontinuierlichen Verfahren miteingeführt, dadurch erhält die Leichtmetallegierung eine erhebliche Verfestigung. b) Um verschiedene Färbungen zu erhalten, führt man z.
B. in eine weisse Leichtmetalllegierung als Grundmetall Kupferdraht oder Messingdraht oder Nickeldraht so ein, dass bei der Weiterverarbeitung das Material an der Oberfläche oder im Querschnitt erscheint und durch entsprechendes
Beizen oder Färben gute Farbmuster erzielt werden. c) Ferner ist es auch möglich-da ja bei Abdeckung gegen die umgebende Luft etwa gemäss Fig. 8 und 9 jeder Sauerstoff fehlt-Holz oder andere brennbare Stoffe, wie Faserstoffe, Leder usw. einzuführen.
Ausser festen Stoffen können natürlich auch Gase, hochschmelzende Metalle in feinstverteilter Form als Pulver oder Körner, Graphit (für Lagerzwecke) in den flüssigen Kopf eingeführt werden und - immer durch die Mittel : kleines Flüssigkeitsvolumen mit oder ohne Becher, kontinuierliches Verfahren-eine ganz gleichmässig verteilte Schicht in dem ganzen Gussstück erzielt werden. Es wird dadurch möglich, Legierungen herzustellen (insbesondere durch Gaseinleitung und flüssige oder feste Einbringung hochschmelzender Metalle), deren fortlaufende, gleichmässige Herstellung bisher nicht möglich war.
Ferner wird unter Anwendung kontinuierlicher Verfahren die Herstellung von grossen und langen Profilen aus Leichtmetall (U-Schienen usw. für Bau-und Konstruktionszwecke) in Längen möglich, wie sie bisher überhaupt nicht hergestellt werden konnten.
Auf dem Gebiete der hochschmelzenden Hartstoffe, wie Nitride, Karbide, spielt die Frage die Hauptrolle, wie man sie fest zusammenbringt und man sie am besten in andere Metalle oder Stoffe einbettet. Hier hilft das Verfahren gemäss der Erfindung ebenfalls, da es auch zur Herstellung von Legierungen und Zusammensetzungen hochschmelzender Hartstoffe Verwendung finden kann.
Soweit nun bei diesen verschiedenen Ausführungen mit Druck gearbeitet wird, um die Schmelze mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus der Düse in die Form zu treiben, ist es wichtig, dass die Verbindungsleitungen ihren für die beabsichtigte und durch den Druck bestimmte lichte Weite auch dauernd beibehalten, da sonst auch bei gleichbleibendem Druck die Ausflussmenge sich ändert. Für diese Leitungen muss ein Leitungsmaterial verwendet werden, welches die Temperatur des Schmelzgutes aushalten kann.
Schwierig ist es jedoch, das für jedes besondere Schmelzgut geeignete Leitungsmaterial zu finden, namentlich wenn es sich um die verschiedensten Metalle, wie Kupfer, Eisen, Stahl, Aluminium od. dgl. und deren Legierungen handelt, denn das Leitungsmaterial muss nicht nur die Temperatur aushalten, sondern auch sonst günstige Bedingungen für den Durchfluss des Schmelzgutes schaffen. Es darf vor allem von der Schmelze nicht angegriffen werden oder selbst die Schmelze nicht angreifen oder sonstige Veränderungen erfahren, durch welche die Durchflussgeschwindigkeit bzw. die Durchflussmenge verändert werden.
Die bisher für derartige Zwecke verwendeten feuerfesten Materialien, wie Steatit u. dgl., haben sich für längeren Betrieb als nicht brauchbar erwiesen, da sie Veränderungen und Beeinflussungen unterworfen sind. Es hat sich nun gezeigt, dass Sinterkorund, diese ungünstigen Eigenschaften nicht aufweist und sich gleich gut für alle hochschmelzenden Metalle eignet. Dieses Material hat zunächst eine grosse Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturen bis zu etwa 1900-2000 C. Es hat sich aber auch gezeigt, dass dieses Material, selbst in der Nähe der Grenztemperatur, von dem Schmelzgut beliebiger Art nicht angegriffen wird und stets eine unter gleichen Verhältnissen gleichbleibende Durchflussmenge sichert. Darüber hinaus konnte auch festgestellt werden, dass der Guss besonders einwandfrei wird, wenn die Leitungen und Düsen aus Sinterkorund bestehen.
Bei Verwendung von Sinterkorund werden die daraus bestehenden Teile vor Beginn des Giessens auf die Temperatur der Schmelze erwärmt und während des Giessens auf dieser Temperatur gehalten. Das Widerstandsmaterial für die elektrische Beheizung besteht gemäss der Erfindung aus Molybdän bzw. Molybdänlegierungen, welches Beheizungsmaterial durch Massnahmen gegen Zutritt von Sauerstoff zu schützen ist.
Die Fig. 17 zeigt ein schematisches Beispiel.
Aus dem Ofen 100 wird das Schmelzgut zunächst in einen Zwischenbehälter 102 gebracht, um den Ofen 100 möglichst schnell zu entleeren, damit er zur Vorbereitung einer neuen Schmelze verwendet werden kann.
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0 Der Zwischenbehälter 102 kann mit Hilfe beliebiger Mittel unter Druck gesetzt werden, so dass dann die Schmelze durch die Leitung 103 der Düse 104 mit einer bestimmten Geschwindigkeit zugeführt wird, von wo die Schmelze in die Giessform 105 eintritt.
Insbesondere die Leitung 103 sowie die Düse 104 sollen aus Sinterkorund hergestellt sein, um die angegebenen Vorteile zu erreichen.
Zweckmässig können besondere Heizvorrichtungen 106 an der Leitung 103 und der Düse 104 vorgesehen sein, wie punktiert schematisch angedeutet ist. Die Heizspiralen können zweckmässig aus Molybdän oder Molybdänlegierungen bestehen.
Eine nach einem der angegebenen Beispiele oder Kombinationen derselben ausgeführte Anlage erfüllt alle Bedingungen, die eingangs erwähnt worden sind, und sichert vor allem einen kleinen flüssigen Kopf in der Form, indem alle weiteren Vorgänge in bestimmter Weise beherrscht werden können.
Dabei hat die Auffangvorrichtung, namentlich wenn sie becherförmig gestaltet ist und eine Richtungsumkehr der in die Form fliessenden Schmelze hervorruft, noch eine weitere Bedeutung.
In den Fällen nämlich, in denen unter Abdichtung bzw. mit Abdeckung gearbeitet wird, ist es notwendig, den Gussstrahl so zu leiten, dass jede Saugwirkung nach unten oder Wirbelbildung an der Oberfläche des flüssigen Gusskopfes vermieden wird. Entsteht nämlich eine solche Saugwirkung oder Wirbelbildung durch den zufliessenden Metallstrahl, dann kann es vorkommen, dass Teilchen des Schutzgases oder einer sonstigen abdeckenden Schicht, z. B. Graphitteilchen oder Salzteilchen, mit in den Guss hineingezogen werden. Um dies zu vermeiden, wird durch Anbringung des bereits erwähnten Bechers p unter der Düse der zuströmende Metallstrom so geführt, dass nur eine Bewegung des flüssigen Metalls nach der Oberfläche, d. h. nach oben zu stattfindet (s. Fig. 18), wo über dem flüssigen Gusskopf b die Schutzschicht m angedeutet ist.
Das durch die Düse d zufliessende Metall wird niemals Teile der Schutzschicht mit in den flüssigen Gusskopf b hineinziehen können, weil es aus dem Becher p immer zunächst nach oben strömt und sich dann gleichmässig und ohne Wirbelbildung über den gesamten Kokillenquerschnitt verteilt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Metallblöcken und ähnlichen Werkstücken oder legiertem Metall im Stranggiessverfahren unter Ausbildung eines kleinen flüssigen Gusskopfes, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Metall sowie die Behandlungsstoffe (Misch-oder Reaktionsmittel sowie Legierungsbestandteile), die zur Herstellung des Gussstückes dienen, zur Gänze oder mindestens teilweise getrennt unmittelbar dem flüssigen Gusskopf in der Kokille stetig zugeführt, miteinander vermengt und zur Erstarrung gebracht werden.