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Ummantelte Stahlwerkskokille
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille für Stahlwerke, die aus zwei Hauptteilen besteht : einem äusseren Mantel und einem inneren Futter. Der Mantel kann aus Guss oder gewöhnlichem Stahl und das Futter aus Guss, aus gewöhnlichem Stahl oder aus Spezialstahl bestehen, der der Einwirkung des geschmolzenen Stahles widersteht.
Bei bekannten Stahlwerkskokillen ist die Innenfläche des Mantels gegenüber der Aussenfläche des Futters in geringem Abstand gehalten. Der so gebildete Zwischenraum zwischen den beiden Kokillenteilen ist durch ein Pulver aus wärmeleitendem Material, z. B. feine Eisenspäne, ausgefüllt. Bei diesen Kokillen sind am Mantel Verriegelungsorgane vorgesehen, die in das Futter eingreifen und eine gegenseitige Verschiebung der beiden Teile verhindern. Ferner ist der Mantel dieser Kokille aus vier gesonderten Seitenwänden zusammengesetzt, die durch Verriegelungsorgane zusammengehalten sind.
Die den Gegenstand der Erfindung bildende ummantelte Stahlwerkskokille besitzt eine wärmeableitende Schicht zwischen Mantel und Futter, die aus an der Innenfläche des Mantels und an der Aussenseite des Futters anliegenden Metallplatten bzw. Metallblechen besteht, welche sich nur über bestimmte Zonen der Kokille erstrecken, während ansonst zwischen Mantel und Futter Trennspalte offen sind, die sich auch bei Erwärmung der Kokille beim Giessvorgang nicht schliessen.
Die Verwendung von Metallplatten bzw. -blechen gewährleistet die genaue Einhaltung der erforderlichenDickederwärmeableitendenSchichtsowiedie Begrenzung der stärkeren Wärmeabfuhr auf einen bestimmten wählbaren Bereich der Kokille. Gemäss bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können hiezu z. B. die Metallzwischenplatten bzw. -bleche eine geringere Höhe als der Innenraum der Kokille aufweisen und vorzugsweise an ihrem oberen oder unteren Rande gezackt sein. Die Metallzwischenplatten bzw. -bleche können auch so zwischen Mantel und Futter angeordnet sein, dass sie unmittelbar über dem Kokillenboden einen Raum freilassen. Die gezackten Ränder der Platten bzw. Bleche ergeben eine allmähliche Verkleinerung der Fläche, über welche die Wärmeübertragung erfolgt.
Ein allmählicher Übergang aus der Abkühlungszone kann auch dadurch erreicht werden, dass die Metalleinlagen aus mehreren übereinanderliegenden Metallblechen zusammengesetzt werden, wobei verschieden dicke Trennspalte zwischen Mantel und Futter entstehen.
Die Erfindung sieht ferner eine nachgiebige Verkeilung oder Steckverbindung zur Vereinigung von Futter und Mantel vor, durch welche dem Futter unter Aufrechterhaltung der Verbindung mit dem Mantel eine Ausdehnung sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung gestattet wird.
Schliesslich bietet die Erfindung die Möglichkeit, den Mantel aus mehreren, gegebenenfalls vertikal übereinander liegenden Teilen zusammenzusetzen, die miteinander durch Klemm- und Spannorgane vereinigt sind, welche diese Teile auf die auf den Aussenwänden des Futters aufgelegten Metallzwischenplatten bzw. -bleche drücken.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Stahlwerkskokille dargestellt, u. zw. zeigen :
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kokille, Fig. 2 ein in grösserem Massstab gehaltenes Schnittbild
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einer Verbindungsart zwischen Mantel und Futter der Kokille, Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Verbindung dieser beiden Teile der Kokille, Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Koltillenfutter aus Stahlblech, Fig. 5 eine Kokille in Seitenansicht, Fig. 6 eine Zwischenplatte, die auf dem Kokillenfutter sitzt, Fig. 7 einen Längsschnitt nach der Linie VII - VII der Fig. 5, Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIII - VIII der Fig. 5, Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie IX - IX der Fig. 5, Fig.
10 einen Querschnitt nach der Linie X - X der Fig. 5, Fig. 11 einen Querschnitt nach der Linie XI - XI der Fig. 5, Fig. 12 eine abgeänderte Ausführungsform einer Zwischenplatte, Fig. 13 eine weitere Ausführungsform einer solchen Platte, Fig. 14 einen Längsschnitt nach der Linie XIV-XIV der Fig. 13 und Fig. 15 eine Art des Abschlusses der Kokille.
Wie die Fig. 1 erkennen lässt, besteht die in der Erfindung verwendete Kokille üblicherweise aus einem Mantel 1 und einem Futter 2. Es leuchtet aber ein, dass die so ummantelte Kokille in Abhängigkeit von der Art des Materials, aus der sie gebildet ist, auch eine abweichende Aussenform haben kann.
Ebenso kann das Verhältnis zwischen der Dicke des Futters und derjenigen des Mantels je nach den vorliegenden Bedürfnissen und Anforderungen wechseln.
Das Futter kann aus Guss oder aus Stahl sein, wobei die zuletzt genannte Ausführungsart die Dicke zu vermindern gestattet.
Der Mantel kann ganz gleichgültig entweder aus Guss oder aus Stahl hergestellt sein. Seine Rolle besteht, abgesehen von der Erleichterung des Abkühlens des gegossenen Stahles infolge seiner Wärmeaufnahmefähigkeit, im Zusammenhalten des Futters bzw. in einem Begrenzen der Ausdehnung und im Verhindern seiner Verformung sowohl beim Erwärmen, als auch beim Abkühlen, wie im folgenden näher auseinandergesetzt werden wird.
Man erkennt, dass-unter der Voraussetzung des Vorhandenseins des notwendigen Wärmefassungsver- mögens - die geschilderten Kokillenformen viel leichter gehalten sein können als die gewöhnlich verwendeten Formen aus einem Stück. Ein anderer sehr wichtiger Vorteil, der durch die Ausgestaltung der Kokille nach der Erfindung erzielt wird, besteht darin, dass man die Art der Berührung und gegenseitigen Anpressung zwischen Futter und Mantel genau in der Hand hat. Das Futter kann mit dem Mantel durch positive Anpressung verbunden sein.
Die Verbindung kann aber auch durch sogenannte negative Anpressung erfolgen, d. h., mit einem gegenseitigen Spiel in der Kälte, wobei der Kontakt zwischen Futter und Mantel sich dann allmählich einstellt, nämlich erst von einer bestimmten Temperatur angefangen, u. zw. unter der Wirkung des Aufheizens des Futters im Lauf der Füllung.
Offenbar ist das Futter mit dem Mantel unvermeidlich fest verbunden, wenn die Anpressung in dem vorstehenden Sinne positiv und genügend kräftig ist. Umgekehrt würden im Falle sogenannter negativer Anpressungen oder einer unzureichenden positiven Anpressung die Giessblöcke beim Entformen das Futter aus dem Mantel herausziehen können, wenn man nicht eine Halterung und Verbindung zwischen diesen beiden Teilen der Kokille anbringen würde.
Alle längsverlaufenden Verbindungseinrichtungen bedingen Spielräume, die sowohl Längs- als auch Querausdehnungen zulassen.
Ein einfaches Ausführungsbeispiel für eine solche Verbindung zwischen den beiden Kokillenteilen veranschaulicht Fig. 2. Das dortige Verbindungssystem ist ein solches mit Querspiel. Es besteht aus einer runden Stange 3, die eine nicht ausgerichtete Verkeilung oder Steckverbindung bildet, die in einem Loch 4 liegt, welches einerseits im Mantel 1 und anderseits im Futter 2 gebildet ist.
Fig. 3 zeigt ein anderes Verbindungssystem, das die Einfachheit der Mantelauskleidung der Kokillen veranschaulichen soll und aus zwei Löchern 5 und 6 besteht, die zueinander ausgerichtet im Mantel und im Futter angebracht sind durch die Löcher ist mit Spiel ein Stahlzapfen 7 geführt, der durch eine Mutter oder einen Splint 8 gesichert ist.
Die Verbindung kann auch durch mehrere Verbindungssysteme hergestellt sein, die auf dem Umfang des Mantels verteilt sind.
Fig. 3 lässt ausserdem erkennen, dass die Einfüllhöhe für den Stahl nicht über die Linie 9 hinausgehen soll, um stets unterhalb der Verbindungsstellen 7 zu bleiben, die also so hoch wie möglich im Mantel 1 angebracht werden sollen. Eine Lüftungsöffnung 10 ist vorzugsweise unten im Mantel angebracht, so dass Luft zwischen Mantel und Futter treten kann.
Erfindungsgemäss ist zwischen dem Futter 2 und dem Mantel 1 eine wärmeleitende Schicht eingebracht, die aus einem oder mehreren Metallblechen besteht.
Wenn der Mantel 1 und das Futter 2 aus Guss bestehen, so werden starre oder lose Verbindungselemente verwendet, wenn beim Giessen der beiden Teile die entsprechenden Vorkehrungen getroffen wur-
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den und eine geeignete Bearbeitung erfolgt ist, um je nachdem ein starr ausgerichtetes oder ein nachgiebiges Zusammenschliessen der verwendeten Teile zu ermöglichen. Wenn eines der Stücke aus Stahl ist, so kann es gleichfalls abgegossen sein. Besonders bezieht sich die Erfindung aber auf solche Kokillen, deren aus Blech bestehendes Futter oder Mantel mittelstarker oder starker Ausführung einander angepasst sind und durch Schweissung und Fertigbearbeitung ihre endgültige Gestalt erhalten haben. Als Ausführungsbeispiel hiefür zeigt die Fig. 4 ein Futter von oben gesehen, wobei die Darstellung auch als horizontales Schnittbild gelten kann.
Der Mantel besteht aus zwei Kokillenteilen 11 und 11'aus Stahlblech, auf der
Presse im Kalt- oder Warmverfahren verformt. Die beiden Schalen sind miteinander vereinigt durch zwei Schweissnähte 12 und 12', deren Spuren innen und aussen durch Nachbearbeitung geglättet sind.
Die Verwendung eines hochwirksamen Kittes erleichtert stark die Benutzung eines Futters aus gewöhnlichem Stahl oder aus Stahl, der eine mehr oder weniger grosse Widerstandsfähigkeit gegen die Wärme des Stahles in flüssigem Zustand oder bei hoher Temperatur aufweist.
Der Mantel kann mit Einrichtungen versehen sein, um das Abkühlen der Kokille zu beschleunigen, beispielsweise mit Einrichtungen für einen Wasserumlauf.
Schliesslich kann man leicht den einen oder den andern der Teile, aus denen die Kokille zusammengesetzt ist, auswechseln oder diese Teile mittels eines Werkzeuges oder durch Schweissen wieder instandsetzen, vor oder noch häufiger nach dem Auseinandernehmen der Gesamtanordnung.
Die Innenfläche des Mantels und die Aussenfläche des Futters sind voneinander durch ein dünnes Metallblech getrennt. Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Futters einer Kokille mit vier Zwischenplatten 13, die zwischen die einander zugekehrten Flächen des Mantels 1 und des Futters 2 eingesetzt sind (Fig. 7).
Jede der Zwischenplatten 13 ist an ihrer Oberseite ausgezackt, und die Schnitte in den Fig. 8 - 11 lassen erkennen, wie die Platten 13 mit dem Mantel 1 und dem Futter 2 in Berührung gebracht sind.
Das Schnittbild der Fig. 8 längs der Linie VIH-Vni der Fig. 5 zeigt, dass dort überhaupt keine Berührung zwischen den beiden Teilen besteht, sondern vielmehr ein freier Zwischenraum 14 oberhalb der Platten gelassen ist. Dieser Zwischenraum kann leer bleiben oder er kann mit einem Isoliermaterial, wie Sand, Asche, Asbest od. dgl. ausgefüllt sein.
Umgekehrt zeigt der Schnitt der Fig. 9 nach der Linie DUC - IN der Fig. 5, dass in der Nähe des Kokillenbodens mit Ausnahme der Ecken der Kokille die Metallplatten 13 in vollständiger Berührung mit dem Mantel und dem Futter stehen, wobei ein Höchstmass an Wärmeübertragung gewährleistet ist.
Die Schnittbilder der Fig. 10 und 11 längs der entsprechenden Linien der Fig. 5 zeigen die ausgezackte Form der Zwischenplatten 13, durch die ein allmählich abnehmender Kontakt von unten nach oben zwischen dem Mantel und dem Futter herbeigeführt wird. Fig. 11 zeigt z. B., dass die Platte in dieser Höhe nur noch einen sehr geringen Kontakt zwischen den beiden genannten Teilen herstellt.
Alle so entstandenen freien Zwischenräume können entweder leer gelassen oder mit einem Isolierstoff ausgefüllt werden, ebenso wie es bei dem Zwischenraum 14 oberhalb der Platten 13 der Fall ist. Die Zwischenplatten 13 können bis zur Basis der Kokille heruntergehen, wie es in den vorangehenden Figuren gezeigt ist. Sie können dort aber ebenfalls ausgezackt sein, wie z. B. gemäss Fig. 12 oder sie brauchen auch gar nicht bis unten durchzugehen, sondern dort einen freien Zwischenraum 15 lassen, wie in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist. Auch dieser Raum kann wieder leer bleiben oder mit einem Isolierstoff ausgefüllt werden.
Die Zwischenplatten können aus mehreren übereinanderliegenden Schichten aufgebaut sein, so dass sich verschieden dicke Trennspalte zwischen dem Futter und dem Mantel ergeben und so in neuer Weise gleichfalls der Wärmeübergang geregelt werden kann.
Man erkennt, dass die oben beschriebenen Zwischenplatten ein neues, einfaches und wirksames Mittel zur Regelung des Kontaktes zwischen den Platten und dem Futter bzw. dem Mantel bilden. Es genügt, dass die Aussenfläche des Futters und die Innenfläche des Mantels eine im wesentlichen gleichmässige oder nur sehr wenig voneinander differierende Abschrägung aufweisen, damit das Einsetzen einer Platte oder eines aus mehreren Platten oder übereinanderliegenden Blechen geeigneter Gesamtdicke bestehenden Plattenbündels den jeweils gebrauchten engen Kontakt und Zusammenschluss der Kokillenteile sicherstellt.
So kann man beispielsweise einen Mantel 1 aus der Giesserei beziehen und ausserdem ein Futter 2 und dabei ein Spiel von 2 cm freilassen. Wenn ein solcher Mantel auf das Futter gesetzt ist, so gestattet er bei eintretender Erhitzung die Erzielung einer positiven Anpressung an den vorgesehenen Stellen mit hoher Genauigkeit durch Verwendung einer Eisenplatte von beispielsweise 18 mm Stärke, verbunden mit dünnen Blechen ausgewählter Stärken in der Grössenordnung von 0, 1 mm. Es ist somit keinerlei Nachbearbeitung erforderlich, weder am Mantel, noch am Futter.
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Bei einer andern Ausführungsform besteht die Aussenhülle aus mehreren vertikal übereinanderliegenden Ringen, die durch geeignete mechanische Spannorgane zusammengehalten sind, wie Winkelstücke, Muttern oder eine oder mehrere Aussenzwingen oder-ringe.
Eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemässen Kokille besteht darin, dass sie die Möglichkeit bietet, die Lunkerbildung in den Giessblöcken herabzusetzen. Der obere Teil des Futters ist nämlich vom Mantel so weit in der Höhe isoliert, wie es durch die Wahl der Auszackung der verwendeten Zwischenplatten bestimmt wird, und der Mantel bildet somit in seinem oberen Teil eine sehr wirksame wärmeisolierende Ummantelung. Ausserdem kann der Mantel an seinem oberen Teil über die Berührungszone hinaus erweitert werden, so dass er auch noch die Höhe des Futters überragt, um die wärmeisolierende Wirkung noch zu verstärken.
Man kann das Futter oben mit einem an sich bekannten Giesskopf abschliessen. Im allgemeinen genügt es. den Oberteil des Gussblockes mit einer hitzebeständigen Kappe zu bedecken, die gegebenenfalls auch vorher erwärmt werden kann, die keinen abkühlenden Kontakt mit dem Oberteil des Mantels besitzt und die sich an Stelle eines eigentlichen gemauerten Giesskopfes in Berührung mit dem flüssigen Stahl befindet.
Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 15 eine halbgeschnittene Anordnung des oberen Teiles einer Kokille, die bei 1 den Mantel und bei 2 das Futter im Schnitt erkennen lässt. Der freie Zwischenraum 14 zwischen diesen Teilen ist leer gelassen. Eine Kappe 16 aus feuerfestem Material ist mit einem Handgriff 17 versehen und deckt den Gussblock von oben ab.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie lässt sich vielmehr auf Kokillen beliebiger Gestalt anwenden und man kann insbesondere auch den Zuschnitt der Zwischenplatten je nach Bedarf verändern, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Auch schliessen die oben angegebenen Massnahmen, um die Dauer der Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur am Kopf des Gussblockes zu verlängern, nicht die Anwendung bekannter Mittel aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ummantelte Stahlwerkskokille mit einer wärmeleitenden Schicht zwischen Mantel und Futter, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Innenseite des Mantels und an der Aussenseite des Futters anliegende wärmeleitende Schicht aus Metallplatten bzw. Metallblechen besteht, welche sich nur über bestimmte Zonen der Kokille erstrecken. während ansonst zwischen Mantel und Futter Trennspalte offen sind, die sich auch bei Erwärmung der Kokille beim Giessvorgang nicht schliessen.