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Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Blöcken u. dgl. aus Eisen- und Stahllegierungen
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist mit einem dicht auf den oberen Teil der Giessform aufgesetzten, ringförmigen Deckel ausgestattet, in dessen Mitte eine durch die
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bildet, der das Kühlmittel aufnimmt.
Im Boden dieses Behälters sind mehrere Röhren angeordnet, die über den oberen Rand der äusseren Behälterwand hinausreichen und entweder an ein Manometer angeschlossen sind oder direkt in die Atmosphäre führen, wobei das obere Rohrende mit einem durchbohrten Stopfen oder einer Sicherheitsldappe versehen sein kann ; gegebenenfalls ist die innere Behälterwand höher als die äussere Behälterwand.
Der ringförmige Behälter sitzt dicht in einem Stützrahmen, der auf dem oberen Teil der Giessform befestigt ist. Ausserdem besitzt der Rahmen Haken, mittels welcher er mit Hilfe von Drähten u. dgl. auf der Giessform befestigt werden kann.
Zwischen dem Rahmen und dem am oberen Rand der Aussenwand des Behälters als VerstMtungsgurtel angeordneten Flansch sind auswechselbare Streben eingesetzt.
Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Giessform und Rahmen sowie zwischen Giessform und Behälter ist unter dem Stützrahmen eine Dichtung vorgesehen.
In der Zeichnung ist die Vorrichtung gemäss der Erfindung schematisch und beispielsweise dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kokille mit einer aufgesetzten erfindungsgemässen Vorrichtung in einer Stellung zu Beginn des Abgusses, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen nach der Erfindung gegossenen Barren, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Barren entlang der Linie 3-3 gemäss Fig. 2, Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch den oberen Bereich der Kokille mit aufgesetzter Vorrichtung in einer Stellung kurz vor Beendigung des Abgusses, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Kokille gemäss Fig. 4 und Fig. 6 einen Teillängsschnitt durch eine Variante der aufgesetzten Vorrichtung gemäss Fig. 4.
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des mit einer feuerfesten Ausfütterung versehenen metallischen Bodens d dargestellt ist.
Dieser Pfannenboden ist mit einem Ausgang e versehen, der mittels eines Stopfens f verschlossen werden kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Stütze S, einem ringförmigen Behälter R, der eine Art Deckel auf der Kokille bildet, und aus einem zentralen Rohr G.
Die Stütze S wird auf die Stirnfläche a der Kokille L aufgesetzt und dort befestigt. Im Ausführung-
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zontalschenkel parallel zur Kokillenstirnf1äche a liegt. Auf diesem Rahmen 1 sind, beispielsweise mit- tels Schweissverbindung, je zwei sich gegenüberliegende Anker angebracht, an deren Haken das Befestigen der Stütze auf der Kokille mittels Eisendraht, Stahlltabel u. dgl. ermöglicht wird. Die Drähte um- spannen die Handhaben b der Kokille und werden an den zugeordneten Haken mittels der zu Ringen 4a.
4b (Fig. 5) ausgebildeten Drahtenden festgehakt. Die Stütze S sitzt auf einer Zwischenlage 5 aus Asbest oder einem andern hitzebeständigen Stoff, welche vorzugsweise einen L-förmigen Querschnitt besitzt, so
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R und der Innenfläche g der Kokille zu liegen kommt. Bei den Stützen S sind keilartige Streben aus Holz od. dgl. 6 vorgesehen, die unter den Flansch 11 reichen und beispielsweise vierkantig zugeschnitten sind. Im Beispiel werden vier gleichlange Streben 6 verwendet. Ändert man die Strebenlänge, so erhält man unterschiedlich hohe Stützensätze. Im übrigen dienen die Streben 6 dazu, die Lage des Behälters R im Hinblick auf den Stützrahmen S in verschiedene Höhenstellungen zu regeln..
Der Behälter R besteht aus Metall, z. B. aus Stahlblech. Er kann beispielsweise eine Stärke von 3 bis 5 mm und eine ring- oder rahmenartige Form besitzen, bei der die Aussenwand 9 mit einer Innenwand 10 durch einen ebenen, ringförmigen Boden 8 verbunden ist. Es empfiehlt sich, diese Wände durch Schweissen, Einbördeln oder über mechanische Halteelemente miteinander zu verbinden. Die Aussenwand 9 besitzt eine zylindrische oder prismatische Form, deren Querschnitt dem de : Kokille angepasst ist, so dass der Behälter R in die Kokille eingesetzt werden kann und sich dabei die Zwischenlage 5 hermetisch in den Spalt zwischen Kokille und Behälter R einpasst. Oben ist die Aussenwand 9 mit einem Flansch, beispielsweise in Form eines Winkeleisens 11, verstärkt.
Dieses Winkeleisen trägt Handhaben 12. Die Innenwand 10 bildet einen Hohlzylinder : sie reicht über den oberen Rand der Aussenwand 9 und endet im oberen Teil in einem Aussenbund 13.
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Parallel zur Längsachse x - x des Beb titers R sind in den Boden 8 mindestens zwei Röhren 14 eingesetzt, welche den Raum unterhalb des Bodens 8 mit dem Raum oberhalb des Behälters R verbinden und oben etwas über den Rand der Aussenwand 9 vorstehen. Eine dieser Röhren 14 kann an ihrem oberen Ende ein Manometer 15 tragen, während die andere mit einem durchlöcherten Kork 16 oder mit einer sich bei einem bestimmten Druck öffnenden Sicherheitsklappe abgedeckt sein kann.
Die Hülle G ist eine zylindrische Röhre mit einem solchen Aussendurchmesser, dass sie mit leichter Reibung in die durch die Innenwand 10 gebildete zentrale Öffnung des Behälters R eingeschoben werden kann. Sie ragt verhältnismässig weit über die Wand 10 hinaus und besitzt oben einen Bund 17, der sich an den Bund 13 der Wand 10 dicht anschmiegt. Das untere Ende 18 der Hülle G reicht (vor dem Giessen) bis knapp über den Boden B der Kokille, wenn der Bund 17 auf dem Bund 13 des Behälters R ruht und letzterer sich in normaler Arbeitsstellung auf der Kokille befindet.
Die Hülle G besteht aus einem Material, das unter der Hitze des Giessmetalls schmilzt, verbrennt oder verschlackt. Dazu kann ein dünnes Blech oder glatte bzw. gewellte Pappe, gegebenenfalls in mehreren Schichten, verwendet werden. Die Hülle soll bis zu einem gewissen Grad feuerbeständig sein ; um das Verschlacken von aus Pappe bestehenden Hüllen zu fördern, empfiehlt es sich, die einzelnen Hüllenschichten vor dem Einrollen oder Übereinanderlegen mit Kalk zu bestreichen oder die Hülle in Natriumsilikat oder ein anderes feuerbeständig machendes Mittel einzutauchen. Aus Metall bestehende Hüllen werden oben mit einem Bund 17 aus Papier, Pappe oder einem andern mehr oder weniger kompressiblen Stoff versehen.
Schliesslich kann die Vorrichtung in an sich bekannter Weise durch ein Dämpfungskissenl9aus einem verbrennbaren oder verschlackbaren Stoff (z. B. aus gewellter Pappe, spiralförmig aufgerollt) ergänzt
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befestigt, dann der Behälter R in diese Stütze eingesetzt und mittels der Keile 6 fixiert. Die Länge dieser Keile ist derart gewählt, dass die Innenfläche des Bodens 8 sich in der Kokille L etwa in der Ebene N3-N3 (Fig. 1 und 4) befindet, in welcher nach Beendigung des Giessvorganges der Spiegel des Metalls liegen soll. Die Zwischenlage 5 ermöglicht hiebei, dass die Kokille L, die Stütze S und der Behälter R hermetisch aneinanderliegen.
Die Hülle G, in deren unterem Ende ein Dämpfungskissen 19 steckt, wird durch den Behälter R geführt, bis ihr unteres Ende 18 mit dem Kissen 19 sich sehr nahe, d. h. wenige Millimeter, über der Bodenplatte der Kokille befindet.
Nunmehr kann der Guss beginnen. Der Giessbehälter P (Fig. 1) wird bis auf einen Abstand von ungefähr 12 mm vom Bund 17 gesenkt. Man öffnet den Ausguss e, indem man den Stopfen f lüftet. Der Metallstrahl fällt auf den Dämpfer 19. Die Luft in der Hülle G (Fig. l) wird heftig nach oben und durch den Raum zwischen Hüllenende und Behälter P getrieben, wodurch ein Überdruck in der Hülle, der zu ihrer Sprengung führen könnte, vermieden wird.
Nach kurzer Zeit (etwa nach einer Sekunde) lässt das heftige Ausblasen der Luft nach und man senkt den Behälter P bis auf eine sehr kurze Distanz an den Bund 17 heran (Fig. 4). Man kann auch so weit absenken, bis der Bund 17 berührt wird, sofern dieser Bund ohne Entweichen von Gasgemischen schmelzbar ist.
Zu Giessbeginn durchquert der Strahl J den Dämpfer 19 etwa in der Ebene N 3'-N1 (Fig. 1) und wird dadurch gedämpft. Alsdann breitet sich der Strahl auf der Bodenplatte B aus und hebt den Dämpfer, der vor seiner raschen Zerstörung durch Verbrennen noch eine gewisse Zeit in der Hülle schwimmen soll. Der Dämpfer kann auch weggelassen werden. Dabei wird zwar die Bildung von Asche verhindert, die übrigens nicht schadet, wenn sie auf der Oberfläche schwimmt, aber die Bodenplatte B wird an der Auftreffstelle des Giessstrahles sehr schnell ausgehöhlt.
Während des Gusses steigt der Metallspiegel vom Niveau Nl-N1 bis zum obersten Niveau N-N.
Fig. 1 stellt hiebei eine Zwischenphase dar. Die Hülle G, die mit einer gewissen Verzögerung vom gegossenen Metall M zerstört wird, bildet eine hydraulische Dichtung m-n, wobei das Ende der Hülle mit 18a bezeichnet ist. Diese hydraulische Dichtung trennt den ringförmigen Raum El der unterhalb des Be- hälters R von der Kokillenwand L und der Hülle G begrenzt wird, vom Raum E innerhalb der Hülle und verhindert den Austausch von Gasen zwischen diesen beiden Räumen. Diese Dichtung hat ausserdem den Vorteil, dass in der Hülle G, also im Oberflächenzentrum des gegossenen Metalls, die verschiedenen vom Giessstrahl mitgetragenen Verunreinigungen zurückgehalten werden.
Vom Beginn des Giessens an treten aus dem Giessstrahl und aus dem Bad die von der Metallschmelze absorbierten oder durch Reaktion in ihr entstehenden Gase aus.
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wenn es mit Sauerstoff zusammenkommt, der in der atmosphärischen Luft enthalten ist, die sich zu An- fang in der Kammer Elbefand. Das dabei entstehende CO lagert über dem gegossenen Metall und verhindert jegliche Oxydation desselben. Oberhalb dieser CO2-Schicht reichert sich der Hohlraum EI mit CO an, bis der Druck dort einen solchen Wert erreicht, dass die Entgasung des Metalls vollkommen aufhört. Der dafür erforderliche Druck ist relativ niedrig und hängt von der Temperatur der Schmelze ab. Man kann diese Temperatur durch einen Vorversuch bestimmen, u. zw. mit Hilfe eines bei 15 auf einer der Röhren 14 angeordneten Manometers.
Man stellt daher den Druck fest, bei dem die Gase durch das andere Rohr 14 nicht mehr abziehen. Das letztere kann sehr leicht durch Entflammen des durch das Abzugloch 16 entweichenden CO festgestellt werden.
In der Kammer E2 innerhalb der Hülle G spielt sich ein ähnlicher Vorgang ab, sobald der Giessbehälter P den Bund 17 der Hülle G berührt, nur mit dem Unterschied, dass durch den Giessstrahl selbst ständig Sauerstoff zugeführt wird. Schliesslich kann auch etwas Luft durch den Raum zwischen Giessbehälter P und Hülle G einströmen, obgleich Versuche gezeigt haben, dass durch das Aufwallen und vor allem bei Verwendung einer verbrennbaren Hülle ein ständiger Gasstrom durch diesen Zwischenraum austritt, der bereits genügt, das Einströmen der Luft zu verhindern. Ausserdem kann man die Giesspfanne so weit herabsenken, dass sie den Bund 17 der Hülle G berührt, wenn das Ausströmen der Gase nachlässt.
Der mitgerissene Sauerstoff verwandelt einen kleinen Teil des aus dem Strahl entbundenen CO in CO. Wenn die Hülle G aus einem langsam verbrennbaren Stoff besteht, wird für ihre Verbrennung ein Teil des in der Kokille bzw. Hülle anfänglich enthaltenen oder während des Giessens frei werdenden Sauerstoffes verbraucht.
Auf jeden Fall verhindert die hydraulische Dichtung, die durch das untere Ende der Hülle G gebildet wird, jegliche Verbindung zwischen den beiden Kammern.
Vom Augenblick an, da keine Gase mehr aus der Schmelze austreten, bleibt der Druck in der Kammer E1ungefähr konstant. Die dmch die Verkleinerung des Volumens der Kammer E1 zufolge des Niveauanstieges bedingte Druckerhöhung wird dabei dadurch kompensiert, dass ein dieser Volumsverminderung entsprechendes Quantum komprimierter Gase aus der Kammer E1durch die offenen bzw. mit Sicherheitsklappen versehenen Rohre 14 entweicht, während die in der Kammer E2 enthaltenen Gase durch den regulierbaren freien Raum zwischen Hüllenende 17 und Giessbehälter P entweichen.
Während das Metall ansteigt und das Giessen weiter vor sich geht, beginnt das bereits gegossene Metall vom Kokillenboden sowie von der kalten Wand der Kokille ausgehend zu erstarren. In der Mitte der Kokille bleibt es dagegen völlig flüssig, weil durch den Strahl J und zufolge des starken Brodeins des Metalls innerhalb des durch die Dichtung m-n von der Kammer EabgeschlossenenRaumes E die Abkühlung verhindert wird.
Wenn der Metallspiegel die Höhe N-N (Fig. 4) erreicht, hebt die Schmelze den Behälter R an, so dass die Keile 16 umfallen, während der Boden 8 des Behälters im Kontakt mit dem Metallspiegel M bleibt. In diesem Augenblick wird der Giessstrahl J abgestoppt, so dass das Bad im Bereich des Niveaus N-N nicht mehr wallt und der Metallspiegel erstarren kann. Dieses Erstarren wird beschleunigt, wenn man in den Behälter Rein verdampfbares Kühlmittel einführt, z. B. Wasser E (Fig. 4), Kohlensäureschnee, flüssiges CO usw., u. zw. so, dass die durch Verdampfung des Kühlmittels erzeugte Kälte auf die Peripherie der Blockoberfläche einwirkt und dadurch die Erstarrung an der Blockkopf Oberfläche in zentripetaler Richtung fortschreitet. Diese Kühlung kann z.
B. durch Wasserstrahlen F erfolgen, wie in Fig. 4 angedeutet ist. Dabei schützen die Überreste der Hülle G den mittleren Teil des Blockkopfes gegen eine direkte Kühlmittelzufuhr.
Der ringförmige Behälter R kann zweckmässigerweise bereits vor Giessbeginn mit Wasser gefüllt werden, wobei die Verdampfungsverluste während des Giessens kontinuierlich ersetzt werden.
Bei dieser Beschleunigung des Abkühlvorgangs schreitet die Erstarrung des Blockkopfes schnell von der Peripherie zum Zentrum fort, während sich unterhalb der erstarrten Oberfläche ein länglicher Schwindungshohlraum r bildet (Fig. 2, 3).
Während der restliche Teil der Hülle G verbrennt oder verschlackt, wird der Block im oberen Bereich endgültig fest und nimmt dort die Form eines kleinen Höckers an, der aus der Ebene N S-N 3hervor- ragt.
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Der Block kann nun aus der Form herausgehoben werden. Eine Gefahr, dass die Wände des Hohlraumes r oxydieren, besteht nicht, weil dieser gegen die Aussenluft hermetisch abgeschlossene Hohlraum nur von neutralen Gasen, vorwiegend von CO erfüllt ist.
Im allgemeinen werden die angehobenen Blöcke noch in glühendem Zustand in Tieföfen eingesetzt und kurz darauf gewalzt, wobei die Wände des Hohlraumes r miteinander verschweissen.
Die gemäss der Erfindung gegossenen Blöcke können aber auch im erkalteten Zustand vor dem Walzen lange Zeit gelagert werden, denn der Hohlraum r ist gegen die Atmosphäre durch genügend starke Wandungen geschützt, um jegliche Oxydation zu verhindern.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders für Blöcke, deren Längsschnitt etwa rechtwinkelig ist oder von einem sehr flachen Rechteck abgeleitet ist oder von einer Raute, bei der das Verhältnis der Diagonalen etwa vier zu zwei ist, weil in diesem Falle der Schwindungshohlraum r ebenfalls sehr flach ist, so dass er sich beim Walzen sehr leicht verschweisst. Allerdings bieten solche Barren, deren Längsschnitt von einem Viereck oder einem regelmässigen Vieleck abgeleitet ist und bei denen der Längs-
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In Fig. 6 ist als Variante ein Behälter Rl dargestellt, auf dessen Boden 8a sich eine Einlage aus einem wabenartigen Netz befindet, dessen Wände vertikale Kanäle bilden. Dieses Netz kann z. B. aus gewellter einfacher oder doppelter Pappe bestehen und durch spiralförmiges Aufrollen eines solchen Pappestreifens oder durch Übereinanderlegen und Verkleben solcher Streifenstücke und glatter Pappe hergestellt werden.
Bei einer solchen Anordnung verdampft das Kühlwasser in den Kanälen, bevor es mit dem Metall in Berührung kommt.
Selbstverständlich sind verschiedene Varianten der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. So kann beispielsweise die Hülle G auch prismatisch sein. ihr Querschnitt kann aber auch ein regelmässiges Polygon sein, u. zw. zweckmässigerweise mit einer geraden Zahl von Seiten, damit ein raumsparendes Lagern und Transportieren der Hülle möglich ist. Dabei besitzt die Innenwand 10 des Behälters R ebenfalls einen entsprechenden polygonalen Querschnitt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Giessen von Blöcken u. dgl. aus unberuhigten eisenhaltigen Metallen in Kokillen im fallenden Guss, wobei der Giessstrahl von einer Hülle umgeben und die Kokillenöffnung abgedeckt ist, so dass ein abgeschlossener Giessraum vorhanden ist, in welchem die aus dem bereits vergossenen Metall entweichenden, reduzierenden Gase einen Druck auf den rasch ansteigenden Metallspiegel ausüben, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Giessen die Erstarrung der Blockoberfläche vom Kokillenrand zur Blockmitte hin durch ein auf die Blockoberfläche einwirkendes verdampfbares Kühlmittel beschleunigt wird, so dass der im Block vorhandene Schwindungshohlraum durch erstarrtes Metall oben verschlossen wird und damit das Entweichen der unter Druck stehenden reduzierenden Gase, die sich in diesem Schwindungshohlraum sammeln,
verhindert wird.