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Einrichtung für den fallenden Kokillenguss
Die Erfindung bezieht sich auf das Giessen von Blöcken u. dgl. aus Eisen und Eisenlegierungen im fal- lenden Guss, u. zw. auf eine Arbeitsweise, bei welcher der Giessstrahl von einer in der Kokille fest an- geordneten Hülle umgeben ist. Die Hülle schützt den Giessstrahl gegen Luftoxydation, sie verhindert das
Bespritzen der Kokilleninnenwände durch flüssiges Metall und unterbindet die Verbreitung von durch den
Giessstrahl mitgeführten Verunreinigungen im Schmelzbad.
Die beiden letzten Aufgaben bedingen, dass die Hülle in das Schmelzbad ständig eintauchen muss.
Da die Hülle am Oberteil der Kokille fest angeordnet wird, muss sie zwangsläufig von unten her mit dem
Ansteigen der eingegossenen Schmelze fortschreitend zerstört werden. Dabei ist es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, eine minimale Eintauchtiefe bis zum Ende des Gusses mit Sicherheit aufrechtzuerhalten, insbesondere weil die Temperatur und die Beschaffenheit des Schmelzbades sowie die zerstörende Wirkung des Giessstrahles im Verlauf der Füllung einer Kokille und mehr noch von einer Kokille zur andern wech- seln.
Die Hülle ist also im Verlauf des Gusses so vielen und so stark wechselnden Einflüssen unterworfen, dass diesen nicht mit Sicherheit Rechnung getragen. werden kann. Die Erfindung beseitigt diese Nach- teile.
Sie betrifft eine Einrichtung für den fallenden Kokillenguss, mit einer Hülle aus einem durch die Metallschmelze zerstörbaren Material, die den Giessstrahl in einem bestimmten Abstand umgibt und ist dadurch gekennzeichnet, dass die an ihrem oberen Ende an der Kokille oder gegebenenfalls an dem während des Giessens im Verhältnis zur Kokille feststehenden Giessbehälter befestigte Hülle am unteren Ende durch einen Schwimmer verlängert ist, von dem zumindest der untere Teil bei den während des Giessens auftretenden Temperaturen unverbrennbar ist und eine niedrigere Dichte besitzt als jene des zu giessenden Metalles und bei dem seine innere Öffnung der äusseren Form der Hülle angepasst ist und gegenüber dieser so viel Spiel hat, dass er ohne wesentliche Reibung längs der Hülle gleiten kann, so dass der Schwimmer dem steigenden Spiegel der Metallschmelze folgt,
wobei er mit einer genügenden Tiefe in diese eintaucht, um die Verbreitung von vom Giessstrahl mitgeführten Verunreinigungen in der die Kokille ausfüllenden Metallschmelze zu verhindern.
Das Gewicht des Schwimmers ändert sich im Verlauf des Giessens praktisch nicht, so dass der Schwimmer beim Anheben durch das in die Kokille einströmende Schmelzgut stets gleich tief in das Schmelzbad eintaucht, ungeachtet der Unregelmässigkeiten, welche bei der allmählichen Zerstörung der eigentlichen Hülle auftreten können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Schwimmer aus einem Rohrstutzen mit voller Wandung. Die Eintauchtiefe dieses Rohrstutzens ist so bemessen, dass die Ausbreitung der Verunreinigungen, welche einerseits vom Giessstrahl, anderseits von der Zerstörung der Hülle herrühren, wirksam verhindert wird. Diese Verunreinigungen verbleiben gesammelt im Innern des Schwimmers.
Der Schwimmer kann so ausgebildet sein, dass er sich beim Emporgleiten nicht um die Halle dreht.
In dem eingetauchten Wandungsteil des Schwimmers und/oder in seinem Boden, falls ein solcher vorgesehen ist, können Durchtrittskanäle für die durch den Giessstrahl eingeführte Metallschmelze vorgesehen sein. Diese Durchtrittskanäle sind zur Hüllenachse so geneigt, dass sie rings um den Schwimmer eine Drehbewegung des Metalles hervorrufen.
Hiedurch wird infolge der Dichtunterschiede eine zentripetale Ansammlung der Verunreinigungen.
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ai der Aussenfläche "des Schwimmers bewirkt. Durch dieses einfache Mittel erreicht man, dass die Verun- reinigungen entfernt von der Kokillenwandung gesammelt werden.
Weitere Merkmale werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Fig. 1 zeigt im Längsschnitt nach der
Linie 1-1 der Fig. 2 eine nach oben konisch erweiterte Kokille mit Haube und Hüllvorrichtung gemäss der
Erfindung. Fig. 2 ist eine entsprechende Draufsicht. Die Fig. 3 und 4 zeigen im Längsschnitt denober- teil der Kokille mit der jeweils verbleibenden Hüllvorrichtung während bzw. am Ende des Giessvorganges.
Fig. 5 zeigt im Längsschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 6 eine Kokille ohne Haube aber mit einem
Schwimmerkörper, welcher den hülsenförmigen Schwimmer umgibt und am Ende des Giessvorganges in an sich bekannter Weise als Behälter für ein verdampfbares Mittel dient. Fig. 6 ist eine entsprechende Draufsicht. Die Fig. 7 und 8 sind den Fig. 3 und 4 entsprechende Längsschnitte. Fig. 9 zeigt im Längsschnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 10 eine Vorrichtung der in den Fig. 1 -'4 dargestellten Art, bei der jedoch der hülsenförmige Schwimmer an seinem eingetauchten Teil Durchtrittskanäle aufweist, um eine
Drehbewegung des Metalles zu bewirken, Fig. 10 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 9. Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform gemäss Fig. 5, jedoch mit Durchtrittskanälen.
Fig. 12 zeigt teils in Ansicht, teils im Schnitt nach der Linie 12-12 der Fig. 13 eine Variante, bei welcher der Schwim- mer zur Bewirkung der Drehbewegung des Metalles einen Boden mit gekrümmten Durchtrittskanälen aufweist. Fig. 13 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 13-13 der Fig. 12. Fig. 14 zeigt im Ausschnitt einen axialen Vertikalschnitt einer Kokille mit einer weiteren Ausführungsform des Schwimmers, der wie bei den letztgenannten Ausführungsformen eine Drehbewegung der Schmelze bewirkt. Fig. 15 zeigt im Vertikalschnitt den Oberteil der Kokille mit der Ansicht des Schwimmers am Ende des Giessvorganges.
Fig. 16 ist die der Fig. 15 entsprechende Draufsicht. Fig. 17 zeigt im Vertikalschnitt den Unterteil der Hülse mit Schwimmer gemäss Linie 17-17 der Fig. 16.
Die Fig. 1 - 4 zeigen die Anwendung der Erfindung bei einer Kokille L, die sich nach oben konisch erweitert und mit einer Haube R versehen ist. Diese Kokille ist bestimmt für fallenden Guss eines beruhigten Stahles, der aus der Giesspfanne P in einem Strahl J gegossen wird. Diese Kokille ist nur am oberen Ende offen. Sie ruht mit dem Boden a auf der Unterlage B. Der Boden a kann, wie an sich bekannt, einen Mittelteil b aus feuerfestem Material aufweisen, um gegebenenfalls nach dessen Entfernung mit der gleichen Kokille auch steigend giessen zu können.
Vor dem Giessen wird die Hülle G in die Kokille eingesetzt. Die Hülle G kann, wie an sich bekannt, durch Aufrollen von glatter oder einseitig gewellter Pappe hergestellt werden. Die aufeinanderfolgenden Windungen werden untereinander mit einem mehr oder weniger feuerfesten Klebstoff verklebt. Die Hülle wird dann zu einem quadratischen oder vieleckigen Querschnitt, vorzugsweise um eine leichtere Faltung zu gewährleisten, mit einer geraden Anzahl von Seiten gefaltet. Die Hülle kann auch aus jedem andern Material, welches durch Schmelzen oder Verbrennen zerstört wird, hergestellt sein.
Die Hülle G ist mit ihrem Oberteil an der Kokille befestigt. Z. B. ist sie mittels einer Spange 1 aus Rundeisen aufgehängt, welche unter die Nocke c der Haube R greift, die Hülle G durchsetzt und an der gegenüberliegenden Nocke d mit einem Bügel 2 festgehalten wird. Das untere Ende 3 der Hülle G (Fig. 1) endet im Abstand h über der Platte 4, welche auf den Boden der Kokille gelegt ist und das Anbringen der Vorrichtung erleichtert.
Gemäss derErfindung ist die HülleG an ihrem Unterteil von einem Rohrstutzen T umgeben, welcher als Schwimmer wirkt. Der Schwimmer T liegt vor dem Giessen dicht schliessend auf der Platte 4 und kann sich längs der Hülle G leicht verschieben. Er kann auf gleiche Weise wie die Hülle G hergestellt sein.
Der Schwimmer T kann auch aus zwei Teilen 5, ss. zusammengesetzt sein. Hiebei kann der untere, für das Eintauchen in die Schmelze bestimmte Schwimmerteil. 5. aus einem feuerfesten oder auch aus einem durch Verbrennung und/oder Verschlackung an seinem unteren Rande langsam zerstörbaren Material bestehen. Dieser Teil 5 kann z. B. durch Aufrollen von Pappe hergestellt sein, deren Windungen im Anfang mit einem besonders feuerfesten Klebemittel verklebt sind, wogegen die letzten Windungen. mit einem weniger feuerfesten Klebemittel verklebt sind, so dass eine oberflächliche Verbrennung stattfindet.
Der obere Schwimmerteil 6 kann aus dem gleichen Material wie der Teil 5 bestehen. Er kann aber auch, da er nicht in dasSchmelzbad eintaucht, aus einem weniger feuerfesten Material bestehen oder aus einem Material, welches beim Erreichen des Punktes T2 (Fig. 4) am oberen Ende der Haube R leicht verbrennt und dann wärmeisolierend oder wärmeabgebend wirkt, wie noch näher ausgeführt werden wird.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermassen :
Sobald der Giessstrahl J auf die Platte 4 auffällt, breitet er sich aus und das Metall steigt in dem Schwimmer T und der Hülle G die Sirecke e-f (Fig. l) empor. Da der Innenraum der Hülle G sehr klein
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ist, ist das Niveau f - f schnell erreicht, ohne dass dem hochgestiegenen Metall Zeit zur Oxydation bleibt, denn die Hülle G mit ihren kleinen Abmessungen schützt gegen Oxydation.
Hierauf fliesst das Metall an der Unterkante des Schwimmers T vorbei und steigt auch aussen hoch.
Dadurch wird der Schwimmer so weit angehoben, dass die Schmelze unter dem Schwimmer in die Kokille fliessen kann. Auf den Schwimmer wirkt der Auftrieb der allmählich hochsteigenden Schmelze.
Die Platte 4 legt sich nie dicht an den Kokillenboden an, wodurch flüssiges Metall unter die Platte gelangt. Sobald die Schmelze in der Kokille das Niveau N-N (Fig. l) erreicht hat, kommuniziert das
Giessmetall innerhalb der Hülle mit der die Hülle umgebenden Schmelze.
Von da an steigt der Schwimmer T im Masse des fortschreitenden Giessens hoch, jedoch immer mit der gleichen Eintauchtiefe i (Fig. 3). Die Hülle G hingegen wird mit Ansteigen des Schmelzbades fortlau- fend zerstört, wobei ihr unterer Rand ungefähr dem Badniveau folgt.
Fig. 3 zeigt z. B. die Vorrichtung im Augenblick, wo das Niveau NI - N1 erreicht ist. Der Schwim- mer T hat stets die konstante Eintauchtiefe i, wogegen die Hülle G zum Teil zerstört ist und in Nähe des Niveaus N1 - NI einen unregelmässigen Rand 7 aufweist.
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung am Ende des Giessvorganges. Die Schmelze hat in der Haube R das Niveau : N - N2 erreicht. Der Schwimmer T stösst gegen die Spange 1, wodurch er trotz statischen Auftriebs in die Schmelze gedrückt wird. Die Zerstörung der Hülle G ist mit Erreichen des Niveaus N-M been- det. Es besteht von ihr nur noch ein kleines Stück oberhalb dieses Niveaus.
In den Fig. 3 und 4ist mit SI und S2 der periphere, bereits erstarrte Teil des Metalles dargestellt.
Die Hülle G schützt den Giessstrahl J gegen atmosphärische Oxydation, was unter der Bedingung erfolgt, dass der Boden der Giesspfanne P im Abstand 1 über der Hülle gehalten wird, so dass die Verbrennungsgase, welche vom Schmelzbad im Innern der Hülle bzw. ihres Restes aufsteigen, ungehindert austreten können und dabei den Giessstrahl schützend umspülen. Die Hülle dient aber auch als Führung für den Schwimmer, welchem aus folgenden Gründen die wichtigste Aufgabe bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung zukommt.
Für Kokillen gleichen Typs kann eine Hülle genormter Länge auch dann verwendet werden, wenn bei denKokillen derAbstand der Platte 4 vom oberen Rand der Haube R um einige Zentimeter differiert. Der Schwimmer T wird oben auf die Hülle gesetzt und gleitet längs derselben bis auf die Platte 4. Im Niveau N - N verhindert der Schwimmer die sofortige Ausbreitung des Giessstrahles zur Innenfläche g der Kokille. Dies ist von grosser Bedeutung, da ansonst die vom Giessstrahl mitgebrachten Verunreinigungen sich im Fusse des Gussblockes und weitgehend an dessen Oberfläche verteilen würden. Im Verlauf des Gie- ssens sammeln sich die vom Giessstrahl J mitgebrachten Verunreinigungen, so wie dies in Fig. 3 für das Niveau N-N dargestellt ist, bis zur Höhe m, so dass sie lokalisiert bleiben.
Für den Fall, dass der Teil 6 des Schwimmers allmählich verbrennt, wird das Erstarren der Schmelze verzögert, weil die unter Druck entweichenden Verbrennungsgase eine Turbulenz an der Badoberfläche ausserhalb des Schwimmers hervorrufen.
Im Niveau N-nez (Fig. 4) wirkt die von der Zerstörung der Hülle herrührende Asche wärmejsolierend.
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welcher in an sich bekannter Weise einen Kühldeckel bildet. Sein Querschnittsprofil entspricht in der in Fig. 7 gezeigten oberen Stellung genau dem Kokilleninnenquerschnitt.
Der Schwimmer F besteht aus einem inneren Teil 8, der ein System vertikaler Kanäle bildet, und einem äusseren Teil 9, welcher so angeordnet ist, dass er zusammen mit dem Schwimmerteil Tl eine ring- förmige Wanne bildet, die zur Aufnahme eines Kühlmittels dienen kann. Der innere Teil wird in bekannter Weise aus Karton od. dgl. hergestellt, während der äussere Teil aus gerollter, mit einem feuerfesten Bindemittel verklebter Pappe besteht.
Vor dem Giessen wird die Hülle G, wie bereits beschrieben wurde, eingesetzt und der zusammengesetzte Schwimmer TFl längs der Hülle fallen gelassen, so dass er sich auf die Kokillenunterlage 10 aufsetzt.
Im Niveau N-N erfolgt das gleiche wie im Fall der Fig. 1, und einige Sekunden nach Gussbeginn hat sich das Gleichgewicht, wie es in Niveau N-N (Fig. 8) gezeigt ist, eingestellt. Der Schwimmer taucht leicht in die Metallschmelze ein, so dass er sehr stabil liegt.
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Der Schwimmerteil F besteht aus in der Eisenindustrie gebräuchlichem feuerfestem Material. Er hat einen Oberteil 21 mit prismatischer Aussenfläche 22, welche dem z. B. quadratischen Querschnitt der
Hülle G angeglichen ist, da der Oberteil 21 in die Hülle G eingeschoben wird und in ihr gleiten soll. Der
Unterteil 23 hat eine z. B. zylindrische Aussenfläche 24, die über die Kehlung 25 mit der prismatischen
Fläche 22 verbunden ist.
Der Schwimmerteil F weist eine von oben herabgehende Ausnehmung 26 auf, deren Profil vom Boden von dem Mittelpunkt 0 ausgehend, in Form von zwei schräg mündenden Kanälen
27 und 27a divergiert (Fig. 14). Die Mündungen 28 und 28a dieser Kanäle liegen in der zylindrischen
Fläche 24. An der Unterseite des Schwimmerteiles sind zwei Ausnehmungen 29 in Form von zwei um 900 gegeneinander versetzten Rinnen vorgesehen, die an der Seitenfläche des Unterteiles 23 enden.
Vor dem Giessen wird die Hülle mit Schwimmer G F, so wie in Fig. 14 dargestellt, in die Kokille
L eingesetzt.
Vom Beginn des Giessens ab wird der sich nach unten etwas verbreiternde Giessstrahl J in die Kanäle
27,27a bis zu deren Mündungen 28,28a gelenkt. Es entsteht daher eine schräge Strömung in den Rich- tungen fa (Fig. 16). Hiedurch wird vom Beginn des Giessens ab in der Kokille eine beachtliche Drehbewe- gung des Schmelzbades in Richtung des Pfeiles f erreicht. Als Folge davon werden die Verunreinigungen an der Peripherie des Schwimmerteiles schon im Niveau N-N (Fig. 14) bei 30 gesammelt. Der statische
Auftrieb, der am Schwimmer zu wirken beginnt und somit das Festkleben desselben an der Kokillenunter- lage B verhindert, hebt den Schwimmer an und mit steigender Höhe N-N des Metallbades wird der untere
Teil der Hülle G zerstört.
Dieser Vorgang setzt sich fort bis zum Höchstniveau NI - NI der Schmelze (Fig. 15), wo die Hülle G ungefähr bis zu diesem Niveau zerstört ist.
Während des Emporsteigens des Schwimmers strömt das Metall dauernd durch die Mündungen 28, 28a aus und hält die Wirbelbewegung vom Niveau N-N bis zum Endniveau N - N der Schmelze aufrecht (Fig. 15).
Bei einer Kokille mit Kopfauskleidung M (Fig. 14, 15) erleichtert der aus der Hülle herausragende hohle Schwimmer F die Lunkeransammlung, die einesteils durch die Ansammlung der Verunreinigungen und Asche, welche sich vom Niveau N-N bis zum Niveau NI- NI (bei 30) angesammelt haben, und andernteils durch die Drehbewegung des oberen Badteiles längs des Gusses, welche die Erstarrung verzö- gert, gefördert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch den Schwimmerteil F eine kräftige Drehbewegung erzielt, desgleichen eine dem Spiegel der Schmelze folgende Zerstörung der Hülle in Nähe dieses Spiegels, weil die Hülle niemals der direkten zerstörenden Wirkung des Giessstrahles J unterliegt.
Die Wiedergewinnung des Schwimmerteiles F kann in Betracht gezogen werden, wenn der Gewinn, den er am verlorenen Kopf bringt, nicht rentabel ist. Um den Schwimmer von dem anhängendeù Stahl zu befreien, braucht man ihn nur auf die Schmelztemperatur des Stahls zu bringen. Dies ist ohne weiteres möglich, weil der Schwimmerteil F in Anbetracht der auf ihn einwirkenden Temperaturen aus gut feuerfestem Material sein muss.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere in den Fällen, wo das gegossene Metall in Drehbewegung versetzt wird, kann der Schwimmer sich nicht um die Hülle drehen, weil beide einen vieleckigen Querschnitt haben. Es können jedoch auch kreisförmige Querschnitte verwendet werden unter der Bedingung, dass eine entsprechende Führung des Schwimmers an der Hülle gewährleistet ist.
Die im letzten Beispiel an der Unterfläche des Schwimmers vorgesehenen Rinnen 29 können geradlinig und radial, besser jedoch gekrümmt verlaufen, wie es strichpunktiert für eine Rinne in Fig. 16 dargestellt ist. Alle Rinnen konvergieren zum Mittelpunkt der Bodenfläche, so dass die wegen zu grosser Viskosität oder aus andern Gründen unter dem Schwimmer verweilenden Verunreinigungen zur Mitte des Schmelzbades geführt werden.
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