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Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Textur bzw. des Gefüges und der Oberfläche von in Kokillen gegossenen Gussblöcken aus
Eisenmetallen
EMI1.1
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EMI2.1
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anschliessend an Hand der Zeichnungen erläutert. Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt einer Kokille mit einer Vorrichtung gemäss der Erfindung. Die Vorrichtung zu Be- ginn des Giessens ist in vollen Strichen und nach Hochziehen des geleerten Beutels strichpunktiert darge- stellt. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 1 in grösserem Massstab. Fig. 3 ist ein Schnitt gemäss der i Linie 3-3 der Fig. 2. Fig. 4 zeigt in einem der Fig. 1 entsprechenden Schnitt eine zweite Ausführungs- form der Hochziehvorrichtung. Fig. 5 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Vorrichtung der
Fig. 4. Fig. 6 zeigt einen Beutel mit einer äusseren Schutzvorrichtung gegen die seitliche Wärmestrah- lung des Giessstrahls beim fallenden Guss.
Die Fig. 1 - 3 zeigen die Anwendung der Erfindung beim steigenden Guss in der Kokille L. Diese ) ruht auf der Bodenplatte F, die mit dem Giesskanal a und der Austrittsöffnung b für den aufsteigenden
Giessstrahl J versehen ist. Der Giessstrahl J bildet den Pilz c, welcher beim Giessen fortschreitend in das
Schmelzbad eintaucht. Wenn die Schmelze das Niveau N-N im Abstand h von der Bodenplatte F erreicht hat, ist der Pilz c verschwunden. Der Abstand h ist abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten, insbe- sondere von der Viskosität der Schmelze und von Länge und Querschnitt des Giesskanals a. Für eine Serie aufeinanderfolgender Güsse mit dem gleichen Metall und mit auf die gleiche Austrittsöffnung b gesetzten
Kokillen kann angenommen werden, dass die Höhe h etwa gleichbleibend ist.
Sie kann bei den ersten
Güssen zumindest sehr angenähert festgestellt und dann überprüft werden.
Vom Niveau N-N ab beruhigen sich die Oberflächenbewegungen sehr schnell und haben dann ober- halb des Niveaus NI-NI im Abstand h1 vom Niveau N-N eine stark verringerte, ungefähr konstante Inten- sität. Der Abstand h1 ändert sich in gleicher Weise wie h. Er liegt im allgemeinen zwischen H/10 und
H/20, wobei H die Höhe der Kokille ist. Die Höhe hl kann ebenfalls bei den ersten Güssen festgestellt werden.
Zweckmässig wird die Charge zwischen dem Niveau N-N und Ni-Ni entleert, vorzugsweise so nahe wie möglich am letzten Niveau. Die Zone zwischen diesen bei den Niveaus ist der Bereich der Bewegungs- beruhigung der Schmelze.
In Fig. 1 ist bei c in unterbrochenen Strichen das Herabfallen des schmelzflüssigen Metalls vom Pilz zu Beginn des Giessens dargestellt. Die strichpunktierte Linie l zeigt den Querschnitt des sich ausbildenden schalenförmigen Gussblockunterteils.
In der Kokille L ist der sehr leichte und sehr dünnwandige Beutel 1 aufgehängt. Die Wandstärke be- trägt einen Bruchteil eines Millimeters, der Beutel besteht aus biegsamen, für feuchte Luft undurchlässi- gem Material, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder andern Kunststoffen. Er enthält eine praktisch wasserfreie Charge 2, für die weiter unten Mischungsbeispiele angegeben sind.
Der Beutel 1 ist bei 4 an der Leine 3 aufgehängt. Die Leine 3 kann aus mehr oder weniger feuerfest gemachtem Textilmaterial oder aus einem geglühten Weichstahldraht mit einem Durchmesser von 1 bis
2 mm bestehen. Das obere Ende der Leine 3 ist bei 5 durch die Öse 6 der Blattfeder 7 geführt und festge- macht. Die Blattfeder 7 ist in unbelastetem Zustand, wie bei 7a in Fig. 2 und 3 gezeigt, kurvenförmig nach oben. gebogen. Das zum Kokillenrand gerichtete Ende der Blattfeder 7 ist mit den Schrauben 8, durch
Verschweissung oder andere Befestigungsmittel auf der ebenen oberen Fläche der Metallschiene 9 befestigt, die anderseits in dem Handgriff 10 endet.
Die elastische Kraft der Blattfeder 7 ist so bemessen, dass sie durch das Gesamtgewicht von Beutel 1,
Charge 2 und Leine 3 in geradlinig gestreckter Lage, so wie es in vollen Strichen gezeigt ist, auf der
Schiene 9 gehalten wird. In dieser Stellung kann die Blattfeder 7 mittels des Riegels 11 festgehalten wer- den. Letzterer ist in der auf der Schiene 9 angebrachten Führung 12 verschiebbar und hat einen Hand- griff 13.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird zunächst durch Beobachtungen folgendes festgestellt ;
Bei dem ersten Guss oder den ersten Güssen einer Gussserie wird die Höhe (h + hl) des Niveaus NI-NI oberhalb des Kokillenbodens F festgestellt, bei welcher der Pilz des Giessstrahls J vollständig in die Schmelze eingetaucht ist und ausserdem die starke Anfangsbewegung gedämpft ist und in fortschreitender Beruhigung zwischen den Niveaus N-N und NI-NI einen sehr gedämpften, konstanten Zustand erreicht hat.
Ferner wird z. B. durch Laboratoriumsversuche die Höhe y bestimmt, in welcher man oberhalb des Schmelzniveaus den Boden 14 des Beutels 1 anordnen muss, damit der Beutelboden im richtigen Zeitpunkt von der vom Schmelzbad M ausgestrahlten Wärme zerstört wird.
Unter Berücksichtigung der Länge x des Beutels 1 und der Höhen h, hl und y, welche nicht sehr kritisch sind und ohne Nachteil mit einigen Zentimetern Annäherung festgelegt werden können, bestimmt
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man die zweckmässige Länge der Leine 3 mit der gleichen angenäherten Genauigkeit an Hand der Glei- chung : z=H- (h+h1+x+y).
Die Zusammensetzung der Charge 2 richtet sich selbstverständlich nach der Natur der zu vergiessenden - Eisenlegierung. Zahlreiche Mischungen sind verwendbar unter der Voraussetzung, dass sie praktisch wasser- frei sind. Ihr hygrometrischer Wassergehalt muss geringer als oder höchstens gleich 1 Gew.-% sein. Vor- zugsweise enthalten die Mischungen höchstens 20 Gew.-% Kohlenstoff, der bei Berührung. mit der
Schmelzbadoberfläche oder durch Wärmestrahlung vor oder beim Erreichen der Schmelze zu CO und/oder
CO2 oxydiert werden kann. Diese Verbrennung vervollständigt die Wasserfreiheit der Charge.
Die Korngrösse wird so gewählt, dass die Teilchen der Charge beim Freiwerden auch gegen die auf- wärtsströmende Bewegung der insbesondere zu Beginn des Giessens vom Giessstrahl herrührenden Gase, der
Luft und des Wasserdampfes auf die Schmelzbadoberfläche fallen können.
Lediglich als Beispiele werden folgende Mischungen angegeben, die zu ausgezeichneten Ergebnissen geführt haben:
Mischung A
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<tb>
<tb> Stoff <SEP> Gewichtsprozent <SEP> der <SEP> vollkommen <SEP> wasserfreien
<tb> Mischung
<tb> bevorzugtes <SEP> Mischungsverhältnis
<tb> SiO <SEP> 35 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> 38
<tb> Along <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> 25
<tb> CaO <SEP> - <SEP> S <SEP>
<tb> MgO <SEP> #
<tb> KO <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 4
<tb> C, <SEP> frei <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> NapOs <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP>
<tb> 100
<tb>
EMI4.2
Diese Mischung kann insbesondere für stark legierte Stähle verwendet werden und für alle solche Stähle, die nach Beginn des Giessens auf der Schmelzbadoberfläche Krusten aus erstarrtem Metall bilden.
Mischung B
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<tb>
<tb> Stoff <SEP> Gewichtsprozent <SEP> der <SEP> vollkommen <SEP> wasserfreien
<tb> Mischung
<tb> bevorzugtes <SEP> Mischungsverhältnis
<tb> Cellulose- <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 35 <SEP> 30
<tb> abfälle, <SEP> gepulvert,
<tb> scharf <SEP> getrocknet
<tb> SiO2 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 40 <SEP> 35
<tb> Fe2O3 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> Al <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 10
<tb> gekörnt
<tb> Na <SEP> CO <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 10 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 3 <SEP> 100
<tb>
EMI4.4
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Diese zweite Mischung ist besonders vorteilhaft für Tiefziehstähle und für Magnetstähle.
Selbstverständlich kann die Menge der Charge entsprechend dem zu vergiessenden Metall und den
Mischungsbestandteilen und-Verhältnissen erheblich variieren. Im allgemeinen liegt die Menge der
Charge in der Grössenordnung von 1000 bis 1500 g pro Tonne vergossenes Metall.
Die Arbeitsweise ist-gleich, welche Chargenmischung verwendet wird-folgendermassen :
Vor Beginn des Giessens wird mittels des Riegels 11 die Blattfeder 7 in ihrer gestreckten Stellung fest- gehalten. Dann wird unter Berücksichtigung des Mittelwertes der Höhen h, hl und y, die bekannt sind, bzw. bei den ersten Güssen einer Gussserie und durch Laboratoriumsversuche ermittelt wurden, der Beutel mit der Charge 2 in der Kokille im Abstand z an der Leine 3 aufgehängt. Darauf wird der Riegel 11 am ) Handgriff 13 in Richtung des Pfeiles f2 zurückgezogen. Unter dem Gewicht des gefüllten Beutels 1 bleibt die Blattfeder 7 flach auf der Schiene 9.
Anschliessend kann das Giessen beginnen. Im Anfang bildet der Giessstrahl J den Pilz c. Dieser taucht fortschreitend in die Schmelze ein und breitet sich im Innern der Schmelze aus, u. zw. während der gan- zen Giessdauer ungefähr in gleicher Höhe. Hingegen verschwinden die heftigen Bewegungen, sobald der i Pilz eingetaucht ist, und es wird ein gleichbleibender Zustand relativer Beruhigung im Niveau Nl-Nl er- reicht.
In diesem Zeitpunkt ist der Boden 14 des Beutels 1 durch die vom vergossenen Metall kommende
Wärmestrahlung zerstört und dieCharge2 breitet sich gemäss den Pfeilen fl auf der Schmelzbadoberfläche aus.
Falls die Charge Kohlenstoffteilçhen enthält, verbrennen diese an der Oberfläche, ohne dass die Ge- fahr einer Rückkohlung der Schmelze besteht. Die Charge bildet eine wärmeentwickelnde und/oder wär- meisolierende Schicht, die bis zum Ende des Giessens ein vorzeitiges Erstarren der Schmelzbadoberflä- che verhindert, wobei vorher die vorgesehenen Reaktionen zwischen den Chargenbestandteilen, insbeson- dere zwischen Fe 0 und Al bei der zweiten Mischung erleichtert werden.
Dies geschieht z. B. durch ein nichtturbulentes Umwälzen, das das Ingangbringen der Reaktionen bei den gegebenen Temperaturen erleichtert.
Sobald die Charge aus dem Beutel frei wird, ist das auf die Blattfeder 7 einwirkende Gewicht stark vermindert. Die entlastete Feder biegt sich zur Gestalt 7a nach oben und hebt die Leine und den geleer- ten Beutel in die Stellung 3a bzw. 1 a. Der Beutel ist der Wärmestrahlung entzogen und gleichzeitig kann der Giesser feststellen, dass der Beutel entleert ist. Mittels des Handgriffs 10 kann dann die Schiene 9 mit den Teilen, welche sie trägt, weggenommen werden.
Abgesehen vom Beutel kann also die gesamte Vorrichtung für einen neuen Guss wiederverwendet wer- den. Es wird verhindert, dass das Material des Beutels und der Leine mit der Charge in die Schmelze ge- langen können.
In den Fig. 4 und 5 ist eine abgewandelte Vorrichtung dargestellt, welche ein automatisches Hoch- ziehen des Beutels 1 bis zur Stellung 1 im oberen Teil der Kokille gestattet, nachdem die Charge 2 durch Zerstörung des Beutelbodens 14 entleert ist.
Diese Vorrichtung hat an Stelle der Schiene 9 im ersten Ausführungsbeispiel ein Rohr 15 von quadra- tischem Querschnitt, vorzugsweise aus Stahlblech von 1 bis 2 mm Dicke. Das Rohr 15 ist an seinem einen
Ende über die Ausweitung 17 mit dem zylindrischen Gehäuse 16 durch Autogenschweissung verbunden.
Das Gehäuse 16 hat an der Seite einen abnehmbaren Deckel 18, der z. B. mittels der Schrauben 19 gehalten ist. Im Deckel 18 und der gegenüberliegenden Gehäusewand ist die Welle 20 drehbar gelagert.
Sie ist in axialer Richtung von den Muttern und Gegenmuttern 21,22 und 23,24 gehalten.
Eine Spiralfeder 25 ist mit ihrem einen Ende mittels der Schraube 26 an der Welle 20 und mit ihrem andern Ende mittels Schraube und Mutter 27 am Gehäuse 16 befestigt. Eine mit Rille versehene Rolle 28 tst durch Verkeilung 29 mit der Welle 20 fest verbunden. Die den Beutel 1 haltende Leine 3 besteht aus einem geglühten Weichstahldraht von etwa 1 mm Durchmesser, der mit einem Ende bei 30 auf der Rolle
28 festgemacht ist, dann über die Umlenkrollen 31 und 32 läuft und an seinem andern Ende bei 4 mit dem 3euvel1 verbunden ist.
Die Welle 20 trägt aussen eine Handkurbel 33, die durch den Riegel 34 feststellbar ist. Der Riegel 34 ist bei 35 an einem Vorsprung 36 des Deckels 18 schwenkbar montiert.
Diametral gegenüber dem Rohr 15 ist am Gehäuse 16 eine Hülse 38 befestigt, die den Handgriff 37 trägt. Am andern Ende des Rohrs 15 ist bei 40 ein Gegengewicht 39 angebracht, das die Vorrichtung nach dem Aufsetzen auf die Kokille L im Gleichgewicht hält.
Die Arbeitsweise ist folgendermassen : Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Spiralfeder unter dem Gewicht des Beutels 1 und seiner Charge 2 in gespanntem Zustand. Sobald sich der Beutel 1 durch Zer-
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störung seines Bodens 14 entleert, rollt sich die Feder und dreht die Welle 20 mit der Rolle 28 in Richtung des Pfeiles f. Hiebei wird die Leine 3 aufgewickelt und der leere Beutel bis in die Stellung 1a nach oben gezogen. In diesem Zeitpunkt wird die Handkurbel 33 festgelegt, indem man den Riegel 34 aus der ge- s richelt dargestellten Stellung 34a in Richtung des Pfeiles f schwenkt.
Man kann dann einen neuen gefüllten Beutel bei 4 anhängen, die Vorrichtung wieder auf eine Ko- kille aufsetzen und die Kurbel lösen, indem man den Riegel 34 in die Stellung 34a schwenkt. Die von der
Charge belastete Leine 3 dreht die Rolle 28 entgegengesetzt dem Pfeil f3, wobei die Spiralfeder 25 ge- spannt wird. Die Arbeitsweise ist also sehr einfach und die Anwendung ist äusserst praktisch.
Bei den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Anwendung der Erfindung beim steigenden Guss gezeigt. Die beschriebenen Vorrichtungen können ebenfalls beim fallenden Guss unter der
Bedingung verwendet werden, dass sie seitlich des herabfallenden Giessstrahls angeordnet werden. Das zu berücksichtigende Niveau Ni-Ni ist stets das Niveau, in dem sich die beruhigten Bewegungen der Schmelz- badoberfläche stabilisiert haben. Dieses Niveau liegt im Abstand h vom oberen Rand des schalenförmi- gen Gussblockunterteils, dessen Spitze das untere Niveau der Beruhigungszone bestimmt.
Da die Vorrichtung seitlich vom fallenden Giessstrahl angeordnet werden muss, kann man auch zwei oder mehrere Vorrichtungen beidseits des Giessstrahls vorsehen, u. zw. in genügendem Abstand vom
Giessstrahl, damit dessen seitliche Ausstrahlung die Seitenwandung des Beutels nicht zerstören kann. Ge- gen diese Gefahr kann man auch Vorsorge treffen, indem man die Seitenwandung widerstandsfähiger, insbesondere wärmeabweisender als den Beutelboden gestaltet oder indem man, wie in Fig. 6 gezeigt, einen wärmeabweisenden Schutzschirm 41 aus feuerfest gemachter Pappe, aus Asbestpappe oder am be- sten aus sehr dünnem Blech von etwa 1/10 mm Dicke'vorsieht.
Ein solcher Schutzschirm 41 wird mit dem gefüllten Beutel 1 an der Leine 3 aufgehängt, wobei der Beutelboden 14 frei bleiben muss, damit er durch die Wärmestrahlung des Schmelzbades zerstört werden kann. Der Schutzschirm wird mit der Leine 3 und dem geleerten Beutel hochgezogen und kann selbstverständlich wieder verwendet werden.
Wird im fallenden Guss mit mehreren Giessstrahlen gegossen, so kann eine einzige Vorrichtung zwi- schen den Giessstrahlen angeordnet werden.
Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch andere als die gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen sowie Abwandlungen möglich ; z. B. kann im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 die
Spiralfeder auch umgekehrt eingesetzt sein, so dass sie in belastetem Zustand zusammengerollt anstatt aufgerollt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der Textur bzw. des Gefüges und der Oberfläche von Gussblöcken aus
Eisenmetallen bzw. -legierungen während des Giessens in Kokillen, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen an sich bekannte Stoffe zur Qualitätsverbesserung des Gussblocks mit einem Wassergehalt unter
1 Gew.-% in einem Beutel in einer solchen Höhe in der Kokille angeordnet werden, dass nur der Boden des Beutels durch die vom vergossenen Metall ausgestrahlte Wärme zerstört wird, wenn die Schmelze un- gefähr das Niveau erreicht hat, in dem die Beruhigung der Bewegungen eintritt, wobei die Beutelfüllung auf dieSchmelzbadoberfläche fällt und sich auf dieser ausbreitet und der Beutel nach der Entleerung ent- fernt wird.