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Verfahren und Vorrichtung zur Güteverbesserung von Gussblöcken beim Kokillenguss
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Güteverbesserung von Guss- blöcken aus Eisenmetallen, insbesondere aus legierten Stählen, bei dem gegen Ende des Giessvorganges die Erstarrung in der Kokille verzögert wird.
Beim Vergiessen beruhigter Eisenmetallmischungen, im folgenden kurz Metall genannt, ist es bekannt, am oberen Teil der inneren Seitenfläche der Kokille eine wärmeisolierende, wärmeerzeugende und/oder in der Metallschmelze periphere Turbulenz hervorrufende Beschichtung vorzusehen, um die
Erstarrung des Blockkopfes zu verzögern. Hiedurch kann das flüssig gehaltene Metall den oder die Lun- ker auffüllen. Die zahlreichen, zu diesem Zweck vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen haben alle den gemeinsamen Nachteil, dass die mehr oder weniger zerstörbaren oder mehr oder weniger inerten Beschichtungen mit dem schmelzflüssigen Metall in Berührung gebracht werden und dort bis zur Ent- formung des Gussblocks verbleiben.
Es ist nun bekannt, dass selbst als inert angesehene Materialien, wie die in der Stahlgiesserei ver- wendeten feuerfesten Stoffe, bei längerer Berührung mit dem schmelzflüssigen Metall eine schädliche
Wirkung auf die Güte der Gussblöcke ausüben, sei es wegen ihrer Schleifeigenschaften, sei es infolge chemischer Reaktionen mit dem Metall, sei es lediglich dadurch, dass im Metall Einschlüsse von Pro- dukten, Rückständen, Asche usw. entstehen, die von der Beschichtung bzw. von mit dieser stattfinden- den Reaktionen herrühren.
Bei Gussblöcken aus Eisenmischungen von geringem Wert entfernt man einfach beim Walzen den fehlerhaften Teil des Blockkopfes, u. zw. bis zu 15 - 20go des Gussblockgewichts. Hingegen bei hoch legierten Stählen, d. h. solchen, die einen hohen Anteil an wertvollen und teuren Metallen enthalten, ist es unerlässlich, die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Dies ist das Ziel der Erfindung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, durch welches am Ende des Gussvorganges die Güte von
Gussblöcken aus Eisenmetallen, insbesondere aus legierten Stählen, verbessert wird. Gemäss dem erfin- dungsgemässen Verfahren wird eine durch wärmeleitende und dem Metallbad widerstehende Metallwände geschützte, an sich bekannte, exothermische Füllung, die unter der Wirkung der durch die Schutzwände übertragenen Hitze der Schmelze wärmeerzeugend, und während der ganzen Dauer der exothermen.
Reaktion in dem in die Kokille gegossenen Metallbad belassen, wobei die Wärme, die die exothermrea- gierende Füllung ausströmt, durch die Schutzwände auf das Metallbad und zum Teil auch auf die Ko- killenwandung übertragen wird, und dass die Schutzwände mit den anhaftenden bzw. zwischen ihnen verbleibenden Rückständen der abgelaufenen Reaktion während oder nach der dadurch verzögerten Er-
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tausch. Der erste erfolgt bei verhältnismässig niedriger Temperatur in Richtung vom schmelzflüssigen Metall zu der aus einem Stoff oder mehreren Stoffen gebildeten Füllung, um dort exotherme Reaktionen, sei es zwischen den Bestandteilen der Füllung, sei es zwischen einem oder mehreren Füllungsbestandteilen und gegenwärtiger Luftauszulösen.
Der zweite Wärmeaustausch erfolgt in umgekehrter Rich-
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tung, wobei die von einer Reaktion bzw. von mehreren Reaktionen der Füllung entwickelte Wärme der
Schmelze zugeführt wird.
Durch diese Massnahmen erzielt man den erwünschten Vorteil, dass am Ende des Giessvorganges die gesamten Rückstände der abgelaufenen Reaktionen entfernt werden können. Durch dieses Verfahren er- hält man einen Gussblock, dessen Kopf frei von allen Fremdkörpern ist, wodurch der Verlust an verlore- nem Kopf zumindest erheblich herabgesetzt, wenn nicht völlig vermieden wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Diese Vorrichtun- gen umfassen zumindest einen Behälter mit gut wärmeleitenden Metallwandungen, eine im Behälter un- tergebrachte Füllung aus Stoffen, die in an sich bekannter Weise durch Temperaturerhöhung wärmeer- zeugend werden und Einrichtungen zum Anbringen bzw. Einhängen des Behälters in die Kokille.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der weiteren Beschreibung der in den Zeichnungen dar- gestellten Ausführungsbeispiele hervor.
Fig. l zeigt eine in die Kokille eingesetzte Vorrichtung gemäss der Erfindung in einem Vertikal- schnitt nach der Linie 1 - 1 der Fig. 2. Es ist das Stadium des Giessens dargestellt, in dem das Niveau der Schmelze die Vorrichtung noch nicht erreicht hat. Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Drauf- sicht mit teilweisen Abhebungen. Fig. 3 ist ein der Fig. l entsprechender Vertikalschnitt und zeigt die
Vorrichtung im Zustand ihres teilweisen und maximalen Eintauchens in die Schmelze, die ihr höchstes
Niveau erreicht hat. Fig. 4 ist ein entsprechender Teilschnitt und zeigt die Vorrichtung beim Heraushe- ben sowie einen Teil des vollständig erstarrten Blockkopfes. Fig. 5 ist ein Vertikalschnitt einer Variante der Vorrichtung.
Fig. 6 ist ein teilweiser Vertikalschnitt nach der Linie 6-6 der Fib'7 und zeigt mit teilweisen Abhebungen den Oberteil einer Kokille und eine weitere Ausführungsform mit selbständigen, durch Querverbindungen zusammengehaltenen Behälter. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist der in der Ecke vorgesehene Verbindungssteg in dieser Figur nicht dargestellt. Fig. 7 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 7 - 7 der Fig. 6. Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines selbständigen. Behälters. Fig. 9 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie 9 - 9 der Fig. 10 und zeigt, in eine Kokille eingesetzt, eine weitere Ausführungsform. In der Zeichnung ist nur der rechte Behälter in gefülltem Zustand dargestellt.
Fig. 10 ist eine der Fig. 9 entsprechende Draufsicht. Fig. 11 zeigt im Vertikalschnitt eine weitere Ausführungsform mit einem zusätzlich einsetzbaren ringförmigen Behälter. Fig. 12 ist eine der Fig. 11 entsprechende Teildraufsicht. Fig. 13 ist ein der Fig. 11 entsprechender Vertikalschnitt, ebenfalls mit einem zusätzlich einsetzbaren, jedoch nicht ringförmigen Behälter. Fig. 14 ist eine der Fig. 13 entsprechende Teildraufsicht. Fig. 15 ist ein Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform in einer Kokille mit einem Falz im Innern. Auf der linken Hälfte der Fig. 15 ist die wärmeerzeugende Füllung vor Eintritt der exothermen Reaktion und das Schmelzbad am Ende des Giessens in seinem höchsten Niveau dargestellt. Die rechte Hälfte dieser Figur zeigt die Füllung nach beendeter Reaktion. Das Metall ist bereits erstarrt.
Fig. 16 ist eine der Fig. 15 entsprechende Teildraufsicht. Fig. 17 und 18 zeigen in der Fig. 15 entsprechenden Vertikalschnitten zwei weitere Ausführungsformen.
Nach dem in den'Fig. 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung entweder im fallenden oder im steigenden Guss zum Vergiessen von Eisenmetallmischungen, insbesondere von hochlegiertem beruhigtem Stahl, in einer sich nach oben verengenden Kokille L angewandt.
Die Vorrichtung setzt sich zusammen aus einer Reihe von halbflachen Behältern Al. z. B. aus vier Behältern, aus einer wärmeerzeugenden Füllung B, mit welcher jeder Behälter gänzlich oder teilweise angefüllt ist, und aus Einrichtungen C\ durch welche die Behälter mit ihren Füllungen im Oberteil der Kokille L in bestimmter Stellung gehalten werden.
Die Behälter A haben die Gestalt halbflacher Hohlkörper, die von den muldenförmig tiefgezoge- nen'Teilen 1a eines Blechstreifens 1 und den gegenüberliegenden Teilen eines zweiten ebenen Blechstreifens 2 gebildet sind. Die übrigen Flächen der Blechstreifen sind aneinander gelegt und an den Punkten 3 durch elektrische oder autogene Schweissung oder durch Nietung miteinander verbunden.
Das auf diese Weise hergestellte, zusammengesetzte Band ist der Kokille entsprechend, z. B. mit abgerundeten Ecken in Art einer Hülle, zusammengebogen und seine Enden sind im stumpfen Stoss, wie es durch die Schweissnaht 4 dargestellt ist oder, wie weiter unten beschrieben wird, auf andere Weise miteinander vereinigt. Dadurch wird eine prismatische Hülle mit abgerundeten Ecken gebildet, deren Aussengestalt der Innenwand a der Kokille soweit entspricht, dass beim Einsetzen in die Kokille nur ein geringer Spielraum b zwischen der Kokilleninnenwand und der Hülle besteht.
Die Hohlräume der Behälter Al haben an ihren oberen Schmalseiten Durchbrüche 5 zur Verbindung mit der Atmosphäre.
Die Streifen 1 und 2 bestehen vorzugsweise aus Blech, aus Weichstahl oder einer andern Legierung,
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die die Wärme gut leitet und einen höheren Schmelzpunkt als die zu vergiessende Eisenmischung hat.
Beispielsweise kann man beim Vergiessen von Stählen, die in schmelzflüssigem Zustand eine Tempera- tur unterhalb von 15300C haben, für die Streifen einen Stahl verwenden, der einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0, 03 und 0, 08 Gew.-% hat und dessen Mangangehalt auf den geringsten, im Hinblick auf die
Duktilität zuträglichen Prozentsatz, beispielsweise unter 0, 38ja. reduziert ist. Die Dicke der Blechstrei- fen kann 0, 5-10 mm und mehr betragen und umso geringer sein, je niedriger die Temperatur der ver- gossenen Schmelze ist.
Im Falle von Eisenmischungen mit, im Vergleich zu reinem Eisen, hoher Schmelztemperatur, kann man, wie noch beschrieben wird, Vorrichtungen mit perforierten oder gitterartigen Wandungen sowie wärmeerzeugende und Bewegung verursachende Füllungsmischungen anwenden, um die Unterkühlungs- temperatur des vergossenen Metalls herabzusetzen.
Die Füllung B kann in die Behälter Al, die durch die verschiedenen Hohlräume zwischen den Blech- streifen 1 und 2 gebildet sind, entweder durch die oberen Löcher 5, sofern diese hiefür ausreichen, oder vor dem Zusammenfügen der Blechstreifen eingebracht werden. Die Füllung B ist wärmeerzeugend, d. h. sie kann durch eine exotherme Reaktion oder mehrere exotherme Reaktionen Wärme entwickeln, wobei diese Reaktion bzw. diese Reaktionen durch eine Aufheizung der Füllung ausgelöst wird bzw. wer- den.
Die Füllung kann in pulvrigem, granuliertem, agglomeriertem, pastösem oder flüssigem Zustand sein.
Zahlreiche bekannte exotherme Stoffgemische können verwendet werden. Die Wärmeentwicklung kann erfolgen : entweder durch langsame Verbrennung in Gegenwart der in der Füllung verteilten und die- se umgebenden Luft, wobei die Löcher 5 einen Luftzutritt gestatten, oder durch Reaktion zwischen oxy- dierenden und reduzierenden Stoffen, die in der Füllung enthalten sind.
Die Füllung kann z. B. 10 - 300/0 Reduktionsmittel wie Aluminium, Silizium oder Magnesium, vor- zugsweise in Form von Ferrolegierungen, enthalten. Durch Art und Menge der Reduktionsmittel errechnet sich der erforderliche Prozentsatz anOxydationsmitteln, wie Eisenoxyden, Mangandioxyd, Natriumnitrat.
Nitride sind nicht zu fürchten, da sie mit dem schmelzflüssigen Metall nicht in Berührung kommen. Die
Ergänzung zu 100% kann aus inerten Stoffen (siliziumhaltigem oder Silizium-Aluminium-haltigem Sand) und/oder aus brennbaren Stoffen, wie Steinkohle, Holzkohle, Zelluloseabfälle in Faser- oder Pulverform (z. B. Sägespäne usw.) bestehen.
In gewissen Fällen kann man eine im wesentlichen verbrennbare Füllung verwenden, z. B. Holzkohle, mit einer Korngrösse von 2 bis 5 mm oder pulverisierten Koks, dessen Gehalt an Schwefel nicht scha- den kann, da letzterer mit der Metallschmelze nicht in Berührung kommt.
Die Kette der Behälter Al wird von den mit C bezeichneten Einrichtungen gehalten. Diese können in sehr einfacher Weise aus Haken oder Ösen bestehen, die aus den Blechstreifen 1 und/oder 2 herausgearbeitet oder an diesen befestigt sind, und von durchgeschobenen Stäben 7 gehalten werden. Die Stäbe
7 sind ihrerseits in entsprechende Durchbrüche eines Tragrahmens 8 eingesetzt, der auf den oberen Rand c der Kokille L aufgesetzt wird.
Die Durchführung des Verfahrens und die Arbeitsweise der Vorrichtung sind folgendermassen :
Die gesamte Vorrichtung Al. B, Cl wird in bzw. auf der Kokille angebracht. Dies kann vor Beginn des Giessens geschehen oder auch, insbesondere beim steigenden Guss, im Verlauf des Giessens. Die Vorrichtung muss spätestens eingesetzt sein, wenn die Metallschmelze etwa im Niveau N - N und noch unterhalb der eingesetzten Vorrichtung steht.
In jedem Fall, sei es, dass fallend oder steigend gegossen wird, (der Giessstrahl ist in der Zeichnung nicht dargestellt) ist es für die Durchführung des Verfahrens erforderlich, dass die Metallschmelze M im Niveau N - N einige Zentimeter unterhalb des unteren Randes der Behälter Al flüssig ist. Wenn nämlich die Schmelzbadoberfläche im Niveau N - N bereits erstarrt wäre, würde das über dieses Niveau weiter emporsteigende Schmelzbad ähnlich wie ein Kolben wirken und die Kette der Behälter Al nach oben heraustreiben. Da das erforderliche Eintauchen der Behälter Al nicht erfolgen würde, kämen die Füllungen B nicht zur Wirkung.
Die Aufrechterhaltung des flüssigen Zustandes der Schmelze M in Niveau N - N kann sehr. leicht erreicht werden, u. zw. beim fallenden Guss durch die natürliche, von dem Giessstrahl bewirkte Bewegung der Schmelze. Beim steigenden Guss verwendet man eine auf der Schmelze M schwimmende wärmeisolierende Beschichtung d.
Diese Beschichtung besteht entweder aus einem Schwimmer, der, wie an sich bekannt, vor dem Giessen oder zu Beginn des Giessens in die Kokille eingebracht wird oder aus einem wärmeisolierenden
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und/oder exothermen und/oder Bewegung hervorrufenden Pulver irgend einer bekannten Zusammensetzung.
Ein solches Pulver wird während einer Drosselung oder kurzen Unterbrechung des Giessstrahls auf der Schmelzbad Oberfläche ausgebreitet.
Die Vorrichtung ist also in Arbeitsstellung, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Niveau N-N steht, und i das Giessen wird fortgesetzt, bis das schmelzflüssige Metall, wie in Fig. 3 dargestellt, sein höchstes Ni- veau Ni-NI erreicht.
Während des Aufsteigens der Schmelze von Niveau N - N zum Niveau Nl - Nl bewegt sich die Vor- richtung Al, B, Cl nicht, da ihr Gewicht höher ist als der statische Auftrieb. Dies lässt sich durch ein ent- sprechendes Gewicht des Rahmens leicht einstellen. Die Behälter Al werden also zunehmend in die
Schmelze eingetaucht, bis die in Fig. 3 gezeigte maximale Eintauchtiefe erreicht ist.
Da die Behälter Al fast vollständig in die Schmelze M eintauchen, werden infolge der Wärmeleitung der Behälterwandungen la und 2 die Füllungen B aufgeheizt und die exothermen Reaktionen ausge- löst.
Die durch die Reaktionen erzeugte Wärme wird durch die leitenden Behälterwandungen. insbesondere durch die innenliegenden Wandungen 1a, zum Teil in die Schmelze geleitet ; zum Teil gelangt die Wär- me durch die äusseren Behälterwandungen 2 zur Kokillenwand. Die Wärmeübertragung zur Kokillenwand erfolgt durch Wärmeleitung der Halterungsteile C bzw. durch direkte Wärmeleitung, wenn die Behälter
Al an der Kokillenwand anliegen oder auch durch Konvektion quer durch die dünne Schicht schmelz- flüssigen Metalls, die sich zwischen dem Blechstreifen 2 und der Kokillenwand befindet.
Die Wärme, die dem peripheren, die Vorrichtung umgebenden Teile des Schmelzbades zugeführt wird, verzögert die Erstarrung der Schmelze im Blockkopf und gestattet so die Auffüllung des Lunkers oder der Lunker.
Das Metall M, das durch die von den aktiven Füllungen B ausströmende Wärme flüssig geblieben ist, füllt zunächst die Lunker im Innern des Gussblocks auf und sinkt dann ab, um endgültig zu erstarren.
Hiebei nimmt die Oberfläche die Gestalt einer sehr flachen Schale an, deren Profil durch die Linie e f g in Fig. 4 teilweise dargestellt ist. Die Rückstände der wärmeisolierenden und/oder exothermen
Beschichtung d (Fig. 1 und 3) verbleiben, als d bezeichnet, in der flachen Schale, wodurch sie ge- hindert sind, in den Spalt j zu fallen, der zwischen der sich ausdehnenden Kokille L und dem erstarr- ten, sich zusammenziehenden Gussblock P entsteht.
Die Kette der Behälter Al, die die Asche und/oder die Rückstände der exothermen Reaktionen ent- halten, wird vor der endgültigen Erstarrung des Gusskopfes emporgehoben und aus der Kokille genommen.
Die Behälterkette kann in keiner Weise die Güte des Gussblocks beeinträchtigen, der sich mit einem vollkommen fehlerfreien Kopf ohne Lunker, Gasblasen oder Einschlüsse bildet..
Fig. 5 zeigt einen sich von oben nach unten erweiternden Behälter A 2, bei welchem im unteren Teil eine grössere Menge an aktiver Füllung B vorhanden ist. Dies bietet den Vorteil. dass dem im Niveau N-N (Fig. 4) noch schmelzflüssigen Metall in dem Zeitpunkt eine grössere Wärmemenge zugeführt wird, wo es im flüssigen Zustand den Lunker bzw. die Lunker vollständig auffüllt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform, bei der die zur Aufnahme der Füllung B bestimmten
Behälter A3 selbständige Teile sind. Die Behälter A3 sind mittels der Haken 11 in die Kokille L einge- hängt und durch hohle Querverbindungen D zusammengehalten, die vorzugsweise ebenfalls eine Füllung
E enthalten.
Die Querverbindungen D haben an beiden Längsseiten U-Profile 12 und 13, in welche die Behälter
As mit ihren Seitenkanten eingeschoben werden. Die U-Profile 12 und 13 sind auf der einen Schenkel- seite durch ein Aussenblech 14 miteinander verbunden, das an der oberen Kante 15 rechtwinkelig zu der oben abschliessenden Fläche 16 (Fig. 6) umgebogen ist. Eine weitere Verbindung bildet der Boden 17, der vorzugsweise zum Innenraum der gebildeten Hülle als Schrägfläche ansteigt (Fig. 6), wodurch das ver- gossene Metall infolge seines Horizontaldrucks eine Annäherung an die Kokillenwand bewirkt. Auf der zum Innenraum gerichteten Schenkelseite sind die U-Profile 12 und 13 durch die Wand 18 miteinander verbunden, die durchgehend geschlossen oder gitterartig oder von Löchern durchbrochen sein kann.
Bei durchbrochener Wand 18 sind die Durchlässe derart, dass die bei der exothermen Reaktion der Füllung E entstehenden Gase ausströmen können, die Reaktionsrückstände jedoch zurückgehalten werden.
Die Wände 14,17 und 18 sind mittels elektrischer Schweissung oder durch Nietung mit den U-Profi- len 12 und 13 verbunden.
Für jede Querverbindung D ist ein Halterungseisen, z. B. in Form eines Z-förmigen Doppelhakens
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Die im Winkel nach unten gespreizte Anordnung der U-Profile 12 und 13 führt dazu, dass die einge- schobenen Behälter As durch keilartigen Sitz gehalten werden, so dass man gegebenenfalls auf die Halte- rungshaken 11 an den Behältern selbst verzichten kann.
Die von den U-Profilen 12 und 13 gebildeten Filhrungsrinnen können mit Vorteil eine grössere Breite als die Behälter As haben. Hiedurch kann man zwei von der gleichen Querverbindung D gehaltene Behäl- ter einen gewissen Winkel zueinander einnehmen lassen und auf diese Weise die gesamte Vorrichtung an eine Kokille mit einer z. B. mehr oder weniger konkaven Innenwand anpassen.
Ebenso kann man, insbesondere für die Kokillenecken, Querverbindungen D vorsehen, bei denen die Führungsrinne im Winkel zueinander, z. B. wie bei der Ausführungsform der Fig. 7 in einem Winkel von 90 , angeordnet sind.
Fig. 8 zeigt einen selbständigen, vollständig aus Metall bestehenden Behälter A4 mit abgeschrägtem
Boden 20. Die zum Kokilleninnenraum gerichtete Wand 20 besteht aus einem Gitter oder einer perforier- ten Fläche, die dazu bestimmt ist, den Austritt der Reaktionsgase zu gestatten, um im schmelzflüssigen
Metall eine Turbulenz zu bewirken. Hiedurch wird das Aufsteigen der verschiedenen, in der Schmelze enthaltenen Verunreinigungen, die verschiedenen Ursprungs sein können (z. B. Raffinierungsrückstände,
Bruchstücke der Aufbereitungs- und Transportgeräte usw.), zur Badoberfläche erleichtert.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Vorrichtung, die im Hinblick auf eine bessere Ausnutzung der Kokil- len eine leichtere Bewerkstelligung des Verfahrens und eine Verbesserung der Textur bzw. des Gefüges des Blockkopfes weiterentwickelt wurde. Bei dieser Ausführungsform haben die für die Behälter As vor- gesehenen Aufhänge- bzw. Hilfseinrichtungen, die ihrerseits auf dem oberen Kokillenrand c aufliegen, eine verhältnismässig grosse Höhe und sind so ausgebildet, dass die Behälter As in verschiedenen Höhen- lagen eingehängt werden können, jedoch in der Weise, dass sie stets mit ihren unteren Teilen in die Ko- kille eintauchen, während die oberen Teile den oberen Kokillenrand erheblich überragen.
Auf diese Weise können die Behälter genügend hoch angeordnet werden, so dass sie nur mit ihren
Bodenteilen in die Kokille eintauchen. Hiedurch kann man die Kokille über ihren Rand füllen und er- hält nach dem beim Erstarren erfolgenden Absinken des Niveaus einen Gussblock, der praktisch die gan- ze Kokille ausfüllt.
Die Vorrichtung. besteht aus einer Zusammenstellung von mehreren, z. B. vier halbflachen Behältern A5, die gänzlich oder zum Teil mit einer aktiven wärmeerzeugenden Füllung B angefüllt sind, aus
Einrichtungen e5 zur Festlegung dieser Behälter im Oberteil der Kokille und gegebenenfalls aus Dichtungen Fund Fl,
Die Behälter As haben die Gestalt von halbflachen, oben offenen Hohlkörpern, die aus zwei Blechen gebildet sind. Diese Bleche haben etwa eine Dicke von einem Millimeter, sind jedoch wegen der besseren Klarheit in der Zeichnung dicker dargestellt. Das äussere Blech 2 liegt in einer vertikalen Ebene, abgesehen von seinem unteren Rand, wo es bei 2a nach aussen gebogen ist. Das innere Blech 1 ist gemäss den Profillinien ijklm (Fig. 9) und nopq (Fig. 10) ausgebaucht bzw. tiefgezogen.
Es ist mit dem Blech 2 durch die Schweissstellen 22 bei k, 23 bei n und 24 bei q verbunden.
Die innere Wand läuft abschnittsweise in verschiedenem Winkel auf die äussere Wand 2 zu, u. zw. in den Abschnitten ij, jk, kl und 1m mit zunehmender Konvergenz, so dass sie sich von oben nach unten der Aussenwand 2 progressiv nähert. Die Teile kl und Im bilden eine nach aussenhin abstehende elastische Lippe, die über die äussere Fläche der Aussenwand 2 hinausragt. Die Hilfsvorrichtungen C 5 zum Aufhängen der Behälter As umfassen eine der Anzahl der Behälter entsprechende Zahl zugeschnittener, ungleichschenkeliger Winkeleisen 25. Diese bestehen vorzugsweise aus schmiedbarem Gusseisen.
Der zur Auflage auf den oberen Kokillenrand c bestimmte Schenkel dieser Winkeleisen ist schmäler, während der andere breitere Schenkel vertikal gerichtet ist. Letzterer ist mit einer Reihe senkrecht übereinander stehender Durchbrüche 26, 26a, 26b versehen. Beide Schenkel der Winkeleisen 25 haben eine ausreichende Dicke, um die von den Wänden 2 der Behälter A5 kommende Wärme gut speichern zu können.
Zur Befestigung eines Behälters As am zugehörigen Winkeleisen 25 kann nach Wahl in einen der Durchbrüche 26, 26a oder 26b ein Hakenschaft 27 eingesteckt werden.
Der Hakenschaft durchquert hiebei die äussere Wand 2 des Behälters, der hiefür mit einem Durchbruch 28 versehen ist. Am nach aussen ragenden Ende hat der Hakenschaft 27 einen Durchbruch 29 zum Einschieben eines Verriegelungskeils 30. Nach innen endet er mit dem Haken 31, in welchen ein Seil 32, eine Kette od. dgl. zum Abheben der gesamten Vorrichtung eingehängt werden kann. Die verschiedenen Seile 32 werden am Ende des Arbeitsganges zweckmässig zusammengeführt.
Die Dichtungen Fund F1 bestehen aus plastischem Material, das durch die von der Metallschmelze
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zugeführte Wärme erhärtet. Die Dichtungen F erstrecken sich zwischen angrenzenden Seitenflächen der
Behälter A5. Die Dichtungen Flsind am ganzen Innenumfang der Kokille in dem Dreiecksraum angeord- net, der jeweils aus der Innenfläche a der Kokille L, dem unteren Rand des Behälterblechs 2 und dem vorspringenden Unterteil des Blechs 1 gebildet ist.
Die Dichtungen Fund F 1 können aus graphitierter i Asbestpappe oder aus einer Paste hergestellt sein, für die folgendes Mischungsbeispiel in Gewichtspro- zenten gegeben wird :
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<tb>
<tb> Steinkohle <SEP> als <SEP> staubfeines <SEP> Pulver
<tb> mit <SEP> einem <SEP> C-Gehalt <SEP> von <SEP> 60 <SEP> bis <SEP> 70% <SEP> oder <SEP>
<tb> Ton <SEP> und/oder <SEP> Chamotte <SEP> als <SEP> staubfeines
<tb> Pulver <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Schlämmkreide <SEP> 17-3 <SEP> % <SEP>
<tb> Gelöschter <SEP> Kalk <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Bleiglätte <SEP> als <SEP> staubfeines <SEP> Pulver <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Sikkativiertes <SEP> Leinöl <SEP> 30-7 <SEP> lu <SEP>
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>
<tb>
Diese gebrauchsfertige Paste hat unter dem Einfluss der vom schmelzflüssigen Metall
ausgehenden
Wärme solche Härtungseigenschaften, dass am Gussblock nach der Entformung keine Spuren hinterbleiben.
Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung ist folgendermassen : Auf den oberen Kokillenrand c werden die vier Winkeleisen 25 aufgesetzt. Vorher wurden die mit den Dichtungen F und Fi versehenen vier Behälter A5 je nach der gewünschten Höhe an den Durchbrüchen 26,26a oder 26b befestigt. Die ausreichend elastischen unteren Ränder der Behälter As legen sich an die Kokillenwand a an, und das plastische Dichtungsmaterial bewirkt eine vollkommene Abdichtung.
Anschliessend wird in die Behälter As die wärmeerzeugende Füllung B bis zum Niveau N, das das höchste Giessniveau ist, eingefüllt. Es kann fallend oder steigend gegossen werden. Im allgemeinen vollzieht sich die durch Auffüllung der Hohlräume verursachte Senkung muldenförmig, und der Gussblock verfestigt sich mit einem Profil, das den auf der rechten Hälfte der Fig. 9 strichpunktiert gezeichneten Linien entspricht.
Es spielt keine Rolle, ob der obere Rand einer solchen Mulde im Niveau Nioder N2 ist. In jedem Fall zieht sich der erstarrte Gussblock zusammen, während die Kokille und die Behälter As sich ausdehnen, u. zw. derart, dass bei einer Kokille im Massstab der Zeichnung ein Spielraum y von etwa 10 bis 13 mm zwischen der strichpunktiert gezeichneten Gussblockoberfläche einerseits und den nach unten divergierenden Behälterwandungen 1 sowie der Kokilleninnenwand a anderseits entsteht. Infolgedessen kann man die Vorrichtung mit allen ihren Teilen As, C5, F, Ft ohne Schwierigkeit nach oben abheben.
Nach der für jeden inerten und/oder wärmeerzeugenden Blockaufsatz bekannten Arbeitsweise ist es unerlässlich, im Niveau N - N des gegossenen Metalls. u. zw. sobald als möglich, nach dem Giessen eine wärmeisolierende und/oder wärmeerzeugende Pulverschicht bekannter Zusammensetzung aufzubringen.
Die Vorrichtung der Fig. 9 und 10 bietet gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsformen noch folgende zusätzliche Vorteile dadurch, dass die Behälter in Art eines Aufsatzes den oberen Kokillenrand um eine einstellbare Höhe x überragen, ist es möglich, einen Block zu giessen, der die Kokille in ihrer gesamten Höhe ausfüllt und dies trotz des durch vollständige Auffüllung der Lunker erfolgenden Absinkens des beim Giessen erreichten obersten Niveaus. Hiezu lässt man die Schmelze am Ende des Giessens in der Vorrichtung genügend hoch über den oberen Kokillenrand c aufsteigen, z. B. bis zum Niveau N-N.
Ferner ist es möglich, die Vorrichtung bzw. die Behälter A5 ohne Schwierigkeiten herauszuziehen, selbst wenn das Niveau der Schmelze nach dem beschriebenen Absinken noch beträchtlich oberhalb der unteren Behälterränder bleibt.
Auch im letzten Fall kann man einen Blockkopf erhalten, der sich gut zum Walzen eignet, da das beim Giessen aufsteigende Metall nicht zwischen die äusseren Wandungen der Behälter und die Kokillenwand gelangen kann. Sogar wenn beim Niveauabsinken anlässlich der Lunkerauffüllung die Schmelze noch
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beträchtlich oberhalb des unteren Randes der Behälter As verbleibt, zeigt die Kokillenoberfläche ringsum keinerlei Unregelmässigkeiten, die beim Walzen die sogenannte Doppelhaut verursachen, da die Schmel- ze nicht zwischen den Behältern A5 und der inneren Kokillenwand hochsteigen kann.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 und 12 zeigt die Anwendung der Erfindung beim fallenden Guss in eine Kokille L, deren Innenwandung a oberhalb der Horizontalebene Z - Z parallel zur Vertikalachse der Kokille verläuft, während sie sich unterhalb dieser Ebene nach unten hin verjüngt.
Diese Ausführungsform der Vorrichtung ist einstückig ausgebildet, was bei Kokillen kleiner Abmes- sungen ohne Nachteil ist. Diese Vorrichtung bildet eine doppelwandige Hülle AG. Deren Aussenwand 2 ist im Horizontalschnitt durchgehend quadratisch und besteht aus Blech aus Weichstahl oder solchem von nie- ) drigem Schmelzpunkt.
Die Innenwand 1 ist oben bis zur Horizontalebene j - j von gleichem Querschnitt bzw. verläuft par- allel zur Aussenwand 2. Unterhalb der Ebene j - j ist die Innenwand l, die Aussenwand 2 überlappend. gemäss der Querschnittslinie jklm nach aussen gebogen in gleicher Art wie bei der Vorrichtung der Fig. 9 und 10. Die Hülle enthält zwischen ihren beiden Wänden einen mit B'bezeichneten Teil der wärmeerzeugenden Füllung.
Die zur Befestigung in der Kokille vorgesehene Einrichtung C besteht aus mehreren, z. B. aus vier
Blattfedern 33, die bei 34 an den unteren Teil des ringförmigen Behälters angeschweisst oder angenietet sind. Die Federn 33 sind so ausgebildet und angeordnet, dass durch ihre Reibungshaftung an der Kokillen- wand a die Vorrichtung festgehalten und zentriert wird, u. zw. in jeder gewünschten Höhenlage längs die- ) ser Wandfläche.
Die Innenwand 1 ist an ihrem oberen Teil an der Aussenfläche mit einer Reihe von zur Hüllenachse gerichteten Auskragungen 35 versehen. Auf diese, in der gleichen Horizontalebene angeordneten Aus- kragungen 35 kann ein aus Aluminium oder einem andern leicht schmelzenden Metall bestehender Be- hälter G aufgelegt werden. Dieser hat einen zentralen Durchgang für den fallenden Giessstrahl J. Die ! Aussenabmessungen des Behälters G sind so gehalten, dass ein Spielraum z zwischen ihm und der Innen- fläche der Hülle AG besteht. Der Behälter enthält den mit B"bezeichneten zweiten Teil der wärmeer- zeugenden Füllung.
Ferner sind an der Hülle AG und am Behälter G biegsame Aufhängungen 37 bzw. 38, z. B. Seile oder
Kette vorgesehen, die zum Herablassen in die bzw. zum Herausziehen aus der Kokille dienen.
Die Arbeitsweise ist bei dieser Vorrichtung folgendermassen : Solange im Laufe des Giessens das Ni- veau der Schmelze unterhalb der Ebene N - N liegt, wirkt die vom Schmelzbad ausgehende Strahlungs- wärme auf die Innenwand 1 der doppelwandigen ringsum laufenden Hülle AG und auf den Boden des oben horizontal angeordneten Behälters G ein. Sobald die Schmelze über das Niveau N-N steigt, wird infolge der Leitfähigkeit der verschiedenen Metallwände ausser durch Strahlung auch noch durch Wärmeleitung
Wärme übertragen.
Im Augenblick, wo das Niveau der Schmelze den Boden des Behälters G erreicht, sind die Auskra- gungen 35 bereits weggeschmolzen, und der Behälter G taucht in die Schmelze hinunter, bis durch den statischen Auftrieb der Gleichgewichtszustand hergestellt ist.
Zwischen den Füllungen B'und B"und dem schmelzflüssigen Metall findet quer durch die. Behäl- terwandungen ein Wärmeaustausch statt. Die Gase, die auch aus Schmelzbädern von beruhigtem Stahl entweichen, können ohne Schwierigkeiten gemäss den eingezeichneten Pfeilen abströmen.
Die Vorrichtung der Fig. 11 und 12 bietet folgende Vorteile : Durch die Halterung mittels der Federn
33 kann man die Vorrichtung in jeder gewünschten Höhenlage einsetzen. Da die von der Füllung B"aus- gehende Wärme sich bis zum niedrigsten Niveau der Blockkopfauffüllung auswirkt, kann man entweder die Wärmeerzeugung bzw. Wärmeeinwirkung bei gleichen Abmessungen der Hülle AG steigern oder bei gleicher Wärmeerzeugung bzw. Wärmeeinwirkung die Abmessungen der Hülle A6 verringern. Da die Fül- lung B nicht in direkter Berührung mit dem schmelzflüssigen Metall kommt, kann dieses durch die wär- meerzeugende Reaktion nicht geschädigt werden.
Nach beendigtem Giessen kann der zentrale Durchgang 36 des Behälters G mit einem Stopfen bil- denden Behälter G2 verschlossen werden, der eine dritte wärmeerzeugende Füllung B"' enthält, durch welche der zentrale Teil der Blockoberfläche flüssig gehalten wird.
Die letztbeschriebene Vorrichtung ist zur Verwendung beim steigenden Guss gemäss den Fig. 13 und
14 abgewandelt. Für diesen Fall ist ein im Horizontalbehälter angebrachter Durchgang 36 (Fig. 11 und
12) für den Giessstrahl nicht erforderlich, da dieser vom Kokillenboden aufsteigt. Der Behälter Gl er- streckt sich daher über die gesamte von der Hülle AG freigelassene Innenfläche unter Beachtung des
Spielraums z. Mit Vorteil ist der Behälter Gl durch Zwischenwände 39 unterteilt, um eine gleichmä-
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ssige Verteilung der Füllung B"zu erleichtern. Der Boden 39a ist vorzugsweise prismatisch gestaltet, um das Abströmen der aus der Schmelze entweichenden Gase in Richtung der Pfeile zu erleichtern. Bei der
Anwendung vollziehen sich die gleichen Vorgänge wie bei den Vorrichtungen der Fig. 11 und 12.
Die Ausführungsform der Fig. 15 und 16 zeigt die Anwendung der Erfindung bei der Kokille L', de- ren Innenfläche a'abgerundete Ecken aufweist. In der Teildraufsicht der Fig. 16 ist die Umfangslinie des oberen Randes der Innenfläche a'gestrichelt dargestellt.
Die Innenfläche a'erstreckt sich nicht bis zum oberen Rand c der Kokille L', sondern endet in eine prismatisch gestaltete Ausfalzung 44. Diese hat bei der gezeigten Ausführungsform quadratischen Quer- schnitt mit sehr schwach abgerundeten Ecken 45. Die Falzfläche 46 ist vorzugsweise eben und senkrecht zur Kokillenlängsachse.
Die aus Metall bestehende einschiebbare Vorrichtung A, welche die Füllung B in sich aufnimmt, hat eine Innenwand 1 in Gestalt zweier mit Verjüngung nach oben gleichgerichteter, übereinanderge- setzter Pyramidenstümpfe. Der untere Pyramidenstumpf ist über den horizontalen Boden 47 mit der
Aussenwand 2 verbunden.
Die Aussenwand 2 ist niedriger als die Innenwand 1 und erweitert sich vom Boden 47biszuihrem oberen Rand 48 so weit, dass letzterer in entsprechender Gestaltung mit der Falzwandung 44 dicht abschliesst. Der Rand 48 hat vorzugsweise eine verhältnismässig scharfe Aussenkante, die an der Falzwan- dung 44 als elastischer Schaber wirken kann.
Die Vorrichtung A ist mit Handhaben C versehen. Diese sind im dargestellten Fall die nach aussen gerichteten, am oberen Teil der Innenwand 1 befestigten Haken 49 und die Seile oder andern Anhebeeinrichtungen 50.
Die Arbeitsweise ist folgendermassen : Die Vorrichtung A, bestehend aus einem Behälter mit einer pyramiden-stumpfförmigen Aussenfläche 2, wird mit ihrem ebenen Boden 47 auf die Bodenfläche 46 des
Kokillenfalzes 44 aufgesetzt. Dann wird in den aus der Wand 1, dem Boden 47, der Wand 2 und dem oberhalb des Wandrandes 48 befindlichen Teil der Falzwandung 44 gebildeten Raum die wärmeerzeugende Füllung B eingebracht.
Bei Verwendung einer pulverförmigen Füllung kann diese z. B. mittels eines Rohres eingeschüttet werden. Gegebenenfalls kann man zur Vermeidung von Staubentwicklung die Behälterwandungen mit einem verbrennbaren ringförmigen Sack auslegen, der zur Einführung des Füllrohres mit einer Sperrvorrichtung, ähnlich wie bei Zementsäcken, versehen ist.
Wenn hingegen die Füllung pastenförmig, flüssig oder körnig ist, so dass keine Gefahr der Staubentwicklung besteht, kann man sie unmittelbar ohne Vorsichtsmassnahmen in den Aufnahmeraum einbringen.
Man beginnt dann mit dem Vergiessen des Metalls M, das solange fortgesetzt wird, bis die Schmelze, wie auf der linken Hälfte der Fig. 15 gezeigt, das oberste, nahe dem oberen Rand der Behälterwand 1 gelegene Niveau uNI - Ni erreicht hat. Dies ist möglich, weil die Vorrichtung A dicht schliessend an der Kokillenwand anliegt, u. zw. einerseits durch die Bodenflächen 46,47, anderseits und hauptsächlich durch die Randkante 48, welche an der Falzwandung 44 fest anliegt.
Die Metallschmelze füllt also den zentralen, von der Vorrichtung A7 ausgesparten Raum praktisch in seiner ganzen Höhe an. Die von der Schmelze ausgehende Wärme löst die exotherme Reaktion der Füllung B aus, die ihrerseits dann Wärme an die Schmelze liefert, wodurch ein vorzeitiges Erstarren des Blockkopfes verhindert wird. Falls sich vor Erreichen des Bodens 47 eine Kruste bilden sollte, kann diese bis zum obersten Niveau N - Ni emporgehoben werden, sofern der Kegelmantel der Wand 1 sich nicht zu stark nach oben verengt.
Schliesslich erstarrt das Metall ohne Lunkerbildung, so wie es auf der rechten Hälfte der Fig. 15 dargestellt ist. Die aus Asche, Schlamm oder Schlacke usw. bestehenden Rückstände Br der Füllung B verbleiben in dem genannten Raum und können unter Umständen die Höhe des Randes 48 überschreiten.
Beim Herausziehen der Vorrichtung A mittels der Hilfsvorrichtungen C7 werden die Rückstände Br vollständig aus der Kokille entfernt, da die Randkante 48 beim Herausziehen wie ein Schaber die Falzwandung 44 säubert.
Die Menge der Rückstände Br kann je nach der vorgesehenen Reaktionsmischung wechseln von einem Volumen, das etwa dem der Füllung B entspricht, bis zu einem sehr viel kleineren Volumen, insbesondere, wenn die Füllung Kohlenstoffmaterial enthält, das als CO oder C02 entweicht.
Man erreicht die gleichen Vorteile wie mit den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Ausserdem ist durch den Falz 44 die Abdichtung zwischen der Vorrichtung A und der Kokille L'trotz der abgerunde- ten Ecken der Kokilleninnenwand a'vollkommen gewährleistet, ohne dass die Vorrichtung eine der Ko-
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killeninnenwand a I entsprechende Gestaltung haben muss, die den Gestehungspreis erhöhen würde.
Dadurch, dass die Falzfläche 44 an der Bildung des Aufnahmeraums für die Füllung B bzw. deren
Rückstand Br beteiligt wird, kann man ohne Nachteile die Höhe der Aussenwand 2 verringern, wodurch eine nicht unerhebliche Ersparnis an Rohmaterial erzielt wird.
Die Wände 1 und 2 können aus Weichstahlblech einer Dicke von etwa 2 bis 10 mm bestehen. Aus- gedehnte Versuche haben ergeben, dass die Wände durch das die Innenwand 1 berührende Metall M nicht zum Schmelzen gebracht werden, denn im Blockkopf hat das Metall, obwohl es noch flüssig ist, eine genügend niedrige Temperatur, um das Schmelzen der Wände vollständig auszuschliessen.
Das Mass der Wandstärke ist nicht kritisch. Der zweimalige Wärmeaustausch vollzieht sich ohne
Schwierigkeiten quer durch die Wand 1, und eine relativ hohe Wandstärke kann im Hinblick auf die Le- bensdauer der Vorrichtung vorteilhaft sein, da sie für zahlreiche wiederholte Güsse verwendbar ist.
In Fig. 17 ist eine sehr ähnliche Abwandlung der Vorrichtung A dargestellt.
Die Vorrichtung A8 ist für eine klassische Kokille L verwendbar. deren Innenwandung a sich gleich- bleibend bis zum oberen Rand c erstreckt. Diese Kokille ist mit einem mittels der Ansätze 51 abhebba- ren Aufsatz R versehen. Der Aufnahmeraum für die Füllung B wird gemeinsam von der Vorrichtung A , dem oberen Abschnitt der Kokillenwandung a und dem Aufsatz R gebildet. Die Vorrichtung A'hat an ihrem Oberteil nach aussen gerichtete Nocken 50, Haken od. dgl., die wie im vorhergehenden Beispiel zum Herausziehen der Vorrichtung dienen.
Die mit einer nach innen gehenden Wölbung gebogene Aussenwand endet in dem vorzugsweise elastischen Rand 48, wodurch während des Giessens eine ausgezeichnete Abdichtung erreichtund ausserdem ein Schaber gebildet wird, der beim Herausziehen die pulvrigen, zähflüssigen oder schlackenartigen Rückstände Br der Füllung B entfernt.
Die Fig. 18 zeigt die gleiche Vorrichtung A 8 in einer Kokille L ohne Aufsatz, an deren Innenwand a sie in einstellbarer Höhe durch die Reibungskraft des elastischen Randes 48 festgehalten wird.
Der Aufnahmeraum für die Füllung B ist in diesem Fall von der Vorrichtung AS und dem oberen Abschnitt der Kokilleninnenwand a gebildet.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht durch die lediglich als Beispiele gegebenen hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen begrenzt.
Beispielsweise können die in den Fig. 9 und 10 gezeigten Dichtungen F und Fut teilweise oder gänzlich weggelassen werden. Bei den Dichtungen F zwischen den Seitenflächen der Behälter A5 ist es klar, dass ein kleiner Spielraum, so gering er auch sein mag, zwischen den Behältern bestehen muss, um ihre Montage zu erleichtern, da sie keinerlei seitliche Elastizität aufweisen.
Man kann es aber so einrichten, dass dieses Spiel durch die periphere Dilatation der aus Stahlblech bestehenden Behälter und der aus Guss bestehenden Kokille ausgeglichen wird. Der Dilatationskoeffizient von Guss ist nämlich geringer als der von Stahl, was sich umso mehr auswirkt, als die Behältertemperatur während des gesamten Giessens die Temperatur der Kokilleninnenwand übersteigt.
Ungünstigstenfalls könnte man die Dichtung F auf eine Auflage an den Ecken begrenzen. Die Dichtungen Fut zwischen dem unteren Rand der Behälter A5 und der Kokillenwand a können weggelassen werden, wenn man den unteren Abschnitt klm des Blechs 1 ausreichend elastisch macht. Die Dichtung kann auch nach unten überstehen, um eventuelle Unregelmässigkeiten der Kokilleninnenwand a auszugleichen und wird in diesem Fall an der Wand a anliegend den Randabschnitt Im beidseits umfassen.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 11-14 ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der obere Abschnitt der Kokilleninnenwand prismatisch ist, d. h. parallel zur Kokillenlängsachse verläuft. Die Innenwandung kann sich auch nach oben oder unten verengen. Um in diesen Fällen eine ausreichende Haftwirkung der Federn 33 zu gewährleisten, genügt es, die Wand 2 zumindest angenähert parallel zur Kokilleninnenwand zu gestalten.
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