CH451419A - Tauchgussverfahren - Google Patents

Description

      Tauchgussverfahren       Bei dem bekannten     Tauchgussverfahren,    wie es zum  Beispiel als     Metallgussverfahren    anwendbar ist, wird ein  länglicher Körper, z. B. ein Metallstab oder     -draht,    meist  vorbehandelt, indem er durch eine Ausrichtungsvorrich  tung, eine Anlage zur     Oberflächenreinigung    und     zweck-          mässigerweise    auch durch einen Trockner geführt wird.  Schliesslich wird er durch eine     Vakuumeingangskammer     geführt, die unterhalb oder am Boden eines Tiegels       angeordnet    ist, welcher eine     Metallschmelze    enthält.

   Der  Kern oder Körper wird nach oben durch die Schmelze  geführt. Die Schmelze kann die gleiche chemische  Zusammensetzung wie der Kern oder eine andere Zu  sammensetzung besitzen. Das Material der Schmelze in  dem Tiegel scheidet sich auf der Aussenfläche des  Kernes ab und vergrössert den Durchmesser desselben  erheblich. Nach dem Austreten aus dem Tiegel wird das  erhaltene, gegossene Gebilde abgekühlt, z. B. durch  Sprühwasser aus einer oder mehreren Düsen. Das  Gebilde soll mindestens soweit abgekühlt werden, dass es  dann gewalzt oder auf andere Weise bearbeitet werden  kann. Nun kann das Gebilde durch eine geeignete  Walzanlage geführt werden, wo es gezogen und einer       Querschnittsverminderung    unterworfen wird. Dann wird  es auf entsprechende Speichermittel, z. B. auf eine  Aufnahmespule, gebracht.  



  Bei diesem     Tauchgussverfahren    wird das Wasser,  das sich in der Nähe der heissen Schmelze befindet, in  Dampf umgewandelt, wodurch eine entsprechende     Vo-          lumvergrösserung    entsteht, die zu einem starken Druck  anstieg bzw. zu einer Explosion führen kann.     Ferner     kann Wasser oder Dampf dissoziieren. Der Dadurch  entstehende elementare Wasserstoff bzw. Sauerstoff  kann von der Schmelze gelöst werden und/oder mit der  Schmelze reagieren. Der Sauerstoff kann zur Bildung  von unerwünschten Oxyden führen.

   Die Gegenwart von  Wasserstoff allein oder von Wasserstoff zusammen mit    Sauerstoff in genügenden Mengen in der     Schmelze     bewirkt die Bildung von Gasblasen bei Verfestigung des  abgeschiedenen Materials auf dem gegossenen Gebilde.  Die Bildung von Oxyden, Gasblasen und/oder Leerstel  len beeinträchtigt nicht nur die Qualität des Produktes,  sondern hat auch nachteilige Wirkungen auf die     gleich-          mässige        Abscheidung    des Schmelzmaterials auf dem  Kern, in dem Zonen mit relativ geringer thermischer  Leitfähigkeit innerhalb einer Masse mit relativ guter  thermischer     Leitfähigkeit    gebildet werden.

   Dementspre  chend ist die Wirkung von Sauerstoff und Wasserstoff  nicht auf die     Oxydphase    und auf die Erzeugung von Bla  sen beschränkt, sondern wird durch Unregelmässigkeiten  des Wärmeüberganges erheblich verstärkt, was zu einer  erheblichen     Ungleichmässigkeit    der     äusseren    Form der  abgelagerten Beschichtung führt. Blasen Leerstellen,       Oxydstellen,    innere Ungleichmässigkeiten und eine     un-          gleichmässige        Abscheidung    sind durchwegs nachteilig,  weil sie die Bildung von Rissen und Brüchen bei  Beanspruchungen, etwa beim Biegen,     Walzen,    Ziehen  oder dergleichen, fördern.

   Ein Produkt mit solchen  Fehlern ist in der Regel praktisch nicht brauchbar.  



  Selbst nach     Abscheidung    des Schmelzmaterials auf  dem Kern und nach Austritt des gegossenen Gebildes  aus dem Schmelzbad ist es zweckmässig, eine Berührung  des heissen Gussteiles mit Sauerstoff zu vermeiden. Bei  der Tauchbeschichtung mit Kupfer     reagiert    z. B. Sauer  stoff aus der Luft oder aus dissoziiertem Wasser mit dem  heissen Kupfer und bildet Kupferoxyd, wodurch die  Verarbeitungseigenschaften des Stabes beim folgenden  Walzen oder Ziehen nachteilig verändert werden kön  nen.

   Die Erfindung soll nun ein     Tauchgussverfahren    und  eine Anlage bieten, bei welchem bzw. welcher die  Umgebung des Bades aus geschmolzenem Material und  des heissen Gussteils gereinigt wird, was den Schutz der      Schmelze und des Gussteils von nachteilig wirkenden  gasförmigen Verunreinigungen ermöglicht.  



  In den Zeichnungen zeigt:       Fig.    1 eine perspektivische Ansicht einer Ausfüh  rungsform der erfindungsgemässen Anlage, teilweise im  Schnitt,       Fig.    2 einen Querschnitt durch den Tiegel einer  erfindungsgemässen     Drahtbeschichtungsanlage,    und       Fig.    3 ein Geschwindigkeitsprofil des Reinigungs  stromes für das System.  



  In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausfüh  rungsform für die Durchführung des Verfahrens der  Erfindung dargestellt. Obwohl das Verfahren der im  folgenden unter besonderer Bezugnahme auf die Herstel  lung von Kupferstab beschrieben wird kann das Verfah  ren der Erfindung auch zur Herstellung anderer Halbfa  brikate, wie Bleche, Rohre oder Bänder, aus anderen  Materialien oder Metallen angewendet werden.  



  In der Darstellung von     Fig.    1 wird ein kontinuierli  cher Kernstab 1 aus Kupfer in eine Ziehvorrichtung 2  eingeführt, die Mittel zur mechanischen     Entfeinung    von  Verunreinigungen aufweist. Hierbei werden     Oxydschich-          ten    und andere Verunreinigungen von der Oberfläche  entfernt.     Gewünschtenfalls    können zur Reinigung der       Staboberfläche    weitere Mittel angewendet werden. Der  Stab wird durch Antriebsmittel 3 geführt und tritt durch  die Düse 4 im Boden des Tiegels 8, der eine     Schmelze    5  aus Kupfer enthält. Der Tiegel wird z.

   B. aus einem  elektrischen Induktionsofen (nicht dargestellt) mit ge  schmolzenem Kupfer versorgt und durch entsprechende  Heizmittel, z. B. eine elektrische Heizung (nicht darge  stellt) auf der gewünschten Temperatur gehalten. Eine       inerte    Atmosphäre aus trockenem Stickstoff wird unter  Druck aus der Quelle 6 in den Tiegel oberhalb des  Schmelzbades und über die Versorgungsleitung 7 einge  führt. Wenn der Stab durch die     Metallschmelze    in den  Tiegel geführt wird, scheidet sich zunehmend geschmol  zenes Kupfer auf dem Stab ab, so dass ein     Stabmaterial     mit grösserem Durchmesser entsteht. wobei das ge  schmolzene Metall gut mit dem Kernstab verbunden ist  (siehe     Fig.    2).  



  Ein Verlängerungsrohr 9 erstreckt sich nach oben  von dem Tiegel 8 und der gebildete, gegossene Kupfer  stab mit darauf abgelagertem .Kupfer wird durch das  Verlängerungsrohr 9 aus dem Tiegel ausgeführt. Der aus  dem Tiegel und dem Verlängerungsrohr austretende  Gusstab besitzt eine relativ hohe Temperatur und wird  durch die Kühlmittel 10, etwa eine     Wassersprühdüse,    et  was abgekühlt, ehe er über einen gesteuerten Antriebs  motor 11 geführt wird, der     zweckmässigerweise    eine       Stossdämpferschleife    aufweist. Von dort wird der gegos  sene Stab in eine geeignete Ziehanlage und in eine  Vorratszone geführt.  



  Das Verlängerungsrohr 9 hat einen Innendurch  messer, der grösser ist, als der Durchmesser des gegosse  nen Stabes. Das an der Sprühdüse 10 austretende  Wasser kann in das Rohr 9 und den Tiegel 8 gelangen,  wo es verdampft und/oder sich zersetzt, und auf diese  Weise zu einer Verunreinigung der Schmelze und des  Gusstabes gemäss obigen Erläuterungen führt. Erfin  dungsgemäss wird trockener Stickstoff kontinuierlich in  den Tiegel unter ausreichendem Druck eingeführt, um  einen kontinuierlichen Strom von Stickstoffgas von dem  Tiegel nach aussen und durch das Verlängerungsrohr zu  erhalten. Hierdurch wird das System gereinigt, wie es  weiter unten genauer erläutert ist.    Es ist zu bemerken, dass der Tauchguss bei relativ  hohen Temperaturen durchgeführt wird.

   Beim     Tauch-          guss    zur Herstellung eines Kupferstabes wird die  Schmelze beispielsweise auf etwa 1120  C gehalten.  Dementsprechend ist die Umgebung heiss. Die Oberflä  chentemperatur des Gusskörpers bei seinem Austritt aus  der Schmelze liegt im Bereich von 1000  C. Die Tempe  ratur des Gusstabes bleibt innerhalb des Verlängerungs  rohres praktisch konstant und kühlt sich auf dem Wege  oberhalb des Bades nur wenig ab. Die Aussenseite des  Rohres wird nicht besonders gekühlt und dementspre  chend herrscht in dem Raum zwischen dem Gusstab und  dem Rohr eine Temperatur, die erheblich über dem  Siedepunkt von Wasser liegt.

   Aus diesem Grund wird  das von der Sprühdüse abgegebene und in das Verlänge  rungsrohr gelangende Wasser durch die hohe Tempera  tur verdampft und/oder     Dissoziert.     



  Das Verlängerungsrohr sollte eine genügende Länge  aufweisen, um das allenfalls in das Rohr gelangende  Wasser zu verdampfen. Das in den ringförmigen Raum  zwischen der Rohrwandung und dem Gusstab eintreten  de Wasser wird wahrscheinlich zuerst versetzt oder  teilweise versetzt und teilweise verdampft. Das Rohr  sollte lang genug sein, um eine genügende     Verweilzeit     für eine erhebliche Verdampfung des Wassers zu ge  währleisten. Um zu vermeiden, dass Wasser in den  Tiegel gelangt, wird diesem Stickstoff unter ausreichen  dem Druck zugeführt, so dass in dem Ringraum durch  gehend ein nach aussen gerichteter Gasstrom erhalten  wird.  



  Bei     laminarer    Strömung ist dies gegeben, wenn die  mittlere Flächengeschwindigkeit des Gases     (Ausflussge-          schwindigkeit)    grösser ist, als ein Drittel der     Stabge-          schwindigkeit,    wie sich dies aus der bekannten     Stokes-          Gleichung     
EMI0002.0030     
    ableiten lässt, in welcher P der statische Druck,     ,ji    der       Viskositätskoeffizient    und U die Geschwindigkeit in der  Richtung A ist. Die mittlere Flächengeschwindigkeit ist  definiert als das Verhältnis des gesamten Volumenflusses  zum ringförmigen Raum zwischen dem Stab und der  Rohrwandung.

   Diese Geschwindigkeit ändert sich mit  der Temperatur, da mit abnehmender Temperatur die  Dichte des Gases zunimmt und die Geschwindigkeit  dementsprechend abnimmt. Dementsprechend bezieht  sich ein Hinweis auf die mittlere Flächengeschwindigkeit  auf den geringsten     Volumfluss    innerhalb des Verlänge  rungsrohres. Eine Auflösung der     Navier-Stokes-Glei-          chung    ist grafisch in     Fig.    3 wiedergegeben, um das  Geschwindigkeitsprofil zu zeigen. In dem Diagramm ist  als Abszisse das Verhältnis von Gasgeschwindigkeit zur       Stabgeschwindigkeit    aufgetragen.

   Auf der Ordinate ist  das Verhältnis des Abstandes von dem Stab zur     Differnz     der Durchmesser des Stabes und des Rohres aufgetra  gen. Das Diagramm gilt für den Fall, dass die mittlere       Flächengeschwindigkeit    gleich einem Drittel der     Stabge-          schwindigkeit    ist und erläutert die Mindestbedingungen  zur Vermeidung des     Einströmens.    Die entstehenden  Dämpfe werden durch den kontinuierlichen     Ausstrom     von Stickstoff aus dem System ausgetrieben, doch ist zu  bemerken, dass der Spülstrom oder Reinigungsstrom  auch gewisse Anteile an feinzerteilten flüssigen Tröpf-           chen    einschliessen kann.

   Ferner ist diese Analyse auf       laminare    Bedingungen bezogen. Da gegebenenfalls auch  turbulente Bedingungen vorliegen     können,    ist es wesent  lich, die     Stabgeschwindigkeit    um mehr als einen Drittel  zu überschreiten. Es ist zu betonen, dass die Betriebsbe  dingungen zur Reinigung bzw. Spülung des Systems in       Abhängigkeit    von verschiedenen Faktoren variieren kön  nen z. B. dem der Tauchbeschichtung unterzogenen  Material, den Abmessungen des Kernstabes, den Abmes  sungen des Gusstabes, der     Stabgeschwindigkeit,    der  Arbeitstemperatur und dgl.

      <I>Beispiel</I>  Zur Herstellung von Kupferstab wurde ein Kupfer  kernstab mit einem Durchmesser von 9,65 mm durch  eine     Kupferschmelze    geführt. Der aus dem Bad austre  tende Gusstab hatte einen Durchmesser von 15,88 mm  und wurde mit einer Geschwindigkeit von 61     m/min     durch ein Verlängerungsrohr geführt, das eine Länge  von 0,914 m und einen Innendurchmesser von 25,4 mm  aufwies.

   Stickstoff wurde mit einer Geschwindigkeit von  0,0566 m3 pro Minute oder unter einem Druck von  0,035 atü in den Tiegel eingespeist, wodurch ein  kontinuierlicher     Ausstrom    des     Spulgases    aus dem  System     erzeugt        wrude.    Der erhaltene Gusstab war  von hoher Güte und praktisch frei von     Unregelmässig-          keiten    und Verunreinigungen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Tauchgussverfahren, bei welchem ein Kernmate rial durch eine Metallschmelze geführt und mit einer Beschichtung aus dem Metall der Schmelze versehen wird wobei das Kernmaterial von unten durch einen die Metallschmelze enthaltenen Tiegel und anschliessend durch ein an den Tiegel angeschlossenes Rohr geführt und ausserhalb dieses Rohres mit einem versprühten Kühlmittel gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Intertgas in solchem Masse oberhalb der Schmelze in den Tiegel eingeführt wird,

   dass der Innenraum von Tiegel und Rohr durch einen aus dem Rohr nach aussen verlaufenden Strom aus Inertgas gereinigt und ein Eindringen des versprühten Kühlmittels in den Innen raum von Tiegel und Rohr vermieden wird. Il. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, welche einen Tiegel zur Aufnah me einer Metallschmelze, Mittel zur Einführung eines Kernmaterials von unten in den Tiegel, sowie ein an den Tiegel angeschlossenes Rohr aufweist, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Einführung eines Inertgases in den Tiegel aufweist, um den Innen raum des Tiegels und des Rohres mit dem Inertgas zu spülen. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases in dem Rohr grösser ist, als ein Drittel der Geschwindigkeit des mit der Metallschmelze versehenen Kernmaterials in dem Rohr. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Röhr um 30 % grösser ist, als die Geschwin digkeit des Kernmaterials. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass als kühlmittel Wasser verwendet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass als Inertgas Stickstoff verwendet wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rohres mindestens so gross ist, dass das in das Rohr eindringende Wasser verdampft.