DE1141415B - Vorrichtung und Verfahren zum Giessen von Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Metallgießens und bezieht sich insbesondere auf das kontinuierliche Gießen von Metallen wie Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen u. ä.

Die verschiedensten Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallen sind bekannt. Dabei wird zum Herstellen von Gußstücken unbestimmter Länge eine Gießform verwendet, die mit ihrem einen Ende an der Unterseite eines Behälters für flüssiges Metall angebracht ist, während das andere Ende der Gießform, welches aus der Unterseite des Behälters für flüssiges Metall herausragt, in geeigneter Weise gekühlt wird. Das geschmolzene Metall fließt in die Gießform, und wenn es den gekühlten Abschnitt der Form erreicht, erstarrt es, und der so erhaltene Guß wird abgezogen.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von feinem Draht, wie beispielsweise elektrischen Schmelzdrähten für Sicherungen, bekannt, bei der ein Behälter für flüssiges Metall in einer Kammer angeordnet ist, die von Gasbrennern geheizt wird, wobei der Behälter oben offen ist und mit dem Innenraum der Kammer, die einen breiten ringförmigen Raum zwischen dem Behälter und den Kammerwänden bildet, frei zusammenhängt. Die Brenner erhitzen eine Flüssigkeit in der Kammer, so daß Dampfdruck dort erzeugt wird, der das geschmolzene Metall durch feine Öffnungen im Boden des Behälters ausdrückt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich jedoch mit dem kontinuierlichen Gießen von Metallen, wie beispielsweise Kupferlegierungen mit hohem Schmelzpunkt, in Graphitbehältern.

Für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens ist es außerordentlich wichtig, daß das in die Gießform eintretende Metall gasfrei ist. Geschmolzene Metalle, insbesondere Kupferlegierungen, enthalten Gase in Lösung. Dadurch können beim Erstarren des Metalls Lunkerbildungen und Ausseigerungen der Legierungsanteile mit niedrigerem Schmelzpunkt auftreten, und man erhält schlechte und unbrauchbare Gußteile. Bei bisher gebräuchlichen Verfahren wurde das geschmolzene Metall durch elektrische Heizung des Behälters für das flüssige Metall und durch Austreiben des gelösten Gases unter Aufrechterhalten einer Stickstoffatmosphäre über dem geschmolzenen Metall in entgastem Zustand erhalten. Es wurde gezeigt, daß Stickstoff ziemlich inert ist und sich nicht in Kupferoder Aluminiumlegierungen löst. Die Gegenwart von Stickstoff über der Oberfläche des geschmolzenen Metalls bewirkt ein Austreiben der in deni Metall gelösten Gase, wie Wasserstoff, in Übereinstimmung mit dem Gesetz der Partialdrücke.

Vorrichtung und Verfahren
zum Gießen von Metallen

Anmelder:

The United Wire Works Limited,
Edinburgh, Schottland (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. R. Meldau, Patentanwalt,
Gütersloh (Westf.), Carl-Bertelsmann-Str. 4

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. September, 10. September

und 13. September 1957 (Nr. 28 147, Nr. 28 501

und Nr. 28 884)

lan Elrick Ewen, Edinburgh, Schottland

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Verfahren unter Verwendung einer elektrischen Heizung des Mischofens und einer Stickstoffentgasung des Metalls sind in die wirtschaftliche Fertigung übernommen worden. Demgegenüber macht es Schwierigkeiten, das Metall zu entgasen, wenn der Behälter für flüssiges Metall miteinem Kohlenwasserstoffbrennstoff, wie Öl oder Gas, geheizt wird. Die Verwendung solcher Brennstoffe und Heizanordnungen bringt jedoch besondere Vorteile in der Hüttenindustrie mit sich, insbesondere dort, wo Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallen an Stelle anderer altbekannter Gießverfahren treten. Durch diese Verwendung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen kann eine Umstellung auf kontinuierliche Gießverfahren schnell und ohne Verzögerung vorgenommen werden, und es ist nicht erforderlich, zusätzliches Kapital in elektrisch geheizte Mischöfen zu investieren.

Weiterhin kann die Wärmezufuhr bei Kohlenwasserstoffbrennstoffen mit verhältnismäßig einfachen Vorrichtungen gesteuert werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, gasfreies Metall in einem Behälter für flüssiges Metall zu erhalten, der durch Kohlenwasserstoffbrennstoffe geheizt wird.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung für die Verwendung beim kontinuierlichen Gießen von Metallen mit einem Graphitbehälter für das flüssige Metall,

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der, in eine enge Kammer eingesetzt, von einem mit Brennstoff gefeuerten Brenner beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Zwischenraum zwischen Behälter und -der aus feuerfestem Material bestehenden Kammer zur Außenluft entlüftet ist und der gegenüber dem Innenraum der Kammer abgeschlossene Graphitbehälter mit Mitteln zum Einleiten eines inerten Gases versehen ist, wodurch ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck in dem Behälter zu erzeugen ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Vorrichtung nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine frei bewegliche Scheibe, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmt. Zweckmäßig ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung eine Röhre als Zufluß für das inerte Gas in den Behälter eingeführt und nahe seinem unteren Ende mit Gasauslaßöffnungen versehen. Vorzugsweise ist nahe dem unteren Ende des Behälters eine feste Scheibe angeordnet.

Die Wandung der Kammer besteht aus einer gebrannten Ton-Graphit-Mischung. Eine Vorrichtung nach der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Form an dem Auslaßende des Gießloches mit einer Hülse versehen ist, die aus einem Material besteht, das eine größere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material der Gießform, wobei das Material Stahl, Bronze, keramisches oder gesintertes oder ähnliches Material ist.

Ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallen ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters für das flüssige Metall inertes Gas unter Überdruck gehalten wird, so daß Verbrennungsgase, welche die Wandung der Kammer durchdringen, nicht in den Behälter eindringen können und durch den entlüfteten Zwischenraum entweichen.

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine Ofenanordnung für kontinuierliches Gießen von Metallen dargestellt. Sie besteht aus einem brennstoffbefeuerten Ofenkörper 1 mit einer feuerfesten Ofenauskleidung 2, einem Brennstoffbrenner 3, einer Verbrennungskammer 4, einer Abzugöffnung 5, einem mit feuerfestem Material verkleideten Deckel 6, einer Sanddichtung 7, einem Trichter 8 zum Eingießen geschmolzenen Metalls, einem Trichterdeckel 9, einem Einblasrohr 10 für inertes Gas, einem mit feuerfestem Material umgebenes Rohr 11 für inertes Gas, einer Schwimmscheibe 12, einer festen Scheibe 13, Auslaßlöchern 14 für inertes Gas, einem Schutzrohr 15 aus feuerfestem Material, welches im ringförmigen Abstand 16 um den Behälter 17 für flüssiges Metall angeordnet ist, einer Gießform 18, einer Kühlvorrichtung 19, dem gegossenen Material 20, einer Abziehvorrichtung 21, einer Halterung (allgemein mit 22 bezeichnet) für die Gießform, einem Reinigungsloch 23 für den Ofen und einem Loch 24 in der festen Scheibe 13.

Im Betrieb wird geschmolzenes Metall aus einem hier nicht gezeigten Schmelzofen in den Behälter 17 für flüssiges Metall durch den Trichter 8 eingegeben. Das flüssige Metall fließt durch das Ofenende der Gießform 18, erstarrt in der Gießform auf Grund der Wirkung der Kühlvorrichtung 19, und das erstarrte Gußteil 20 wird durch die Abziehvorrichtung 21 aus der Gießform abgezogen. Das geschmolzene Metall wird durch den Brenner 3 auf geeigneter Gießtemperatur gehalten. Die Flamme und die Verbrennungsprodukte des Brenners 3 umstreichen die Röhre 15 aus feuerfestem Material und ziehen durch die Abzugsöffnung 15 ab. Wasserstoff oder andere schädliche Gase, welche das Schutzrohr 15 durchdringen und in den Raum 16 eintreten, können durch den Abzug 25 nach außen abziehen. Der in dem Behälter 17 während des Gießens aufrechterhaltene Druck des inerten Gases verhindert, daß der Wasserstoff oder andere

ίο schädliche Gase in den Behälter 17 eindringen können. Das inerte Gas wird durch die Leitung 10, das Rohr 11 aus feuerfestem Material und die Auslaßlöcher 14 zugeführt. Das Rohr 11 dient ebenfalls als Führung für die schwimmende Scheibe 12. Das inerte Gas steigt von den Auslaßlöchern 14 durch das geschmolzene Metall auf und entfernt dabei jegliches gelöste Gas in dem Metall, unterstützt die Durchmischung des Metalls in dem Behälter und hält einen geringen Überdruck innerhalb des Behälters 17 aufrecht.

Überschüssiges Gas strömt durch Leckstellen im Oberteil der Ofenanordnung aus. Ein Gasdruck von etwa 0,1 Wassersäule ist ausreichend.
Die Schwimmscheibe 12 verhindert eine unnötige Turbulenz, wenn weiteres flüssiges Metall zugespeist wird und die feste Scheibe 13 mit dem verkleinerten Durchtritt 24 hält einen Vorrat von beruhigtem und gasfreiem geschmolzenem Metall über dem Gießformeinlaß aufrecht. Die Scheibe 13 verhindert weiterhin, daß frisch eingespeistes Metall, in dem noch Gas gelöst ist, unmittelbar an die Gießform gelangt, und verhindert weiterhin plötzliche Temperaturanstiege in der Gießform.
Für den Aufbau des Behälters für das flüssige Metall wird vorteilhaft verdichteter Graphit verwendet. Dieser ist leicht in der gewünschten Form zu verarbeiten und ist inert gegenüber den meisten der verwendeten Nichteisenmetalle. Graphit neigt jedoch zur Oxydation bei der normalen Temperatur geschmolzenen Metalls, und es ist nicht vorteilhaft, den Behälter durch direkten Kontakt mit der Flamme oder mit Verbrennungsprodukten von Kohlenwasserstoffbrennstoffen zu heizen. Der aus Graphit bestehende Behälter für flüssiges Metall ist aus diesem Grunde durch ein wesentlich besser feuerfestes Material geschützt; ein solches Material ist beispielsweise massiver Ceylon-Graphit oder anderes bekanntes Tiegelmaterial. Verdichteter Graphit ist ebenfalls geeignet für den Aufbau der Form 18.

Für das Schutzrohr ist auch ein feuerfestes Material, beispielsweise eine gebrannte Mischung aus Ton und Graphit, geeignet.

Das obere Ende der Gießform 18 ist als Zapfen ausgebildet, der nach Art einer Steckverbindung in eine Muffe hineinpaßt, die in dem Boden des Behälters 17 angeordnet ist. Der Zapfen und die Muffe sind mit schrägen metallischen Dichtflächen versehen, die bei 25 aufeinandersitzen, und diese Flächen werden durch eine einstellbare Andrückvorrichtung in metallisch dichtenden Sitz aufeinandergedrückt. Die einstellbare Andrückvorrichtung wirkt außerhalb und vom Ende des Bodenteils der Gießform 18. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gießform 18 mit einem zentralen Formband versehen, und die Andruckvorrichtung besteht aus einer Mutter oder einer mit Innengewinde versehenen Röhre 26, die auf dem mit Außengewinde versehenen Ende einer festsitzenden Röhre 27 aufsitzt. Die Röhren 26 und 27 liegen

koaxial zu dem Formkanal, und der in der Gießform gegossene Stab wird durch sie hindurch abgezogen. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß Metall aus dem Behälter zwischen dem Zapfen und der Muffe hindurchtreten kann, und somit kann die Gießform sehr viel einfacher und leichter zum Auswechseln zurückgezogen werden als bisher. Wenn die Gießform eine Mehrzahl von Formkanälen aufweist, besteht die Andrückvorrichtung aus einem Stab oder einer Röhre, die gegen die Gießform von unten her drückt und auf einer Stellschraube angebracht ist.

Am Auslaßende des Formkanals der Gießform 18 ist eine mit Außengewinde versehene Hülse 28 in die mit Innengewinde versehene Gießform 18 eingeschraubt. Die Hülse 28 hat den gleichen Innendurchmesser wie der Formkanal und besteht aus einem Material mit höherer Verschleißfestigkeit als die Gießform 18. Ein geeignetes Material ist in diesem Fall Stahl, Bronze oder ein anderes, keramisches oder gesintertes verschleißfestes Material. Durch Verwendung einer solchen Hülse wird die ausnutzbare Standzeit der Gießform beträchtlich verlängert. Die Hülse 28 kann auch als Steckverbindung ausgebildet sein, sie wird dann in ihrer Lage durch die Röhre 26 oder durch eine Platte gehalten.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metallen mit einem Graphitbehälter für das flüssige Metall, der, in eine enge Kammer eingesetzt, von einem mit Brennstoff gefeuerten Brenner beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der enge Zwischenraum (16) zwischen Behälter (17) und der aus feuerfestem Material bestehenden Kammer (15) zur Außenluft entlüftet ist und der gegenüber dem Innenraum (16) der Kammer (15) abgeschlossene Graphitbehälter mit Mitteln (11) zum Einleiten eines inerten Gases versehen ist, wodurch ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck in dem Behälter zu erzeugen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine frei bewegliche Scheibe (12), die auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Röhre (10,11) als Zufluß für das inerte Gas in den Behälter (17), die nahe seinem unteren Ende mit Gasauslaßöffnungen (14) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine feste Scheibe (13) nahe dem unteren Ende des Behälters.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kammer (15) aus einer gebrannten Ton-Graphit-Mischung besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form an dem Auslaßende des Gießloches mit einer Hülse (28) versehen ist, die aus einem Material besteht, das eine größere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material der Gießform, wobei das Material Stahl, Bronze, keramisches oder gesintertes oder ähnliches Material ist.

7. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallen mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters für das flüssige Metall inertes Gas unter Überdruck gehalten wird, so daß Verbrennungsgase, welche die Wandung der Kammer durchdringen, nicht in den Behälter eindringen können und durch den entlüfteten Zwischenraum entweichen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 439 494;
USA.-Patentschriften Nr. 2145 416, 2 264 288.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 748/278 12.