DE1201515B - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines Giessblockes waehrend seiner Erstarrung in einer Giessform - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B22d

Deutsche KL: 31c-15/02

Nummer: 1201515

Aktenzeichen: D 28336 VI a/31 c

Anmeldetag: 18. Juni 1958

Auslegetag: 23. September 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Behandeln eines Gießblockes während seiner Erstarrung in einer Gießform, bei dem eine örtliche Abkühlung des Blockes durch Verdampfen eines Kühlmediums unter Einwirkung der Blockwärme hervorgerufen wird.

Das Problem, die Erstarrung der Oberfläche der Schmelze während des Gusses oder nach dessen Beendigung zu beschleunigen, um das Verspritzen von Stahl besonders bei aufbrausenden Stählen zufolge Auf reißens der oberen Kruste zu vermeiden, ist schon alt.

Beim Gießen eines beruhigten Stahles ist es bekannt, die Oberfläche der Schmelze am Ende des Gusses nach einer Zeitspanne, die aber durch das Erstarren des Metalls im Zuflußkanal eng begrenzt ist, zu berieseln und dann nach Aufbrechen der Lunkerhohlung diese, so gut es eben geht, durch einen kurzen Guß von einigen Sekunden zu speisen. Man hat wohl auch eine Berieselung bei nicht beruhigten Stählen versucht; jedoch macht die Gefahr, die der plötzliche Kontakt von Wasser und geschmolzenem Metall darstellt, eine solche Maßnahme praktisch unmöglich.

In beiden Fällen, insbesondere im Falle der unberuhigten Stähle, kann eine Berieselung, die ohne Vorsichtsmaßregeln vorgenommen wird, eine Explosion des Barrens im Verlauf des Erstarrens herbeiführen, und zwar in einem Zeitpunkt, in dem alle Gefahr beseitigt zu sein scheint, wodurch bereits tödliche Unfälle entstanden sind. Eine bloße Berieselung der Schmelze mit Wasser bewirkt eine plötzliche Erstarrung des Kopfes des soeben gegossenen Barrens, ohne dabei den Zeitpunkt auswählen und die Stelle bestimmen zu können, wo die Erstarrung beginnen soll oder beschleunigt werden muß.

Außerdem ist eine Vorrichtung bekannt, die es ermöglichen soll, gleichzeitig und unter gleichbleibenden Bedingungen die ganze obere Fläche eines Gußblockes abzukühlen, und zwar durch Bedecken des gegossenen Metalls mit einem Hohlkörper, der allerdings die ganze Fläche abdeckt und in dem eine Kühlflüssigkeit (Wasser od. dgl.) zirkuliert, die aber selbst auf die Gefahr einer Explosion nicht verdampfen kann. Es handelt sich dabei um einen einfachen Oberflächenkontakt eines kalten Körpers mit dem gegossenen Metall und eine nicht gesteuerte Beschleunigung der Verfestigung der gesamten oberen Fläche des Blockes, was besonders im Falle von aufbrausenden Stählen durch die sofortige Bildung einer festen Schicht im ganzen oberen Bereich des Blockes ebenfalls zu einer wirklichen Katastrophe führen Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln
eines Gießblockes während seiner Erstarrung
in einer Gießform

Anmelder:

Dipl.-Ing. Henri Jean Daussan, Metz, Mosel

(Frankreich)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Walter, Patentanwalt,

Augsburg, Ulrichsplatz 12

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Henri Jean Daussan, Metz, Mosel

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. Juni 1957 (741 557);

vom 27. November 1957 (752 569),
vom 25. April 1958 (764 091)

kann, da jegliches Entweichen der eingeschlossenen Gase, die sich im Innern einer relativ großen Höhle ansammeln, verhindert wird. Nach dem Entformen würde ein beträchtliches Einsinken des Blockkopfes festzustellen sein, so daß ein Block entsteht, der in bezug auf die Struktur und die Homogenität große Mängel aufweist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die gewünschte Abkühlung des Gußblockes unter Meidung der Nachteile bekannter Maßnahmen in kontrollierbarer und gesteuerter Weise vorzunehmen und dabei jegliche Schadensgefahr auszuschließen. Außerdem sollen im Sinne der Erfindung die Bildung von wesentlichen Höhlungen im Barrenkopf sowie Abscheidungen vermieden werden.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das Kühlmittel nach und nach auf den peripheren Abschnitt der oberen Fläche des Blockkopfes aufgebracht und dort belassen wird, ohne jedoch in direkte Berührung mit dem gegossenen Metall zu

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kommen. Aus diesem Verfahren mit dem dauernden Einwirken des verdampfungsfähigen Mediums resultiert das kontrollierte, regelmäßig abnehmende Erkalten des Gußblockes von der Peripherie zum Zentrum hin.

Als Kühlmittel kann man im Sinne der Erfindung eine flüssige Lösung, z. B. wäßrige Lösung von Natronwasserglas oder neutralem Natriumkarbonat, oder das Kristallisations- bzw. Konstitutionswasser einer geeigneten Substanz, z. B. Borsäure oder Borax, verwenden.

Im besonderen empfiehlt sich eine wäßrige Lösung von η SiO₂-mNa₂O, wobei das Verhältnis von Na₂O: SiO₂ mit Vorteil zwischen 1:1,5 und 1:4 gewählt sein kann, oder Konstitutions- und/oder Kristallisationswasser, das frei gemacht und dann durch die vom gegossenen Metall herrührende Hitze verdampft wird, beispielsweise unter Verwendung von Borsäure BO₃H₃, die 43,7% Wasser enthält, von Borax (Na₂B₄O₇ · 10 H₂O), das beim Erhitzen sein Kristallisationswasser verliert. Es kann auch eine Mischung dieser Produkte in irgendeinem beliebigen Mengenverhältnis Anwendung finden oder auch Kristallsoda (Na₂CO₃-IOH₂O), die man gleichfalls in wäßriger Lösung verwenden könnte.

Auch empfiehlt es sich, das Kühlmedium auf einem Träger zu deponieren, der ein offenes Gefäß für die Flüssigkeit od. dgl. bildet und mit dem man den Peripherieabschnitt der oberen Fläche des Blockes bedeckt. Eine andere Variante besteht erfindungsgemäß darin, daß man das verdampfungsfähige Mittel in der Mitte eines Trägers (A¹, A⁵) deponiert, der sich adsorbieren kann, und mit dem man den Peripherieabschnitt der oberen Fläche des Blockes bedeckt.

Schließlich sieht die Erfindung im Rahmen eines Ausführungsbeispieles vor, daß die Kälteerzeugung in Richtung zum Blockzentrum dadurch graduiert wird, indem man wenigstens eine der folgenden Daten ändert: die Dauer, Menge und den Zeitpunkt der Aufbringung sowie die Durchlässigkeit des Trägers.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem Träger, der für die zu verdampfende Flüssigkeit ein Gefäß in Form eines Ringes oder eines oben offenen Rahmens bildet und dessen Kontur der des Peripherieabschnittes der oberen Fläche des abzukühlenden Blockes entspricht. Der Träger kann aus einem Netz paralleler Röhren bestehen, die von einem Wändekomplex gebildet sind, der zumindest teilweise unbrennbar ist, wobei die Röhren senkrecht zu zwei parallelen und wenigstens teilweise flachen Flächen (C-C¹, D-Di) stehen. Hierbei empfiehlt es sich, daß die Wände der Röhren (31) an den Stellen (50 und 51) in der Längsrichtung der genannten Kanäle zwecks Veränderung des Schnittes der genannten Kanäle und damit auch der Durchlässigkeit des Netzes zusammengestaucht sind.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt, und es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt einer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Gießkopfabdeckung) versehenen Gießform,

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt längs der Linie3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 3 in größerem Maßstab,

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt einer Vorrichtungsvariante bei Gespannguß,

Fig. 6 und 7 einen Querschnitt und eine Draufsicht einer weiteren Vorrichtungsvariante,
F i g. 8 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 9 eine Draufsicht entsprechend Fig. 8,
Fig. 10 einen senkrechten Schnitt längs der Linie 10-10 der Fig. 8,

ίο Fig. 11 einen senkrechten Schnitt durch eine feine Kanäle besitzende Gießkopfabdeckung entsprechend den Fig. 8 bis 10 in stark vergrößertem Maßstab, und zwar in einem Fertigungszwischenstadium,

Fig. 12 einen Teilschnitt längs der Linie 12-12 der Fig. 11, und zwar senkrecht zu den Kanälen,

Fig. 13 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig. 11, und zwar im Fertigungszustand,

Fig. 14 einen Schnitt entsprechend Fig. 13, ao wobei die Vorrichtung in die Kokille eingesetzt ist, Fig. 15 eine Teilansicht einer Verteilerröhre für die Flüssigkeit gemäß den Fig. 8 bis 10,

Fig. 16 einen Querschnitt längs der Linie 16-16 der Fig. 15.

Gemäß dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Vorrichtung^¹ der Steuerung der Abkühlung des Kopfes eines Barrens 1 aus aufwallendem Stahl, der im Direktguß in eine Gießform L¹ von rechteckigem Querschnitt mit abgerundeten Ecken gegossen worden ist.

Diese Vorrichtung^¹ besteht aus einem Träger oder rechteckigem Rahmen, dessen Grundrißabmessungen wesentlich kleiner als diejenigen des Innenquerschnitts der Gießform L¹ indes mehr oder weniger letzterem angepaßt sind.

Der Querschnitt des Rahmens ist U-förmig; sein Boden 1 ist flach, und seine beiden Seitenwände 2 und 3 stehen senkrecht auf diesem Boden. Die Außenwand 2 ist breiter als die Innenwand 3. Der Rahmen 1, 2, 3 besitzt einen freien Innendurchgang 4.

Die Vorrichtung A¹, die einen Sammelbehälter in

Form eines Rahmens oder Ringes bildet, kann aus beliebigem Material, das ein guter oder schlechter Wärmeleiter ist, wie Blech, mehr oder weniger stark gewalzte Pappe bzw. Karton, starkes Papier, Holz, Plastik u. dgl. bestehen. Dieses Material kann porös oder wasserdicht sein, wenn es ein guter Leiter ist, und es soll unbedingt porös sein, wenn es ein schlechter Leiter ist.

Die Stärke des Materials soll so sein, daß sie kein Hindernis für den Abkühlungseffekt bildet, der durch die Verdampfung von Flüssigkeit unter Einwirkung der vom Barrenkopf frei werdenden Wärme bedingt ist, sei es durch Wärmeleitfähigkeit, wenn die Wand der Vorrichtung aus einem Material besteht, das gegen Flüssigkeit nicht durchlässig und guter Wärmeleiter (z. B. Metall) ist, durch direkten Kontakt dieser Flüssigkeit, die durch die poröse Wand sickert, wenn das Material porös (z. B. Pappe) und kein oder ein schlechter Wärmeleiter ist, durch Wärmeleitfähigkeit und Kontakt, wenn das Material ein guter Wärmeleiter und porös (z. B. Metallpulver) ist.

Die Wandstärke des Rahmens A¹ kann, insbesondere im Falle der Anwendung von Blech, 1 mm und dünner sein; dabei empfiehlt es sich, im Innern des U-förmigen Behälters für die Aufnahme einer zu verdampfenden Flüssigkeit Versteifungen oder Verstär-

kungszwickel (Eckstücke) vorzusehen, die dem Behälter eine ausreichende Festigkeit für den Transport und die Handhabung verleihen. Dies ist wichtig, da die Vorrichtung nach Belieben auf dem Kopf des Barrens belassen oder nach dessen endgültigen Erstarren zurückgewonnen werden kann. Daher ist es vorteilhaft, die Vorrichtung mit Henkeln bzw. Griffen 5 od. dgl. zu versehen.

Die ringförmige Kühlrinne, die durch den Rahmen^¹ gebildet wird, kann im Zeitpunkt ihrer Anwendung mit Wasser 7 oder mit einer flüssigen Lösung oder mit einem Produkt, das Konstitutionsoder Kristallwasser enthält, oder mit einer faserigen Masse (wie Filz, Werg, Hobelspäne, Textilien usw.), oder mit einer schwammigen Masse (wie Naturschwamm oder Kunstschwamm) mit einer körnigen Masse (wie Holz-Sägemehl), mit pulverisierten Massen (wie feingemahlener Ton), mit _ orösen Massen (wie Hohlzkohle, vulkanische Asche) u. dgl. gefüllt werden, wobei die Zellen oder kleinen Waben der Einfüllmassen mit Wasser oder einer sonstigen Flüssigkeit imprägniert sind, die von den Füllmassen absorbiert wird und unter der Wirkung der Blockkopfhitze verdampft. Die ringartige Vorrichtung A¹ kann auch von vornherein mit Flüssigkeit absorbierenden Massen, die mit dem Rahmen eng verbunden sind, versehen werden. Die Halterung kann durch jedes beliebige hierfür geeignete Mittel erfolgen, z. B. ein Gitterwerk oder Gewebe, das die Masse bedeckt und das durch Kleben, Haken u. dgl. auf dem oberen Rand der äußeren Wand 2 ganz oder teilweise gehalten wird.

Der Arbeitsgang bei Benutzung einer Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4 ist folgender:

Wenn die Gießform L¹ mit nicht beruhigtem, d. h. mit einem schmelzflüssigen Stahl gefüllt ist, der im Verlauf seiner Verfestigung Gase in bedeutenden Mengen abgibt (frei macht), tritt eine peripherische Verfestigung ein, die in den Fig. 1 und 4 durch Schraffur mit den Begrenzungslinien 8 angedeutet ist, und deren Draufsichtbegrenzung in F i g. 2 durch die Rechteckfläche 10 mit den Ecken abcd markiert ist. Dieser Verfestigungsvorgang ist an der Peripherie des Bades, also im Kontaktbereich der Innenfläche 9 der kalten Wand der Gießform L¹ am stärksten, und er ist in Richtung der Mittelachse X-X des Barrens 11 am geringsten, wenn nicht Schmutz, Schlacke oder eine Anhäufung von Unreinheiten, die vom Boden der Gießform aufsteigen, eine vorzeitige Erstarrung im Zentrum des Barrens bedingt, was man im übrigen dadurch verhindern kann, daß man in bekannter Weise auf die Oberfläche des Bades ein Verflüssigungsmittel oder ein geeignetes Produkt wirft oder/und die Badoberfläche abschäumt.

Sobald der in den Fig. 1 bis 4 angedeutete Verferstigungszustand erreicht ist, setzt man auf die Fläche 10 die Vorrichtung^¹ auf, in die man schon vorher eine gewisse Menge Wasser 7 eingefüllt hat. Danach wird weiteres Wasser gefahrlos zugeführt, z. B. in Form eines regulierbaren Wasserstrahls, damit die Verfestigung des Barrenkopfes sich unter den besten Bedingungen vollzieht, d.h. durch ein progressives, nach dem Mittelpunkt hinstrebendes Zusammenschrumpfen des noch nicht erstarrten Abschnittes 11.

Die Gase, die sich während der Verfestigung von schäumenden, eisenhaltigen Metallen bilden, die größtenteils aus CO bestehen und zum geringeren Teil vornehmlich aus CO₂, Wasserstoff und Stickstoff, werden im Verlaufe der Blockerstarrung immer mehr gegen die Mitte des Barrenkopfes zu frei, also nach Maßgabe der Schrumpfung des Rechteckes abcd, die durch die auf Grund der Verdampfung des Wassers 7 dosierte Abkühlung gesteuert wird. Diese Maßnahme hat sich als ein sehr rationeller Prozeß erwiesen, um einen sauberen Barren bis zu seiner vollständigen Erstarrung zu erhalten.

Die jeweiligen Größen der noch nicht verfestigten Barrenteile in den aufeinanderfolgenden Stadien der Erstarrung sind in den Fig. 1 und 3 durch die gestrichelten Linien 12 und 13 angedeutet. Im Verlauf des Erstarrungsprozesses steigt das Metall ein wenig in den freien Durchlaß 4 des Rahmens A¹ hinein, und es verfestigt sich gewissermaßen einschnürend, wie in F i g. 4 durch die gestrichelten Linien 14 und 14" angedeutet, übergangslos. Selbst wenn das Metall hochsteigen würde, so wäre dies kein Mißgeschick, denn das überlaufende Metall würde in dem ringförmigen Sammelgefäß A¹ aufgefangen, wo es sich verfestigt.

Überdies kann auf die Metalloberfläche im Durchlaßbereich 4 der Vorrichtung A¹ irgendeiner der Stoffe, die für ihre beruhigende Wirkung auf aufwallenden Stahl (z. B. Aluminium) bekannt sind, aufgestreut werden.

Ferner kann die Zentralöffnung 4 für die Zuführung von Aktivstoffen, wie Borax, Fluorkalzium oder Fluornatrium, hydriertes Natriumkarbonat, gelöschter Kalk (Kalziumhydroxyd), überschüssiges Silizium (Silikon) in einem hydrierten Natriumkarbonat usw. benutzt werden.

Ohne die Vorrichtung Λ¹ vollzieht sich die Schließung des Barrenkopfes auf launische Art, und zwar sehr oft vorzeitig untr Bildung einer Art Brücke längs des Rechteckes abcd, was zu zahlreichen Kratern und zum nachträglichen Austreten des Stahls Anlaß gibt, also zu den Folgen führt, die bei der Stahlherstellung so gefürchtet sind, wie z. B. zu Explosionen der Barren längere Zeit nach Schließung des Barrenkopfes.

Alle diese Übel werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zufolge der dadurch erzielbaren vollkommenen Progressivität der Erstarrung von der Peripherie nach der Achse des Barrens hin vermieden, und zwar gleichgültig, ob der Barren die Form eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Viereckes oder eines Kreises hat, also symmetrisch oder unsymmerisch zur Ebene Y-Y (vgl. Fig. 3) ausgebildet ist.

Fig. 5 behandelt den Fall des Gespanngusses eines beruhigten Stahls in einer Gießform, deren horizontaler Querschnitt beliebig sein kann. Hierbei ist es bekannt, die obere Fläche des Barrens zu berieseln, um die Erstarrung seines Kopfes zu beschleunigen.

Der beruhigte Stahl I^s erstarrt sehr schnell an der Oberfläche der Schmelze in der Gießform L², sobald der aufsteigende Gießstrahl 18 abbricht, und oft schon während des Gießens, was sich durch Bildung einer Kruste von mindestens 1 cm Stärke auf der Oberfläche des Bades äußert. Die Stärke wechselt je nach Zusammensetzung des gegossenen Metalls. Bisher wartete man einige Minuten nach dem Gießen des Barrens, und zwar so lange, bis die Kruste genügend stark ist, und man berieselt dann mit Hilfe eines Wasserstrahles unter Druck reichlich den Kopf

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des Barrens während der Dauer des Erstarrens, (in F i g. 7 durch die Eckpunkte a², b², c², dp- ange-

wobei keine Rücksicht auf den unterschiedlichen deutet), etwas kürzer und breiter ist als die innere

Verlauf der Erstarrungsfront im Innern des Barrens Grenze der Verfestigung der peripherischen Partie,

genommen wird, wo das Metall teils noch in flüssi- dargestellt durch die Konturen a¹, b¹, c¹, d¹.

gem Zustand und teils mehr oder weniger zähflüssig 5 Die Schließung des Barrens vollzieht sich so, wie

oder sogar pastenförmig bleibt, z. B. in der Zone es weiter oben in bezug auf nicht beruhigten Stahl

pqrs. Diese unkontrollierte Berieselung erlaubt es beschrieben worden ist.

nicht, die Bildung der Schrumpfungshöhle in defl- In den vom Rahmen 29 und das Gewebe oder

nierter Art in der Achse des Blockes zu lokali- Kissen 30 gebildeten Napf kann man eine wäßrige

sieren, so daß dieser Bereich nicht ausgefüllt werden io Lösung oder auch einfach Wasser 31 nachgießen,

kann. sofern es erforderlich ist.

Dieser Mangel kann erfindungsgemäß unter An- Mit Vorteil kann weiterhin die Vorrichtung A³ mit wendung der Vorrichtung A² vermieden werden, da einem getränkten Gewebe 32 bedeckt werden. Dies sich weder eine axiale Höhle noch sonstige Höhlun- empfiehlt sich für den Fall, daß der Stahl die Neigen im Barren bilden können. Auch die Vorrich- 15 gung hat, über den Rahmen 29 hinauszusteigen, was tung/4² entspricht im Querschnitt demjenigen der im übrigen keinen großen Übelstand darstellen Gießform L²; die Vorrichtung nach Fi g. 5 ist der im würde, da er sich bei Berührung mit dem getränkten Beispiel der Fig.l bis 4 behandelten Vorrichtung Polster 30 verfestigt.

völlig ähnlich. Aus Gründen der Bequemlichkeit Eine gleichartige Abdeckpolsterung kann, wenn

kann eine Füllung 16 aus mit Wasser getränktem 20 erforderlich, auch bei den vorhergehenden Ausfüh-

Werg, feuchten Sägespänen oder Holzkohle, deren rungsbeispielen verwendet werden.

Absorptionsvermögen für Wasser beträchtlich ist, Zur Vervollkommnung des erfindungsgemäßen

vorgesehen werden, und zwar bevor man die Vor- Verfahrens, so wie es bis jetzt beschrieben worden

richtung auf die Oberfläche der Schmelze stellt, was ist, kann man die Kälteerzeugung von der Peripherie

erfolgt, wenn die Schmelze das Niveau tu erreicht 25 nach der Mitte der Barrenoberfläche zu allmählich

hat. In diesem Augenblick bringt man in den Bereich durch Variation des Zubringern der Flüssigkeit zur

der Zentralöffnung 4^a der Vorrichtung A² ein die Kontaktnahme mit dem gegossenen Metall dadurch

Wärmestrahlen nicht durchlassendes exothermisches steigern, indem man mindestens eine der folgen-

Pulver 17 auf die Badoberfläche auf, das den zahl- den Größen ändert: Die Dauer, die Menge und den

reichen bekannten Mischungen entsprechen kann, 30 Augenblick der Zugabe und die Durchlässigkeit des

und zwar lose oder in einer Umhüllung aus Papier die Flüssigkeit haltenden Trägers,

oder Plastik. Dies hat zur Folge, daß der Gießstrahl Auf diese Weise kann man nach Belieben in jedem

18 einen freien Weg längs der Linien tu nehmen Augenblick und an jedem Punkt der peripherischen

kann, ohne dabei im Zentrum eine schon erstarrte Schicht die Stärke des an der Oberfläche erstarrten

Badoberfläche durchstoßen zu müssen, wie es bei 35 Metalls regulieren, und zwar derart, daß diese Stärke

nicht gelenkter Berieselung der Fall ist. Die mit Was- nach jedem gewünschten Gesetz von der Peripherie

ser getränkte poröse Masse 16 beschleunigt die Er- nach der noch nicht erstarrten zentralen Zone hin ab-

starrung der Zone, die den Gießstrahl längs der nimmt.

Linie ptus umgibt, also eine Zone, die länger flüssig Der Träger für die Flüssigkeit, der nach Belieben oder pastenförmig bleiben würde, wenn man die bis- 40 ringförmig oder auch von anderer Form sein kann, her übliche brutale Berieselung anwendet, die dazu kann gemäß weiterer Ausführung aus einem Netz zwingt, eine gewisse Zeit zu warten, damit der di- von parallelen Kanälen bestehen, die durch eine Anrekte Kontakt mit dem Berieselungswasser keine Un- einanderfügung von im kleinen Abstand gehaltenen fälle verursacht, wobei aber diese Wartezeit durch Wänden gebildet sein können und die wenigstens die Erstarrung des Trichters und der Kanäle des auf- 45 zum Teil unbrennbar sind, wobei diese Kanäle senksteigenden flüssigen Metalls sehr begrenzt ist. Dem- recht zu zwei großen parallelen Flächen stehen und gegenüber kann die Vorrichtung A² mit den Hand- im Querschnitt halbrund sind,
griffen5 schon einige Zeit vor Beendigung des Gie- Ausführungsbeispiele hierfür sind in den Fig. 8 ßens eingebracht werden. bis 16 dargestellt, wobei die Vorrichtung zur Rege-Ein anderer beachtlicher Vorteil besteht darin, 50 lung der Abkühlung des Kopfes eines Barrens I* aus daß der flüssig gebliebene Metallüberschuß 19 die unberuhigtem Stahl, der in eine Gießform L⁴ gegosaxiale Schrumpfungshöhlung in ihrer Gesamtheit sen wird, bestimmt ist. Für die Speisung der Vorrichauffüllen kann, indem man ihr Volumen rechnerisch tung Aⁱ mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten dient vorbestimmt. hierbei ein Satz Röhren B⁴, die für die regelbare Ver-

Die Fig. 6 und 7 stellen die Verwendung einer 55 teilung der Flüssigkeit auf die VorrichtungΛ⁴ beanderen Vorrichtung^³ gemäß der Erfindung im stimmt sind. In diesem Beispiel ist der Flüssigkeits-Falle eines nicht beruhigten Barrens Z³ dar, dessen träger durch ein Netz von parallelen Kanälen 31 geKopf angefangen hat, sich an der Peripherie in der bildet, die durch Wandungen 32 aus starkem Papier, Gießform L³ längs eines Bereiches 28 zu verfestigen, Karton, Pappe oder anderem Material abgeteilt sind, der durch den Linienzug α¹... d¹ in Fig. 7 ange- 60 wobei die Wandungen entweder von Natur aus undeutet ist. Sobald der erstarrte Bereich 28 sich ge- brennbar oder mehr oder weniger feuerfest imprägbildet hat, wird ein Rahmen 29, der an der Unter- niert sind.

kante ein Kissen (Polster) oder ein Gewebe 30 trägt, Dieses Kanalnetz besitzt eine von zwei großen

das mit einer wäßrigen Lösung gemäß der Erfindung, parallelen Flächen begrenzte Raumform, die durch

wie schon oben beschrieben, getränkt ist, eingesetzt. 65 die Punkte C-C¹ und D-D¹ in F i g. 8 angedeutet ist.

Die poröse Masse reicht über den Bereich28 nach Gemäß Fig. 9 paßt sich die Vorrichtung,4* genau

innen hinaus, damit sie eine Art von Napf bildet. Die dem Innenquerschnitt der oberen Öffnung 33 der

Öffnung, die durch den Rahmen 29 geschaffen wird Gießform L⁴ unter Belassung eines Zwischenraumes

von einigen Millimetern bis zu einem Zentimeter an. Die Außenfläche 34 der Vorrichtung Aⁱ ist also prismatisch mit abgerundeten Ecken. Die Kanäle 31 sind senkrecht zu den großen Flächen C-C¹, D-D¹ angeordnet. Die Länge dieser Kanäle beträgt 5 bis 10 cm. Ihr Querschnitt ist vorzugsweise kleiner als 1 cm².

Die oberen und unteren Flächen des Kanalnetzes besitzen konzentrische Bodenungleichheiten, wie aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich, und sie sind symmetrisch in bezug auf die beiden Symmetrieebenen X-X und Y-Y ausgebildet, wobei sich die Vorrichtung A* mit kleinem Abstand der oberen Öffnung der Gießform L⁴ anpaßt. Der Querschnitt der Vorrichtung/I⁴ ist so gewählt, daß einerseits eine obere offene ringförmige Vertiefung 35 entsteht, die eine Art Rinne von trapezartigem Querschnitt für die Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit darstellt, und daß andererseits auf der Unterseite nach außen hin eine äußere Schrägfläche 36, die nach oben hin divergiert, und eine zentrale trichterförmige Aushöhlung 37 vorhanden ist.

Die zweckmäßigerweise konstanten Querschnitt besitzenden Kanäle 31 sind mehr oder weniger in dem Teil des Kanalnetzes verstopft, der im Bereich der ringförmigen Aushöhlung 35 liegt, und zwar vorzugsweise an der Basis der Kanäle. Die Verstopfung wächst progressiv bis zur unteren Kante 38 (Fig. 10) und zwar von der Abschrägung 36 an, bis zu der durch die Linie 39 in der zentralen Aushöhlung 37 angedeuteten Höhe.

Die aus einem Kanalnetz bestehende Vorrichtung Λ⁴ kann entsprechend den Fig. 11 und 12 vorteilhafterweise aus Wellpappe hergestellt werden, die zusammengerollt wird. Dabei wird auf einen glatten Streifen 41 ein gewellter Streifen 42 so aufgeklebt, daß die Wellenkanten sich mit dem glatten Streifen 41 verbinden.

Das Aufrollen des Wellpappenstreifens kann auf einer Drehspindel 43 erfolgen (F i g. 12), deren Querschnitt sehr dünn und länglich ist und dem Querschnitt der Gießform ähnelt, derart, daß der durch das Aufrollen erhaltene Block (Fig. 11) sich in die obere öffnung der Gießform mit Spiel einfügen läßt. Die die obere und untere Begrenzung bildenden Flächen 44 und 45 sind glatt, und der so hergestellte Block mit den zahllosen Kanälen 31 entspricht der Form nach Fig. 11 und 12. Man kann die Wellpappe auch nach Art einer Krone aufrollen.

Um dem Block die in den Fig. 8 bis 10 und 13, 14 dargestellte Form der Vorrichtung A^ zu geben, unterzieht man den in Fig. 11 dargestellten Block der folgenden Behandlung: Zuerst werden die Spiralwindungen in Kanallängsrichtung gegeneinander verschoben, wie deutlich aus Fig. 13 ersichtlich ist, so daß einerseits die Rinne 35 für die Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit sich herausbildet und andererseits im Mittelbereich die Aushöhlung 37 entsteht. Die Rinne 35 wird außen von der schrägen Fläche 36 und der unteren glatten Fläche 46 gebildet, die von den Rändern 38 und 48 begrenzt ist.

Nunmehr werden Nadeln 49 od. dgl. aus Stahl oder einem anderen widerstandsfähigen Material in den so deformierten Block eingestoßen, um ihn in der in Fig. 13 dargestellten erzwungenen Form zu halten.

Alsdann wird der Block in ein feuerfestmachendes Bad, vorzugsweise aus einer Natron-Wasserglas-Lösung bestehend, eingetaucht. Die Lösungen, die die besten Resultate ergeben, sind diejenigen, bei denen das Verhältnis von SiO₂: Na₂O zwischen 3 und 4 bei 38 bis 40° Be liegt. Die Intensität der feuerfesten Imprägnierung ist von der Dauer des Eintauchens abhängig.

Schließlich wird eine teilweise Verstopfung der Kanäle im Rinnenbereich dadurch bewirkt, daß der feuerfest imprägnierte Block in Richtung Kanalachsen etwas zusammengestaucht wird, und zwar derart (vgl. Fig. 14), daß die untere Fläche46 sich zur Fläche 50 umbildet. Um dieses Zusammenstauchen zu bewirken, derart, daß die neue Fläche 50 leicht in die Fläche der Aushöhlung 37 übergeht, wird der Block in eine Presse, deren Preßflächen genau der Blockform nach Fig. 13 angepaßt sind, indes mit der Maßgabe, daß im unteren Preßstempel die in Fig. 14 dargestellte Kontur vorgesehen ist, eingebracht und darin gepreßt.

Durch den dadurch erreichten Stauchvorgang im unteren Bereiche der Rinne 35 werden die unteren Enden der Kanäle 31 verklemmt, so daß die betreffenden Kanäle nach unten abgeschlossen sind. Falls erwünscht, kann diese Verstopfung der Kanäle vollständig oder unvollständig sein.

In den Fi g. 8 bis 10 ist auch ein Beispiel für eine Berieselungsvorrichtung 5⁴ dargestellt. Hierbei ist ein Satz Röhren für die Zuführung des Wassers oder der wäßrigen Lösung zur Vorrichtung A* vorgesehen. Die beiden parallelen Röhren 52 sind mit Hilfe von Buchsen 53 und Blockierschrauben 54 auf zwei Paar Füßen 55 in regulierbarer Stellung fixiert, die ihrerseits auf dem oberen Rand 56 der Gießform Z-⁴ ruhen.

Unter den Röhren 52 ist eine Ringröhre 57 angebracht, die so geformt und bemessen ist, daß sie über der endlosen Rinne 35 liegt. Eine weitere Längsleitung 58 ist über dem inneren Bereich 59 der Vorrichtung A* angeordnet. Jede der Röhren 57 und 58 sind mit zwei Klemmen 60, 61 od. dgl. und 62, 63 zur schnellen und leichten Verbindung mit zwei biegsamen Zuführungsröhren64 und 65 (vgl. Fig. 9) über Verteilerventile 66, 67 und ein gemeinsames Hauptventil 68 mit einer Zuführungsröhre 69 für Wasser oder wäßrige Lösung verbunden. Man kann so die Leitungen 57 und 58 entweder in Richtung der großen Achse der Gießform durch die Verbindungsstücke 61, 63, wie in Fig. 9 dargestellt, oder längs der kleinen Achse durch die Verbindungsstücke 60, 62 schalten, und zwar nach den jeweiligen Betriebsbedingungen.

Die Röhren 57 und 58 sind entlang ihrer unten liegenden Mantellinie mit Löchern 70 für den Austritt von Wasser oder anderer Flüssigkeit (vgl. Fig. 15 und 16) durchbohrt.

Die Arbeitsweise ist folgende: Die Vorrichtung Aⁱ wird auf die Schmelze /* von Stahl oder anderem geschmolzenem Metall sobald wie möglich nach dem Gießen aufgesetzt, z. B. im Zeitabstand von 6 Minuten, wenn Direktguß bewirkt wurde. Im Falle des Gespanngusses kann die Vorrichtung schon vorher aufgestellt werden.

In den Fig. 8, 10 und 14 ist der Zustand angenommen, daß die Schmelze /⁴ begonnen hat, sich in der Zone 71 zu verfestigen, wobei sich ein kleiner oberer peripherischer Wulst 72 ausbildet. Dazu ist aber zu bemerken, daß die Erstarrung sich mit einer mehr oder weniger abgerundeten Hohlkehle vollziehen kann.

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Da die Vorrichtung A⁴ feuerfest ist, insbesondere zufolge der Imprägnierung mit dem Natriumsilikat, widersteht sie weitestgehend der durch das flüssige Metall frei werdenden Hitze. Das Silikat wird in der Hitze weich, wodurch die Vorrichtung^⁴ leicht biegsam wird, was ihr ermöglicht, sich auf die Metallschmelze /⁴ gut anzulegen. Wenn das Metall unberuhigter Stahl ist, bremst die Vorrichtung^⁴ das Wallen, was den Stahl seinem Erstarrungspunkt näherbringt.

Vor allen Dingen hat die Vorrichtung A¹, die mit Wasser oder einer wäßrigen Lösung berieselt wird, den Zweck, die peripherische Erstarrung zu aktivieren, mit anderen Worten, die Erstarrung von der Pheripherie her gegen das Zentrum hin fortschreiten zu lassen, und zwar durch die Unterkühlung, die durch die Verdampfung des Wassers erzeugt wird.

Das Wasser wird zuerst durch das Ventil 67 und durch eines der Verbindungsstücke 61 oder 60 in die untere Leitung 57 eingelassen, die es durch ihre Löcher 70 in die Rinne 35 ableitet. Von dieser Rinne aus imprägniertem Karton tritt die Feuchtigkeit nach unten in die vertikalen Kanäle 31 ein. Dadurch wird die Flüssigkeit durch die von der Metallschmelze Z⁴ aufsteigende Hitze verdampft, wodurch Kälte erzeugt wird, die die peripherische Erstarrung des Barrens an der Oberfläche beschleunigt, während das Zentrum dieser Oberfläche von den warmen, die zentrale Aushöhlung 37 füllenden, aus der Schmelze entweichenden und gewissermaßen ein Polster bildenden Gasen vor der Abkühlung geschützt wird.

Die Gase können aus den Kanälen 31 im Mittenbereich 59 entweichen.

Zufolge der Verstopfung der Kanäle 31 im Bereich 50 zwischen den Linien 38 und 48 nimmt die Kälteeinwirkung von der Peripherie aus in Richtung Zentrum der Vorrichtung^⁴ ab. Dadurch wird es ermöglicht, die Erstarrungsverhältnisse völlig zu beherrschen: Der Barrenkopf erstarrt längs der in Fig. 14 angegebenen Linien73 und 74, und zwar fortschreitend zum Zentrum hin, während die Stärke des jeweils erstarrenden Bereichs in gleicher Richtung abnimmt, wobei das Erstarrungsfortschreiten anscheinend umgekehrt proportional zu dem der Verstopfung der Kanäle ist.

Sobald die Erstarrung bis etwa Linie 74 eingetreten ist, wird die öffnung 75 des Barrens auf den Teil beschränkt, der unterhalb des nicht zusammengedrückten Teiles 59 der Kanäle der Vorrichtung A* liegt. Es ist also leicht, im günstigen Augenblick durch Berieselung dieses Bereiches mit Hilfe des Rohres 58 den Stahl erstarren zu lassen, der versuchen würde, durch die Kanäle des Abschnittes 59 der Vorrichtung^⁴ aufzusteigen, wobei man die Gewißheit hat, daß zufolge der entsprechend den Linien 73, 74 erfolgten Erstarrung der obere peripherische Teil des Barrenkopfes das Herausspritzen von flüssigem Metall vermeidet.

Indem man die Verfestigung gegen das Zentrum der Oberfläche des Barrens hin orientiert, verhütet man jegliche Explosionsgefahr, denn der Abschnitt 59 der Vorrichtung^⁴, der für Gase vollkommen durchlässig geblieben ist, dient als eine Art von Sicherheitsventil bis zur endgültigen Schließung des Barrens, d. h. bis zur Beendigung der Gasbildung im Innern desselben.

Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Gase, die von dem schon verfestigten peripherischen Teil zufolge der peripherischen Transkristallisation entweichen, gezwungen sind, diesem erstarrten Teil zu folgen, was ihren Aufstieg zur Peripherie verzögert und ihre Konzentration in Richtung Barrenachse bedingt. Dadurch wird die Bildung eines Steges aus erstarrtem Metall gehindert, also die Verstopfung der zentralen Öffnung, und dies ist außergewöhnlich wichtig, denn dies gibt das Mittel, um rasch den Barren zu blockieren und die Abscheidungen der Elemente zu vermeiden, die, wie die Erfahrung gezeigt hat, durch das verzögerte Aufsteigen der Gase verstärkt werden.

Kurzum, wie auch immer die Fehler oder die Unterschiede im Verfahrensgang sein mögen, die erfindungsgemäße Vorrichtung bedingt automatisch einen sicheren Erfolg, indem das Wasser in den vertikalen Kanälen verdampft wird, die damit die Rolle eines Verdampfungsregulators und Verteilers des Berieselungswassers spielen.

Die untere, leicht nach oben konvergierende Fläche 50 ist vom Eisenhütten-Standpunkt aus günstig, insbesondere dann, wenn der Stahl starke Neigung zum Steigen zeigt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behändem eines Gießblokkes während seiner Erstarrung in einer Gießform, bei dem eine örtliche Abkühlung des Blockes durch Verdampfen eines Kühlmediums unter Einwirkung der Blockwärme hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel nach und nach auf den peripheren Abschnitt der oberen Fläche des Blockkopfes aufgebracht und dort belassen wird, ohne jedoch in direkte Berührung mit dem gegossenen Metall zu kommen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kühlmittel eine flüssige Lösung, z. B. wäßrige Lösung von Natronwasserglas oder neutralem Natriumkarbonat, oder das Kristallisations- bzw. Konstitutionswasser einer geeigneten Substanz, z. B. Borsäure oder Borax, verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdampfungsfähige Kühlmittel auf einem Träger deponiert, der ein offenes Gefäß für die Flüssigkeit od. dgl. bildet und mit dem man den Peripherieabschnitt der oberen Fläche des Blockes bedeckt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdampfungsfähige Mittel in der Mitte eines Trägers (A*, A⁵) deponiert, der sich adsorbieren kann, und mit dem man den Peripherieabschnitt der oberen Fläche des Blockes bedeckt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteerzeugung in Richtung zum Blockzentrum dadurch graduiert wird, indem man wenigstens eine der folgenden Daten ändert: die Dauer, Menge und den Zeitpunkt der Aufbringung sowie die Durchlässigkeit des Trägers.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus einem Träger (A¹, A² oder A³) besteht, der für die zu verdampfende Flüssigkeit ein Gefäß

in Form eines Ringes oder eines oben offenen Rahmens bildet und dessen Kontur der des Peripherieabschnittes der oberen Fläche des abzukühlenden Blockes entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- S kennzeichnet, daß der Träger (A⁴) aus einem Netz paralleler Röhren (31) besteht, die von einem Wändekomplex gebildet sind, der zumindest teilweise unbrennbar ist, wobei die Röhren senkrecht zu zwei parallelen und wenigstens teilweise flachen Flächen (C-C¹, D-D¹) stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Röhren (31) an den Stellen (50 und 51) in der Längsrichtung der genannten Kanäle zwecks Veränderung des Schnittes der genannten Kanäle und damit auch der Durchlässigkeit des Netzes zusammengestaucht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 173 849, 880 787;
britische Patentschrift Nr. 103 259.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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