DE1483637A1

DE1483637A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von ueberhitzten Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1483637A1
Application number: DE19651483637
Authority: DE
Inventors: Troemel Dr Dipl-Ing Kristof
Original assignee: Schloemann AG
Current assignee: Schloemann AG
Priority date: 1965-03-09
Filing date: 1965-03-09
Publication date: 1969-09-25
Also published as: GB1131624A

Description

Schloemann Aktiengesellschaft, 4 Düsseldorf, Steinst»/13

Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von überhitzten Metallschmelzen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Giessen von überhitzten Metallschmelzen aus einem Giessbehälter in eine Giessform oder Kokille, wobei der Metallschmelze auf dem Wege zur Giessform Obeerhitzungswärme entzogen wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird die Metallschmelze zur Erzielung eines gleichmässigen und möglichst feinen Kornes im ganzen Querschnitt derart abgekühlt, dass es beim Einfliessen in die Kokille eine Temperatur von zum Beispiel 50°C oberhalb des Erstarrungspunktes der Schmelze besitzt, die bei einem Metall mit hohem Schmelzpunkt bis auf 150 bis 200°C oberhalb des Schmelzpunktes ausgedehnt werden kann. Es ist auch bekannt, den Gießstrahl vor seinem Eintritt in die Kokille mit einer Umhüllung zu versehen, in welcher sich eine Spule befindet, die es gestattet, die Metallschmelze durch Induktion oder durch Widerstandserhitzung derart aufzuheizen, dass dem Temperaturverlust entgegengewirkt wird.

Die erwähnten Maßnahmen der Temperaturführung der Schmelze vor dem Giessen sind durch die bestehenden Kenntnisse über

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die Zusammenhänge der Gxesstemperatur und der Qualität des Gusserzeugnisses wohl begründet. Insbesondere kommt es beim Überschreiten einer oberen Gxesstemperaturgrenze 'zum Auftreten von Längsrissen in dem erstarrten Werkstück oder Block, weil die Erstarrung bei vorgegebener Kühlleistung der Giessform oder Kokille im Verhältnis zum Wärmeinhalt der Schmelze und der nachgelieferten Wärme, die von der Giessgeschwindigkeit abhängt, zu langsam erfolgt. Die entstehende relativ dünne erstarrte Schicht schrumpft, hebt sich dabei von der Giessform oder der Kokille ab und kann dem auf ihr lastenden Flüssigkeitsdruck niöit standhalten, so dass sie reisst. Die untere Giesstemperaturgrenze ist unter anderem am Auftreten von sogenannten Mattschweissen an dem erstarrten Werkstück oder Block erkennbar, die dadurch entstehen, dass die Erstarrung im Verhältnis zu der nachgelieferten, von der Giessgeschwxndxgkeit abhängigen Wärme zu schnell erfolgt. Die nachfliessende Schmelze verbindet sich dabei nicht mehr mit dem schon erstarrten Anteil, so dass regelrechte Materialtrennungen auftreten können.

Unter gleichzeitiger Beachtung der vorstehend beschriebenen Beziehungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde-, die Giessleistung selbst zu erhöhen und damit die Wirtschaftlichkeit des jeweiligen Giessverfahrens zu verbessern. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Giessgeschwiriuigkeit oder die Kühlleistung einer die Metallschmelze abkühlenden Vorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Gießstrahles am Ende des Kühlvorganges mit der Maßgabe eingestellt wird, dass der Schmelze mindestens so viel Wärme entzogen wird, wie es dem Unterschied der Wärmeinhalte zwischen Giess- und Liquidus-Temperatur entspricht. Damit findet der eingentliche Giessvorgang nicht mehr bei einer oberhalb der Liquidus-Temperatur der Schmelze liegenden Temperatur statt, sonder-n nächstens bei der Liquidus-Temperatur. Durch die EinsieLlung der Temperatur des Gießstrahles am Ende des Kühlvorganges ist es dabei gewährleistet, dass die Schmelze stets noch, genügend flüssig in die Giessform eintritt. Durch diese Art

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der Temperatureinstellung gelingt es unter anderem auch, ein Anfrieren der Schmelze an der unmittelbar oberhalb der Kokille befindlichen Ausflussdüse zu verhindern, was wiederum im Interesse einer gleichmässigen Giessleistung von grosser Bedeutung ist.

Für die vorgeschlagene Einstellung der Temperatur ist es zweckmässig, wenn die Temperatur des Gießstrahles am Ende des Kühlvorganges gemessen und die Giessgeschwindigkeit bzw. die Kühlleistung von diesem Messwert gesteuert wird, In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgt die Kühlung zur Abführung der Oberhitzungstemperatur der Schmelze auf ihrem Wege vom Giessbehälter zur Giessform derart, dass sie die vorbestimmte Tempaatur erst in Nähe des Badspiegels in der Giessform oder Kokille erreicht. Dadurch wird mit Sicherheit der die Zuflussgeschwxndigkeit mitbestimmende Flüssigkeitsgrad der Schmelze so lange wie möglich beibehalten. Die Kühlung wird vorteilhaft an einem Gießstrahl vorgenommen, dessen Querschnitt, "wie an sich bekannt, um ein Vielfaches kleiner ist als der der Giessform oder Kokille. Die Abführung der überschüssigen Wärme am Gießstrahl ist infolge dessen geringen Querschnittes dabei besonders intensiv und dementsprechend auch gut regelbar. Die Giessgeschwindigkeit selbst lässt sich in bekannter VJeise durch einen über der zu vergiessenden Schmelze lastenden Gasdruck regeln. Die Möglichkeiten zur Einflussnahme auf die Temperatur am Ende des Giessvorganges lassen sich noch dadurch erweitern, dass der Gießstrahl eine möglichst grosse Oberfläche erhält. Eine derartige Bedingung ist dann erfüllt, wenn der Gießstrahl, abweichend vom runden Querschnitt, zum Beispiel einen elliptischen Querschnitt erhält.

Zur Vermeidung einer Oxydation der Schmelze folgt die Kühlung zweckmässig unter Luftabschluss.

Die Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung besteht im

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wesentlichen aus einer mit einem Kühlmantel versehenen, an sich bekannten Umhüllung für den Gießstrahl, die ihrerseits aus einem gegenüber der Schmelze beständigen Material mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist. Diese Umhüllung wird bis zum Badspiegel in der Giessform oder der Kokille geführt. Im Bereich des Badspiegels ist sie zweckmässig deckeiförmig ausgebildet, wobei sie den freien Querschnitt der Giessform oder Kokille nach aussen abschirmt. Dadurch wird eine ungleichmässige Erstarrung der Schmelze in der Kokille wirkungsvoll unterbunden. Damit auch der Badspiegel vor dem Sauerstoff der Luft geschützt ist, wird die deckeiförmige Verbreiterung der Umhüllung luftdicht mit der Kokillenwand abgeschlossen oder zwischen dem äusseren Bereich dieses Umhüllungsteiles und der Kokillenwand eine Schutzgasatmosphäre angelegt. Zur Messung der Temperatur im Bereich des Badspiegels wird in der Umhüllung ein Thermoelement in entsprechender Weise angeordnet.

Die Erfindung sei weiterhin schematisch anhand der Zeichnung veranschaulicht. Darin zeigt:

Fig. 1 die Abhängigkeit des Wärmeinhaltes einer Metallschmelze von seiner Temperatur t,

Fig. 2 eine als Kühlvorrichtung wirkende Umhüllung für den Gießstrahl und

Fig. 3 eine Ausführungsform entsprechen Fig. 2 mit einer abgeänderten Kühlvorrichtung.

Gemäss Fig. 1 verringert sich der Wärmeinhalt I einer Schmelze beim Abkühlen von seiner Temperatur T zunächst entsprechend dem Kurvenzug fl bis zum Schmelzpunkt S. Bei weiterer Wärmeableitung erniedrigt sich der Wärmeinhalt, während die Temperatur T konstant bleibt. Dabei wird der Schmelze die Wärmemenge Q_s entzogen. Höchstens bei dieser -Temperatur wird also erfindungsgemäss gearbeitet. Bei noch

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weiterer Abkühlung fällt der Wärmeinhalt entsprechend dem Kurvenzug fö. Die Schmelze erstarrt, zumeist unter Bildung von Kristallen, wobei die erstarrte Schicht umgekehrt zur Richtung der Wärmeableitung bis zu völligen Erstarrung des gegossenen Stückes anwächst. Ob die Erstarrung genau am Schmelzpunkt eintritt, hängt von einer ausreichenden Zahl von Kristallisationskeimen ab. Wenn deren Zahl nicht ausr reicht, bedarf es einer Akiivierungs- oder Keimbildungs- . energie, wobei die Schmelze sogar noch unter ihrer eigent« liehen Erstarrungstemperatur flüssig bleibt. Bei Legierungen, bei denen anstelle des beschriebenen Schmelzpunktes ein Schmelz- bzw. Erstarrungsbereich tritt, gilt der erfindungsgemässe Vorschlag sinngemäss.

In den Figuren 2 und 3 ist die als Kühlvorrichtung wirkende Umhüllung 1 an ihrem unteren Ende 3 entsprechend der Querschnittsform der Kokille deckeiförmig ausgebildet. Die Umhüllung besteht zweckmässig aus Graphit oder Silizium-Carbid oder anderen Materialien, die gegenüber der Schmelze beständig sind und auch die für die Kühlung erforderliche, ausreichende Wärmeleitfähigkeit besitzen. Der freie Querschnitt 4 der Umhüllung zur Führung der durch den Pfeil 5 veranschaulichten, aus dem nicht dargestellten Giessbehälter kommenden Schmelze ist zur ERzielung einer möglichst grossen Oberfläche zur wirkungsvollen Abführung der Wärme zweckmässigerweise rechteckig oder elliptisch ausgebildet. Die Umhüllung ist bei Fig.2 mit einem Kühlmantel 6 und bei Fig. 3 mit einer Kühlschlange 7 zur Abführung der Wärme umgeben. Das Kühlmittel tritt gemäss den Pfeilen 8 unten in den Kühlmantel 6 bzw. in die Kühlschlange 7 ein und gemäss den Pfeilen 9 oben aus. Dadurch arbeitet die Kühleinrichtung in bekannter Weise nach dem Gegensiromprinzip. Die Menge und Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels wird entsprechend der erfarierlichen Kühlleistung gesteuert. Die Giessgeschwindigkeit_; d.h. die Geschwindigkeit, mit der die Schmelze durch

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die als Kühlvorrichtung wirkende Umhüllung strömt, wird entsprechend der Kühlleistung und der erfaderliehen Füllgeschwindigkeit der Giessform oder Kokille durch bekannte Mittel geregelt oder mittels einer über der Schmelze im Giessbehälter erzeugten Druckes eingestellt. Die Dimensionierung der Umhüllung -muss auf die angestrebte Giessleistung abgestimmt sein, wobei die Umhüllung gegebenenfalls mehrere DurchgangsÖffnungen für die Schmelze in sich einschliesst. Kurz vor der Austrittsöffnung 10 der Umhüllung ist ein Thermoelement 11 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Temperatur der Schmelze fortlaufend gemessen und der Giessvorgang gesteuert werden. Durch die deckeiförmigen Abschluss 3 der Umhüllung wird eine Wärmeabstrahlung vom Badspiegel G im wesentlichen unterbunden.

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Claims

H83637 Patentansprüche

1. Verfahren zum Giessen von überhitzten Metallschmelzen aus einem Giessbehälter in eine Giessform oder Kokille, wobei der Metallschmelze auf dem Wege zur Giessform Oberhitzungswärme entzogen wird, dadurch gekennzeichnet} dass die Giessgeschwindigkeit oder die Kühlleistung einer Metallschmelze abkühlenden Vorrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur des Gießstrahles am Ende des Kühlvorganges mit der Maßgabe eingestellt wird, dass der Schmelze mindestens so viel Wärme entzogen wird, wie es dem Unterschied der Wärmeinhalte zwischen Giess- und Liquidus-Temperatur entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s dass die Temperatur des Gießstrahles am Ende des Kühlvorganges gemessen und die Giessgeschwindigkeit bzw. die Kühlleistung von diesem Meßwert gesteuert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kühlung zur Abführung der Überhitzungsvärme der Metallschmelze auf ihrem Wege zur Giessform oder Kokille derart geregelt wird, dass sie die vorbestimmte Temperatur erst in Nähe des Badspiepels in der Giessform oder Kokille erreicht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- zeioh.net _ dass die Kühlung an einem Gießstra-hl vorgenommen wird, dessen Querschnitt, wie an sich bekannt, um ein vielfaches kleiner ist als der der Giessform oder Kokille.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Giessfeschwindijkeit in an sich bekannter Weise durch über der zu vergiessenden Schmelze lastenden Gasdruck geregelt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet₃ dass der Gießstrahl eine möglichst grosse Oberfläche erhält,.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kühlvorgang unter Luftabschluss erfolgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine aus gegenüber der Schmelze beständigem Material mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit bestehende, mit einem Kühlmantel versehene, an sich bekannte Umhüllung für den Gießstrahl, die sich bis zum Badspiegel in der Giessform. oder Kokille erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet₃ dass die Umhüllung im Bereich des Badspiegels deckeiförmig ausgebildet ist derart, dass sie den freien Querschnitt der Giessform oder Kokille nach aussen abschirmt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass der deckeiförmig ausgebildete Teil der Umhüllung luftdicht mit der Kokillenwand abschliesst.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und9, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen dem äusseren Bereich des deckeiförmig ausgebildeten Teiles der Umhüllung und der Kokillenwand Mittel zur Herstellung einer Schutzgasatmosphäre vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekenn- zeichnetz dass im Bereich des Badspiegels ein Thermoelement in der Umhüllung angeordnet ist.

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