DE1583574A1 - Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Metallbloecken und Halbfertigerzeugnissen - Google Patents

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Dr. Karl Th. Hegel _aooo Hamburg so

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Acieries Rituale, s de Burbach^Eich-Dudelange,

ABBED S. A.,
Luxembourg ( Luxemburg )»

Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Metallblöcken und Halbfertigerzeugnissen,

Für diese Patentanmeldung wird die Priorität aus der luxemburgischen Anmeldung Nr₀ 52 602 vom Ik₉ Dezember 1966 in Anspruch genommen«

Geschmolzene und flüssige Metalle werden nach ihrer Behandlung in einem Schmelzofen oder Konverter in Gießformen oder Kokillen aus Gußeisen, Graphit, Stahl oder Kupfer gegossen. Man läßt das Gußmetall wenigstens teilweise in diesen Gießformen erkalten, wobei Metallblöcke oder Halbfertigerzeugnisse entstehen Während des Abkühlens erstarrt das reinste Metall zuerst, wohingegen Verunreinigungen sich zur Mitte hin absetzen, zuletzt erstarren und Absonderungen oder Einschlüsse bilden, durch welche die Regelmäßigkeit der erhaltenen Gußstücke beeinträchtigt wird.

Die beim Erstarren des flüssigen Metalls auftretende Zunahme der spezifischen Dichte fjjhrt jg ie i c hi £ e i 1*1« zur Bildung von Hohlräumen,

insbesondere im oberen Teil der Gußstücke oder Halbfertigerzeug·· nisse.

Bei der Herstellung von entgasendem Stahl ist versucht worden, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß der entgasende Stahl in "flaschenförmig" ausgebildete Gießformen gegossen oder die Entgasung auf anderem We*ge durch Hilfsmittel verhindert wird« Durch eine solche Behandlung wird das Entstehen von Absonderungen und Hohlräumen jedoch nur teilweise verhindert und außerdem der Nachteil in Kauf genommen, daß die auf diese Weise hergestellten Gußstücke einen höheren Gasgehalt als die durch ununterbrochene Entgasung hergestellten Stähle aufweisen, und somit die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle gleichfalle beeinflußt werden»

Beim Gießen von beruhigtem Stahl ist es nach bekannten Verfahren üblich, den oberen Teil der Gußstücke durch Warmhauben zu erwärmen oder warmzuhalten. Eine solche Behandlung ist jedoch umständlich und begünstigt die Bildung von Absonderungen· Die Verfahren des kontinuierlichen Gießens und des Druckgießene können das Problem einer analytischen Heterogenität für sehr große Gußstücke teilweise " lösen, bedingen jedoch eine Heterogenität in der Mitte des Gußstückes, Aus diesem Grunde ist der Anwendungsb^ereich dieser Verfahren eng begrenzt·

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile auf eine besonders einfache und wirksame Weise zu vermeiden, um homogenere Metallblöcke und Halbfertigerzeugnisse mit weniger Absonderungen und Hohlräumen zu erhalten«

E-.,a Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während des Erstarrens des Gußmetalls ein oder mehrere Metallstücke in die Schmelze eingeführt oder eingetaucht werden, die

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ein genügend großes Gewicht haben, damit der von außen nach innen hin fortschreitenden Bretarrung dea Gußmetalls eine vom Inneren des Gußmetalls ausgehende und eich zur Außenseite des Metallblocks oder Halbfertigerzeugnisses hin ausbreitende Erstarrung überlagert wird. Es hat sich bei dem Verfahren der Erfindung gezeigt, daß Absonderungen und Hohlräume erheblich vermindert werden oder sogar vollständig versehwinden, wenn das oder die in die Schmelze eingeführten lie tall stücke groß genug gewählt sind· Auf diese Weise werden Uetallblöcke oder Halbfertigerzeugnisse erhalten, die gegenüber den nach bekannten Verfahren hergestellten deutlich regel- " mäßigere Eigenschaften aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders gut.auf das Gießen von entgasendem Stahl anwenden·

Die Masse des ketal1stückeβ oder der Metallstücke, welche in die erstarrende Schmelze eingeführt werden, ist von der Beschaffenheit des Gußmetalls und von dessen Temperatur abhängig. In manchen Fällen genügt das Einführen eines Metallstückes, dessen Gewicht 1 Gew„ % des Gußmetalls entspricht· In anderen Fällen ist eβ dagegen erforderlich, eis Metallstück einzuführen, dessen Gewicht bis ' su 40 Gew_# % des Gußmetalls ausmacht, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, d»h· eine von innen nach außen hin fortschreitende Erstarrung der entgegengesetzt gerichteten Erstarrung des Metal1-blockes oder Haibfertigerseugnisses zu.überlagern·

Das Verfahren nach der Erfindung hat weiterhin gezeigt, daß beim Gießen von entgasendem Stahl die Dicke der "Schale", welche die entgasenden Uetallblöcke normalerweise umgibt, als eine Funktion des oder der in die Schmelze eingeführten Metalletücke bestimmbar ist« Zur Erzielung einer dicken "Schale" muß die Masse des einge-

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führten Metallstückes auf ein Minimum reduziert sein, wohingegen eine maximale Masse eines oder mehrerer Metallstücke eingeführt werden muß, wenn der Metallblock eine sehr dünne "Schale" erhalten soll.

Eine andere Variationsmöglichkeit für die Schalendicke des ge-

gossenen entgasenden Metallblockes oder Halbfertigerzeugnisses ist

der durch die Abhängigkeit der Schalendicke von der Lage des oder/in das Innere des erstarrenden Metalls eingeführten Metallstückes oder Metallstücke gegeben« Zur Erzielung einer dicken "Schale¹¹ an einer oder mehreren Oberflächen und einer weniger dicken Schale an einer

anderen Oberfläche des Gußstückes, genügt es, den Abstand zwischen dem einen oder den mehreren Metallstücken einerseits und der Gieß» form andererseits zu vergrößern, um eine dicke "Schale" zu erhalten, und den Abstand zwischen Metallstück und Gießform an der oder an den Oberflächen zu verringern, die eine weniger dicke "Schale" aufweisen sollen·

Bas Einführen eines oder mehrerer Metallstücke in das flüssige Metall, um erfindungsgemäß der von der Außenseite des Metallblocke ausgehenden Erstarrung eine von dessem Inneren ausgehende Erstarrung " zu überlagern, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf verschiedene Weise erfolgen«

Beim Gießen von Metall in herkömmliche. Gießformen oder beim Druckgießen können ein oder mehrere Metallstücke vor Beginn des Gießvorganges, z.it. von Stahl, im Zentrum der Gießform angeordnet werden· Es ist jedoch gleichermaßen möglich, diese Metallstücke unmittelbar nach Beendigung des Gießvorganges oder einige Minuten später in das in aer Gießform befindliche flüssige Metall einzuführen« Beim kontinuierlichen Gießen von Stahl oder anderen Metallen ist es nach dem Verfahren der Erfindung insbesondere vorteilhaft,

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-das eine oder die mehreren Metallstücke kontinuierlich und mit dem kontinuierlichen Gießvorgang fortschreitend in die Gießform einzuführen·

Das Verfahren der Erfindung ist auf alle Metalle anwendbar, die dazu neigen, während ihres Erstarrens Absonderungen oder Hohlräume zu bilden« Es. ist jedoch insbesondere für die Erstarrung von flüssigem Stahl geeignet, wobei es ganz besondere Vorteile bietet»

Bas erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl zum normalen Gießen, das Gießen mit Zuführung der Schmelze von oben oder von unten, wie auch zum kontinuierlichen Gießen oder Druckgießen ver- A wenden.

Das Verfahren der Erfindung hat gezeigt, daß zur Erzielung des gewünschten Effektes in den meisten Fällen das Einführen eines einzigen Metallstückes ausreicht, daß es aber zum Gießen von sehr großen Metallblöcken, d.h. solchen, die mehr als 15 Tonnen wiegen, vorzuziehen ist, mehrere Metallstücke in das Gußmetall einzuführen.

Die Erfindung hat weiterhin gezeigt, daß das einzelne oder die mehreren, in das Gußmetall eingeführten Metallstücke, vorzugsweise eine Form aufweisen, die der Form des zu erhaltenden Gußstückes, d.h. i des Metallblockes oder des Halbfertigerzeugnisses angepaßt ist. Wenn beispielsweise ein Metallblock mit einem quadratischen Querschnitt gegossen werden soll, hat das verwendete Metallstück oder der Träger vorzugsweise einen quadratischen oder kreuzförmigen Querschnitt, während beim Gießen eines rechteckig ausgebildeten Metallblockes das Metallstück vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist, so daß z.l3, ein Metallblech von mehreren Millimetern oder Zentimetern Stärke verwendet werden kann.

Zum Gießen von Metallblöcken, die zur Herstellung von nahiloaen Rohren dienen, wird als Träger vorzugsweise ein Bohr oder ein

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Hohlkörper verwendet, dessen Form der Gießform angepaßt ist«

Eine zum Herstellen von manchen Erzeugnissen, insbesondere von flachen Erzeugnissen, besonders nützliche Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein oder mehrere Metallstücke vor oder während des Erstarrungsvorgangs der Schmelze in einer solchen Weise in diese eingeführt werden, daß die bei der Herstellung dieser Metallstücke angewendete Walzrichtung unter einem bestimmten Winkel zu der Walzrichtung steht, unter welcher der erstarrte Metallblock später gewalzt wird, damit der Kreuzungswinkel

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der Metallfasern in dem fertigen Erzeugnis vorzugsweise 90 beträgt. Wenn mehrere Metallstücke in die Schmelze eingeführt werden, ordnet man diese vorteilhafterweise in einer solchen Weise an, daß der Kreuzungswinkel der Metallfasern nicht nur wie bei Verwendung eines einzelnen Metallstücks 90 beträgt, sondern daß auch ein dazwischen liegender Winkel erhalten wird, wodurch die anisotropischen Eigenschaften des fertigen Erzeugnisses begrenzt werden.

Vor dem Einführen in das flüssige Metall werden die Mtallstücke oder das Metallstück vorzugsweise vorgewärmt, um Bißbildung in den zunächst erstarrenden Metallschichten zu verhindern« Eine solche Bißbildung in den ersten Metallschichten kann auch durch Verwendung eines gewellt ausgebildeten Bleches oder eines aus Stahldrähten oder -platten hergestellten Drahtnetzes verhindert werden«

Die zu verwendenden Metallstücke werden vor dem Einführen in ' das flüssige Metall vorzugsweise abgeätzt und/oder Sandstrahl-behandelt und/oder entfettet» Sie können auch mit einem Lack oder mit einem Zunderverhütungsmittel überzogen werden·

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht eine beträchtliche Verkürzung der Erstarrungsdauer des Metallblockes, wodurch wiederum

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die Zeit verringert wird, während welcher der Metallblock sowohl in der Gießform als auch im Tiefofen verbleibt« Dadurch wird die Produktionskapazität dieser Anlagen erheblich vergrößert. Bei der Anwendung des erfindungegemäßen Verfahrens auf das kontinuierliche Gießen ergibt sich eine beträchtliche Erhöhung der Gießgeschwindigkeit, wobei gleichzeitig das Risiko des Auftretens von Brüchen beim Ziehen des kontinuierlichen Gußstückes vermieden wird·

Noch bessere technologische Ergebnisse lassen sich erzfeien, wenn die in die Schneize vor oder während der Erstarrung eingeführten Uetallstücke aus einem Metall hergestellt sind, das bereits einmal oder sehrfach nach dem Verfahren der Erfindung behandelt worden ist.

Eine weitere Variation des erfindungsgemäßen Verfahrene besteht in der Verwendung von Metallstücken, die in die Schmelze eingeführt werden, deren Temperatur unterhalb der Erstarrungstemperatur des Gußmetalle liegt« Wenn ein oder mehrere Uetallstücke, die auch Träger genannt werden können, mit einer unterhalb der Erstarrungsteeperatur des Gußmetalls liegenden Temperatur in das Gußmetall eingeführt werden, erstarrt ein Teil des die verwendeten Metallstücke umgebenden flüssigen Metalle, wonach die mit dem Gußmetall beschich- f teten Träger aus dem Schnei»bad herausgehoben werden, um unterhalb der Erβtarrungstemperatur des Gußmetalls abgekühlt zu werden. Nach Aueführung dieser Abkühlung werden die Träger wieder in das Schmelzbad eingetaucht, um alt einem weiteren Überzug von erstarrtem Gußmetall beschichtet zu werden, dann wieder herausgezogen, abgekühlt und wieder eingetaucht und dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Erstarrung im ganzen nach dem Verfahren der Erfindung stattgefunden hat, d«h., daß zwei Srstarrungsvorgänge, die in verschiedenen Richtungen verlaufen, einander überlagert werden, indem eine vom

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Inneren des Gußmetalls ausgehende und sich zu dessen Außenseite hin ausbreitende Erstarrung der von außen nach innen hin fortschreitenden Erstarrung überlagert wird«

Eine solche Behandlung entsprechend der Erfindung kann so lange fortgesetzt werden, bis die Erstarrung der Schmelze beendet ist.. Eine beträchtliche Wirkung wird jedoch bereits dadurch erreicht, daß im Zentrum des Gußmetalls eine erstarrte Zone gebildet wird, die wenigstens 5 % des Gesamtquerschnittes des Metallblockes, bzw* des Halbfertigerzeugnisses darstellt«

w Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren nach der Erfindung in

vielen Fällen in der umgebenden Atmosphäre, d.h, in der Sauerstoffatmosphäre der Luft, durchführbar ist, daß es jedoch in den meisten Fällen vorzuziehen ist, das erfindungsgemäße Verfahren in einer neutralen oder in einer reduzierenden Atmosphäre durchzuführen. In anderen Fällen wiederum ist es auch vorteilhaft, die Behandlung im Vakuum oder unter Druck durchzuführen.

Um zu vermeiden, daß in der Schmelze vorhandene Einschlüsse oder die auf ihrer Oberfläche schwimmende Schlacke sich nicht an die in die Schmelze eingeführten Träger anhängen und an diesen erstarren. wird die Schmelze mit einer Schlackenschicht versehen, deren Erstarrungstemperatur unterhalb derjenigen des Gußmetalls liegt« Eine solche Schlacke kann die Aufgabe eines Reinigungsmittels übernehmen, durch welches die Einschlüsse gebunden werden, was dadurch begünstigt wird, daß die Schlacke wieder nach oben steigt, nachdem sie durch das Einführen der Träger in die Schmelze nach unten gezogen worden ist«

zwischenzeitliche Abkühlung der schrittweise auf den Trägern abgelagerten und erstarrten Schichten von Gußmetall kann durch Strahlung erfolgen. Sie kann auch dadurch ausgeführt werden, daß die

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Träger zwischen Kühlrohre gebracht werden, wenn sie zwischenzeitlich aus der Schmelze herausgehoben sind« Auf diese Weise ist es möglich, einen Großteil der bei der Erstarrung freiwerdenden Wärme in Dampf zu verwandeln. Die Abkühlung kann außerdem durch das Anblasen mit Gas, Dampf oder Flüssigkeiten beschleunigt werden, die auf das an dem Träger befindliche Metall gerichtet werden.

Das Verfahren der Erfindung gestattet außerdem, in die Schmelze Reaktions- oder Legierungsmittel, wie beispielsweise reinigende_ Schlacken, Aluminium, Vanadium, Bor, Chrom) Zirkon, Titan, Niobium usw. ... einzuführen, indem diese Mittel in pulverisierter Form ver- * mittels eines Gases eingeblasen oder durch Fliehkraft gegen die Träger oder das auf diesen abgelagerte Metall geschleudert werden und indem dieses Einblasen in dem Augenblick stattfindet, in welchem die Träger aus dem Schmelzbad gezogen oder in dieses eingeführt werden,

uie in das Schmelzbad einzuführenden Metallstücke können die gleiche Zusammensetzung wie das Gußmetall aufweisen. Ihre Zusammensetzung kann auch verschieden sein, um dem endgültigen Erzeugnis infolge des Auftretens von chemischen Reaktionen zwischen dem Guß- έ metall und dem eingeführten Metall besondere Eigenschaften zu.verleihen, wie im folgenden näher erläutert is.t.

Ein weiteres, wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, die durch das Einführen von Metallstücken in das flüssige Gußmetall be» wirkte und in der vorstehend ausgeführten Weise zur Verhinderung der Bildung von Absonderungen und Hohlräumen führenden Wirkung eine weitere Wirkung hinzuzufügen» die durch chemische Verbindungen ausgelöst wird, welche vorteilhafterweise durch Reaktionen zwischen den in das Schmelzbad eingeführten Metallträgern und dem Metall des Schmelzbades entstehen oder., ausgelöst, werden, wenn die Schmelze erstarrt.

BAD ORlQiNAL

Es ist bekannt, daß Metalle oder Legierungen, die z.B. Aluminium, Titan, Zirkon, Vanadium, Niobium, usw. enthalten, Stickstoff binden können, während andere Metalle wie z.B. Chrom, Titan, Zirkon, Niobium usw. in gleicher Weise auch Kohlenstoff binden können« Es ist bekannt, daß diese Metalle oder Legierungen eine Affinität zu Stickstoff und/oder Kohlenstoff aufweisen, so daß beim Walzen and bei der Wärmebehandlung vor oder nach dem Walzen eine Ionenwanderung von Stickstoff und/oder Kohlenstoff zu den Metallen oder Legierungen hin stattfinden kann, welche diese chemisch binden und folglich inb aktiv machen, z.B. im Hinblick auf die Alterung*

Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung dieser Erscheinung auf das Verfahren der Erfindung die Herstellung von Stählen mit besonderen Eigenschaften und mit einer Widerständsfähigkeit, z.B. gegenüber der Alterung, und mit bestimmbaren, Kohlenstoff-freien Zonen gestattet. Es hat sich weiter gezeigt, daß diese Wirkung dadurch erhalten werden kann, daß daß die in das flüssige Gußmetall eingeführten Metall» stücke, die vor oder während des Erstarrungsvorgangs eingeführt werden, in einer solchen Menge mit Elementen legiert werden, die . Stickstoff und/oder Kohlenstoff absorbieren können, daß ein Teil oder der ganze Stickstoffgehalt und ein Teil oder der ganze Kohlenstoffgehalt des um das Metallstück herum erstarrenden Gußmetalls auf das oder die.Metallstücke oder Träger übertragen wird, und dadurch die von diesem oder diesen Elementen befreiten Zonen besondere mechanische Eigenschaften erhalten»

Es hat sich außerdem gezeigt, daß diejenigen Zonen des Gußstückes, zu denen hid diese Ionenwanderung stattfindet, gleichermaßen besondere ächanisehe Eigenschaften erhalten. Diese, nach dem Verfahren der Erfindung hervorgerufene ₉ zusätzliche V<irkung_p kaum gegebenenfalls tlureh entsprechende Wärmebehandlungen verstärkt oder vervollständigt

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^werden· . . ■ 'BAD ORIGINAL

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Wie aus den verschiedenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens asu ersehen ist, unterscheidet sich dieses neuartige Verfahren vollkommen von der bekannten Herstellungsweise von Verbundstahl, welche darin besteht, ein Metall mit einer festgelegten. Zusammensetzung um ein anderes Metall mit einer anderen Zusammensetzung herum oder innerhalb von diesem zu gießen, und dazu bestimmt ist, die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der beiden unterschiedlichen Metalle miteinander zu verbinden« Ee ist in der Tat im Zusammenhang mit der Herstellung von Verbundstahl nie berichtet worden, daß dieses Gießverfahren eine Möglichkeit bietet, die Bildung von A

Absonderungen und Hohlräumen zu verringern« Darin ist auch der lirund dafür su sehen, daß die Herstellung von Verbundstahl keinen Eingang in die Massenherstellung von Stahl gefunden hat und eng auf die Herstellung von Stählen mit einerseits weichen und andererseits sehr viel härteren Eigenschatten, sowie auf die Herstellung von Überzügen aus nichtrostendem Stahl auf gewöhnlichen Stahl als Träger begrenzt geblieben ist«

Wenn auch die Ionenwanderung von beispielsweise Kohlenstoff bei der Herstellung von plattiertem Stahl beobachtet werden konnte, ist sie dort stets als Nachteil angesehen worden« Es sind außerdem bis jetst auch noch keine Untersuchungen angestellt worden, ob diese an und für sich bekannte Erscheinung für die Herstellung von nicht-alterndem Stahl oder dekarbonisiertem Stahl zu verwenden ist·

Es ist gleicherweise bekannt, einen entgasenden, d_eh, alternden Stahl durch gleichzeitiges Aufrollen eines Bandes von entgasendem Stahl und eines Bandes von axt Aluminium beruhigtem Stahl in einen nicht-alternden Stahl umzuwandeln, indem auf diese Weise einen Ionenwanderung des Stickstoffs von dem entgasenden Stahl zu dem beruhigten Stahl hin ermöglicht wird« Eine solche Behandlung ist jedoch ver-

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wickelt und führt andererseits nicht zu einer Verminderung der Absonderungen und Hohlräume in dem entgasenden Stahl, wohingegen das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Vorteile dieser beiden Verfahren in sich vereinigt und andererseits die sonst auftretenden Schwierigkeiten vollkommen vermeidet.

Im Nachstehenden werden einige Ausführungsbeispiele des Verfahrene nach der Erfindung, sowie zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben* In den Zeichnungen sind:

Fig»l und Fig,2 schematische Schaubilder einer Gießform und der Einrichtung "des Verfahrens.

Beispiel 1

Es soll ein Metallblock für die Herstellung von ^raht gegossen werden. Das Gießen des Metallblockes findet statt in einer Gießform, deren Abmessungen praktisch gleich 500 χ 500 mm bei einer Höhe von 2 m sind. In das Zentrum der Gießform wird ein ^ohblock eingebracht, der zuvor mit einem Sandstrahlgebläse gesäubert worden ist, aus entgasendem Stahl besteht und die Abmessungen 15 x 15 cn und eine Höhe von 1,70 m aufweist. Die Gießform wird durch Zuführen der Schmelze von oben oder von unten gefüllt, bis ein Pegelstand erreicht ist, der 5 cm oberhalb der überkante des Rohblockes liegt. Die Entgasungszeit des Gußstückes beträgt 8 Minuten, während sie für einen gleichzeitig zur Kontrolle gegossenen Rohling, bei dem sich im Zentrum der Gießform kein Rohblock befindet, 16 Minuten beträgt» r<.

Die Analyse des Fertigerzeugnisses zeigt, daß der mit dem Rohblock zusammen gegossene Metallblock über seine ganze Länge, d_th, über die ganze Länge des Drahtes, gleichbleibende mechanische und chemische Eigenschaften aufweist. Andererseits kennzeichnet sich der Kontroll ^ Rohling föf^ J^andensein von Absonderungen

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und Hohlräumen in einem solchen Ausmaß, daß 40 'ß> des oberen Teils des Kontroll - Rohlings als unbrauchbar weggeschnitten werden müssen, um Eigenschaften zu erzielen, die denen des um den Rohblock herum gegossenen Metellblocks vergleichbar sind»

Ss ist dabei darauf hinzuweisen, daß ein vergleichbares Ergebnis erhalten wird, wenn der Rohblock unmittelbar nach dem Füllen der Gießform in das flüssige Metall eingeführt wird, wobei natürlich

die Füllhöhe der Gießform so bemssen sein muß, daß das Volumen des Rohblockeß berücksichtigt ist.

Beispiel 2 ™

Es soll ein Metallblock gegossen werden, der für die Herstellung von Automatenstahl bestimmt ist« Die Abmessungen der Gießform sind praktisch 500 χ 500 mm bei einer Höhe von 2 m. In das Zentrum der Gießform wird ein Rohblock aus mit Aluminium beruhigtem Stahl eingesetzt, der zuvor mit einen Sandstrahlgebläse gesäubert worden ist und die Abmessungen 200 χ 200 mm bei einer Höhe von 1,70 m aufweist. Die Gießform wird durch Zuführen der Schmelze von oben oder von unten bis zu einem Pegelstand gefüllt, der 5 cm über der Oberkante des Rohblockes liegt« Als Gußmetall wird ein schwefelhaltiger oder i

bleihaltiger Stahl verwendet, der beispielsweise bis zu 0,230 /6 Schwefel enthält« Während des Gießvorganges wird in den einströmenden Metallstrom Sauerstoff eingeblasen, um während des Gießens eine Entgasung zu erhalten. Auf diese Weise läßt sich eine haltbare Oberfläche erzielen, die das Walzen erleichtert, 'vobei unterhalb dieser Oberfläche unmittelbar an diese angrenzend eine schweflige Absonderung entsteht, die über die ganze Länge des Metallblockes praktisch gleichbleibend ist und das Ausschneiden an den gewünschten Stellen erleichtert» Das fertige Erzeugnis weist mechanische Eigenschaften auf, die den durch bekannte Verfahren hergestellten Automatenstählen

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bei weitem überlegen sind· Dieser Stahl kann außerdem durch eine anschließende Wärmebehandlung oder durch Enthärten bei einer Temperatur von 730 ⁰C und einer Behandlungszeit von IO Stunden in einen nicht-alternden Stahl übergeführt werden.

Beispiel 3

Ein gegossener Metallblock, der für die Herstellung von Platten durch Kaltnachwalzen bestimmt ist, ergibt die folgende Analyse:

C O, 06 $

Mn 0,30 %

S 0, 018 %

P 0, 016 56

N 0, 0035 /*

Der Stahl hatte keine beruhigende Zugabe erhalten und ist demzufolge ein entgasender Stahl, Von diesem sollten Stahlbänder mit nicht-alternden Eigenschaften, die zum Tiefziehen geeignet sind, hergestellt werden« Es wurden flache Gießformen mit einem Querschnitt von 1 250 χ 6OO mm und einer Höhe von 2 m verwendet. Vor dem Gießen wurden in die liießformen Platten oder tfracjnen aus mit Aluminium beruhigten Stahl eingebracht, die zuvor mit einem Sandstrahlgebläse gereinigt und auf die Temperatur von 100 G vorgewärmt worden waren. Das Gewicht der verwendeten Platten beträgt hierbei 15 Gew» j£ des zu gießenden Metalls und der Aluminiumgehalt der Platten beträgt mindestens 0, 05 Ί» , damit später in der Fora von AlN die Absorption und Neutralisation des gesamten, im Gußmetall enthaltenen Stickstoffes möglich ist.

Nachdem das flüssige und entgasende Metall bis zu einer Höhe von wenigstens 3 cm über der oberen Oberfläche der Platte eingegossen worden ist, zeigt das Gußstück eine sehr starke Entgasung, die jedoch im Vergleich zu einem Gußstück, das keine Platte enthält, merklich

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abgekürzt ist«

Nach dem Warmwalzen, Kaltwalzen, dem Enthärten und Kaltnachwalzen wird ein Stahlband erhalten, dessen mechanische Eigenschaften über seine ganze Länge perfekt homogen sind und das von einer SSEOD - Qualität ist-» Ee hat darüber hinaus nicht-alternde Eigenschaften, weil während der verschiedenen Wärmebehandlungen, von denen in erster Linie das Enthärten zu nennen ist, der gesamte Stickstoffgehalt dee entgasenden Stahle durch das Aluminium absorbiert und neutralisiert worden ist, das durch die mit Aluminium beruhigte Stahlplatte eingeführt worden ist« '

Ein aus den gleichen Stahl gegossener Kontroll - Rohling, der genau die gleiche Walz- und Enthärtungsbehandlung erfahren' hat, besitst Alterungseigenschaften, wohingegen seine mechanischen Eigenschaften der SSEDD- Qualität entsprechen, jedoch lediglich in dem unteren Bereich von etwa 55 $ des gegossenen Metallblocke·

Beispiel 4

Ea wird ein Metallblock gegossen, der für die Herstellung von dünnen Blechen bestimmt ist, die insbesondere einen einzigen Emaillierungabelag erhalten sollen« Zur Herstellung wird ein entgasendes \ Metall verwendet, dessen Zusammensetzung derjenigen des für das Beispiel 2 verwendeten Metalls identisch ist. Entweder vor oder nach de» Gießvorgang wird in die Gießform, welche die Abmessungen 1 250 χ 600 η im Querschnitt und eine Höhe von 1 800 mm aufweist, eine Stahlplatte eingebracht, die 1 300 kg wiegt und 6 Ji Chrom enthält« Es kann auch eine Stahlplatte verwendet werden, die 2 500 kg wiegt und O₁ 6 % Titan enthält· Nach dem Warmwalzen, Kaltwalzen, dem Enthärten und de« Kai!nachwalzen wird ein Blech erhalten, das sich dadurch auszeichnet, daß es in der Metalloberfläche einen sehr niedrigen Kohlen-

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stoffgehalt zeigt, wobei der letztere zu dem in der Platte vorhandenen Chrom oder Titan diffundiert ist und mit diesen Metallen eine beständige Verbindung eingeht. Außerdem weist das auf diese Weise hergestellte Blech den Vorteil einer verhältnismäßig festen Struktur auf, verglichen mit Blechen, die durch ein Verfahren unter Verwendung von Gasen dekarbonisiert worden sind, bei dem die Dekarbonisierung nicht auf das Gebiet der Oberfläche des Bleches begrenzt ist. ·

Beispiel 5

Wie bei Beispiel 4 soll ein Metallblock hergestellt werden, der

^ für die Herstellung von dünnen Blechen für eine Emaillierung bestimmt

ist« Wie im vorhergehenden Beispiel wird in die Gießform ein Chromoder Titan-haltiger Stahl eingebracht. Statt des entgasenden Stahls wird jedoch ein mit Aluminium beruhigter Stahl gegossen« Von dem auf diese Weise erhalteneu Metallblock wird Metallblech hergestellt, das im Gebiet seiner Oberfläche einen äußerst niedrigen Kohlenstoffgehalt besitzt, so daß dieses Blech ganz besonders dazu geeignet ist, einen einzelnen Emailleüberzug zu erhalten. Außerdem hat dieses Blech ganz hervorragende Tiefzieheigenschaften, die auf den bell sonderen Aufbau unter Verwendung von Aluminium zurückzuführen sind·

Beispiel 6

Es wird eine Einrichtung zum kontinuierlichen Gießen verwendet,

die aus einem "U^H-förmig ausgebildeten Tundish mit zwei oder vier Düsen aufweist, durch welche das flüssige Metall in die Gießform gegossen werden kann. Vor Beginn des Gießvorganges wird an der Blindplatte, die ihrerseits an der Zieheinrichtung befestigt ist, ein Stahlblech oder ein Stahlband befestigt, dessen Stärke 10 - 20 $ des Querschnittes der Gießform entspricht. Dieses Blech oder Band besteht aus mit Aluminium beruhigtem Stahl, während das flüssige

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Gußmetall ein entgasender Stahl ist, der zuvor im Vakuum behandelt worden ist, um seine Entgasung abzuschwächen. Gleichzeitig mit dem Füllen der Gießform und mit gleicher Geschwindigkeit wird das Stahlband oder -blech von der Zieheinrichtung in einer solchen Weise ausgezogen, daß eine Platte erhalten wird, die in ihrem Zentrum das Band oder die Platte aus beruhigtem Stahl enthält,

iSs ist festgestellt worden, daß die Gießgeschwindigkeit um 50 % gesteigert werden kann, bei gleichzeitiger Vermeidung der Bildung von Hissen in der Abkühlungszone« Nach dem Warmwalzen, Kaltnachwalzen und Erhärten wird ein einwandfrei homogener, nicht-alternder Stahl mit ausgezeichneten Tiefzieheigenschaften erhalten« \

Beispiel 7 - Figur 1

Eine auf einer Grundplatte 2 befindliche Gießform 1 wird bis zum Pegelstand 3* mit Stahl gefüllt. Unmittelbar nach Beendigung des Gießvorganges wird Natriumfluorid auf den Stahl gebracht, wodurch eine auf dem flüssigen Metall schwimmende Schlackenschicht 4 entsteht.

Nach dem Gießen wird auf die Gießform das Gestell 5 aufgesetzt, welches einen pneumatischen Zylinder 6 trägt, in welchem der Kolben 7 mit der Kolbenstange 8 verschiebbar gelagert ist. An der " Kolbenstange 7 ist ein Metallträger 9 befestigt, der in diesem Beispiel aus einem durch ein Sandstrahlgebläse vorher gereinigten Stück Stahlblech besteht, das eine Stärke von 2 mm hat.

Nach diesen Vorbereitungen wird oberhalb des Kolbens 7 in den Zylinder 6 Druckluft eingelassen, so daß sich der Träger 9 nach unten in die Stellung 9*verschiebt, in welcher er in das in der Gießform befindliche Schmelzbad eingetaucht ist. Der Träger wird für 5 Sekunden innnerhalb des Schmelzbades belassen, dann wird unterhalb des Kolbens 7 Druckluft eingelassen, um den Träger zu heben, auf dem

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sich ein Belag von mehreren mm Stärke von erstarrtem Stahl gebildet hat* Der mit diesem Belag überzogene Träger wird bis auf eine Temperatur von 800 - 1 100 C abgekühlt, dann wird das Eintauchen und das erneute Herausziehen mit der zwischenzeitlichen Abkühlung so lange wiederholt, bis der Querschnitt des auf dem Träger 9 abgelagerten Metalls etwa 30 % des Innenquerschnittes der Gießform erreicht hat. Der Vorgang wird dann dadurch beendet, daß der Träger 9 ganz in die Gießform eingetaucht wird bis das darin befindliche Metall vollständig erstarrt ist.

Das aus diesem lletallblock gewalzte Erzeugnis ist stärker homogen und die Ausbeute des Walzvorganges ist erheblich größer«

Wenn das in die Gießform gegossene Metall entgasender Stahl ist, ist das fertige Metallerzeugnis weicher. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Reaktionen zwischen dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff vollständiger sind und durch zugeführten Luftsauerstoff aktiviert werden.

Beispiel 8 - Figur 2

Wenn bei der Behandlung von Metallen nach dem Verfahren der Erfindung eine unkontrollierbare Sauerstoffzufuhr von der Außenseite verhindert werden soll, wird das Gestell 5.durch eine geschlossene Form 5 ersetzt, die durch blatten 5' und eine Dichtung 12 gegenüber der Außenseite isoliert ist. Das Abkühlen des auf dem Träger 9 erstarrten Metalls erfolgt dann durch Rohrleitungen 10, die mit Kühlwasser beschickt werden, das dabei in Dampf überführbar ist· Das geschlossene Gehäuse 11 zwischen der Form 5 und der Gießform 1 kann mit einem reduzierenden, einem neutralen oder einem oxydierenden Gas gefüllt oder auch unter Vakuum oder unter Druck gesetzt werden, was von der Beschaffenheit des Gußmetalls abhängt. Beim Gießen von beruhigtem Stahl ist es vorzuziehen, das Heben und Senken des Trägers

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so lange fortzusetzen, bis das Metall praktisch vollständig erstarrt ist· In diesem Falle ist es nicht notwendig, Warmhauben zu verwenden, wie es im allgemeinen beim Gießen dieser Metallarten üblich ist.

Das von dem in der beschriebenen Weise behandelten Uetallblock erhaltene Metall ist nach dem Walzen vollkommen homogen. Es zeigt bessere mechanische Eigenschaften und gestattet eine höhere Ausbeute an Fertigerzeugnissen aus Gußmetall·

Beispiel 9

Wenn das Verfahren der Erfindung auf das kontinuierliche Gießen angewendet wird, besteht der Träger-9 aus einem aufgewickelten Draht oder Band« Der Draht oder das Band wird gleichzeitig und entsprechend dem Fortgang des kontinuierlichen Gießvorganges abgewickelt und in einem bestimmten Abstand in die Gießform eingeführt, der von der Gießgeschwindigkeit, bzw, von der Abkühlgeschwindigkeit abhängt, und anschließend in einem geringeren Abstand, analog dem Pilgerwalzvorgang, zur Abkühlung -herausgezogen, wodurch eine kontinuierliche innere Abkühlung erzielbar ist·

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. - üü -

   Patentansprüche :

   1» Verfahren zum Herstellen von Metallblöcken und Halbfertigfe erzeugnissen, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise oder vollständige Erstarren eines flüssigen Metalls (3) hei Vorhandensein eines oder mehrerer Metall stücke (9') erfolgt, die im Verlaufe eines vorgegebenen Gießverfahrens in das gegossene Metall eingeführt werden, so daß der von außen nach innen hin fortschreitenden Erstarrung des Gußmetalls eine vom Inneren des Gußmetalls ausgehende und sich zu dessen Außenseite hin ausbreitende Erstarrung überlagert wird, und die eingeführten Metallstücke dem erstarrten Metallblock oder Halbfertigerzeugnis besondere chemische und/oder physikalische Eigenschaften verleihen.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des oder der in die Schmelze eingeführten Metallstücke zwischen 1 bis 40 Gew, j£ des Gußmetalls beträgt«.

   3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der "Schale" des erstarrten Metallblockes oder Halbfertigerzeugnisses durch Veränderung des Gewichtes und/oder des Abstandes des oder der Metallstücke von den Wänden (l,2.) der Gießform bestimmbar ist.

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   4, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrungsgeschwindigkeit und der Erstarrungsverlauf durch Veränderung des Gewichtes und/oder des Einführungszeitpunktes des Metallstückes oder der mehreren Metallstücke in die Gießform vor . Beginn, während ode.r nach Beendigung des Gießvorganges bestimmbar sind« '-.·■■"

   5« Verfahren zum kontinuierlichen Gießen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Metallstücke kontinuierlich in die Gießform eingeführt werden,

   6» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften des erstarrten Erzeugnisses durch Veränderung der Anzahl und/oder der Form der eingeführten Metallstücke bestimmbar sind»

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einführen des oder der Metallstücke in die Gießform die Walzrichtung berücksichtigt wird, in welcher diese Metallstücke bei ihrer Herstellung gewalzt worden sind«

   8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Walzrichtung des oder der eingeführten Metallstücke in bezug auf die Walzrichtung des zu gießenden Metallblockes so angeordnet wird, daß das fertige Erzeugnis eine bestimmte Ausrichtung der Metallfaser» struktur besitzt, in welcher sich die Metallfasern kreuzen und vorzugsweise einen Kreuzungswinkel von 90 miteinander einschließen.

   9. Verfahren-nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der beiden Walzrichtungen zueinander so gewählt wird, daß die Metallfasern der fertigen Erzeugnisses einen Kreuzungswinkel zwischen 0 und 90 miteinander einschließen«

   009038/0300

   BAD OiS^

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   10» Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß jede Art von Rißbildung in dem erstarrenden Metallblock oder Halbfertigerzeugnis durch Vorwärmen des oder der verwendeten Metallstücke und/oder durch eine besondere Formgebung der Metallstücke vermieden wird,

   11· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schmelze ein gewelltes Blech oder ein Metallnetz eingeführt wird, das entweder aus Stahldraht oder, aus Stahlbändern besteht«

   12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekenn- ^ zeichnet, daß das oder die verwendeten Metallstücke vor ihrer Verwendung einer Reinigungsbehandlung und/oder einer Beschichtung unterworfen werden,

   13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metallstücke verwendet werden, die bereits einmal oder mehrfach nach dem Verfahren der Erfindung behandelt worden sind,

   14, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metallstücke verwendet werden, deren Zusammensetzung identisch ist mit der des Gußmetalls«

   ™ 15, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   Metallstücke verwendet werden, deren Zusammensetzung unterschiedlich ist zu der des Gußmetalls«

   16, Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Metallstücke besondere Elemente enthalten, die eines oder . mehrere der im Gußmetall enthaltenen Elemente binden können·

   17» Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die si.Ischen den Elementen auftretende Wirkung durch walzen und/oder durch eine Wärmebehandlung verstärkt wird«

   Ö0S838/0300

   : - ' BAD OrfC........

   18« Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wirkung durch einen Diffusionsvorgang gebildet wird, der von einer Neutralisation des in Gußmetall vorhandenen Kohlenstoffs und/ oder Stickstoffes begleitet ist.

   19· Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Denitrierung und/oder die Dekarbonisierung im wesentlichen auf die Oberfläche -von entgasendem Stahl begrenzt ist·

   20· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußmetall in wesentlichen aus entgasendem Stahl besteht»

   21« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ™

   das oder die Uetallstücke aua der Scheelze herausgezogen werden, nachdem sich auf diesen ein Belag aus Gußmetall gebildet hat, dieser Belag zur Erstarrung gebracht wird, und das Eintauchen und Herausziehen der Mttallitücke in der angegebenen Weise nacheinander mehrfach wiederholt wird, un auf den Oberflächen der Metallstücke die Erstarrung von flüssigem Gußmetall zu erzielen, und daß schließlich die Metalletücke ait den an ihnen erstarrten Metall in der Schmelze verbleiben, um die Erstarrung der vollständigen Schmelze um diese herum su bewirken« ' . λ

   22« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung in der oxydierenden Atmosphäre der Luft stattfindet«

   23· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung in einer neutralen oder in einer reduzierenden Atmosphäre stattfindet·

   24, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung unter Vakuum oder unter Druck stattfindet·

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   » 24 . -

   25« Verfahren nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Sehuielzbades durch Beifügen eines Schmelzmittels unmittelbar nach Beendigung des Gießens eine Schlackenschicht gebildet wird»

   26» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der mit Gußmetall überzogenen und aus dem Schmelzbad herausgezogenen Metallträger durch mit Wasser beschickte Kühlrohre beschleunigt wird«

   27· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die P in an und für sich bekannter Weise einem Schmelzbad beigegebenen Reaktionsmittel oder Legierungsmittel in pulverisiertem Zustand und vermittels eines Gases eingeblasen werden oder vermittels von Flieh*· kraft auf die mit Gußmetall beschichteten Metallträger aufgesprüht werden in dem Zeitpunkt^ an dem der oder die Metallträger aus dem Schmelzbad herausgezogen sind oder bevor sie in dieses eingetaucht werden«

   28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heben und Absenken der Metallträger vermittels von Preßluft oder %. von einem komprimierten Gas, oder durch mechanisch oder elektrisch betätigbare Vorrichtungen erfolgt«

   29« Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 28, gekennzeichnet durch einen auf die Gießform (l) aufsetzbaren Rahmen oder ein Gestell (5)· das einen pneumatisch betätigbaren Zylinder (6) trägt, in welchem ein Kolben (?) mit einer Kolbenstange (8) verschiebbar gelagert ist, wobei das oder die zu hebenden und zu senkenden Metallstücke (9) an der Kolbenstange befestigt sind, welche durch den Kolben verschiebbar ist.

   9S38/Ö300

   30« Einrichtung nach Anspruch 29_S gekennzeichnet durch ein Gestell (-5)» das durch Platten (5*) gegenüber der Außenseite isoliert ist, ein geschlossenes Gehäuse (ll) bildet, und durch eine Dichtung (12) gegenüber der Gießform abgedichtet ist, und durch wassergekühlte Kühlrohre (ίο) im Inneren des Gehäuses«

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