DE2203256A1

DE2203256A1 - Verfahren zur Herstellung von Barren aus Metall,insbesondere aus Aluminium

Info

Publication number: DE2203256A1
Application number: DE19722203256
Authority: DE
Inventors: Bryson Neil Burton
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1971-01-27
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1972-08-03
Also published as: NO140132B; NO140132C; IT946979B; NL7201096A; AT330387B; NL149398B; CS209837B2; FR2126189A1; DK136886C; GB1381166A; ATA57872A; ZA72444B; JPS548611B1; AU470900B2; ES399244A1; BE778509A; DD99522A5; AU3831872A; FR2126189B1; SE384639B

Description

Alcan Research and Development Limited Montreal / Quebec / Kanada

Verfahren zur Herstellung von Barren aus Metall, insbesondere

aus Aluminium

Die Erfindung bezieht sich auf ein direktes kontinuierliches Abschreckungs-Gießverfahren zur Herstellung von Barren aus Metall, insbesondere aus Aluminium mit Einschluß von Aluminiumlegierungen.

Bei der herkömmlichen Praxis erfolgt das kontinuierliche direkte Abschreckungsgießen eines Aluminiumbarrens in einer flachen, offenendigen, vertikalen Form, die an ihrem unteren Ende durch eine bewegbare Plattform oder ein Gespann verschlossen ist. Die Form ist von einem Mantel umgeben, durch welchen kontinuierlich Wasser zirkuliert wird,um eine äußere Abschreckung der Formwand zu erzielen. Das geschmolzene Alu-

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minium wird in die abgeschreckte Form gegossen. Dieses geschmolzene Metall verfestigt sich an der Peripherie der Form, während im Zentrum ein Pool des Metalls zurückbleibt. Die Plattform wird nach unten mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, bis sich ein Barren mit der gewünschten L?.^:nge gebildet hat.

Der Barren, der aus dem unteren Ende der Form austritt, hat eine verfestigte Haut, ist aber im Zentrum noch geschmolzen. Der Pool des geschmolzenen Aluminiums erstreckt sich nach unten in den Barren über einen gewissen Abstand unterhalb der Form und er besitzt einen progressiv abnehmenden Querschnitt.

Die Oberfläche des Barrens wird direkt durch Wasser unterhalb der Form abgeschreckt. Dieses direkte Abschrecken der Barrenoberfläche dient dazu, um den Peripherieteil des Barrens in festem Zustand zu halten und um die Verfestigung des Pools des geschmolzenen Metalls im Zentrum des Barrens zu fördern.

Bei einem herkömmlichen direkten Abschreckungsgießen wird von dem unteren Ende des Form-Kühlmantels ein Strom von Wasser auf die Barrenoberfläche unmittelbar unterhalb der Form in einer solchen Weise abgegeben, daß das Wasser mit einer erheblichen Kraft auf die Barrenoberfläche in einem großen Winkel hierzu aufprallt und nach unten über die Barrenoberfläche strömt. Somit wird die größte Geschwindigkeit der Abkühlung unmittelbar unterhalb des Formauslaßendes erzielt, d.h. bei einem Niveau, das oberhalb des Niveaus liegt, bei welchem der Barrenkern sich vollständig verfestigt.

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In dieser Gegend ist der Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Barren zu der Abkühlungsflüssigkeit typischerweise etwa 0,5 cal./cm /sec/ ⁰C und somit weit größer als der mittlere Wert des Koeffizienten des Wärmeübergangs von dem Barren zur Form (der üblicherweise etwa 0,05 cal./^cm /sec. / C beträgt). Er ist auch höher als der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten von Barren zu dem Kühlmittel bei einem beliebigen niedrigeren Niveau. Typischerweise ist die Dicke der verfestigten Barrenhülle unmittelbar unterhalb der Form weniger als ein Viertel der maximalen Horizontaldimension des Barrens.

Ein Problem, dem man insbesondere (aber nicht ausschließlich) beim Guß von zylindrischen Barren begegnet,ist die Neigung der Barren schwerwiegende Längs-MitteIrisse zu bilden, die als Ergebnis der Verfestigung und Abkühlung des Barrens entstehen. Bei der herkömmlichen Praxis erfordert die Vermeidung der Heißrißbildung es, daß die Tiefe des geschmolzenen Metallpools unterhalb der unteren Kante der Form nicht größer gehalten wird als die minimale Querdimension des Barrens und sogar sehr häufig auf weniger als zwei Drittel der minimalen Querdimension des Barrens.

Bei gegebenen Abkühlungsbedingungen, Barrendimensionen und Legierungszusammensetzungen bestimmt sich die Tiefe des Pools durch die Gießgeschwindigkeit. Da herkömmliche direkte Abschreckungsgießsysteme nicht dazu ausgelegt sind, um eine angemessene Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit zu gestatten, erfolgt die Regulierung der Tiefe des Pools durch eine Begrenzung der Abkühlungsgeschwindigkeit. Zur Vermeidung einer Heißrißbildung sind die Gießgeschwindigkeiten im allgemeinen auf 2,5 bis 17*5 cm/min. Je nach Legierungszusammensetzung und Barrengröße und -gestalt eingeschränkt.

Bisherige Anstrengungen,um die Heißrißbildung zu eliminieren,

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sind davon ausgegangen, daß die Heißrißbildung und die KaItrißbildung in der gleichen Weise vermieden werden könnte. Versuche,um die Kaltrißbildung zu verhindern,haben sich aber nicht als erfolgreich erwiesen ,um die Heißrißbildung zu verhindern. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Intensität des Abkühlens in der gesamten oder einem Teil der direkten Abschreckungskühlzone zu vermindern ,um eine Heißrißbildung zu verhindern. Dies ist auf der Theorie aufgebaut gewesen, daß die Heißrißbildung durch restliche Zugbeanspruchungen in dem gegossenen Barren bewirkt war. Es wurde angenommen, daß solche Beanspruchungen auf einen Minimalwert zurückgeführt werden würden, wenn die Barrenoberfläche bei einer höheren Temperatur als Normaltemperatür gehalten würde, um den Temperaturunterschied zwischen dem Barrenkern und der Oberfläche in der Gegend der Kernverfestigung zu vermindern. Zu diesem Zweck vorgeschlagene Maßnahmen waren z.B. die Verwendung eines Nebel-Sprays oder einer pulsierten Wasserzufuhr zu der Barrenoberfläche anstelle eines stetigen aufprallenden Stroms von Wasser. Alternativ ist auch schon die Entfernung des Abkühlungswassers von der Barrenoberfläche durch einen Abwischvorgang vorgeschlagen worden. Es wurde gefunden, daß diese Maßnahmen in keiner Weise eine Zunahme der Gießgeschwindigkeit ohne die Bildung von Rissen im Zentrum gestatten. In einigen Fällen scheinen reduzierte Abkühlungs- und Abwischmaßnahmen die Heißrißbildung sogar zu erhöhen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Barren aus Metall, insbesondere aus Aluminium durch ein direktes kontinuierliches Abschreckungs-Gießverfahren, bei welchem auf die äußere Oberfläche eines Barrens, wie er aus einer offenendigen Form austritt, ein Kühlmittel aufgebracht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf den Barren in einer ersten Zone, die sich vom Boden der Form bis zu einem Niveau, das an den Boden des Pools

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von geschmolzenem Metall in dem Barren angrenzt, ein Kühlmittel in einer solchen Weise aufbringt, daß Wärme mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit entfernt wird (wobei jedoch an der äußeren Oberfläche des Barrens eine feste Hülle aufrechterhalten wird), so daß das verfestigte Metall, das das Bodenende des Pools von geschmolzenem Metall umgibt, sich auf einer relativ hohen Temperatur befindet, und daß man in einer zweiten Zone, die sich von dem genannten Niveau nach unten erstreckt auf den Barren in einer solchen Weise weiteres Kühlmittel aufbringt, daß Wärme mit einer relativ hohen Geschwindigkeit entfernt wird, und in der Peripherie-Gegend, die die Basis des Pools von geschmolzenem Metall umgibt, bei welcher Metall im Kern des Barrens von dem flüssigen in den festen Zustand übergeht, eine rasche Abkühlung und Kontraktion des verfestigten Metalls bewirkt wird.

Bei dieser Verfahrensweise erfährt der Barren seine größte Abkühlungsintensität angrenzend an das Niveau, bei welchem der Kern vollkommen verfestigt wird. Dies steht im Gegensatz zu dem herkömmlichen Vorgehen, bei welchem der Barren seine größte Abkühlungsintensität unmittelbar nach dem Auslaßende der Form erfährt.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Kühlmittel der zweiten Zone bei einem Niveau aufgebracht, das um nicht mehr als einem Viertel der minimalen Querdimension des Barrens vom Niveau der vollständigen Verfestigung im Abstand angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Niveau der Aufbringung des Kühlmittels in der zweiten Zone etwa ein Sechstel der minimalen Querdimension vor dem Punkt der Verfestigung des Kerns angeordnet. Jedoch kann das Aufprallen des Kühlmittels in der zweiten Zone unterhalb des Niveaus der Verfestigung des Kerns sein, wenn das Kühlmittel vom

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Barren genügend rasch Wärme wegnimmt, so daß die gewünschte Abkühlungsgeschwindigkeit an einem Punkt der Kernverfestigung erhalten werden kann, der vor dem Niveau der Aufbringung des Kühlmittels liegt.

Die anfängliche Kühlung des Barens in der Form erfolgt in einer solchen Weise, daß (im Inneren der Form) ein mittlerer Koeffizient des Wärmeübergangs vom Barren zu der Form aufrechterhalten wird, der ausreichend ist, um eine dünne feste Hülle des Barrens am Auslaßende der Form zu bilden, welche eine Dicke aufweist, die angemessen ist, um den Reibungsbeanspruchungen zwischen der Form und dem Barren zu widerstehen. Der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Barren zu dem Kühlmittel in der ersten Zone ist vorzugsweise ein- bis sechsmal zu groß wie der mittlere Wärmeübergangskoeffizient in der Form und vorzugsweise mindestens zweimal so groß wie der mittlere Wärmeübergangskoeffizient in der Form. Der Wärmeübergangskoeffizient Barren zu Kühlmittel in der zweiten Zone ist mindestens eineinhalbmal (vorzugsweise mindestens 5-mal) so groß wie der mittlere Wärmeübergangskoeffizient in der ersten Zone.

Obgleich das Verfahren der Erfindung auf das Gießen einer breiten Vielzahl von Metallen anwendbar ist, v/erden doch besondere Vorteile beim Gießen von Aluminiumbarren erhalten, wobei die besonders schwerwiegenden Rißbildungsprobleme im Zentrum überwunden v/erden» die bislang bei der Herstellung von solchen Barren die Gießgeschwindigkeit begrenzt haben. Beim Gießen von Aluminiumbarren beträgt der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Metall zu der Form typischerweise etwa 0,05 cal./cm /sec/ ⁰C. Der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs von der Barrenoberflache zu

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dem flüssigen Kühlmittel in der ersten direkten Abschreckungs-Kühlzone liegt zwischen 0,1 und 0,2 Kalorien/cm /Sekunden/°C. Weiterhin beträgt der Koeffizient des Wärmeübergangs von der Barrenoberfläche zu dem flüssigen Kühlmittel in der zweiten Zone vorzugsweise mindestens 0,5 Kalorien/cm /Sekunden/°C.

Es wurde gefunden, daß die vorliegende Erfindung die Herstellung von gesunden, rißfreien Barren selbst bei solchen Gießvorgängen gestattet, bei welchen die Pooltiefe größer ist als die minimale Querdimension des gegossenen Barren. Somit überwindet die Erfindung die Beschränkung der Pooltiefe, die bislang als notwendig angesehen wurde, um eine Rissbildung im Zentrum zu vermeiden. Auf diese Weise gestattet das Verfahren der Erfindung die Verwendung von Giei3geschwindigkeiten, die weit über den herkömmlichen liegen.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Gießverfahren wurde gefunden, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Gießgeschwindigkeit eine größere Flexibilität des Betriebs gestattet. Wenn es gewünscht wird, die Gießgeschwindigkeit zu erhöhen oder zu vermindern, dann wird die zweite Kühlzone weiter oder näher an der Form gemäß der Veränderung der Pooltiefe angeordnet.

Es wird angenommen, daß die Rißbildung im heißen Zentrum der Barren bei den direkten Abschreckungs-Gießverfahren die Folge von überschüssigen Zugbeanspruchungen ist, die sich im Inneren des Barrens in der Gegend, bei welcher die Verfestigung des Kerns vollständig wird, ausbilden» Die Zugfestigkeit des Metalls ist an einem Miniraum innerhalb weniger Grade des Festpunkts. Daher ist unmittelbar nach der Verfestigung der Kern gegenüber Zugbeanspruchungen besonders empfind-lich . Es wird angenommen, daß die riß-

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bildenden Zugbeanspruchungen in der Gegend der Kernverfestigung am Boden des Pools durch eine überschüssige Ungleichheit zwischen den Abkühlungsgeschwindigkeiten (und daher den Kontraktionsgeschwindigkeiten) des Metalls im Barrenkern und des Metalls in der Peripherie an diesem Niveau gebildet werden. Das Kernmetall erfährt am Punkte der Verfestigung eine rasche Abkühlung und eine rasche Kontraktion. Wenn die Abkühlungs- und Kontraktionsgeschwindigkeiten des Peripherieteils des Barrens im gleichen Niveau im Vergleich zu den Abkühlungs- und Kontraktionsgeschwindigkeiten des Kern zu gering sind, dann erfolgt im Zentrum eine Rißbildung.

Bei der herkömmlichen Durchführung des direkten Abschrekkungsgießverfahrens, bei welchem die größte Abkühlungsgeschwindigkeit unmittelbar unterhalb des Auslaßendes der Form auftritt, wird die Temperatur des Peripherieteils des Barrens sehr rasch vermindert, wie dieser aus der Form austritt. Danach wird der Barren mit einer fortschreitend vermindernden Geschwindigkeit abgekühlt. Somit kann am Niveau der Kernverfestigung die Abkühlungsgeschwindigkeit der Barrenperipherie im Vergleich zu der Kernabkühlungsgeschwindigkeit sehr gering sein, und zwar insbesondere dann, wenn die Gießgeschwindigkeit erhöht wird, da eine Zunahme der Gießgeschwindigkeit das Niveau der Kernverfestigung fortschreitend weiter vom Niveau der größten Abkühlungsintensität verschiebt. Demgemäß würde die derzeitige Theorie darauf hinweisen (wie es tatsächlich der Fall ist), daß bei den herkömmlichen direkten Abschreckungsgießverfahren eine Zunahme der Gießgeschwindigkeit die Wahrscheinlichkeit einer Rißbildung im Zentrum steigert. Verminderte Abkühlungs- und Abwischtechniken vermindern die Ungleichheit zwischen der Abkühlungsgeschwindlg-

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keit im Kern des Barrens und in der Peripherie am Niveau der Kernverfestigung nicht. Diese Techniken können die Ungleichheit sogar noch verstärken.

Im Gegensatz dazu liegt bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Abkühlungsgeschwindigkeit des Peripherieteils des Barrens bei allen gegebenen Gießbedingungen und jeder gegebenen Gießgeschwindigkeit näheran der Abkühlungsgeschwindigkeit des Kernsam Niveau der vollständigen Verfestigung des Kerns als bei dem herkömmlichen Vorgehen. Aufgrund der relativ verminderten Abkühlungsintensität in der ersten direkten Abschreckungs-Kühlzone gemäß der vorliegenden Erfindung bleibt die Temperatur der Sarrenperipherie (im Vergleich zu dem herkömmlichen Vorgehen) relativ hoch, wenn der Barren sich an das Niveau der vollständigen Kernverfestigung annähert. Die hohe Peripherietemperatur des Barrens gestattet eine hohe Peripherie-Abkühlungsgeschwindigkeit am kritischen Niveau, da die Abkühlungsgeschwindigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen der Barrenperipherie und dem angewendeten Kühlmittel abhängt. Diese hohe Abkühlungsgeschwindigkeit wird sodann durch Aufbringung einer intensiven Kühlung -in der zweiten Zone erzielt.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine teilweise Querschnittsansicht einer Form einer Vorrichtung, die angeordnet ist,um eine begrenzte 'Abkühlung in der ersten Zone des Verfahrens der Erfindung zu ergeben,

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Pig. 3 eine ähnliche Ansicht einer Alternativform der Vorrichtung zur Erzielung einer direkten Abschreckungsabkühlung in der ersten Zone,

Fig. 4 ein Diagramm, in welchem die Temperatur von verschiedenen Punkten in dem Aluminium-Gießbarren gemäß der Erfindung als Punktion der Zeit aufgetragen ist, und

Fig. 5 ein der Fig. 4 ähnliches Diagramm, das die Temperatur von vergleichbaren Punkten in einem Aluminiumgießband nach der herkömmlichen Verfahrensweise zeigt,

Die Fig. 1 zeigt eine Form einer Vorrichtung für das erfindungsgemäße kontinuierliche Gießen von Aluminiumbarren. Diese Vorrichtung schließt eine ringförmige Form 10 ein, welcher geschmolzenes Aluminium zugeführt wird, um zu einem Barren 12 gegossen zu werden. Die Form 10 besitzt eine vertikale Innenwand 14, die eine Gießzone definiert und die die Querschnittsgestalt des gebildeten Barrens bestimmt. Im vor-1 iegenden Falle ist die Wand 14 zylindrisch um einen zylindrischen Barren herzustellen.

Ein Kühlmantel 15 umgibt die Wand 14. Diesem wird Kühlwasser durch ein Rohr 15b, das von einem Ventil 15c gesteuert wird, zugeführt.

In dem Mantel 15 ist ein ringförmiges Prallblech angeordnet, um den Wasserstrom im Mantel 15 auszurichten, um eine wirksame Kühlung der Formwand zu erzielen.

Am Beginn des GießVorgangswird das untere Ende der Form 14 durch ein Gespann oder eine Plattform 18 geschlossen.

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Die Plattform l8 wird von einem hydraulischen Kolben 20 getragen, der beim fortschreitenden Gießen des Barrens gesenkt wird.

Die Formvorrichtung ist so angeordnet, daß auf die Oberfläche des Barrens unmittelbar unterhalb der Gießzone ein Wasser-Spray gerichtet wird. Am Boden des Mantels 15 kann ein ringförmiger Schlitz 22 vorgesehen sein, der so angeordnet ist, daß er im wesentlichen gleichförmig um die Peripherie des Barrens Wasser auf die Oberfläche des austretenden Barrens richtet.

Geschmolzenes Aluminiummetall wird kontinuierlich der Form durch ein Tauchrohr 24 zugeführt, so daß in der Gießzone ein Pool von geschmolzenem Metall bei einem im wesentlichen konstanten Niveau aufrechterhalten wird, wenn der sich verfestigende Barren fortschreitend von der Form durch Sinken des Gespanns entnommen wird.

Während des kontinuierlichen Gießvorgangs verfestigt sich geschmolzenes Metall um die Peripherie der Formwand 14 in der Weise, wie es durch Wärmeübergang zu der von außen abgeschreckten Formoberfläche abgekühlt wird, so daß der vom unteren Ende der Form austretende Barren eine feste selbsttragende Hülle 25 besitzt, obgleich der Mittelteil oder der Kern 26 des austretenden Barrens noch geschmolzen ist und sich als geschmolzener Metallsumpf mit fortschreitend abnehmendem Querschnitt nach unten erstreckt. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß der austretende Barren sich unterstützt durch die Wirkung des durch den Schlitz zugeführten Kühlsprays,sich in Richtung auf sein Zentrum verfestigt, bis beim Niveau 27 der Kern des Barrens vollkommen fest wird.

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Die oben beschriebene Anordnung ist beim technischen, kontinuierlichen, direkten Abschreckungsgießen von Aluminiumbarren herkömmlich. Die wichtigen Merkmale der vorliegenden Erfindung bestehen in der zur Verfügungstellung von speziellen direkten Abschreckungs-Kühlbedingungen unterhalb der Form und insbesondere in der zur Verfügungstellung von zwei direkten Abschreckungs-Kühlregionen, die nacheinander von dem absteigenden Barren durchlaufen werden.

Die erste der gemäß der Erfindung zur Verfugung gestellten direkten Abschreckungskühlzonen erstirckt sich vom Auslaßende der Form über einen vorbestimmten Abstand. Sie wird in der Fig. 1 durch das Bezugszeichen 28 angegeben. In dieser Zone wird Wasser auf die Oberfläche des Barrens in einer solchen Weise gerichtet, daß ein mittlerer Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Barren zur Verfügung gestellt wird, der einen Wert hat, der dazu wirksam ist ,um die Barrenhülle 25 im festen Zustand zu halten, während der Kern 26 des Barrens durch die ganze erste Zone hindurch in geschmolzenem Zustand gehalten wird.

In der zweiten direkten Abschreckungskühlzone j50 wird auf die Barrenoberfläche in einer solchen Weise eine zweite Zuführung von Wasser gerichtet, daß ein Koeffizient des Wärmeübergangs von der Barrenoberfläche zu dem flüssigen Kühlmittel erhalten wird, der erheblich größer ist als der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs in der ersten Zone.

In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die Zuführung des flüssigen Kühlmittels in der ersten direkten Abschreckungszone 28 ein Wasserstrom, der auf die Barrenoberfläche von dem Kühlmantel I5 durch den Schlitz oder die Schlitze 22 ausgetragen wird. In einer herkömmlichen direkten Abschreckungsform

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für das vertikale Gießen ist der Schlitz 22 so angeordnet, daß der Spray gegen die Barrenoberfläche mit einem Winkel von JO bis 45° zu der Vertikalen gerichtet wird, so daß trotz einer Verdampfung ein erhebliches Volumen von Wasser im flüssigen Zustand in direkten Kontakt mit der Barrenoberfläche unmittelbar unterhalb der Barrenform kommt. Gemäß der Ausführungsform der Erfindung , die in Pig. I gezeigt wird, ist jedoch der Schlitz 22 so angeordnet, daß ein Wasserspray gegen den Barren mit einem Winkel von 5 bis 15, vorzugsweise etwa 10° zu der Vertikalen gerichtet wird. Auch das Volumen des Wasser ist im Vergleich zum herkömmlichen Vorgehen erheblich vermindert. So kann z.B. das Volumen des Wasser, das durch den Schlitz 22 ausgetragen wird, ungefähr halb so groß sein wie beim herkömmlichen Gie.ßen eines Barrens mit gegebener Größe.

Im Vergleich zu dem herkömmlichen Vorgehen vermindert der reduzierte Winkel und das reduzierte Volumen des,Wassersprajs von dem Schlitz 22 stark die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs von der Barrenoberfläche unmittelbar unter-* halb des Barrens und zwar insbesondere deswegen, weil sich bei dem verminderten Aufprall-winkel des Sprays an der Barrenoberfläche eine Wasserdampfschicht bildet, die den Kontakt der Oberfläche mit den Tröpfchen des Sprays verhindert. Beim horizontalen Gießen ( bei dem der Barren einen horizontalen Weg von der Form geht) neigt ein kleiner Aufprallwinkel dazu, die Kühlwirksamkeit zu erhöhen. Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung bei einem horizontalen Gießverfahren wird somit die Abkühlung in der ersten Zone in anderer Weise kontrolliert. Diese Alternativen sind in den Fig. 2 und 3 beschrieben.

Zur Erzielung der zweiten Abkühlungszone ist am unteren Ende der ersten Abkühlungszone 28 ein Wasserring J>2. angeordnet.

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Dem Wasserring 32 wird durch ein Einlaßrohr 34, das durch ein Ventil 35 gesteuert wird, Wasser zugeführt.

In der Innenwand des Wasserrings ist ein ringförmiger Schlitz 37 (oder eine ringförmige Anordnung von öffnungen), der den gesamten Barren umgibt, angeordnet, um einen Wasserstrom vom Ring auf die Barrenoberfläche zu richten. Der Schlitz 37 ist so angeordnet, daß das Wasser auf die Barrenoberfläche mit einem erheblich größeren Winkel als durch den Schlitz 22 gerichtet wird. So kann z.B. der Schlitz 37 so angeordnet sein, daß er das WsEBer auf die Barrenoberfläche mit einem Winkel von 30 bis 45° richtet. Darüberhinaus ist das Volumen des Wassers, das durch den Schlitz 37 gerichtet wird, erheblich größer als desjenigen, das durch den Schlitz 22 ausgetragen wird. Das Volumen ist ungefähr dem Volumen des Wassers gleich, das üblicherweise auf die Barrenoberfläche am unteren Ende einer herkömmlich betriebenen Form beim direkten Abschreckungsgießverfahren gerichtet wird. Aufgrund der Tatsache, daß Wasser aus dem Ring 32 auf die Barrenoberfläche mit einem größeren Volumen und mit einem größeren Winkel als durch den Schlitz ausgetragen wird, erfolgt eine erheblich größere Geschwindigkeit des Wärmeübergangs von der Barrenoberfläche zu dem aufgebrachten Kühlmittel als in der ersten Zone 28.

Die Abkühlungsbedingungen, die in den Zonen ausgebildet werden, die nacheinander von dem abwärtslaufenden Barren durchlaufen werden, stellen besonders wichtige Merkmale dieser Erfindung dar. Ein anfängliches Abkühlen des geschmolzenen Metalls erfolgt im Inneren der Form. Dieses reicht aus, um eine dünne feste Barrenhülle mit einer Dicke herzustellen, die ausreichend ist, um den Reibungsbeanspruchungen zwischen der Form und dem Barren zu widerstehen. Bei dem Verfahren der Erfindung können

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z.B. die Kühlbedingungen in der Form einen mittleren Koeffizienten des Wärmeübergangs von dem Aluminium zu der Form von etwa 0,05 Kalorien/cm /Sekunden/°C ergeben.

Der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Barren zu dem Kühlmittel-Medium in der Zone 28 wird (durch geeignete Kontrolle des Volumens und/oder der Zuführungsweise des Kühlmittel-Mediums) auf dem etwa ein-bis sechsfachen Wert des mittleren Koeffizienten des Wärmeübergangs in der Form gehalten. Dieser Koeffizient wird vorzugsweise auf mindestens den doppelten Wert des mittleren Koeffizienten des Wärmeübergangs in der Form gehalten. Beim Gießen von Aluminiumbarren beträgt .er vorzugsweise 0,1 bis 0,2 Kalorien/cm /Sekunden/°C. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, ist die in der ersten Zone erhaltene Kühlintensität so bemessen, daß die Barrenhülle 25 im festen Zustand gehalten vird, während sie bei einer relativ hohen Temperatur belassen wird.

In der zweiten direkten Abschreckungskühlzone 50 wird der Koeffizient des Wärmeübergangs von der Barrenoberfläche zu dem flüssigen Kühlmittel mindestens auf dem eineinhälbfachen Wert des mittleren Koeffizienten des Wärmeübergangs in der ersten Zone 28 gehalten. Dieser Koeffizient ist vorzugsweise mindestens fünfmal so groß wie der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs in der ersten Zone. Vorzugsweise ist der Koeffizient des Wärmeübergangs von der Barrenoberfläche zu dem flüssigen Kühlmittel in der zweiten Zone JO mindestens etwa 0,5 Kalorien/cm /Sekunden/°C, d.h. mindestens gleich oder größer als der Wärmeübergangskoeffizient Barren zu Kühlmittel der unmittelbar unterhalb der Form beim herkömmlich! Betrieb eines direkten Abschreckungsgießens von Aluminiumbarren vorgesehen ist.

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Bän Verfahren der Erfindung ist die zweite direkte Abschrekkungskühlzone 350 angrenzend an das Niveau 27 angeordnet, an welchem der Kern des fortschreitenden Barrens vollständig verfestigt wird. Das Wasser aus dem Schlitz J57 prallt vorzugsweise auf die Oberfläche des absteigenden Barrens an einem Niveau auf, das oberhalb des Niveaus des Bodens des Sumpfs 27 um einen Abstand angeordnet ist, der etwa einem Sechstel der minimalen Querdimension (in diesem Fall des Durchmessers) des Barrens gleich ist.

Das Niveau des Aufprallens des Kühlmittels in der zweiten Zone^auf die Barrenoberfläche sollte vom Boden des geschmolzenen Metallsumpfs durch einen Abstand getrennt sein, der nicht mehr als etwa einem Viertel der minimalen Querdimension des Barrens gleich ist. Dieses Niveau sollte vorzugsweise oberhalb des Bodens des Sumpfes sein. Der Barren begegnet einer abrupten Zunahme der Abkühlungsintensi tat beim Austreten von der ersten Kühlzone 28 in die zweite Kühlzone J50 bei oder nahe dem Niveau, bei welchem der Kern vollständig fest wird.

Für einen Barren von.gegebenen Dimensionen und von gegebener Zusammensetzung hängt die Ttfe des geschmolzenen Sumpfs 26 unterhalb der Form von den Abkühlungsbeaingungen und von der Bewegungsgeochwindigkeit des Barrens ab. Aufgrund der verminderten Abkühlungsintensität in der ersten Zone 28 ist die Tiefe des Sumpfes für jede gegebene Gießgeschwindigkeit bei dem Verfahren der Erfindung größer als bei dem herkömmlichen direkten Abschreckungsgießen. Die Gießgeschwindigkeit kann bei dem Verfahren der Erfindung auch größer sein als es bislang möglich war, wodurch eine weitere Zunahme der Tiefe des Sumpfes erzielt wird.

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In der Anordnung der Pig. 1 ist der Wasserring 32 angrenzend an das Niveau angeordnet, bei welchem der Kern vollständig fest wird, wie es bereits erläutert wurde. Aus den vo-rstehenden Erläuterungen wird ersichtlich, daß diese Position des Wasserrings sich unter anderem durch die Gießgeschwindigkeit bestimmt. Bei einer Zunahme der Gießgeschwindigkeit wird der Wasserring weiter unterhalb der Form angeordnet, so daß die gewünschte Beziehung zwischen der zweiten Abkühlungszone und dem unteren Ende des Sumpfes (Niveau 27) aufrechterhalten wird.

Die Erfindung gestattet die Herstellung von rißfreien Barren bei Gießgeschwindigkeiten , die größer sind als sie beim bisherigen Vorgehen erzielbar waren. Dieser Vorteil wurde auf die Tatsache zurückgeführt, daß das Verfahren der Erfindung eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit an der Oberfläche des Barrens am Niveau der Kernverfestigung ergibt. Die hohe Oberflächenabkühlungsgeschwindigkeit an einem solchen Wert ist das Ergebnis einer hohen Intensität der Aufbringung des Kühlmittels in der zweiten Abkühlungszone kombiniert mit einer verhältnismäßig hohen Oberflächentemperatur des Barrens, die von einer geringen Intensität der Kühlmittelaufbringung in der ersten Zone herrührt. Die Zur-Verfügungstellung einer hohen Oberflächenabkühlungsgeschwiridigkeit am Niveau der Kernverfestigung vermindert die Differenz der Kontraktionsgeschwindigkeiten zwischen dem Kern und der Barrenperipherie an einem solchen Niveau. Dadurch werden die Zugbeanspruchungen zwischen dem Kern und der Peripherie, die in den direkten Abschreckungsgegossenen-Alumiriiumbarren eine Rißbildung im Zentrum hervorrufen, auf einen Minimalwert zurückgeführt. Insbesondere ist die Gieß-geschwindigkeit bei dem Verfahren der Erfindung nicht durch herkömmliche Erfordernisse zur Vermeidung der Rißbildung im Zentrum, daß die Sumpftiefe unterhalb des Auslaßendes der Form nicht größer ist als die minimale Querdimension des Barrens begrenzt.

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Während das beschriebene Vorgehen ein bequemer Weg, um eine relativ niedrige Kühlintensität in der ersten Abkühlungszone zu erzielen, ist, kann das gleiche Ergebnis auch erhalten werden, indem man Wasser in Form eines Nebelsprays,bestehend aus Wassertröpfchen in Luft, auf die Barrenoberfläche unmittelbar unterhalb der Form aufbringt» um das Kühlen in der ersten Zone zu bewirken. Alternativ kann auch ein pulsierender (d.h. intermittierender ) Strom von Wasser auf die Barrenoberfläche am Bodenrand der Form gerichtet v/erden.

Die Fig. 2 zeigt eine Alternativform einer Formkonstruktion, die angeordnet ist, um bei dem Verfahren der Erfindung eine erste Abkühlungszone mit niedriger Intensität zu ergeben. Diese Vorrichtung schließt eine Form 4o mit einem Wassermantel 42 zur Abschreckung der Formwand ein.

Ein ringförmiges Prallblech 44 im Mantel 42 richtet Wasser durch einen eingeschränkten ringförmigen Raum 45, um die gewünschte Abschreckung der Form zu bewirken. An seinem unteren Ende eröffnet sich der Raum 45 in eine ringförmige Kammer 46, in welcher ein Ring 48 angeordnet ist, unter dem sich eine zweite ringförmige Kammer 50 befindet. Der Hauptteil des Wasser, das in die Kammer 46 eintritt, wird durch eine Vielzahl von Auslaßdurchtritten 52 ausgetragen. Ein geringerer Teil des Wasser in der Kammer 46 tritt jedoch in eine zweite Kammer 50 durch eine Vielzahl von Löchern 54 in dem Ring 48 ein. Die Löcher 5 4 sind wesentlich kleiner im Durchmesser als die Auslaßdurchtritte 52. Wasser von der Kammer 50 wird in Form von feinen Tröpfchen gegen den Barren,der aus der Form austritt, durch einen ringförmigen Schlitz 56 (oder eine ringförmige Anordnung von Schlitzen oder Öffnungen) in Form von feinen Tröpfchen ausgetragen. Direkt unterhalb der Kammer 50 ist ein Luftverteiler 58 angeordnet, der damit durch eine Vielzahl von Löchern 60 mit gleichem Durchmesser wie die Löcher

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5¹I und damit im Register angeordnet verbunden ist. Luft unter Druck tritt in den Verteiler durch die Kanäle 61 ein. und sie strömt durch die Löcher 60 nach oben in die Kammer 50. Diese Luft vermischt sich dem Wasser in der Kammer 50 und das Luftwassergemisch wird durch den Schlitz 56 als Nebel von feinen Wassertröpfchen in dem Luftstrom ausgetrieben. Ein Teil dieser Tröpfchen wird durch die Wärme des Barrens verdampft, wodurch um den Barren herum eine Schicht von Wasserdampf zur Verfügung gestellt wird, welche bewirkt, daß der Barren mit einer niedrigeren Geschwindigkeit abgekühlt wird, als wenn er einem stetigen Strom von flüssigem Wasser, das auf die Barrenoberfläche auftritt, ausgesetzt wird. Die Abkühlungsintensität kann ohne weiteres kontrolliert werden, indem die Luftzuführung, zu dem Verteiler 58 eingestellt wird.

Bei einem Beispiel der Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. hatte die Form eine Tiefe von 12, 6 cm, um Aluminiumbarren mit einem Durchmesser von I5, 2 cm zu gießen. Die Radialdimension des Raums 45 betrug 3 mm. Sechs Wasserauslaßdurchtritte 52 und Lufteinlaßdurchtritte 61 waren gleichmäßig um die Form im Abstand angeordnet. Die Löcher 5^ und 60 jeweils mit einem Durchmesser von 1,5 nun waren um die Peripherie der Form im Abstand von 6 mm angeordnet. Der ringförmige Schlitz 56 hatte eine Breite von 0,75 bis 1,5 mm.

Ein Vorteil des Systems der Fig, 2 besteht in der Leichtigkeit, mit welcher die Abkuhlungsbedingungen über einen weiten Bereich von Abkühlungsintensitäten variiert werden können, selbst wenn ein Gießverfahren im Betrieb ist. Dies geschieht durch Einstellung der Luftzuführung zu dem Verteiler, welcher das Luftzu-Wasserverhältnis verändert.

Eine weitere alternative Anordnung , um bei dem Verfahren der

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Erfindung eine erste Abkühlungszone zur Verfügung zu stellen, ist in Flg. 3 gezeigt. Diese Anordnung ist so eingestellt, daß eine pulsierte Austragung von Wasser von dem unteren Ende der Form auf die Oberflache des austretenden Barrens erzielt wird. Die Vorrichtung der Fig. 3 umfaßt eine ringförmige Formwand 64 und einen Kühlmantel 66, Wasser wird durch ein Prallblech 68 durch einen ringförmigen Raum 70 , der die äußere Oberfläche der Formwandung gibt, gerichtet. Der Raum 70 hat am unteren Ende einen eingegrenzten Auslaß 7k. Wasser, das von dem Auslaß 74 austritt, folgt normalerweise der nach außen gekrümmten Wandoberfläche, so daß es in eine Richtung ausgetragen wird, die von der Oberfläche des Barrens 12 weg ist.

Gerade unterhalb des Auslasses 74 ist eine Schulter 78 gebildet. Ein weiterer kurzer vertikaler Teil 8o erstreckt sich nach unten von der Schulter 78. Unterhalb dem Oberflächenteil 80 neigt sich die äußere Oberfläche der Form nach unten und nach innen in Richtung auf den Barren, wie es bei 81 angezeigt ist, zu dem unteren Ende der Form.

Es sind Einrichtungen vorgesehen, um den Strom des Wassers vom Oberflächenteil 75 zu der Oberfläche 8l abzulenken, welche das Wasser in Richtung auf die Barrenoberfläche richtet. Für diesen Zweck ist eine ringförmige Kammer 83 mit horizontalen Löchern 84 vorgesehen, die sich an einem Niveau öffnen, das leicht unterhalb der Schulter 78 liegt. Diese Löcher sind klein, d.h. ihr Durchmesser ist z.B. 1,5 mm.

Wasser oder Luft wird der Kammer 83 durch eine Leitung 86, die durch ein Ventil 87 kontrolliert wird, zugeführt. Das Ventilj87 kann elektrisch betrieben und für sich durch eine Zeiteinrichtung 88 kontrolliert sein, um eine intermittierende

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Zuführung der Flüssigkeit in die Kammer 83 zu bewirken. Wenn das Ventil 87 geöffnet ist, dann strömt die Flüssigkeit durch die Löcher 84 und reagiert mit dem Hauptstrom des Wassers , der durch den Auslaß 74 austritt» in einer solchen Weise, daß der Hauptstrom des Wasser gegen die Oberfläche 81 abgelenkt wird. Nach dem Schließen .des Ventils 87 hört der erforderliche PlUssigkeitsstrom durch die Löcher 84 auf, und das Wasser strömt die Oberfläche 75 hinunter. Die durch die Schulter 78 gebildete Ausbuchtung wird durch kleine Durchtritte 90 zur Atmosphäre ventiliert, das gewährleistet wird, daS der Hauptwasserstrom nicht an der Oberfläche 8l (durch den sogenannten Coanda effect) anhaftend bleibt, nachdem die Ablenkungskraft des zweiten Flüssigkeitsstroms abgeschaltet ist. Die Zeltvorrichtung 88 kontrolliert die Dauer und die Frequenz der Aufbringung des Wasser auf die Barrenoberfläohe ₀

Als weiteres Beispiel für di« Erfindung kann die Gießform unmittelbar über einer Grube angeordnet sein, die mit Wasser gefüllt ist , durch welche der austretende Barren hinabsteigt, wobei die Grube und die Form so angeordnet sind^ daß der Barren in das Wasser eintritt* wie er aus der Form austritt. Die Wärme des Barrens verdampft Wasser, urn einen Mantel oder eine Schranke von Wasserdampf zu bilden, der den absteigenden Barren umgibt. Im Inneren der Grube und im Abstand unterhalb des Auslaßendes der Form angeordnet ist e±i Wasserring (ähnlich dem EIng Jj2 der FIg₀ 1) vorgesehen, der Wasserstrahlen gegen die Barrenoberfläche richtet„ Diese Strahlen durchdringen die Wasserdampfschranke # vm einen direkten Kontakt der Bsrrenoberfläohe mit dem flüssigen Wasser zu ergeben* Bei einer-soMien Anordnung ist die erste Abkühlungszone der Teil des Barrenweges zwischen dem Auslaß» ende der Form und dem Wasser-X'ing» In dieser Zone bewirkt die Wasserdampf schranke eine relativ sleclrige fCühlinfcensifcHt« Die zweite Abkühlungszone wird durch den Wasserring zur Yer-

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fügung gestellt, welcher eine Kühlung mit höherer Intensität bewirkt, in-dem ein Kontakt der Barrenoberfläche mit flüssigem Wasser bewirkt wird« Die Anordnung der Vorrichtung ist im wesentlichen wie in Fig. 1 gezeigt, mi':; der Ausnahme, ciaiB der Wasseraustragungssci)Iita 22 weggelassen wird, und daß der Raum , der den absteigender: Barren umgibt, und das Gesenk von Wasser anstelle von Luft umgeben Ist,

Bei den im Zusammenhang mit den PIg₁ 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsforuien der Erfindung wird die erste Abkühiungszone an einer einzigen Stelle angewendet. Für ein sehr schnelles Gießen mag es zweckmäßig seli^ d<?L Kühlmittel auf den Barren in einer ersten, direkten P■b^^u-e^kung^zone an verschiedenen vertikalen 3teilen eint·-Ix⁴Men zu laisen, um eine feste Barrenhli.il β aufreoh

Per Effekt des YerfaJizvi.·.!·.; der Ενί'ίηαχαν,-ί. zur Reduzierung der Ungleichheit der AbkübJ ungegeechwlnc'S-gkctten ζκ%sehen dem Kern and der Peripherie e.ute'i Barrens an der Stelle der Kern verfestlgung ist in den Fig. § und 5 gezeigt» f);l3se geben die Ternperaturon verschiedener Punkte, die i'n Abstand radial nach außen vom Kern eines Barrens angcordneü sind, als B'unktion der Zeit, des Auftretens aus einer Gießform an. Dabei handelt es sich un> Barren, die nach dem Verfahren der Erfindung und nach einen* herkömmlichen direkten Abkühlungsgießverfahren gegossen wiuMeii. Bei beiden Barren handelt es sieh um zylindrische Barron mit eines Durchmessei" von 15 cm, die aus einer Aluminium-legierung AA6()dJ (5er Aluminium Association gegossen worden waren« Die Crießgesohwindigkelt betrug 2J> cm je Minute. Die Barren temperature wurden durch Thermopaare geinassen., die In einer- guncinüanieri horizontalen Ebene in dem Barren ein^cnetzt waren, Sie waren i.D verschiedenen Abständen vom Kerr-'eingesetab.

BAD ORIGINAL

Die Pig. 4 und 5 zeigen Kurven Α., B, C, D und E mit den Temperaturen, die durch eingesetzte Thermopaare gemessen worden waren. Diese waren in einer gemeinsamen horizontalen Ebene an Abständen von ungefähr 19 mm, 25 mm, 38 mm , 50 mm und 75 mm von der äußeren Oberfläche des Barrens eingesetzt. Die Abkühlungsgeschwindigkeiten an diesen Stellen sind in den Fig. 4 und 5 für das Intervall miteinander in Vergleich gesetzt, während dem die Temperatur des Kerns des Barrens (Kurve E) von 650 auf 600°CJ abnimmt., d.h. des Temperaturbereichs gerade unterhalb der Temp ratur, bei welcher sich der Kern verfestigt.

Der Barren der Fig. 4 wurde gemäß der Erfindung gegossen, wobei die Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet wurde. Der Wasserring 32 war 75 mm unterhalb des Auslaßendes der Form angeordnet. Das Wasser trat aus dem Formschlitz mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 I je Minute und aus dem Wasserring mit einer Geschwindigkeit.von etwa I60 1 je Minute aus. Wie in Fig» 4 geseigt, betrug die Temperatur der Peripherie des Barrens geiasssen durch das äußerste Thermopaar (Kurve A) , wenn der Kern des Barrens (Kurve E) sich durch den Temperaturbereich von 65Ο bis 600 C abzukühlen begann,etwa 300⁰C. Die Temperatur, die durch das letztere Thermopaar gemessen wurde, nahm um 25° ab, während der Kern sich um 50° von 65Ο auf 600°C abkühlte. Somit betrug das Verhältnis der peripheren Abkühlungsgeschwindigkeit zu der Kernabkühlungsgeschwindigkeit während der letztgenannten Periode der Kern-abkühlung etwa 0,5·

Der durch Fig. 5 angegebene Barren wurde nach einem herkömmlichen Verfahren gegossen, wobei eine maximale

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Intensität des Abkühlens unmittelbar unterhalb der Form und erheblich oberhalb der Stelle der Kernverfestigung verwendet wurde. In diesem Fall , wenn der Kern sich durch den Temperaturbereich von 65O bis 6OO°C (Kurve E) abzukühlen begann, war die Peripherie des Barrens auf einer Temperatur unterhalb 25O⁰C (Kurve A in Fig. 5)· Während sich der Barrenkern von 65O auf 6OO°C abkühlte, kühlte sich die Barrenperipherie nur um 1O°C ab. Daher war in diesem Fall das Verhältnis der Barrenperipherie -Abkühlungsgeschwindigkeit zu der Kernabkühlungsgeschwindigkeit 0,2.

Die vorliegende Verfahrensweise verminderte erheblich die Ungleichheit der Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen dem Kern und der Peripherie eines Barrens an dem Niveau, bei welchem der Barrenkern gerade vollkommen fest geworden war und sich durch den Temperaturbereich von 65O bis 66O°C abkühlte. Der gemäß Fig. 5 herkömmlich gegossene Barren zeigte eine erhebliche Rißbildung im Zentrum, während der Barren der Fig. 4 , der gemäß der Erf indungybehandelt worden war, gesund und riß frei war."

Beispiel 1

Es wurde ein Barren mit einer Geschwindigkeit von 2J cm je Minute mit einem Wasserstrom durch den Formkühlmantel mit einer Geschwindigkeit von 90 1 je Minute und einer Wasserfließgeschwindigkeit von 68 χ je Minute durch den unterhalb der Form befindlichen Wasserring gegossen. Dieser Wasserring befand sich 7,5 cm unterhalb des unteren Endes der Form. Die Abkühlung in der ersten Zone erfolgte in-dem pulsierende Wasserströme (eine Sekunde an, zwei Sekunden aus) auf die Barrenoberfläche unmittelbar unterhalb der Forn~ gerichtet wurαei Es wurde festgestellt, daß der Barren ven einer Riß-

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bildung im Zentrum frei war, obgleich er einzelne Oberflächenrisse hatte.

Ein anderer Barren wurde nach der gleichen Verfahrensweise gegossen, mit der Ausnahme, daß die Abkühlung in der ersten Zone erfolgte, indem belüftetes Wasser (etwa 2;5 1 je Minute im Gemisch mit Luft) auf die Barrenoberfläche unmittelbar unterhalb der Form gerichtet wurde. Der V/asserring war 8, 8 cm unterhalb des unteren Endes der Form angeordnet. Der Halter der Barren war vollständig von Rissen frei.

Beispiel 2

In einer Form des Typs der Fig.. 1 wurde ein Barren mit einer Geschwindigkeit von 23 cm je Minute gegossen. Die Abkühlung in der ersten Zone erfolgte durch Austragung von Wasser aus der Form mit einer Geschwindigkeit von etwa JO 1 je Minute durch einen Schlitz, der so angeordnet war, daß Wasser auf die Barrenoberfläche mit einem Winkel von 10° gegenüber der Vertikalen gerichtet wurde. Der Wasserring, der die zweite Abkühlungszone ergab, war 10 cm unterhalb der Form angeordnet. Der Barren war vollständig von Rissen frei.

Ein weiterer rißfreier Barren wurde mit der gleichen Geschwindigkeit und der gleichen Vorrichtung gegossen., wobei der Wasserring 7*5 cm unterhalb der Form angeordnet war, und wobei Wasser mit einer Geschwindigkeit von 36 1 je Minute durch den Schlitz floß, um die Abkühlung in der ersten Zone zu ergeben. Das Wassej/strömte mit einer Geschwindigkeit von etwa I60 1 je Minute durch den Wasserring.

Beispiel 3

Bei Verwendung der Vorrichtung des.Beispiels 2 , aber wobei

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der Wasserring 17* 5 cm unterhalb der Form angeordnet war, wurde ein Barren mit einer Geschwindigkeit von 30 cm je Minute gegossen. Das Wasser für die Abkühlung der ersten Zone wurde durch den lO°-Schlitz mit einer Geschwindigkeit von 45 1 je Minute und das Wasser von dam Wasserring mit einer Geschwindigkeit von etwa I60 1 pro Minute ausgetragen. Der Barren war vollständig von Rissen frei.

Im Gegensatz zu den vorstehenden Beispielen zeigten Barren aus der gleichen Legierung mit den gleichen Dimensionen und der gleichen Konfiguration die nach dem herkömmlichen Verfahren gegossen worden waren, wobei eine einzige direkte Abschreckungsabkünlungszone unterhalb dei» Form verwendet wurde, eine schwere RißbiJaung in Zentrum bei Gießgeschwindigkeίten von 22,5 und 30 ck je Minute, obgleich nach diesem herkömmlichen Vergehsn riSfreie Barran bei Gießgeschwindigke i ten von I? oni je Minute hergerteilt werden konnten. Ähnliche Barren.» c:ie mit einer pulsierenden Wasserkühlung und mit einen Abwischen das direkten /!fcsahreckungskühlmittels 5 cm unterhalb der· Form, aber ob ns die Verwendung einer hochintensiven zweiten direkten Abscbreekungsabkühlungszone hergestellt worden waren, zeigten bei einer Gießgeschwin· digkeit von 22,5 oni je Minute eine schwere Rißbildung im Zentrum.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Barren aus Metall, insbesondere aus Aluminium durch ein direktes kontinuierliches Abschreckungs-Gießverfahren, bei welchem auf die äußere Oberfläche eines Barren, wie er aus einer offenendigen Form austritt, ein Kühlmittel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den Barren in einer ersten Zone, die sich vom Boden der Form bis zu einem Niveau, da an den Boden des Pools von geschmolzenem Metall in dem Barren angrenzt, ein Kühlmittel in einer solchen Welse aufbringt, daß Wärme mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit entfernt wird (wobei jedoch an der äußeren Oberfläche des Barrens eine feste Hülle aufrechterhalten wird),so daß das verfestigte Metall, das das Bodenende des Pools von gesohmolzonem Metall umgibt, sich auf einer relativ hohen Temperatur befindet,, und daß man in einer zweiten Zone, die sich von dem genannten Niveau nach unten erstreckt auf den Barren in einer solchen Weise weiteres Kühlmittel aufbringt,, daß Wärme mit einer relativ hohen Geschwindigkeit entfernt wird und in der Peripherie-Gegend, die die Basis des Paris von geschmolzenem Metall umgibt, bei welcher Metall im Kern des Barrens von dem flüssigen in den festen Zustand übergeht, eine rasche Abkühlung und Kontraktion des verfestigten Metalls bewirkt wird»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das flüssige Kühlmittel auf die Oberfläche des Barrens in der ersten Zone in einer solchen Weise aufbringt, daß eine Schicht von Dampf, die die Oberfläche des Barrens umgibt, aufrechterhalten und ein wirksamer Kontakt zwischen dem flüssigen Kühlmittel und der Oberfläche des Barrens in der ersten Zone verhindert wird.

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J5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daiS man in der ersten Zone das flüssige Kühlmittel in Form eines Nebels von Tröpfchen, die einem Gas mitgerissen werden, aufbringt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Zone das flüssige Kühlmittel in der Form eines Strahls oder von Strahlen von Wasser aufbringt, die mit einem Winkel von 5 bis I5 auf die Oberfläche des Barrens gerichtet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daii der Barren, der von der Form austritt in eine mit Wasser gefüllte Grube eintritt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai3 man in der ersten Zone auf die Oberfläche des Barrens intermittierend einen Strom des flüssigen Kühlmittels richtet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daid der mittlere Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Metall zu dem Kühlmittel in der ersten Zone 0,1 bis 0,2 Kalorien/Sek./°C je cm der Barrenoberfläche ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man weiteres Kühlmittel in der zweiten Zone an einem Niveau aufbringt, welches durch einen Abstand, der nicht über ein Viertel der minimalen Querdimension des Barrens hinausgeht, von dem Niveau des Bodens des Pools des geschmolzenen Metalls verschoben ist.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in der zweiten Zone ein Kühlmittel an einem Niveau vor dem Boden des Pools des geschmolzenen Metalls, vorzugsweise bei einem Abstand von etwa 1/6 der minimalen Querdimension des Barrens aufbringt.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizient des Wärmeübergangs von dem Metall zu dem Kühlmittel am Beginn der zweiten Zone mindestens 0,5 Kalorien/Sek./°C je cm der Barrenoberfläche ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Wassers, das auf die Oberfläche des Barrens in der zweiten Zone aufgebracht wird, größer ist als das Volumen des Wassers, das auf die Oberfläche des Barrens in der ersten Zone aufgebracht wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Koeffizient des Wärmeübergangs in der zweiten Zone mindestens 1 1/2 mal, vorzugsweise mindestens 5 mal so groß ist wie der Koeffizient des Wärmeübergangs in der ersten Zone.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlmittel auf die Oberfläche des Barrens an mehr als einem Niveau in der ersten Abkühlungszone aufbringt.

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