DE2247747A1

DE2247747A1 - METAL CASTING METHOD

Info

Publication number: DE2247747A1
Application number: DE19722247747
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl-Ing Dr-In Hartwig; Dieter Dipl-Ing Dr- Neuschuetz; Hartmut Sult
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1972-09-29
Publication date: 1974-04-04
Also published as: FR2201149B3; FR2201149A1; IT993933B; BE805258A; ES418967A1; JPS4972131A; NL7312713A

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNGFRIED. KRUPP GESELLSCHAFT LIMITED LIABILITY

in Essenin food

Verfahren zum Gießen von MetallenProcess for casting metals

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Gießen von Metallen.The present invention relates to a method for
Casting of metals.

Bei den gebräuchlichen Verfahren zum Gießen von Metallen zu Halbzeug oder Endprodukten wird bekanntlich die Wärme aus der erstarrenden Schmelze durch die zunächst erstarrende äußere Schale des Gußstückes in die Umgebung
(Kokille, Wasser, Luft oder ähnliches) abgeführt. Die
Erstarrung des Gusses erfolgt deshalb jeweils von außen
nach innen, wobei die Erstarrungsgeschwindigkeit hauptsächlich durch die Wärmetransporteigenschaften der bereits erstarrten Randschicht des Gußstückes und den Wärmeübergang in die Umgebung bestimmt wird. Vor allem dann, wenn das Gußstück einen größeren Querschnitt aufweist, machen sich die einseitige Richtung und die Begrenzung.des Wärmetransports nachteilig bemerkbar. Die Erstarrungszeiten
werden verhältnismäßig lang, und es ergeben sich daraus
geringe Gießleistungen. Außerdem wird das Gefüge zur Mitte hin grobkörnig, und dieses zeigt im Kern unerwünschte
Seigerungen.In the customary processes for casting metals into semi-finished products or end products, it is known that the heat from the solidifying melt is released into the environment through the initially solidifying outer shell of the casting
(Mold, water, air or the like) discharged. the
The cast therefore solidifies from the outside
towards the inside, the solidification rate being mainly determined by the heat transport properties of the already solidified surface layer of the casting and the heat transfer into the environment. Especially when the casting has a larger cross-section, the unilateral direction and the limitation of the heat transport are disadvantageously noticeable. The freezing times
become relatively long, and it results from it
low casting performance. In addition, the structure becomes coarse-grained towards the middle, and this shows undesirable in the core
Segregations.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Gießverfahren zu überwinden. Dazu lehrt die vorliegende Erfindung, die beim Erstarren des Gußstückes freiwerdende Wärme nicht überwiegend außen durch die Wand der Form, sondern überwiegend im Innern der Schmelze abzuführen. Dies wird dadurch erreicht, daß dem schmelzflussigen Metall in Formmitte festes, kaltes Metall in Form kleiner StückeThe present invention aims to overcome the disadvantages of the known To overcome casting processes. To this end, the present invention teaches that the heat released during the solidification of the casting is not predominantly outside through the wall of the Form, but mainly to be discharged inside the melt. This is achieved by having the molten metal Solid, cold metal in the form of small pieces in the center of the mold

EV 111/72
D/MnEV 111/72
D / Mn

409814/0238409814/0238

zugegeben wird. Das feste Metall erwärmt sich in der Schmelze, entzieht ihr dabei Wärme und bringt sie so zum Erstarren, wobei sich die Metallstücke mit der erstarrenden Schmelze zu einem festen Gußstück verbinden.is admitted. The solid metal heats up in the melt, extracting heat from it and thus causing it to Solidify, whereby the metal pieces combine with the solidifying melt to form a solid casting.

In der Regel wird durch diese Maßnahme erreicht, daß die Erstarrung der Schmelze gleichzeitig von der Kokillenwand und vom Innern der Schmelze her erfolgt. Bei Verwendung geeigneter, schlecht die Wärme ableitender oder das vergossene Metall nicht berührender Formen kann die Erstarrung der Schmelze aber praktisch ausschließlich von den zugegebenen Metallstücken aus erfolgen. Durch Anwendung der Erfindung lassen sich Gußstücke mit Abmessungen und Strukturen herstellen, die nicht mehr von den Kühleigenschaften der Kokillen abhängen.As a rule, this measure ensures that the Solidification of the melt takes place simultaneously from the mold wall and from the inside of the melt. Using solidification can result in more suitable molds that do not dissipate heat well or that do not touch the cast metal the melt but take place almost exclusively from the added metal pieces. By applying the Invention castings can be produced with dimensions and structures that no longer depend on the cooling properties the molds depend.

Vorzugsweise wird der Schmelze das feste Metall in solchen Mengen und Stückgrößen zugeführt, daß es beim Aufheizen in der Schmelze Temperaturen erreicht, die knapp unterhalb der Solidus-Temperatur liegen. Dabei kann die Zugabe der Metallstücke zur Schmelze, je nach den Gegebenheiten, satzweise oder auch stetig erfolgen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommenden Metallstücke können grundsätzlich beliebige Formen haben. Bevorzugt werden jedoch Granalien, d.h. kugelig ausgebildete StÜqke, verwendet. Preferably, the melt becomes the solid metal in such Quantities and piece sizes supplied that it reaches temperatures in the melt when it is heated that is just below the Solidus temperature. The metal pieces can be added to the melt, depending on the circumstances, in batches or continuously. According to the invention Processes used metal pieces can in principle have any shape. To be favoured however, granules, i.e. spherical pieces, are used.

Durch geeignete Wahl der Größe und der Form der zugegebenen Metallstücke sowie durch geägnete Einstellung der Gießtemperatur der Schmelze kann der Erstarrungsvorgang so beeinflußt werden, daß diese, ohne selbst* auf zuschmeizeii, porenfrei mit dem Werkstoff der Schmelze verschweißt werden.By suitable choice of the size and shape of the added Metal pieces as well as by adjusting the casting temperature of the melt, the solidification process can be influenced in such a way that it be welded pore-free with the material of the melt.

Durch Zugabe von Metallstücken mit einer vom GruhdmetallBy adding pieces of metal with one of the base metal

Λ 0 y b (4/0238Λ 0 y b (4/0238

abweichenden Zusammensetzung und/oder verschiedenen Korndurchmes'sern kann das Verfahren nach der Erfindung so abgewandelt werden, daß ein Teil derselben aufschmilzt und so zu einer gezielten Änderung der.Zusammensetzung des Grundmetalls führt.different composition and / or different grain diameters the method according to the invention can be modified in this way that part of it melts and thus leads to a targeted change in the composition of the Base metal leads.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl beim Vergießen von Stahl als auch beim Vergießen von Nichteisen-Metallen und ihren Legierungen angewendet werden. Seine Anwendung kommt vor allem dann in Frage, wenn eine höhere Gießgeschwindigkeit erreicht und Seigerungen, grobes Gefüge und Makrolunker vermieden werden sollen. So können zum Beispiel Vorteile beim Kokillenguß von Stahlblöcken oder -brammen erzielt werden. Durch Anwendung des Verfahrens beim Stranggießen von Metallen lassen sich bei verbesserter Qualität höhere Gießleistungen erzielen, da die Schale des Stranges schneller die zur Vermeidung von Durchbrüchen erforderliche Dicke erreicht und die Sumpftiefe wesentlich verkürzt wird. Beim Gießen großer Schmiedeblöcke können, wenn das Verfahren nach der Erfindung angewendet wird, neben kürzeren Erstarrungszeiten vor allem weniger Seigerungen und ein feineres Gefüge erwartet werden. Dadurch kann das bestehende Schrottrisiko wesentlich verringert werden. ·The method according to the invention can be used both during casting steel as well as in the casting of non-ferrous metals and their alloys. Its application is particularly suitable when a higher casting speed is reached and segregation, coarse structure and Macro shrinkage should be avoided. For example, advantages can be found in the chill casting of steel blocks or slabs be achieved. By using the process in the continuous casting of metals, the quality can be improved Achieve higher casting capacities, since the shell of the strand is faster than the necessary to avoid breakthroughs Thickness is reached and the sump depth is significantly reduced. When casting large forging blocks, if the method according to the invention is used, in addition to shorter solidification times above all less segregation and a finer structure are expected. This can reduce the existing scrap risk can be reduced significantly. ·

In der Regel wird das der Schmelze in fester Form zugegebene Metall die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie die Schmelze selbst. Schmelze und Granalien können aber auch unterschiedliche Zusammensetzungen haben, wenn beide nur gut verschweißbar sind. Durch Auswahl entsprechender Werkstoffe für das in fester Form zuzugebende Metall lassen sich durch Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung bestimmte Verbundwerkstoffe herstellen. Beispielsweise lassen sich aus verschiedenen Legierungen eines bestimmten GrundwerkstoffesAs a rule, the metal added in solid form to the melt will have the same composition as the melt itself. Melt and granules can, however, also have different compositions if both can only be welded well are. By selecting appropriate materials for the metal to be added in solid form, it is possible to use produce certain composites using the method of the present invention. For example, can be omitted different alloys of a certain base material

4 0 a ο ,4/02384 0 a ο, 4/0238

Verbundwerkstoffe mit über dem Gußquerschnitt abgestuften chemischen, physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften herstellen, wenn die Zufuhr der Metallstücke so erfolgt, daß sie in bestimmten begrenzten Zonen der Gußstücke angereichert werden. In einfacher Weise kann man so Gußstücke erzeugen, die am Rand aus einem rostfreien und im Kern aus einem unlegierten Stahl bestehen. Auch gelingt es durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung, Gußstücke herzustellen, bei denen Rand und Kern unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen. Weiter ist es zum Beispiel möglich, dispersionsgehärtete Werkstoffe in eine Schmelze aus homogenem Material einzubetten.Composite materials with chemical, physical and / or mechanical properties graded over the cast cross-section produce when the supply of the metal pieces is carried out so that they are in certain limited zones of the castings be enriched. In a simple way, one can thus produce castings that are made of a stainless steel at the edge and consist in the core of an unalloyed steel. It is also possible by using the method according to the invention Manufacture castings in which the edge and core have different strength properties. Further For example, it is possible to embed dispersion-hardened materials in a melt of homogeneous material.

Die Zugabe festen Metalls in die Form oder Kokille kann durch ein neben der Achse des Gießstrahles angeordnetes Rohr erfolgen, wobei darauf zu achten ist, daß die Zugabe der Granalien erfolgt, ohne daß Blockschaum oder Schlacke mitgerissen wird. Vorzugsweise kann für die Zugabe ein keramisches Tauchrohr verwendet werden. Zweckmäßig kann es auch sein, die Stelle der Schmelze, an der die Granalien zugegeben werden, durch den Strahl eines inerten Gases schlackenfrei zu halten. Bei der praktischen Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wurden beispielsweise beim Vergießen von Stahl der Schmelze durch ein neben der Gießachse angeordnetes Rohr gleichzeitig Stahlgranalien mit einem Durchmesser von 5 mm zugeführt. Das Gewicht der Granalien betrug dabei 14 % des Schmelzgewichts. Auf diese Weise wurden etwa 50 % der Schmelzwärme von den Granalien aufgenommen.Solid metal can be added to the mold or ingot mold by means of a device arranged next to the axis of the pouring stream Pipe take place, making sure that the addition of the granules takes place without block foam or slag gets carried away. A ceramic dip tube can preferably be used for the addition. Appropriate can it can also be the point in the melt at which the granules are added by means of a jet of an inert gas keep slag-free. In the practical application of the method according to the invention were, for example, in Casting of steel from the melt through a pipe arranged next to the casting axis at the same time as steel granules fed with a diameter of 5 mm. The weight of the granules was 14% of the melt weight. To this About 50% of the heat of fusion was absorbed by the granules.

Das gewünschte Mischungsverhältnis von Schmelze und festem Metall kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Schmelze zunächst in ein Zwischengefäß gegossen wird, das einen Bodenausguß besitzt, über dem ein kerami-The desired mixing ratio of melt and solid metal can be achieved in a simple manner by that the melt is first poured into an intermediate vessel that has a bottom spout, above which a ceramic

U Ü a ;:< , /♦ / U 2 3 8 U Ü a ;: <, / ♦ / U 2 3 8

sches Zuführungsrohr für das feste Metall so angeordnet ist, daß flüssiges und festes Metall im gewünschten Mischungsverhältnis gemeinsam in die Form gegeben werden. Das Mischungsverhältnis entspricht dabei etwa dem Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Bodenausgusses des Zwischengefäßes und dsm Querschnitt des Zuführungsrohres für das feste Metall. Es läßt sich auf einfache Weise
dadurch während des Gießvorganges ändern, daß das in das Zwischengefäß eintauchende Zuführungsrohr für das feste Metall die Form eines Hohlstopfens besitzt, durch dessen axiale Verschiebung die Ausgußöffnung des Zwischengefäßes verschlossen werden kann.cal feed pipe for the solid metal is arranged so that liquid and solid metal are given together in the desired mixing ratio in the mold. The mixing ratio corresponds approximately to the ratio between the cross section of the bottom spout of the intermediate vessel and the cross section of the feed pipe for the solid metal. It can be done in a simple way
thereby change during the casting process that the supply pipe for the solid metal immersed in the tundish has the shape of a hollow plug, through the axial displacement of which the pouring opening of the tundish can be closed.

b 14/0238b 14/0238

Claims

1. A method for casting metals in molds, characterized in that the molten metal when Pour small pieces of solid metal in the center of the mold, which are then added to the solidifying melt connect to a solid casting.

2. The method according to claim 1, characterized by the Use of molds made from a material with poor thermal conductivity.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that solid metal and melt from different Materials exist and the supply of metal pieces takes place in such a way that they are in certain zones of the casting be enriched.

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