DE2445184A1

DE2445184A1 - Walzgut sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

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Publication number: DE2445184A1
Application number: DE19742445184
Authority: DE
Inventors: Henry Jared Wallace
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-09-21
Publication date: 1975-04-10
Also published as: FR2257696A1; ES430963A1; FR2257696B3; CA1002264A; AU7332874A; IT1019483B; BR7408209D0; DE2445184B2; JPS5065429A; JPS5755505B2; US3871058A; BE820737A

Description

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Henry Jared Wallace, Pittsburgh, Pennsylvania / USA

Walzgut sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung.

Die Erfindung "betrifft Walzgut mit einer im wesentlichen homogenen, zur Rohlingsherstellung erschmolzenen Grundrr.asse aus Metall, insbesondere Walzstahl, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Walzgutes, bei dem eine Metallschmelze aus einer Gießpfanne in eine Kokille gegossen wird und dort zur Bildung eines Walzrohlings erstarrt, wonach der Walzrohling auf Walztemperatur erwärmt und anschließend zu einer wesentlichen Querschnittsminderung ausgewalzt wird und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Walzrohlings für das Walzgut bzw. zur Durchführung des' Herstellungsverfahrens, mit wenigstens einer Kokille zur Aufnahme der Metallschmelze.

Der zunehmend stärkere Einsatz von Sauerstoffkonvertern

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zur Stahlherstellung als Ersatz für Siemens-Martin-Öfen hat dazu geführt, daß zunehmend größere Mengen an Stahlschrott zur Verfügung stehen, weil in Sauerstoffkonvertern nur ein bestimmter Prozentsatz an Schrott mitverarbeitet werden kann; bei den immer mehr in den Hintergrund tretenden Siemens-Martin-Öfen bestehen solche Beschränkungen nicht. Der bei der Stahlerzeugung und Stahlverarbeitung anfallende Schrott bildet eine hervorragende Quelle für Rohmetall bekannter stofflicher Zusammensetzung; daher wurde seit langem versucht, Wege für eine Verwertung dieses Schrottes bei der Stahlherstellung in größerem Umfang zu finden, als dies in Sauerstoffkonvertern möglich ist. Alle hierzu in der Praxis eingesetzten Verfahren erfordern jedoch ein vollständiges Erschmelzen des Schrotts mit den dabei anfallenden hohen Eihrichtungs- und Betriebskosten.

Zwar ist bereits versucht worden, das Erfordernis eines Einschmelzens des Schrotts dadurch zu umgehen, daß Schrottteile auf verschiedene Arten zusammengefügt, sodann auf Walζtemperatur erhitzt und schließlich in einer üblichen Walzstraße gewalzt wurden; dieses Vorgehen hat sich jedoch als unwirtschaftlich und unbefriedigend erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Walzgut, insbesondere Walzstahl, zu schaffen, welches bei kostengünstiger

der
Herstellung/Rohbramme auch aus in einem Sauerstoffkonverter

erschmolzenem Stahl einen wesentlich höheren Schrottanteil

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enthalten und damit nutzbar machen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Walzgut der eingangs genannten Gattung dadurch aus, daß in der Grundmasse eine Mehrzahl mit ihr verbundener Schrotteile von wenigstens annähernd der gleichen stofflichen Zusammensetzung wie die Grundmasse eingebettet sind.

Durch diese Ausbildung des Walzgutes wird erreicht, daß neben dem gegebenenfalls geringfügigen Teil' des Schrottes, der in der Metallschmelzζ selbst verarbeitet werden kann, ein zusätzlicher Schrottanteil vorhanden ist, der nicht Bestandteil der Schmelze ist, sondern zusätzlich zu dieser im Walzgut eingebettet ist. Es hat sich überraschend gezeigt, daß derartiges Walzgut mit eingebetteten Schrottteilchen hinsichtlich Walzbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Kennwerten gegenüber üblichem Walzgut ohne Schrotteinlagerungen nicht oder nicht merklich abfällt und sich daher für die meisten Anwendungsgebiete üblichen Walzstahls ebenfalls eignet.

Zwar ist es bekannt, einer Gußmasse Peststoffe zuzufügen; dies jedoch nicht bei Walzgut und nicht zur Wiederverwertung von Schrotteilen. So ist aus der amerikanischen Patentschrift 2 855 646 bekannt, einen Abguß aus einem Teil einer Charge von geschmolzenem Metall herzustellen und diesen nach seiner Erstarrung als Pestkörper zusammen mit

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der restlichen Metallschmelze in die Gußform einzuführen. Temperatur und Volumen sind dabei so gewählt, daß in dem Gemisch eine solche Gesamtmenge an Wärme vorhanden ist, die wenigstens zu einem Anschmelzen der festen Teile in dem Gemisch führt. Dieses Verfahren soll eine Steuerung der Temperatur der Gußmasse beim Abguß ermöglichen und ist teurer als übliche Gußverfahren. Auf ähnliche Weise soll gemäß einem aus der amerikanischen Patentschrift 3 429 361 bekannten Verfahren die Temperatur im Inneren einer Stranggußkokille während des Gießvorganges gesteuert werden. Bei diesen bekannten Verfahren zeigt sich, daß die Wärmemenge in einer üblichen Kokille nicht ausreicht, einen Überwiegenden Teil des dem erfindungsgemäßen Walzstahl zugegebenen Schrotts zu schmelzen; es hat sich jedoch gezeigt, daß dies selbst für eine Weiterverarbeitung eines Gußrohlings aus Stahl im Walzwerk ebensowenig erforderlich ist wie eine exakte Steuerung der Temperatur oder besondere Vorkehrungen beim Walzen.

Ein besonders zur Herstellung des erfindungsgemäßen Walz gutes geeignetes Verfahren, bei dem eine Metallschmelze aus einer Gießpfanne in eine Kokille gegossen wird und dort zur Bildung eines Walzrohlinges erstarrt, wonach der Walzrohling auf Walζtemperatur erwärmt und anschließend «u einer wesentlichen Querschnittsminderung ausgewalzt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß Schrottmetall von wenigstens annähernd gleicher stofflicher Zusammensetzung wie die Metallschmelze gereinigt und zur vollständigen

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Trocknung erwärmt wird, wonach das Schrottmetall in kleinen Stücken mit gesteuerter Beschickungsgeschwindigkeit in einer solchen Menge beim Abguß der Kokille in den Kokillenraum zugegeben wird, daß der überwiegende Teil des Schrottmetalls unge.schmolzen in der ringsum erstarrenden Metallschmelze bleibt. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Walzguts möglich, bei der ,der zusätzliche Schrottanteil nur bis zu einer zu seiner vollständigen Trocknung erforderlichen Temperatur vorgewärmt werden muß, so daß geringe Energiekosten anfallen und bei der überdies durch das zusätzlich eingebrachte. Volumen an Schrott der tatsächliche Ausstoß des Schmelzofens erheblich über seine Nominalleistung hinaus gesteigert wird. Auch hierin liegt ein wesentlicher Beitrag zur Senkung der Kosten, welche zusätzlich neben den durch die Wiederverwendung von Schrott schon niedrig gehaltenen Rohstoffkosten anfallen, so daß das erzeugte Walzgut insgesamt erheblich kostengünstiger als übliches Walzgut ähnlicher Qualität hergestellt werden kann.

Wenn zur Herstellung eines Walzrohlings für das erfindungsgemäße Walzgut bzw. zur'Durchführung des Herstellungsverfahrens für das erfindungsgemäße Walzgut eine Vorrichtung mit wenigstens einer Kokille zur Aufnahme der Metallschmelze verwendet wird, die einen oberhalb der Kokille gelagerten Speicherzylinder für eine Charge Schrottmetallteile, eine Heizeinrichtung für die im Speicherzylinder liegenden

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Schrottmetallteile, eine sich von dem Speicherzylinder zur Kokille nach unten erstreckende Aufgabeschurre und ■eine Fördereinrichtung zur gesteuerten Abgabe der Schrottmetallteile aus dem Speicherzylinder an die Aufgabeschurre aufweist, so können auch die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Walzgutes anfallenden apparativen Kosten sehr gering gehalten werden, so daß diese geringfügige Erhöhung der Einrichtungskosten wesentlich geringer ist als die ausstoßabhängige erhebliche Verminderung der Rohstoff- und Betriebskosten,

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den zusätzlichen Ansprüchen.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisch vereinfacht eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 2 eine Gießbühne mit einer Kokille 4 üblicher Bauart und Größe und einer Gießpfanne mit Stopfenverschluß dargestellt, wobei in der üblichen Weise aus der unteren Ausgußöffnung der Gießpfanne 6 Stahlschmelze in einem Strahl S in die Kokille 4 einlaufen kann. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine oberhalb der Gießbühne 2 und der Kokille 4 auf eine geeignete Weise beispielsweise durch Vorderstützen 10 und den H-Trager

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eines Schutzschildes 14 - gelagerte Schrott-Beschickungseinrichtung 8 vorgesehen. Die Schrott-Beschickungseinrichtung 8 weist einen Speieherzylinder 16 rechteckigen Querschnittes auf, der an seiner Oberseite offen ist und in seinen Innenraum einen hin- und herbewegiiehen Förderkolben 18 aufweist. Ein Fördermotor 20 bewegt den Förder- · kolben 18 über die Länge des SpeieherZylinders 16. Das Vorderende des Speicherzylinders 16 ist mittels eines Abschlußteiles 22 verschließbar, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schwenkklappe ausgebildet ist. Unterhalb des Speicherzylinders 16 ist eine Heizeinrichtung 24 vorgesehen, die beispielsweise als Gasbrenner ausgebildet sein kann. Am vorderen, abgabeseitigen Ende des Speicherzylinders 16 ist abnehmbar eine Aufgabeschurre 26 befestigt. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist die Länge der Abgabeschurre 26 zwischen etwa 3»30 m (11 Fuß) und 4,20 m (13 Fuß. und 10 Zoll) einstellbar, und hat die Abgabeschurre eine Breite von etwas über 30 cm (12 1/4-") und eine Tiefe von ca. 30 cm (12"); der Sp ei eher zylinder ·16 weist eine Länge von knapp 3 m (9 Fuß und 8^M) eine Breite von 37 cm (14 1/4") und eine Höhe von ca. 38 cm (15^M) auf.

Erfindungsgemäß wird eine Charge einer Metallschmelze der gewünschten stofflichen Zusammensetzung gewählt und Scfcrottmetall mit einer ähnlichen stofflichen Zusammensetzung im SpeicherzylindeJt 16 bereitgehalten. Da die vorliegende Brfindung besonders geeignet zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen ist, wird als Metall vorzugsweise eine Schmel-

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ze aus niedrig gekohltem, aluminiumfreien (aluminium-killed) Stahl verwendet, welcher eine Abstichtemperatur zwischen etwa 1570° G (2860° P) und 1580° C (2880⁰F) sowie eine Gießpfannentemperatur zwischen etwa 1560° C (2845⁰P) und 1575° C (2865° P) aufweist. Zwar ist erfindungsgemäß mit "besonderem Vorteil Schrott zu verwenden, dessen stoffliche Zusammensetzung dieselbe wie die der Metallschmelze ist, jedoch kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Schrott verwendet werden, dessen stoffliche -Zusammensetzung

etwas von derjenigen der Metallschmelze abweicht, sofern die Kennwerte des Schrottstahles ähnlich denjenigen der Stahlschmelze sind. Der Schrott wird vorzugsweise aus Stahlblech gewonnen und in vergleichsweise kleine Stücke geschnitten. Beispielsweise eignen sich Sticke mit 5 cm (2") länge, 5 cm (2^B) Breite und 0,6 mm (0,024") lacke. Vor der Wiederverwendung muö der Schrott gereinigt werden, um jegliches Öl, Pett, Schmutz oder Rost zu entfernen. Bie Sehrottbeschickungseinrichtung 8 ist in der dargestellten Weise angeordnet, wolbei ihr rückwärtiges Ende am Träger "befestigt ist und die !beiden vorderen Stützen 10 auf der Gießbühne 2 ruhen. Bei in die rückwärtige Endst-ellung zurückgezogenem Pörderkoloen 18 wird der Speicherzylinder gleichmäßig mit der gewünschten Menge an Schrott gefüllt» • Sodann wird der Pörderkolben 18 nach vorne "bewegt, um Druck auf den Schrott auszuüben und diesen soweit als möglich zu verdichten hzw. zusammenzudrücken und so die Erwärmung zu erleichtern. Sodann wird der Gasbrenner der Heizeinrichtung 24 gezündet und der Sehrott erhitzt, um ihn von

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jeglicher Feuchtigkeit zu "befreien. Um sicherzustellen, daß in vergleichsweise kurzer Zeit eine vollständige Trocknung erfolgt, wird der Schrott vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 200° C (400° F) und 260° C (500° F) erwärmt. Bei unmittelbar, vor der Sehrottbeschickungseinrichtung 8 angeordneter Kokille 4- wird die Abgabeschurre 26 am vorderen, abgabeseitigen Ende des Speicherzylinders befestigt und in ihrer Länge so eingestellt, daß ihr unteres Ende sich in den Kokillenraum erstreckt. Die Gießpfanne 6 mit der Metallschmelze wird sodann über die Kokille 4 gebracht und das Metall in der üblichen Weise im Strahl S abgegossen. Gleichzeitig wird das Abschlußteil geöffnet, im Beispielsfalle also die das Abschlußteil 22 bildende Schwenkklappe in ihre Freigabestellung geschwenkt (vgl. die in der Zeichnung strichpunktiert dargestellte Stellung der Schwenkklappe), und der Fördermotor 22 in Betrieb gesetzt, der den Förderkolben 18 in einstellbarer bzw. steuerbarer Geschwindigkeit nach vorne bewegt und so die Beschickung der Kokille 4 mit Schrott gleichzeitig mit dem Abguß herbeiführt.. Wie auch die Zeichnung veranschaulicht, wird der Schrott unmittelbar in den fallenden Schmelzenstrahl S in der Nähe der Oberseite der Kokille eingeführt, um so eine möglichst gute Verteilung des Schrotts im Kokillenraum sicherzustellen.

Der zugesetzte Anteil an Schrott kann schwanken, jedoch ist nicht erforderlich oder beabsichtigt, daß der Schrott schmilzt. Selbstverständlich wird in jedem Falle ein An-

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schmelzen der Oberfläche der Schrotteilchen stattfinden, jedoch wird der überwiegende Teil des festen Schrottes nicht in flüssigen Zustand übergehen, sondern voll in der rundum erstarrenden Schmelze im Kokillenraum eingebettet sein.

Bei einer Verwendung von Kokillen mit etwa 60 cm (24") Breite, etwas über 90 cm (37") Länge und rund 2,15 m (85") Tiefe können einer Menge von etwa 6660 kg (14 670 engl, Pfund) an Stahlschmelze etwa 600 kg (1330 engl, Pfund) an Schrott zugesetzt werden, so daß der Schrottanteil am Gesamtgewicht des Walzrohlings oder der Rohbramme 8,3 % beträgt; es können jedoch auch 1190 kg (2600 engl. Pfund) an Schrott zugesetzt werden, so daß der Schrottanteil 16,7 ?o des Gesamtgewichts der Rohbramme ausmacht. Im ersten Fall wird der Schrott über eine Zeitspanne von 30 Sekunden stetig zugesetzt, im zweiten Falle in einer Zeitspanne von 25 Sekunden. Die zugesetzte Schrottmenge sollte wenigstens 5 % des Gewichts der Rohbramme betragen, kann jedoch bis auf 50 % angehoben werden.

Nach dem Abguß erfolgt die Erstarrung der Schmelze, bis eine Handhabung der Rohbramme möglich ist, die anschließend aus der Kokille genommen und in einen Tiefofen gelegt wird, um sie über ihren gesamten Querschnitt auf Walstemperatur erneut zu erwärmen; der Walzrohling wird öodann in der Üblichen Wels« «u Brammen gewalzt;. Während dieses Walzvorganges, bei dem eine Querschnittsreduktion

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von wenigstens 75 % erfolgt, erfolgt eine "Preßschweißumg der Schrotteilehen, die dadurch miteinander und mit der Grundmasse des Stahls aus der Stahlschmelze innig verbunden werden. Der entstehende' Walzstahl hat eine solche Oberflächenbeschaffenheit und solche stofflichen Eigenschaften, welche ihn für eine größe Zahl von Bedarfsfällen, geeignet erscheinen lassen.

Es hat sich gezeigt, daß sieh Schrottmateriäl aus Stahlblech mit einer Dicke von etwa 6 mm (0,25¹Ot einer Mindestlänge von 2,5 cm (1") und einer maximalen länge von 10 cm (4") besonders gut eignet. Diese Blechteile können heiß oder kalt gewalztes Blech, Bandstahl und Schwarzblech enthalten. Es ist auch anzustreben, daß die Sdarottteilchen im wesentlichen gleichmäßige Größe aufweisen. Wenn andere Schrottarten eingesetzt werden, so sollte deren größte Abmessung nicht 10 cm (4ⁿ) übersteigen. Es hat sick gezeigt, daß ein Sehrottzusatz in der Größenordnung von 10 bis 20 % in der Segel die besten Ergebnisse bringt: Je nach Preis und Verfügbarkeit von Schrott können sich Zusätze unterhalb von 10 % als unwirtschaftlich .erweisen; Zusätze über 20 % können zur .Notwendigkeit führen, den Schrott auf Temperaturen wesentlich oberhalb von 260° C {500° 3?) zu erwärmen und Schwierigkeiten !sei der Hanäfaabung und der Zugabe des Sehrotts zur Schmelze mit sich bringen.

Das bei der "beschriebenen Yorgehensweise erhaltene WaJLz-

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Stahlprodukt, insbesondere Walzblech, besteht aus einer weitgehend homogenen Stahlmasse mit einer Vielzahl kleiner in der Stahlmasse untergemengter und mit ihr verbundener Stahlschrotteilchen. Wegen des Schrottzusatzes ist die Gefügestruktur zufällig ohne bevorzugte Walzrichtungen. Die stofflichen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Walzgutes entsprechen etwa denjenigen ähnlicher Walzprodukte, die auf übliche Weise gewonnen sind.

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Claims

Patent- (Schutz-) Ansprüche

1. Walzgut mit einer im wesentlichen homogenen, zur Rohlingsherstellung erschmolzenen Grundmasse aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundmasse eine Mehrzahl mit ihr verbundener Schrottßile von wenigstens annähernd der gleichen stofflichen Zusammensetzung wie die Grundmasse eingebettet ist.

2. Walzgut nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrotteile und die Grundmasse aus Stahl "bestehen.

3. Walzstahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschrott-Teile eine maximale Dicke von etwa 6 mm aufweisen.

4. Walzstahl nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine zufällige Gefügestruktur ohne bevorzugte Walzrichtungen.

5. Verfahren zur Herstellung von Walzgut aus Metall, inst)·«on- dere nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Metallschmelze aus einer Gießpfanne in eine" Kokille gegossen wird und dort zur Bildung-eines Walzrohlings erstarrt, wonach der Walzrohling auf Walztemperatur erwärmt und anschließend zu einer wesentlichen Querschnittsminderung ausgewalzt wird,

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dadurch gekennzeichnet, daß Schrottmetall von wenigstens annähernd gleicher stofflicher Zusammensetzung wie die Metallschmelze gereinigt und zur vollständigen Trocknung erwärmt wird, wonach das Schrottraetall in kleinen Stücken mit gesteuerter Beschickungsgeschwindigkeit in einer solchen Menge beim Abguß der Kokille in den Kokillenraum zugegeben wird, daß der überwiegende Teil des Schrottmetalls ungeschmolzen in'der ringsum erstarrenden Metallschmelze bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze und das Schrottmetall aus Stahl bestehen und das Auswalzen bis auf eine Querschnittsreduktion von wenigstens 75 % vorgenommen wird. ·

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugesetzten Schrottmetalls zwischen 5 % und 50 % des Gesamtgewichts dea Walzrohlings liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugesetzten Schrottmetalls zwischen 10 % und 20 % des Gesamtgewichts des Walzrohlings liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn-' zeichnet, daß zunächst unter Erzielung einer ersten Querschnitt sredukt ion zur Bildung einer Bramme gewalzt und anschließend unter einer zweiten Querschnittereduktion bis auf Blechdicke gewalzt wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 "bis 9, 'dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abmessung der Schrottmetallteile

. "bei 10 Zentimetern liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten Schrottmetallteile aus Blech gewonnen werden und eine maximale Di-cke von etwa 6 Millimetern, eine minimale Länge von etwa 2,5 Zentimetern und eine maximale Länge von etwa 10 Zentimetern aufweisen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 "bis 11,'dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Schrottmetall chargenweise zwischengespeichert und vor der der Trocknung dienenden Erwärmung wenigstens teilweise unter Druck gesetzt und zusammengedrückt wird.

13. Vorrichtung zur Herstellung eines Walzrohlings für das Walzgut nach wenigstens einem der Ansprüche 1 "bis 4 "bzw. zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 12, mit wenigstens einer Kokille zur Aufnahme der Metallschmelze, gekennzeichnet durch einen oberhalb der Kokille (4) gelagerten Speicherzylinder (16) für eine Charge Schrottmetallteile, durch eine Heizeinrichtung (24) für die im Speicherzylinder (16) liegenden Schrottmetallteile, durch eine sich vom Speieherzylinder (16) zur Kokille (4) nach unten erstreckende Aufgabeschurre (26) und durch eine Fördereinrichtung (Förderkolben 18, Fördermotor 20) zur gesteuerten Abgabe der Schrottmetallteile aus dem Speicherzy-

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linder (16) an die Aufgabeschurre (26).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung einen im Speicherzylinder (16) angeordneten Förderkorben (18) aufweist, der mittels einer Antriebseinrichtung wie einem Fördermotor' (20) mit gesteuerter Geschwindigkeit hin- tmd/oder herbeweglich ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgabeende des Speicherzylinders (16) durch ein von einer Abschlußstellung in eine Freigabestellung bewegliches Abschlußteil (22) wie eine Schwenkklappe abschließbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabeschurre (26) abnehmbar am Speicherzylinder (16) befestigt ist.

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