DE2734388A1 - Verfahren und vorrichtung zum direkten hartschalen- bzw. kokillengiessen in einer zwangsgekuehlten kokille, beispielsweise einer stranggiesskokille - Google Patents

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²⁹· Jufi 1977

Verfahren und Vorrichtung zum direkten Hartschalen- bzw. Kokillengießen in einer zwangsgekühlten Kokille, beispielsweise einer

Stranggießkokille

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum direkten Hartschalen- bzw. Kokillengießen (chill casting) in einer zwangsgekühlten Kokille·

Das Stranggießverfahren wird allgemein für die Herstellung von Gußsträngen bzw. Gußblöcken oder Rohmasseln angewandt, welche die Ausgangswerkstoffe für die plastische Verarbeitung oder Verformung von Metallen und Legierungen durch Auswalzen oder Strangpressen darstellen. Das direkte bzw* Fallend-Kokillenhartschalen- bzw. Stranggießverfahren,bei dem eine feststehende, lotrechte Kokille verwendet wird, wird für das Stranggießen von Nichteisenmetallen besonders verbreitet angewandt. Hierbei wird die Nichteisenmetallschmelze in eine wassergekühlte Kokille über einen "schwimmenden" Verteiler (floating distributor) eingegossen, welcher einen konstanten Schmelzenspiegel in der Kokille aufrechterhält und außerdem den Schmelzenstrom gleichmäßig in der Kokille verteilt. Die Wärme der Schmelze wird über die Kokillenwand abgeführt, um den Außenbereich der Schmelze abzukühlen und zu einer Schale oder Guß-

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ORIGINAL INSPECTED

haut erstarren zu lassen, die dann unmittelbar unter der Kokille mit Wasser besprüht wird, um den Innenbereich der Schmelze bzw. des Strangs zu kühlen und erstarren zu lassen. Der erstarrte Strang wird nach unten abgezogen, bis eine vorbestimmte Länge zwischen Unterseite des Strangs und der Kokille erreicht ist, worauf der Gießvorgang beendet wird. Der Strang wird sodann nach oben gezogene

Das geschilderte Fallendhartgieß- oder -kokillengießverfahren ist Jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß der "schwimmende" Verteiler nicht gleichmäßig betrieben werden kann, so daß der Schmelzenspiegel im Verlauf des GießVorgangs variiert und hierdurch eine mangelhafte Gußoberfläche des Strangs hervorgebracht wird. Aufgrund der Schwankung des Schmelzenspiegels treten Oberflächenfehler, wie Spannungsrisse, Welligkeit, Oxidfilmeinschlüsse usw.,auf. Außerdem seigern die Legierungselemente des Gußmetalls in großem Ausmaß umgekehrt in der Oberflächenschicht des Strangs aus. Die umgekehrt ausgeseigerte Oberfläche muß daher vor der plastischen Verarbeitung des Strangs durch spanabhebende Bearbeitung bis zu einer beträchtlichen Tiefe abgetragen werden. Das beschriebene Verfahren ist auch für die Durchführung des Mehr stranggießens unvorteilhaft, bei dem mehrere Kokillen an eine einzige Abstichrinne des Schmelzofens angeschlossen sind. Dies beruht darauf, daß eine Bedienungsperson erforderlich ist, um die "schwimmenden" Verteiler vor Beginn des Gießvorgange zu berichtigen und die Arbeitsweise dieser Verteiler beim Gießvorgang zu überwachen. Ee ist daher schwierig, den beim bisher üblichen fallenden Guß nötigen Arbeitsaufwand wirtschaftlich zu verringern.

Im "Journal nf Mfttala", Oktober IpZfI₁ Seitejft ^ und 5O,_? wird darüber berichtet, daß in der UdSSR ein Verfahren zur Verhinderung des Auftretens von Oberflächenfehlern und der umgekehrten Seigerung entwickelt worden ist. Dabei wird im Bereich der

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wassergekühlten Kokille ein elektromagnetisches Feld erzeugt, durch welches die Schmelze außer Berührung mit der Kokille gehalten wird. Bei diesem Verfahren erfolgt außerdem das Kühlen der Schmelze durch direkte Wasserkühlung derselben· Dieses Verfahren ist mit den folgenden Nachteilen behaftet: 1, Die erforderliche Erzeugung des elektromagnetischen Felds ist sehr kostenaufwendig. 2. Der Abstand zwischen benachbarten Kokillen muß vergrößert werden, um eine gegenseitige Beeinflussung der elektromagnetischen Felder zwischen den einzelnen Kokillen zu verhindern, 3» Die Meniskus- oder Spiegelfläche der Schmelze muß stationär bleiben und auf einer genau festgelegten, konstanten Höhe gehalten werden, um ein Welligwerden der Gußstückoberfläche zu vermeiden. 4. Der Rundheitsgrad des runden Gießstrangs ist ziemlich mangelhaft.

In den letzten Jahren bestand einer der größten Fortschritte auf dem Gebiet des Stranggießens von Nichteisenmetallen im Gießen mit Hauben bzw· verlorenem Kopf (hot top casting), bei dem die einen hohen hydrostatischen Druck besitzende Schmelze über der Erstarrungsschicht des Metalls gehalten wird. Da sich bei diesem Verfahren der Schmelzenspiegel in einem Zwischenoder Speisebehälter für die Schmelze befindet, braucht die Höhe der Schmelzenoberfläche in der Kokille nicht mittels des "schwimmenden" Verteilers genau eingestellt zu werden.

Da hierbei keine Bedienungsperson zur überwachung der Höhe des Schmelzenspiegels nötig ist, läßt sich auf wirtschaftliche Weise der Arbeitsaufwand für die Durchführung des Verfahrens herabsetzen· Obgleich beim Gießverfahren mit verlorenem Kopf auch der Einschluß von Oxidfilm in der erstarrenden Schmelze vorteilhaft verringert werden kann, wird dieses Verfahren insbesondere im Hinblick auf die Erzielung einer verbesserten Gußoberfläche nicht als vollkommene Lösung angesehen·

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Die US-PS3 381 741 beschreibt eine Stranggießvorrichtung, bei der eine Kammer zur Aufnahme (Speicherung) einer Metallschmelzenmasse mit einem wärmeisolierenden, feuerfesten Element neben der Kokille angeordnet und mit einer Öffnung für die Überführung der Metallschmelze aus der Kammer in die Kokille versehen ist, wobei ein vergleichsweise dünner, wärmeleitender Einsatz, der am Kokilleneinlauf angeordnet ist und mit der Kokille und dem wärmeisolierenden Element in Berührung steht, mit seiner Innenfläche praktisch parallel zur Kokillenachse liegt, sich um die ganze Kokillenöffnung herum erstreckt und seitlich oder quer etwa einwärts von der restlichen Innenfläche der Kokille versetzt, aber praktisch an deren allgemeine Form angepaßt ist·

Von der Oberseite der Kokille aus wird zudem kontinuierlich ein flüssiges Schmiermittel zugeführt· Da die Kammer zur Aufnahme der Schmelze relativ zum Einsatz nach innen ragt, wird die Schmelze in ausreichendem Maß mit der Kokille in Berührung gebracht, um die Schwankungen der Oberflächenspannung der Schmelze im Kontaktie rungs be reich zu unterdrücken· Außerdem ermöglicht der Einsatz ein Vorkühlen der Schmelze, so daß das sekundäre Kühlen durch die Kokille vermindert werden kann und dadurch eine Verbesserung der Gußoberfläche erreicht wird. Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, weil die Güte der Gußoberfläche oder -haut in kritischem Maß durch das Material und die Abmessungen des Einsatzes beeinflußt wird· Da außerdem eine sehr große Schmierölmenge für die Erzielung einer glatten Gußoberfläche benötigt wird, wird das Abwassersystem des Gießwerks durch eine im Schmieröl enthaltene Komponente, Z₀B. N-Hexan verunreinigt.

In der US-PS 3 612 151 ist eine Gießvorrichtung beschrieben, bei welcher der Überhang des Speisebehälters für die Schmelze über der Kokillenfläche nicht mehr als 3,175 mm beträgt und die Gießgeschwindigkeit so eingestellt ist, daß die Erstarrung

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des vorderen Endes der Schmelze bzw· des Strangs auf eine bestimmte Position relativ zur Gießrichtung festgelegt wird. Durch dieses Regelverfahren kann eine Welligkeit an der Gußoberfläche infolge übermäßiger Wärmediffusion durch die Kokille verhindert werden. Zudem kann eine Entmischung oder Ausseigerung an der Gußoberfläche verhindert werden, während die Schmelze beim bisherigen Stranggießverfahren zum Fließen durch den dünnen» schwachen Teil der Schale oder Haut gezwungen ist und unweigerlich zu einer Entmischung führt, wenn zuviel Schmier» mittel verwendet und dadurch der Wärmeübergang durch die Kokille herabgesetzt wird. Die erstarrte Schale wird Jedoch geschwächt, wenn eine Legierung mit z.B. einer großen Zahl an Legierungselementen vergossen wird, etwa die gemäß AA Standard mit 2014 bezeichnete Legierung. Wenn Legierungen, die eine schwache Schale ergeben, nach dem Verfahren gemäß dieser US-PS vergossen werden, kann sich eine Gußoberfläche mit erheblicher Welligkeit oder mit Ausseigerung unter der Oberfläche in Längsrichtung des Strangs während des Abziehens desselben aus der Kokille ergeben«

In der DT-OS 2 452 672 ist angegeben, daß die Beziehung zwischen der Länge Jeder Kokille, dem Pegel der Schmelze im Zwischenbehälter und der Gießgeschwindigkeit zweckmäßig bestimmt wird, um dadurch die Erzielung einer ausgezeichneten Gußoberfläche zu ermöglichen· Bei diesem Verfahren ist die Kombination einer kurzen Kokille und einer flachen Schmelzentiefe besonders für die Ausschaltung von Fehlern oder Mängeln an der Gußoberfläche geeignet· Die kurze Kokille wird jedoch in kritischem Maß durch Änderungen der Kühlbedingungen an der Schmelze beeinflußt, weshalb sich bei einer kurzen Kokille die Gefahr für ein "Auslaufen", d.h. ein Ausfließen der Schmelze durch eine aufgebrochene, unvollständig erstarrte Oberfläche des Strangs vergrößert. Das flache Schmelzenbad ist ebenfalls nachteilig, weil es beim Mehrfachstranggießen eine genaue Steuerung des Schmelzenapiegels

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In den verschiedenen Kokillen durch sorgfältige Zufuhr der Schmelze in die Kokillen erfordert«

Aufgabe der Erfindung 1st damit in erster Linie die Schaffung eines verbesserten Verfahrens sowie einer Vorrichtung dafür für den Hartguß bzw· das Stranggießen, das als grundsätzliches Verfahren Gegenstand der Erfindung ist und mit dem die genannten Nachteile vermieden werden·

Dieses Verfahren sowie die Vorrichtung dafür sollen eine ausgezeichnete Gußoberfläche gewährleisten und auch eine Verminderung des Personal-Arbeitsaufwands ermöglichen«

Die Erfindung bezweckt weiterhin die Verbesserung des genannten, grundsätzlichen Verfahrens in der Weise, daß bei Jeder Art von Aluminiumlegierungen ein Netalleinbruch verhindert werden kann· Erfindungsgemäß hat es sich gezeigt, daß ein Metalleinbruch, der üblicherweise ein Eindringen von Metall(schmelze) in die Schmieröl-Zufuhrkanäle bedeutet und eine fehlerhafte Oberfläche, etwa eine solche mit Schrammenfehlern, zur Folge hat, beim Gießen verschiedener Aluminiumlegierungen nach dem grundsätzlichen Verfahren auftritt.

Im Zuge der genannten Aufgabe bezweckt die Erfindung auch die Verbesserung des Verfahrens sowie die Schaffung einer Vorrichtung für das Abgießen mit Hauben oder Blockaufsätzen bzw· verlorenem Kopf, bei dem die vorher geschilderten Nachteile ebenfalls vermieden werden können«

Die Erfindung zielt auch auf die Verbesserung dieser grundsätzlichen Vorrichtung in der Weise ab, daß die Innenwandfläch· der Kokille nicht mehr nach längerer Betriebszeit nachgeschliffen zu werden braucht« Es hat sich nämlich herausgestellt, daß dann, wenn bisher die Kokillen-Innenwand nicht geschliffen war, das Schmieröl nicht durch die ölkanäle fließen konnte, weil an diesen Kanälen Fremdkörper anhafteten«

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Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines automatischen Steuer- oder Regelverfahrens für die grundsätzliche Vorrichtung gemäß der Erfindung. Diese automatische Regelung hat sich für die Durchführung des grundsätzlichen Verfahrens in industriellem Maßstab als wesentlich erwiesen» weil dabei spezielle Schwierigkeiten festgestellt wurden, welche die industrielle Anwendung des zu beschreibenden, grundsätzlichen Verfahrens behinderten·

Diese speziellen Schwierigkeiten beim Gießen auf industrieller Basis sind folgende:

A« Die nachstehend beschriebenen Parameter P, V und Q können auch nach Beginn des Gießvorgangs variiert werden»

Der angelegte Gasdruck (ausgedrückt als P in mm H₂O) im Vergleich zum hydrostatischen Druck der Schmelze, die Strömungsmenge des Gases (V in l/min) und die Zufuhrmenge des Schmieröls (Q in ml/min) können in dem für P, V und Q vorgegebenen Bereich variieren und dadurch den Erfolg des Gießvorgangs zunichte machen« Beim Stranggießen auf industrieller Basis wird eine Schmelze notwendigerweise gleichzeitig in mehrere Kokillen abgegossen, um mehrere Stränge in Form von Rohbrammen oder Knüppeln herzustellen· Es ist dabei nicht einfach oder praktisch bdö glich, die Parameter P, Q und V für jede Kokille genau einzustellen· Wenn diese Steuerung Bedienungspersonen überlassen wird, muß eine größere Zahl von Arbeitern mit der manuellen Einstellung der Parameter betraut werden, was zu wirtschaftlichen Nachteilen bezüglich der Verminderung des Arbeitskräfteaufwands führt·

B. Die Steuerung der Parameter P, V und Q kann sich häufig zu Beginn des Gießvorgangs, insbesondere bei hoher Gießgeschwindigkeit, als erfolglos erweisen· Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung einer ausgezeichneten Gußoberfläche die Gas-

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strömungsmenge V bei niedriger Gießgeschwindigkeit auf einem vergleichsweise niedrigen Wert gehalten werden sollte.

Erfindungsgemäßen Feststellungen zufolge sollte die Gasströmungsgeschwindigkeit V beim Gießen eines 152-mm-Knüppels aus Aluminiumlegierung 6063 gemäß AA Standard bei nur 1,0 l/min liegen, um die geforderte Wirkung des angelegten Gasdrucks vom Beginn des GießVorgangs an zu erzielen· Wenn jedoch die Gas strömungsmenge V bis auf 0,5 l/min weiter verringert wird, kann der Gasdruck P während und nach dem Beginn des Gießvorgangs nicht auf den vorbestimmten Wert angehoben werden· Wenn der Gasdruck P nicht angehoben wird, kann er auch durch eine allmähliche Erhöhung von V nicht auf seinen vorbestimmten Wert vergrößert werden· Der Gasdruck P kann aus den folgenden Gründen nicht angehoben werden: Aufgrund der Überkühlung während der anfänglichen Gießzeitspanne bilden sich Fehler in Form von Längslinien, durch die Zwischenräume zwischen der Oberfläche des erstarrten Metalls und der Innenfläche der Kokille gebildet werden; diese Zwischenräume sind, in Umfangsrichtung der

un-KoklHe gesehen, zueinander/zusammenhängend. Dabei wird der

Widerstand gegenüber einem Luftdurchtritt zwischen dem Metall und der Kokille erheblich verringert, so daß der Luftdurchtritt durch die Zwischenräume erheblich zunimmt. Infolge dieses Luftdurchtritts führt eine wesentliche Erhöhung von V nach einem solchen Durchtritt nicht mehr zu einer Erhöhung von P, mit dem Ergebnis, daß eine glatte Gußfläche, die nur bei Aufrechterhaltung eines entsprechenden Gasdrucks erzielt wird, nicht gewährleistet werden kann.

Die Erfindung bezweckt damit auch die Schaffung eines automatischen Steuer- oder Regelverfahrens beim Metallgießen, wobei die vorstehend unter (A) genannten Nachteile dadurch ausgeschaltet werden können, daß die vorbestimmten Gießparameter während einer Dauerstufe des Gießvorgangs automatisch aufrecht-

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erhalten werden können, in welcher der Gasdruck normalerweise ziemlich kleine Änderungen zeigt, und wobei die vorstehend unter (B) genannten Nachteile dadurch vermieden werden können» daß die Änderungen der Gießparameter während der instabilen Stufe zu Beginn des Gießens, an welcher der Gasdruck Übermäßig stark variiert, automatisch korrigiert werden»

Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zum direkten Hartschalengießen in einer zwangegekUhlten Kokille, beispielsweise einer Stranggießkokille, bei dem eine Metallschmelze in einen über der Kokille und dicht an dieser angeordneten Zwischenbehälter abgegossen wird, der einen Überhang über die Innenwand der Kokille aufweist, eine Schmierfläche im wesentlichen um die gesamte Innenwand der Kokille herum vorgesehen wird, die Schmelze aus dem Behälter in die Kokille eingeleitet wird, eine Metallmasse in der Kokille zum Verweilen gebracht wird und zur Zwangskühlung der Metallmasse ein Kühlmittel durch die Kokille geleitet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar unter dem Überhang ein Gas eingeleitet und an dem unmittelbar unter dem Überhang befindlichen Teil der Metallmasse ein Gasdruck auf dessen Umfangsfläche ausgeübt wird·

Eine Ausführungsform dieses Verfahrens, mit welcher eine verbesserte Gußfläche zuverlässig erhalten wird, kennzeichnet sich dadurch» daß der Gasdruck im voraus auf einen Wert zwischen dem Druck, bei dem das Gas durch die Metallschmelze hochsteigt, und dem Wert festgelegt wird, bei dem die Berührungsfläche zwischen der Metallmasse und der Kokillen-Innenwand aufgrund der GaeeinfUhrung wesentlich verkleinert wird.

Eine andere Ausführungsform des grundsätzlichen Verfahrens, mit welcher die verbesserte Gußfläche des Strangs oder Knüppels noch2uverlä8siger gewährleistet wird, besteht darin, daß der

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Gasdruck etwa auf einen Wert entsprechend dem hydrostatischen Druck der Schmelze bei einer Tiefe entsprechend dem Überhang festgelegt wird.

Beim Gießen von Aluminium oder Legierungen davon erfolgt die Bildung der Schmierfläche vorzugsweise durch Zufuhr eines flüssigen Schmiermittels zur Innenwand der Kokille.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieses Verfahrens, bei der die günstigste Kombination der Schmierung und des unmittelbar unter dem Überhang an das Metall angelegten Gasdrucks geboten wird, wird das Schmieröl der Innenwand der Kokille in einer unter der Einführstelle des Gases liegenden Position der Kokille zugeführt· Darüber hinaus ist der Druck zur Zufuhr des Schmieröls so gewählt, daß dieses Ol aufgrund des Gasdrucks nicht zurückströmt. Weiterhin liegt die Viskosität des Schmieröls im Bereich von 1-30 poise und vorzugsweise von 3-40 poise bei Raumtemperatur·

Der Speisedruck des Schmieröls wird durch Verwendung einer ölpumpe oder eines Ölbehälters mit einem bestimmten Fall- bzw. Staudruck eingestellt· Diese Einstellung erfolgt unter Berücksichtigung des Strömungswiderstands des Kanals für die ölzufuhr, der ölviskosität, der Abhängigkeit dieser Viskosität von der Temperatur des Öls usw. derart, daß der Öldruck an den Auslaßenden der ölkanäle ausreichend hoch ist«

Die ölzufuhrmenge hängt von der Einführmenge oder -geschwindigkeit des Gases ab· Erstere liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 - 3,0 ml/min und bevorzugt bei 0,1 - 1,2 ml/min, wenn letztere zwischen 1,0 und 3,0 l/min schwankt·

Erfindungsgemäß wird als Gas mindestens ein Gas wie Luft, Stickstoff und/oder Inertgas benutzt·

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Zur weiteren Verbesserung des genannten, grundsätzlichen Verfahrens wird mit der Erfindung ein Verfahren geschaffen, das sich dadurch kennzeichnet, daß das Schmieröl an einem Innenumfangsteil der Oberseite der Kokille praktisch zu deren Innenwand zugeführt wird. Dieses Verfahren ist im folgenden auch als Verfahren mit verbesserter Schmierölzufuhr bezeichnet.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu gießenden Rohblöcke umfassen einen runden Block, der üblicherweise als Knüppel bezeichnet und durch Strangpressen oder Ziehen verformt wird, einen üblicherweise als Rohbramme bezeichneten rechteckigen Block, der zu einem Blech ausgewalzt wird, und einen dickwandigen, hohlen Block bzw· Rohrluppe, der bzw. die zu Röhren und rohrförmigen Hohlkörpern extrudiert bzw. stranggepreßt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient also jeglichem fallenden Hartguß, insbesondere dem Strangguß, bei dem die Metallschmelze in eine Abgußform und daran anschließend in eine Säulen- oder Rohrform gebracht wird· Im Hinblick auf die derzeitigen Kenntnisse auf dem Gebiet dieser Verfahren kann bezüglich des Gießmechanismus folgendes angenommen werden: Der Umfang der Schmelze, der mit der Innenfläche der zwangsgekühlten Kokille in Berührung gebracht wird, wird schnell abgekühlt, so daß sich in diesem Bereich eine dünne, verfestigte oder erstarrte Schale bildet« Anschließend verdichtet sich die erstarrte Schale oder Gußhaut und schrumpft entsprechend, so daß sie sich von der Umfangsfläche der Kokille löst« Die Erstarrung der Schmelze beginnt zudem von dem am Einlauf der Kokille gelegenen Teil aus·

Danach wird erfindungsgemäß ein Gasdruck an die Autenumfangsfläche des metallenen Gußstücks unmittelbar unter dem Überhang angelegt« Das Gas kann dabei z„B. senkrecht zur Axialrichtung

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des Gußstücks und parallel zum unteren Ende des Behälters (basin) zur Aufnahme der Schmelze gerichtet werden, wobei dieses untere Ende den Überhang bildet. Wenn das Gas In die angegebenen Richtungen geleitet wird, wird es durch die Grenzfläche zwischen dem Speisebehälter für die Schmelze und der Kokille eingeleitet. Das Gas wird außerdem an einem oder mehreren Bereichen dieser Grenzfläche eingeführt und dann um die gesamte Grenzfläche herum verteilt, bis es schließlich von der gesamten Grenzfläche an der Außenumfangsfläche des säulen- oder röhrenförmigen Metallstücks ankommt_o Es ist nämlich überhaupt nachteilig, daß im Gasstrom ein Teilgasstrom vorhanden ist, der gegenüber der Außenumfangsfläche schräg strömt. Natürlich kann das gesamte Gas in im wesentlichen senkrechter Richtung, d.h. senkrecht zur Umfangsfläche des Gußstücks eingeleitet werden. Die Gaseinleitung erfolgt derart, daß die Zufuhr während der gesamten Gießzeit aufrechterhalten wird« Außerdem wird das Gas um die Gesamtfläche des Netalls herum verteilt· Das Gas kann längs eines jeden Durchgangs strömen, sofern es in einer vorbestimmten Höhe des Metallgußstücks ankommt· Aus praktischen Gründen ist es jedoch günstig, das Gas längs des Durchgangs an der genannten Grenzfläche strömen zu lassen·

Erfindungsgemäß erfolgt das Gießen in Gegenwart einer Schmierfläche an der Innenfläche der Kokille·

Die Ausbildung der Schmierfläche kann nach einem der folgenden, an sich bekannten Verfahren erfolgen:

1. Das Schmieröl wird kontinuierlich an einer Stelle unter dem Überhang zur Innenfläche der Kokille hin ausgestoßen·

2. Das Schmiermittel wird vor Einleitung des Gießvorgangs auf die Innenfläche der Kokille aufgetragen.

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3. Der Werkstoff der Kokille ist so gewählt, daß er (a) einen großen Kontaktwinkel gegenüber der Schmelze und (b) Selbstschmiereigenschaften in bezug auf die erstarrte Schale der Metallschmelze besitzt, beispielsweise die Selbstschmiereigenschaften von Graphit.

Die angegebenen Maßnahmen (1) und (2) sind für die Schmierung einer Kokillen-Innenwand aus einem Werkstoff mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit anwendbar, etwa bei einer Kupfer- oder Aluminiumkokille.

Erfindungsgemäß kennzeichnet eich das Steuer- oder Regelverfahren dadurch, daß das Gas und das Schmiermittel mit vorbestimmter Strömungsmenge zugeführt werden, die Temperatur der Kokillen-Innenwand gemessen wird und daß zumindest die Gasströmungsmenge auf eine Größe über dem vorbestimmten bzw· Sollwert erhöht wird, wenn die an der Kokillen-Innenwand gemessene Temperatur eine vorbestimmte oder Solltemperatur übersteigt·

Bei diesem Regel- oder Steuerverfahren wird die Temperatur der Kokillen-Innenwand, vorzugsweise im oberen Teil derselben, mittels einer geeigneten Einrichtung gemessen· Der auf die Schmelze ausgeübte Gasdruck wird gemäß diesem Verfahren durch überwachung der gemessenen Temperatur innerhalb eines geeigneten Bereichs gehalten· Die vorbestimmte Temperatur dieser Innenwand variiert in Abhängigkeit von der Temperatur der Schmelze, der Gießgeschwindigkeit und der Menge des Kühlwassers in der Kokille; diese vorbestimmte Temperatur liegt im Bereich von 20 - 30⁰C, üblicherweise im Bereich von 25 - AO⁰C. Wenn die Gießbedingungen, wie Schmelzentemperatur, Gießgeschwindigkeit usw·, genau bestimmt werden, kann festgestellt werden, daß die Temperatur der Kokille innerhalb der oberen und unteren Regelgrenzwerte liegt, die um etwa 5°C höher bzw· niedriger liegen als die genannte vorbestimmte Temperatur· Mit anderen Worten:

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wenn die vorbestimmte Temperatur beispielsweise 25°C beträgt und die Temperatur der Innenwand der Kokille 30⁰C Übersteigt, wird eine Erhöhung der Strömungsmenge der Luft und ggf. der Strömungsmengen von Luft und Schmieröl eingeleitet. Dieses Regelverfahren ist für die Gewährleistung eines zufriedenstellenden Gießvorgangs während der erwähnten gleichbleibenden bzw« Dauergießstufe geeignet.

In abgewandelter Ausführungsform kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Regelverfahren dadurch, daß das Gas und das Schmiermittel Jeweils mit vorbestimmter Strömungsmenge zugeführt werden, daß die Temperatur der Kokillen-Innenwand und der Gasdruck an einer Stelle unmittelbar unter dem Überhang gemessen werden, daß zumindest die Gasströmungsmenge auf einen Wert über dem Sollwert erhöht wird, wenn die gemessene Temperatur der Kokillen-Innenwand einen vorbestimmten oder Sollwert übersteigt bzw. wenn der gemessene Druck einen vorbestimmten oberen Wert übersteigt, und daß die erhöhte Strömungsmenge auf eine Größe unter dem Sollwert verringert wird, wenn der gemessene Druck von einem vorbestimmten unteren Druckwert absinkt.

Bei diesem Verfahren wird neben der Temperatur der Kokillen-Innenwand der Gasdruck unmittelbar unter dem Überhang gemessen· Der Standard- oder Normaldruck des Gases unmittelbar unter dem Überhang wird in Abhängigkeit von dessen Länge, der Art der Schmelze, der Gießgeschwindigkeit usw. variiert. Wenn der Überhang eine Länge von 10 - 20 mm besitzt, sollte der Gasdruck unmittelbar unter dem Überhang um nicht mehr als -15 mm H₂O kleiner sein als der hydrostatische Druck der Schmelze, aber um nicht mehr als +15 mm H₂O größer als der hydrostatische Schmelzendruck, der in einer Tiefe entsprechend der Ebene des Überhangs bestimmt wird.

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Bei beiden Regelverfahren muß mindestens die Luftzufuhrmenge V eingestellt werden· Wenn dadurch die Gießbedingungen noch nicht stabilisiert werden können, muß zusätzlich auch die Zufuhrmenge Q des Schmieröls eingestellt werden. Mit anderen Worten: wenn durch Erhöhung der Gaszufuhrmenge weder die Temperatur der Kokillen-Innenwand, noch der Gasdruck erhöht werden kann, wird eine Einstellung beider Faktoren V und Q vorgenommen, um vorbestimmte Temperatur- und Druckwerte zu erreichen· Die Notwendigkeit für eine Einstellung beider Zufuhrmengen V und Q ergibt sich während der anfänglichen Gießperiode« Der Grund, weshalb die zusätzliche Einstellung der Schmiermittelmenge für die Erhöhung der Innenwandtemperatür und des Gasdrucks unmittelbar unter dem Überhang wirksam 1st, ist noch nicht vollständig geklärt· Es wird jedoch angenommen, daß der Zwischenraum zwischen der Innenwand der Kokille und der Außenfläche des erstarrenden Metalls durch das Schmieröl abgedichtet oder aufgehoben wird, so daß sich der Widerstand für einen Gasdurchtritt vergrößert.

Vorzugsweise werden die Faktoren V und Q bei ihrer Einstellung plötzlich auf das Zwei- bis Dreifache der Sollwerte Vo bzw. Qo erhöht.

Vorzugsweise werden die Zufuhrmengen V und Q nicht plötzlich auf die Werte Vo bzw. Qo vermindert, sondern vielmehr allmählich gesenkt, wenn die Innenwandtemperatur und der Gasdruck unmittelbar unter dem Überhang auf die Sollwerte zurückgeführt worden sind.

Die Temperatur der Kokillen-Innenwand kann zwar zu hoch sein, soB. aber normalerweise beim Gießbeginn und während der Periode des gleichbleibenden Gießvorgangs nicht von der Solltemperatur abfallen. Die Innenwandtemperatur kann jedoch auf den vorbestimmten bzw» Sollwert abnehmen, wenn 1. die Tiefe der Schmelze im Speisebehälter aufgrund der Unterbrechung des Schmelzengieß-

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Vorgangs in der Endstufe des Gießens abnimmt oder wenn 2« die Schmelze nicht mehr in die Kokille fließen kann, weil sich die Schmelze in einzelnen Fällen aus irgendwelchen unbekannten Gründen verfestigt. Im erstgenannten Fall der Abnahme der Kokillen-Innenwandtemperatur ist es ratsam, die Gaszufuhr und die Schmiermittelzufuhr zu unterbrechen, wenn durch eine geeignete Einrichtung ein Signal festgestellt wird, welches das Ende des Gießvorgangs angibt und das von einer entsprechenden Einrichtung geliefert wird. Im zweitgenannten Fall empfiehlt es sich, den Gießvorgang zu unterbrechen, beispielsweise durch Absenken der Bodenplatte zur Unterstützung des Gußblocks und durch Beendigung des Vergießens der Schmelze, wobei dieser Abste11Vorgang gekoppelt (interlocked) ist, wenn ein abnormaler Vorfall, wie unter 2. angedeutet, durch eine Warnlampe angezeigt wird.

Mit der Erfindung wird auch eine Vorrichtung mit einer offenendigen, wärmeleitenden Kokille, die einen Formraum bildet und ein Zwangskühlen der Metallschmelze zuläßt, und mit einem offenendigen, feuerfesten Zwischen- oder Speisebehälter zur Aufnahme der Metallschmelze und zu ihrer Einführung in die Kokille, wobei der Behälter dicht an der Kokille über dieser angeordnet ist und einen Überhang Über die Innenwand der Kokille aufweist, geschaffen, die gekennzeichnet ist durch einen gasdicht abgeschlossenen (engaged) Bereich und einen Ringspaltbereich, die beide zwischen der Kokille unddem Speisebehälter angeordnet sind und von denen letzterer von außen her umfangsmäßig vom erstgenannten Bereich umschlossen ist und mit dem Formraum in Verbindung steht, wobei die Abmessungen des Spalts so gewählt sind, daß die Schmelze nicht in ihn eintritt, und durch einen Gasvorrat, der über einen oder mehrere Durchgänge bzw. Kanäle in der Kokille mit dem Spalt verbunden ist.

Eine für das Gießen von Aluminium und seiner Legierungen geeignete AusfUhrungsform dieser Vorrichtung ist dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Kokille mit Kanälen bzw. Durchgängen für die Zufuhr von Schmieröl zur Kokillen-Innenwand versehen ist, die gleichmäßig um die Innenwand der Kokille herum angeordnet sind und mit ihren Enden an dieser Innenwand münden»

Bezüglich der Abmessungen der Bauteile dieser Vorrichtung empfiehlt es sich, daß die Tiefe des Speisebehälters 50 - 200 mm beträgt, daß der Spalt eine Breite von 0,03 - 0,7 mm besitzt, daß die Länge des Überhangs 5 - 50 mm beträgt und daß der lotrechte Abstand der Schmieröl-Zufuhrkanäle bzw. vom Spalt im Bereich von 0,2 - 2,5 mm liegt·

Bei einer AusfUhrungsform dieser Vorrichtung, bei welcher das Hochsteigen von Gas durch die Schmelze vorteilhaft verhindert wird, besteht die Besonderheit darin, daß der Speisebehälter einen nach unten ragenden Teil aufweist, der um den innersten Ringbereich am Boden des Speisebehälters ausgebildet ist·

In weiterer Abwandlung wird eine Vorrichtung für das direkte Abkühlen beim erfindungsgemäßen Verfahren geschaffen, bei welcher die Kokille mit Kanälen oder Durchgängen für die Zufuhr von Schmieröl zu ihrer Innenwand versehen ist, die gleichmäßig um diese Innenwand herum angeordnet/land mit ihren offenen Enden am bzw. im Ringspaltbereich liegen.

Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter verbesserter Zufuhr von Schmieröl besteht die Besonderheit darin, daß der radiale Abstand des offenen Endes eines Kanals von der Innenwand der Kokille nicht mehr als die Hälfte der radialen Länge des Spalts beträgt.

Für die automatische Regelung des direkten Hartgusses gemäß der Erfindung ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, die zusätzlich gekennzeichnet ist durch mindestens ein in die Kokille eingebautes thermoempfindliches Element zur Messung der Kokillentemperatur, durch eine mit diesem Element verbundene Regel ~

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vorrichtung zum Vergleichen der gemessenen Temperatur mit einem vorbestimmten bzw. Soll-Temperaturbereich der Kokille» durch eine mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Gaszufuhrmenge in den Spalt und durch eine ebenfalls mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Zufuhrmenge des Schmiermittels.

In abgewandelter Ausführungsform ist diese Vorrichtung gekennzeichnet durch mindestens ein in die Kokille eingebautes, thermoempfindliches Element zur Messung der Kokillentemperatur, durch eine Einrichtung zur Messung des Gasdrucks unmittelbar unter dem Überhang, durch eine sowohl mit dem thermoempfindlichen Element als auch mit der Druckmeßeinrichtung verbundene, die gemessene Temperatur mit einem vorbestimmten bzw. Soll-Temperaturbereich der Kokille vergleichende Regelvorrichtung, durch eine mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Gaszufuhrmenge zum Spalt und durch eine ebenfalls mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Zufuhrmenge des Schmiermittels.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert« Es zeigen:

Fig· 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Gießvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt längs der Linie HI-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen ähnlichen Teilschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2,

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Fig. 5 eine graphische Darstellung der tatsächlichen bzw. Ist-Menge des verwendeten Schmieröls (in ml/min) in Abhängigkeit von der Luftströmungsmenge ₉

Fig. 6 einen lotrechten Schnitt durch einen Zwischen- oder Speisebehälter,

Fig· 7 eine Schnittansicht eines Teils der Kokille, in welche Thermoelemente eingesetzt sind,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Temperaturschwankungen in der Kokille, während denen am gebildeten Gußblock eine Ausscheidungsfläche entsteht,

Fig. 9 eine Fig. 8 ähnelnde Darstellung der Temperaturschwankungen in der Kokille, bei denen eine ausgezeichnete, glatte Oberfläche erzielt wird,

Fig. 10 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, schematische Schnittdarstellung eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Veranschaulichung des Gießmechanismus,

Fig, 11 eine graphische Darstellung der Verteilung der Konzentrationen der Legierungselemente im Fall der Legierung AA2024,

Fig. 12 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung von Schmierölkanälen, die sich von den Kanälen gemäß Fig. 4 unterscheiden,

Fig· 13 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung gemäß der Erfindung zur Regelung der Gießparameter beim Eingießen der Schmelze in die Kokille,

Fig. 14 eine Teilschnittansicht zur Darstellung der Einsetzposition der Thermoelemente,

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Fig. 15 graphische Darstellungen der Änderungen der Faktoren T, V und P während einer Periode gleichmäßigen oder gleichbleibenden Gießens,

Fig. 16 graphische Darstellungen der Änderungen der Faktoren T, V, P und Q in der Anfangsperiode des Gießvorgangs und

Fig. 17 bis 21 Photographien von bei Gießversuchen erhaltenen Gußblöcken, worin eine Ausscheidungsfläche, eine "pockennarbige" Oberfläche, eine hervorragend glatte Oberfläche, eine gestreifte Oberfläche bzw. eine Ziehmarken aufweisende Oberfläche dargestellt sind.

Gemäß Fig. 1 besitzt eine aus Metall oder Graphit bestehende Kokille 1 eine die Form eines Gußblocks oder Strangs 17 festlegende Querschnittsform, beispielsweise einen runden Querschnitt für die Herstellung eines runden Strangs 17 und zur Festlegung des Formraums, in welchem der Strang 17 gebildet wird. Die Kokille 1 wird von einem Kühlmittel, z.B. Wasser 4, für die Zwangskühlung der Säulenform annehmenden Schmelze durchströmt· Eine an die Kokille 1 angeschlossene Wasser-Speiseleitung 3 liefert das Wasser von einem nicht dargestellten Vorrat aus· Die Wärme der Metallschmelze 16 wird von einem Teil der Innen -umfangsflache der Kokille 1 absorbiert, so daß die Schmelze zu erstarren beginnt, wie dies in Fig. 1 durch den schraffierten Teil angedeutet ist. Das zunächst durch die Kokille abgekühlte Metall wird danach durch das Kühlmittel gekühlt, das durch Auslässe 5 gegen den Gußblock oder Strang 17 gespritzt wird. Die Auslässe 5 können entweder aus einem um den Umfang der Kokille umlaufenden Schlitz bzw. Spalt oder aus auf gleiche Abstände verteilten Öffnungen bzw« Bohrungen bestehen, die am unteren Ende der Kokille um deren Rand herum angeordnet sind. Die für den ersten und den zweiten KühlVorgang verwendeten Kühlmittel brauchen nicht notwendigerweise dieselben zu sein; üblicherweise bestehen jedoch beide Kühlmittel aus Wasser·

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Ein Zwischen- oder Speisebehälter 2 zur Aufnahme der Metallschmelze 16 ist mit Hilfe von Schraubbolzen an der Kokille 1 befestigt· Der Behälter 2 kann aus einem feuerfesten Material bestehen, beispielsweise aus einem der handelsüblichen Materialien, die unter den Handelsbezeichnungen Marinite und Fiberflux vertrieben werden« Der koaxial zur Kokille 1 angeordnete Behälter 2 besitzt eine Innenumfangsflache, die im wesentlichen parallel zur Innenumfangsfläche der Kokille 1 verläuft« Der die Schmelze aufnehmende Behälter 2 verhindert auch dann, wenn die in ihm enthaltene Schmelzenmenge variiert, das Auftreten von Schwankungen im Erstarrungspegel der Metallschmelze, an welchem das Metall zu erstarren beginnt·

Der erstarrt Gußblock oder Strang 17 wird kontinuierlich von der Kokille 1 abgezogen, indem eine nicht dargestellte, den Gußblock tragende Bodenplatte mit konstanter Geschwindigkeit, d.h. mit der Gießgeschwindigkeit abgesenkt wird.

In den Fig. 2 bis k ist der Aufbau der Gießvorrichtung zur Verdeutlichung der GaseinfUhrung an einer Stelle unter dem Überhang näher veranschaulicht·

Drei Leitungsstutzen 6, 6* und 6" (Fig· 2) gehen radial von der Außenwand der Kokille 1 (Fig· 1) ab und sind jeweils in einem Abstand von 120° voneinander angeordnet und mit einer nicht dargestellten Luftzufuhrquelle verbunden« Ein am oberen Ende der Kokille vorgesehener Ringkanal 7 (Fig. 2 und 3) steht mit den Luftzufuhrstutzen 6, 6* und 6" in Verbindung· Auf diese Weise kann die Luft gleichmäßig um den Ringkanal 7 herum und somit über die gesamte Umfangsfläche der Oberseite der Kokille 1 verteilt werden· Versuche haben gezeigt, daß sich die Gasverteilung im Fall von zwei oder drei Zufuhrstutzen 6 nicht von derjenigen im Fall eines einzigen Zufuhrstutzens 6 unterscheidet«

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Da der Außenteil 1a der Oberseite der Kokille 1 eine ebene Fläche bildet, kann dieser Teil 1a in sehr innige Anlage an die Unterseite des Behälters 2 herangebracht werden« Eine im Oberteil 1a der Kokille vorgesehene, umlaufende Nut 12 dient zur Aufnahme einer Dichtungspackung aus wärmebeständigem Gummi ο.dgl· zur Verhinderung eines Luftaustritts aus dem Kanal 7ο

Der Innenteil 1b der Kokillenoberseite ist gegenüber dem Außenteil 1a der Kokille 1 geringfügig tiefer gelegt, so daß ein sehr schmaler Zwischenraum 8 zwischen dem Innenteil 1b und der Unterseite des Behälters 2 gebildet wird· Der Zwischenraum 8 steht an seinem einen Ende mit dem Ringkanal 7 in Verbindung und ist am anderen Ende über die gesamte Innenwandfläche der Kokille 1 hinweg offen«. Die Innenwand des Behälters 2 ragt nach innen über die Innenwandfläche der Kokille 1 hinaus, so daß die Unterseite des Behälters 2 waagerecht auskragt, um dadurch den Raum unter dieser erweiterten Unterseite abzudecken. Hierdurch wird um die gesamte Innenwandfläche der Kokille 1 ein Überhang 9 gebildet. Die Luft strömt dabei nacheinander durch die Leitungsstutzen 6, 6* und 6", den Ringkanal 7 und den Zwischenraum 8, um schließlich in den Raum unmittelbar unter dem Überhang 9 auszutreten.

Die Kokille 1 weist eine Einrichtung zur Zufuhr eines flüssigen Schmiermittels zwischen dem bei der ersten Abkühlung erstarrten Metall und der Innenwandfläche der Kokille 1 auf. Diese Einrichtung umfaßt einen nicht dargestellten Schmiermittelvorrat, mit diesem in Verbindung stehende, nicht dargestellte Leitungen sowie Einlasse 14 (Fig. 2 und 4) für das Schmiermittel bzw. Schmieröl, an welche die Leitungen angeschlossen sind. Die Schmieröleinlässe 14 stehen mit Kanälen bzw. Durchgängen 13 in Verbindung, welche in der Kokille 1 diametral verlaufen und ihrerseits mit einem Ringkanal 10 zur

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Verteilung des Schmieröls um den Hohlraum der Kokille herum verbunden sind« Vom Ringkanal 7 geht eine große Zahl kleiner Kanäle 11 ab, die an der Innenwandfläche der Kokille 1 münden_o Die kleinen Kanäle 11 zur Zufuhr des Schmieröls verlaufen radial zur Innenwandfläche der Kokille und sind entgegengesetzt zur Gießrichtung geneigt. Diese Kanäle 11 können jedoch auch waagerecht verlaufen oder sich abwärts in Abziehrichtung des Gußblocks 17 erstrecken. Genauer gesagt, können die Kanäle 11 in jeder beliebigen Richtung verlaufen, sofern das Schmieröl aus ihren offenen Enden an der richtigen Stelle des Gußblocks austritt«, Bei der dargestellten Konstruktion der Vorrichtung kann das Schmieröl jederzeit unmittelbar unter dem Überhang 9 zugeführt werden und an der Innenumfangsfläche der Kokille herabfließen, weil das über die Einlasse 14 zügeführte Schmieröl durch die Kanäle 11 ausgestoßen wird« Da das Einarbeiten des Durchgangs 10 und der Kanäle 11 in eine monolithische Kokille nahezu unmöglich ist, wie dies für den Fachmann offensichtlich sein dürfte, empfiehlt es sich, getrennte Kokillenteile herzustellen, in denen der Durchgang 10 und die Kanäle 11 bereits ausgebildet sind, und sodann diese Teile auf passende Weise, z.B. durch Schweißen, miteinander zu verbinden.

Im folgenden ist eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Gewährleistung einer besseren Schmierölzufuhr erläutert.

Gemäß Fig· 12, in welcher die Teile von Fig. 4 mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind, enden die kleinen Kanäle 11 für die Zufuhr von Schmieröl gemäß einem speziellen Merkmal der Vorrichtung gemäß Fig· 12 an der inneren Ringfläche 1b der Oberseite der Kokille 1, d.h. im Schlitz 8. Die offenen Enden der Kanäle 11 befinden sich dabei auf der Oberseite der Kokille 1 zwischen dem inneren Endteil der Kokille und der Nut 7 für die Gaszufuhr, Der Abstand d der offenen Enden der Kanäle 11 von der Innenkante der Kokille sollte vor-

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zugsweise nicht mehr als die Hälfte des Abstands D zwischen dieser Innenkante und der Nut 7 der Kokille 1 betragen. Vorzugsweise beträgt der Abstand d weniger als 5 mm· Wenn sich die offenen Enden der Schmierölkanäle 11 zu dicht an der Nut 7 für die Gaszufuhr befinden, könnte das Schmieröl in die Nut 7 einfließen und diese zumindest teilweise ausfüllen. Hierdurch würde die gleichmäßige Gaszufuhr über die Außenumfangsflache des Gußblocks bzw. Strangs verhindert, so daß die Erzielung einer gleichmäßigen und glatten Gußfläche schwierig werden würde. Der Abstand d sollte daher nicht mehr als 1/2D und vorzugsweise weniger als 5 mm betragen.

Je kleiner der waagerechte Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten offenen Enden der Kanäle für die Schmieröl zufuhr ist, um so wirksamer läßt sich das erfindungsgemäße Gießverfahren durchführen. Durch eine größere Zahl von Schmierölkanälen wird das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls begünstigt. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird das Schmieröl gleichmäßiger um das erstarrende Metall herum verteilt, und die gleichmäßige Schmierölzufuhr wird auch dann nicht gestört, wenn einige der Kanäle durch Staub ο.dgl. verstopft sind.

Bei verkleinertem Durchmesser jedes Kanals kann das Schmieröl noch gleichmäßiger aus jedem Kanal ausgetragen werden, weil sich dabei der Strömungswiderstand für das Ol erhöht. Aus diesem Grund sollten die kleinen bzw. engen Kanäle vorzugsweise einen Durchmesser von 0,2 - 3 mm besitzen. Da es jedoch schwierig ist, Kanäle mit einem kleineren Durchmesser als einem solchen von 0,2 mm auszubilden, beträgt der mögliche Mindestdurchmesser 0,2 mm.

Im folgenden sind erfindungsgemäß durchgeführte Versuche zur Bestimmung vorteilhafter Gießbedingungen erläutert. Sofern nicht anders angegeben, wurden bei diesen Versuchen die Menge und die Art des Gases sowie des Schmieröls und die Abmessungen

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des Zwischenraums bzw. Spalts 8 entsprechend den vorgegebenen, nachstehend aufgeführten Gießbedingungen variiert,

1. Gießmetall; Aluminium (6063 gemäß AA Standard)

2. Temperatur der Schmelze Im Schmelzenbehälter: 680⁰C

3. Tiefe der Schmelze im Speisebehältert 90 mm

4₀ Gußblock bzw. Strang: runder Block von 152 mm Durchmesser 5· Gießgeschwindigkeit: 70 mm/min zu Beginn des Gießvorgangs und 120 mm/min während der Zeitspanne, in welcher der Gießvorgang gleichbleibend durchgeführt wurde

6. Vorrichtung: Entsprechend der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4, jedoch mit einer einzigen Gasleitung 6. Der Durchmesser der einzelnen Kanäle für die Schmierölzufuhr betrug 0,5 mm, die Gesamtzahl der Kanäle 100./Breite des Spalts 8 betrug 0,3 mm, die Länge L des Überhangs 9 entsprach 10 mm·

7. Sfthmi »pKT i Rizinusöl

8· Strömungsmenge des Kühlwassers: 60 l/min

9· Temperatur des Kühlwassers vor dem Einströmen in die Kokillei 14°C·

Die in die Speiseleitung 6 (Fig. 1) eingeführte Luft wurde von einer Druckluftquelle im Werk über ein Nadelventil und einen Schwimmer-Strömungsmesser zugeführt. Der Druck der Luft an der Druckluftquelle betrug 5 kg/cm. An die andere, nicht für die Luftzufuhr verwendete Leitung 6* war ein U-förmiges Manometer mit einer Wassersäule angeschlossen. Im Verlauf der Versuche wurde der Luftstrom bzw· die Strömungsmenge auf einen Soll-Wert von 0,2 - 4,0 l/min eingestellt, und die Druckluft wurde auf die in Fig. 10 veranschaulichte Weise in den Raum unmittelbar unter dem Überhang 9 eingeleitet. Gleichzeitig wurde der Staudruck des als Schmiermittel verwendeten Rizinusöls auf einen um 20 mm H₂O höheren Druck als dem der Druckluft eingestellt.

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Bei diesen Versuchen wurden folgende Ergebnisse erzielt»

Bei zu niedriger Luftströmungsmenge zeigte die Oberfläche des gebildeten Gußblocks einen als "Ausscheidung" bekannten Fehler, während diese Oberfläche bei zu hoher Luftströmungsmenge streifenförmige oder pockennarbige Oberflächenmängel zeigte· Es wurde festgestellt, daß die günstigste Luftströmungsmenge zur Gewährleistung einer ausgezeichneten Gußfläche im Bereich von 0,5 - 3,0 l/min liegt. Bei darüber liegender Luftströmungsmenge werden Luftblasen durch die im Schmelzenbehälter befindliche Schmelze hindurchgeblasen· Der mittels des U-förmigen Manometers gemessene Luftdruck erhöhte sich proportional zur Erhöhung der Luftströmungsmenge innerhalb des angegebenen Bereichs von 195 auf 230 mm H₂O. Als optimale Luftströmungsmenge zur Gewährleistung einer sehr glatten und fehlerfreien Gußfläche wurde eine solche von 1,0 - 2,0 l/min ermittelt, während der Luftdruck entsprechend der optimalen Strömungsmenge am Manometer als im Bereich von 200 - 214 mm H₂O liegend festgestellt wurde·

Erfindungsgemäß wurde die Beziehung zwischen dem Luftdruck und dem hydrostatischen Druck der Schmelze untersucht, und zwar unter Berücksichtigung der Veröffentlichung mit dem Titel "ME^JAJRGJCE JDESjU,yMIHiiaia!V .Deutsche Bearbeituftg ,. Qaar*. Schichtel, 1956, S. 20, hrsg. von A.I. Beljaev u.a. Gemäß dieser Veröffentlichung besitzt Aluminium des allgemeinen Reinheitsgrads eine Dichte von 2,376 bei eher Temperatur von 680⁰C₀ Der hydrostatische Druck des Aluminiums bei einer vorgegebenen Dichte wird zu 214 mm H₂O bei einer Tiefe von 90 mm der Aluminiumschmelze berechnet, wobei diese Tiefe der Höhe des Überhangs 9 entspricht. Der optimale Luftdruck reicht daher von einem um 19 mm H₂O unter dem berechneten hydrostatischen Druck liegenden Druck bis zu einem um 19 mm H₂O darüber liegenden Druck« Obgleich der hydrostatische Druck nicht tatsächlich

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gemessen, sondern berechnet wurde» kann gesagt werden, daß der Druck der auf die Außenumfangsfläche des säulenförmigen oder röhrenförmigen Metalls gerichteten Luft in der Größenordnung des hydrostatischen Drucks der Metallschmelze in einer Tiefe entsprechend der Ebene des Überhangs liegt. Dieser Druck der ausströmenden Luft entspricht im wesentlichen dem Druck der aa Einlaß 6 einströmenden Druckluft. Da der Luftdruck in einer Höhe unmittelbar unter dem Überhang etwa dem hydrostatischen Druck der Schmelze entspricht, wird angenommen, daß sich ein Zwischenraum oder Hohlraum zwischen der Außenfläche des Metalls und der Innenwand der Kokille bildet, wobei sich dieser so gebildete Hohlraum in Abhängigkeit vom Druck der darin befindlichen Luft elastisch ausdehnt und verkleinert. Da der maximale Luftdruck unter dem Wert liegt, bei dem Luft durch die Metallschmelze hindurch hochsteigt, kann die im erwähnten, sich plastisch verändernden Hohlraum eingeschlossene Luft nicht nach oben entweichen. Infolgedessen kann die Überschußmenge der Druckluft nur in Abwärtsrichtung aus dem Hohlraum austreten. Die Luft entweicht dabei durch winzige Durchgänge, die zwischen der Innenwand der Kokille und einer dünnen, erstarrten Schale der Metallschmelze gebildet sind.

Der gleiche Versuch wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß anstelle von Luft ein Stickstoffgas mit hoher Reinheit (Taupunkt -70°C) verwendet wurde. Die Wirkung des Stickstoffs auf die Gußfläche war dieselbe wie im Fall von Luft.

Es kann daher gesagt werden, daß sowohl Luft als auch Stickstoff als einzublasendes Gas beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Gemessen anhand der physikalischen und chemischen Wirkungen verschiedener Gasarten auf Aluminium, kann ersichtlicherweise auch ein Inertgas, beispielsweise Argon, als das einzublasende Gas benutzt werden.

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Im folgenden sind die Bedingungen für die Schmierung (Teil 1) beschrieben·

Die Tiefe der Schmelze im Speisebehälter betrug 100 mm. Die Luftströmungsmenge wurde von 0,5 bis 3,0 l/min variierte Der Staudruck Ho des Schmieröls wurde zwischen 250 und 600 mm geändert. Die Länge L des Überhangs des Speisebehälters betrug 5 mmβ Vorliegend wird der Staudruck des Schmieröls in mm H₂O nach dem tatsächlichen Staudruck des Öls berechnete

Die Ergebnisse der erzielten Gußflächen sind in Figo 5 veranschaulicht, in denen die Markierungen x, 0 und Δ eine "Ausscheidungsfläche¹¹ (Fig. 17), eine fehlerfreie Fläche (Fig. 19) bzw. eine streifenförmige Fläche (Fig. 20) angeben.

Die folgenden Fakten lassen sich anhand von Fig. 8 klären.

Bei zweckmäßiger Bestimmung der Luftströmungsmenge kann erstens eine ausgezeichnete, d.h. fehlerfreie Gußfläche erzielt werden, wenn der Staudruck Ho des Schmieröls im Bereich von 250 - 600 mm H₂O liegt. Wird der Schmieröldruck auf unter 250 mm H₂O reduziert, kann Luft in die Schmierölspeisekanäle 11 (Fig_o 2 und 3) eintreten und dadurch die ständige ölzufuhr behindern· Der Mindeststaudruck des Schmieröls, der für dessen stabile Zufuhr erforderlich ist, sollte nicht unter dem unmittelbar unter dem Überhang anliegenden Gasdruck liegen, sofern die Gaszufuhrmenge auf einen vorbestimmten bzw. geeigneten Bereich festgelegt ist. Dieser Mindeststaudruck ist fUr gewöhnlich um 10 - 50 mm H₂O höher als der Gasdruck, in mm WS ausgedrückt.

Zum zweiten vergrößert sich bei erhöhtem Staudruck Ho auch die tatsächlich verbrauchte Schmierölmenge· Der erhöhte Staudruck Ho hat Jedoch tatsächlich keinen Einfluß auf die Guß-

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oberfläche· Aus Gründen des sparsamen Schmierölverbrauchs ist es daher vorteilhaft, den Staudruck Ho zu verringern, solange die verringerte Zufuhrmenge des Schmieröls keine Unterbrechung der Schmierölspeisung zur Folge hat.

Zum dritten reicht selbst eine kleine Schmierölmenge, beispielsweise von 0,2 - 0,5 ml/min aus, um eine verbesserte Oberflächengute des Gußblocks zu gewährleisten. Diese Schmierölmenge entspricht 33 - 80 ml pro Tonne Aluminium, die bei der angegebenen Gießgeschwindigkeit vergossen wird.

Zu Vergleichszwecken wurde nach einem herkömmlichen Verfahren zum Schalenhartgießen einer Aluminiumschmelze in einer Kokille aus einer Aluminiumlegierung oder Kupfer ein Knüppel mit 152 mm Durchmesser gegossen, wofür 100 - 110 ml Schmieröl pro Tonne Aluminium bei Verwendung des "schwimmenden" Verteilers erforderlich waren. Bei Verwendung eines Aufsatzbehälters beim Blockaufsatzgießen beträgt weiterhin die erforderliche Schmierelmenge gemäß einem Bericht im Magazin "Aluminum¹¹, 1975, Bd. 6, S. 339, Darstellung von Fig. 6, 1 cnr7min, wenn die Gießvorrichtung gemäß UStPS 3 381 741 für die Herstellung eines Knüppels von 229 mm Durchmesser aus der Legierung 6063 gemäß AA Standard verwendet wird. Da bei diesem Gießverfahren die übliche Gießgeschwindigkeit bei etwa 120 mm/min liegt, kann vorausgesetzt werden, daß die Schmierölmenge 133 ml pro Tonne Aluminiumlegierung beträgt.

Aus deqfaorstehenden Beschreibung geht damit hervor, daß die beim erfindungsgemäßen Verfahren benötigte Schmierölmenge auf etwa 1/3 bis 4/5 der bisher üblichen Menge verringert wird. Hierdurch wird selbstverständlich Schmieröl eingespart und außerdem eine Verunreinigung des beim Gießverfahren verwendeten Kühlwassers mit öl vermindert· Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch vom Standpunkt des Umweltschutzes günstig

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und außerdem vom wirtschaftlichen Standpunkt vorteilhaft, weil die Anlage für die Kuhlwasseraufbereitung beim erfindungsgemäßen Verfahren kostensparend arbeiten kann·

Wenn viertens die Lüfteinblasmenge zu hoch ist, erhält die Oberfläche des Gußblocks gemäß Fig. 20 streifenförmige Markierungen. Die Ursache hierfür wird darin gesehen, daß die Überschußluft in Form von Blasen längs der Innenwand des Speisebehälters hochsteigt. Die bei diesem Versuch erzielten Ergebnisse unterscheiden sich von denen gemäß Fig. 5, wobei dieser Unterschied dem Unterschied in der Tiefe DM der Schmelze im Speisebehälter und der Länge L des Überhangs des verwendeten Speisebehälters zuzuschreiben ist, da nämlich beim zuletzt genannten Versuch D=IOO mm, L=5 mm, und beim vorher beschriebenen Versuch DM=90 mm, L«10 mm» Die maximale Strömungsmenge der eingeblasenen Luft hängt von der Geometrie des Speisebehälters, insbesondere von seiner Höhe ab, da bei

diesem Versuch bei Verwendung eines Behälters von 100 mm die Xuftmenge °

Tiefe/auf einen höheren als dem maximalen Wert der Lüfteinblasmenge beim vorher beschriebenen Versuch erhöht werden konnte·

Bei dem vorher beschriebenen Versuch, bei dem ein Speisebehälter mit einer Tiefe DM-90 mm und einer überhanglänge von L=10 mm verwendet wurde, konnte eine ausgezeichnete GuBflache nicht nur bei einer Lüfteinblasmenge von 0,5 l/min, sondern auch bei einer solchen von mindestens 1 l/min erzielt werden· Infolgedessen wurde eine "Ausscheidungsfliehe" gebildet, und die Schmieröleenge erhöhte sich entsprechend der Verringerung der LüfteInblasmenge.

Die Mindesteinblasmenge der Luft hängt ebenfalls von der Geometrie des Speisebehälters, insbesondere von der Ltnge seines Überhangs ab. Unterhalb dieser Mindestmenge kann angenommen

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werden, daß die Fläche oder der Bereich, wo das in Säulenform vorliegende Metall die Innenwand der Kokille berührt, nicht wesentlich verkleinert werden kann, so daß die durch die Kokille bewirkte erste Kühlwirkung so groß ist, daß eine fehlerhafte Gußfläche gebildet wird.

Die günstigste Luftströmungsmenge beträgt bei diesem Versuch also 1,5*0,5 l/min·

Nachstehend sind weitere Schmierbedingungen (Teil Z) beschrieben· Derselbe Versuch wie in Teil 1 wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß hierbei der Staudruck des Öls und die Luftströmungsmenge auf etwa 280 mm bzw. 1,5 l/min festgelegt wurden· Darüber hinaus wurden bei diesem Versuch folgende Ölsorten verwendet: 1. ein RUböl, 2. ein Leimöl (paste oil) (Handdsbezeichnung Anthran (Al. Nr. 17) der Firma Aiko Rosborrough) und 3. ein Walzöl (roller oil) (Handelsbezeichnung SH-10 der Fa. Palace Chemical). Die bei Vergleichsversuchen mit den verschiedenen Schmierölsorten erzielten Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt.

1. Rüböl

Das unter einem Staudruck von 280 mm WS zugeführte RUböl wurde durch den in der Kokille herrschenden Luftdruck zurückgedrängt und zu einem Fließen in Gegenrichtung gezwungen, so daß sich die Gußhaut gemäß Fig. 21 einstellte. Da die Viskosität von RüfiSl bei 37»8°C im Bereich von 45 - 51 es und damit unter der Viskosität von Rizinusöl liegt, die von 270 - 300 es reicht, wird das RUböl durch Änderungen des Luftdrucks kritisch beeinflußt, wobei außerdem eine Rück- bzw. Gegenströmung dieses Öls entstehen kann. Es kann damit angenommen werden, daß bei Verwendung von Rüböl der zweckmäßige Bereich der Strömungsmenge der Einblasluft verkleinert wird. Der Verbrauch von Rüböl erhöhte sich auf etwa das Doppelte des Verbrauchs von Rizinusöl.

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2. Anthran (Feinteilchen von Graphit sind mit Hilfe einer

Seife im Rüböl dispergiert)

Mit Anthran wurden dieselben Ergebnisse erzielt wie mit Rizinusöl.

3. Walzöl (roller oil) SH-1O (Mineralöl mit einer Viskosität

geringfügig unter derjenigen von Rizinusöl)

Die mit dem öl SH-10 erzielten Ergebnisse waren geringfügig schlechter als die Ergebnisse mit Rizinusöl.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Versuchsergebnisse läßt sich sagen, daß die Gießergebnisse um so besser sind, je höher die Ölviskosität ist. Die zweckmäßigste Viskosität des Schmieröls, bei welcher eine Gußhaut hoher Güte erzielt wird, sollte jedoch im Bereich von 1-60 poise, vorzugsweise von 5-^0 poise liegen. Beide Viskositätsbereiche sind hierbei auf die Gußhaut und auf die Strömung des Schmieröls durch die Kanäle bezogen.

Versuche zur Bestimmuig der zweckmäßigsten Zufuhrstelle für das Schmieröl wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Der Abstand zwischen den MUndungsenden der Kanäle 11 (Fig. 3) innerhalb der Innenwand der Kokille und der Bodenfläche des Übergangs 9, d.h. des Behälters 2, wurde im Bereich von 0,5» 1,5 und 2,5 mm variiert, während die Dicke t des Zwischenraums bzw. Spalts 8 0,3 nun betrug.

Wenn der genannte Abstand 2,5 mm beträgt, wird eine Oberfläche der Art gemäß Fig. 21 »rzielt, sofern nicht die Lufteiiäaemenge beträchtlich erhöht wird. Bei Verkleinerung dieses Abstands nimmt auch die kritische Größe der Lüfteinblasmenge ab, bei welcher sich Ziehmarken am Gußblock zu bilden beginnen_o

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Diese Abnahme wird der Berührungsstelle zwischen dem Metallkörper und der Innenwand der Kokille zugeschrieben, die sich je nach der Strömungsmenge der Einblasluft aufwärts oder abwärts verlagert· Infolgedessen muß das Schmiermittel an einer höher gelegenen Stelle zugeführt werden» wenn sich der Berührungspunkt infolge einer Abnahme der Lüfteinblasmenge auf eine höhere Stelle verschiebt« Beim grundsätzlichen Verfahren gemä8 der Erfindung ist es daher wesentlich, daß die MUndungsenden der Schmierölkanäle unterhalb des Spalts für die Einleitung des Gases liegen· Wenn diese Position nicht zufriedenstellend bzw* zweckmäßig gewählt wird, d.h. wenn der genannte Lufteinblasschlitz und die ölkanäle in derselben Ebene liegen oder letztere über dem Schlitz angeordnet sind, wird eine gleichmäßige Lufteinführung in den Raum unmittelbar unterhalb des Überhangs behindert.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Geometrie des Zwischen- bzw· Speisebehälters· Der Gießversuch wurde unter Verwendung des Speisebehälters gemäß Fig. 6 durchgeführt. Der Überhang 9 des Behälters gemäß Fig. 6 umfaßt den Teil desselben, der nach unten ragt und um den innersten Umfangebereich des Überhangs 9 herum angeordnet ist. Der Auslaßteil der Innenwand des Behälters ist in Gießrichtung erweitert· 24 verschiedene Abmessungen des Behälters wurden untersucht, indem die Größen des oberen Innendurchmessers d^, des unteren Innendurchmessers dp, des Außendurchmessers am nach unten abstehenden Teil (d,) und die Länge 1 dieses Teils wie folgt kombiniert wurden; d₁»120 oder 130 mm; d₂»130 oder 140 mm; d,»i40, 130 oder 155 mm; und 1»1 oder 4 mm· Die glatte, fehlerfreie Gußfläche gemäß Fig» 19 konnte bei dem hergestellten Gußblock alt jeder Kombination der Abmessungen d«., d«, d, und 1 gebildet werden, wenn der Druck oder die Strömungsmenge sowie die vorher angegebenen Bedingungen entsprechend gewählt wurden·

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Zu Vergleichszwecken wurde ein Speisebehälter ohne den abstehenden Teil, d.h. mit 1=0, verwendet» Bei diesem Vergleichsversuch zeigte es sich, daß sich der Bereich der optimalen Luftströmungsmenge bei Verwendung eines Speisebehälters mit dem nach unten abstehenden Teil im Vergleich zu einem solchen ohne diesen Teil vergrößert. Der Grund hierfür besteht darin, daß das Gas durch diesen nach unten ragenden Teil des Überhangs an einer Aufwärtsströmung in den Speisebehälter gehindert wird.

Zur Untersuchung des Einflusses der unmittelbar unter den Überhang eingeführten Luft wurden Versuche mit der Kokille gemäß Fig. 7 durchgeführt, die drei eingesetzte Thermoelemente enthält, von denen eines in Fig· 7 bei 30 angedeutet ist. Die Vorderenden bzw. Meßenden der drei Thermoelemente waren dabei in einem Abstand von 2, 7 bzw· 12 mm von der Oberfläche der Kokille angeordnet. Die in den Abständen von 2, 7 und 12 mm gemessenen Temperaturen sind nachstehend mit T₁, T₂ bzw. T, bezeichnet. Gemessen wurden die vom Beginn bis zum Abschluß des GießVorgangs auftretenden Temperaturänderungen· Die Temperaturänderungskurven gemäß Fig. 8 entsprechen der Temperaturverteilung, bei welcher eine Ausscheidungsfläche gebildet wurde, während die Temperaturänderungskurven gemäß Fig. 9 einer fehlerfreien Gußfläche entsprechen· Die im folgenden beschriebenen Einzelheiten ergeben sich noch deutlicher aus einem Vergleich zwischen Fig. 8 und 9·

Zunächst geht aus beiden Figuren hervor, daß zu Beginn des Gießvorgangs die Temperaturen T₁, T₂ und T, übermäßig stark ansteigen, um dann etwas abzufallen und anschließend in vergleichsweise engen Bereichen variieren bzw. nahezu konstant bleiben·

Ein näherer Vergleich zeigt, daß die Temperaturänderung gemäß Fig. 8 wesentlich von derjenigen gemäß Fig. 9 abweicht« Gemäß

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Fig. 8, die für den Fall einer Ausscheidungsfläche gilt,sind (a) aus den oben angegebenen Gründen die konstanten Werte der Temperaturen T_-., T₂ und T, höher als in Fig. 9» welche für den Fall einer fehlerfreien Oberfläche gilt, nämlich aufgrund der geringen Luftströmungsmenge unmittelbar unter dem Überhang; (b) die Änderungen dieser konstanten Werte gemäß Fig. 8 sind größer als diejenigen gemäß Fig. 9; (c) die Temperaturen T₁ und T₂ sind in Fig, 8 höher als die Temperatur T,, während gemäß Fig. 9 die Temperatur T, höher ist als die Temperaturen T₁ und T₂; und (d) die Temperaturen T₁, T₂ und T, steigen gemäß Fig. 9 bei Beendigung des Gießvorgangs stark an, um dann sofort abzufallen.

Die obigen Einzelheiten (a) - (d) und der derzeit bekannte Mechanismus beim üblichen HartschaIengießen belegen, daß sich die eingeblasene Luft wie folgt verhält: Wenn sich am Aluminium-Gußblock eine Ausscheidungsfläche bildet, kann angenommen werden, daß das Aluminium einer sehr starken anfänglichen bzw. ersten Abkühlung über seine gesamte Fläche hinweg unterworfen wird, und zwar entsprechend den Meßpunkten T₁, T₂ und T,, an denen das Aluminium mit der Kokille in Berührung gelangt. Diese sehr starke anfängliche Abkühlung isr beim bisher üblichen direkten Schalenhartgießen zu beobachten. Andererseits wird angenommen, daß sich der Kühlmechanismus bei der Erfindung völlig von demjenigen gemäß dem Stand der Technik unterscheidet, obgleich er noch nicht voll geklärt ist.

Gemäß Fig. 10 wird die Schmelze in einem Bereich unmittelbar unter dem Überhang 9 durch die Druckluft, die längs der durch die fünf Pfeile gemäß Fig. 10 angedeuteten Strömungslinie eingeblasen wird, nach innen zurückgedrängt. Die Schmelze kommt dann an einer Stelle mit der Kokille 1 in Berührung, die ein beträchtliches Stück unterhalb des oberen Endes der Kokille liegt. Sobald diese Berührung hergestellt ist, bildet sich

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augenblicklich eine dünne, erstarrte Schale, die sich allmählich von der Kokillenwand trennt. Die Länge des Schmelzenteils, der mit der Innenwand der Kokille in Berührung steht, wird hierdurch in Gießrichtung bzw. Abziehrichtung erheblich verkleinert, wodurch die anfängliche Kühlwirkung verringert wird. Das in Fig. 10 schematisch veranschaulichte Gießverfahren wird als Hauptursache für die erfindungsgemäß gewährleisteten vorteilhaften Wirkungen angesehen·

Die andere Ursache für die Hervorbringung der vorteilhaften Wirkung kann möglicherweise einer Verringerung des Einflusses der Schwankung des Metallschmelzenspiegels im Speisebehälter sowie einer Verringerung des Einflusses von Störungen beim Eingießen der Schmelze in den Speisebehälter während der Erstarrung der Schmelze aufgrund des unmittelbar unterhalb des Überhangs vorhandenen Gases zugeschrieben werden. Infolge dieser verminderten Einflüsse können Schwankungen des Metallschmelzenspiegels im Speisebehälter und Störungen des eingegossenen Schmelzenstroms die erstarrende Schmelze nicht unmittelbar beeinflussen, so daß die Erstarrung unabhängig von den genannten Schwankungen und Störungen unter konstanten Bedingungen vor sich geht.

Im folgenden sind weitere Gießbedingungen erläutert. Unter Berücksichtigung aller Versuchsergebnisse und des beschriebenen Kühlmechanismus muß das Maß t des Zwischenraums bzw. Spalts 8 (Fig. 10) so gewählt sein, daß keine Schmelze in diesen Spalt eindringen kann, wie niedrig auch der Luftdruck sein mag. Das Maß t hängt daher von der Oberflächenspannung und dem hydrostatischen Druck der Schmelze ab. Da die übliche Höhe des Zwischen- bzw_o Speisebehälters in der Größenordnung von 50 - 200 mm und vorzugsweise von 50 - 150 mm liegt, sollte das Maß t höchstens 0,05 - 0,7 mm und vorzugsweise 0,3 - 0,7 mm maximal betragen.

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Außerdem sollte die Länge L des Überhangs 9 (Fig· 10) so bemessen sein, daß die (in Längsrichtung gesehen) Berührungslänge zwischen der Schmelze und der Innenwand der Kokille möglichst kurz ist· Die Länge L hängt daher von der vorbestimmten bzw. Soll-Strömungsmenge der Luft und der Oberflächenspannung der Schmelze ab. Die Länge L sollte Üblicherweise bei 5 - 50 mm und vorzugsweise bei 10 - 30 mm liegen·

Die Vorstandlänge 1 (Fig. 6) des Überhangs 9 in Abziehrichtung des Gußblocks liegt üblicherweise bei 0 - 5 mm und vorzugsweise bei 1-2 mm.

Die Höhe der Kokille sollte zweckmäßig 20 - 70 mm und vorzugsweise 25 - 45 mm betragen«,

Die Gießgeschwindigkeit kann bein erfindungsgemäßen Verfahren den vorher angegebenen Wert besitzen· Es ist jedoch zu beachten, daß die optimale Luftströmungsmenge in Abhängigkeit von der Gießgeschwindigkeit variiert· Im allgemeinen ist die optimale Luftströmungsmenge um so niedriger, je höher die Gießgeschwindigkeit ist·

Wie eingangs erwähnt, wird die Güte des beim Stranggießverfahren hergestellten Gußblocks bzw· Strangs nicht nur anhand der Untersuchung der Gußblöcke, sondern auch durch Bestimmen des Ausmaßes der umgekehrten Selgerung der Legierungselemente des Gußblocks bewertet. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretende umgekehrte Seigerung ist nachstehend erläutert.

Knüppel bzw· Stränge mit einem Durchmesser von 178 mm wurden aus Aluminiumlegierungen 7075, 2024 und 2014 gemäß AA Standard einmal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und zum anderen nach dem bisher üblichen Stranggießverfahren unter Verwendung eines "schwimmenden¹¹ Verteilers hergestellt. Bei beiden Ver-

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fahren betrug die Gießgeschwindigkeit 100 mm/min«, Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurden folgende Bedingungen angewandt: Höhe des Zwischen- bzw. Speisebehälters für die Schmelze

gleich 100 mm; Strömungsmenge des unmittelbar unter dem Überhang eingeführten Stickstoffs = 1,0 l/min entsprechend einem Druck von 245 mm WS; Verwendung von Rizinusöl als Schmiermittel unter einem Staudruck von 260 mm (WS); Ölzufuhrmenge » 0,3 l/min·

In Fig. 11 geben die Linien A und B die Verteilung der Legierungselemente beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. beim bisher üblichen Verfahren an· Wie aus beiden Linien ersichtlich ist, nimmt die Konzentration der Legierungselemente von der maximalen Seigerungskonzentration an der Oberfläche des Knüppels ntt zunehmender Entfernung von dieser Oberfläche auf eine konstante Konzentration ab. Die Abstände, bei denen die Konzentration der Legierungselemente auf den konstanten Wert abgefallen ist, sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefaßt·

Tabelle I

7075

2024 2014

	Erfindungsgemäße s	mehr	als	0,3	nun	Bisheriges	IHHl
and te	il Verfahren	η	Il	η	η	Verfahren	HlWI
Zn	nicht	N	Il	η	η	1,8	HHW
Mg	η	η	Il	η	η	1,6	DSU
Cu	Il	π	α	Il	η	2,0	mm
Cr	Il	η	Il	η	η	0,7	nun
Cu	η	η	Il	η	η	2,2	nun
Mg	η	η	π	π	η	1,6	nun
Mn	η	N	Il	η	η	2,0	mm
Cu	η	Il	η	Il	Il	2,0	HlWl
Si	η	η	η	η	Il	1,2	ItIWI
Mn	η			2,1
Mg	N		1,4

Wie aus der vorstehenden Tabelle ersichtlich ist, reicht die Schicht der umgekehrten Seigerung beim bisher üblichen Ver-

709865/1011

fahren von der Oberfläche aus etwa 1 - 2 mm tief, während sie beim erfindungsgemäßeη Verfahren auf eine Tiefe von nicht mehr als 0,3 mm verringert ist. Dies bedeutet, daß an der am dichtesten an der Knüppeloberfläche gelegenen Konzentrationsmeßstelle, d.h. in 0,3 mm Tiefe, keine Ausseigerung mehr festgestellt werden konnte. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren erreichte Seigerungsschicht ist daher sehr dünn, d.h. sie entspricht einem Drittel bis einem Sechstel der Seigerungsschichtdicke beim bisher üblichen Verfahren.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Oberflächenseigerung beim erfindungsgemäßen Verfahren einer reduzierten Oberflächenseigerung äquivalent ist, wie sie bei Anwendung des elektromagnetischen Verfahrens erzielt wird und auf Seite 215 der dapanischen^Zeitschrift "Light Metals", Bd. 26, Nr. 4 (April 1976), als bezüglich der Legierungskomponente Cu nicht mehr als 0,3 mm betragend berichtet wird.

Im folgenden ist eine Regelvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Gemäß Fig. 13 ist ein wärmeempfind« liches Element 30, etwa ein Thermoelement o.dgl„, in die zwangsgekühlte Kokille 1 eingebaut. Bei einer Aluminium- oder Aluminiumlegierungsschmelze kann das verwendete Thermoelement 30 ein Kupfer-Konstantan-Draht mit einem Durchmesser von 1 mm sein, der von einer Hülle umschlossen ist. Das einzige, in der Kokille angeordnete Thermoelement 30 kann zur Bestimmung der Kokillentemperatur über den gesamten Umfang der Kokillen-Innenwand benutzt werden. Wahlweise können mehrere Thermoelemente 30 in gleichen Abständen um die Umfangsfläche herum verteilt sein, so daß die Durchschnittstemperatur aller von den Thermoelementen gemessenen Temperaturwerte die Kokillentemperatur wiedergeben kann«,

An der Kokille 1 ist eine Vorrichtung 31 zur Messung des Drucks befestigt, die mit dem Ringraum um das Metall 16 herum

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unmittelbar unterhalb des Überhangs 9 in Verbindung steht und den Gasdruck unmittelbar unter dem Überhang 9 mißt., Die Druckmeßvorrichtung 31 ist mit einer Vorrichtung 32 verbunden» welche den gemessenen Druck P in ein elektrisches Signal umwandelt.

Eine sowohl an die Druckwandlervorrichtung 32 als auch an das Thermoelement 30 angeschlossene Regelvorrichtung 33 speichert den vorbestimmten bzw. Soll-Gasdruck und die (Soll-)Temperatur der Kokillen-Innenwand, vergleicht die gemessenen Gasdruck· und Temperatur-Werte der Kokillen-Innenwand mit den betreffenden Sollwerten und stellt dann fest, ob der festgestellte Unterschied zwischen den Istwerten und den Sollwerten innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Die Regelvorrichtung 33 kann eine Differenzierung der von den Vorrichtungen 30 und 32 gemessenen Werte auf Zeitbasis durchführen und entscheiden, ob diese Differentialwerte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen.

Ein elektromagnetisches Ventil 36 zur Unterbrechung des Gasstroms ist mit der Wandlervorrichtung 34 zur Umwandlung des Drucks in elektrische Signale verbundene Dieses elektromagnetische Ventil 36 wird mit der Regelvorrichtung 33 verbunden, wenn das genannte Differential in der Regelvorrichtung anzeigt, daß die Temperatur der Kokille auf einen unterhalb der Solltemperatur liegenden Wert abgefallen ist«

Ein elektromagnetisches Ventil 37 zum Abschalten des Schmierölflusses ist mit einer Reguliervorrichtung/zur Regulierung dieses Flusses derart verbunden, daß mit diesem Ventil 37 der ölstrom zur Reguliervorrichtung 35 abgesperrt werden kann.

Das Ausgangssignal der Regelvorrichtung 33 wird zu einem Ventil 34 zur Steuerung der Gasströmungsmenge übertragen, wodurch

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die Gasströmungsmenge durch die drei Leitungen bzw· Stutzen 6 (Fig· 2) eingestellt wird· Außerdem wird das Ausgangssignal der Regelvorrichtung 33 zur Reguliervorrichtung 35 für die Einstellung der Strömungsmenge des Schmiermittels Übermittelt» um dadurch die Strömungsmenge des Öls durch die Einlasse 14 (Fig· 2) einzustellen. Außerdem wird das Ausgangssignal der Vorrichtung 33 zu den Ventilen 36 und 37 übertragen, so daß diese sperren, wenn von der Regelvorrichtung 33 abnormale Signale festgestellt werden· Beim Sperren dieser Ventile 36 und 37 wird automatisch eine Betätigung zum Anhalten des Absenkens der Bodenplatte und zur Beendigung des Eingießens von Metallschmelze in die Kokille 1 eingeleitet· Die Reguliervorrichtung 35 kann eine handelsübliche Vorrichtung sein, welche das öl in variabler und in konstanter Menge zuzuführen vermag·

Gemäß Fig· 14 ist das obere Ende jedes Thermoelements 30 in einem Abstand h von der Oberseite der Kokille 1 angeordnet. Der Abstand h soll dabei so bemessen sein, daß sich das obere Ende jedes Thermoelements 30 über dem unteren Ende des im folgenden beschriebenen Ringraums befindet« Der Ringraum wird durch den auf die Außenumfangsflache der Schmelze 16 (Fig. 1) ausgeübten Druck gebildet, so daß er die Schmelze 16 umschließt. Das untere Ende dieses Ringraums ist daher die Stelle der Metallschmelze, an welcher das Metall mit der Innenwand der Kokille in Berührung gelangt. Der Abstand h beträgt 1 - 10 ma und vorzugsweise 2 am, wenn die Schmelze aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht· Der waagerechte Abstand 1 zwischen den Thermoelementen und der Innenwand der Kokille kann im Bereich von 1 - 5 mm und vorzugsweise bei 1,5 ma liegen. Der Abstand 1 wird jedoch nicht von der Zentralachse jedes Thermoelements aus, sondern von der Innenwand der betreffenden Einführbohrung für das Thermoelement zur Innenwandfläche der Kokille gemessen·

709885/1081

273438»

Das grundsätzliche Verfahren und die grundsätzliche Vorrichtung gemäß der Erfindung bieten die folgenden Vorteile:

A. Eine fehlerhafte Gußfläche, die einen der Hauptmängel beim vorher beschriebenen, bisher üblichen Verfahren darstellt» wird durch Anwendung des grundsätzlichen Verfahrens gemäß der Erfindung verbessert. Die glatte Oberfläche und die gleichbleibende Güte der Gußfläche, die bei diesem grundsätzlichen Verfahren erreicht werden, unterscheiden sich vollkommen von der Güte der nach dem bisher üblichen Verfahren hergestellten Gußflächen.

B. Der Gießvorgang kann beim vorliegenden grundsätzlichen Verfahren mit Hilfe einfacher Möglichkeiten stabilisiert werden, nämlich durch Regelung oder Steuerung der Gasströmungsmenge und ggf. Messung des angelegten Luftdrucks.

C. Die verbrauchte Schmierölmenge ist erheblich niedriger als beim bisher üblichen Verfahren, so daß die Ulverschmutzung im AbfUhrsystem für das bei der Kokille verwendete Kühlwasser verringert werden kann.

D₀ Der Rundheitsgrad des runden Gußblocks oder Strangs ist dem von Gußblöcken bzw. Strängen, die nach dem elektromagnetischen Gießverfahren hergestellt werden, bei weitem überlegen, weil dieses elektromagnetische bzw. elektrodynamische Gießen in einem berührungsfreien Zustand zwischen Metallkörper und Kokille durchgeführt wird, so daß unweigerlich ein Strang bzw, Gußblock mit schlechterem Rundheitsgrad erhalten wird.

E. Die umgekehrte Seigerung der Legierungsbestandteile ist verringert.

F₀ Es ist möglich, die nach dem grundsätzlichen Verfahren gemäß

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273438»

der Erfindung hergestellten und eine verringerte umgekehrte Seigerung aufweisenden Gußblöcke oder Stränge durch indirektes Strangpressen zu verarbeiten. Im Gegensatz dazu kann dieses indirekte Strangpressen, bei dem eine flache Ausseigerungsschicht erforderlich ist, nicht bei den nach dem bisherigen Verfahren hergestellten Gußblöcken angewandt werden·

Im folgenden sind die Wirkungen der verbesserten Schmierung beschrieben·

A, Beim grundsätzlichen Verfahren kann eine Schmelze aus einer Legierung, wie der Legierung 2011 gemäß AA Standard, die eine niedrige Oberflächenspannung besitzt, in die an der Innenwand der Kokille mündenden Schmierölzufuhrkanäle hineingedruckt werden, wobei am Gußblock bzw· Strang Ziehmarken oder Oberflächenrisse gebildet werden können. Beim verbesserten Schmierverfahren wird dagegen auch beim Vergießen von Legierungen, wie der Legierung 2011, keine fehlerhafte Gußoberfläche gebildet. Es hat sich erwiesen, daß die an der Oberseite der Kokille mündenden Ölzufuhrkanäle den gleichmäßigen Austritt von Gas durch den Schlitz bzw«, Spalt nicht behindern. Außerdem hat es sich gezeigt, daß das Schmieröl (nicht) in die Nut für das eingeführte Gas zurückströmt.

B₀ Die ölzufuhr.kanäle setzen sich beim Polieren bzw. Abstreifen der Innenwand der Kokille nicht zu.

Ο· Das Schmieröl wird gleichmäßig verteilt« Die Ursache für die gleichmäßige Verteilung des Schmieröls wird darin gesehen, daß sich die Ölströme ausbreiten, während sie aus den Zufuhrkanälen zum Netallkörper fließen« Die Bearbeitungsgenauigkeit der Zufuhrkanäle ist weniger strengen An-

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forderungen unterworfen als beim grundsätzlichen Verfahren, bei dem diese Kanäle an der Kokillen-Innenwand enden,,

D. Im Fall einer Beschädigung der Innenwand der Kokille kann diese Innenwand poliert werden, ohne daß die Gefahr für eine Verstopfung bzw. Blockierung der Kanäle besteht,

Vorteile des automatisch geregelten Verfahrens:

A. Es wird hierdurch möglich, auf industrieller Basis einen Gußblock bzw» Strang mit glatter Gußfläche bei verminderter Ausseigerung herzustellen.

Β« Durch automatische Steuerung oder Regelung der Gießparameter können die Zuverlässigkeit des Gießvorgangs verbessert und der Arbeitskräftebedarf auf wirtschaftliche Weise vermindert werden.

Co Durch das Regelverfahren wird das Mehrstranggießen ermöglicht, weil es ohne automatische Regelung praktisch unmöglich ist, die verschiedenen Gießparameter jeder einzelnen Kokille in der Weise zu regeln, daß sie auf das Metall in der betreffenden Kokille abgestimmt sind.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert«

Beispiel 1

Der Gießvorgang wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:
Ao Gießlegierung:

Tabelle II Bestandteile

Bezeichnung Cu Mg Sl Cr Fe Ti Al
6061 0,25 1,0 0,6 0,25 (0,20) (0,01) Rest 6063 (0,02) 0,52 0,42 (O₁OOi)(0,20) (O,O1) Rest 709885/1061

273438b

B. Schmelzentemperatur im Zwischen- bzw. Speisebehälter: 68O⁰C C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 90 mm D. Gußblock bzw. Strang: runder Strang von 152 mm Durchmesser E. Gießgeschwindigkeit: 120 mm/min F. Gießvorrichtung: gemäß Fig. 1 bis

Weite des Spalts: 0,15 mm Länge des Überhangs: 10 mm

G. Schmieröl: Rizinusöl

Η« KUhlwasserzufuhrmenge: 60 l/min

I. Temperatur des Kühlwassers: 14°C J. Druck des Schmieröls: 250 mm Ölstaudruck K. Schmieröl-Strömungsmenge: 0,2 ml/min L. Luftströmungsmenge: 1,0 l/min

Unter den angegebenen Bedingungen wurde ein Gußblock bzw« Strang mit einer ausgezeichneten, d_oh· fehlerfreien Gußfläche hergestellt.

Beispiel 2

Das Gießen erfolgte unter folgenden Bedingungen: A. Gießlegierung

Tabelle III Bestandteile

Bezeichnung Cu Mg Si Fe Ti Al 6063 (0,005) 0,55 0,43 (0,22) (0,015) Rest

B. Schmelzentemperatur im Zwischen- bzw· Speisebehälter: 68O⁰C

C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 100 mm D. Gußblock bzw· Strang: runder Strang von 305 mm Durchmesser E. Gießgeschwindigkeit: 110 mm/min F. Gießvorrichtung: gemäß Fig„ 1 bis

Weite des Spalts: 0,15 mm Länge des Überhangs: 30 mm

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Go Schmieröl: Rizinusöl

H„ Kühlwasser-Zufuhrmenge: 150 l/min

I, Kühlwassertemperatur: 14⁰C

J. Druck am Schmieröl: 500 mm Ölstaudruck

K« Schmieröl-Strömungsmenge: 0,8 ml/min

L, Luftströmungsmenge: 3 l/min

Unter den genannten Bedingungen wurde ein Gußblock bzw» Strang mit einer ausgezeichneten, d_eh_o fehlerfreien Oberfläche hergestellt.

Beispiel 3

Der Gießvorgang wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

A. Gießlegierung

Tabelle IV Bestandteile

Bezeichnung Sl Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al 7079 (0,08)(0,25) 0,6 0,2 3,3 0,20 A,3 (0,02)!test

B. Schmelzentemperatur im Zwischen- bzw· Speisebehälter: 690⁰C

C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 100 mm

Do Gußblock bzw. Strang: runder Gußblock von 305 mm Durchmesser

E₀ Gießgeschwindigkeit: 90 mm/min

F. Gießvorrichtung: gemäß Fig, 1 bis Weite des Spalts: 0,15 mm

Länge des Überhangs: 30 mm Go Schmieröl: Rizinusöl H. Kühlwasser-Zufuhrmenge: 160 l/min I. Kühlwassertemperatur: 14°C J. Druck am Schmieröl: 500 mm Ölstaudruck Κ« Schmieröl-Strömungsmenge: 0,8 ml/min L. Luftströmungsmenge: 3 l/min

709885/10S1

Unter den angegebenen Bedingungen konnte ebenfalls ein Gußblock mit ausgezeichneter, fehlerfreier Gußfläche hergestellt werden·

Beispiel 4

Der Gießvorgang wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Ao Gießlegierung

Tabelle V

Bestandteile Bezeichnung Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

7075 (0,10) (0,20) 1,6 (0,005) 2,5 0,27 5,6 (0,02)Rest 2024 (0,08) (0,18) 4,4 0,6 1,6 (0,006)(0,CO2)(0,02) » 2014 0,8 (0,22) 4,5 0,8 0,6 (Ο,ΟΟ4)(Ο,0Ο5)(Ο,Ο2) ·

Β« Schmelzentemperatur im Speisebehälter: 690⁰C

C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 90 mm

D. Gußblock bzw. Strang: runder Gußblock von 178 mm Durchmesser

E. Gießgeschwindigkeit: 100 mm/min

F. Gießvorrichtung: gemäß Fig. 1 bis

Weite des Spalts: 0,15 mm Länge des Überhangs: 10 mm

G. Schmieröl: Rizinusöl

H. KUhlwasser-Zufuhrmenge: 60 l/min

I. KUhlwassertemperatur: 20⁰C

J₀ Druck am Schmieröl: 260 mm ölstaudruck

K. Schmieröl-Strömungsmenge: 0,3 ml/min

L. Luftströmungsmenge: 1,5 l/min

Unter den angegebenen Bedingungen konnte wiederum ein Gußblock bzw« Strang mit ausgezeichneter, fehlerfreier Gußfläche hergestellt werden«

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273438b - 54 -

Beispiel 5

Der Gießvorgang wurde unter folgenden Bedingungen und unter den in Tabelle VII angegebenen Bedingungen durchgeführt.

A₉ Gießlegierung

Tabelle VI

Bestandteile

Bezeichnung Cu Mg Si Pb Bl Tl Al 2011 5,4 (0,01) (0,08) 0,45 0,45 (0,02) Rest 6063 (0,005) 0,54 0,42 Spuren Spuren (0,01) Rest

B₀ Schmelzentemperatur im Speisebehälter: 670⁰C

C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 95 mm

D. Gußblock bzw. Strang: runder Gußblock von 178 mm Durchmesser

E. Gießgeschwindigkeit: 120 mm/min

F. Gießvorrichtung: Gemäß Fig. 12

Spaltbreite: 0,15 mm Uberhanglänge: 10 mm

G. Schmieröl: Rizinusöl

H. Kühlwasser-Zufuhrmenge: 80 l/min

I. Kühlwassertemperatur: 14°C

Jo Druck am Schmieröl: 100 mm Ölstaudruck

K. Schmieröl-Strömungsmenge: 0,2 ml/min

L. Luftströmungsmenge: 2,5 l/min

Der Abstand d gemäß Fig. 12 wurde gemäß Tabelle VII variiert, in welcher auch die Gießergebnisse angegeben sind.

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Tabelle VII

CO
OO
0»
Vt

Legierung Abstand (d)

0 mm

(Erfindung)

0,5 mm (Erfindung)

3 mm (Erfindung)

5 τπτπ (Erfindung)

1/2D (12 mm) (Vergleich)

2/3D (16 mm) (Vergleich)

0 mm

(Vergleich)

0,5 mm (Erfindung)

1/2D (12 mm) (Erfindung)

2/3D (16 mm) (Erfindung)

Ergebnisse

Metalleintritt trat auf, wenn der Durchmesser der Ölkanäle größer war als 0,3 mm. Bei einem Durchmesser von weniger als 0,3 mm erfolgte kein Metalleintritt·

Gießfläche über Gesamtoberfläche des Gußblocks bzw· Strangs hinweg gleichmäßig und glatt

wie vorstehend

Es bildete sich eine leichte Ziehmarke auf einem begrenzten Teil des Gußblocks, die jedoch bei Erhöhung der ölzufuhrmenge auf 1 ml/min verschwand·

Eine Ziehmarke bildete sich über ein Achtel der Umfangsfläche des Gußblocks; sie verschwand auch nicht bei erhöhter ölzufuhrmenge. Eine gleichmäßige und glatte Gußhaut konnte nicht erzielt werden·

Die Ziehmarke bildete sich über ein Viertel der Umfangsfläche des Gußblocks, und sie verschwand auch nicht bei erhöhter Ölzuf uhrmenge. Eine glatte und gleichmäßige Gußhaut konnte nicht erzielt werden·

Metalleintritt trat auf bei einem Durchmesser der Ölkanäle von mehr als 0,7 mm, bei kleinerem Durchmesser war kein Metalleintritt zu beobachten·

Die Gußfläche war über die Gesamtoberfläche des Gußblocks gleichmäßig und glatt.

Gleiche Ergebnisse wie bei Legierung 2011 mit Abstand d«i/2D, Gleiche Ergebnisse wie bei Legierung 2011 mit Abstand d»2/3D.

VJl VJl

ro •ο Cx) 4> CaJ OC OC

Beispiel 6

Der Gießvorgang wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

A. Gießlegierung: _A5O§6,- B. Schmelzentemperatur im Speisebehälter: C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 90 mm D. Gußblock bzw. Strang: runder Gußblock von 203 mm Durchmesser E. Gießgeschwindigkeit: 100 mm/min F. Gießvorrichtung: gemäß FIg₀ 1 bis 4 und Fig. 13

Spaltbreite: 0,15 mm Überhanglänge: 10 mm

G. Schmieröl: Rizinusöl H. Kühlwasser-Zufuhrmenge: 80 l/min I. Kühlwassertemperatur: 20⁰C J. Druck am Schmieröl: 400 mm Ölstaudruck

15 min nach Beginn des Gießvorgangs und sobald gleichbleibende Gießbedingungen erreicht worden waren, wurde der GießVorgang wie folgt geregelt:

Gemäß Fig. 15 wurde das Gießen unter gleichbleibenden Bedingungen während einer Zeitspanne von etwa 18 min fortgesetzt, wobei die Temperatur (T) der Innenwand der Kokille auf 25⁰C und der Druck (P) unmittelbar unter dem Überhang auf ±0 mm WS gehalten wurden. Im gleichbleibenden bzw. Dauerzustand wurde die Gaszufuhrmenge auf einen konstanten Wert von 3»0 l/min eingestellt.

Anschließend wurde die Luftströmungsmenge (V) plötzlich von 3,0 auf 4,5 l/min entsprechend einer Menge von etwa 15096 der vorherigen Strömungemenge erhöht, sobald eine Erhöhung der Temperatur (T) von 25 auf 28°C, d_eh. von mehr als 10?< der vorher herrschenden Temperatur, festgestellt wurde. Die Luft-

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strömungsmenge (V) wurde dann während einer Zeitspanne von 150 s auf 4,5 l/min gehalten» und die Erhöhung der Temperatur (T) wurde auf Null verringert. Sobald die Temperatur (T) abzufallen begann, wurde die Luftströmungsmenge allmählich von 4,0 auf 3,5 und sodann auf 3,0 l/min reduzierte Die Temperatur (T) konnte durch Regelung der Luftströmungsmenge V auf die angegebene Weise auf den Sollwert von To=25°C zurückgeführt werden, so daß die sich vorher erhöhende Temperatur wieder erniedrigt wurde·

Der Verlauf des Drucks P war wie folgt: Der Druck P zeigte eine Änderung entsprechend der Erhöhung der Temperatur T. Während dieser Änderung fiel der Druck P schnell auf nahezu Atmosphärendruck ab. Vor der Rückführung der Temperatur T auf die Solltemperatur To=25°C wurde der Druck P auf Po=O zurückgeführt und stabilisiert.

Für die Rückführung des Drucks P, der eine seinen konstanten Zustand störende Änderung zeigte, auf den Druckwert vor dieser Änderung wurden folgende Möglichkeiten vorgeschlagen: 1e Bevorzugte Messung der Änderung des Drucks P anstatt der Änderung der Temperatur T, da die Änderung des Drucks deutlicher ist als diejenige der Temperatur, um dadurch schnell das Auftreten der eingangs genannten abnormalen Erscheinungen zu bestimmen; 2. Regelung nur des Parameters V der regelbaren Parameter V und Q zwecks Rückführung des Parameters V auf Vo; und 3o stufenweise Rückführung des Parameters V auf den vorbestimmten bzw. Sollwert, wenn der differenzierte Wert T auf Null reduziert ist.

Beispiel 7

Der Gießvorgang wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

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A. Gießlegierung: AA6063

B. Schmelzentemperatur im Zwischen- bzw, Speisebehälter: 680⁰C

C. Schmelzentiefe im Speisebehälter: 90 mm

Do Gußblock bzw« Strang: runder Gußblock von 152 mm Durchmesser

E. Gießgeschwindigkeit: 150 mm/min

F. Gießvorrichtung: gemäß Fig. 1 bis A und Fig. 13

Spaltbreite: 0,15 mm Uberhanglänge: 10 mm

G. Schmieröl: Rizinusöl

H₀ Kühlwasser-Zufuhrmenge: 60 l/min I_e Kühlwassertemperatur: 20⁰C J, Druck am Schmieröl: 500 mm ölstaudruck.

Die unmittelbar nach Beginn des Gießvorgangs eingeleitete Steuerung oder Regelung desselben wurde wie folgt durchgeführt:

Gemäß Fig. 16 betrug die Luftzufuhrmenge während der ersten 10 min 1,0 l/min. Die Temperatur (T) wurde von Raumtemperatur auf eine Spitzentemperatur von 45°C erhöht, um dann abzufallen· Bei einer Luftströmungsmenge (V) von 1,0 l/min wurde die Schmieröl-Strömungsmenge Q auf einem anfänglichen konstanten Wert von 2,25 ml/min gehalten. Während der Anfangsperiode, während welcher die Werte (T)und (Q) 1,0 bzw. 2,25 betrugen, lag der Druck P in der Größenordnung eines Mittelwerts von -30 mm WS.

Zur Erhöhung des Drucks P wurden die Parameter V und Q auf die plötzlich bzw. stark vergrößerten Werte von 3,0 l/min bzw. 3»0 ml/min eingestellt. Infolgedessen stieg der Druck P steil an, während die Temperatur T wie vorher eine abfallende Tendenz zeigte. Da der Druck P den Wert Po=O mm H₂O erheblich überstieg, wurden die beiden Parameter V und Q stufenweise auf 1,0 l/min bzw, 1,5 ml/min verringerte Während dieser Abfallperiode fiel der Druck P von etwa 30 mm H₂O auf einen Wert

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ab, der geringfügig um O mm H₂O herum schwankte. Der Druck P stabilisierte sich daher um den Wert Po«0 mm HgO.

Um den Druck P zu Beginn des Gießvorgangs schnell auf den vorbestimmten bzw. Sollwert Po zu führen, bieten sich folgende Maßnahmen ant Da die Temperatur T durch die Wärme der Schmelze, die zu Beginn des Gießvorgangs zugeführt wird, schnell abnimmt, und da die Temperatur T weiterhin allmählich in einem Bereich um den Sollwert herum ankommt, ist eine Temperaturmessung für die Überwachung der Gießbedingungen nicht erforderlich. Dies beruht darauf, daß der Druck P unabhängig von der Stabilisierung der Temperatur T noch nicht stabil ist. Zum zweiten können die Faktoren V und Q gleichzeitig plötzlich erhöht werden. Da außerdem der Anstieg von P von -30 auf +30 mm WS und der Abfall von P von +30 auf 0 jeweils plötzlich innerhalb einer kurzen Zeitspanne stattfinden, werden die Werte V und Q praktisch bzw. wesentlich nach diesen plötzlichen Änderungen auf Vo bzw. Qo zurückgeführt.

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co

Le e rs e i t e

Claims (1)

1. 2 9. Juli 1977 Patentansprüche

   1. Verfahren zum direkten Hartschalengießen in einer zwangsgekühlten Kokille, beispielsweise einer Stranggießkokille, bei dem eine Metallschmelze in einen Über der Kokille und dicht an dieser angeordneten Zwischenbehälter abgegossen wird, der einen Überhang über die Innenwand der Kokille aufweist, eine Schmierfläche im wesentlichen um die gesamte Innenwand der Kokille herum vorgesehen wird, die Schmelze aus dem Behälter in die Kokille eingeleitet wird, eine Metallmasse in der Kokille zum Verweilen gebracht wird und zur Zwangskühlung der Metallmasse ein Kühlmittel durch die Kokille geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar unter dem Überhang ein Gas eingeleitet und an dem unmittelbar unter dem Überhang befindlichen Teil der Metallmasse ein Gasdruck auf dessen Umfangsfläche ausgeübt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im voraus auf einen Wert zwischen dem Druck, bei dem das Gas durch die Metallschmelze hochsteigt, und dem Wert festgelegt wird, bei dem die Berührungsfläche zwischen der Metallmasse und der Kokillen-Innenwand aufgrund der Gaseinführung wesentlich verkleinert wird·

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   ORIGINAL INSPECTED

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck etwa auf einen Wert entsprechend dem hydrostatischen Druck der Schmelze bei einer Tiefe entsprechend dem Überhang festgelegt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Aluminium und seine Legierungen vergossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmier- oder Gleitfläche durch Zufuhr eines flüssigen Schmiermittels zur Innenwand der Kokille gebildet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl an einer Stelle unter der Einführstelle des Gases zur Innenwand der Kokille zugeführt wird·

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl unter einem solchen Druck zugeführt wird, daß es nicht aufgrund des Gasdrucks zurückströmte

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmieröl-Speisedruck um 10 - 50 mm H₂O (WS) höher ist als der Gasdruck.

   8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß Schmieröl mit einer Viskosität von 1-50 poise bei Raumtemperatur verwendet wird.

   9ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl an einem Innenumfangsteil der Oberseite der Kokille praktisch zu deren Innenwand zugeführt wird.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schmieröl mit einer Viskosität von 1-50 poise bei Raumtemperatur verwendet wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die

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   Strömungsmenge des Gases Im Bereich von 0,2 - 5»0 l/min liegt und daß das Schmieröl In einer Strömungsmenge von 0,1 -1,2 ml/min zugeführt wird·

   12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   das Gas und das Schmiermittel mit vorbestimmter Strömungsmenge zugeführt werden, die Temperatur der Kokillen-Innenwand gemessen wird und daß zumindest die Gasströmungsmenge auf eine Größe über dem vorbestimmten bzw· Sollwert erhöht wird, wenn die an der Kokillen-Innenwand gemessene Temperatur eine vorbestimmte oder Solltemperatur übersteigt.

   13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es während eines gleichbleibenden bzw· konstanten Gießzustands durchgeführt wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Strömungsmenge schrittweise auf die vorherige Größe verringert wird·

   15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung zu einem Zeitpunkt eingeleitet wird, an dem die Erhöhung der gemessenen Temperatur auf Null reduziert ist.

   16. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und das Schmiermittel jeweils mit vorbestimmter Strömungsmenge zugeführt werden, daß die Temperatur der Kokillen-Innenwand und der Gasdruck an einer Stelle unmittelbar unter dem Überhang gemessen werden, daß zumindeste die Gasströmungsmenge auf einen Wert über dem Sollwert erhöht wird, wenn die gemessene Temperatur der Kokillen-Innenwand einen vorbestimmten oder Sollwert übersteigt bzw. wenn der gemessene Druck einen vorbestimmten oberen Wert übersteigt» und daß die erhöhte Strömungsmenge auf

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   eine Größe unter dem Sollwert verringert wird, wenn der gemessene Druck von einem vorbestimmten unteren Druckwert absinkt.

   17o Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und das Schmiermittel Jeweils mit vorbestimmter Strömungsmenge zugeführt werden, daß in der Anfangsstufe des Gießvorgangs der Druck an einer Stelle unmittelbar unter dem Überhang erhöht wird und daß beide Strömungsmengen auf einen Wert über dem Sollwert erhöht werden, wenn der gemessene Druck unter einem vorbestimmten oder Sollwert liegt.

   18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhten Strömungsmengen schritt- oder stufenweise auf einen für einen gleichbleibenden oder konstanten Gießzustand vorherbestimmten Wert verringert werden.

   19· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

   der vorangehenden Ansprüche, mit einer offenendigen, wärmeleitenden Kokille, die einen Formraum bildet und ein Zwangskühlen der Metallschmelze zuläßt, und mit einem offenendigen, feuerfesten Zwischen- oder Speisebehälter zur Aufnahme der Metallschmelze und zu ihrer Einführung in die Kokille, wobei der Behälter dicht an der Kokille über dieser angeordnet ist und einen Überhang über die Innenwand der Kokille aufweist, gekennzeichnet durch einen gasdicht abgeschlossenen (engaged) Bereich und einen Ringspaltbereich, die beide zwischen der Kokille und dem Speisebehälter angeordnet sind und von denen letzterer von außen her umfangsmäßig vom erstgenannten Bereich umschlossen ist und mit dem Formraum in Verbindung steht, wobei die Abmessungen des Spalts so gewählt sind, daß die Schmelze nicht in ihn eintritt, und durch einen Gasvorrat, der über einen oder mehrere Durchgänge bzw· Kanäle in der Kokille mit dem Spalt verbunden ist.

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   20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille mit Kanälen bzw. Durchgängen für die Zufuhr von Schmieröl zur Kokillen-Innenwand versehen ist, die gleichmäßig um die Innenwand der Kokille herum angeordnet sind und mit ihren Enden an dieser Innenwand münden·

   21« Vorrichtung nach Anspruch 20 für das Gießen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Speisebehälters 50 - 200 mm beträgt, daß der Spalt eine Breite von 0,05 - 0,7 mm besitzt, daß die Länge des Überhangs 5 - 50 mm beträgt und daß der lotrechte Abstand der Schmieröl-Zufuhrkanäle bzw. vom Spalt im Bereich von 0,2 - 2,5 mm liegt,

   22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisebehälter einen nach unten ragenden Teil aufweist, der um den innersten Ringbereich am Boden des Speisebehälters ausgebildet ist.

   23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille mit Kanälen oder Durchgängen für die Zufuhr von Schmieröl zu ihrer Innenwand versehen ist, die gleichmäßig um diese Innenwand herum angeordnet und mit ihren offenen Enden am bzw. im Ringspaltbereich liegen.

   24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand des offenen Endes eines Kanals von der Innenwand der Kokille nicht mehr als die Hälfte der radialen Länge des Spalts beträgt.

   25. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch mindestens ein in die Kokille eingebautes thermoempfindliches Element zur Messung der Kokillentemperatur, durch eine mit diesem Element verbundene Regelvorrichtung zum Vergleichen der gemessenen Temperatur mit einem vorbestimmten bzw. Soll-

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   Temperaturbereich der Kokille, durch eine mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Gaszufuhrmenge in den Spalt und durch eine ebenfalls mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Zufuhrmenge des Schmiermittels.

   26. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch mindestens ein in die Kokille eingebautes thermoempfindliches Element zur Messung der Kokillentemperatur, durch eine Einrichtung zur Messung des Gasdrucks unmittelbar unter dem Überhang, durch eine sowohl mit dem thermoempfindlichen Element als auch mit der Druckmeßeinrichtung verbundene, die gemessene Temperatur mit einem vorbestimmten bzw« Soll-Temperaturbereich der Kokille vergleichende Regelvorrichtung, durch eine mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Gaszufuhrmenge zum Spalt und durch eine ebenfalls mit der Regelvorrichtung verbundene Einrichtung zur Einstellung der Zufuhrmenge des Schmiermittels·

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