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Verfahren und Vorrichtung bei Gießen in dünnwandign
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Gießformen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung beim Gießen von Metallschmelzen, wobei die Schmelze zwischen Formflächen
erstarrt, so daß ein Guß oder ein Block geformt wird.
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An Güsse oder Blöcke aus Metallen oder Metallegierungen werden immer
höhere Ansprüche gestellt, daß sie keine fremden Stoffe enthalten sollen, die sich
auf die Homogenität und die Festigkeitseigenschaften des Gusses negativ auswirken.
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Solche fremden Stoffe sind beispielsweise Schlacken, d.h.
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Verbindungen, meistens Oxyde, von metallischen und nicht-metallischen
Stoffen. Die Schlacken haben ein niedrigeres Volumengewicht-als die Metalle und
legen sich deshalb nach-~Möglichkeit auf die Oberfläche eines Schmelzbades. Schlacken
können zu einem in Beziehung zum Gießzeitpunkt sehr späten Zeitpunkt, d.h. unmittelbar
vor dem Gießen in Gießformen, z.B. durch Kontakt der Schmelze mit keramischem Material
im Ofen, in der Pfanne, in Abstichrinnen, in Düsen u.dgl., wie auch durch Oxydieren
des gegossenen Metalles selbst in Luft in das Schmelzbad gelangen. Der Gießstrahl
aus Metall enthält infolgedessen solche Schlacketeilchen verschiedener Größen, die
in
die Gießform und in den Guß hinab gelangen. Bei gewöhnlichen Gießweisen wird das
Metall in die Gießform von oben oder durch eine Stelle an ihrer Seite aufgenommen,
wobei der Gießstrahl mit großer Kraft durch die Badoberfläche niederdringt. Die
Schlacketeilzhen werden dabei tief in den Guß niedergeführt.
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Viele Teilchen bleiben an der Erstarrungsfront haften, die sich an
den Wänden der Gießformen unmittelbar bildet, andere Teilchen drängen aufwärts durch
das Bad und gelangen bestenfalls zur Oberfläche, wo sie vom Gießstrahl erneut niedergedrückt
werden.
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Die Möglichkeiten für die Teilchen, in die Gießform hinabgedrückt
zu werden, können auf eine Weise dadurch vermindert werden, daR in bekannter Technik
die Gießform von unten mit der Metallschmelze beschickt wird. Die Teilchen werden
dadurch zwar veranlaßt, sich in der rechten Richtung, d.h. aufwärts, zu bewegen,
es bleibt aber der Nachteil bestehen, daß die Schlacketeilchen durch das Bad in
der Gießform wandern und sich auf dem Weg nach oben festsetzen können. Schlacketeilchen
von sehr kleiner Größe gelangen außerdem nicht vor dem Erstarren des Metalles zur
Badoberfläche, insbesondere dann nicht, wenn die Kühlung zwangsweise beschleunigt
wird.
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Die schweizerische Patentschrift 200 731 weist einen anderen Weg,
wie die Möglichkeiten der Teilchen, in die Gießform hinabgedrückt zu werden, vermindert
werden können. Bei ihr wird die Schmelze durch einen.Schlitz.in der Seite der vertikalen
Gießform und im wesentlichen horizontal mit der Metalloberfläche in der Gießform
zugeführt. Dies resultiert in noch ruhigeren Verhältnissen für eine wirksame Abscheidung
der.
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Schlacke an der Oberfläche in der Gießform.
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Eine weitere an den Guß gestellte Forderung ist, daß seine Festigkeitseigenschaften
die bestmöglichen sein sollen. Eine Möglichkeit, auf die Festigkeitseigenschaften
Einfluß zu nehmen, ist die Bewirkung einer intensiveren Kühlung des Gusses. Die
Formwände
bestehen normal aus dickem Kokillenmaterial oder aus Gießsand. Der Wärmegehalt der
Schmelze wird über die Gießform an die umgebende Luft abgegeben. Infolgedessen kühlt
der Guß langsam und unstetig ab, was seinerseits für den fertigen Guß eine Verschlechterung
seiner mechanischen Eigenschaften mit sich bringt. Es wurde versucht, die Form mit
Einsatz von Wasser wirksamer zu kühlen, aber diese Kühlung geschieht leicht ungleichmäßig
und auch zu schnell und kann dadurch die mechanischen Eigenschaften des Gusses beeinträchtigen.
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Es ist auch Kehlung der Gießform in einem Metallbad bekannt, wobei
das Abkühlen des Gusses durch richtige Bad- und Temperatursteuerung genauer gesteuert
werden kann, und sich dadurch bessere mechanische Eigenschaften des Gusses erzielen
lassen.
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Die deutsche Patentschrift 877 656 offenbart Herstellung der Gießform
aus dünnem Blech, Zuführen der Schmelze von oben in die vertikal angeordnete Gießform
und allmähliches Absenken derselben während des Gießens in vertikaler Richtung in
ein Bleibad. Diese Methode ermöglicht ein direkteres Kühlen des Gusses und bietet
dadurch größere Möglichkeiten für Steuerung, der Abkühlungsbedingungen.
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Die vorliegende Erfindung nutzt die vorgenannten Möglichkeiten einer
kontrollierbaren Kühlung des Gusses und bietet außerdem weitere Vorteile. Sie betrifft,
wie im bekannten Fall der genannten deutschen Patentschrift 877 656-, eihVerfahren
zum Gießen von Metallschmelze in einer dünnwandigen Gießform, wobei die Schmelze
der Gießform unter sukzessivem Senken derselben in ein Kühlbad zugeführt wird. Das
Neue und Kennzeichnende an dem Verfahren gem. der Erfindung besteht in einer Kombination
von Einführung der Schmelze th im wesentlichen horizontaler Richtungvder dünnen
Gießform und Hinabdrehung der Gießform in das Kühlbad zu einer vertikalen Lage mit
einer Geschwindigkeit, die so angepaßt ist, daß das Kühlbad längs der Gießform zu
mindestens dem Stand ansteigt, zu dem die Schmelze in der Gießform im Verlauf des
Gießens steigt.
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Abgesehen von dem genannten Vorteil der intensiveren, aber kontrollierbaren
Kühlung wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine bedeutend größere Bad oberfläche
in der Gießform während des größeren Teiles des Gießverlaufes gewonnen. Diese größere
Badoberfläche trägt stark zu schwächeren Strömungen, und dadurch zu günstigeren
Schlackeabscheidungsbedingungen bei. Verglichen mit z.B. dem Verfahren gem. vorgenannter
schweizerischer Patentschrift ist das Verfahren nach der Erfindung außerdem bedeutend
einfacher und sicherer.
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Durch ein Verfahren nach der Erfindung wird auch auf eine -einfache
Weise Zuführung der Schmelze zur Erzielung ruhiger Verhältnisse zwecks wirksamer
Abscheidung von Schlacke an der Oberfläche in der Gießform ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft ferner, wie einleitend ausgeführt, eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ausführlicher beschrieben, die anhand von zwei Ausführungsbeispielen
gem. Fig. 1 und 2 das Prinzip eines Verfahrens und einer Vorrichtung nach der Erfindung
schematisch wiedergeben.
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In Fig. 1 und 2 wurden entsprechenden Teilen für die zwei gezeigten
Ausführungsbeispiele dieselben Bezugszeichen gegeben.
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Das zu gießende Metall fließt aus einer Pfanne oder einem Zwischenbehälter
1 hinab und über einen Trichter 2 zu einem Verteiler 3. Ein aus einem Rohr oder
einer Rinne 4 am Verteiler bestehender Einguß leitet das Metall in einer im wesentlichen
horizontalen Richtung in eine Gießform 5. Die Gießform ist an einer horizontalen
Welle 6 befestigt und um sie schwenkbar.
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Bei Beginn des Gießens befindet sich die Gießform mit ihrer Erstreckung
in einer im wesentlichen horizontalen Lage und kann z.B. auf dem Kühlbad 7 schwimmen.
Diese Anfangslage ist in
Fig. 1 und 2 für eine zweite Gießform 8
gezeigt. Alternativ kann in der Anfangs lage auch die ganze in Fig. 1 gezeigte Gießform
über dem Kühlbad gehalten werden. Die Gießform 5 wurde in der invder Zeich nung
gezeigten Lage zu einem Teil mit Metall
gefülltvünd fo lglich zu einem Teil in das Kühlbad hinabgeschwenkt. Die gestrichelten
Linien 12 in der Zeichnung zeigen die Lage für eine mit dem Gießmetall gefüllte
Gießform.
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Der Verteiler 3 ist vorzugsweise um eine Wellevdrehbar angeordnet
und mit einem weiteren Rohr oder einer Rinne 9 versehen.
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Wenn die Gießform 5 fertiggefüllt ist, wird das Rohr 9 zur Gießform
8 hinabgeschwenkt, und das Rohr 4 gleichzeitig aus der Gießform 5 hochgeschwenkt.
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Die in der Zeichnung rechteckig dargestellten-Gießformen 5,8 können
naturE eine innerhalb weiter Grenzen variierende Ausführung haben und brauchen nicht
nur für das Gießen von Blöcken oder Knüppeln ftir Weiterhearbeitung, sondern können
auch für das Gießen von mehr oder weniger formfertigem Guß vorgesehen sein. Die
Gießform wird zwecks Ermöglichung intensiver Kühlung des Gusses vorzugsweise aus
dünnem Blech hergestellt. Dieses dünne Blech macht als solches ein kräftiges Kühlen
der Form notwendig, da sonst das Gießmetall das Blech durchbrennen würde.
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Der wesentlichste Unterschied zwischen den zwei Ausführungsbeispielen
liegt darin, daß die Gießform gem. Fig. 2 mit teilweise mit der Wand 13 geschlossener
Eingußseite ausgeführt ist, wobei die Welle 6, wie im Beispiel dargestellt, längs
der offenen Kante der Wand liegt. In der Lage der Gießform zu Beginn des Gießens
taucht die dem Einguß nächstgelegene Ecke der Form in das Kühlbad 7 hinab. Dies
hat den Vorteil, daß der Gießstrahl beim Gießen nur vom Kühlbad gekühlte Gießformflächen
direkt trifft, wodurch die Gefahr von Durchbrennungen der dünnen Gießform vermindert
wird.
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Die Gießform kann somit, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, die Seite zum
Einguß völlig bzw. teilweise offen haben. Diese Seite kann jedoch auch nahezu ganz
geschlossen sein und nur eine Öffnung für den Gießstrahl haben. Diese letztere Ausführung
mit fast völlig geschlossener Eeßfcorz läßt die Einführung von Inertgas in flüssiger
oder Gasform für Gießen in Schutzgasatmosphäre zu, wodurch Schlackeeinschlüsse zusätzlich
geringer werden.
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Bei einer anderen Art der Gießformausbildung, die vor allem zum Gießen
von Verbundrohlingen vorgesehen ist, besteht eine Seite der Gießform aus einem dickeren
Blech, das auf eine zweckmäßige Weise auf der Innenseite oberflßchenbehandelt oder
präpariert ist, so daß bei Einführung des geschmolzenen Gießmetalles in die Gießform,
bei gleichmëßigem Hinabschwenken der Gießform in das Kühlbad, das Gießmetall bei
seiner Erstarrung gegen die dickere Gießformseite, aufgrund des schlechteren Kühlvermögens
derselben, schweißt oder mit dem dickeren Blech zusammenschmilzt. Auf diese Weise
können Gußstücke von verschiedenen Legierungen hergestellt werden.
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Die Kühlung wird somit dadurch bewirkt, daß die Gießform während des
Gießens sukzessiv und vorzugsweise in einem solchen Takt in ein Kühlbad hinabgeschwenkt
wird, daß der Stand in der Gießform ungefähr dieselbe Höhenlage wie der Stand im
Kühlbad hat. Dies kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden.
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Zeine Methode ist, die Zusammensetzung des Kühlbades so zu wählen,
daß dessen spezifisches Gewicht im wesentlichen mit dem des Gießmetalles übereinstimmt.
Wenn dies der Fall ist, wird die Gießform während des Gießens mit solcher Geschwindigkeit
in das Kühlbad niedersinken, daß der Stand des Gießmetalles in der Gießform im wesentlichen
mit dem Stand des Kühlbades überSinstimmt.
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Eine andere Methode sieht vor, die Zusammensetzung des Kühlbades so
zu wählen, daß dessen spezifisches Gewicht höher ist als das des Gießmetalles. Durch
Ausrüstung der Gießform mit einem Mittel für kontrollierte Hinabschwenkgeschwindigkeit
in das Kühlbad kann derselbe Stand in der Gießform wie außerhalb derselben im Khlbad
erhalten werden. Das Hinabschwenkmittel kann z.B. aus Gewichten bestehen, die eine
ausreichende Schwenkkraft in Beziehung zur Drehachse der Gießform ergeben, oder
aus einem auf die Gießform wirkenden Druckluftzylinder.
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Wenn die Zusammensetzung des Kühlbades so gewählt wird, daß dessen
spezifisches Gewicht niedriger ist als das des Gießmetalles, kann die Hinabschwenkgeschwindigkeit
durch die Anbringung von Schwimmgliedern (Schwimmern), die auf die Gießform wirken,
geregelt werden. Es ist auch möglich, mit einem zweckmäßig montierten Triebmittel,
z.B. einem Druckluftzylinder, die Hinabschwenkgeschwindigkeit zu steuern.
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Als Kühlbad können geschmolzene Metalle, z.B. Blei, Zinn,Antimon Abniniumusw.
oder Legierungen aus zwei oder mehr als zwei dieser Metalle angewendet werden. Speziell
beim Gießen von Leichtmetallen kann das Kühlbad aus Salzschmelzen der Alkalimetalle
bestehen.
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Es kann auch die Kombination von einem Kühlbad mit hohem spezifischem
Gewicht und einem oder mehreren Kühlbdern mit niedrigerem spezifischem Gewicht-übereinander
-geschichtet angewendet werden, um eine differenzierte Kühlwirkung auf das Gießmetall
zu erhalten.
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Zur Bewirkung eines differenzierten Kühleffektes kann auch pulverisiertes
Material angewendet werden, das ein niedrigeres Volumengewicht als das Kühlbad hat
und in Schichten auf diesem schwimmt. Beispielsweise können Sand, Kupferspäne, Stahlsand,
Ziegelmehl oder Eisenpulver angewendet werden.
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Die Temperatur des Kühlbades wird in einem für Erstarrung des Gießmetalles
geeigneten Bereich gehalten.Beim Gießen von Stahl wurde es als sehr zweckmäßig befunden,
das in diesem Fall aus einer Metallschmelze bestehende Kühlbad auf einer Temperatur
von ca. 4000C zu halten. Der Stahl wird dabei anfangs sehr rasch gekühlt, was ihm
ein feinkörniges Primärgefüge gibt, und später wird die Kühlung in der Nähe der
Kühlbadtemperatur gebremst, wodurch im Guß Spannungszustände ausgelöst und sog.
Erstarrungsrisse vermieden werden. Die Temperatur des Kühlbades kann durch Erwärmungs-
und Kühlen richtungen auf bekannte Weise konstant gehalten, und die Erstarrungs-
und Abkühlungswärme rückgewonnen werden.
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Beim Gießen von Verbundrohlingen nach dem vorstehend beschriebenen
Verfahren ist es zwecks Erzielung guter Haftung des Verbundmateriales an dem von
der Schmelze gebildeten Rohling zweckmäßig, das Kühlbad auf einer höheren Temperatur,
z.B.
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0 600-900 C zu halten. Hierdurch wird eine verhältnismäßig wirksame
Kühlung von den Seiten durch die dünneren Wände, aber eine zweckmäßig angepaßte
verzögerte Kühlung durch das Verbundmaterial beibehalten.
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Der Trichter 2, Verteiler 3 und die Rohre 4,9 bestehen vorzugsweise
aus hochfeuerfestem Material. Die Zeichnung zeigt zwei einander direkt gegenüberliegende
Gießformen 5, 8 und zwei Gießrohre 4, 9 als Beispiel einer geeigneten Aufstellung
für bwechselndes-Gjeßen mehrerer Güsse von demselben Behälter.
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Die Gerohre 4, 9 können alternativ so angeordnet sein, daß in beide
Gießformen gleichzeitig Gießen erfolgt. Die Anzahl Gießformen ist selbstredend auch
beliebig. Es können mehrere Gießformen nebeneinander angeordnet und nach und nach
auf der Welle 6 oder auf Wagen zur Lage an den Gießrohren 4, 9 zwecks Gießen verschoben
werden. Beim Gießen eines einzigen Gusses ist es auch nicht erforderlich, den Verteiler
3 anzuwenden, sondern die Schmelze kann direkt aus der Pfanne oder auf andere Weise
zum horizontalen Einguß (Rohr, Rinne 4) geleitet werden.
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Bei einer alternativen Ausführung kann z.B. nur ein Gießrohr 4 angeordnet
sein, das zur Bedienung von zwei wie in der Zeichnung angeordneten Gießformen zwischen
einer Lage für Zuführung von Schmelze zur Gießform 5 und einer Lage für Zuführung
von Schmelze zur Gießform 8 schwenkbar sein kann. Bei einer anderen alternativen
Ausführung kann ein Gießrohr um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet sein,
wobei auch eine quer zu den gezeigten Gießformen 5 und/oder 8 liegende Gießform
angeordnet werden kann. Der Eingußkanal kann auch fest mit der Gießform verbunden,
und die Drehachse zum Trichter oder Verteiler verlegt sein.
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Die Vorteile des Gießens gern. der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt
werden. Der Einguß ergibt ein im Hinblick auf Schlackeenschlüsse reineres Produkt.
Die intensive Kühlung gibt dem Guß ein feinerkörniges Gefüge. Die Gleichmäßigkeit
und Regelbarkeit der Kühlung für einen gewissen Temperaturbereich resultiert in
einem erstarrungsrißfreien Guß. Das Ergebnis hiervon sind u.a. wesentlich höhere
Festigkeitswerte des Gusses.
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