DE2823330C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergießen von Metall­ schmelzen zu Blöcken oder Knüppeln sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Metallschmelzen werden normalerweise in eine kühlende Metallkokille gegossen, und zwar entweder intermittent zu Blöcken oder kontinuierlich zu strangförmigen Rohlingen. Hierbei wird die Überschußwärme des flüssigen Metalls zum größten Teil durch die Koki­ lle abgeleitet, wobei die Metallschmelze erstarrt. Hierbei erstarren die inneren Bereiche des Knüppels bzw. Blockes wesentlich später und schneller als die Oberflä­ chenschicht. Dies beruht hauptsächlich auf dem längeren Wärmeübertragungsabstand und dem größeren Wärmeleitwiderstand gegenüber der Überschußwärme in diesem inneren Be­ reich, wodurch Temperaturgradienten über den Rohling- oder Blockquerschnitt entstehen.

Bedingt durch den Umstand, daß der innere Bereich des Blockes oder Rohlinges lang­ samer erstarrt als die Schicht an der Oberfläche, erhält dieser innere Bereich ein völlig anderes Erstarrungsgefüge und eine andere chemische Zusammensetzung als der übrige Block oder Rohling. Weiterhin bilden sich leicht Porigkeiten, Risse oder son­ stige Fehler im inneren Bereich. Diese Mängel werden schwerwiegender, je mehr Legierungsbestandteile vorhanden sind, da das Erstarrungsintervall größer wird.

Durch gesteigerte und gleichmäßigere Abkühlgeschwindigkeit bei der Metallschmel­ ze und durch einen Ausgleich der Temperaurunterschiede durch Umrühren der flüssi­ gen Phase kann man den Unterschieden in der Zusammensetzung zwischen ausgeschiedener fester Phase und Schmelze, d. h. den Ausseigerungen, in der Makroskale entgegenwirken.

Die starke Seigerungstendenz bei den Legierungsbestandteilen von z. B. hochle­ gierten Werkzeugstählen hat mitsichgebracht, daß solche Stähle in relativ kleinen Blockformaten (z. B. Blockgewichte von 200 kg) vergossen werden. Auf diese Weise er­ reicht man akzeptables Karbidausscheidungsgefüge mit Rücksicht auf die Festigkeits­ eigenschaften. Allerdings läßt sich nach diesem Verfahren kein im wesentlichen gefügeisotroper Werkstoff herstellen.

Ein gegossenes Gefüge besitzt eine Festigkeit entsprechend 1/100 bis 1/1000 des für das Metall theoretischen Wertes, und zwar je nach den inneren Gefügehomogenitäten. Bei einer Warmbearbeitung des Materials wird das gegossene Gefüge allerdings aufge­ brochen, wodurch man ein homogeneres Gefüge und somit eine höhere Festigkeit erhält. In Ausnahmefällen kann man durch eine Bearbeitung des Materials die Festigkeit auf 1/10 der theoretisch denkbaren erhöhen.

Durch den Einsatz pulvermetallurgischer Prozesse, bei denen eine Metallschmelze mittels Gas oder Wasser zu Metallpulver umgewandelt wird, läßt sich die be­ schriebene Gefügeanisotropie im wesentlichen völlig vermeiden. Das Metallpulver, das makroskopisch und in der Hauptsache auch mikroskopisch chemisch homogen ist, wird z. B. durch Warmspritzen oder warmisostatisches Pressen zu Rohlingen verdich­ tet, die somit völlig frei von Makrofehlern werden. Die mechanischen Werkstoffeigen­ schaften werden somit gut und isotrop, so daß eine gefügeaufbrechende Bearbeitung nicht erforderlich ist. Die pulvermetallurgischen Rohlingherstellverfahren sind je­ doch mit dem Nachteil behaftet, daß die Gefahr besteht, daß eine Oxidation und Ver­ unreinigung des Metallpulvers eintritt, wodurch die mechanischen Eigen­ schaften des Werkstoffes und des hieraus hergestellten Erzeugnisses herabgesetzt werden, und mit dem Nachteil, daß die Verfahren in bezug auf Rohlinge und unkomplizier­ te Enderzeugnisse verhältnismäßig teuer sind.

In jüngster Zeit sind Versuche, eine Metallschmelze in einer Stufe zu gasatomi­ sieren und die hierbei erhaltenen, schnell erstarrenden Pulverkörner (Mikroblöcke) in einer Sammelform zu einem Block zu sammeln, durchgeführt worden. Ein derartiger Block kann danach direkt zu einem fertigen, völlig dichten und gefügeisotropen Er­ zeugnis warmgeschmiedet werden. (Atomized Scrap Forms Low-Cast Forgings, Metals and Materials Nov. 1975.) Allerdings ist dieses Verfahren, ebenso wie Verfahren, bei denen Pulver Gasen beigemischt wird, mit einem großen Nachteil behaftet, nämlich, daß das Zerteilungsmedium, das aus Gas besteht, welches eventuell Pulver mitsich­ führt, in verhältnismäßig großen Mengen, d. h. etwa 800 l/kg Metallschmelze, beige­ mischt werden muß, was zu schwer zu beherrschbaren Strömungsphänomenen in der und rund um die Sammelform für die erstarrten oder halbgeschmolzenen Pulverkörner führt. Die Strömungsphänomene ergeben eine ungleichmäßige Massenverteilung in der Sammel­ form, wodurch sich der Ertrag stark vermindert. Um einen höheren Ertrag zu errei­ chen, sind Versuche durchgeführt worden, bei denen die Sammelform in kürzerer Ent­ fernung zur Zerteilungsstelle angeordnet wird. Hierbei erreicht allerdings die zer­ teilte Schmelze nicht die Erstarrungstemperatur, bevor sie auf die Form auftrifft, was in Kombination mit den oben beschriebenen Strömungsphänomenen mitsichgebracht hat, daß geschmolzene Festteilchen an der Sammelform rundum in einem derartigen Ausmaß anhaften, daß sich der Ertrag beachtlich herabsetzt. Diese Schwierigkeiten haben mit sich gebracht, daß bisher nur sehr kleine Blöcke nach diesem Verfahren her­ gestellt worden sind.

Aus der DE-OS 21 01 255 ist ein Sprühfrischverfahren für Roheisen bekannt, bei dem ein Strom geschmolzenen Metalls mit einem Gasstrahl beaufschlagt wird, der den frei fallenden Metallstrom von der Seite her trifft. Auf diese Weise ist es jedoch nicht möglich, den geschmolzenen Metallstrom in dem notwendigen Ausmaß zu beeinflussen, um den Strom zu zerteilen und ihn für Gießzwecke abzukühlen.

Bisher ist somit nicht bekannt, ein seigerungswilliges Material in Form von Blöcken größeren Formats, die in der Hauptsache gefügeisotrop sind, herzustellen, ohne daß die oben aufgeführten Nachteile der jeweiligen Herstellungsverfahren auf­ treten.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen zu Blöcken oder Rohlingen, die in der Hauptsache gefügeisotrop sind, ohne daß die oben aufgeführten Nachteile auftreten, anzubieten.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Vergießen einer Metall­ schmelze zu Blöcken oder Rohlingen, wobei zuerst die Metallschmelze durch ein Gas, das ein Pulver, bestehend aus dem gleichen Werkstoff wie die Metallschmelze und/oder einem anderen Werkstoff, enthält, zerteilt und anschließend die erhaltene Mischung von zer­ teilter Schmelze und Pulver aufgefangen wird. Kennzeichnend für die Er­ findung ist, daß eine in einem Behälter eingefüllte Metallschmelze durch einen im Behälter für die Schmelze zugänglichen Abfluß zum Ausfließen gebracht wird, wobei das Gas, das Pulver in im voraus bestimmter Menge und Zusammensetzung mitsichführend, durch die Mündung eines lanzenförmigen Rohres od. dgl. zum Ausfließen gebracht wird, das zumindest am mündungs­ seitigen Ende völlig oder teilweise von Metallschmelze umgeben ist, und wobei die Mündung in oder an dem Abfluß angeordnet ist, wodurch die Metallschmelze zer­ teilt und mit dem Pulver vermischt wird, wonach die zerteilte Schmelze, die mit Pulverkörnern vermischt ist, in einer Auffangvorrichtung aufgefan­ gen wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens die in Anspruch 7 angegeben ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden, teilweise mit Hinweis auf die Zeichnung, beschrieben, wobei

- Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung zeigt,

- Fig. 2 eine abgeänderte Ausführung eines Teils der Vorrichtung zeigt,

- Fig. 3 ein grundlegendes Fließschema zur Herstellung von Blöcken oder Rohlingen zeigt.

Eine Metallschmel­ ze 5 in einem Behälter 4 wird durch einen Abfluß 6 zum Abfließen ge­ bracht, wobei ein eine bestimmte Menge kalten Pulvers 9 mitführendes Gas 11 an der im oder am Abfluß 6 angeordneten Mündung 3 a eines lanzenförmigen Rohres 3 zum Ausströmen gebracht wird. Wenn die Metallschmelze 5 aus dem Abfluß 6 abfließt, wird sie durch das vom lanzenförmigen Rohr 3 kommende, kaltes Pulver 9 einer im voraus bestimm­ ten Menge und Zusammensetzung enthaltende und sich ausdehnende Gas zerteilt. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das lanzenförmige Rohr 3 konzentrisch im Abfluß 6 angeordnet ist. Hierbei bildet die Metallschmelze 5 einen kontraktierenden Strahl, der durch das von der Strahlmitte aus radial nach außen und axial expandierende und das Pulver mitführende Gas zerteilt wird. Eine Zerteilung der Schmelze durch ein vom Inneren der Metallschmelze nach außen expandierendes Gas bedingt einen wesentlich niedrigeren Gasdruck als eine Zerteilung eines Metallstrahls durch ein auf bekannte Weise von außen gegen diesen Strahl wirkendes Gas. Das Pulver 9 folgt im wesentlichen dem Gas und trägt wirksam zur Zerteilung bei. Die Metallschmelze 5 wird in kleine Bestandteile zerteilt, die völlig oder teilweise voneinander getrennt sind. Die entstandenen Bestandteile werden in dem Raum unterhalb des Abflusses 6 in einer Auffangvorrichtung 7 zu einem Block 23 oder Rohling 23 aufgefangen. Durch einen Beitrag der inneren kinetischen Energie der Bestandteile und durch die potentielle Energie werden die Bestandteile zusammengeschlagen, wenn sie gegen eine im Verhältnis zu den Bestand­ teilen feste Unterlage aufschlagen, und sie bilden hierdurch einen Block 23 oder Roh­ ling 23 von hoher Dichte. Eine etwaige Gasporigkeit in den Blöcken oder Rohlingen kann durch Warmbearbeitung leicht beseitigt werden.

Die Mischphase 8 mit den kleinen Bestandteilen und den durch das Gas eingetragenen Pulverkörnern bewirkt ein schnelles Abkühlen der Bestandteile und ein gleichzeitiges schnelles Erhitzen der Pulverkörner durch die Wärmeübertragung von den Bestandteilen auf die Pulverkörner. Die über das Gas 11 eingetragene Pulvermenge 9 wird so abgestimmt, daß die Bestandteile und die Pulverkörner eine Temperatur annehmen, die in der Nähe der Erstarrungstemperatur des Werkstoffes liegt.

Somit kann der Abstand zwischen dem Abfluß 6 und der Auffangvorrichtung 7 verhältnismäßig klein gewählt werden. Weiter­ hin bringt es die Erfindung, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, bei denen Gas als zerteilendes Medium eingesetzt wird, und bedingt dadurch, daß aufgrund der über das Gas eingetragenen kalten Pulvermenge die obengenannten Strömungsphänomene vermieden werden, mit sich, daß zur Zerteilung der Metallschmelze niedrigere Gasmengen je Zeit­ einheit, nämlich unter 50-100 l/kg Metallschmelze, erforderlich werden. Bei Anwendung des Verfahrens erhält man somit eine verhältnismäßig gleichmäßige Massenverteilung in der Form der Auffangvorrichtung 7.

Die hohe Abkühlgeschwindigkeit, die auf die beschriebene Weise erzielt wird, bringt es mit sich, daß der Seigerungsabstand in der Mikroskala sehr gering wird, was dar­ auf beruht, daß eine reichlichere Kernbildung der festen Phase geschieht, wenn die Ab­ kühlgeschwindigkeit zunimmt. Dies bewirkt, daß der in Form eines Blockes 23 oder Rohlings 23 aufgefangene Werkstoff eine mikroskopisch und makroskopisch sehr gleichmäßige chemische Zusammensetzung und eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über einen beliebig gewählten Querschnitt aufweist. Ein Block 23 oder Rohling 23 gemäß der Erfindung hat eine Festigkeit von etwa 1/20-1/10 der theoretisch denk­ baren vor der Bearbeitung. Der aufgefangene Werkstoff 23 kann deshalb direkt zu einem fertigen Erzeugnis warmgeformt werden, mit, wenn erwünscht, kleineren Reduktionen bei der Bearbeitung. Bei der Bearbeitung wird die Festigkeit noch erhöht.

Eine Voraussetzung dafür, daß die beschriebene Zerteilung der Metallschmelze 5 stattfinden kann, ist, daß der Druck des eingeblasenen Gases 11 größer ist als sowohl der im Abfluß 6 herrschen­ de metallostatische Druck als auch als der im Raum außerhalb des Abflusses herrschen­ de Druck. Als Gas 11 ist ein Gas oder eine Gasmischung zu verwenden, das bzw. die keine nachteilige Wirkung auf das Metall 5 hat, beispielsweise Stickstoff. Die Hauptaufgabe des mit dem eingeblasenen Gas eingetragenen Pulvers ist teils, die Zerteilung der Metallschmelze zu erleichtern, teils eine gleichmäßige Temperaturvertei­ lung zu bewirken und teils gleichmäßig verteilte Kernbildungsstellen für geschmolzene Bestandteile, in einem beliebig gewählten Querschnitt in dem gegen die Auffangvor­ richtung strömenden Werkstoff, darzustellen. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Menge des kalten Pulvers können verschiedene Zwecke erreicht werden. Bei der Herstellung von Blöcken 23 oder Rohlingen 23, die makroskopisch und mikroskopisch homogen sind, ist es zweckmäßig, ein Pulver 9 zu wählen, daß analysenmäßig der Metallschmelze 5 entspricht und eine mittlere Größe von etwa 150 µm oder weniger aufweist. Dieses Metallpulver 9 läßt sich auf bekannte Weise durch Gasatomisierung einer analysenmäßig gleichwertigen Metallschmelze herstellen. Das Metallpulver wird in solcher Menge beigemischt, daß die Mitteltemperatur im entstandenen Block oder Rohling in der Nähe der Erstarrungstempe­ ratur des Metalls zu liegen kommt. Abgesehen davon, daß man durch den sehr schnellen und gleichmäßigen Wärmeübergang zwischen den Bestandteilen der zerteilten Metallschmel­ ze und dem zugeführten kalten Metallpulver eine sehr homogene Temperaturverteilung und ein analysenmäßig gleichmäßiges Gefüge erhält, erreicht man auch andere große Vorteile. Ein Vorteil ist, daß die bei Metallschmelzen normal vorkommende Erstarrungsschrumpfung, die Porigkeiten im Block 23 oder Rohling 23 verursacht, durch die Ausdehnung des zuge­ führten Metallpulvers 9 im Zusammenhang mit der Wärmeübertragung zum größten Teil aus­ geglichen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Entstehen von sekundären, nichtmetallischen Einschlüssen, wie Oxiden und Sulfiden, unterdrückt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß, um die Überschußwärme und Erstarrungswärme einer 1600°C heißen Metallschmelze, die analysenmäßig einem gewöhnlichen, hochlegierten Werkzeugstahl entspricht, zu decken, eine analysenmäßig entsprechende Metallpulver­ menge von etwa 35-40% des Gewichts der Metallschmelze - etwas abhängig von den Wärme­ verlusten der Metallschmelze im Abfluß und im Raum - zugeführt wird.

Das Verfahren erlaubt selbst­ verständlich auch, daß eine geringere Metallpulvermenge zugesetzt wird, als für die Deckung der Überschußwärme und Erstarrungswärme erforderlich ist, mit der Zielsetzung, ein gutes Gefüge und eine akzeptable Temperaturverteilung in Metallschmelzen zu er­ bringen, die Bestandteile von weniger seigerungswilliger Natur enthalten.

Eine weitere Möglichkeit ist, daß man das mit der Metallschmelze 5 analysenmäßig gleich­ wertige Metallpulver 9 völlig oder teilweise mit einem anderen Pulver von metallischer oder nichtmetallischer Art ersetzen kann. Die Wirkung dieser Möglichkeit ist, die Kern­ bildung der aus der Metallschmelze gebildeten festen Phasen wesentlich zu vergrößern oder ein Mischmaterial, bestehend aus einem reinen Metall mit in einem beliebig gewähl­ ten Querschnitt gleichmäßig verteilten Festteilchen aus z. B. abriebfestem Karbid, her­ zustellen.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist dargestellt, wie die Mischung 1 von Gas 11 und kaltem Pulver 9 von gewünschter Analyse und Menge aus einem Pulverbehälter 2 mit Hilfe eines lanzenförmigen Rohres 3 in einen Bodenabfluß 6 des Behälters 4 für die Metallschmelze 5 zugeführt wird, wobei unterhalb des Abflusses 6 eine geeignete Auffangvorrichtung 7 für die Mischphase 8 der zerteilten Metallschmelze und der zugeführten Pulvermenge an­ geordnet ist. Das Gas 11 wird aus einer Leitung über ein erstes, durchflußbegrenzendes Ventil 10 und ein zweites durchflußbegrenzendes Ventil 13 in das lanzenförmige Rohr 3 eingeleitet. Das Pulver 9 wird im Pulverbehälter 2 aufbewahrt, in dessen Boden ein mengenbegrenzendes Ventil 16 angeordnet ist, über das das Pulver 9 dem lanzenförmigen Rohr 3 zugeführt wird. Zwischen dem ersten 10 und dem zweiten 13 durchflußbegrenzenden Ventil kann man das Gas somit unterschiedlich großen Druck auf das Pulver 9 im Pulver­ behälter 2 ausüben lassen. Durch zweckmäßige Einstellung der genannten Ventile 10, 13 und 16 kann die Menge Pulver 9 im Gas 11 im lanzenförmigen Rohr 3 auf einen im voraus festgelegten Wert eingestellt werden. In der Verbindungsstelle zwischen der Gasleitung 14 und einer vom mengenbegrenzenden Ventil 16 kommenden Leitung 16 a ist ein Ejektor 15 angeordnet, der dem Zweck dient, eine gleichmäßige Einmischung des Pulvers 9 in das Gas 11 zu bewirken.

Das lanzenförmige Rohr 3 ist in solcher Stellung in der Metallschmel­ ze 5 angeordnet, daß dessen Mündung 3 a im Anschluß an den Abfluß 6 des Behälters 4 für die Metallschmelze 5 zu liegen kommt. In Fig. 1 und 2 ist die Lage der Mündung 3 a des lanzenförmigen Rohres 3 konzentrisch zum Abfluß 6 dargestellt. Das lanzenförmige Rohr 3 ist mit einer gegen die Metallschmelze 5 schützenden Umhüllung 17 versehen. Diese Um­ hüllung 17 ist aus einem gegen die Metallschmelze 5 widerstandsfähigen Werkstoff her­ gestellt, beispielsweie aus Aluminiumoxid, wenn die Metallschmelze aus Stahl besteht. Um die Umgebung unterhalb des Behälters 4 und außerhalb der Auffangvorrichtung 7 gegen Metallspritzer und die zerteilte Metallschmelze sowie die Oberfläche 18 des Blockes 23 oder Rohlings 23 gegen umgebungsbedingte Einflüsse, beispielsweise Oxidation, zu schüt­ zen, empfiehlt sich die Anordnung einer Schutzwand 19 aus geeignetem Werkstoff unter­ halb des Behälters 4. Diese Schutzwand 19 ist so ausgeführt, daß zwischen ihrer inneren Oberfläche und der Auffangvorrichtung 7 ein Spalt 20 entsteht, der einen Abzug des aus der zerteilten Metallschmelze und den Festteilchen befreiten Gases 21 ermöglicht. Auf diese Weise erhält das eingeblasene Gas 11 die Funktion eines Schutz­ gases 22 während des gesamten Gießvorganges für den Block 23 oder Rohling 23.

Die Rege­ lung der Menge der ausströmenden Metallschmelze 5 kann dadurch geschehen, daß ein geeig­ neter Ausflußquerschnitt auf die Weise gebildet wird, daß der Abstand des lanzenförmigen Rohres 3 zum Abfluß 6 des Behälters 4 reguliert wird und/oder dadurch, daß eine Ventil­ vorrichtung 24, beispielsweise als Elektromagnet ausgeführt, im Abfluß 6 des Behälters 4 wirkt. Diese Ventilvorrichtung 24 kann auch eine vollständige Drosselung der ausströ­ menden Metallschmelze ermöglichen. Eine solche Drosselung kann andernfalls beispiels­ weise durch einen Scheibenwürfel erreicht werden.

Die Auffangvorrichtung 7 kann in kokillenähnlicher Ausführung, wie in Fig. 1 dargestellt, sein und in bezug auf die Herstellung des Blockes 23 oder Rohlings 23 halbkontinuierlich oder kontinuierlich arbeiten. In Fig. 2 ist schematisch eine Auffangvorrichtung 7 dargestellt, die kontinuierlich arbeitet, wobei der Block 23 oder Rohling 23 mit Hilfe einer in der Auffangfläche vibrierenden und durch senkrechte Trennwände 25 in zwei oder mehrere Teile unterteilten Form hergestellt wird, wobei die Trennwände so ausgeführt sind, daß sie dem Block oder Rohling einen ge­ wünschten Querschnitt, beispielsweise quadratisch oder kreisrund, verleihen. Die Trenn­ wände 25 können eventuell mit einer gegen Temperatur und Verschleiß beständigen Schicht 26 versehen sein, die zweckmäßigerweise eine temperaturisolierende Funktion aufweist, um eine über den Block 23 oder Rohling 23 gleichmäßige Temperaturverteilung beizubehal­ ten. Für den Transport des Blockes 23 oder Rohlings 23 von der Auffangfläche, mit der Zielsetzung einen kontinuierlichen Ablauf des Gießvorganges zu erhalten, sind feste Leitwände 28 und vorzugsweise Walzen 27 angeordnet, die über eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angetrieben werden und eventuell so angeordnet sind, daß sie den Block 23 oder Rohling 23 etwas reduzieren. Die festen Leitwände 28 können mit einer Schicht 26 versehen sein, die die gleichen Eigenschaften aufweist wie die Schicht 26 der Trennwände 25. Für die Einleitung des Gießvorganges mit der Metallschmelze 5 ist zweckmäßigerweise ein Anlaufkopf 29 vorhanden, auf dem sich die zuerst erhaltene Misch­ phase 8 aus zerteilter Metallschmelze und zugeführtem Pulver absetzt, wonach der An­ laufkopf beispielsweise mit Hilfe der Zugstange 30 durch die Leitwand- und Walzenan­ ordnung gezogen wird.

In Fig. 3 ist ein grundlegendes Fließschema für die Herstellung von Blöcken oder Rohlingen dargestellt, die sich auf das Verfahren gemäß der Erfindung gründet. Eine gewünschte Menge 31 einer Metallschmelze 32 von gewünschter Analyse wird einer Vorrichtung 36 zugeführt, die der in Fig. 1 oder 2 beschriebenen entspricht, während der restliche Teil 33 nach einem für den Zweck geeigneten Verfahren 34, bei­ spielsweise einem bekannten Gas- oder Wasserumwandlungsverfahren, zu innen analysenmäßig und gefügemäßig gleichwertigen Festteilchen zerteilt wird, deren Mittelgröße zweckmäßig die Größe 150 µm unterschreitet. Diese Festteilchen 35 werden dem Pulverbehälter der Gieß­ vorrichtung 36 zugeführt. Das Gießen geschieht auf die oben beschriebene Art. Hinter der Gießvorrichtung wird der Block 37 oder Rohling 37 zweckmäßigerweise einer Vorrichtung 38 zur mechanischen Behandlung zugeführt, so daß er eine geeignete Form erhält und damit etwaige Poren, die beim Gießen entstanden sein können, entfernt werden. Im letzteren Fall sollte der Block oder Rohling beispielsweise durch ein Schutzgas gegen das Auftreten von Oxidation gegen die Umgebung geschützt werden, wenn eine hohe Oberflächengüte erwünscht ist. Nach Abschluß der mechanischen Behandlung kann der Block oder Rohling 39 nun einer weiteren Behandlung, beispielswei­ se Umformung und/oder Wärmebehandlung unterzogen werden.

Etwaige Schrottreste 40, die nach dem Vergießen der Metallschmelze 32 anfallen, können entweder bei 41 der Ausgangsschmelze 32 zugeführt werden, oder beispielsweise nach einer kryogenen Feinfragmentierung 42 zu Festteilchen von einer Größe entsprechend 150 µm oder kleiner direkt dem Pulverbehälter der Gieß­ vorrichtung 36 zugeführt werden.

Durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es somit möglich, eine Schmelze in kleine Bestandteile zu zerteilen und das Material danach in einer geeigneten Auffangvorrichtung aufzufangen, die eine gleichmäßige Massenverteilung des aufgefangenen Materials ermöglicht. Weiterhin erzielt man ein sehr schnelles Erstarren des Werkstoffes, was in sehr geringer Mikroseigerung und Makroseigerung beim hergestell­ ten Block oder Rohling, somit in einem im wesentlichen gefügeisotropen Werkstoff, resul­ tiert.

Die Kosten für die Herstellung von Blöcken oder Rohlingen gemäß dem erfindungs­ gemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen wesentlich unter den Kosten für eine herkömmliche Herstellung von Pulverwerkstoffen, da hier die Verfahrensabschnitte Verdichten, Sonderbehandlung und Be­ arbeitung bei Schutzgas nicht erforderlich sind. Die Erfindung erlaubt somit die Herstellung von sehr hochwertigen Werkstoffen zu niedrigen Kosten.

Claims (11)

1. Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze zu Blöcken oder Rohlingen, bestehend aus einem einleitenden Zerteilen einer Metallschmelze durch ein ein Pulver aus gleichem und/oder anderem Material als die Metallschmelze enthaltendes Gas und anschließendes Auffangen der erhaltenen Mischung aus zerteilter Schmelze und Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem Behälter (4) vorhandene Metallschmelze (5) durch einen im Behälter (4) angeordneten Abfluß (6) zum Ausfließen gebracht wird, wobei das das Pulver (9) in im voraus bestimmter Menge und Zusammensetzung enthaltende Gas (11) über die Mündung (3 a) eines lanzenför­ migen Rohres (3) od. dgl. zum Ausströmen gebracht wird, das zu­ mindest am mündungseitigen Ende völlig oder teilweise von der Metallschmelze umge­ ben ist, wobei die Mündung (3 a) in oder an dem Abfluß (6) angeordnet ist, wo­ durch die Metallschmelze (5) zerteilt und mit dem Pulver vermischt wird, wonach die zerteilte Schmelze, die mit Pulverkörnern vermischt ist, in einer Auf­ fangvorrichtung (7) aufgefangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im voraus festgelegte Menge Pulver (9) in einem Verhältnis zur Menge Me­ tallschmelze (5) steht, daß das Pulver und die Metallschmelze beim Vermischen eine Temperatur annehmen, die in der Nähe der Erstarrungstemperatur des Werkstoffes liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lanzenförmige Rohr (3) so angeordnet wird, daß dessen Mündung (3 a) im wesentlichen konzentrisch zum Abfluß (6) zu liegen kommt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß der Metallschmelze (5) durch den Abfluß (6) durch Verschieben des lanzenförmigen Rohres (3) im Verhältnis zum Behälter (4) und/oder durch eine Ventilvorrichtung (24) in vorzugsweise elektromagnetischer Ausführung geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das nach der Zerteilung der Metallschmelze abströmende Gas (21) über den Spalt (20) zwischen einer rund um den Abfluß (6) unterhalb des Behälters (4) angeordneten Schutzwand und der Auffangvorrichtung (7) ausströmt, um ein Einströmen von sich auf die Zerteilung und das Auffangen des Werkstoffes nach­ teilig auswirkender Umgebungsluft zu verhindern.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auffangen des Werkstoffes in einer Stranggießkokille erfolgt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Behälter (4) für eine Metallschmelze (5), einer Gaszufuhrleitung (14) mit einem Ejektor (15) und einer Auffangvorrichtung (7), dadurch gekennzeich­ net, daß der Behälter (4) mit einem Abfluß (6) versehen ist, in oder an dem die Mündung (3 a) eines lanzenförmigen Rohres (3) od. dgl. so angeordnet ist, daß das Rohr (3) zumindest mit dem mündungsseitigen Ende völlig oder teilweise von Metallschmelze umgeben ist, daß ein Kanal (16 a) für die Zufuhr von festem Pulver (9) in die Gaszufuhrleitung (14) mit dem Ejektor (15) vorhanden ist, und daß Anordnungen zum Zuführen einer im voraus bestimmten Menge Pulver (9) zu dem lanzenförmigen Rohr (3) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das lanzenförmige Rohr (3) so angeordnet ist, daß seine Mündung (3 a) im wesentlichen konzentrisch im Abfluß (6) liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das lanzenförmige Rohr (3) im Verhältnis zu dem Abfluß (6) derart verschiebbar angeordnet ist, daß der Abstand zwischen der Mündung (3 a) des Rohres (3) und dem Abfluß (6) regulierbar ist, und/oder daß eine Ventil­ vorrichtung (24) in vorzugsweise elektromagnetischer Ausführung zur Regelung des Durchflusses der Metallschmelze (5) durch den genannten Abfluß (6) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß rund um den Abfluß (6) unterhalb des Behälters (4) eine nach unten vorste­ hende Schutzwand (19) einen Spalt zu der Auffangvorrichtung (7) bildet, durch den das nach der Zerteilung der Metallschmelze abziehende Gas (21) in die Umgebung ab­ strömen kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auffangvorrichtung (7) eine Stranggießkokille ist.