DE3303484A1

DE3303484A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen giessen von metallbloecken

Info

Publication number: DE3303484A1
Application number: DE19833303484
Authority: DE
Inventors: Susumu Nagoyo Aichi Inumaru; Masahiro Yoshida
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1983-12-08
Also published as: JPS6146231B2; FR2526689B1; GB2122522B; GB2122522A; DE3303484C2; FR2526689A1; US4558730A; JPS58196146A; GB8300560D0

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießen rechteckiger Metallblöcke, und insbesondere ein Verfahren, mit welchem es möglich.ist, Blöcke mit rechteckigem Querschnitt aus Leichtmetallen, insbesondere aus } 15 Aluminium oder aus Legierungen auf Aluminium-Basis mit ': reproduzierbarer, gleichmäßiger hoher Qualität herzu-

. stellen.

Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zum kontinuier-

j 20 liehen oder halbkontinuierlichen Gießen von Metallblöcken ι aus Metallen wie Aluminium oder Legierungen auf Aluminium-

Basis vorgeschlagen. Ein typisches Beispiel eines derartigen Verfahrens ist in der US-PS 29 83 972 beschrieben, in welchem eine vertikal am Ende offene Gießform an ihrem unteren Ende durch eine Bodenplatte verschlossen ist, welche anfänglich den Boden der Form bildet und abgesenkt wird, wenn geschmolzenes Metall in den Formenhohlraum durch einen Ausguß oder einer Rinne eingegossen wird. Wenn die Bodenplatte fortschreitend in Schritten abgesenkt wird, wird eine Säule aus flüssigem Metall in der Form anfänglich in Kontakt mit der Innenwand der Form gekühlt, welche ein Kühlmittel (gewöhnlich Wasser) enthält, das durch einen Durchgang, der in der Form ausgebildet ist, zirkuliert. Diese Metallsäule wird dann direkt gekühlt durch Spritzen des Kühlmittels, welches durch einen Schlitz in dem unteren Ende der Form aus-

ι .tritt, wodurch die flüssige Metallsäule verfestigt wird oder erstarrt, wenn sie aus der Form austritt. Damit .wird der gewünschte feste Block kontinuierlich geformt

und aus der Form herausgezogen.
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Es ist oft festgestellt worden, daß die kontinuierliche - Herstellung von Metallblöcken mit derartigen herkömmlichen Verfahren Blöcke erbringt, welche verschiedene Arten von Oberflächenschäden oder Unregelmäßigkeiten aufweisen, welche zurückzuführen sind auf "Seigerung", "Spannungsrisse", "Klebestellen oder Schweißungen", usw. Die Ausbildungen derartiger Defekte oder Schäden, welche auf die Endprodukte (die bei der Bearbeitung der Blöcke erhalten werden) ungünstige Auswirkungen haben, müssen auf ein praktikables Minimum reduziert werden.

Es ist bereits beobachtet worden, daß die Ausbildungen der oben dargestellten Oberflächendefekte sich aus einer dünnen Schicht einer Erstarrungsaußenhaut in der Form ergeben, welche durch eine primäre Kühlung mit einem Kühlmittel ausgebildet wird, welches in der Form zirkuliert, um die Innenwand der Form zu kühlen. Im Hinblick auf diese Beobachtungen ist bereits vorgeschlagen worden, die Ausbildung solcher dünnen Schwachschichten der Erstarrungsaußenhaut zur Verbesserung der Oberflächenqualität der Blöcke zu verhindern. Eine derartige Abhilfe zur Beseitung oder Reduzierung der Oberflächendefekte besteht in der Verwendung eines Warmhaubengießverfahrens, wie es in der US-PS 36 12 151 beschrieben ist.

Bei diesem Verfahren wird ein isolierter Zufuhrbehälter axial ausgerichtet mit der Form und die Gießgeschwindigkeit für das Metall wird derart festgesetzt, daß der oberstromige Leitungsabstand, der von der flüssigen nässenden Linie des Kühlmittels an der Oberfläche des Blockes gemessen wird, sich innerhalb ungefähr 2,54 cm (1 inch) in den Behälter erstreckt, um im wesentlichen

bad

-ΟΙ. . eine dünne Schicht einer Erstarrungsaußenhaut auszuschließen, welche sich innerhalb der Form ausbildet und einen Gießvorgang zu leiten, so daß nur ein festes, erstarrtes Metall durch direkte Kühlung des flüssigen Metails (sekundäre Kühlung) durch das Kühlmittel, das aus dem Boden der Form austritt, gebildet wird. Ein anderes, dem oben geschilderten Warmhaubengießverfahren ähnliches Verfahren ist vorgeschlagen worden und in der US-PS 33 26 270 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein oberer Teil der Formenwand mit einem rohrförmigen wärmeisolierenden Teil bedeckt, dessen unteres Ende in einer vorbestimmten Lage auf der Formenwand angeordnet ist, so daß die Außenfläche der Erstarrung durch sekundäre Kühlung (Direktabkühlung) gerade unterhalb des unteren Endes des wärmeisolierenden Teiles angeordnet ist.

Obgleich festgestellt wurde, daß die oben dargestellten herkömmlichen Lösungen zur Ausbildung von Oberflächendefekten auf der Oberfläche von Blöcken wirksam bei der Herstellung von Blöcken mit kreisförmigem Querschnitt angewendet werden können, ist es sehr schwierig, derartige Lösungen zur Herstellung von Blöcken mit rechteckigem Querschnitt zu verwenden, deren Oberflächenqualität so verbessert ist wie bei Blöcken, die mit kreisförmiyom Querschnitt hergestellt werden. Beim Gießen von Blöcken mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt ist die Höhe oder die Linie der Erstarrung bei direkter Kühlung oder sekundärer Kühlung in verschiedenen Stellungen an der Außenfläche der rechteckigen Form unter-

gg schiedlich. Genauer gesagt ist die Erstarrungshöhe in den Ecken der inneren Wandflächen der Form höher als in den mittleren Abschnitten zwischen den Ecken. Deshalb führt eine alleinige Verschiebung der Erstarrungshöhe um einen konstanten Wert bei allen Abschnitten des Blocks

gg nicht zu einer gleichzeitigen Eliminierung der vorstehend beschriebenen schwachen, brüchigen Schicht der

EAD ORlGiNAL "OPY

;;:..': 330348Α ■"

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Erstarrungsaußenhaut in der Form an allen Abschnitten des Blocks in Nähe der inneren Umfangsflache der Form. Deshalb führt die alleinige Verwendung des Wärmeisolators an der inneren Formenwand nicht erfolgreich zum Erhalt gleichmäßiger Verbesserungen der Oberflächenqualität über den ganzen Umfang des Blockes.

Einer der Erfinder schlägt ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallblöcken vor, welches Gegenstand der japanischen Patentanmeldung TOKU-GAN-SHO Nr. 51-91719 (offengelegt unter TOKU-KAI-SHO Nr. 53-16323) vor. Bei diesem Verfahren wird ein geeignetes,am Ende offenes wärmeisolierendes Teil mit rechteckigem Querschnitt derart angeordnet, daß es zwischen einem oberen Teil der inneren Formwand und der Außenseite des geschmolzenen Metalls liegt, während eine Einrichtung zur Regelung der Wärmeleitfähigkeit des geschmolzenen Metalls vorgesehen ist, um die vorstehend geschilderte schwache, brüchige Schicht der Erstarrungsaußenhaut auszuschließen. Die Offenbarung obiger Patentanmeldung verdeutlich das vorerwähnte Problem, das beim Gießen rechteckiger Blöcke auftritt, d.h. den Unterschied in der Ausbildung der Erstarrungsaußenhaut zwischen dem mittleren Bereich jeder Seite des rechteckigen Querschnittes des Blockes und den Eckbereichen am Ende jeder Seite und die gleiche Offenbarung verdeutlicht auch, daß das obige Problem vorteilhaft gelöst wird durch die Verwendung eines wärmeisolierenden Teiles, dessen vier Seiten jeweils einen mittleren Abschnitt aufweisen, welcher sich nach unten in der Form erstreckt.

Weitere Untersuchungen und Beobachtungen des Gießverfahrens von Blöcken mit rechteckigem Querschnitt durch die Erfinder zeigen jedoch, daß das vorstehend vorgeschlagene wärmeisolierende Teil mit verbesserten unteren End- j profilen nicht völlig zufriedenstellend ist für genügende; !

dcvr Obari'l iichciif |ii.i I i I .Ί I und der II.iu I :;t t nk-

BAD ORIGINAL

Τ3ΌΤ48Ϊ"

-ιοί t.ur der Blöcke· und sie /.eigen, daß noch ein Problem beiit.i'tiL, da:: in der Schwierigkeit der Erhaltung einer yIeichmäß igen Oberflächenbeschaffenheit überall an der Umfanqsfläche der' Blöcke besteht. Deshalb bestand eine Forderung nach weiterer Verbesserung des Verfahrens zum Gießen rechteckiger Blöcke.

Durch intensive Forschungen und Untersuchungen im Hinblick auf die vorerwähnte Situation, machten die Erfinder eine Entdeckung, daß die vorerwähnten Probleme, die bei den bekannten Verfahren auftreten, wirksamer überwunden werden können, d.h. daß ein Block mit einem rechteckigen Querschnitt mit gleichmäßig hoher Oberflächenqualität überall am Umfang gegossen werden kann, durch

IPj genaue Positionierung oder Dimensionierung einer wärmeisolierenden Schicht oder Platte, welche zwischen einem oberen Teil joder Innenwandoberflache der Form und der äußeren Fläche des geschmolzenen Metalls angeordnet wird. Genauer gesagt wird jede der wärmeisolierenden Platten, welche direkten Kontakt mit dem eingegossenen, geschmolzenen Metall mit der Wandoberfläche an vier Seiten der Form verhindern, derart ausgebildet, daß ihr mittlerer Bereich und ihre horizontalen Endabschnitte, die den mittleren Bereich bzw. den Endbereich (die Ecke) jeder Seite der rechteckigen Form bedecken, so dimensioniert sind oder ihre unteren Endprofile so bestimmt sind, daß eine vorbestimmte Beziehung entsprechend der Gießbedingungen und der spezifischen Arten der zu gießenden Metalle erfüllt sind, und zwar so, daß der mittlere Bereich der

3Q Plat.Le oder Schicht sich nach unten erstreckt über die benafhbarten Endbereiche hinaus und daß sich das gerade untere Endprofil horizontal über einen vorbestimmten Abstand von der Mitte der jeweiligen Formenseite zu den EJndbereichen hin erstreckt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden .Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierLiehen odor halbkontinuierlichen Gießen zu schaffen, mit welchen es ' möglich ist, Metallblöcke mit rechteckigem Querschnitt mit gleichmäßiger Qualität herzustellen.

Eine andere -Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren ' und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießen eines Blockes mit rechteckigem Qucr- IQ schnitt aus Metallen, insbesondere aus Aluminium oder aus Legierungen auf Aluminiumbasis zu schilf fen, bei. welchem ' Verbesserungen der Oberf lächenbe.schaf fung und Haut struktur überall auf der gesamten Oberfläche des gegossenen Blockes j vorhanden sind. !

; Die Lösung vorgenannter Aufgaben wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum kontinuierlichen oder haLbkonti- ■ nuierlichen Gießen eines Blockes mit rechteckigem Quer- ^: schnitt in einer vertikal am Ende offenen Fallend-Gieß- ί form (Direkt-Kokillenform) mit' einem Kühlmitteldurchgang erreicht, wobei e.in Kühlmittelstrom durch den Durchgang zirkuliert und vom Boden der Form ausströmt und wobei in <

i die Form gegossenes, geschmolzenes Metall verfestigt, wird j (erstarrt) durch Aufbringen des ausströmenden Kühlmitte]- )

stromes direkt auf die Umfangsflache des Metalls, das aus der Unterseite der Form austritt, und welches die Stufen j enthält: ·■

Vermeidung eines direkten Kontaktes des eingegossenen gego schmolzenen Metalls mit einem oberen Abschnitt der Innenwände der Form und Regelung der Kühlung des geschmolzenen Metalls durch den Kühlmittelstrom, der in dem Durchgang über die Innenwände zirkuliert, wobei der Schritt der Vermeidung des direkten Kontakts und der Regelung der" Kühlung gc die Zwischenschaltung von wärmeisolicrenden Platten odur Schichten zwischen dem oberen Abschn i f { der 'J nnenw.'inde der

_BAD ORIGIN COPY

!''Ulm um.! (lei- Uiiil.<in<j:;l Lache des eingegossenen, geschmolzenen Metalls innerhalb der Form aufweist und jede der wärmeisoliorendcn Platten oder Schichten so dimensioniert ist, daß nachstehende Gleichungen (Formeln) der Reihe nach erfüllt sind, für einen mittleren Plattenbereich, der sich über horizontale Endabschnitte hinaus nach unten in der Form erstreckt:

0.2 S V-H₁ s 0.7

V + 0.2 . „ . 4V + 0.7

V ⁼ 2 = V

L - 1.2T S L₁ S L - 0.6T

mit V = Gießgeschwindigkeit lcm/sek.} ,

Il = Abstand zwischen einem unteren Ende der Innenwand und einem unteren Ende der wärmeisolierenden Platte, vertikal gemessen in der Form an dem mittleren Bereich der Platte an jeder Seite der ^Form i^cm1ι

H= Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand

und dem unteren Ende der Platte, vertikal gemessen in der Form an jeder Formecke [ cm\, L = Länge jeder langen Seite der Form Lcml, T = Länge jeder kurzen Seite der Form [cml,

L₁ = Länge eines unteren mittleren Bereichs der Innenwand, an jeder langen Seite der Form, der nicht mit der Platte bedeckt ist, der sich in Horizontalrichtung mit einer Höhe H₁ von seiner Mitte aus zu seinen Enden hin über im wesentlichen

gleiche Längen erstreckt Lern]. .

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch die Anbringung wärmeisolierender Platten oder Schichten, welche die oberen Bereiche der Innenwände der vertikal an den Enden offenenForm bedecken, wobei die wärmeisolierenden

BAD ORIGINAL

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-Platten so dimensioniert sind, daß sie die vorstehend j angegebenen Gleichungen oder Formeln erfüllen.

Gemäß dem obigen erfindungsgemäßen Verfahren und der obigen erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der mittlere Bereich und die horizontalen End-(Eck-)bereiche der wärmeisolierenden Platten, die den oberen Teil jeder Seite der Form bedecken,in ihrer Geometrie oder Dimension entsprechend der spezifischen Gießgeschwindigkeit und i

anderen Gießbedingungen bestimmt, wobei die Ausbildung I einer dünnen Schicht einer Erstarrungsaußenhaut in der Form wirksam gleichzeitig und gleichmäßig sowohl an dem mittleren Bereich und den Endabschhitten des geschmolzenen Metalls verhindert wird, das in Kontakt ist mit dem mittleren Bereich jeder Seite der Form und den Eckbereichen der Form. Daraus resultiert, daß eine derartige Schicht einer Erstarrungsaußenhaut im wesentlichen ausgeschlossen ist. Ferner erlaubt die Anordnung der Platte oder Schicht, mit demnach unten gerichteten mittleren Abschnitt, dessen untere Endkante über einen ausgewählten Abstand sich horizontal in der Form erstreckt, die wirksame Ausschaltung der Erstarrungsaußenhaut in der Form gleichmäßig in Richtung entlang der langen Seiten der Form. Die obengenannten Merkmale des vorliegenden Verfahrens ermöglichen optimale, unveränderliche und wirtschaftliche Verfahren zum Gießen rechteckiger Blöcke unterschiedlicher Größen bei verschiedenen Gießbedingungen, während sie feine und glatte Oberflächen der gegossenen Blöcke gewährleisten.

Die rechteckigen Blöcke, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden, weisen eine gleichmäßige Oberflächenqualität überall auf dem Umfang auf und ihre Hautstruktur ist verbessert, so daß sie feiner ist, da eine Schicht aus grobem Kristallkorn (verdecktes Band, sub-surface band: SSB),

BAD

L die sonnt .in dor Haut, ausgebildet ist, nur in den äußeren Hautbereichen vorliegt, wodurch die Menge des Metalls, welche maschinell entfernt werden muß, wenn der Block anschließend bearbeitet wird, reduziert wird.

Zusätzlich weisen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungr.gemäße Vorrichtung Vorteile eines reduzierten Schrumpffaktors des Blockes auf, wodurch eine verbesserte Dimensionsgenauigkeit des Blockes geschaffen wird, sowie eine Verminderung in der Zellgröße der Dendritstruktur in der Hautschicht auf etwa 50 mm von der Oberfläche.

Vorstehend geschilderte und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Be-Schreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen perspektivischen Querschnitt das Viertel eines Eckbereiches einer vertikal am Ende offenen Fallend-Gießform

(Direkt-Kokillenform) und einen erstarrten Metallblock von rechteckigem Querschnitt entsprechend des Eckbereiches der Form,

Fig. 2 ein perspektivischer Querschnitt mit wärmeiso- ! lierenden Platten oder Schichten, die Bereiche

ί der inneren Wandflächen der erfindungsgemäßen

[" Form abdecken,

30 Fig. 3 und 4 Lupenphotographien (photomacrographs), die

ι die Macrostruktur über die Dicke der Haut-

j bereiche rechteckiger Blöcke zeigen, die

■ mit einem in Beispiel 1 beschriebenen bekannten Verfahren bzw. einem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten worden sind,

BAD ORIQiMAL

· Fig. 5 eine grafische Darstellung der Verteilung dor Zellgrößen zellularer Dendrits-truk türen von rechteckigen Blöcken, die in Beispiel 1 mit einem bekannten Verfahren bzw. mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten worden sind, |

und f

Fig. 6 (a) und 6(b) grafische Darstellungen, die die Ver- I

änderungen der Schrumpffaktoren der ί Kopf- bzw. Bodenbereiche zeigen, die

entlang der Längsseiten der Form gemessen worden sind und von rechteckigen Blöcken stammen, die nach Beispiel 1 mit einem bekannten Verfahren und mit erfindungsgemäßen Verfahren

hergestellt worden sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung einen Querschnitt eines Eckviertels einer vertikal am Ende offenen Fallend-Gießform (Direkt-Kokillenform) 1 für ein kontinuierliches (oder halbkontinuierliches) Verfahren und einen verfestigten oder erstarrten Aluminiumblock von rechteckigem Querschnitt, der durch Gießen eines geschmolzenen Metalls 5 in die Form 1 erzeugt wurde. Die am Ende offene Gießform 1 von rechteckigem Querschnitt ist derart ausgebildet, daß sie im Inneren eine Wasserkammer 2 bildet, durch welche ein Wasserstrom, der als Kühlmittel dient, zirkuliert. Das Kühlwasser, das innerhalb der Wasserkammer 2 zirkuliert, wird von der Kammer 2 durch einen Schlitz 3, der an der inneren Kante des unteren offenen Endes oder Bodens der Form 1 ausgebildet ist, abgegeben oder abgeleitet. Das geschmolzene Metall 5 wird kontinuierlich in einen inneren Hohlraum 4 von rechteckiger Gestalt eingegossen, der durch die inneren Wandflächen

BAD

-Ιοί. _ der Form 1 gebildet wird und das eingegossene geschmolzene Mc·Lal I ^r> wird einer ersten Kühlung in Kontakt mit den inneren Wandflächen der Form 1 unterzogen, wobei eine dünne noch unentwickelte Erstarrungsaußenhaut 6 in der b Schmelze ausgebildet wird. Der teilweise verfestigte oder erstarrte Metallblock wird nach unten aus dem unteren Ende der Form 1 abgezogen und dabei einer direkten Wasserkühlung (sekundäre Kühlung) unterzogen durch Spritzen des Kühlwassers, das durch den Schlitz 3 am Boden der Form 1 IU abgegeben wird, wodurch ein festes erstarrtes Metall 7 in der direkten Kühlzone ausgebildet wird". Der vollständig erstarrte Block wird nach unten aus der Form 1 herausgenommen.

Beim Kühlen derartiger rechteckiger Gießformen oder Blökke wird während deren Ausbildung in der am Ende offenen Form 1, welche einen rechteckigen inneren Hohlraum 4 bildet, jeder Eckbereich des gegossenen Metalls stärker gekühlt als die zwischen den Eckbereichen liegenden Bereiche während der sekundären Stufe der direkten Kühlung durch das Kühlwasser aus dem Schlitz 3. Diese Tatsache bringt mit .sich, daß das erstarrte Metall 7 an den Eckbereichen stärker ist als an den dazwischenliegenden Bereichen, wenn man die Ausdehnung dieser Bereiche vertikal zu der Form 1 oder zu dem Block mißt. Im Gegensatz dazu Lst der primäre Kühleffekt durch die Wandflächen der Form 1 an den Eckabschnitten geringer, womit die vorstehend angesprochene vertikale Ausdehnung der Erstarrungsaußenhaut 6 in den Eckbereichen kleiner ist als in den dazwischenliegenden Bereichen.

In Fi-J. 2 sind wärnieisolierende Platten oder Schichten 8 gezeigt, welche die Kühlwirkung des geschmolzenen Metallu durch die inneren Wandflächen der Form 1 regeln, indem sie obere Teile dieser Wandflächen erfindungsgemäß abdecken. Anders ausgedrückt ist die Erfindung darauf ge-

BAD OR!G!NÄL

" richtet, wärmeisolierende Platten oder Schichten 8 vorzusehen, welche geeignete Formen oder Dimensionen aufweisen, welche im Hinblick auf die Daten ausgewählt sind, die sich aus verschiedenen fundamentalen Versuchen und tatsächlichen Gießvorgängen ergeben, um eine Differenz in der Bildung der Erstarrungsaußenhaut infolge der verschiedenen Kühlbedingungen an verschiedenen Posit ionon der Form 1 zu beseitigen, oder gleichmäßige Erstarrung..-Strukturen überall in dem gegossenen Metall.bJock '/u erhalten und gleichzeitig die Bildung der ErsLarrunyuauIW.-nhaut 6 einzuschränken oder im wesentlichen a u.s zu:.; eh al to η und vorbesserte Oberflächen oder Hautstrukturen des Blokkes zu erhalten.

Genauer gesagt wurde gefunden, daß es erforderlich ist, daß die Dimensionen der wärmeisolierenden Platten oder Schichten 8 so bestimmt werden, daß die folgenden Gleichungen oder Formeln (I), (II) und (III) erfüllt sind:

0.2 S V-H₁ f 0.7 ' (F)

V -+ 0.2 ' _< 4V__+_ 0.7 .

""""""■" L - 1 . 2T %^: L₁ £ L - 0. GT (IiI)

~ ' mit V = Gießgeschwindigkeit (_cm/sek.l ,

H₁= Abstand zwischen einem unteren Ende der Innenwand und einem unteren Ende der wärmeisolierencien Platte '8, vertikal gemessen in der Form 1 an dem mittleren Bereich der Platte 8 an jeder Seite der

Form 1 L^cml,

H= Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand

und dem unteren Ende der Platte 8, vertikal gemessen in der Form 1 an jeder Formecke 1 [ cmi,

BAD

- —— ι

. Ii - I.ringe -jorlor langen Semite der Form 1 [cm^, '[' I..iii" ι«' j'!ill.· r kurzen S<vi Le dor Form 1 icmj, ]j.. - Länge eines unteren mittleren Bereichs der Innenwand an jeder langen Seite der Form, der nicht

b mit der Platte 8 bedeckt ist, der sich in Horizon

talrichtung mit einer Höhe H- von seiner Mitte aus zu seinen Enden hin über im wesentlichen gleiche Längen erstreckt [cml.

Mit den vorstehend gemäß den obigen Gleichungen oder Formeln bestimmten Dimensionen ist jede der Platten oder Schichten 8 derart ausgebildet, daß die Abmessung, die vertikal in der Form 1 gemessen wird, von den Enden zu dem mittleren Bereich zunimmt, so daß das untere Ende £ 15 der Platte 8 geneigt oder im wesentlichen schräg nach unten verläuft von gegenüberliegenden Enden jeder Seite

'■ der Form 1 . Zusätzlich hat der mittlere Bereich der Plat-

*■ to 8 an der langen Seite der Form 1 eine konstante ver-

f tikal gemessene Ausdehnung über die ganze Länge ent-

J! 20 sprechend L₁ .-

Durch Abdecken der inneren Wandflächen der Form 1 mit den wärmeisolierenden Platten 8, welche nach den vorstehenden Formeln dimensioniert sind, wird die Ausbildung von möglichen Sinterungen, Spannungsrissen und anderen Oberflächendefekten gleichmäßig über die ganze Oberfläche des erstarrten Gießkörpers eingeschränkt, wodurch eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit gewährleistet ist, d.h. sie erbringen einen fehlerfreien Guß von geschmolzenein Metall in einem festen Block mit einer ebenen und

höchst akzeptablen Oberfläche. Die wärmeisolierenden Platten 8 erbringen Verbesserungen in der Haut- oder Randt nchichtstruktur des Blockes und eine Reduzierung der

Zollgröße der Dendritstruktur und des Schrumpffaktors.

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Die wärmeisolierenden Platten 8, die einen Teil der inneren Wandflachen der Form 1 abdecken," um einen direkten Kontakt des geschmolzenen Metalls 5 mit den Wandoberflächen zu verhindern, sind normalerweise aus Aluminiumoxidfasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern, Asbest, Platten aus einer Asbest-Siliciumoxid-Zusammensel. zung, die unter dem Namen "Marinite" verkauft wird, oder aus anderem anorganischen Fasermaterial ausgebildet und haben gewöhnlicherweise eine Stärke im Bereich von 0,5 bis 10 mm.

Während die Werte T_f L und V in den vorstehenden Formeln in Abhängigkeit von gewünschten Formen eines Blockes und Gießbe:dingungen geeignetermaßen bestimmt werden, werden diese Werte in der Praxis jeweils aus den folgenden Bereichen ausgewählt:

T= 300 bis 700 mm,
L = 500 bis 1600 mm,
V= 30 bis 100 mm/min.
Natürlich ist T kleiner als L.

Obwohl aus Gründen der einfacheren Schnittführung der

ι Platte 8 vorzuziehen ist, daß das untere Ende der Plat- ^l te 8 an beiden horizontalen Endbereichen angrenzend an : die Ecken der Form 1 von den Ecken ausgehend nach unten j geneigt ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, jeweils über j eine Strecke L~ (Abstand vom Ende von L₁ zur Ecke.) , so daß der vertikal gemessene Abstand des entsprechend unbedeckten Bereichs der Wandoberfläche linear zunimmt zu der Ecke hin von H₁ zu EL· , ist es möglich, die Platte 8 derart auszubilden, daß die vorstehend genannten Endabschnitte über die Strecke L_ geeignetermaßen an ihrem unteren Ende kurvenartig ausgebildet sind.

Ähnlich der Platte 8 an den langen Seiten der Form 1 woii;t die Platte 8 an den kurzen Seiten eine Strecke T₁ auf, welche dem mittleren Bereich der inneren Wandfläche entspricht, dor nicht durch die Platte» ab'jccleckL ist, weicht¹

! sich Ικη i -/.οι 11 .ι I von ckⁱr Mitte dor kurzen Hui Lc: T niiL dor IIülio It. "/'ii dt.·η Eok<:n hin übet, eine im wesentlichen gleiche Länge erstreckt. Vorzugsweise wird diese Länge T₁ ausgewählt, so daß sie im wesentlichen ein Drittel der Länge T der kurzen Seite beträgt. Weiterhin ist vorzugsweise das untere Ende der Platte 8 an beiden horizontalen Endbereichen von den Ecken der Form 1 ausgehend nach unten geneigt über jeweils eine Strecke T„, so daß der vertikal gemessene Abstand des entsprechenden unbedeckten Abschnitts der Wandfläche zu den Ecken hin von EL zu

H„ linear ansteigt. Diese nach unten geneigte Anordnung der Platte 8 an den kurzen Seiten der Form 1 ist insbesondere wirkungsvoll, wenn die -Länge T der kurzen Seite nicht kleiner ist als etwa 500 mm, aber es ist bei einigen ι Hj Umständon mögJich, daß die Endbereiche über die Längen Ί' an ihrer unteren Kante geeignet gekrümmt sind, so-

; · Lange die Abstände H₁ und H innerhalb der Bereiche der

Formeln (I) und (II) ausgewählt sind.

Es ist weiterhin vorteilhaft, .wenn der Abstand L^ des unbedeckten Bereichs der Wandoberfläche an der langen Seite der Form 1 (in welchem die vertikale Ausdehnung gegen die Ecken hin von H₁ auf H„ ansteigt) derart ausgewählt wird, daß er im wesentlichen 1/2 der Länge T der kurzen Seite ist.

Die nachstehenden Beispiele dienen der' weiteren Verdeutlichung dieser Erfindung. Diese Beispiele sind jedoch nicht einschränkend für den Bereich der Erfindung auszulegen.

Beispiel 1

Rechtockigo Blöcke aus reinem Aluminium wurden halb-35 kontinuierlich in einer vertikal am Ende offenen Fallend-Cießform (Dirckt-Kokillen- oder Direkt-Abkühlform) mit

kurzen Seiten (T) von 500 mm und langen Seiten (L) von 1 080 mm gegossen. Einige der Blöcke wurden mit einem herkömmlichen Gießverfahren erstellt, wobei die inneren Wandoberflächen der Form nicht mit irgendwelchen wärmeisolierenden Platten oder Schichten bedeckt waren, und einige Blöcke wurden hergestellt, wobei die Wandoburflj'ohen mit wärmeisolierenden Platten (wie? in E'ig. 2 gezeigt) bedeckt und die Dimensionen und Formen der Platten entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet waren. Die wärmeisolierenden Platten, die erfindung;;gemäß vorwendet worden sind, bestanden aus Kcrarn.ikrci.yarn und wiegen eine Dicke von 3mm und nachstehende Abmessungen auf:

H₁ = 50 mm,

BL = 70 mm,

L₁ = 580 mm,

L„ = 250 mm,

T₁ = T₂ = 167 mm.

Jede der Platten wurde an der inneren Wandflache angeordnet, um einen vorbestimmten oberen Teil der Wandflächen zu bedecken, so daß die horizontalen Endubschnitto der Platte von den Enden nach unten zu dem mi.ttlei:c;n Bereich der Platte gehend geneigt waren, wodurch ein direkter Kontakt des eingegossenen geschmolzenen Aluminiums mit diesem oberen Teil der inneren Wandoberfläche verhindert worden ist. Der Gießvorgang wurde mit einer Goschwiridigkoj.t von 55 mm/min, durchgeführt.

gO Der Vergleich dieser erfindungsgemäß hergestellten Blöcke mit Blöcken, die auf herkömmliche Art und Weise erstellt worden sind, zeigte, daß die herkömmlich hergestellten Blöcke Seigerungen und Spannungsrissc über die ganze Oberfläche aufwiesen und dementsprechend eine niedrige Oberf lächenquali tat. hatten. Andorerse i Ls zeigt ι·η die eif indungsgemäß hergestellten BJ öcko eine ·\ J e i chrmiß ig gl.it te

•ι I Ι..Ίι-hc hoher Qualität ohne irgendwelche Seigerungsapurori, Spunnungsrisse oder anderer Oberflächendefekte außer winziger Wellen von weniger als 3 mm, welche bei einem Warinhauben-Gußverfahren unvermeidbar sind.

ft

Die· zwei Gruppen von Blöcken, die nach herkömmlichen bzw. crfindungsgomäßen Verfahren hergestellt worden sind, zoigI.on LoLgendes Bild-: Macrostruktüren im Durchmesser ihror Hautboroiehe, wie in den Lupenphotographien von 10 Fi-¹J- 3 b'/.w. 4 gezeigt; Veränderungen in den Zellgrößen

der zellularen Dendr.itstrukturen in Richtung entlang der kurzen Seiten der Form von der Blockoberfläche zum Kern oder MitteLpunkt der Blöcke wie in Fig. 5 gezeigt und Veränderungen des Schrumpffaktors der Kopf- und Bodenabschnit-

I \i\ te dar Blöcke gemessen entlang der langen Seiten der Form,

} wie in Fig. 6(a) bzw. 6(b) gezeigt.

) Wie deutlich aus den Lupenphotographien der Fig. 3 bzw.

^!> zu schon ist, weist die Haut- oder Oberflächenstruktur

j 20 dor auf herkömmliche Weise hergestellten Blöcke,wie in j Fig. 3 gezeigt, eine ßandschicht unter der Oberfläche

; (SSB) (sub-surface band) auf von einer groben Struktur,

' welche 8 bis 10 mm einwärts von der Gußoberfläche vor-

! handc-n ist. Im Gegensatz dazu weist die Bandschicht un-

I 2Ά ^{tcr cJer} Oberfläche (SSB) (sub-surface band) der erfindungs-I cjcmäii hergestellten Blöcke eine feine Struktur auf und

ist in äußerster Nähe der Gußoberfläche angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Deshalb ist an den erfindungsgemäßon BLocken eine geringere Metallmenge vorhanden, 30 welche? entfernt oder abgearbeitet werden muß, um die erforderte Oberf.1 ächenbeschaffenheit zu erhalten.

i Wie tlaut Lieh in I¹¹Ig. 5 dargestellt ist, haben die er-

j Γindungsgemäß hergestellten Blöcke eine zellulare Dendrit-

i 3j, struktur von äußerst verringerter Zellgröße in einem

j Bereich L>j s zu 50 mm Tiefe von der Oberfläche im Vergleich

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; -- l f.·'"■': . ■ ■ - 3303Α84

1' zu den auf herkömmliche Weise hergestellten B Lockern.

Ein anderer Vorteil der erfindungsgomäßdn Blöcke gegenüber den herkömmlich hergestellten Blöcken ist aus der graphischen Darstellung der Fig. 6(a) und 6(b) zu ersehen, welche zeigen, daß die erfindungsgemäßen Blöcke einen geringeren Schrumpf faktor (?>) aufweisen als die herkömmlich hergestellten Blöcke, sowohl im Kopi- als im Bodenbereich.

Eine andere Gruppe von Blöcken wurde mit den o gemäßen wärmeisolierenden Platten (an do.n langen Seiten der Form) gegossen, wobei die Platten durch wärme!solierende Platten ersetzt worden sind, deren untere Endkanten gekrümmt ausgebildet sind, so daß sie als Ganzes vertikal nach unten konvex sind (während nur die Großem H₁ und H~ innerhalb der vorstehend aufgezeigten Bereiche verblieben). Diese Gruppe der auf diese Weise hergestellten Blöcke zeigte nicht ein geringes Ausschwitzen und Spannungsrisse an den langen Seitenflächen und bereitete deshalb eine Schwierigkei t in der Ausbildung einer verbesserten Oberflächenqual χ Kit, d.h. von glatten und sauberen Guß flächen an allen Seiten des D locken. DLf; teilweise Ausbildung von Ausschwitzungen und Spaiinung«- rissen erbringt eine Ungleichmäßigkeit in der Qualität in den Umfangsrichtungen. In Anbetracht dieser Oberflächendefekte oder Schaden wurden die Blöcke dieser Gruppe, die mit den wärmeisolierenden Platten, die nicht erfindungsgemäß ausgebildet waren, äquivalent oder leicht j verbessert in der Qualität zu den Blöcken eingeschätzt, j welche mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wor- |

den sind. ^!

Beispiel 2

In einem anderen Fall wurden Rlöcko au:; ro i riern Aluminium halbkont i.nu Lorl. i ch in einer vertikal .in den linden

j 15

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. niluncn I¹Vi 1 It¹Md-G Lcß form (Direkt-Abkühlform) mit kurzen :-;υiLori 'Tl von '500 mm und langen Seiten^LlVon 1 230 mm geyossen. Die oberen Bereiche der inneren Wandflächen der Form wurden mit verschiedenen wärmeisolierenden Platten

b bedeckt, deren Abmessungen in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind. Der Gußvorgang wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min, durchgeführt.

Die ausgewerteten Oberflächenqualitäten der verschiedenen Blöcke, die mit den verschiedenen wärmeisolierenden Platten hergestellt worden sind, sind ebenfalls in Tabelle wiedergegeben.

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j 35

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Tabelle 1

Abmessungen der
isolierenden Platten

(mm)

20

50

Hp (mm)

75

100

75

(mm)

700

70 0

950

75

550

Qberflächenqualitätcn der erhaltenen Blöcke

Beträchtliche Spannungsrisse wurden über I den gesamten mittleren Abschnitt der j

langen Seiten gefunden. Die Oberflächen- j beschaffenheit war schlechter als bei her- j kömmlichen Verfahren. Es ist anzunehmen, J daß dies aus der Erstarrung der sekundären j Kühlung resultiert, die sich oberhalb des unteren Endes der i so Hörenden PLatt.cn erstreckt.

Oberflächendefektc infolge von Spannungen wurden in Nähe der Ecken an den langen Seiten festgestellt. Die Oberflächenbeschaffenheit war nicht besser als die bei herkömmlichen Verfahren, aber eine Verbesserung wurde in dem mittleren Bereich der langen Seiten gefunden.

Eine sehr glatte und feine Oberfläche wurde auf der gesamten Fläche an den langen Seiten erhaLten.

Spannungsrisse ähnlich der im Fa 1.1 Nr. wurden in Bereichen einwärts der Ecken an den laiigen Seiten gefunden. Ändere Bereiche hatten eine schöne feine Oberf lächencjualität.

Oberflächendefekte ähnlich jener im Fall Nr. 2 wurden in Bereichen zwischen den Ecken und der Mitte an den langen Seiten f es !.gestellt.

Die in Tabelle 1 aufgelisteten Bewertungen zeigen deutlich, daß die Verwendung von wärmeisolierenden Platten, welche derart dimensioniert sind, daß die Bedingungen der vorliegenden Erfindung erfüllt sind, ermöglichen, Blöcke ..iiü-.qo./.o I dme li;r Qualität mit feiner Oberf lächenbeschaf fc'cnhe LI; zu erhalten.

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Claims

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießen von Metallblöcken Ansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießen eines Blockes mit rechteckigem Querschnitt in einer vertikal am Ende offenen Fallend-Gießforrn (Direkt-Kokillenform) mit einem Kühlmitteldurchgang, wobei ein Kühlmittelstrom durch dun üurehyany zirkuliert und vom Boden der Form ausströmt und wobu i in djo Form (jegossenos geschmolzenes Metall, ve r Γ ο i.; l i'jl. wird (er. -

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3J0348A'

. r;tarri.) durch Aufbringen des ausströmenden Kiihlmittel-

Htromns direkt auf die Umfangsflache des Metalls, das aus der Unterseite der Form austritt, gekennzeichnet durch die Schritte: 5

Vermeidung eines direkten Kontaktes des eingegossenen geschmolzenen Metalls mit einem oberen Abschnitt der Innenwände der Form und Regelung der Kühlung des geschmolzenen Metalls durch den Kühlmittelstrom, der in dem Durchgang über die Innenwände zirkuliert, wobei der Schritt der Vermeidung des direkten Kontaktes und der Regelung der Kühlung die Zwischenschaltung von wärmeisolierenden Platten oder Schichten zwischen dem oberen Abschnitt der Innenwände der Form und der Umfangsflache des eingegossenen geschmolzenen Metalls innerhalb der Form aufweist und

jede der wärmeisolierenden Platten so dimensioniert ist, j daß nachstehende Gleichungen (Formeln) der Reihe nach

f erfüllt sind für einen mittleren Plattenbereich, der sich

:! über horizontale Endabschnitte hinaus nach unten in der

ι 20 Form erstreckt:

; . 0.

2 S V-H < 0.7

t I

' V + 0.2 _< 4V + 0.7

ί ν " 2 ' V

t 25 ;

L - 1.2T S L < L - 0.6T

mit V = Gießgeschwindigkeit tc

H₁= Abstand zwischen einem unteren Ende der Innenwand und einem unteren Ende der wärmeisolierenden

Platte, vertikal gemessen in der Form an dem mittleren Bereich der Platte an jeder Seite der Form Ccmi,

H₂= Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und dem unteren Ende der Platte, vertikal gemes

sen in der Form an jeder Formecke Cl

BAD ORiGiNAL _c0Py

L= Länge jeder langen Seite der Form L'cml, T = Länge jeder kurzen Seite der Form [_cmj, L₁ = Länge eines unteren mittleren Bereichs der Innenwand an jeder langen Seite der Form, der nicht mit der Platte bedeckt ist, der sich in Horizontalrichtung mit einer Höhe H₁ von seiner Mitte aus zu seinen Enden hin über im wesentlichen gleiche Längen erstreckt Lern! .

IQ 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Endabschnitte der wärmeisolierenden Platte an jeder langen Seite der Form an der Unterkante geneigt sind, abwärts in der Form von der Ecke zu gegenüberliegenden Enden des unteren mittleren Bereichs der Innenwand hin, derart, daß ein vertikaler Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und der Unterkante der horizontalen Endabschnitte der Platte sich von H auf H₁ verändert.

3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer mittlerer Bereich der Innenwand, der nicht mit der Platte bedeckt ist, sich an jeder kurzen Seite der Form horizontal erstreckt, mit einer Höhe H₁ von der Mitte aus zu gegenüberliegenden Enden hin über im wesentlich gleiche Längen und daß die Gesamtlänge des unteren mittleren Bereichs an der kurzen Seite im wesentlichen ein Drittel der Länge T ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, gO daß die horizontalen Endabschnitte der wärmeisolierenden Platte an jeder kurzen Seite der Form an den Unterkanten abwärts geneigt sind in der Form von der Ecke zu gegenüberliegenden Enden des mittleren Abschnitts der Innenwand hin derart, daß ein vertikaler Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und der Unterkante der horizontalen Endabschnitte der Platte siel·! von H auf H verändert .

rad OHlGlNA¹- COPY

¹J. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein horizontaler Abstand zwischen jedem der gegenüberliegenden Enden des unteren mittleren Bereichs der Innenwand an der kurzen Seite und jeder Ecke der Form im wesentlichen gleich ist der Hälfte der Länge T.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte T, L und V der Gleichungen (Formeln) in den Dereichen liegen von 300 mm bis 700 mm, von 500 mm bis 1600 mm bzw. von 30 mm/min, bis 100 mm/min.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge T der kurzen Seite nicht kürzer ist als annähernd 500 mm.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Platte oder Schicht eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 10 mm aufweist.

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9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das geschmolzene Metall Aluminium oder eine Legierung auf Aliminium-Basis ist.

10. Vorrichtung zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießen eines Blockes mit rechteckigem Querschnitt, gekennzeichnet durch

eine vertikal am Ende offene Fallend-Gießform (Direkt-3Q Kokillenform) mit vier Innenwänden, die einen Formenhohlraum mit rechteckigem Querschnitt bestimmen und mit einem Durchgang für ein Kühlmittel, der teilweise durch

die vier Innenwände bestimmt ist und ι

! 35 durch wärmeisolierende Platten oder Schichten, die jeweils die oberem Abschnitte der vier Innenwände bedecken,

BAD OR

'um das in den Formenhohlraum gegossene geschmolzene Metall vor direktem Kontakt mit den oberen" Abschnitten der Innenwände zu hindern, wobei die Kühlung des gegossenen geschmolzenen Metalls durch einen Kühlmittelstrom geregelt ^ wird, welcher durch den Durchgang über die Innenwände zir- f. kuliert und wobei jede der wärmeisolierenden Platten oder | Schichten so dimensioniert ist, daß nachstehende Gleichungen (Formeln) der Reihe nach erfüllt sind für einen mittleren Plattenbereich, der sich über horizontale Endabschnitte hinaus nach unten in der Form erstreckt:

•0.2 S V-H₁ < 0.7

V + 0.2 ^ „ ^ 4V+0.7 V 2 V

L - 1.2T S L₁ ί L - 0.6T

mit V = Gießgeschwindigkeit [cm/sek.j , H= Abstand zwischen einem unteren Ende dor Innenwand und einem unteren Ende der wärmeisolierenden Platte, vertikal gemessen in der Form an dem mittleren Bereich der Platte an jeder Seite der Form £cml,

E-= Abstand zwischen dem unteren Ende dc:r Innenwand und dem unseren Ende der Platte, vertikal gemessen in der Form an jeder Formecke Lcml, L = Länge jeder langen Seite der Form Ccm I, T = Länge jeder kurzen Seite der Form \cm\, L₁ = Länge eines unteren mittleren Bereichs der Tnnenwand an jeder langen Seite der Form, der nicht

,.._.,-„,.._... ....—s^.—.mit der Platte bedeckt ist, der sich in Horizontalrichtung mit einer Höhe H₁ von seiner Mitte aus zu seinen Enden hin über im wesentlichen gleiche Längen erstreckt [cml. 35

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