DE3880198T2

DE3880198T2 - Verfahren zur Herstellung hohler Knüppel und Einrichtung dafür.

Info

Publication number: DE3880198T2
Application number: DE88106831T
Authority: DE
Inventors: Masami Abe; Yuhzoh Harada; Yoh Ishii; Kazumi Kato; Atsumi Takasugi
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2008-04-29
Also published as: CA1309837C; EP0293601A3; EP0293601A2; DE3880198D1; JPH0569624B2; EP0293601B1; US4875519A; JPS63273553A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zuverlässigen Herstellung hohler Knüppel aus Nichteisenmetallen - insbesondere geschmolzenen Aluminiumlegierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen - durch Verwendung eines vertikalen halbkontinuierlichen Blockhauben-Gießverfahrens (nachfolgend einfach als Blockhauben-Gießverfahren bezeichnet), und eine Vorrichtung zu deren Herstellung.
Das Blockhauben-Gießverfahren und das direkte Kokillen-Gießverfahren sind beide bekannte übliche Verfahren, die verwendet werden, um Knüppel durch Gießen zu formen, z.B. Aluminium und Legierungen davon.
Ein typisches Blockhauben-Gießverfahren ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 54-42 847 beschrieben. Gemäß dem darin beschriebenen Verfahren wird eine große Menge an Metallschmelze neben einer oberen feuerfesten Struktur gespeichert und wird durch eine untere wassergekühlte Gußform zum Erstarren gebracht. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung von Knüppeln hoher Qualität, die frei von inneren Fehlstellen sind. In diesem Fall sind die hergestellten Knüppel massive Knüppel, die anschließend extrudiert werden.
Wenn Rohre durch Ziehdorn-Strangpressen hergestellt werden sollen, sollte der Strangpreßknüppel vorzugsweise hohl sein, um eine höhere Nachgiebigkeit zu erhalten und zur Erleichterung der Herstellung. Folglich gibt es nun ein beträchtliches Verlangen nach der Entwicklung eines Verfahrens, mit dem Knüppel in hohler Form hergestellt werden können.
Es wurden Versuche unternommen, hohle Knüppel durch Verwendung des Blockhauben-Gießverfahrens herzustellen. Das Blockhauben-Gießverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine große Menge an Metallschmelze neben einer oberen feuerfesten Struktur gespeichert wird.
Aus diesem Grund tritt eine Kontraktion nach der Erstarrung der Metallschmelze in dem hohlen Abschnitt des Knüppels während des Erstarrungsprozesses auf. Eine Kraft, um einen Kern in einen Knüppel zu ziehen, wird immer während des Gießens erzeugt. Als eine Folge wird, falls der Kern während des Gießens in den Knüppel gezogen wurde, eine große Menge an Metallschmelze auf Kühlwasser vergossen, was oft eine Dampfexplosion verursacht. Das Blockhauben-Gießverfahren wird in der Praxis nicht zur Herstellung hohler Knüppel benutzt.
Es wurden ebenfalls Versuche unternommen, hohle Knüppel durch Verwendung des direkten Kokillen-Gießverfahrens herzustellen. Gemäß diesem Verfahren tritt eine Turbulenz in einer Aluminiumschmelze durch einen schwimmenden Verteiler und eine Gießschnauze eines beweglichen Teils zum Einstellen eines Flüssigkeitsspiegels der Schmelze auf. Als eine Folge tritt ein Oxid, das durch die obengenannte Turbulenz erzeugt wird, unvermeidlich in die hohlen Knüppel ein, wodurch die Qualität der erzeugten Knüppel herabgesetzt wird.
Als ein Ergebnis umfassender Studien, die von den gegenwärtigen Erfindern mit Bezug auf die Probleme, die bei Verwendung der obengenannten Herstellungsverfahren auftreten, durchgeführt wurden, wurde ein "Verfahren zur Herstellung hohler Knüppel und eine Einrichtung dafür" entwickelt und anschließend als japanische Patentanmeldung Nr. 62-10 77 49 dargelegt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur sicheren und zuverlässigen Herstellung hohler Knüppel hoher Qualität, die frei von internen Fehlstellen sind, und eine Vorrichtung zu deren Herstellung zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Knüppel hoher Qualität, die frei von internen Fehlstellen sind, hergestellt werden können, sogar wenn der Herstellungsprozeß die Verwendung eines Graphitkerns beinhaltet.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur zuverlässigen Herstellung hohler Knüppel hoher Qualität, die frei von internen Fehlstellen sind und eine weiche Innenoberfläche haben, zu schaffen, bei dem ein starker Schmelzefluß nicht direkt gegen einen Kern prallt, um die Erstarrung der Metallschmelze in der Nähe des Kerns zu stabilisieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung hohler Knüppel geschaffen, das die folgenden Schritte umfaßt:
- Anordnung eines Kerns an einem zentralen Teil eines Metallschmelze-Vorratsabschnitts, der von einem oberen feuerfesten wärmeisolierenden Abschnitt einer vertikalen halbkontinuierlichen Gußform umgeben ist, die den wärmeisolierenden Abschnitt, einen tieferen Kühlabschnitt und eine Schmiermittelversorgungsöffnung, die zwischen dem wärmeisolierenden Abschnitt und dem Kühlabschnitt gebildet ist, umfaßt;
- horizontales Zuführen aus einer Richtung einer Metallschmelze zum Metallschmelze-Vorratsabschnitt;
- und Gießen der Metallschmelze, wobei eine Kühlung durch den Kühlabschnitt erfolgt und ein innerer Durchmesser eines erstarrten fernen Abschnitts der Metallschmelze durch einen fernen Abschnitt des Kerns gesteuert wird.
Genauer gesagt wird der innere Durchmesser des erstarrten fernen Abschnitts der Metallschmelze so gesteuert, daß der ferne Abschnitt des Kerns in den Metallschmelze-Vorratsabschnitt eingetaucht wird, so daß der ferne Abschnitt des Kerns über den fernen Abschnitt der Metallschmelze, der allmählich durch die Kühlung des außenseitigen Kühlabschnitts erstarrt, hinausragt.
Die vorliegende Erfindung schließt zusätzlich ein Verfahren zum Gießen von Metallschmelze ein, bei dem ein Kern, dessen unterer Abschnitt oder dessen gesamter Körper aus Graphit besteht, verwendet wird, um den inneren Durchmesser des erstarrten fernen Abschnitts zu steuern, wobei ein Schutzgas in einen hohlen Abschnitt eines erstarrten fernen Abschnitts der Metallschmelze von einem Durchgangsloch aus eingefüllt wird, das in den Kern geformt ist.
Die vorliegende Erfindung schließt ferner ein Verfahren zum Gießen von Metallschmelze ein, bei dem die Metallschmelze horizontal aus einer einzigen Richtung zugeführt wird, um den inneren Durchmesser des erstarrten fernen Abschnitts der Metallschmelze durch einen Kern zu steuern, und ein Metallschmelze-Regelungselement, das an einer Einlaßöffnung für den Metallschmelzenfluß zwischen dem Kern und dem Metallschmelze-Vorratsabschnitt angeordnet ist, eine Richtung des Metallschmelzenflusses steuert.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung eines hohlen Knüppels zur Verfügung, die folgendes umfaßt:
- eine vertikale, halbkontinuierliche Gußform einschließlich eines oberen feuerfesten wärmeisolierenden Abschnitts, eines unteren Kühlabschnitts, einer zwischen dem Kühlabschnitt und dem wärmeisolierenden Abschnitt gebildeten Schmiermittelversorgungsöffnung, und eines Metallschmelze-Vorratsabschnitts, der von einem wärmeisolierenden Abschnitt umgeben ist;
- und einen Kern, der an einem zentralen Abschnitt des Metallschmelze-Vorratsabschnitts angeordnet ist.
Der Kern ist vorzugsweise so im Metallschmelze-Vorratsabschnitt angebracht, daß der ferne Abschnitt des Kerns über den erstarrenden Abschnitt, der durch die Außenseite der Metallschmelze gekühlt wird, hinausragt.
Der obere Abschnitt des Kerns sollte vorzugsweise aus einem feuerfesten Material wie Marinit (Markenname), das von der Johns-Manville Products Corp. verfügbar ist, hergestellt sein und sein unterer Abschnitt aus Graphit, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder Bornitrid.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung hohler Knüppel zeigt, die in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bezogen auf Fig. 1 zeigt Bezugszeichen 1 eine Metallschmelze wie z.B. eine geschmolzene Aluminiumlegierung. Die Metallschmelze 1 wird einer Gießrinne 2 durch einen Schmelzofen und eine Filterlinie für Metallschmelze zugeführt. Die Gießrinne 2 ist direkt mit einem Metallschmelze-Vorratsabschnitt 4 des oberen feuerfesten Abschnitts 3 verbunden. Die Metallschmelze 1 wird horizontal von der Einlaßöffnung 5 des Metallschmelze-Vorratsabschnitts durch ein bewegliches Element zum Einstellen eines Metallschmelze-Flüssigkeitsspiegels (z.B. ein schwimmender Verteiler oder eine Gießschnauze) zugeführt. Die Metallschmelze 1, die dem feuerfesten Abschnitt 3 zugeführt wird, wird allmählich abwärts bewegt, während die Erstarrung voranschreitet. Wenn die Metallschmelze 1 in Kontakt mit dem wassergekühlten Metallabschnitt 6 im unteren Teil des wärmeisolierenden Abschnitts gebracht wird, wird eine erstarrte Schale 7 vom äußersten Abschnitt gebildet. Die Dicke der erstarrten Schale 7 nimmt zu, und die dicke Schale wird zum unteren Ende des wassergekühlten Metallabschnitts geführt. Die Schale wird in direkten Kontakt mit Kühlwasser 8 gebracht und die Erstarrung der Schale schreitet voran. Der Anfangspunkt der Erstarrung ist immer unterhalb des feuerfesten Metallschmelze-Vorratsabschnitts. Aus diesem Grund wird eine Schmiermittelversorgungsöffnung 9 zwischen dem oberen feuerfesten Abschnitt 3 und dem wassergekühlten Metallabschnitt 6 gebildet, um eine Schmiermittelgrenze zu bilden. Ein Kern 10 zur Formung eines hohlen Abschnitts ist am oberen feuerfesten Abschnitt 3 befestigt und am zentralen Abschnitt der Gußform mittels einer Haltestange 12 angeordnet. In diesem Fall ist der ferne Abschnitt des Kerns 10 ausreichend länger als der ferne Abschnitt der Metallschmelze, der durch direkte Wasserkühlung erstarrt ist. Die erstarrte Schale wird an ihrem zentralen Abschnitt durch den fernen Abschnitt des Kerns festgelegt, so daß ein hohler Abschnitt 13 in der erstarrten Schale gebildet wird.
Der Kern verjüngt sich zu seinem fernen Ende hin. Beispiele für das Kernmaterial sind ein feuerfestes Material wie Marinit (Markenname), das von der Johns-Manville Products Corp. verfügbar ist, Lumiboard-L (Markenname), das von der Nitius Corp. verfügbar ist, Recepal (Markenname), das von der Asahi Sekimen K.K. verfügbar ist, Graphit und Siliziumnitrid.
Die Struktur des Kerns kann ein integraler Körper eines feuerfesten oder Graphit-Materials sein, wie in Fig. 1 gezeigt. Alternativ kann, wie in Fig. 2 gezeigt, eine zweischichtige Struktur verwendet werden, die aus einem oberen feuerfesten Kernabschnitt 10a und einem unteren Graphit-(Siliziumnitrid- oder Siliziumkarbid-)Kernabschitt 10b besteht.
Um einen hohlen Knüppel gemäß dem Blockhauben-Gießverfahren ohne Verwendung eines Metallschmelzenspiegel-Einstellmechanismus herzustellen, ist die zweischichtige Struktur, die durch Kombination des oberen feuerfesten Abschnitts und des unteren Graphitabschnitts erhalten wird, besser als die in Fig. 1 gezeigte. Die zweischichtige Struktur ist im wesentlichen frei von Einflüssen von Veränderungen im Metallschmelzenspiegel, und die Oberfläche des Gußprodukts ist aufgrund eines Schmiereffekts des unteren Graphitabschnitts weich.
Der Graphitkernabschnitt muß nicht ein massives Graphitelement sein, sondern kann ein hohles Graphitelement oder ein mit einer Graphitschicht bedecktes Element sein, um die Kosten und eine Wärmekapazität zu veringern, wodurch Knüppel hergestellt werden, die einen einheitlichen Innendurchmesser haben.
Eine getrennte Wasserkühlvorrichtung kann unter dem Kern angeordnet werden, um die innere Oberfläche des Knüppels zu kühlen, nachdem die innere Oberfläche des hohlen Knüppels durch den obengenannten Kern gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der ferne Abschnitt des Kerns, in den keine Kühlmittel eingearbeitet sind, über das gespeiste Ende (erstarrter ferner Abschnitt) der Metallschmelze hinausragt, um durch das ferne Graphitende des Kerns den erstarrten fernen Abschnitt festzulegen und dabei einen hohlen Abschnitt in dem erstarrten fernen Abschnitt zu bilden. Da der Kern nicht mit Wasser gekühlt wird, kann die innere Oberfläche eines hohlen Knüppels weich sein. Sogar wenn die Metallschmelze in den hohlen Abschnitt eindringt, tritt keine Dampfexplosion auf und ein sicheres Gießen kann sichergestellt werden. Sogar wenn Fehlstellen wie Erstarrungs/Kontraktions-Hohlräume und Gasblasen in einem erstarrten Endabschnitt als einem inneren hohlen Abschnitt gebildet werden, werden sie nur innerhalb des Knüppels gebildet und der Wert des Knüppels als Produkt wird nicht beeinträchtigt. Zusätzlich können, da eine große Menge an Metallschmelze im oberen feuerfesten Abschnitt gespeichert werden kann, viele Vorteile erzielt werden, so daß Veränderungen im Metallschmelzenspiegel im Tiegel gering sind.
Der ferne Abschnitt des Kerns ragt über den erstarrten fernen Abschnitt der Metallschmelze um 30 mm oder mehr hinaus. Falls der ferne Abschnitt des Kerns um eine geringere Abmessung als diesen Wert hinausragt, kann ein Leck für die Metallschmelze entstehen. Jedoch führt ein übertrieben langer Abschnitt des Kerns zu einem wirtschaftlichen Nachteil. Die Gießbedingungen wie die Absenkrate des Knüppels, die Menge an Kühlwasser und die Temperatur der Metallschmelze müssen eingestellt werden, da sie die Qualität der Knüppel beeinflussen. Die Gießbedingungen variieren leicht in Abhängigkeit der Arten der Metallschmelze. Im allgemeinen liegt die Absenkrate des Knüppels innerhalb des Bereichs von 50 mm/min bis 120 mm/min, liegt die Menge an Kühlwasser innerhalb des Bereichs von 150 l/min bis 350 l/min, und liegt die Temperatur der Metallschmelze innerhalb des Bereichs von 680ºC bis 730ºC.
Um die vorliegende Erfindung auszuführen, wird eine Vielzahl von Gießvorrichtungen (vier Vorrichtungen Nr. 1 bis Nr. 4 in Fig. 3) verbunden, um Metallschmelze 1 von der Anschlußbox 15 durch die Gießrinne 16 in eine Richtung des oberen feuerfesten Metallschmelze-Vorratsabschnitts zuzuführen und dabei gleichzeitig eine große Zahl von Knüppeln zu gießen.
Wenn der Kern ganz aus Graphit hergestellt ist (Fig. 4) oder der Kern aus einem oberen feuerfesten Abschnitt und einem unteren Graphitabschnitt (Fig. 5) besteht, wird ein Schutzgas zum unteren Graphitabschnitt und in die Nähe des hohlen Abschnitts zugeführt, die beide eine Tendenz haben, thermisch abgenutzt zu werden, und dadurch wird eine Oxidation des Graphits verhindert und daher werden hohle Knüppel 14 gegossen.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das Gaszuführrohr 17 am Zentrum des Graphitkerns 10 angeordnet und Schutzgas 18 wie Ar, N&sub2; oder Kohlendioxidgas wird zugeführt und in den unteren Graphitkernabschnitt und neben den hohlen Abschnitt gefüllt, wodurch dessen Oxidation und Abnutzung verhindert werden. Wie in Fig. 5 gezeigt, erstreckt sich das Gaszuführrohr 17 durch den feuerfesten Abschnitt 10a und den unteren Graphitkernabschnitt 10b und eine Scheibe 19 ist darunter angeordnet. Das Gas, das von oben zugeführt wird, trifft auf die Scheibe 19 und wird radial ausgeströmt, wodurch ferner die Oxidation des unteren Abschnitts des Graphitkerns verhindert wird.
Ein Gaszuführrohr kann geteilte ferne Abschnitte haben, um einen wirksamen radialen Fluß des Gases zu ermöglichen. Alternativ kann ein Gaszuführloch (nicht gezeigt) gebildet werden, um eine Verbindung des unteren Abschnitts des Gaszuführrohrs mit dem äußeren Umfangsabschnitt des Graphitkerns, der sich vom erstarrten fernen Abschnitt der Metallschmelze erstreckt, zu ermöglichen, um Gas zuzuführen. Andere Gaszufuhrverfahren können ebenso vorgeschlagen werden. Es ist wesentlich, das Schutzgas in den unteren Graphitkernabschnitt und neben den hohlen Abschnitt zuzuführen, um eine Oxidation des Graphitkernabschnitts zu verhindern. Eine Flußrate des Schutzgases variiert in Abhängigkeit der Größe des Knüppels und der Art des Gases. Falls der Außendurchmesser des Knüppels 300 bis 500 mm beträgt, wird Ar(Argon)-Gas zugeführt mit einer Rate von 0,3 bis 3 l/min.
Dadurch, daß die Metallschmelze gegossen wird, während seine Oxidation durch ein Schutzgas verhindert wird, kann eine thermische Abnutzung der Graphitkernoberfläche verhindert werden. Eine Korrosion und eine Verschlechterung des Graphits werden unterdrückt. Deshalb können hohle Knüppel mit weichen inneren Oberflächen gleichbleibend hergestellt werden.
Wie z.B in Fig. 6 gezeigt, kann ein dreieckiges Flußregelungselement 19 am Metallschmelzenfluß-Einlaß 5 angeordnet werden, um den Fluß der Metallschmelze zu steuern. Bevor die Metallschmelze, die durch die Gießrinne fließt, direkt auf den Kern 10 prallt, wird der Metallschmelzenfluß in rechte und linke Flüsse geteilt, wie in Fig. 7 gezeigt. In diesem Fall ist das Metallschmelzenfluß-Regelungselement 19 durch eine Hilfshaltestange 20, die auf dem Metallschmelzenfluß-Einlaß angeordnet ist, und eine Stellschraube befestigt. Ein Flußregelungselement besteht aus einem feuerfestem Werkstoff wie Marinit, Lumiboard-L und Recepal.
Ein weiteres Flußregelungselement ist ein hängendes L-förmiges Metallschmelzenfluß-Regelungselement 19, das im Metallschmelze-Vorratsabschnitt 4 im feuerfesten Abschnitt angeordnet ist, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt. In diesem Fall wird die Metallschmelze, bevor die Metallschmelze aus der Gießrinne auf den Kern prallt, geregelt, um entlang der Innenwandoberfläche des oberen feuerfesten Abschnitts 3 zu fließen. Dieses Metallschmelzenfluß-Regelungselement ist durch eine Hilfshaltestange 20 befestigt, die auf der Haltestange 12 zur Halterung des Kerns angebracht ist. Der plötzlich auftretende Metallschmelzenfluß trifft durch das Vorhandensein des Metallschmelzenfluß-Regelungselements nicht auf den Kern, sondern wird entlang der Innenwandoberfläche des oberen feuerfesten Abschnitts geleitet. Deshalb kann die Erstarrung der Metallschmelze neben dem Kern stabilisiert werden und ein Knüppel hoher Qualität, der frei von internen Fehlstellen ist und eine weiche Oberfläche des hohlen Abschnitts hat, gleichbleibend hergestellt werden.
Die Erfindung kann vollständiger aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verstanden werden:
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung hohler Knüppel zeigt, die für ein Verfahren zur Herstellung hohler Knüppel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die einen weiteren Kern in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt, wobei der Kern einen unteren Graphitabschnitt hat;
Fig. 3 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Zustands, in dem eine Vielzahl von Gießvorrichtungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, angeordnet sind;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung hohler Knüppel zeigt, die ein Durchgangsloch zur Zufuhr eines Schutzgases zu einem Kern einschließt;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die eine Vorrichtung zur Herstellung hohler Knüppel zeigt, wobei ein unterer Abschnitt eines Kerns aus Graphit hergestellt ist;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung hohler Knüppel, wobei ein dreieckiges Metallschmelze-Regelungselement am Metallschmelzenflußeinlaß angeordnet ist;
Fig. 7 ist eine Ansicht zur Erklärung des Hauptteils der Vorrichtung in Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht der Herstellung eines hohlen Knüppels, wobei ein hängendes L-förmiges Metallschmelzenfluß-Regelungselement an einer Metallschmelzenfluß-Einlaßöffnung angeordnet ist; und
Fig. 9 ist eine Ansicht, die den Hauptteil der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung zeigt.

Beispiel 1

Beispiel 1 veranschaulicht einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um einen hohlen Knüppel aus einer JIS 6061-Legierung herzustellen mit einem Außendurchmesser von 410 mm und einem Innendurchmessen von 120 mm.
Eine Vorrichtung wie in Fig. 1 wurde verwendet. Ein wärmeisolierender Abschnitt 3 aus Marinit zur Speicherung einer Metallschmelze wurde auf eine extern wassergekühlte Gußform aus einer Kupferlegierung aufgesetzt, die einen Schlitz zur Zufuhr von Schmiermittel aufwies. Die Gußform hatte einen Innendurchmesser von 420 mm und eine Länge von 75 mm. Der Schlitz wurde an einem um 1,0 mm tiefer als das obere Ende liegenden Abschnitt gebildet. Eine Metallschmelzenfluß-Gießrinne 5 wurde in diesem wärmeisolierenden Abschnitt gebildet, um die Metallschmelze horizontal aus einer Richtung zuzuführen. Der Kern 10 bestand aus einem integralen Graphitkörper und hatte eine Gesamtlänge von 400 mm und einen Kegelwinkel von 5,5º. Der Kern 10 wurde durch die Haltestange am oberen Abschnitt des wärmeisolierenden Abschnitts gehalten.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 70 mm/min;
- die Menge an Kühlwasser war 260 l/min; und
- die Temperatur der Metallschmelze war 685ºC.
Gemäß Beispiel 1 konnten hohle Knüppel sicher und relativ einfach gemäß dem Blockhaubengießen hergestellt werden, obwohl eine große Menge an Metallschmelze in dem oberen feuerfesten Abschnitt gespeichert wurde, da kein wassergekühlter Kern verwendet wurde.

Beispiel 2

Beispiel 2 veranschaulicht einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um einen Knüppel aus einer JIS 6063-Legierung herzustellen mit einem Außendurchmesser von 350 mm und einem Innendurchmesser von 120 mm.
Die Vorrichtungsstruktur war eine Kombination einer extern wassergekühlten Gußform aus Aluminiumlegierung mit einem Innendurchmesser von 360 mm und einer Länge von 75 mm und einem Graphitkern 11 mit einem oberen wärmeisolierenden Abschnitt 10 aus Marinit, wie in Fig. 2 gezeigt.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 80 mm/min;
- der Betrag an Kühlwasser war 230 l/min; und
- die Temperatur der Metallschmelze war 685ºC.
Gemäß Beispiel 2 wurden hohle Knüppel sicher und relativ einfach hergestellt, ohne durch Veränderungen des Metallschmelzenspiegels, die dem Blockhaubengießen wegen der horizontalen Zufuhr der Metallschmelze ohne die Verwendung eines beweglichen Abschnitts zur Regelung des Metallschmelzenspiegels eigen sind, beeinflußt zu werden. Wenn eine Röhre, die unter Verwendung der erhaltenen Knüppel extrudiert wurde, mit einem Spiegeloberflächenfinish behandelt wurde, wurden weder ein Oxid noch Fehlstellen innerhalb des Knüppels festgestellt. Es bestätigte sich, daß der Knüppel die gleiche Qualität hatte wie ein massiver Knüppel, der durch Blockhaubengießen hergestellt wurde.

Beispiel 3

Beispiel 3 veranschaulicht einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um einen hohlen Knüppel aus einer JIS 5052-Legierung herzustellen mit einem Außendurchmesser von 410 mm und einem Innendurchmesser von 220 mm.
Die Vorrichtungsstruktur war eine Kombination einer extern wassergekühlten Gußform aus Aluminiumlegierung mit einem Innendurchmesser von 420 mm und einer Länge von 75 mm und einem Siliziumnitrid-Kern 11 mit einem oberen wärmeisolierenden Abschnitt 10 aus Marinit, wie in Fig. 2 gezeigt.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 100 mm/min;
- der Betrag an Kühlwasser war 200 l/min; und
- die Temperatur der Metallschmelze war 680ºC.
Gemäß Beispiel 3 wurden hohle Knüppel sicher und relativ einfach gemäß dem Blockhaubengießen hergestellt. Der hohle Knüppel hatte eine sehr weiche hohle Oberfläche im statischen erstarrten Abschnitt.

Beispiel 4

Beispiel 4 veranschaulicht einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um einen hohlen Knüppel aus JIS 3003-Legierung herzustellen mit einem Außendurchmesser von 350 mm und einem Innendurchmesser von 80 mm.
Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung wurde verwendet. Ein wärmeisolierender Abschnitt 3 aus Marinit zur Speicherung von Metallschmelze wurde auf eine extern wassergekühlte Gußform aus Kupferlegierung aufgesetzt, die einen Schlitz zur Zufuhr von Schmiermittel hatte. Die Gußform hatte einen Innendurchmesser von 360 mm und eine Länge von 75 mm. Der Schlitz wurde an einem um 1,0 mm tiefer als das obere Ende liegenden Abschnitt gebildet. Eine Metallschmelzenfluß-Gießrinne 5 wurde in diesem wärmeisolierenden Abschnitt gebildet, um die Metallschmelze horizontal aus einer Richtung zuzuführen. Ein Kern 10 bestand aus einem integralen Graphitkörper und hatte eine Gesamtlänge von 400 mm und einen Kegelwinkel von 5,5º. Der Kern 10 wurde durch eine Haltestange am oberen Abschnitt des wärmeisolierenden Abschnitts gehalten.
Ein Gaszuführrohr 17 wurde am Zentrum des Graphitkerns angeordnet, um Ar-Gas zuzuführen, und das Gas wurde in den unteren Graphitabschnitt und nahe des hohlen Abschnitts 13 gefüllt, wodurch diese Abschnitte gekühlt wurden. Die Flußrate von Ar-Gas war 0,8 l/min.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 85 mm/min;
- die Menge an Kühlwasser war 220 l/min; und
- die Temperatur der Metallschmelze war 715ºC.
Die Gußlänge war mit 5,5 m gegeben, und das halbkontinuierliche Gießen wurde dreimal wiederholt (ein 3-drop-cycle). Die Innenoberfläche des erhaltenen Knüppels war sehr weich. Durch eine Sichtkontrolle nach Beendigung des Gusses wurde keine thermische Abnutzung an der Oberfläche der Graphitoberfläche gefunden.

Beispiel 5

Beispiel 5 veranschaulicht einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um einen Knüppel aus einer JIS 5052-Legierung herzustellen mit einem Außendurchmesser von 410 mm und einem Innendurchmesser von 120 mm. In diesem Fall wurde eine Vorrichtung wie die Vorrichtung (Fig. 4) in Beispiel 4 verwendet, außer daß ein unterer Abschnitt des Kerns aus Graphit hergestellt war, wie in Fig. 5 gezeigt.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 85 mm/min;
- die Menge an Kühlwasser war 220 l/min;
- die Temperatur des geschmolzenen Metalls war 685ºC; und
- die Gußlänge war 5,5 m.
Ar-Gas wurde aus einem Gaszuführrohr nahe des hohlen Abschnitts mit einer Rate von 1,2 l/min zugeführt und das halbkontinuierliche Gießen wurde fünfmal wiederholt (ein 5-drop-cycle). Die Innenoberfläche des Knüppels war sehr weich und es trat keine Schwierigkeit wie eine Leckage der Metallschmelze auf.

Beispiel 6

Beispiel 6 veranschaulicht einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, um einen hohlen Knüppel aus JIS 3003-Legierung herzustellen mit einem Außendurchmesser von 350 mm und einem Innendurchmesser von 80 mm. Eine Vorrichtung wie in Fig. 6 gezeigt wurde verwendet. Ein wärmeisolierender Abschnitt 3 aus Marinit zur Speicherung von Metallschmelze wurde auf eine extern gekühlte Gußform aus Kupferlegierung aufgesetzt, die einen Schlitz zur Zufuhr von Schmiermittel hatte. Die Gußform hatte einen Innendurchmesser von 360 mm und eine Länge von 75 mm. Der Schlitz wurde an einem um 1,0 mm tiefer als das obere Ende liegenden Abschnitt gebildet. Eine Metallschmelzenfluß-Gießrinne 5 wurde in diesem wärmeisolierenden Abschnitt gebildet, um die Metallschmelze horizontal aus einer Richtung zuzuführen. Ein Kern 10 bestand aus einem integralen Graphitkörper und hatte eine Gesamtlänge von 400 mm und einen Kegelwinkel von 5,5º. Ein Kern 10 wurde von einer Haltestange am oberen Abschnitt des wärmeisolierenden Abschnitts gehalten.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 85 mm/min;
- die Menge an Kühlwasser war 220 l/min; und
- die Temperatur der Metallschmelze war 715ºC.
Eine Flußregelungsplatte (Fig. 6) in Form eines regelmäßigen Dreiecks mit einer Seitenlänge von 100 mm und einer Höhe von 120 mm wurde am Zentrum des Metallschmelzenflußeinlasses mit einem Innenwandabstand von 150 mm angeordnet. Gemäß Beispiel 6 konnten hohle Knüppel sicher und relativ leicht gemäß dem Blockhaubengießen hergestellt werden, obwohl eine große Menge an Metallschmelze im oberen feuerfesten Abschnitt gespeichert wurde, da kein wassergekühlter Kern benutzt wurde. Gleichzeitig trat zu Beginn des Gießens keine Leckage der Metallschmelze auf. Die Innenoberfläche des erhaltenen Knüppels war sehr weich.

Beispiel 7

Der in Fig. 8 gezeigte Kern und eine extern wassergekühlte Form und ein wärmeisolierender Abschnitt wie in Beispiel 6 wurden in Beispiel 7 benutzt, um eine JIS 5052-Legierung in hohle Knüppel zu gießen, die jeweils einen Außendurchmesser von 410 mm und einen Innendurchmesser von 120 mm hatten.
Folgende Gießbedingungen waren gegeben:
- die Absenkrate war 85 in/min;
- der Betrag an Kühlwasser war 220 l/min; und
- die Temperatur der Metallschmelze war 685ºC.
Eine Flußregelungsplatte wie in Fig. 8 gezeigt wurde verwendet. Die Flußregelungsplatte hatte eine Breite von 120 mm, eine Höhe von 150 mm, eine Dicke des oberen Abschnitts von 12 mm und eine Länge des unteren Abschnitts von 150 mm. Es trat keine Leckage von Metallschmelze zu Beginn des Gießens auf und die innere Oberfläche des erhaltenen Knüppels war weich. Es trat keine Schwierigkeit auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines hohlen Knüppels (14), das folgende Schritte umfaßt

- Anordnen eines Kerns (10) an einem zentralen Abschnitt eines Metallschmelze-Vorratsabschnitts (4), der von einem oberen feuerfesten wärmeisolierenden Abschnitt (3) einer vertikalen halbkontinuierlichen Gießform umgeben ist, die den wärmeisolierenden Abschnitt, einen unteren außenseitigen Kühlabschnitt und eine zwischen dem wärmeisolierenden Abschnitt und dem Kühlabschnitt gebildete Schmiermittelversorgungsöffnung (9) umfaßt;

- horizontales Zuführen aus einer Richtung einer Metallschmelze (1) zum Metallschmelze-Vorratsabschnitt (4); und

- Gießen der Metallschmelze (1), wobei eine Kühlung durch den außenseitigen Kühlabschnitt geliefert wird und wobei ein innerer Durchmesser eines so erstarrten fernen Abschnitts der Metallschmelze (1) durch einen fernen Abschnitt des Kerns (10) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Durchmesser des erstarrten fernen Abschnitts der Metallschmelze (1) so gesteuert wird, daß der ferne Abschnitt des Kerns (10) in den Metallschmelze-Vorratsabschnitt (4) eingetaucht wird, so daß der ferne Abschnitt des Kerns (10) über den erstarrenden Abschnitt, der durch den außenseitigen Kühlabschnitt gekühlt wird, hinausragt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das zusätzlich folgenden Schritt umfaßt:

- Füllen eines hohlen Abschnitts des erstarrten fernen Abschnitts mit einem Schutzgas, das durch ein im Kern (10) gebildetes Durchgangsloch zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das zusätzlich folgenden Schritt umfaßt:

- Regeln einer Richtung des Flusses der Metallschmelze (1) durch ein Metallschmelzenfluß-Regelungselement, das an einer Metallschmelzenfluß-Einlaßöffnung angeordnet ist.

5. Vorrichtung zur Herstellung eines hohlen Knüppels (14), wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

- eine vertikale halbkontinuierliche Gießform einschließlich eines oberen feuerfesten wärmeisolierenden Abschnitt (3), eines unteren Kühlabschnitts, einer zwischen dem Kühlabschnitt und dem wärmeisolierenden Abschnitt gebildete Schmiermittelversorgungsöffnung (9) und eines Metallschmelze-Vorratsabschnitts (4), der von dem wärmeisolierenden Abschnitt umgeben ist; und

- einen Kern, der an einem zentralen Abschnitt des Metallschmelze-Vorratsabschnitts (4) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern im Metallschmelze-Vorratsabschnitt (4) so angeordnet ist, daß der ferne Abschnitt des Kerns (10) über den erstarrenden Abschnitt, der durch den außenseitigen Kühlabschnitt gekühlt wird, hinausragt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Kerns (10) aus einem feuerfesten Material hergestellt ist und der untere Abschnitt des Kerns aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe von Graphit, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und Bohrnitrid gewählt ist.