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Verfahren und Kokille zur Verlegung der Schwächezone aus der Mitte
eines Blockes nach einer Seite hin Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiges Blockformat
und eine Kokillenform dazu, welche in der Stahl- und Metallindustrie ein verbessertes
Gießverfahren bedeutet, weil mit der neuartigen Formgebung mehrere technologische
und wirtschaftlich wichtige Vorteile erzielt werden. Der Grundgedanke ist die Schaffung
eines in seiner Querschnittsform unsymmetrischen Rohblocks (Ingot), gegenüber den
bisher allgemein üblichen symmetrischen Formen.
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Die Blockform und Gießtechnik gemäß der Erfindung kommt nun hauptsächlich
dem bisherigen runden, also symmetrischen Blocke zugute, obwohl auch der kantige
(quadratische, rechteckige, vielkantige) Ingot dadurch für spezielle Fälle verbessert
«-erden kann. Die Vor- und Nachteile der symmetrischen Blöcke sind bekannt; ebenso
ist bereits vorgeschlagen worden, durch besondere Formgebung der Kokillen, das Erstarren
des Metalls zwangsweise in einer bestimmten Richtung erfolgen zu lassen, wie dies
z. B. aus den deutschen Patentschriften 218402 und 311 262 hervorgeht. Diese Vorschläge
gehen jedoch auf die Verbesserung durch Einwirkungen auf Erstarrungsvorgänge in
Richtung der Längsdimensionen der Ingots und nicht, wie gemäß der Erfindung, im
Sinne von Einwirkungen auf die Erstarrungserscheinungen im Querschnitt. Es zeigen
daher alle in der Literatur darauf hinweisenden Zeichnungen nur Block- oder Kokillenformen,
die im Querschnitt symmetrisch sind. Auch das Hervorrufen von Wirbelungen im flüssigen
Metall, wie ebenfalls schon vorgeschlagen, durch spiralige oder andere geformte
Längsprofile der Kokillen können den Zweck nicht erfüllen.
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Die Kristallisation oder Transkristallisation eines Blockes geht bekanntlich
beim Erstarren der kantigen symmetrischen Blöcke im Sinne der Diagonalen vor sich,
hingegen beim runden, symmetrischen Block, zufolge seiner gleichmäßigen Umfangverteilung,
im radialen Sinne, dem Mittelpunkt zu. Da aber beim Rundblock keine Ecken vorhanden
sind, welche richtunggebend auf die Gefügebildung einwirken, so geht beim runden
Block die Änderung des Aggregatzustandes gewissermaßen planlos vor sich, das Blockinnere
zeigt wolkenartig verteilte Verdichtungen oder Blasenräume oder Saigerungen usw.
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Trotzdem hat der runde Block vor dem kantigen den Vorteil der geringsten
Oberfläche bei größtem Gewicht voraus. Aber gerade dadurch wird irgendein Fehler
am runden Block sich um so schädlicher auswirken als im kantigen Block, und ist
auch einwandfrei erwiesen, daß runde Blöcke sowohl
im Innern als
auch außen leichter reißen. Dasselbe gilt auch für die Weiterverarbeitung auf Fertigware.
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Dagegen hat der kantige Block wieder den großen Vorteil der einfachsten
Lagerfähigkeit. Das Aufstapeln runder Blöcke ist kostspieliger «regen des Abrollens
derselben. Dazu kommt die Schwierigkeit des Beibehaltens der erteilten oder, gewünschten
Richtung oder Bewegung des Rundblockes auf Rollgängen im Walzwerk usw. oder das
schwierige Auflegen und erste Festhalten desselben auf dem Amboß von Hammer oder
Pressen usw. Die Kompliziertheit dieser Vorrichtungen entfällt beim 'eckigen Block.
Aber auch während des Heißbearbeitungsvorganges selbst bildet der Rundblock oder
Spiralblock oft windschiefe Formen, oder würgt sich schraubenartig durch ein Walzenkaliber,
wohingegen der kantige Block steht.
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Um nun den runden Block von seinen Nachteilen möglichst zu befreien
und den Kantblock in Spezialfällen noch zu verbessern, wird gemäß der Erfindung
die symmetrische Blockform verlassen und ein unsymmetrischer Block geschaffen, und
zwar so, daß ungefähr der größere Teil des runden oder kantigen Umfanges erhalten
bleibt und der restliche Teil bekantet, also unrund gemacht wird. Daraus ergibt
sich z. B. für den Fall des Vorabdrehens der Blöcke behufs Reinigung von ihren Oberflächenfehlern,
daß die Blockfläche bei im wesentlichen runden Blöcken bis zu etwa drei Viertel
rund abgedreht wird, während der Rest der Oberfläche auf Vierkantblockdrehbänken
bearbeitet wird. Bei dem neuen unsymmetrischen Quadratblock bildet natürlich ein
Rundteil die Unsymmetrie.
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Was die Gefügebildung im Block betrifft, so wird durch die Unsymmetrie
eine gewollte Verschiebung des Schwächezentrums der Transkristallisation oder der
sich daraus ergebenden Gefahrenzonen aus dem Blockmittel gegen den Rand. erreicht,
d. h. die Schwächezonen im Ouerschnittsinne werden nach ungefährlichen Zonen dirigiert.
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Im bekannten Rundblock sind die Schwächezonen, Kristallisationen,
Fehlerstellen USW.
wolkenartig verteilt. Diese Grundform kann auch etwas elliptisch
geformt sein, ohne daß dadurch eine Verbesserung erzielt würde. Im Quadratblock
ergibt sich bekannterweise ebenfalls ein Schwächezentrum, und die Transkristallisationen
folgen den Diagonalen. Im rechteckigen Block erfolgen diese Kristallisationen ähnlich
wie im Quadratblock, nur ergibt sich ein langgestrecktes Schwächefeld im Sinne der
Längsseite des Rechteckes.
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Der Erfindungsgedanke ist in den beiliegenden Abbildungen erläutert.
Abb. r ist der OOuerschnitt durch einen unsymmetrischen Rundblock R, welcher nach
ebenen Abflachungen im Sinne der Linien d-d und di dl unsymmetrisch ist.
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Abb.2 ist der Querschnitt durch einen ebenfalls unsymmetrisch gemachten
Rundblock R2, der einspringende Winkelflächen im Sinne der Linien e, e1 aufweist.
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Abb. 3 zeigt den Querschnitt durch einen Rundblock Ra, der vermöge
nach außen springender Winkelflächen unsymmetrisch gemacht wurde im Sinne der Linien
F-F, F1, F2, Fa.
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Abb. 4 stellt wieder einen Rundblock R4 dar, der durch konvexe Fläche
nach Bogen g1 g1 oder g2 unsymmetrisch ist, oder noch durch Abplattung nach Linie
g-g.
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Abb, 5 ist der ähnliche Querschnitt eines unsymmetrisch gemachten
Rundblockes R5 nach den Kurven hl und 1a2.
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In den Abb. i, 2, 3, 4 und 5 wird das sonst auf den gleichartig bezeichneten
Mittellinien r, 2, 3, 4, 5 gelegene Schwächezentrum des Rohblocks aus der Mittelzone
herausgedrückt, und zwar im Sinne der Pfeile 14, 15, 16, 17, 18, rg gegen die rund
gebliebene Seite des Blockes zu, also gegen d, e, f, g
und h. Zu allen Blockquerschnitten
ist die notwendige Kokillenform angezeigt durch die teilweise schraffierten Flächen
24, 25, 26, 27, 28 und 29. Die Blöcke sind gekennzeichnet durch die Buchstaben Q
für einen Quadratblock, P für einen Parallelipedformblock und R, R1, R2, Ra, R4,
R5 für die Rundformblöcke.
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iNeben dem eingangs erwähnten Vorteile von Blockform Q und P in bezug
auf die einfachere manuelle Bedienung bei der Weiterverarbeitung vermöge der vorhandenen
Abflachungen kommen diese Vorteile nunmehr auch den Blockformen R1, R2, Ra, R4,
RS zu. Damit ist aber auch noch manchmal ein technologisch metallurgischer Vorteil
vereinigt, nämlich eine günstig sich auswirkende Verschiebung der Schwächezentren
oder Schwächezonen im Fertigprodukt. Zu dem Zwecke der Klarlegung dieser Behauptung
sind in den Blöcken Q, R4 und R5 beispielsweise Fertigkaliber eingezeichnet, welche
sonst die Schwächestelle ungefähr in, der Mitte hatten. In vielen Fällen aber, wie
z. B. für Schienen S, Quadratmeißelstahl M, Feilen F, wird durch die neue Unsymmetrie
die innere Schwächestelle von der zukünftigen äußeren Verbrauchs- oder Schnittstelle
des Stahles weggerückt, wie im Feilenstahl F gegen die Linie g-g oder beim Werkzeugstahl
!hl gegen Linie h-h oder im Schienenprofil S von den Diagonalen q nahezu unabhängig
gemacht. Letzteres dann, wenn der künftige Schienenblock nicht quadratisch und und
nicht rund, sondern entsprechend Radius
r und Kreis 33 am Kopfende
rund und am Fußende eckig oder gemäß Bogen i i unsymmetrisch geformt wird.
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Bei den Schienen S kann der Vorteil raschen Einsetzens der Kristallisation
nach Blockform O nunmehr kombiniert werden mit der dadurch ermöglichten gleichmäßigen
Verteilung des Randgefüges nach der Halbkreisform 33 in Abb. 6. Dadurch weist dann
auch die fertige Schiene gerade an dem am meist beanspruchten Teile, nämlich dem
Kopfe, keine Einflüsse im Sinne der Diagonalen q auf, wo sonst oftmals die Schwächestelle
lag. Bei Brammenblöcken wird man sinngemäß verfahren können.
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Man hat es daher durch die angepaßte Formgebung im unsymmetrischen
Sinne bis zu einem praktisch möglichen Begriffe in der Hand, die dichtesten Blockstellen
dorthin zu dirigieren, wo dann bei der Benutzung des Fertigfabrikates die am meisten
beanspruchte Stelle sein wird. Verschiebungen der Schwächezonen könnten vielleicht
auch noch durch die Mitanwendung der bekannten einseitigen Außenkühlung bewirkt
werden, was aber nicht in den Rahmen dieser Erfindung gehört. Die Praxis wird natürlich
nicht völlig damit übereinstimmen, denn die heute noch unbekannten und unerfaßbaren
Einflüsse von Abschreckungen, Zugluft, Gießtemperatur, Gießgeschwindigkeit, Stahldicke,
Kokillenwandstärke wenden das voraus konstruierte im erkalteten Stahlblock oftmals
in einem verschobenen Zustande erscheinen lassen. Immerhin ist mit obiger Beschreibung
die Richtigkeit der Vorteile des unsymmetrischen Blockes erklärt. Dazu kommt noch,
daß, je größer die Ingotdimensionen heutzutage werden, der Einfluß einer prozentual
geringfügigen Oberflächen-Unsymmetrie sich desto weniger bemerkbar macht, weil die
lang anhaltende Hochtemperatur des Blockinnern eine Art Vergütungsprozeß von selbst
ergibt, also ein Verschwindungseinfluß auf die Schwächezonen in den ganz großen
Blöcken erreicht würde. Es läßt sich somit der Begriff eines kleinen, mittleren
und großen Blockes nicht scharf abgrenzen, was diese Unsymmetrie betrifft, immerhin
dürfte ungefähr den besten Bereich des geschilderten Verfahrens Blöcke betreffen,
die zwischen 130 und 530 mm Seitenkante oder Durchmesser haben, was
Edelstahlblöcke anbetrifft, bei Schienenblöcken und Brammen noch größere.
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Will man aus walztechnischen Gründen vom Spitzenbogenkaliber ausgehen,
so werden die Blockquerschnitte Abb. 3 und Abb. 5 richtig sein. Für ganz große Schmiedeblöcke
kann das Prinzip der Unsymmetrie insofern Verwendung finden, als das Verhältnis
vom größeren Rundoberflächente@il zum unsymmetrischen kleineren Teil (siehe Abb.
i, 2, 3, und 5) etwa von 5o °['0 bis So % betragen kann.
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Was die verwendeten Kokillen betrifft, so ergibt sich deren Konstruktion
logisch aus der unsymmetrischen Blockform. Es ist aber darauf zu achten, daß Ecken,
wie z. B. bei 1a1, dl, e1 usw., dicker sein sollen als die anschließenden Rund-
oder Flachteile, und daß selbstverständlich die Verjüngung der Blöcke gewahrt bleibt,
um die Kokille abziehen zu können. Diese Verjüngung ist aber gering.
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Man wird auch vorhandene symmetrische oder runde Kokillen durch Einlegestücke
E, E (Abb. i, 2), welche der neugewünschten Unsymmetrie entsprechen, für den neuen
Zweck verwendbar machen können.