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Verfahren zur Prüfung des Laufvermögens von flüssigen Metallen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung des Laufvermögens von flüssig-en Metallren.
Eine Reihe von Einrichtungen und Geräten ist hierfür bereits bekannt, die, aber
alle mehroder weniger Nachteile zeigen. Zuerst wurde in der Literatur :die Bestimmung
der Lauffähigkeit an einfachen Keilen erwähnt; erst später ging man dazu über, auch
gleichbleibende Querschnitte zu benutzen. Hierbei wurden in einer Form häufig mehrere
verschieden große Strömungskanäle in senkrechter Stellung oder horizontaler Lage
angeordnet, meist jedoch nur ein einziger Str& mungskanal in Form einer liebenden
Spirale verwendet. Mehrere Strömungskanäle mit verschiedenen Querschnitten m einer
Gießform haben sich für genauere Bestimmungen weniger bewährt, weil hierbei sehr
leichtuneinheitliche Druckverhältnisse in der Form entstehen, die zu einer Vielzahl
urübersichtlicher Ergebnisse führen. Auch bei dem vorliegenden neuen Verfahren wird
deshalb nur leineinziger Strömungskanal von gleichbleibendem Querschnitt, und zwar
in horizontaler Anordnung, als Meßstrecke für das Laufvermögen in einer Gießform
verwendet. Aber auch bei den unter diese Gruppe fallenden bekannten Verfahren bestehen
bis heute noch eine Reihe von Nachteilen, von denen nur die genannt seien: i. Für
das Abgießen einer Probe ist in dem benutzten Gießgefäß ein Materialvorrat von mindestens
iooo ccm vorzusehen, da sonst bei dem großen Bedarf an flüssigem Material für eine
Gießform mit einheitlichen Verhältnissen nicht mehr gerechnet werden kann.
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2. Die Ausführung einer Probe ist derartig umständlich, daß sie ohne
Anternung zusätzlicher Hilfskräfte nicht mehr durchführbar ist.
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3. Die Anschnittechnik bei den bisher verwendeten Gießformen ist ungünstig,
weil durch diese dem Metall ein großer Teil seines Laufvermögens bereits entzogen
wird, bevor es in die eigentliche Meßstrecke kommt.
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Die meisten dieser Verfahren sind ohne grundsätzliche Änderungen für
höher schmelzende Metalle, wie z. B. Stahl, überhaupt nicht verwendbar, so daß Vergleiche
dieser Metalle mit anderen kaum gezogen werden können.
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5. Die Herstellung der Gießformen und ihre Bedienung ist meist deraa-tig
teuer, daß sie als laufende Untersuchungen für :einen Betrieb nicht tragbar sind.
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Diese Nachteile werden durch die Einführung des im folgenden näher
beschriebenen Verfahrens, .das sich durch Einfachheit; Billigkeit und Genauigkeit
seiner Ergebnisse, insbesondere bei der Überwachung von Stahlschmelzen, auszeichnet,
weitgehend behoben. Gerade der flüssige Stahl wird hierbei erwähnt, weil er lange
Zeit in Ermangelung eines geeigneten Verfahrens von systematischen Gießversuchen
ausgeschlossen war und gerade heute an diesem Metall mit Hilfe des
vorliegenden
.Verfahrens die große technische und wirtschaftliche Bedeutung der Einhaltung einer
gewissen Mindestlauffähigkeit und der Erreichung maximaler Laufweiten erkannt worden
ist.
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Von den früheren Verfahren zur Bestimmung des Laufvermögens von flüssigen
Metallen bestimmt in einem horizontal angeordneten Auslaufkanal von gleichbleibendem
Querschnitt, unterscheidet sich nun das neue Verfahren dadurch, daß Gießformen verwendet
werden, bei denen der Eingußtrichber derart in den Strömungskanal übergeht, daß
Querschnittserweiterungen hinter dein Einguß von mehr als 30% vermieden werden und
die im Einlauf unterhalb der Meßstrecke befi.ndliche Metallmenge das Volumen der
in der Meßstrecke normal auslaufenden nicht übersteigt, so daß größte Laufweiten
mit kleinsten Metallmengen. erzielt werden.
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Sowohl die hierbei genannten zu vermeidenden Querschnitts@erweiberunggen
hinter dem Eingußtrichter wie auch die Einschränkung der Metallmenge zwischen Eingußtrichter
und Meßstrecke auf ein Mindestmaß, wobei :die im Einlauf unterhalb der Meßstrecke
befindliche Metallmenge das Volumen der in der Meßstreck e normal auslaufenden keinesfalls
übersteigen soll, sind nur auf das eine Ziel gerichtet, aus einer kleinsten benötigten
Metallmenge die größte Laufweite für die Bestimmung herauszuholen. Die neue Erkenntnis
dieses Zieles als das Richtige ist das Ergebnis einer eingehenden wissenschaftlichen
Untersuchung, über die ausführlich in: den Carnegie Memoirs of the Iron and Steel
Institute, Bd: 25, Jahrgang 1936, berichtet worden ist. Nach diesen Untersuchungen
ist die Anbringung von Gießtümpeln vor dem Einlauftrichter und besonderen Metallsammelbecken
hinter ihm, um vor Erreichen der Meßstrecke eine Gießdr uckregelung zu erzielen,
ein Fehler, weil der beim Versuch dieser Regelung auftretende wechselnde Temperaturverlust
des flüssigen Metalls meist die Genauigkeit der Bestimmungen weit mehr beeinträchtigt
als ein Gießen, bei dem der Gießstrahl die Meßstrecke unmittelbar .erreicht.
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Diese feinen Unterschiede in der Konstruktion einer Gießeinrichtung
machen sich vor allem dann bemerkbar, wenn man, wie oben gesagt ist, auch noch bestrebt
ist, mit kleinsten Metallmengen bei deiner Bestimmung des Laufvermögens auszukommen.
Hierzu ist es erforderlich, den Querschnitt der Meßstrecke nicht größer als unbedingt
notwendig zu machen, und zwar vorzugsweise kleiner, als einem Kreis von 6 mm Durchmesser
entspricht. Die Bedeutung dieser Maßnahme erkennt man daran, daß es nun auf diesem
Wege gelingt, sogar bei Stahl aus einem Probelöffel, in dem sich nicht mehr als
etwa 1,5 kg befinden, die Lauffähigkeit unmittelbar am Ofen einwandfrei zu prüfen.
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Die Abb. t der Zeichnung zeigt als Beispiel eine Gießform, die dem
neuen Verfahren entspricht. Die Gießform ist hiernach eine horizontal geteilte Sandform
in eisernem Rahmen, in deren Oberteil sich der Gießtrichter r befindet und in deren
Unterteil ein herausziehbarer Stab 2 als Modell für den Strömungskanal mit :einem
daran anschließenden Verbindungsstück 3 üingeformt ist. Für Metalle mit niedrigem
Schmelzpunkt kann an Stelle dieser Sandform beispielsweise auch eine metallische
verwendet werden, die senkrecht oder horizontal geteilt wird und nur durch Klammern
beim "Abgießen zusammengehalten wird. Eine vertikale Teilung der metallischen Gießform
hat hierbei den Vorteil, daß die Teillinie den Gießtrichter senkrecht schneidet,
so daß dieser nicht gesondert eingeformt zu werden braucht und nach dem. Abguß gemeinsam
mit der Probe leicht aus der Form zu entfernen ist. Bei horizontal geteilten Gießformen
ist es natürlich möglich, von einem geraden Strömungskanal wieder auf eine Gießspirale
überzugehen und sich nun auch hierbei die Vorteile der vorliegen.-den Erfindung
zunutze zu machen.
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Zur Erzielung größter Laufweiten bei kleinsten Metallmengen ist es
nach den Ergebnissen langwieriger Versuche weiterhin notwendig, bei seiner Bestimmung
des Laufvermögens für gleichmäßige Einhaltung einer gewissen Mind@estgießhöhe zu
sorgen, da erst nach Erreichen einer Mindestanfangsgeschwindigkeit im Strömungskanal
,auch bei kleinen Querschnitten die Abhängigkeit der erzielbarem Laufweiten vom
Gießdruck so gering wird, daß sie beim Gießen einer Probe vernachlässigt werden
kann. Um diesen Einfluß der Gießhöhe möglichst vollkommen auszuschalten, ist @es
.deshalb zweckmäßig, ein einstellbares Auflager, wie es beispielsweise Abb. 2 zeigt,
zu benutzen, auf dem das Gieß-
gerät mit dem zu prüfenden Inhalt bequem einzulegen
ist und leicht gedreht werden kann. Das Gießgerät mag hierbei ein Gießlöffel ,oder
auch eine kleine Handpfanne sein.
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Die Genauigkeit der Bestimmungen des Laufvermögens eines Metalls nach
demneuen beschriebenen Verfahren ist erstaunlich groß: So konnten hiermit z. B.
im Großbetriebe sogar die Unterschiede im Laufvermögen von Stahl festgestellt werden,
die sich bei gleicher Analyse und gleicher Gießtemperatur aus einer verschiedenartigen
Zustellung der öfen ergeben, was auf eine verschiedene Unterkühlbarkeit solcher
Schmelzen schließen läßt. U. a. wurde hierbei auch gefunden, daß ein umberuhigtes,
Gas ausscheidendes Metall weit
weniger gut läuft als :ein im Probelöffel
desoxydiertes Material. Zur Bestimmung der Lauffähigkeit bei :einer unberuhigten
Charge ist deshalb eine Beruhigung des Materials vor dem Abgießen der Probe sehr
empfehlenswert. Die Vorteile, die dem neuen Prüfverfahren entspringen, sind, abgesehen
von den bereits genannten, sehr zahlreich; die Messungen sind ungefähr von gleicher
Bedeutung wie die Temperaturmessungen bei einer Schmelze, die jedoch mitunter nur
unter den größten Schwierigkeiten und mit deiner ziemlichen Unsicherheit behaftet
ausgeführt werden können. Hierbei ist insbesondere auch an den Umstand gedacht,
daß bei Stahl die Gießtemperatur im Betrieb gewöhnlich :erst dann einwandfrei .
festgestellt . werden kann, wenn der Stahl im Abstich in größerer Menge aus dem
Ofen läuft, während das vorliegende Verfahren vor allem für :eine Prüfung dies Stahles
:oder auch ,anderer Metalle bestimmt ist, solange die betreffende Charge dieses,
Metalls noch im Ofen auch wirklich verbesserungsfähig ist. Für den Schmelzer ist
ein solches Prob.enahmeverfahren, das er selbst ausführt, :eine große Annehmlichkeit,
weil @es nicht wie fremde Temperaturmessungen nur zu zweifelhaften Zah,lenwert:en
führt, sondern in den Gießformen greifbare Proben liefert, die er beliebig miteinander
vergleichen kann.