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Technisches
Gebiet
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Unsere
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen einer
Metallschmelze zu einem länglichen
Metallkörper
mittels der Schritte des Gießens,
d.h. des Hindurchführens
der Metallschmelze unter Schwerkraft durch eine ein offenes Ende
aufweisende Gießform
einer Gießvorrichtung, während in
zwei aufeinanderfolgenden Stufen eines Gießvorgangs, die mit dem Gießschritt
verbunden sind, ein unterer Block, der mit der unteren Endöffnung der
Gießform
anfänglich
zusammenarbeitend in Berührung
steht, nach unten entlang der vertikalen Achse der Gießform, d.h.
einer Achse, die sich zwischen der Eintrittsendöffnung und der Abgabeendöffnung der
Gießform
erstreckt, über
eine Aufeinanderfolge aufeinanderfolgend niedriger Ebenen in einem darunter
befindlichen Schacht, d.h. über
eine Aufeinanderfolge der Ebenen, die sich quer zur Achse der Gießform bei
aufeinanderfolgend größerer Zunahme des
Abstands von der Abgabeendöffnung
in der Richtung relativ axial weg von ihrer Eintrittsendöffnung erstrecken,
abgesenkt wird zuerst zur Bildung eines anfänglichen Längsabschnitts, der das Endstück des Metallkörpers umfaßt, wenn
der untere Block über
eine jeweilige obere Reihe der Ebenen im Schacht abgesenkt wird,
und dann danach in einer nachfolgenden Stufe zum kontinuierlichen
Gießen zur
Verlängerung
des Metallkörpers
mit zusätzlichen Längsabschnitten,
wenn der untere Block über
eine jeweilige niedrige Reihe der Ebenen im Schacht abgesenkt wird,
wobei die äußere Umfangsfläche des Metallkörpers währenddessen
der Umgebungsatmosphäre
des Schachts ausgesetzt wird, wenn die jeweiligen Längsabschnitte
des Metallkörpers
aus der Gießform
durch die jeweilige obere Reihe der Ebenen im Schacht abgezogen
werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mittel und eine
Technik zum direkten Kühlen
der jeweiligen Längsabschnitte
des Metallkörpers,
wenn sie aus der Form durch die jeweilige obere Reihe der Ebenen
im Schacht abgezogen werden; und insbesondere ein Mittel und eine Technik
dieser Art, wodurch eine Differenz zwischen der Kühlwirkung,
der der anfängliche
Längsabschnitt ausgesetzt
ist, und der Kühlwirkung,
der jeder der zusätzlichen
Längsabschnitte
ausgesetzt ist, während der
Stufe der Ausbildung des Endstücks
bzw. während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
erreicht wird.
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Hintergrund
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Bei
dem direkten Kühlen
der jeweiligen Längsabschnitte
des Metallkörpers
während
eines herkömmlichen
Gießvorgangs
wird flüssiges
Kühlmittel
in die Umgebungsatmosphäre
des Schachtes unterhalb der unteren Endöffnung der Gießform abgegeben,
und ein anfänglicher
Längsbereich
einer Schicht des flüssigen
Kühlmittels
wird an der äußeren Umfangsfläche des
anfänglichen
Längsabschnitts
des Metallkörpers
ausgebildet, wenn der untere Block und der anfängliche Längsabschnitt des Metallkörpers aus
der Gießform
abgezogen und durch die jeweilige obere Reihe der Ebenen im Schacht
abgesenkt werden. Dann wird, während
der untere Block und zuerst der anfängliche Längsabschnitt des Metallkörpers und
dann die aufeinanderfolgenden zusätzlichen Längsabschnitte des Metallkörpers durch
die jeweilige untere Reihe der Ebenen im Schacht während der
Stufe des kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
abgesenkt werden, ein zusätzlicher
Längsteil
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an jedem nachfolgenden zusätzlichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
gebildet, wenn die jeweiligen zusätzlichen Längsabschnitte des Metallkörpers aus
der Gießform
durch die jeweilige obere Reihe der Ebenen im Schacht abgezogen
werden. Inzwischen strömt
das flüssige
Kühlmittel
in dem anfänglichen
Längsteil der
Schicht des flüssigen
Kühlmittels und
in jedem nachfolgenden zusätzlichen
Längsteil der
Schicht des flüssigen
Kühlmittels
unter Schwerkraft nach unten entlang der Fläche des Metallkörpers durch
die jeweilige untere Reihe der Ebenen im Schacht.
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Auf
den Gegenstand des direkten Kühlens sind
zahlreiche Patente erteilt worden, und viele von ihnen zeigen Wege
zur Regelung des Vorgangs für
irgendeinen Zweck, der mit der Veränderung der Kühlwirkung
der jeweiligen Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an der Oberfläche
des Metallkörpers
in Verbindung steht. Siehe beispielsweise US-A-2,791,812, US-A-3,441,079, US-A-3,713,479, US-A-3,623,536,
US-A-3,765,493, US-A-4,166,495, US-A-4,693,298, US-A-5,040,595, US-A-5,119,883, US-A-5,148,856
und EP-A-0,533,133.
In einigen der Patente sind Schritte unternommen worden, um zwischen
den Kühlwirkungen
zu unterscheiden, denen die jeweiligen Längsabschnitte des Metallkörpers während der
Stufe der Bildung des Endstücks
und während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
ausgesetzt sind. Beispielsweise wird in der US-A-3,441,079 von Bryson
das flüssige
Kühlmittel
in die Umgebungsatmosphäre
des Schachts in einer zyklischen oder EIN/AUS-Weise während der Stufe
der Bildung des Endstücks
des Vorgangs gepulst abgegeben, um zwischen den während dieser Stufe
und während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Vorgangs erzielten
Wirkungen zu unterscheiden. In der US-A-4,351,384 von Goodrich wird der
anfängliche
Längsteil
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
an der Oberfläche
des Metallkörpers
in einer Ebene in der jeweiligen oberen Reihe der Ebenen im Schacht
für die
Stufe zur Ausbildung des Endstücks
des Vorgangs ausgebildet, die höher
ist als die zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen Kühlmittels,
die danach für
die Stufe des kontinuierlichen Gießens des Vorgangs gebildet
werden. In der US-A-4,166,495 von Yu und den US-A-4,693,298, US-A-5,040,595 und US-A-5,119,883
von Wagstaff oder Wagstaff et al. wird die Massenströmungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Kühlmittels
während
der Stufe der Bildung des Endstücks
herabgesetzt und dann zu einem normalen Zustand während der
Stufe des kontinuierlichen Gießens
zurückgestellt,
um zwischen den während
der beiden Stufen erzielten Wirkungen zu unterscheiden. Die Unterscheidung
zwischen den Wirkungen bei allen diesen Vorgängen wird dadurch erzielt,
daß eine
gewisse Änderung
des Grundvorgangs des direkten Kühlens
während
der Stufe der Bildung des Endstücks
durchgeführt
wird und dann die Änderung
während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens nicht fortgesetzt wird.
Dies wird nie jedoch umgekehrt, durch Änderung des Vorgangs während der
Stufe des kontinuierlichen Gießens,
erzielt. Mittlerweile ist bei der Stufe des kontinuierlichen Gießens selbst
die Abführung
der Wärme
nicht besser als diejenige, die die zusätzlichen Längsteile der Schicht des flüssigen Kühlmittels
von dem Metallkörper
abführen
können,
nachdem die Änderung,
die während
der Stufe der Bildung des Endstücks
bewirkt wird, nicht fortgesetzt worden ist. In praktischer Hinsicht
ist dies eine auf die Volumeneinheit bezogene Funktion der Wärmeabführungsgeschwindigkeit
der jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels,
und jeglicher Verbesserung, die durch Vergrößerung der Abgabegeschwindigkeit in
dem flüssigen
Kühlmittel
erreicht werden kann, um das Volumen der jeweiligen Teile zu vergrößern.
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Die
EP-A-0,533,133 offenbart eine Gießform zum kontinuierlichen
Gießen,
die mit zwei ringförmigen
Kühlmänteln ausgestattet
ist. Der erste Kühlmantel
ist so angeordnet, daß er
einen primären Kühlwasserstrahl
auf das Gußstück aus Metallschmelze
richtet, wenn dieser den Hohlraum der Gießform verläßt. Der zweite Kühlmantel,
der weiter von dem Hohlraum der Gießform beabstandet ist als der
erste Kühlmantel,
ist so angeordnet, daß er
einen sekundären
Kühlwasserstrahl
auf das Gußstück richtet,
wobei der sekundäre
Strahl auf das Gußstück an einer
Stelle auftrifft, die von dem Hohlraum der Gießform weiter beabstandet ist
als die Stelle, an der der primäre
Strahl auf das Gußstück aus Metallschmelze auftrifft,
das den Hohlraum der Gießform
verläßt. Der Zweck
des sekundären
Strahls besteht darin, eine Übergangssiedezone
und eine Filmsiedezone loszubrechen, die an der Oberfläche des
Gußstücks durch das
Auftreffen des primären
Strahls auf dieser erzeugt werden, und um ein Blasensieden hervorzurufen,
um einen festeren verfestigten Mantel zu erzeugen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Bei
diesen Bemühungen
waren Konstrukteure und Fachleute auf dem Gebiet des Gießens einer Metallschmelze
bestrebt, Dinge durch die Herabsetzung der Geschwindigkeit, mit
der Wärme
von dem Metallkörper
während
der Stufe des Gießvorgangs zur
Ausbildung des Endstücks
abgeführt
wird zu idealisieren, während
gleichzeitig die Geschwindigkeit, mit der Wärme von dem Metallkörper während der Stufe
des kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
abgeführt
wird, maximiert wird. Jedoch sind diese Bestrebungen erfolglos geblieben.
Sie wußten, daß die Weber-Zahl,
das heißt
die Geschwindigkeit, bei der eine Zerstäubung, ein Mischen und ein "Rühren" in den jeweiligen Längsteilen der Schicht des flüssigen Kühlmittels
auftreten, viel mit der Geschwindigkeit zu tun hat, mit der jeder
der jeweiligen Teile der Schicht Wärme von dem Metallkörper je
Volumeneinheit des dort befindlichen Kühlmittels abführt. Sie
haben auch gewußt,
daß im
allgemeinen je dünner
ein Teil und je "laminarer" seine Strömung ist, desto
kleiner die Geschwindigkeit der Wärmeabführung je Volumeneinheit ist;
und daß je
turbulenter und aufgewühlter
der Teil und die Strömung
desselben ist, desto größer die
Geschwindigkeit der Wärmeabführung je
Volumeneinheit ist. Die Konstrukteure und Fachleute auf dem Gebiet
haben auch stets angenommen, daß dann,
wenn flüssiges
Kühlmittel
in die Umgebungsatmosphäre
unterhalb einer Gießform abgegeben
wird und auf die jeweiligen Längsabschnitte
des Metallkörpers,
der dort gegossen wird, gerichtet wird, um so aufeinanderfolgende
Längsteile einer
Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an der Oberfläche
der Abschnitte auszubilden, das Kühlmittel auf die Oberflächen unter
verhältnismäßig kleinen
Einfallwinkeln zur Achse der Gießform, d.h. von etwa 15 – 30°zu der Achse,
gerichtet werden sollte, um so das Ausmaß des Spritzens von den Aufprallpunkten
der Flüssigkühlmittelabgabe
an den Oberflächen,
in der im allgemeinen horizontalen Ebene des Schachts, in der die
Abgabe auf die Oberflächen
auftrifft, zu minimieren. Siehe beispielsweise Zeilen 39 – 42 der
Spalte 1 des Patent von Goodrich. Die Konstrukteure und Fachleute
haben des weiteren beobachtet, daß in den Ebenen des Schachtes
unmittelbar unterhalb der Ebene des Aufpralls die Abgabe ein verhältnismäßig schmales
Umfangsband der Turbulenz oder Aufwühlung um die jeweiligen Oberflächen bildet,
d.h. vielleicht kleiner als 1/2 Zoll (12,7 mm), und daß unterhalb
dieses schmalen Turbulenzbands die jeweiligen Längsteile der Schicht des flüssigen Kühlmittels
dann den Charakter einer laminaren Strömung an den Oberflächen annehmen,
bis die Teile vielleicht bei weniger als ein weiteren Zoll wieder
eine turbulente Strömung
annehmen. Während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
ist dieses Verhaltensmuster für
eine minimale Wärmeabführung von
dem Metallkörper
erwünscht,
jedoch ist es während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
nicht länger
erwünscht.
Die Konstrukteure und Fachleute haben jedoch festgestellt, daß sich sogar
dann, wenn die Abgabegeschwindigkeit erhöht wird, das anfängliche
Band der Turbulenz in der Breite wenig ändert und der Charakter der
Strömung
unterhalb des Bands im wesentlichen derjenige einer laminaren Strömung bleibt,
gefolgt von einem erneuten Bereich einer turbulenten Strömung unter
dieser.
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Bei
dem Verfahren und der Vorrichtung unserer Erfindung führen wir
weiterhin das flüssige
Kühlmittel
in die Umgebungsatmosphäre
des Schachtes unterhalb der unteren Endöffnung der Gießform ab, und
bilden wir weiterhin einen anfänglichen
Längsteil einer
Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an der äußeren Umfangsfläche des
anfänglichen
Längsabschnitts
des Metallkörpers,
wenn der untere Block und der anfängliche Längsabschnitt des Metallkörpers aus
der Gießform
abgezogen und durch die jeweilige obere Reihe der Ebenen im Schacht
abgesenkt werden. Des weiteren bilden wir, während der untere Block und
zuerst der anfängliche
Längsabschnitt
des Metallkörpers
und dann die aufeinanderfolgenden zusätzlichen Längsabschnitte des Metallkörpers durch
die jeweilige untere Reihe der Ebenen im Schacht während der
Stufe des kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
abgesenkt werden, einen zusätzlichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
an jedem aufeinanderfolgenden der zusätzlichen Längsabschnitte des Metallkörpers, wenn die
jeweiligen zusätzlichen
Längsabschnitte
aus der Gießform
durch die jeweilige obere Reihe der Ebenen im Schacht abgezogen
werden. Jetzt machen wir jedoch etwas, was der Stand der Technik
zu machen nicht in der Lage war: wir vergrößern je Volumeneinheit die
Wärmeabführungsgeschwindigkeit
der jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
mit Bezug auf die Volumeneinheit der Wärmeabführungsgeschwindigkeit des anfänglichen Längsteils
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels,
und wir machen dies, wenn die jeweiligen zusätzlichen Längsteile der Schicht des flüssigen Kühlmittels
an den entsprechenden zusätzlichen
Längsabschnitten des
Metallkörpers
in der jeweiligen oberen Reihe der Ebenen im Schacht ausgebildet
werden. Auf diese Weise sind wir in der Lage, die Geschwindigkeit,
bei der die jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
Wärme von
den zusätzlichen
Längsabschnitten
des Metallkörpers
während der
Stufe des kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
abführen,
ohne Rücksicht
darauf zu erhöhen, ob
irgendeine Änderungen
der Geschwindigkeit durchgeführt
worden ist, mit der der anfängliche Längsteil
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
Wärme von
dem anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
während
der Stufe der Ausbildung des Endstücks des Gießvorgangs abgeführt hat.
Dies bedeutet, daß wir
jetzt einen Unterschied zwischen den beiden Stufen in der optimalsten
Weise erzielen können; und
des weiteren können
wir den Unterschied in Hinblick auf das von uns gewünschte Extrem
deutlicher machen. Das heißt,
unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung unserer Erfindung
können wir
uns jetzt beiden Stufen des Gießvorgangs
zuwenden, und sofern gewünscht,
beiden gleichzeitig, um den Unterschied zwischen beiden beispielsweise durch
Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung unserer Erfindung
deutlicher zu machen, um die Wärmeabführungsgeschwindigkeit
während
der kontinuierlichen Stufe des Gießvorgangs zu vergrößern, dies
unter Verwendung eines oder mehrerer der bekannten Verfahren zur
Verringerung der Wärmeabführungsgeschwindigkeit
während
der Stufe der Ausbildung des Endstücks.
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Unter
einem Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch
1 geschaffen.
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Bevorzugte
Merkmale dieses Verfahren sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beansprucht.
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Die
Gießform
kann angepaßt
werden, um einen Metallkörper
mit einem polygonalen Querschnitt quer zu seiner Achse zu bilden,
und der zusätzliche Fluidteil
kann zu der äußeren Umfangsfläche des
anfänglichen
Längsteils
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an einander gegenüberliegenden
Seiten der Gießform
gerichtet werden. In zweckmäßiger Weise erstreckt
sich die Achse der Gießform
entlang einer vertikalen Linie, und die Metallschmelze wird direkt
in die Gießform
durch deren Eintrittsendöffnung
hindurch gegossen. Das zusätzliche
Fluid kann um den gesamten Umfang der äußeren Umfangsflächen der jeweiligen
zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
herum abgegeben werden. Der Block kann kontinuierlich entlang der
Achse der Gießform
während
des Gießvorgangs
abgezogen werden. In zweckmäßiger Weise
besitzt die Gießform einen
kontinuierlichen, nichtunterbrochenen Umfang um ihre Achse herum.
Das gesamte zusätzliche
Fluid kann in die Schicht der Umgebungsatmosphäre der Gießform abgegeben werden, die
die äußeren Umfangsflächen der
jeweiligen zusätzlichen
Längsteile der
Schicht des flüssigen
Kühlmittels über eine
Reihe von beabstandeten Bohrungen unmittelbar umgibt, die um die
Abgabeendöffnung
der Gießform
in einem Ring angeordnet sind. Das zusätzliche Fluid kann ein Gas
oder zusätzliches
flüssiges
Kühlmittel
sein. Das Verfahren kann des weiteren umfassen das Abgeben des zusätzlichen
flüssigen
Kühlmittels
auf den anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks,
um den anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
daran auszubilden. Das zuerst erwähnte flüssige Kühlmittel und das zusätzliche
flüssige
Kühlmittel
können
von der Gießform
aus durch eine erste und eine zweite Reihe von beabstandeten Bohrungen
abgegeben werden, die um die Abgabeendöffnung der Gießform in
einem Ring angeordnet sind, und das Verfahren kann weiter umfassen
das Verbinden der ersten und der zweiten Reihe der Bohrungen mit
einem Paar von Zuführungskammern
für unter
Druck stehendes flüssiges Kühlmittel
in dem Körper
der Gießform,
so daß Sätze von
primären
und sekundären
Flüssigkühlmittelströmen von
der ersten und der zweiten Reihe der Bohrungen jeweils abgegeben
und entweder zu den jeweiligen zusätzlichen Längsabschnitten des Metallkörpers bzw.
den jeweiligen zusätzlichen
Längsteilen der
Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an deren Oberflächen
jeweils gerichtet werden, um den Metallkörper während der Stufe des kontinuierlichen
Gießens des
Gießvorgangs
zu kühlen,
oder alternativ selektiv an ihren jeweiligen Zuführungskammern eingeschaltet
und ausgeschaltet werden, indem der Strom des flüssigen Kühlmittels zu den jeweiligen
Kammern geregelt wird, so daß,
falls gewünscht,
während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks nur
das sekundäre
flüssige
Kühlmittel
zu dem anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
gerichtet wird, um den anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
daran auszubilden. Das Verfahren kann weiter umfassen ein solches
winkelmäßiges Versetzen
der ersten und der zweiten Reihe der Bohrungen zueinander in axialer
Richtung der Gießform
und das so steile Neigen der ersten Reihe der Bohrungen gegenüber der
zweiten Reihe der Bohrungen in axialer Richtung der Gießform, daß die jeweiligen
Kammern für
die Zuführung
des flüssigen Kühlmittels
zu der ersten und der zweiten Reihe der Bohrungen relativ zueinander
in dem Körper
der Gießform
an Stellen relativ nahe bei oder entfernt von der Abgabeendöffnung der
Gießform
nebeneinander angeordnet sein können.
Das Verfahren kann weiter umfassen das gegenseitige Verbinden der
jeweiligen Kammern mittels eines Ventils, so daß flüssiges Kühlmittel der von der Abgabeendöffnung der
Gießform
verhältnismäßig entfernten
Kammer zur Versorgung sowohl der ersten als auch der zweiten Reihe der
Bohrungen zugeführt
werden kann, jedoch nur der zu der Abgabeendöffnung der Gießform verhältnismäßig nahen
Kammer durch das Ventil hindurch zugeführt wird, wenn die Stufe des
kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
begonnen wird. Das Verfahren kann weiter umfassen das Aufteilen
der verhältnismäßig nahen
Kammer in Endabschnitte und in Seitenabschnitte und das direkte
Verbinden der Endabschnitte mit der verhältnismäßig entfernten Kammer über dazwischen
liegende offene Durchgänge, während die
Seitenabschnitte mit der verhältnismäßig entfernten
Kammer über
Ventile verbunden sind, so daß das
flüssige
Kühlmittel
den Endabschnitten der verhältnismäßig nahen
Kammer zur selben Zeit zugeführt
werden kann, zu der es der verhältnismäßig entfernten
Kammer zugeführt
wird, um die einander gegenüberliegenden
Seiten des Metallkörpers sowohl
während
der Stufe der Bildung des Endstücks als
auch während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
direkt zu kühlen.
Die Abgabe des flüssigen
Kühlmittels
kann zu unter Druck stehenden Strömen des flüssigen Kühlmittels ausgebildet werden,
die in einer kontinuierlichen, nichtunterbrochenen Weise zu den
jeweiligen Längsabschnitten
des Metallkörpers
während
des Gießvorgangs gerichtet
werden.
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Unter
einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung wie
in Anspruch 10 beansprucht geschaffen.
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Bevorzugte
Merkmale dieses weiteren Aspekts der Erfindung sind in den Ansprüchen 11–19 beansprucht.
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Die
Gießform
kann angepaßt
werden, um einen Metallkörper
mit einem polygonalen Querschnitt quer zu seiner Achse auszubilden,
und die Regelungsmittel für
die Fluidabgabe sind betätigbar,
um den zusätzlichen
Fluidteil zu der äußeren Umfangsfläche des
anfänglichen
Längsteils
an einander gegenüberliegenden
Seiten der Gießform
zu richten. Die Achse der Gießform
kann sich entlang einer vertikalen Linie erstrecken, so daß die Metallschmelze direkt
in die Gießform
durch deren Eintrittsendöffnung
hindurch gegossen werden kann. Das Abgabemittel für das zusätzliche
Fluid kann betätigbar
sein, um das zusätzliche
Fluid um den gesamten Umfang der äußeren Umfangsflächen der
jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels herum
abzugeben. Die Gießform
kann einen kontinuierlichen, nichtunterbrochenen Umfang um ihre
Achse herum aufweisen. Das Abgabemittel für das zusätzliche Fluid kann eine Reihe
von beabstandeten Bohrungen aufweisen, die um die Abgabeendöffnung der
Gießform
herum in einem Ring angeordnet sind. Das zusätzliche Fluid kann zusätzliches
flüssiges Kühlmittel
sein. In zweckmäßiger Weise
umfaßt
die Vorrichtung weiter ein Mittel zur Abgabe des zusätzlichen
flüssigen
Kühlmittels
auf den anfänglichen Längsabschnitt
des Metallkörpers
während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks,
um den anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
daran auszubilden. Die Gießform
kann eine erste und eine zweite Reihe von beabstandeten Bohrungen,
die um die Abgabeendöffnung
der Gießform
herum in einem Ring angeordnet sind, und ein Paar von Zuführungskammern
für unter
Druck stehendes flüssiges
Kühlmittel
aufweisen, die mit der ersten bzw. der zweiten Reihe der Bohrungen
verbunden sind, so daß Sätze von
primären
und sekundären
Flüssigkühlmittelströmen von
der ersten bzw. der zweiten Reihe der Bohrungen abgegeben werden
können,
und die Vorrichtung umfaßt
weiter Mittel zur Regelung der Strömung des flüssigen Kühlmittels zu den jeweiligen
Kammern, wodurch die Sätze
des primären
und des sekundären
Flüssigkühlmittelstroms
zu den jeweiligen zusätzlichen
Längsabschnitten
des Metallkörpers
bzw. den jeweiligen zusätzlichen
Längsteilen
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
an dessen Oberflächen
gerichtet werden können,
um so den Metallkörper
während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
zu kühlen,
oder alternativ selektiv an ihren jeweiligen Zuführungskammern eingeschaltet
und ausgeschaltet werden, so daß,
falls gewünscht,
während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks nur
das sekundäre
flüssige
Kühlmittel
zu dem anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
gerichtet wird, um den anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
daran auszubilden. Die erste und die zweite Reihe der Bohrungen
können
relativ zueinander in dem Körper
der Gießform
an in axialer Richtung versetzten Stellen relativ nahe bei oder
entfernt von der Abgabeendöffnung
der Gießform
nebeneinander angeordnet sein. Das Regelungsmittel für die Strömung des
flüssigen
Kühlmittels
kann ein Ventil aufweisen, das die jeweiligen Kammern verbindet,
so daß flüssiges Kühlmittel
der von der Abgabeendöffnung
der Gießform
verhältnismäßig entfernten Kammer
zur Versorgung sowohl der ersten als auch der zweiten Reihe der
Bohrungen zugeführt
werden kann, jedoch nur der zu der Abgabeendöffnung der Gießform verhältnismäßig nahen
Kammer durch das Ventil hindurch zugeführt wird, wenn die Stufe des kontinuierlichen
Gießens
des Gießvorgangs
begonnen wird. Die Gießform
kann angepaßt
werden, um einen Metallkörper
mit einem im allgemeinen rechteckigen Querschnitt quer zu seiner
Achse zu bilden, die verhältnismäßig nahe
Kammer ist in Endabschnitte und in Seitenabschnitte aufgeteilt,
die Endabschnitte sind mit der verhältnismäßig entfernten Kammer über dazwischen
liegende offene Durchgänge
verbunden, und die Seitenabschnitte sind mit der verhältnismäßig entfernten
Kammer über
Ventile verbunden, so daß flüssiges Kühlmittel
den Endabschnitten der verhältnismäßig nahen
Kammer zur selben Zeit zugeführt
werden kann, zu der es der verhältnismäßig entfernten
Kammer zugeführt
wird, um die Enden des Metallkörpers
während
sowohl der Stufe zur Bildung des Endstücks und als auch der Stufe
des kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
direkt zu kühlen.
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Die
Oberfläche
des Abgabemittels für
das Kühlmittel
kann eine Stufe in der ersten Kammer an der einen Ecke derselben
bilden. Die Stufe kann eine Schulter aufweisen, die sich quer zu
der Achse des Hohlraums in beabstandeter Beziehung zu der anderen
Ecke der ersten Kammer erstreckt, und die Reihe der Bohrungen kann
in der Schulter der Stufe ausgebildet sein. Die Bohrungen können sich
entlang im allgemeinen vertikaler Linien erstrecken. Die Schulter
der Stufe kann in einer im allgemeinen horizontalen Ebene angeordnet
sein. Die Stufe kann auch eine äußere Umfangsfläche aufweisen,
die sich im allgemeinen parallel zu der Achse des Hohlraums erstreckt,
wobei die äußere Umfangsfläche der
Stufe eine Nut aufweist, die ihrerseits eine Öffnung an der äußeren Umfangsfläche der
Stufe aufweist und wobei die Öffnung
der Nut Mittel aufweisen kann, die ein Verschlußelement für die Nut bilden, und das Verschlußelement
kann abdichtend mit der Stufe an der Öffnung der Nut in Berührung stehen,
um die zweite Kammer des Abgabemittels für das Kühlmittel zu bilden. Das Verschlußelement
kann einen elastomeren Dichtungsring aufweisen, und die Öffnung der
Nut kann verhältnismäßig erweitert
sein, um mit dem Ring abdichtend in Berührung zu stehen. Die äußere Umfangsfläche der
Stufe kann sich auf Linien im allgemeinen parallel zu der Achse
des Hohlraums erstrecken. Die Schulter der Stufe und die äußere Umfangsfläche der
Stufe können
unter rechten Winkeln zueinander gemeinsam enden. Die Stufe kann
einstückig
mit der Vorrichtung an der einen Ecke der ersten Kammer ausgebildet
sein. Der Einlaß kann
am Boden der ersten Kammer angeordnet sein. Der Durchgang kann mittels
einer zweiten Reihe von Bohrungen ausgebildet sein, die nach unten
zur Achse des Hohlraums unter Winkeln geneigt sind. Der obere Teil
oder der untere Teil der ersten Kammer kann eine Öffnung aufweisen,
und die Öffnung
kann ein Ventilmittel, das damit in Verbindung steht, zum Öffnen und
Schließen
der Öffnung
bei unterschiedlichen Betriebsarten der Vorrichtung aufweisen. Die erste
Kammer kann um den gesamten Umfang des Hohlraums herum angeordnet
sein.
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Die
Stufe kann eine erste Oberfläche
aufweisen, die sich im wesentlichen unter rechten Winkeln zur Achse
des Hohlraums erstreckt. Die Stufe kann eine zweite Oberfläche aufweisen,
deren Erstreckung in axialer Richtung zur Gießform planar ist. Die zweite
Oberfläche
der Stufe kann mit der anderen Endwand der ersten Kammer zur Bildung
einer dazwischen liegenden Ecke gemeinsam enden. Die erste und die
zweite Oberfläche
der Stufe können
im wesentlichen unter rechten Winkeln zueinander gemeinsam enden,
und die zweite Oberfläche
der Stufe und die andere Endwand der ersten Kammer können im
wesentlichen unter rechten Winkeln zueinander gemeinsam enden. Die
jeweiligen Endwände
der ersten Kammer können
mit der inneren Umfangswand der Gießform zur Bildung von dazwischen
liegenden Ecken der ersten Kammer gemeinsam enden, und die Stufe
kann mit der inneren Umfangswand der Gießform in einer der Ecken der
ersten Kammer einstückig
ausgebildet sein. Die zweite Oberfläche der Stufe kann eine Nut
aufweisen, die ihrerseits eine Öffnung
an der zweiten Oberfläche
der Stufe aufweist, und die Öffnung
der Nut kann Mittel aufweisen, die ein Verschlußelement für die Nut bilden, und das Verschlußelement
kann mit der Stufe an der Öffnung
der Nut zur Bildung der zweiten Kammer in der Stufe abdichtend in
Berührung
stehen. Das Verschlußelement
kann einen elastomeren Dichtungsring aufweisen, und die Öffnung der
Nut kann verhältnismäßig erweitert
sein, um mit dem Ring abdichtend in Berührung zu stehen. Der Durchgang
kann mittels einer zweiten Reihe von Bohrungen ausgebildet sein,
die relativ einwärts
zu der Achse des Hohlraums unter einem spitzen Winkel geneigt sind.
Der Einlaß kann
in einer Endwand der ersten Kammer ausgebildet sein. Die erste Kammer kann
eine Öffnung
in einer Endwand aufweisen, und die Öffnung kann ein Ventilmittel,
das damit in Verbindung steht, zum Öffnen und Schließen der Öffnung bei
unterschiedlichen Betriebsarten der Gießform aufweisen. Die erste
Kammer kann um den Eintrittsumfang des Hohlraums herum angeordnet
sein. Die Reihe der Bohrungen kann in die erste Kammer an der ersten
Oberfläche
der Stufe einmünden.
Die Achse des Hohlkörpers
kann sich entlang einer vertikalen Linie erstrecken, so daß der Metallkörper unter Schwerkraft
gegossen werden kann, um an der unteren Endöffnung des Hohlraums auszutreten.
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Bei
vielen der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
unserer Erfindung bilden wir die Abgabe des flüssigen Kühlmittels zu unter Druck stehenden
Strömen
des flüssigen
Kühlmittels
aus, und während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
richten wir die Ströme
des flüssigen Kühlmittels
zu dem anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers,
so daß die
Ströme
auf die äußere Umfangsfläche desselben
in einer im allgemeinen horizontalen Ebene des Schachts auftreffen,
um einen anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
an der äußeren Umfangsfläche des
anfänglichen
Längsabschnitts
auszubilden, der ein Umfangsband der Turbulenz in den Ebenen des Schachts
unmittelbar unter der Ebene des Auftreffens aufweist. Dann vergrößern wir
während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
je Volumeneinheit die Wärmeabführungsgeschwindigkeit
der jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
durch Ausbildung eines Umfangsbands der Turbulenz um die jeweiligen
zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
herum in den Ebenen des Schachts unmittelbar unter der zuvor genannten
Ebene des Auftreffens, das breiter als das Umfangsband der Turbulenz
ist, das um den anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
herum ausgebildet ist, in axialer Richtung der Gießform aus.
Bei einigen Ausführungsformen
ordnen wir weiter die Ebene, in der die Ströme des flüssigen Kühlmittels auf die Oberflächen der
zusätzlichen
Längsabschnitte
des Metallkörpers
auftreffen, bezogen auf die Ebene, in der die Ströme des Kühlmittels
auf die Oberfläche des
anfänglichen
Längsabschnitts
des Metallkörpers aufgetroffen
sind, höher
an.
-
Vorzugsweise
bilden wir ein Umfangsband der Turbulenz um die jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
aus, das sich wie der letzte der zusätzlichen Längsabschnitte erstreckt, um
den der Metallkörper
während
der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
verlängert
ist. Das heißt,
der obengenannte Bereich der laminaren Strömung ist insgesamt eliminiert.
-
Bei
bestimmten Ausführungsformen
der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
unserer Erfindung bilden wir das breitere Turbulenzband unterhalb
der Ebene des Auftreffens in den jeweiligen zusätzlichen Längsteilen der Schicht des flüssigen Kühlmittels
durch Abgabe eines zusätzlichen
Fluids in die Schicht der Umgebungsatmosphäre des Schachts, die die äußeren Umfangsflächen der
jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
unmittelbar umgeben, aus, wenn sie an den entsprechenden zusätzlichen
Längsabschnitten
des Metallkörpers
ausgebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen bilden wir des
weiteren die zusätzliche
Abgabe von Fluids zu unter Druck stehenden Fluidstrahlen aus, und
richten wir die Fluidstrahlen auf die zusätzlichen Längsteile der Schicht des flüssigen Kühlmittels,
damit sie auf die Oberflächen
derselben mit dem Fluid unterhalb der Ebene des Auftreffens der
Flüssigkeitsströme auftreffen.
-
Bei
einer Gruppe der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
richten wir die jeweiligen Ströme
des flüssigen
Kühlmittels
und die Strahlen des zusätzlichen
Fluids auf die Oberflächen
der jeweiligen zusätzlichen
Längsabschnitte
des Metallkörpers
bzw. auf die Oberflächen
der zusätzlichen Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels,
um zum ersten Bereiche der jeweiligen Ströme und Strahlen in der Schicht
der Umgebungsatmosphäre des
Schachts zu kreuzen, die die Oberflächen der zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des Kühlmittels
unmittelbar umgibt, und um zum zweiten die Bereiche der Ströme des flüssigen Kühlmittels
auf den Wegen der Bereiche der Strahlen des zusätzlichen Fluids anzuordnen,
so daß die
Bereiche der Ströme
des flüssigen
Kühlmittels
in den Bereichen der Strahlen mitgenommen werden und auf den Oberflächen der
zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
unter der Einwirkung der Strahlen auftreffen.
-
Wenn
wir das breitere Turbulenzband durch Abgabe eines zusätzlichen
Fluids in die Schicht der Umgebungsatmosphäre, die die jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des Kühlmittels
umgibt, bilden, können
wir auch eine Masse eines Sprühnebels
aus von Luft getragenem flüssigen
Kühlmittel quer
zu dem Weg des zusätzlichen
Fluids vorsehen, wenn das Fluid in die Schicht der Umgebungsatmosphäre abgegeben
wird, so daß das
zusätzliche
Fluid in die jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
eindringt, wobei zusätzliche Luft,
wenn die zusätzlichen
Bereiche an den entsprechenden zusätzlichen Längsabschnitten des Metallkörpers gebildet
sind, das flüssige
Kühlmittel mitnimmt.
Bei diesen Ausführungsformen
bilden wir beispielsweise die Abgabe des zusätzlichen Fluids zu den unter
Druck stehenden Strahlen des Fluids aus, die zu den zusätzlichen
Längsteilen
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
gerichtet sind, um auf die Oberflächen aufzutreffen, ordnen wir
Massen des Sprühnebels
aus von Luft getragenem flüssigen
Kühlmittel quer
zu den Wegen der jeweiligen Strahlen des zusätzlichen Fluids in der Schicht
der umgebenden Atmosphäre
an, so daß die
Strahlen des zusätzlichen Fluids
in die zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des Kühlmittels
mit zusätzlichem
flüssigen
Kühlmittel, das
von der Luft mitgerissen wird, eindringen, wenn die Strahlen auf
die Oberflächen
der zusätzlichen Längsteile
auftreffen. Und bei diesen Ausführungsformen
bilden wir die Ströme
des flüssigen
Kühlmittels
und die Strahlen des zusätzlichen
Fluids zu den jeweiligen zusätzlichen
Längsabschnitten
des Metallkörpers
und zu den zusätzlichen
Längsteilen
der Schicht des Kühlmittels
aus, um Bereiche der jeweiligen Ströme und Strahlen miteinander
in der Schicht der umgebenden Atmosphäre zu kreuzen, ordnen wir Massen
des Sprühnebels
aus von Luft getragenem flüssigen
Kühlmittel
quer zu den Wegen der jeweiligen Strahlen des zusätzlichen
Fluids an, indem wir zunächst
die Ströme
des flüssigen
Kühlmittels
entlang solcher verhältnismäßig großer Einfallwinkel
zur Achse der Gießform
richten, daß wesentliche
Bereiche der jeweiligen Ströme
des flüssigen
Kühlmittels von
den Oberflächen
der zusätzlichen
Längsabschnitte
an den jeweiligen Punkten des Auftreffens der Ströme abprallen
und sich zu korollenförmigen Massen
des Sprühnebels
aus von Luft getragenem flüssigen
Kühlmittel
in der Schicht der Umgebungsatmosphäre des Schachts ausbilden,
die die jeweiligen zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
unmittelbar umgeben, und indem zweitens die Strahlen des zusätzlichen
Fluids entlang solcher verhältnismäßig kleiner
Einfallwinkel zur Achse der Gießform
von axialen Erhebungen oberhalb der Ebene des Auftreffens der Ströme gerichtet
werden, daß die korollenförmigen Massen
des Sprühnebels quer
zu den Wegen der Strahlen des zusätzlichen Fluids angeordnet
werden, wenn das zusätzliche
Fluid in die Schicht der Umgebungsatmosphäre abgegeben wird.
-
In
bevorzugter Weise geben wir die jeweiligen Ströme und Strahlen von einem Ring
aus, der um die untere Endöffnung
der Gießform
herum angeordnet ist, ab, und versetzen wir winkelmäßig die Ströme und Strahlen
gegeneinander in axialer Richtung der Gießform, versetzen wir die Ströme und Strahlen
gegeneinander in Umfangsrichtung der Gießform, so daß sich die
korollenförmigen
Massen des Sprühnebels
aus flüssigem
Kühlmittel,
die von den Aufprallpunkten der verhältnismäßig benachbarten Ströme des Kühlmittels
aus aufsteigen, vereinigen, um so genannte "Wechselwirkungsfontänen" des Sprühnebels zu bilden, die direkt
in die Wege der Strahlen des zusätzlichen
Fluids hoch schießen.
Dieses Phänomen
wird von Slayzak et al. in dem Artikel mit dem Titel "EFFECTS OF INTERACTIONS
BETWEEN ADJOINING ROWS OF CIRCULAR FREE SURFACE JETS ON LOCAL HEAT
TRANSFER FROM THE IMPINGEMENT SURFACE" berichtet, der in Journal of Heat Transfer
der American Society of Mechanical Engineers veröffentlicht werden soll. Tatsächlich haben
wir festgestellt, daß dann,
wenn die Merkmale dieses Phänomens
in unser Verfahren und unsere Vorrichtung eingebaut werden, die Sprühfontänen nicht
nur direkt auf den Wegen der Strahlen des zusätzlichen Fluids hochschießen, sondern
auch in einem in hohem Grad mit Luft gefüllten Zustand, so daß die Strahlen,
wenn sie ihrerseits durch die Strahlen des zusätzlichen Fluids mitgerissen
werden, einen außergewöhnlichen
Grad der Turbulenz in den zusätzlichen
Schichten des flüssigen Fluids
erzeugen und dies wiederum eine beachtenswerte Vergrößerung je
Volumeneinheit der Wärmeabführungsgeschwindigkeit
der jeweiligen Schichten erzeugt.
-
Wir
richten üblicherweise
die Ströme
des flüssigen
Kühlmittels
direkt auf die Oberflächen
der jeweiligen zusätzlichen
Längsabschnitte
des Metallkörpers
entlang von Einfallwinkeln im Bereich von 30 – 105° zur Achse der Gießform. Wir
richten die Strahlen des zusätzliche
Fluids auf die Oberflächen
der zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
entlang von Einfallwinkeln im Bereich von 15 – 30° zur Achse der Gießform.
-
Wir
können
auch, wie vorstehend angegeben, den anfänglichen Längsteil der Schicht des flüssigen Kühlmittels,
der an dem anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
in der Stufe des Gießvorgangs
zur Ausbildung des Endstücks
ausgebildet wird, in einer so gestalteten Weise verändern, daß je Volumeneinheit
die Wärmeabführungsgeschwindigkeit
herabgesetzt wird.
-
Des
weiteren können
wir auch dann, wenn unsere Gießform
zur Bildung eines Metallkörpers
mit einem polygonalen Querschnitt quer zu seiner Achse angepaßt wird,
beispielsweise wenn wir ein tafelförmiges Gußstück herstellen, je Volumeneinheit
die Wärmeabführungsgeschwindigkeit
des anfänglichen Längsteils
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels,
die an gegenüberliegenden
Seiten des anfänglichen Längsabschnitts
des Metallkörpers
ausgebildet ist, erhöhen,
beispielsweise an den gegenüberliegenden Enden
des Endstücks
des rechteckigen Querschnitts unseres Gußstücks. Auf diese Weise können wir
einen Unterschied zwischen den gegenüberliegenden Seitenpaaren des
Metallkörpers
während
der Stufe der Bildung des Endstücks,
beispielsweise zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Endstücks einerseits
und den gegenüberliegenden
Enden desselben andererseits, erreichen.
-
Wir
können
ein Gas oder ein zusätzliches flüssiges Kühlmittel
als zusätzliches
Fluid verwenden. Ein Vorteil der Verwendung eines zusätzlichen flüssigen Kühlmittels
besteht in der Vereinfachung der Gießform. Eine Flüssigkeit
ist auch leichter zu regeln; und die Verwendung derselben macht
es leichter, eine Gleichmäßigkeit
von Gießform
zu Gießform sowie
innerhalb jeder Gießform
zu erreichen, wenn eine Vielzahl von Gießformen verwendet wird. Andererseits
kann bei der Verwendung eines Gases das gleiche Gas bei irgendeiner
der verschiedenen Techniken des Standes der Technik zur Herabsetzung
der Massenströmungsgeschwindigkeit
des flüssigen Kühlmittels
während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
verwendet werden.
-
Ein
weiterer Vorteil der Verwendung eines zusätzlichen flüssigen Kühlmittels als zusätzliches Fluid
besteht darin, daß während der
Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
das zusätzliche flüssige Kühlmittel
auf den anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
zur dortigen Bildung des anfänglichen
Längsteils
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
abgegeben werden kann. Tatsächlich werden
bei bestimmten gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung das erstgenannte flüssige Kühlmittel und das zusätzliche
flüssige
Kühlmittel
von der Gießform
selbst durch eine erste und eine zweite Reihe von beabstandeten
Bohrungen aus abgegeben, die um die untere Endöffnung der Gießform herum
in einem Ring angeordnet und mit einem Paar von Zuführungskammern
in der Gießform
für unter
Druck stehendes flüssiges
Kühlmittel verbunden
sind, so daß Sätze von
primären
und sekundären
Strömen
flüssigen
Kühlmittels
von der ersten bzw. der zweiten Reihe von Bohrungen abgegeben und
entweder zu den jeweiligen zusätzlichen Längsabschnitten
des Metallkörpers
bzw. zu den jeweiligen zusätzlichen
Längsteilen
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an den Oberflächen
desselben gerichtet werden, um so den Metallkörper während der Stufe des kontinuierlichen
Gießens
des Gießvorgangs
zu kühlen,
oder alternativ an den jeweiligen Zuführungskammern durch Regelung
der Strömung des
flüssigen
Kühlmittels
zu den jeweiligen Kammern selektiv eingeschaltet und ausgeschaltet
werden, so daß,
falls gewünscht,
während
der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
nur das sekundäre flüssige Kühlmittel
zu dem anfänglichen
Längsabschnitt
des Metallkörpers
gerichtet wird, um den anfänglichen
Längsteil
der Schicht des flüssigen Kühlmittels
daran auszubilden.
-
Bei
einigen dieser letztgenannten Ausführungsformen sind die erste
und die zweite Reihe der Bohrungen winkelmäßig so gegeneinander in axialer Richtung
der Gießform
versetzt, und die erste Reihe der Bohrungen ist in axialer Richtung
zu der Gießform
stärker
geneigt als die zweite Reihe, so daß die jeweiligen Kammern für die Zuführung von
flüssigem Kühlmittel
zu der ersten und der zweiten Reihe der Bohrungen relativ übereinander
in dem Körper
der Gießform
angeordnet sein können.
In bevorzugter Weise sind jedoch die Kammern über ein Ventil miteinander
verbunden, so daß flüssiges Kühlmittel
der jeweiligen oberen Kammer zur Zuführung zu sowohl der ersten
als auch der zweiten Reihe der Bohrungen zugeführt werden kann, jedoch nur
der jeweiligen unteren Kammer durch das Ventil hindurch zugeführt werden
kann, wenn die Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
begonnen wird.
-
Bei
bestimmten Ausführungsformen
zur Herstellung eines Gußstücks ist
die jeweilige untere Kammer in Endabschnitte und in Seitenabschnitte aufgeteilt,
und die Endabschnitte sind direkt mit der jeweiligen oberen Kammer über dazwischen
liegende offene Durchgänge
verbunden, während
die Seitenabschnitte mit der jeweiligen oberen Kammer über Ventile
verbunden sind, so daß flüssiges Kühlmittel
den Endabschnitten der unteren Kammer gleichzeitig zu der Zuführung zu
der oberen Kammer zugeführt
wird, um die Enden des Gußstücks während sowohl
der Stufe der Bildung des Endstücks
als auch der Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
direkt zu kühlen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Diese
Merkmale sind unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser zu
verstehen, in denen wir die letztgenannten Ausführungsformen unserer Erfindung
dargestellt haben, bei der eine ein Kühlmittel abgebende Gießform verwendet,
die mit einer doppelten Kammer ausgestaltet ist, jedoch teilweise
zur unterschiedlichen Kühlung
der Enden und Seiten eines tafelförmiges Gußstücks aufgeteilt ist.
-
Es
zeigen:
-
1 eine auseinander gezogene
perspektivische Ansicht von oben auf die Hauptbestandteile des Körpers der
Gießform;
-
2 eine verhältnismäßig vergrößerte und zusammengebaute
perspektivische Ansicht von oben auf zwei Bauteile des mittleren
Körpers,
d.h. ein ringförmiges
Gehäuse
und einen Graphitgußring,
die um den inneren Umfang herum angeordnet sind;
-
3 eine in gleicher Weise
vergrößerte Draufsicht
auf die Baugruppe aus Gehäuse
und Ring;
-
4 eine in gleicher Weise
vergrößerte perspektivische
Ansicht von unten auf die Baugruppe aus Gehäuse und Ring;
-
5 eine in gleicher Weise
vergrößerte Ansicht
von unten auf die Baugruppe aus Gehäuse und Ring;
-
6 einen Schnitt durch die
Gießform
als Ganzes entlang der Linie 6 – 6
von 3 und 5;
-
7 einen Schnitt durch die
Gießform
als Ganzes entlang der Linie 7 – 7
von 3 und 5;
-
8 einen Schnitt durch die
Gießform
als Ganzes entlang der Linie 8 – 8
von 3 und 5, die auch eine Vorrichtung
eines Satzes von Vorrichtungen zeigt, die zum Öffnen und Schließen eines
Satzes von Ventilen verwendet werden können, die Seitenabschnitte
der jeweiligen unteren Kammer mit der jeweiligen oberen Kammer des
Körpers
der Gießform
verbinden;
-
9 einen Schnitt ähnlich zu 6, jedoch mit der teilweisen
Darstellung des Schachts, des unteren Blocks und der Stufe der Bildung
des Endstücks
unseres direkten Kühlverfahrens,
wenn der untere Block zusammenarbeitend mit der Gießform an
deren unteren Endöffnung
zur Berührung
gebracht worden ist und dann durch eine Reihe von oberen Ebenen
im Schacht abgesenkt worden ist, wenn Metallschmelze durch die Gießform hindurch gegossen
wird und, während
die beiden Sätze
der Ströme
des flüssigen
Kühlmittels
auf die Enden des Gußstücks in der
Weise von 10 abgegeben
werden, nur ein Satz der Ströme
auf die Seiten des Gußstücks in der
Weise von 9 abgegeben
wird, um den anfänglichen
Längsteil
einer Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an dem Endstück
des Gußstücks auszubilden,
die sich in Hinblick auf ihre Kühlwirkung an
den jeweiligen Enden und Seiten des Gußstücks unterscheidet;
-
10 einen teilweise schematischen
Teilschnitt durch die Gießform
an derselben Stelle wie bei 9,
jedoch dann, wenn die Ventile geöffnet worden
sind, um flüssiges
Kühlmittel
auch an den Seitenabschnitten der unteren Kammer einzuführen sowie
dazu, daß zwei
Sätze von
Strömen
flüssigen Kühlmittels
jetzt auf die Seiten des Gußstücks abgegeben
werden, von denen Bereiche einander in der Schicht der Umgebungsatmosphäre, die
die Schicht des flüssigen
Kühlmittels
an den Seiten des Gußstücks umgibt,
kreuzen, weil die Ströme
von der unteren Kammer einen "Aufprall" oder Abprall von
den Seiten des Gußstücks erfahren,
und korollenförmige Massen
des Sprühnebels
aus von Luft getragenem flüssigen
Kühlmittel
bilden, die sich von den Seiten des Gußstücks auf Wegen quer zu den Wegen
der Ströme
der oberen Kammer nicht nur "pilzförmig ausbreiten", sondern auch so
nahe beieinander eine "Pilzform
bilden", daß die dazwischen
gebildeten "Wechselwirkungsfontänen", in die Wege der
Ströme der
oberen Kammer hochschießen
und durch die Ströme
der oberen Kammer mitgerissen werden und mit diesen auf die Oberflächen der
aufeinanderfolgenden zusätzlichen
Schichten des flüssigen
Kühlmittels
transportiert werden, die an den Seiten des Gußstücks ausgebildet sind, was jetzt
der Zustand des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
ist;
-
11 einen teilweise schematischen
Teilschnitt entlang der Linie 11 – 11 von 10;
-
12 einen weiteren teilweise
schematischen Teilschnitt entlang der Linie 12 – 12 von 10;
-
13 eine schematische Darstellung
der "Wechselwirkungsfontänen"-Wirkung, die von
Slayzak et al. beobachtet worden ist, wenn Paare von Strömen oder
Strahlen einer Flüssigkeit
so ausreichend nahe beieinander liegen, daß sie nicht nur korollenförmige Massen
des Sprühnebels
aus von Luft getragenem flüssigen
Kühlmittel
in der Umgebungsatmosphäre
oberhalb ihrer Aufprallpunkte auf einer Metalloberfläche erzeugen,
sondern sich zusätzlich
die Massen des Sprühnebels
zur Bildung der "Wechselwirkungsfontänen" des Sprühnebels dazwischen
vereinigen, die dazu neigen, sogar höher über die Oberfläche hochzuschießen als
die korollenförmigen
Massen allein, obwohl Slayzak et al. so genannte Schutzwände zwischen
den Strahlenpaaren verwendet haben, um die Wirkungen, die sie zu
beobachten wünschten,
zu steuern;
-
14 eine weitere schematische
Darstellung der Wirkung, wie sie bei der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, und bei Betrachtung unter rechten Winkeln zu den
jeweiligen Strömungspaaren des
flüssigen
Kühlmittels,
wenn sie auf die Seiten des Gußstücks bzw.
auf die aufeinanderfolgenden zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
auftreffen; und
-
15 eine noch weitere schematische
Darstellung der Wirkung, jedoch mit der Darstellung der Wirkung
in Perspektive, wenn die Strömungspaare auf
die Oberfläche
des Gußstücks und
die zusätzlichen
Längsteile
der Schicht des Kühlmittels
auftreffen.
-
Beste Art der
Durchführung
der Erfindung
-
Unter
Bezugnahme auf 1–8 ist ersichtlich, daß der Körper der
Gießform 2 ein
Paar aus einer ringförmigen
oberen Platte und einer ringförmigen
unteren Platte 4 bzw. 6, ein ringförmiges Gehäuse 8,
das zwischen den Platten zur Bildung des hauptsächlichen Gießbauteils
der Gießform
angeordnet ist, und einen segmentierten Graphitring 10 umfaßt, der
um den inneren Umfang des Gehäuses zur
Bildung der Gießoberfläche desselben
angeordnet ist. Die Platten, das Gehäuse und der Gießring sind
im Querschnitt quer zu der vertikalen Achse 12 der Gießform rechteckig,
und der offene Hohlraum 14, der innerhalb des Rings gebildet
ist, ist quer zur Achse der Gießform
im Querschnitt mit der Gießform übereinstimmend
in gleicher Weise gestaltet, die zur Bildung eines tafelförmiges Gußstücks geeignet
ist. Die einander gegenüberliegenden
Seitenwände 15 und
die einander gegenüberliegenden
Stirnwände 16 des
Rings sind verhältnismäßig konvex
und flach, um sich für
diese Funktion zu eignen, und auch die jeweiligen Seitenwände 17 und
Stirnwände 18 des
Gehäuses
sind verhältnismäßig konvex
und flach. Die letztgenannten Wände
sind an ihrer Oberseite auch mit einem Falz ausgebildet, um einen
Sitz 20 für
den Gießring
zu bilden. Der Ring 10 ist um den Umfang des Hohlraums
herum in einer in dem USP 4,947,925 dargestellten Weise eingesetzt,
und für
die in dem USP 4,598,763 beschriebenen Zwecke werden Öl und Gas
diesem zugeführt.
Die Versorgung ist bei 22 (6)
nur schematisch dargestellt, wie auch der Sitz des Rings, die Einzelheiten
beider Merkmale können
aus den vorstehend genannten Patenten entnommen werden.
-
An
seiner oberen Oberfläche 24 besitzt
das Gehäuse 8 eine
darin ausgebildete ringförmige
Aussparung 26, und die Aussparung besitzt eine an ihrem
Boden am inneren Umfang der Aussparung ausgebildete ringförmige Stufe 28.
An seiner unteren Oberfläche 30 besitzt
das Gehäuse
ein Paar teilweise ringförmige
Aussparungen 32 und 34, die in den gegenüberliegenden
Enden und Seiten ausgebildet sind, und jede Aussparung 32 oder 34 besitzt
ihrerseits eine ringförmige
Stufe 36, die in dem unteren Teil am inneren Umfang der
Aussparung ausgebildet ist. Unter Verwendung von Schrauben 37 sind
die ringförmigen
Platten 4 und 6 mit den jeweiligen Flächen 24 und 30 des
Gehäuses
verschraubt, um die jeweiligen Aussparungen abzudecken und um ein Paar
von verhältnismäßig übereinander
liegenden Kammern 38 und 40 in dem oberen Teil
und in dem unteren Teil des Gehäuses
auszubilden, deren obere Kammer 38 ringförmig ist
und deren untere Kammer 40 in teilweise ringförmige Abschnitte 42 und 44 an den
Enden bzw. den Seiten des Gehäuses
unterteilt ist. Des weiteren ist zur Unterstützung der Abdichtung der jeweiligen
Kammern jede Platte 4, 6 um ihren inneren und äußeren Umfang
herum mit einem Falz ausgebildet, um einen mittleren Steg oder Stege 46 zu
haben, die innerhalb der gegenüberliegenden Aussparung 26 oder
Aussparungen 32, 34 teleskopartig bewegt werden
kann bzw. können,
wenn die Platten am Gehäuse
angebracht werden. Des weiteren weist jede Platte ein Paar von sich
in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten 48, 50 um
den Steg oder die Stege herum auf, in denen elastomere O-Ringe 52 eingesetzt
sind, um die Verbindungen zwischen den jeweiligen Platten und dem
Gehäuse am
inneren und am äußeren Umfang
jedes Stegs abzudichten, wenn die Platten am Gehäuse angebracht werden. Die
obere Platte 4 ist an ihrer Öffnung ausreichend schmal,
um über
dem Graphitgießring 10 zu liegen
und eine schmale Lippe 54 an deren innerem Umfang oberhalb
des Rings zu bilden. Ein dritter elastomerer O-Ring 56 ist
in einer dritten Nut 58 um den Umfang der oberen Platte
herum an der Verbindung zwischen dieser und dem Gießring eingesetzt, und
die Merkmale einer Leckageablenkungsmethode wie derjenigen, die
in dem USP 4,597,432 beschrieben ist, sind in der oberen Platte
realisiert und schematisch bei 60 dargestellt, um die Verbindung
gegen das Eindringen einer Leckage aus der oberen Kammer zu schützen.
-
Die
untere Platte 6 ist an ihrer Öffnung ausreichend breit, so
daß der
innere Umfang der Platte gegenüber
den Wänden 17, 18 des
Gehäuses
radial nach außen
versetzt ist, um einen Ring 62 des Gehäuses an dessen unteren inneren
Umfangsecke freizulegen. Die obere Hälfte des Rings ist ihrerseits um
45° zur
Achse der Gießform
abgeschrägt,
und die untere Hälfte
ist unter 67,5° zur
Achse der Gießform und
zu einer größeren Tiefe
radial nach außen
abgeschrägt,
so daß der
Ring ein Paar axial und radial versetzte Flächen 64 und 66 aufweist.
Die Flächen ihrerseits
weisen zwei Reihen von beabstandeten Bohrungen 68 bzw. 70 auf,
die um die untere Endöffnung 72 des
Hohlraums in dem Ring zur Abgabe des primären und der sekundären Stroms
flüssigen
Kühlmittels
aus der Gießform,
wie erläutert
wird, angeordnet sind.
-
Unter
Bezugnahme auf die jeweiligen Kammern 38, 40 des
Gehäuses
ist ersichtlich, daß eine Umfangsnut 74 oder 75 aus
der inneren Umfangswand der Stufe 28 oder 36 in
jeder Kammer tief ausgespart und um ihre Mündung herum mit einem Falz ausgestattet
ist, um einen ringförmigen
Dichtungsring 76 aufzunehmen, dessen Durchmesser erheblich
größer ist
als derjenige der Ringe, die an den Verbindungen der Baugruppe verwendet
werden. Auch ist eine Reihe von beabstandeten Bohrungen 68 in die
Schulter 80 jeder Stufe gebohrt, um in die entsprechende
Nut 74 oder 75 derselben zu münden und eine eingeschränkte Strömung dorthin
von der entsprechenden Kammer aus als eine Form einer Prallplatte
für die
Kammer zu schaffen. Die jeweilige Reihe von Bohrungen 68 und 70 in
der unteren inneren Umfangsecke des Gehäuses wird dann in die Böden der
Nuten 74 und 75 von den abgeschrägten Flächen 64, 66 des
Rings 62 aus und unter rechten Winkeln hierzu gebohrt,
so daß die
Reihe von Bohrungen unter einem Winkel von 22,5° bzw. 45° zur Achse 12 der Gießform verläuft. Die
Bohrungen der jeweiligen Reihe von Bohrungen sind um den Umfang
der Gießform
herum versetzt, jedoch so, daß die
Bohrungen in einer Reihe der Bohrungen gegenüber den Bohrungen in der anderen
Reihe von Bohrungen in Umfangsrichtung versetzt sind und umgekehrt,
und jede erstreckt sich durch die Abstände des Raums zwischen den
Paaren von Bohrungen in der anderen Reihe von Bohrungen. Siehe 6 und 8 – 15.
-
Unter
besonderer Bezugnahme auf 1 – 5, 7 und 8 ist
ersichtlich, daß das
Gehäuse 8 der Gießform zwei
Sätze von
durchgehenden vertikalen Durchgängen 82 und 84 besitzt,
die in die obere und in die untere Kammer an Punkten in der Nähe der jeweiligen
Ecken des Gehäuses
münden.
Ein Satz von Durchgängen,
diejenigen, die bei 82 ersichtlich sind, verbindet die
Endabschnitte 42 der unteren Kammer 40 mit der
oberen Kammer 38 und umgekehrt an den gegenüberliegenden Enden
der Endabschnitte 42 quer zur Gießform. Der andere Satz von
Durchgängen,
diejenigen, die bei 84 ersichtlich sind, verbindet die
Seitenabschnitte 44 der unteren Kammer mit der oberen Kammer
und umgekehrt. Eine mit Gewinde ausgestattete Öffnung 86 ist unter
jedem Durchgang 82 und an jeder Ecke der Gießform in
deren unteren Platte 6 vorgesehen, um das mit Außengewinde
ausgestattete Ansatzstück
(nicht dargestellt) einer Quelle für unter Druck stehendes Wasser
aufzunehmen, um hiermit die Endabschnitte 42 der unteren
Kammer und die gesamte obere Kammer 38 mit unter Druck stehendem
flüssigen
Kühlmittel
zu versorgen. Wenn die Durchgänge 84 zwischen
der oberen Kammer und den Seitenabschnitten 44 der unteren
Kammer vorgesehen sind, kann das unter Druck stehende Kühlmittel
auch Zugang zu den Seitenabschnitten der unteren Kammer finden.
Diese Durchgänge 84 sind
jedoch als Ventile 88 ausgestaltet, so daß das unter
Druck stehende Kühlmittel
in der oberen Kammer zu den Seitenabschnitten der unteren Kammer selektiv,
das heißt,
falls gewünscht,
in einer EIN/AUS-Betriebsweise Zugang finden kann. Wie aus 8 ersichtlich ist, ist eine
Ventilschließeinrichtung 90 unter
jedem Durchgang 84 an der unteren Platte angebracht. Die
Einrichtung 90 ist betätigbar, um
die jeweiligen Durchgänge
für die
Strömung
zu öffnen
und zu schließen,
und umfaßt
ein zylindrisches Gehäuse 92 mit
einer darin ausgebildeten zylindrischen Kammer 94 auf einer
vertikalen Achse. Ein Kolben 96 ist in der Kammer verschiebbar
derart angebracht, daß er
in axialer Richtung nach oben und nach unten bewegt wird, und der
Kolben besitzt eine hochstehende Stange 98, deren Schaft
in den jeweiligen Seitenabschnitten 44 der unteren Kammer durch
einander gegenüberliegende
Bohrungen 101 und 102 im oberen Teil 103 des
Gehäuses
bzw. der benachbarten Ecke der unteren Platte verschiebbar eingesetzt
ist. Die Stange 98 weist ihrerseits eine Ventilschließscheibe 104 an
ihrem oberen Teil in dem entsprechenden Seitenabschnitt 44 der
unteren Kammer auf, und die Scheibe ist an ihrer oberen Seite 106 mit
einem Falz ausgestattet und angefast und mit einem elastomeren O-Ring 108 in
der Schulter 110 des Falzes ausgestattet, um die untere Öffnung 112 des
Durchgangs abzudichten und diese unter der Wirkung des Kolbens zu
schließen.
Der Kolben ist jedoch mit einer Schraubenfeder 114, die
um die Stange herum angeordnet ist, in der Kammer 94 des
Gehäuses
zwischen dem Kolben und dem oberen Teil 103 des Gehäuses ausgestattet.
Fluid wird der Unterseite des Kolbens über eine Öffnung (nicht dargestellt)
im Gehäuse
zugeführt,
und dann, wenn der Durchgang 84 geschlossen werden soll,
wird die Kammer 94 des Gehäuses mit dem Fluid unter Druck gesetzt,
um den Kolben gegen die Vorspannung der Feder 114 anzuheben,
bis die Scheibe 104 in der Öffnung 112 des Durchgangs
zur Schließung
derselben zur Berührung
kommt. Wenn der Durchgang geöffnet werden
soll, wird das Fluid freigegeben, damit sich der Kolben unter der
Vorspannung der Feder zurückziehen
kann und somit die Scheibe von der Öffnung des Durchgangs außer Berührung bringt.
Normalerweise wird das Fluid langsam freigegeben, um den Durchgang,
wie erläutert
wird, allmählich
zu öffnen.
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Zusätzliche
elastomere O-Ringe 116 sind um den Umfang des Kolbens herum
und und den Schaft der Stange 98 herum an jeder Bohrung 100, 102 in der
Platte 6 und im oberen Teil 103 des Gehäuses vorgesehen.
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Vorzugsweise
ist jeder Einlaß,
der oberhalb der Öffnungen 86 ausgebildet
ist, in einer Weise abgeschirmt und überwacht, die in der europäischen PCT-Patentanmeldung
Nr. 94900460.0, mit Priorität aus
der US-Anmeldung Serial Nr. 07/970,686, eingereicht am 4. November
1992, mit dem Titel ANNULAR METAL CASTING UNIT, und jetzt US-A-5,323,841
dargestellt ist.
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Wie
aus 1 und 6 – 10 ersichtlich
ist, ist die obere Platte 4 an ihrem äußeren Umfang ausreichend breit,
um einen Flansch 118 um den Körper der Gießform herum
zu schaffen, und ist, wenn die Gießform in Benutzung genommen
wird, in einer Öffnung
(nicht dargestellt) in einem Gießtisch eingesetzt und auf dem
Tisch abgestützt,
wobei ihr Flansch 118 dazu verwendet wird, die Gießform in
der Öffnung abzustützen. Der
Tisch ist seinerseits oberhalb eines Gießschachts 120 (9) abgestützt, der
mit einem unteren Block 122 ausgestattet ist, der entlang
der Achse 12 ( 1)
der Gießform
hin und her bewegbar ist und anfänglich
zusammenarbeitend teleskopartig mit der unteren Endöffnung 72 der
Gießform
im Eingriff steht. Mit Beginn des Gießvorgangs und wenn Metallschmelze
durch die Gießform
hindurch in deren Hohlraum 14 gegossen wird, wird der untere Block 122 durch
eine Aufeinanderfolge von aufeinanderfolgend niedrigeren Ebenen
im Schacht mit Bezug auf die Achse nach unten bewegt. Unter Bezugnahme
auf 9 – 15 ist ersichtlich, daß zuerst
der Gießschritt
und die zugehörige
Bewegung des unteren Blocks stattfinden, um einen anfänglichen
Längsabschnitt 124 des
zu gießenden
Körpers
des Gußstücks, der
allgemein als "Endstück" des Gußstücks bezeichnet
wird, zu bilden. Hierbei wird jedoch der untere Block durch eine
obere Reihe 126 von Ebenen im Schacht, vielleicht um insgesamt
6 – 12
Zoll, abgesenkt. Danach wird, wenn der Gießschritt fortgesetzt wird und
die nach unten gerichtete Bewegung des unteren Blocks fortgesetzt
wird, der Körper
des Gußstücks mit
den zusätzlichen
Längsabschnitten 128 (10) verlängert, wenn der untere Block durch
eine jeweilige untere Reihe (nicht dargestellt) von Ebenen im Schacht
hindurch unter die obere Reihe 126 abgesenkt wird. Dies
wird allgemein als die Stufe des kontinuierlichen Gießens des
Gießvorgangs
bezeichnet. Während
dieser Zeit wird während der
beiden Stufen die äußere Umfangsfläche 130 des Körpers des
Gußstücks fortschreitend
der Umgebungsatmosphäre
des Schachts unterhalb der Gießform
ausgesetzt, wenn die jeweiligen Längsabschnitte 124 und 128 des
Körpers
des Gußstücks aus
der Gießform
durch die jeweilige obere Reihe 126 der Ebenen im Schacht
abgezogen werden. Des weiteren wird zum direkten Kühlen der
jeweiligen Längsabschnitte
des Körpers
des Gußstücks, wenn
diese aus der Gießform
abgezogen werden, flüssiges
Kühlmittel 132 auf die
Oberfläche
jedes Abschnitts abgegeben, wenn dieser aus der Gießform austritt.
Dies ist weiter oben erörtert
worden, und, wie dort angegeben, ist dies der Punkt, bei dem die
Erfindung ins Spiel kommt.
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Unter
Bezugnahme auf 9 ist
ersichtlich, daß während der
Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
die obere Kammer 38 der Gießform – und obwohl nicht dargestellt
ebenso die Endabschnitte 42 der unteren Kammer – mit unter
Druck stehendem flüssigen
Kühlmittel 132 beschickt
werden. Das Kühlmittel
wird auf die Seiten und die Enden des austretenden Gußstücks, und
zwar nur durch die 22,5° Bohrungen 68 in
der Gießform
an die Seiten des Gußstücks und
durch sowohl die 22,5° Bohrungen 68 als
auch durch die 45° Bohrungen 70 an
die Enden des Gußstücks, abgegeben.
Die Abgabe an die Seiten ist in 7 ersichtlich,
und die Abgabe an die Enden ist in 10 ersichtlich.
Bei momentaner Außerachtlassung
der Enden und bei Bezugnahme zunächst
auf 9 ist ersichtlich,
daß die Abgabe
an die Seiten einen anfänglichen
Längsteil 134 einer
Schicht des flüssigen
Kühlmittels
bildet, die an der Oberfläche 130 der
Seiten gebildet wird, wenn der untere Block 122 durch die
obere Reihe 124 von Ebenen im Schacht abgesenkt wird. Der
anfängliche Längsteil 134 entsteht
in einer horizontalen Ebene des Schachts, allgemein ersichtlich
bei 133, wo die Ströme 136 des
Kühlmittels
aus den Bohrungen 68 auf die Oberfläche 130 der Seiten
des Gußstücks auftreffen.
Wie zuvor erläutert
und wie im Stand der Technik wohl bekannt ist, entsteht in Ebenen
unmittelbar unterhalb der Ebene des Aufpralls 133 ein schmales
Umfangsband 135 der Turbulenz in dem Bereich 134 des
flüssigen
Kühlmittels,
und hierauf folgt ein etwas breiterer laminarer Strömungsbereich 137 vertikal
nach unten. Danach nimmt das Kühlmittel
wiederum eine turbulente Strömung
an, wenn es unter Schwerkraft nach unten entlang der Länge des neu
ausgetretenen Abschnitts 124 des Gußstücks weiter strömt. Und
in der Zwischenzeit ist an der Oberfläche 130 der laminare
Strömungsbereich
dünn und
einem Filmsieden unterworfen, Eigenschaften, die für die Stufe
der Bildung des Endstücks
erwünscht
sind, um die "Kräuselung
des Endstücks" zu minimieren, die
jedoch nicht für
die Stufe des kontinuierlichen Gießens des Gießvorgangs
erwünscht
sind, wenn der maximale Kühlwirkungsgrad
erwünscht
ist.
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Der
Kühlwirkungsgrad
wird im allgemeinen mit einer turbulenten Strömung und umgekehrt gleichgesetzt,
weil die Weber-Zahl umso größer ist, je
turbulenter die Strömung
ist. Wenn die Stufe der Bildung des Endstücks abgeschlossen wäre und die Stufe
des kontinuierlichen Gießens
des Gießvorgangs
mit ausschließlich
den Strömen 136 als
Mittel zum Kühlen
der nachfolgenden zusätzlichen
Längsabschnitte 128 des
Körpers
des Gußstücks begonnen
wäre, hätte jeder
aufeinanderfolgende zusätzliche
Längsteil 138 der
Schicht des flüssigen
Kühlmittels,
der daran gebildet wird, ein schmales Turbulenzband unterhalb der
Aufprallebene 133, jedoch hätte das Band nur eine begrenzte
Fähigkeit,
Wärme von dem
Körper
des Gußstücks abzuführen, bevor
diese Aufgabe durch den Bereich der laminaren Strömung übernommen
wird. Es entbehrt jedoch nicht einer gewissen Ironie, daß die Ebenen
des Schachts, die mit den Bereichen 135 und 137 zusammenfallen,
der beste Zeitpunkt sind, Wärme
von dem Körper
des Gußstücks abzuführen, weil
es außerhalb
der Gießform
am heißesten
ist. Jedoch hatte es, wie erläutert worden
ist, keinen bekannten Weg gegeben, hieraus Nutzen zu ziehen. Die
Geschwindigkeit der Abgabe des Kühlmittels
kann vergrößert werden,
wenn die Stufe des kontinuierlichen Gießens beginnt, jedoch hat dies
eine sehr begrenzte Wirkung, und leistet keinen Beitrag zur Verbesserung
der Wärmeabführungsgeschwindigkeit
je Volumeneinheit an den jeweiligen Bereichen der Schicht des flüssigen Kühlmittels
in den Bereichen 135, 137. Jedoch erfährt der Körper des
Gußstücks je Zoll
(25,4 mm) des Absinkens unter seinen Gießspiegel einen Temperaturabfall
von etwa 800°F
(425°C),
und die Möglichkeit
zur Abführung
von Wärme
zum optimalen Zeitpunkt geht schnell verloren.
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Die
Erfindung ändert
dies, indem ein Mittel und eine Technik zur Erhöhung der Wärmeabführungsgeschwindigkeit je Volumeneinheit
der aufeinanderfolgenden zusätzlichen
Teile 138 (10)
der Schicht des flüssigen
Kühlmittels
vorgesehen wird, die an der Oberfläche 130 während des
Durchtritts des Körpers
des Gußstücks durch
die Bereiche 135, 137 in der Stufe des kontinuierlichen
Gießens
des Gießvorgangs
gebildet wird. Kurz gesagt ist das Band 135 verbreitert,
und zwar nach unten und nach oben bezogen auf die Achse der Gießform, und
tatsächlich
nach unten in einem Ausmaß erweitert,
daß der
laminare Strömungsbereich 137 insgesamt
eliminiert ist. Die Wirkung wurde tatsächlich während der Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks erzielt,
jedoch nur an den Enden des Gußstücks, wo das
flüssige
Kühlmittel
auch von den 45° Bohrungen 70 abgegeben
worden ist, um auf die Enden des Gußstücks aufzutreffen. Dies wurde
wegen der Eigenschaft des Phänomens
des Kräuseln
des Endstücks
quer zu der breiteren Abmessung des Gußstücks gegenüber der schmaleren Abmessung
desselben erreicht. Jedoch wird, insofern wie die Wirkung in Längsrichtung
des Gußstücks für die Darstellung
in 9 – 15 ausgewählt worden ist, die nachfolgende
Beschreibung auf dies allein gerichtet, obwohl die gleiche Wirkung
an den Enden des Gußstücks während der
Stufe des Gießvorgangs
zur Bildung des Endstücks
erzielt worden ist.
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In
der Nähe
der Stufe zur Bildung des Endstücks
werden die Durchgänge 84 unter
Verwendung der Einrichtungen 90 geöffnet, und das flüssige Kühlmittel 132 wird
in die Seitenabschnitte 44 der unteren Kammer freigegeben,
um die Abgabe durch die 45° Bohrungen 70 in
den Seitenabschnitten des Rings 62 zu beginnen. Wenn sich
die zusätzliche
Abgabe aufbaut und wenn die Ströme 142 des
Kühlmittels,
die durch die 45° Bohrungen 70 austreten,
auf die Seiten jedes aufeinanderfolgenden zusätzlichen Längsabschnitts 128 des
Gußstücks in der
Weise von 9 – 15 auftreffen, prallen wesentliche
Teile der jeweiligen 45°-Ströme 142 von
den Oberflächen 130 der zusätzlichen
Längsabschnitte 128 an
den jeweiligen Aufprallpunkten 144 der Ströme 142 ab.
Wenn Bereiche von Luft getragen werden, breiten sie sich pilzförmig in
korollenförmigen
Massen des Sprühnebels 146 aus
flüssigem
Kühlmittel
aus, die sich zwischen den 22,5°-Strömen 136 des
flüssigen
Kühlmittels quer
zu der Schicht der Umgebungsatmosphäre kreuzen, die den zusätzlichen
Längsteil 138 der Schicht
aus flüssigem
Kühlmittel,
die sich gegenwärtig
an dem Gußstück befindet,
umgibt. In dieser Schicht der Umgebungsatmosphäre werden die Massen des Sprühnebels 146 ihrerseits
durch die Ströme 136 aus
flüssigem
Kühlmittel
mitgerissen, und das flüssige
Kühlmittel
in den Strömen 136 wird seinerseits
mit Luft und Flüssigkeit
des Sprühnebels durchsetzt,
wenn sich die Ströme
in Richtung zu der Oberfläche
des Bereichs 138 bewegen und auf dieser auftreffen. Zusätzlich dazu,
daß die
Oberfläche jedes
Teils 138 mit zusätzlichem
Fluid umgeben wird und die Oberfläche mit der Kraft seines Aufpralls
in Bewegung versetzt wird, dringen die Ströme 136 in die Teile 138 auch
mit einem erheblichen Volumen an Luft ein, wenn sie in diesen Turbulenz
erzeugen.
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Um
den Schock des zusätzlichen
Kühlmittels zu
minimieren, werden die Durchgänge 84 jedoch
im allgemeinen langsam geöffnet,
um das zusätzliche Kühlmittel
allmählich
in die Seitenabschnitte 44 der unteren Kammer freizusetzen.
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Unter
der Voraussetzung eines ausreichend engen Abstands zwischen den
Paaren der Ströme
in den jeweiligen Sätzen
der Ströme 136 und 142 in Umfangsrichtung
der Gießform
kann erwartet werden, daß die
korollenförmigen
Massen des Sprühnebels 146 aus
flüssigem
Kühlmittel,
die von den Aufprallpunkten der Paare der jeweiligen benachbarten 45°-Ströme 142 des
Kühlmittels
aufsteigen, so genannte "Wechselwirkungsfontänen" 148 des Sprühnebels
bilden, die direkt in die Wege der 22,5°-Ströme 136 des Kühlmittels
hochschießen.
Dies Phänomen
ist in 13 dargestellt
und wurde aus dem zuvor erwähnten
Artikel von Slayzak et al., jedoch mit geringen Änderungen der Legende, übernommen. Gemäß Darstellung
in der Figur und in Hinblick auf die Isolierung des Phänomens für die Zwecke
ihrer Beobachtungen haben Slayzak et al. Paare von Schutzwänden 150 zwischen
den jeweiligen Paaren "freier
Strahlen" oder Ströme 152 angeordnet.
Sie haben dann beobachtet, daß dann,
wenn die Strahlen oder Ströme
ausreichend nahe beieinander liegen, die korollenförmigen Massen
des Sprühnebels 146,
die von den Aufprallpunkten 144 der Ströme aus aufsteigen, sich tatsächlich miteinander
in dem Abstandsraum zwischen den Strömen vereinigen und hierbei
in die Umgebungsatmosphäre
oberhalb der Fläche 130 des
Aufpralls in einem solchen Ausmaß hochschießen, daß "Fontänen" 148 des
Sprühnebels in
den Abständen
gut oberhalb der Kränze 146 selbst gebildet
werden. Wir haben unsererseits beobachtet, daß die Fontänen 148 des Sprühnebels,
wenn sie in die Schichten 138 des flüssigen Kühlmittels durch die 22,5°-Ströme 136 des
flüssigen
Kühlmittels
gemäß unserem
Verfahren und unserer Vorrichtung eingefangen und bewegt werden,
in die 22,5°-Ströme 136 des
Kühlmittels
mit erheblichen Volumina des von Luft mitgerissenen Kühlmittels
oder der von Kühlmittel
mitgerissenen Luft eindringen und die Ströme ihrerseits in die Schichten
mit dem gleichen von Luft mitgerissen Kühlmittel oder der von Kühlmittel
mitgerissen Luft eindringen, was seinerseits eine drastische Erhöhung der
Wärmeabführungsgeschwindigkeit
der jeweiligen Schichten je Volumeneinheit bewirkt.
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Wir
haben auch beobachtet, daß es
durch Verwendung separat gesteuerter Durchgänge (nicht dargestellt, die
mit Ventilen ausgestattet sind, an den Zentren der Endabschnitte 42 der
unteren Kammer in der Gießform
gleich den in 8 dargestellten
und anstelle der bei 82 dargestellten Durchgänge möglich ist,
Kühlmittel
an den Enden des Gußstücks sowie
an den Seiten desselben selektiv zur Einwirkung zu bringen. In einem
solchen Fall sollten die Durchgänge 82 jedoch
gegenüber
den Endabschnitten 42 der unteren Kammer abgeschirmt sein,
um nur die obere Kammer 38 zu versorgen.