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Gußforgn zur Herstellung von Metallsträngen mit glatter zusammenhängender
Oberfläche Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gußform zum Stranggießen
von Metallen.
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Es ist bekannt, daß beim Gießen von Metallgußsträngen Schwierigkeiten
dadurch entstehen, daß einerseits der Gußstrang aus der formgebenden Kokille nicht
oder nur schwer herausgezogen werden kann und anderseits, claß der derart hergestellte
Gußstrang keine glatte Oberfläche besitzt, sondern auf der Oberfläche mit Rissen
u. dgl. aus der Kokille kommt.
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Es wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, da ß diese Schwierigkeiten
durch die besondere Werkstoffwahl der mit dem Metall in Berührung kommenden Oberfläche
der Gußform beseitigt werden können. Gemäß der Erfindung wird als Werkstoff für
die Oberfläche der Gußform, die mit dem Metall in Berührung kommt, Graphit verwendet,
das durch chemischen Niederschlag gebildet und unter sehr hohem Druck mit kolloidaler
Kohle als Bindemittel derart verpreßt wurde, daß die Porosität höchstens 2o°/, und
die Korngröße sowie die Porengröße höchstens so Mikron beträgt. _ Es ist zwar bereits
bekannt, die Gießform aus Graphit herzustellen. Bei dieser bekannten Kokille ist
kein Graphit von den oben bezeichneten Eigenschaften verwendet worden. Es ist nun
aber für den Erfolg wesentlich, daß ein äußerst dichtes Graphit von bestimmter
Höchstporosität
und Höchstporengröl3e verwendet wird, da sonst die erstrebte Wirkung ausbleibt.
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen v erschiedene Ausführungsformen
der Vorrichtung, in denen der Grundsatz der Erfindung" verkörpert ist.
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Fig. i ist ein senkrechter Schnitt einer ersten Ausführung der Vorrichtung
zur Durchführung der Erfindung; Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch die in
Fig. i gezeigte -Alatrize, F ig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine zusammengesetzte
:Matrize, und Fig. 4. einen Schnitt durch eine etwas abgeänderte Matrize.
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In den Zeichnungen ist ein Ofen 1o dargestellt, der auf einer Plättform
1? montiert ist, die durch Balken o_ler Träger 1.;. gestützt ist. Auf feuerfesten
Blöcken 16 ist ein Behälter 18 angebracht, der das geschmolzene Metall 2o enthält.
Der Ofen 1o wird durch irgendwelche geeigneten Mittel, die nicht dargestellt sind,
beheizt, z. B. durch Öl- oder Gasbrenner oder eine elektrische Heizeinrichtung.
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Durch den Boden des Behälters r8 nach unten hindurch und darin eingepaßt,
erstreckt :ich die Gußform oder Matrize 22, die mit einem Kanal oder Durchgang 2.1
versehen und von einem Kühlmantel 26 umgeben ist, der in geeigneter Weise
mit dem Einlaß 28, dein Überlaufrohr 30 und mit Auslaßrohr 3 2 für eine Kühlflüssigkeit
verbunden ist. Eine Platte 3.1 begrenzt den Raum 36 unmittelbar unter der Gießform
22, und der Gaseinlaß 38 rührt in den Raum 36. Weiter tiefer sind Walzen .lo vorgesehen,
um das erhärtete Metall aus der Gießform zu entfernen.
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Wie bereits erwähnt, bestellt dabei die Gießform aus Graphit höchster
Dichte, welches durch chemischen Niederschlag gebildet und unter sehr hohem Druck
mit kolloidaler Kohle als Bindemittel derart verpreßt wurde, daß die Porosität höchstens
2o°% und die Korngröße sowie die Porengröße höchstens .4o Mikron beträgt.
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Wein ein Material verwendet wird, das den bereits geschilderten Anforderungen
entspricht, so kann der Bau der Matrize oder Gießform an sich große Verschiedenheiten
aufweisen, und einige der möglichen Bauarten sind in den Zeichnungen dargestellt.
In Fig. i und 2 ist eine verhältnismäßig einfache Bauart der Gußform dargestellt,
die aus einer ATatrize 22 besteht, welche finit einem Kragen -2 versehen ist. der
in den Boden des Behälters 18 eingelassen ist. Der Kanal 2.1. der .Matrize ist etwas
konisch nach unten erweitert, um die Entfernung des erhärteten Metalls aus der Form
möglichst leicht zu gestalten. Die Gießform ist vom 1-lantel 26 umgeben, der für
den Umlauf von Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit vom Einlaß 28 zum Auslaß
32 über den Überlauf 3o eingerichtet ist.
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Da es im wesentlichen nur auf die Fläche der Form ankommt, mit der
das Metall in der Erstarrungszon.e in Berührung kommt, ist es nur nötig, Material,
das die ob, -n dargelegten besonderen Eigenschaften hat, für das Futter der Gießform
zu verwenden. Das ergibt die Möglichkeit, den Rest der Gießform aus anderein Material
herzustellen und erlaubt dadurch eine wesentliche Kostenersparnis. Zusammengesetzte
Matrizen können so ausgebildet sein, wie in Fig. 3 und 4. gezeigt.
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In Fig.3 ist eine Gußform gezeigt, in der nur das Futter d. aus dem
Material besteht. mit dein sich die Erfindung befaßt, während der Hauptträger 4.6
der Gußform zum Beispiel aus. gewöhnlichem dichtem Graphit bestehen kann. Das Futter
44 ist dem Teil :46 des Körpers durch Gewinde 5o gesichert. Zwischen dem Boden des
Behälters 48 und dein hopf des Kühlmantels 56 ist ein Glimnierstutzen 5:2 angebracht,
der von einer Heizschlange 54 umgeben ist, die von einer Isolierung 58 eingeschlossen
ist, wodurch es möglich wird, das Metall wesentlich zu überhitzen, kurz bevor es
abgekühlt wird, was sich bei gewissen Arbeitsvorgängen als vorteilhaft erweist.
Die in Fig. q. dargestellte zusammengesetzte Matrize ist ähnlich der in Fig.3 gezeigten,
jedoch sind die Heizschlange und die Isolierung fortgelassen.
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Beim Betriebe wird der Boden der Matrize oder Gußform mit einem geeigneten
Pfropfen verschlossen, bev or das Metall in den Behälter r8 eingeführt wird. Die
Verschlußvorrichtung kann zweckmäßig aus einer Stange von gleichem Durchmesser wie
das gewünschte Gußstück bestehen und ragt vorzugsweise durch die Walzen 4o hindurch,
wodurch das Herausziehen der Stange bei Beginn des Gießvorganges erleichtert wird.
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Das zu gießende Metall, wie Kupfer oder eine Kupferlegierung, wird
dann in den Behälter 1S eingeführt und darin in dem geeigneten flüssigen Zustande
gehalten. Eine Kühlflüssigkeit, etwa Wasser. wird durch den die Matrize umgebenden
Mantel im Umlauf gebracht, um das Metall in der Gießform zum Erstarren zu bringen.
Das zuerst in dieGießform eintretende Metall wird sich mit der Verschlußstange verschweißen,
und zu geeigneter Zeit wird eine Längsbetvegung auf diese Stange übertragen, wodurch
.das Gußstück aus der Gußform herausgezogen wird. In dein Maße wie das Gußstück
entfernt wird, erstarrt eine weitere Metallmenge darüber und liefert so ein Gußstück
von ununterbrochener Länge. Nicht oxydierendes Gas, z. B. Leuchtgas,
wird
vorzugsweise in .den Raum 36 °durch den Einlaß 38 eingeführt, um die Oxydation des
Gießsatzes zu vermeiden, die sonst in einzelnen Fällen bei der verwendeten Temperatur
beträchtlich sein würde.
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Die folgenden besonderen Beispiele von tatsächlichen Arbeitsvorgängen
sollen -dazu .dienen zu zeigen, wie die Erfindung in Praxis angewendet werden
kann. Beispiel i Es wurde eine Matrize aus sehr dichtem Graphit von der vorher beschriebenen
Art verwendet. Der Gießsatz hat die in' Fig.3 dargestellte Art mit einer Nickel-Chrom-Schlange,
die die Matrize zwischen dem Behälter und dem Wassermantel umgibt. Der hauptsächliche
Teil des Matrizenkörpers besteht aus gewöhnlichem dichtem Graphit. Die ganze Länge
der Matrize beträgt -19o,5 mm, wobei sich die eigentliche Matrize aus einem Material,
das die oben -aufgezählten wesentlichen Eigenschaften besitzt, etwa 132,1 mm, nach
unten von dem oberen Teil der Matrize gerechnet, erstreckt. Der obere Teil des Wassermantels
war 95,25 mm vom oberen Teil -der Matrize, die einen Durchmesser von 38,1 mm hatte,
entfernt.
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Bei Beginn des Gießens hatte das Kupfer eine Temperatur von i171°
C und wurde mit einer Geschwindigkeit von 3556 mm in der Minute abgezogen. Danach
wurde die Temperatur des Kupfers auf ungefähr iigi° C erhöht und die Geschwindigkeit
des Abzuges auf ungefähr 76,2 mm je Minute gesteigert; diese Bedingungen wurden
bis zum Ende des Gießvorganges beibehalten. Das hergestellte Metall wurde als .durchaus
gesund befunden, zeigte eine ausgezeichnete Oberfläche und bestand aus Kristallen
mit ausgeprägten Winkeln, die in einem Winkel von ungefähr 45° angeordnet waren.
Beispiel 2 Bei Verwendung einer Konstruktion, wie in Fig.4 gezeigt, mit :einer Matrize
von 25,4 mm Durchmesser, die im Verhältnis von 6,35 mm auf 304,8 mm konisch erweitert
war, wurde geschmolzenes Kupfer bei 1i63° C mit einer Geschwindigkeit von ungefähr
50,8 mm je Minute abgezogen, die stufenweise auf 1o9,22 mm je Minute erhöht
und bis zum Ende des Gießvorganges beibehalten wurde. Die Temperatur der ununterbrochen
gegossenen Stange, die von ausgezeichneter Oberflächenbeschaffenheit und durchaus
gesund war, war ungefähr 982° C bei ihrem Austritt aus der Matrize. Eine Untersuchung
des Gußstückes zeigte, daß, falls die Geschwindigkeit des Abzuges weniger als 76,2
mm in der Minute betrug, die Kristalle ausgeprägte Winkel zeigten, daß aber, wenn
die Geschwindigkeit des Abzuges diese Zahl überschritt, die Kristallstruktur strahlenförmig
war. Beispiel 3 Bei Verwendung einer Gießform der in Fig.-4 gezeigten Art, bei der
ioi,6 mm des Matrizeneinsatzes von dem Kühlmantel umgeben waren, wurde Phosphorkupfer
mit ungefähr 1,25 kg Phosphor auf iooo kg bei einer Temperatur von i2io° C mit einer
Abzugsgeschwindigkeit von 76,2 mm in der Minute gegossen, wobei die Temperatur der
aus der Form herauskommenden Stange ungefähr 852° C betrug. Die Abzugsgeschwindigkeit
wurde auf eine solche von 152,4 mm in der Minute durch Verwendung einer Temperatur
des Metalles von 1127° C gesteigert, wobei das austretende Gußstück eine Temperatur
von 91o° C zeigte. Das so ununterbrochen hergestellte Gußstück war durch und durch
gesund und zeigte eine vollständig radiale Kristallstruktur.
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Man wird also verstehen"daß bei Verwendung einer Matrize, die die
oben beschriebenen -charakteristischen Eigenschaften hat, Verfahren zum ununterbrochenen
Gießen auf dem Prinzip der Abteilung von Hitze durch die Wände der Gußform oder
Matrize erfolgreich ausgeübt werden können. Es soll auch .erwähnt werden, daß neben
der Herstellung der Matrize (wenigstens des Teiles, der mit dem Metall in Berührung
kommt) aus einem Material, das den dargelegten Normen entspricht, es auch erwünscht
ist, ihr eine leichte konische Erweiterung nach dem Ausgangsende zu für Abmessungen
von weniger als 5o,8 mm Durchmesser zu geben, um den Abzug der Gußstücke zu erleichtern.
Beim Guß größerer Abmessungen, z. B. von Bolzen von 76,2 mm oder mehr Durchmesser,
kann auf die konische Erweiterung leicht verzichtet werden, da die Kontraktion des
Kupfers beim Erstarren ausreicht, um einen angemessenen Abzug zu gewährleisten.
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Obwohl es noch.nicht ganz klar ist, warum das Material der Matrize
oder Gießform die charakteristischen Eigenschaften haben muß, die als so wesentlich
erkannt wurden, ist es sicher möglich, daß die Herstellung radialer oder winkliger
Kristalle, wie sie bei Entziehung der Hitze durch .die Wände gebildet werden, Bedingungen
schaffen, welche im Falle einer Längskristallisation nicht bestehen. Was auch immer
die Erklärung sein möge, es ist klar durch die Erfindung bewiesen worden, daß die
Verwendung einer polierten Matrize, .die aus ° Material der dargelegten Art besteht,
den ununterbrochenen
Guß va- Kupfer und anderen #,:ichteisenmetallen
und Legierungen mit solchen Verfahren erlaubt, in denen der größte Teil der Hitze
durch die Wand der :Matrize entzogen wird.