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Verfahren zum Gießen von Metallsträngen aus Legierungen oder Gemischen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Metallsträngen aus Legierungen
oder Gemischen. Beim Gießen von Blöcken oder Strängen aus Legierungen oder Gemischen
ist es eine bekannte und gefürchtete Erscheinung, daß die Komponenten j e nach Eigenschaft,
Schmelzpunkt, spezifischem Ge.-wicht sich vor der Erstarrung wieder trennen bzw.
wie z. B. bei Legierungen aus -Aluminium und Blei überhaupt nicht in einem dauernden
Zustande gleichmäßiger Vermischung bis zur Erstarrung -gehalten werden können. Das
Entmischen kann im Ofen, aber auch in der Kokille oder in beiden teilweise vor sich
gehen. Ziel der Erfindung ist, diesen Übelstand beim Gießen von Metallsträngen aus
Legierungen oder Gemischen, den schwierigeren wie den einfacheren, zu beseitigen.
Erreicht wird dieses Ziel in der Weise, daß bei Zuführung der Einzelbestandteile
über getrennte Leitungen gemäß der Erfindung die Metalle und die aus Gasen oder
anderen Stoffen bestehenden 1lischungsbestandteile unmittelbar dem flüssigen Gießkopf
in einer Stranggießforni zugegeben und dort in gemischtem Zustand einer raschen
Abkühlung unterworfen werden. Wesentliche Erkenntnis hierbei ist einmal, daß die
itfischung nicht bei großen Schmelzmassen, sondern bei möglichst, kleinen., im Zustande
kräftiger, wirbeliger Strömungsbewegung befindlichen Schmelzmengen durchzuführen,
und dann, daß diese kleinen Mengen als Ganzes zur Erstarrung zu bringen seien. Der
Erfolg dieser erfindungsgemäßen Führung des Gießprozesses ist ein an allen Stellen
des gesamten endlosen Gußstranges gleichmäßiger Guß. Die Zubereitung kleiner Mengen
von Legierungen in dem als Folgegeeigneter Kühlung sich ausbildenden kleinen Gußkopf
steht der gewerblichen Großausnutzung, d. h. der Herstellung von im Endergebnis
großen. \ifengen gegossener Stränge, nicht im Wege, da die Einwirkung ja in einem
ständig fortlaufenden Stranggießverfahren vor sich geht.
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Zur Herstellung von Legierungen für Lettern, Lagermetalle hat man
vorgeschlagen, die Bestandteile Silber, Antimon, Blei einzeln zu schmelzen, über
getrennte Leitungen einem Sammelbehälter zuzuführen, aus dem das Gemisch auf eine
endlose Fortbewegungsvorrichtung ausläuft, erkaltet, in kleine Stücke zerhackt,
gereinigt und nun dem Schmelztiegel zugeführt wird. Die Anfertigung dieser Vorlegierung
erfolgt zu dein Zweck, bereit bei dem Schmelzgut für das Fertiggießen eine möglichst
gleichmäßige Verteilung der festen Einzelbestandteile in der i\lasse zu haben. Hiervon
unterscheidet sich die 1_i-fitidting dadurch,
daß die Mischung unmittelbar
nach ihrer Bildung im flüssigen Gießkopf in der dem Strang die endgültige Form gebenden
Gußforrn zur sofortigen Erstarrung gebracht wird. Hei der bekannten Anordnung erfolgt
die Vermischung nicht im Gießkopf, sofern man von einem solchen überhaupt sprechen
kann, sondern in dein Sammel- und Zwischenbehälter. Die Bestandteile trennen sich
daher zum Teil wieder, ehe. sie auf die Fortlr w?gungsrichtung auslaufen.
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Man hat ferner vorgeschlagen, in freiem Strahl Stahl und Titan in
eine Gießpfanne einströmen zu lassen, derart, daß sich beule Strahle treffen, vermischen
und als Ganzes weiterlaufen. 'Nicht ausgeschaltet ist bei die-. sein `'erfahren
der 'Nachteil, claß sich in der Pfanne beide I-Zomponenten wieder trennen. Gleiches
gilt für ein bekanntes Schmelzverfahren, bei dein die, aus verschiedenen Wen zusammenströmenden
Metallmengen vor dem-Abstich in einem Sammelofen gemischt und nachlegiert werden.
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Mit Vorteil werden nach Einem zusätzlichen Erfindungsmerkmal die Einzelbestandteile
einem oder mehreren innerhalb des flüssigen Gießkopfes liegenden Auffangbehältern,
z. B. Bechern, zugeführt, je nach der Eigenart des Einzelbestandteiles, des'llischungsverhältnisses
und des herzustellenden Gusses. Zur Fördcrung der raschen Abkühlung des Stranges
kann der flüssige Gießkopf im Innern z. B. durch in ihm geführte Kühlrohre gekühlt
werden. Durch verschiedenartige örtliche Kühlung des flüssigen Gießkopfes können
voraus-Lestiminbare verschiedenartige Mischungsrr111l Strukturverhältnisse in ein
und deme@hen Gußblock erzielt und in die Erstarrung ühergeführt werden. Das Verfahren
gemäß. der Erfindung .erlaubt somit nicht allein die Herstellung durchweg - homogener,
sondern auch gewollt inhoniogener Güsse. Die Be->tarldtc@ile werden vor dem Legieren
oder \liichen einzeln in Behältern in dem Zustande sehalten. wie es für ihre Eigenart
und die des ;ewünschten Gusses am zweckmäßigsten ist. Erfolgt die Förderung des
Gießgutes aus den `?inzclbehältern durch Druck, so wird man bei ;leiclicrn Druck
die Zuleitungsquerschnitte ,ritsprt-cliericl dein beabsichtigten Mischungs--erhältnis
wählen. Bei gleichen Zuleitungsluerschnitten hingegen müssen sich dieDrücke n den
Einzelbehältern wie die Anteile der rlischungsbestandteile verhalten, zu welchem
'_@@-tck den Hinzelbehä ltern eigene Druckquelen zugeordnet oder die erforderlichen
Einzellrü cke durch Di-osse#lung des Druckes einer inzigtn 1)rucl:cluelle hergestellt
werden könien. Nach dem `'erfahren gemäß der Erfinlunr kann auch ein Gußstrang hergestellt
@ercltn, der feste Körper als @Ii@chungsbestandteile enthält und durch diese armiert
wird. Diese festen Körper z. B. in Gestalt von Bändern, Stäben, Drahtgeweben, Gittern
usw. werden fortlaufend in den flüssigen Gieflkopf eingeführt und besitzen einen
höheren Schmelzpunkt als die Schmelze im Gießkopf. Dein flüssigen Gießkopf können
auch solche Stoffe zugeführt werden, die mit der Schmelze keine chemische Verbindung
eingehen oder sich legieren, wie z. B. hochschmelzende Faserstoffe oder Metalle,
oder pulverigem oder körnigem Graphit. Die Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung geschieht zweckmäßig unter Luftabschluß bzw. im Vakuum.
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Das Wesen der Erfindung sei weiterhin an einigen Beispielen und Zeichnungen
erläutert. Als erster Fall sei angenommen, es soll eine Messinglegierung aus dein
Ursprungsmetall erst in der Stranggießforrn hergestellt werden (Abb. i ). E s sind
zu dieseln Zweck zwei nicht dargestellte öfen vorgesehen, von welchen der eine Reinkupfer,
der andere Reinzink in geschmolzenem Zustande enthält. Von beiden (Ofen führen Rohrleitungen
.r und v unmittelbar in den flüssigen Gießkopf-b des Gui»tr-anges e. Die Stranggiellforrn
selbst ist reit u bezeichnet.
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Die Düsen der Rohrleitungen für die zu vergießenden Metalle münden
in einen oder in je einen Auffangbehälter p, z. L. Becher, der in der Gießform so
angebracht sein kann, daß er beim Giel,ien ganz in den flüssigen Gießkopf b eintaucht.
In diesem Auffangbehälter verrnisclien sich die aus den einzelnen Üfen kommenden
Metalle innig und das Gemisch verteilt sich nach (lern Verlassen des lieclr:rs gleichmäßig
über den ganzen Querschnitt der Gießform, um ganz kurze Zeit darauf zu erstarren.
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Wie angedeutet, kann auch davon abgesehen werden, cüe Düsen in einen
gemeinsamen Behälter münden zu lassen. Es ist natürlich je nach Sachlage auch möglich;
jede Düs, für sich an irgendeinem Ort des Gu.l,quersclniittes einmünden ztr lassen.
Hierbei kann dann eilae Düse wieder einen Behälter haben, die andere nicht usw.
Es wird dies immer von den gewünschten Mischungsverhältnissen und der Art und Weise-,
wie die Mischungsverhältnisse unter den einzelnen 1tortil>onenten sind, abhängen.
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Die Durchmesser der Rohrleitungen x und @können so bemessen sein,
dali sie bei gleichem Druck in den einzelnen Ofen immer die Men-e zuführen, die
den gewünschter Mischungsverlrii1ttiis,er1 trrtslwicht. In ( lieem Lalle sind lscicle
Cifen an die I)rriclclc@ituuf; auge#chlo;:en. Wird nun Druck gegeben, so fließen
die einzeInen \let.tl:ll<orrrliorierrteli 111i Verhältnis der 1)urchrncsser ihrer
Rohrleitungen in (feig flüssigen Girßkopf 1.111d vernri.clren ,ich dort. .
Natürlich
kann auch so vorgegangen werden, daß die Ouerschnitte der Rohrex und
y
gleich sind und beide Üfen ihre gesonderte Druckleitung haben. Dann muß
rechnerisch festgestellt werden, wieviel Druck auf die Einzelnen Üfen zu geben ist,
um das jeweilig gewünschte Legierungsverhältnis zu erhalten.
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Bei all diesen Ausführungen des Verfahrens wird erreicht, daß jedes
einzelne Metall in seinem Ofen flüssig gehalten «-erden und mit den Abdeckmitteln
bzw. Schutzmitteln und Gasen behandelt werden kann, die gerade für das betreffende
Metall die besten sind. Selbstverständlich wird auch die Temperatur jedes .Metalls
nur gerade seinem Schmelzpunkt und .,einer Gießmöglichkeit entsprechend gehalten.
1lühere Temperaturen, die etwa zur Schädi--zing der Schmelze führen könnten, sind
nicht nötig, da jede Legierung eine niedere Schinelzteniperatur hat als die jeweilige
höchste Sclinielztemperatur des Einzelmetalls. Durch die unter Luftab.chluß durchgeführte
Zufühtung der Metalle und dadurch, daß jeweils nur die erforderlichen Schmelzpunkte
gehalten werden. entstehen überhaupt keine Clberliitzmir;en tnl(l damit bedingte
1letallverdampfungeu; außerdem ist eine enge, innige und imiiier gleichmäßige Vermischung
. gewährleistet, die auch nicht mehr geändert werden kann, wenn das nunmehr zusammenlegierte
Metall in die Kokille tritt; denn dort findet ja infolge des kleinen Gießkopfes
eine sehr schnelle Erstarrung statt, -ohne daß, wie bei #len üblichen Gießverfahren
mit ausgedehntem Gießkopf, Lunker und Entmischungen entstehen. Gerade durch diese
Tatsache wird es auch mölich, -Metalle mit sehr großen. Unter-Schieden' im spezifischen.Gewicht
zu legieren, x. B. kann so ohne Schwierigkeit eine Alumi-. nium-Blei-Legierung hergestellt
werden, die bisher überhaupt nicht garantiert gleichmäßig auf den @-aii-zen Hauptblock
verteilt hergestellt werden konnte. Das Blei ging infolge seines großen spezifischen
Gewichtes beim Vergießen immer mehr nach dem unteren Blockteil, und wenn auch verschiedene
Verfahren versucht wur(len, durch chemische Umsetzung das Blei zuzuführen oder durch
Schallwellen eine innige Mischung zu erzielen, so gleichmäßig und gut, wie das vorliegende
Verfahren dies laufend erreicht, konnte bis jetzt nicht hergestellt bzw. gegossen
werden.
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Auch das Legieren von -Metallen, -die in bertig auf ihre Schmelzpunkte
große Unter-,chiede aufweisen, kann auf diese Weise ohne Schwierigkeit durchgeführt
werden.
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f )urch <las -'erfahren gemäß der Erfindung, ist es auch möglich,
in ein und demselben Gußstrangquerschnitt verschiedene Mischungsver-1t:iltnisse
olhr verschiedene Legierungszusaminrnsetzun(,eil lierztistelleit. Sollten zwei'Me-.
lalle, die infolge der spezifischen Gewichte oder infolge der großen Unterschiede
in der Erstarrungstemperatur sehr stark dazu neigen, sich schnell wieder zu trennen,
miteinander Legiert werden, so kann durch eine zusätzliche Kühleinrichtung gemäß
Abb. 2 für eine so schnelle Abkühlung gesorgt werden, daß eine Entmischung unmöglich
wird.
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Genau so wie auf die vorbeschriebene Weise zwei oder mehr Metalle
oder Metallegierungen miteinander legiert «-erden, kann natürlich auch ein Metall
oder eine Metallegierung mit Gasen oder anderen Stoffen legiert oder ztisarntnengebracht
werden.
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Falls im gleichen Gußstrangquerschnitt verschiedene Zusammensetzungen
erreicht werden sollen, wird der Gießkopf an verschiedenen Stellen verschieden temperiert.
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Da bei diesem ."erfahren in der Foren stets ein flüssiger Gießkopf
vorhanden und die Gießform nach unten offen ist, kann in die Oberfläche des Gießkopfes
leicht ein Gegenstand eingeführt werden, der eine Höhere Schnielzteinperatur besitzt
ah, der Grundstoff oder der nicht verbrennt, wenn unter Luftabschluß gearbeitet
wird.
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Hierfür seien folgende Anwendungsbeispiele angeführt: Einmal wird
ähnlich wie bei Eisenbeton in eine L.egieruiig z. B. Eisendraht oder ein Gitterwerk
von dünnem Eisen ini ununterbrochenen Verfahren finit eingeführt. Dadurch erhält
die Legierung eine erhebliche Erhöhung der Festigkeit.
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Ferner führt man, uni verschiedene Färbungen zuerhalten, z. B. in
eine -,vei ße Leichtmetalllegierung als Grundmetall Kupferdraht oder Messingdraht
oder Nickeldraht oder umgelehrt so ein, daß bei der Weiterverarbeitung der Werkstoff
an der Oberfläche oder- ini Ouerschnitt erscheint und durch entsprechendes Beizen
oder Färben gute Farbmuster erzielt werden.
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Schließlich ist es auch möglich, da ja jeder Sauerstoff fehlt, Holz
oder andere brennbare Stücke, wie Faserstoffe, Leder usw., einzuführen.
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Außer festen Stoffen können natürlich auch Gase, liochsclimelzende
.Metalle in fein verteilter Form als Pulver oder Körner, Graphit z. B. für. Lagerzwecke
in den flüssigen Gieß-I:opf eingefiilirt werden und immer durch die -Mittel, kleines
Flüssigkeitsvolumen mit oder ohne Becher, ununterl)rochenes '#,7erfaliren, eine
ganz gleichmäßig verteilte Schicht ini ganzen durchlaufenden erzeugten Strang erzielt
werden. Es wirrt dadurch möglic1f. Legierungen lierzustüllen, insbesondere durch
Gaseinleitung und flüssige oller feste ltriugung liocliciinielzentler Metalle, deren
fortlatifentle, gleichmäßige llerstelluit- bisher
nicht möglich
war. Ferner wird die Herstellung von großen und langen Profilen aus Leichtmetall
([)-Schienen u..a. für Bau-und Konstruktionszwecke) in Querschnitten und Längen
und damit Gewichten möglich, wie sie bisher überhaupt nicht hergestellt werden konnten.
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Auf dem Gebiet der hochschmelzenden Hartstoffe, wie Nitride, Karbide,
spielt die Frage die Hauptrolle, wie man sie fest zusammenbringt und sie am besten
in andere Metalle oder Stoffe einbettet. Hier hilft das Verfahren gemäß der Erfindung
ebenfalls, da es auch zur Herstellung von Legierungen und Zusammensetzungen hochschmelzender
Hartstoffe Verwendung finden kann.