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Vorrichtung zum Beeinflussen der Temperaturverteilung im flüssigen
Gießkopf beim Gießen von Strängen Beim ununterbrochenen Gießen von Metallen und
Metallegierungen, wobei das Gießgut fortlaufend einer gekühlten Gießform - zugeführt
wird; aus welcher der erstarrte Gußstrang ebenfalls fortlaufend heraustritt, ist
es nicht nur wichtig, daß die Zuflußgeschwindigkeit der Schmelze in einem genau
bestimmten Verhältnis zur Erstarrungsgeschwin.digkeit steht, sondern es muß auch
dafür gesorgt werden, daß die. Erstarrung möglichst gleichmäßig, d. h. gleichzeitig,
über den ganzen Gußquerschnitt vor sich geht. Da nun bei den bisher bekannten Verfahren
dieser Art wohl eine Wärmeabführung unter Vermittlung der gekühlten Kokillenwandungenerfolgt,
wobei die jeweils höchste Temperatur aber dort, wo, die Schmelze zufließt, also
im allgemeinen etwa in der Mitte des Gußquerschnitts, vorhanden ist, wird die Erstarrung
an dem Außenrand des Gußstranges stets rascher erfolgen als in der Mitte, so daß
hier ein flüssiger Lunker entsteht, der erst später erstarrt als der äußere Teil.
In den meisten Fällen ist nun der Lunker unerwünscht, weil er die Gleichmäßigkeit
der Struktur des fertigen Gußstückes ungünstig beeinflußt insofern,
als
gewöhnlich die später erstarrten Teile eine wesentlich gröbere Struktur aufweisen
als die sofort erstarrten und insbesondere bei Legierungen leicht Entmischungen
der Komponenten eintreten.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, auf die Oberfläche des in der Foren
vergossenen Metalls Kühlpolster aufzulegen, wobei, um die Kühlwirkung zu erhöhen,
die Kühlpolster schwach konische oder gewölbte untere Flächen aufweisen konnten,
so daß sie in allerdings bescheidenem Umfang auch in den flüssigen Gießkopf hineinreichten.
Bei dieser bekannten Vorrichtung ist also eine Temperaturbeeinflussung des Gießkopfes
nur von oben in Richtung auf die Oberfläche des Gießkopfes möglich.
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Es hat sich ergeben, daß ein vollständiges Beherrschen des Erstarrungsvorganges
im flüssigen Gießkopf durch eine derartige Vorrichtung nicht möglich ist. Es ist
vielmehr nach der Erfindung erforderlich, daß ein kühl-oder heizbarer Einsetzkörper
innerhalb des flüssigen: Gießkopfes angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung
kann an beliebiger Stelle des flüssigen Gießkopfes sowohl an der Oberfläche als
auch im Innern symmetrisch oder unsvmmetrisch zur Achse des Gießkopfes angeordnet
sein, je nachdem wie die Kühlverhältnisse im Gießkopf dies erforde@rn. Gegebenenfalls
können mehrere solche Einsetzkörper Verwendung finden. sofern man mit einem einzigen
nicht auskommt. Die Einsetzkörper gemäß der Erfindung können sowohl aus einfachen
Rohr- oder sonstigen Führungen als auch aus anderen geeigneten, gleichzeitig noch
anderen Zwecken dienenden Vorrichtungen bestehen. Durch diese Art der Temperaturregelung
des flüssigen und erstarrenden Gießguts, die im folgenden als Kühlung bezeichnet
wird, wobei aber der Begriff Kühlung ganz weit zu fassen ist und gegebenenfalls
auch ein Heizen bedeuten soll, läßt sich derErstarrungsvorgang,wfe erwähnt. vollkommen
beherrschen, wobei vor allein das Entstehen eines flüssigen Lunkers mit seinen ungünstigen
Begleiterscheinungen vermieden werden kann. Durch die örtliche Kühlung wird an Stellen
besonderer Kühlnotwendigkeit die gesamte fühlbare Wärme der Schmelz fortgeleitet
und dadurch ein starkes Temperaturgefälle zwischen erstarrendem Metall und dem Einsetzkörper
geschaffen. Hierdurch kann der Verlauf der Erstarrungszone nach Belieben beeinflußt
werden. Es ist zwar bereits der Vorschlag gemacht worden, bei Kokillen, die zum
ununterbrochenen Gießen dienen, die Kokille auch innen mit Kühlwasser zu kühlen.
Bei jenem Vorschlag handelt es sich jedoch um das Gießen von Rohren und ähnlichen
Hohlkörpern; demgemäß sind die Innen- und die Außen-,vand der Kokille als wasserführende
Kühlräume ausgebildet. Demgegenüber schlägt die Erfindung im wesentlichen vor, die
Temperaturregelung im flüssigen, über der Erstarrungszone liegenden Gießkopf unmittelbar
vorzunehmen, wodurch sich der Erstarrungsvorgang vollkommen und über den ganzen
Querschnitt beherrschen läßt.
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Zur Verringerung der Lunkerbildung, die z. B. durch den nach unten
gerichteten Strahl der Schmelze begünstigt wird, sind auch bereits verschiedene
Mittel vorgeschlagen worden; z. B. wurde beim Blockgießen unterhalb der Düsenmündung,
aus welcher die Schmelze in die Kokille einfließt, eine Ablenkvorrichtung angebracht,
welche den eintretenden Schmelzestrahl aus seiner nach unten gehenden Richtung ablenkt.
Obwohl dadurch die Veigung zur Lunkerbild.ung etwas verringert ist, kann der Erstarrungsvo@rgang
trotzdem nicht beliebig beherrscht werden, weil hierfür auch die Temperaturverteilung
maßgebend ist.
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:Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung stehen die Räume zwischen
den Wandungen der doppel- oder mehrwandig ausgeführten Einlegevorrichtung mit Kühl-
oder Heizmittelleitungen in Verbindung. Da aber diese Temperaturbeeinflussung im
wesentlichen auf die bereits in der Kokille befindliehe Schmelze ausgeübt -,verden
muß, katiii es vorteilhaft sein, die Auffangvorrichtung so auszubilden, daß die
Beeinflussung hauptsächlich von innen nach außen erfolgt, während das Innere der
Vorrichtung mehr oder weniger gegen Kühlung abgedeckt ist. Erreichen läßt sich das
in einfacher Weise nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch, da.ß die Vorrichtung
aus Werkstoffen verschiedener Wärmeleitfähigkeit besteht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung, in «-elclier einige Ausführungsbeispiele
von Einsetzvorrichtungen in Form von Auffang- und Ablenkvorrichtungen nach der Erfindung
dargestellt sind. Es zeigt Fig. i eine erste Ausführungsform in setil;-rechtem Längsschnitt
innerhalb der Gießform. von der nur das obere Ende angedeutet ist, Fig. a eine zweite
Ausführung ebenfalls in senkrechtem Längsschnitt, jedoch ist hier, ebenso: wie bei
den folgenden Darstellungen, die Gießform fortgelassen; Fig. 3 bis i i zeigen weitere
Ausführungen in gleicher Schnittdarstellung; Fig. 1:3 ist ein Längsschnitt durch
eine andere Ausführung, zu der Fig. 13, 14 und 15 Draufsichten wiederum verschiedener
Anordnungen angeben.
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Bei der Ausführung nach Fig. i wird die flüssige Schmelze durch die
Düse i in die
Gießform 2 geleitet, die mit einem Kühlmantel 3 versehen
ist. In, der Kokille entsteht dann zunächst der flüssige Kopf q., der beim Erstarren
den Strang 5 bildet. Unter der Mündung der Düse i ist eine becherförmige Auffang
vorrichtung 6 angeordnet, und zwar wird diese vorteilhaft an der Düse i durch Träger
7 aufgehängt, damit der Becher 6 von den etwaigen Bewegungen der Kokille 2 unabhängig
ist. Der Becher 6 ist ebenfalls mit einem Kühlmantel 8 versehen, dem durch die Leitung
9 das Kühlmittel zugeführt wird, während es aus der Leitung io wieder abfließen
kann.
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Während des Gießens wird also nicht nur von außen her durch die Wandungen
der Kokille 2 eine- Kühlwirkung auf den flüssigen Gießkopf ausgeübt, sondern auch
von innen her durch den Kühlmantel 8 des Bechers 6, so daß also: auch in der Mitte
des gesamten Querschnitts eine schnelle Erstarrung stattfindet. Durch Regeln und
bestimmte Auswahl der Kühlmittel in den Kühlmänteln 3 und 8 läßt sich somit der
Erstarrungsvorgang genau beherrschen.
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Sollte es nicht erwünscht sein, daß die Kühlwirkung aus. dem Kühlmantel
8 des Bechers 6 auch nach innen auf den Becherinhalt mehr oder weniger stark in
Ersche-inung tritt, dann kann der Wärmeentzug dadurch vermieden werden, daß die
innere Wand des Bechers 6 aus weniger wärmeleitfähigem Stoff als, die äußere Wand
hergestellt wird', bzw. es. können hier besondere Isoliermittel eingeschaltet werden.
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Andererseits kann aber auch eine Ausführung nach Fig. 2 gewählt werden,
bei welcher der Becher 6 aus drei Ringwänden besteht, so daß zwei Kammern i i und
12 rings um die Seitenwände und den Boden des Bechers 6 entstehen. Diese Kammern
i i und 12 stehen mit voneinander getrennten Zuleitungen 13, 1.4 und Ableitungen
15, 16 in Verbindung. Durch die Leitungen 13, 16 und den äußeren. Mantel i2 wird
ein Kühlmittel geleitet, welches, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, die Schmelze
auch in der Mitte der Gießform kühlt, so daß damit der Erstarrungsvorgang geregelt
werden kann. Durch die Leitungen 14,15 und den inneren Mantel i i wird dagegen ein
Heizmittel geführt, um die neu in den Becher 6 eintretende Schmelze auf der günstigsten
Temperatur zu halten und sie vor dem Einfluß des äußeren Kühlmantels 12 sicher zu
schützen. Vorteilhaft ist es bei dieser Ausführung, wenn die innere und die äußere
Wand des Bechers 6 aus gut wärmeleitendem Stoff, die mittlere Wand 17 dagegen aus
isolierendem Stoff hergestellt werden. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich also
nicht nur der Wärmeentzug und damit der Erstarrungsvorgang regeln, sondern es können,
auch die für die neu zufließende Schmelze günstigsten Bedingungen geschaffen werden.
Zweckmäßig ist es dabei, die äußere Wandung des Bechers nach unten kegelförmig verjüngt
auszubilden, damit ein leichteres, Ablösen der erstarrenden Schmelze möglich ist.
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Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführung wie Fig. i, jedoch mit dem Unterschied,
daß der Boden des Bechers 6 nur einfach ausgebildet ist, so daß sich also der Kühlmantel
8 nur Tiber die senkrechten Seitenwände erstreckt.
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Andererseits kann der Kühlmantel 8 aber nur am Boden vorgesehen sein,
wie es in Fig. .4 angedeutet ist, so daß die aufwärts gehenden Becherwandungen keine
Kühlung erhalten.
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Wie Fig. 5 zeigt, braucht die Auffangvorrichtung aber auch nicht einmal
becherförmig ausgebildet zu sein. Die Auffang-bzw. Ablenkvorrichtung, deren Hauptaufgabe
es ist, die Richtung der ausströmenden Schmelze zu verändern, besteht hier nur aus
einer Platte 6, so daß die aus der Düse i zuströmende Schmelze zur Seite gelenkt
wird. Die Platte 6 ist jedoch nach unten mit einem Kühlmantel 18 mit Zu- und Abflußleitungen
i9, 2o versehen, so daß ein Kühlmittel durch den: Kühlmantel geleitet werden kann.
Auch hier kann es zweckmäßig sein, die Platte (i aus wärmeisolierendem Stoff herzustellen,
während für die Wandungen des Kühlmantels 18 gut wärmeleitende Stoffe Verwendung
finden. Ferner besteht aber auch bei einer solchen Auffangvorrichtung die Möglichkeit,
ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 2, eine besondere Heizeinrichtung bzw.
einen Heizmantel für die Platte 6 vorzusehen, so daß dieser auf keinen Fall Wärme
entzogen wird.
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Fig.6 zeigt eine Ausführung, bei welcher der Becher 6 ähnlich ausgebildet
ist wie bei dem Beispiel nach Fig. i, d. h. mit einem ihn an den Seiten und am Boden
umgebenden Kühlmäntel 8, der mit den Zu- bzw. Ableitungen 9 und io in Verbindung
steht. In das Innere des Bechers 6 ist hier eine besondere Kühleinrichtung :2i eingesetzt,
bestehend aus gekrümmten Wänden und Leitblechen, so: daß die in das Innere des Bechers
6 durch die Düse i ausströmende Schmelze gezwungen wird, einen längeren Weg in enger
Berührung mit den gekrümmten Blechen zu durchlaufen, bevor sie bei 22 austreten
und von dort in die Gießform gelangen kann. Die gekrümmten Bleche bilden den Abschluß
einer Kammer, welcher je nach Bedarf Heiz- oder Kühlmittel durch die Leitung 23
zugeführt werden können, während die Leitung 24 für die Abführung sorgt. Auf diese
Weise kann nicht nur durch Kühlung des bereits im
flüssigen Gießkopf
befindlichen Stoffs, sondern auch durch Temperaturregelung des neu zufließenden
Stoffs für eine genaue Beherrschung des Erstarrungsvorganges gesorgt werden.
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Eine ähnliche Ausführung zeigt Fig. 7, jedoch mit dem Unterschied,
daß die gebogenen Bleche der Kammer 21 hier waagerecht statt senkrecht angeordnet
sind. Obwohl bei dieser Ausführung kein besonderer Kühlmantel angegeben ist, kann
natürlich ein solcher auch angebracht werden.
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Fig. 8 zeigt eine der Fig. 5 ähnliche Ausführung, d. h. mit einer
plattenförmigen Auffang- oder Ablenkvorrichtung 6 mit Kühlmantel 18. L m zu erreichen,
daß die aus der Düse i austretende Schmelze sich gleichmäßig nach allen Seiten verteilt,
ist auf der Platte 6 ein besonderer, an sich bekannter, etwa kegelförmiger Verteiler
25 angeordnet, durch den ebenfalls verhindert werden kann, daß die neu zutretende
Schmelze durch zu lange Berührung mit der gekühlten Platte 6 zu stark gekühlt wird.
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Die Fig.9 zeigt eine gleiche Ausführung mit einem Verteiler 25 auf
dem Boden einer becherförmigen Auffangvorrichtung 6. Wie Flig. io erkennen läßt,
kann dieser Verteiler 25 aber auch an den Kühlmantelg bzw. 18 angeschlossen sein,
so daß also auch seine Oberfläche, mit welcher die Schmelze zuerst in Berührung
kommt, auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann.
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Wie nun, schon in den Fig. 3 und 4 angedeutet, ist es nicht erforderlich,
d'aß die Kühlmäntel sich über den gesamten Teil der Becherwände erstrecken. Ein
weiteres Beispiel hierfür ist in Fig. i i angegeben, bei welchem sich der Kühlmantel
28 nur bis zu einer bestimmten Höhe der Becherwandungen erstreckt. Über dem Kühlmantel
28 sind dann aus dem Innern des Bechers 6 Rinnen.29 und 30 nach außen geführt, durch
welche die durch die Düse i zugeführte Schmelze abfließen kann. Wie die Fig. i i
erkennen läßt, können die Rinnen verschieden stark geneigt sein, um einen verschieden
starken Abfluß zu erhalten.
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Das gleiche läßt sich erreichen, wenn gemäß Fig. 12 die Abflußrinnen
29, 30 in verschiedener Höhe aus dem Becherinnern abgezweigt werden.
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Die Fig. 13, 14 und 15 lassen ferner erkennen, daß man diese Abflußrinnen
gleich oder ungleich über den Becherumfang verteilen kann, um je nach Bedarf besondere
Ausströmungen und Richtungen zu erhalten und auch auf diese Weise für eine möglichst
gleichmäßige Temperaturregelung Sorge tragen zu können.