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Verfahren zum Herstellen von Gußsträngen oder Blöcken aus Metallen
Bei der Herstellung von Gußsträngen oder Blöcken wird angestrebt, über den ganzen
Gußquerschnitt ein möglichst gleichmäßiges, meistens sehr feines Korn zu erzielen.
Außerdem soll möglichst jedes Ausseigern von Bestandteilen aus der Schmelze vermieden
werden. Dieses Ziel wird dadurch angestrebt, daß man versucht, einen möglichst kleinen
flüssigen Lunker und eine möglichst rasche und gleichmäßige Abkühlung des gegossenen
Metalls zu erhalten.
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Bei den bisher bekannten Gießverfahren bat man eine möglichst schnelle
Abkühlung des in die Kokille eintretenden Metalls dadurch zu erreichen versucht,
daß man Kokillenwa,nd.ungen aus den verschiedensten Bleistoffen hergestellt und
die Kokillen selbst m.if den verschiedenartigsten Kühlmitten an ihrer Außenwand
gekühlt hat. Alle diese Verfahren haben aber bis heute nicht oder nur mit umständlichen
und teuren Einrichtungen oder Verfahren erreichen können, daß der Guß nach Eintritt
in die Kokille über den ganzen Querschnitt schnell und gleichmäßig erstarrte. Die
Schwierigkeiten beim Gießen beruhen bekanntlich im wesentlichen darauf, d:aß beim
Eingießen des flüssigen Metalls in die Kokille infolge des verhältnismäßig starken
Temperaturgefälles zwischen Gießgut und: Kokill@enwand eine Erstarrung des die Wand
betrührenden Metalls erfolgt und die Abkühlung sich dann nur noch entsprechend der
Wärmeleitfähigkeit
des vergossenen 'Metalls langsam nach innen
fortsetzt, wobei gleichzeitig durch das Schrumpfen des 'Metalls ein Abheben von
der Kokillenwand erfolgt. Sobald dann zwischen Kokillenwand und Metall auch nur
ein ganz kleiner Zwischenraum entsteht, ist durch diesen isolierenden Zwischenraum
die Wärmeabfuhr stark -:schwächt, so daß die Erstarrung nach dein Inn; r11 zii nur
noch langsam vorwärtsschreitenkann. Dadurch entstehen je nach den verschiedenen
Gießverfahren größere oder kleinere # Flüssigkeitsfunker, die wiederum eine ungleichmäßige
Struktur und je nach Art des Gießgutes eine Entmischung der Bestandteile oder sonstige
Unregelmäßigkeiten herbeiführen.
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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten und zur Erzielung einer möglichst
gleichzeitigen Abkühlung des in die Kokille begossenen Metalls über dessen ganzen
Querschnitt bzw. zur Erreichung eines in seinem Gefüge vollständig homogenen Gußstückes
wird gemäla der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß das Kühlmittel so zugeführt
wird. daß es den flüssigen Gießkopf, den erstarrenden Lind den erstarrten Teil des
Gußstü ckes lückenlos unmittelbar kühlend und schützend umgibt. Dieae Arbeitswei.s:
gewährleistet die Schaffung eines feinen Kornes und einer gleichmäßigen Struktur,
und zwar nicht nur bim Stranggtiß, sondern auch beim Blockguß. Denn auch beim Blockgießen
besteht die -Möglichkeit, das Metall ständig unter einer Küblinitte1schicht zuzuführen,
indem man das 1Ietall in die K=okille durch eine geschlossene Leitung einlaufen
läßt, welche durch die Kühlmittelschicht durchgeführt ist.
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Es ist im Schrifttum bekanntgeworden, beim Blockgießen das Schmelzgut
schon während des Gießvorganges Schicht für Schicht oder stetig in dem Maße, wie
es zufließt, von oben her durch ein in unmittelbare Berührung mit dem Schmelzgut
gebrachtes, ständig -erneuertes Kühlmittel zu kühlen, wobei sich die Kühlwirkung
nahezu auf den ganzen Blocl-zdtiersclinitt möglichst gleichmäßig erstrecken soll.
Die 'Möglichkeit einer derartigen Führung des 1iülilprozesses, da?) das Kühlmittel
zwisch:a Gießformwandung und Block oder Strang eindringt und alsdann den
flüssigen Gießkopf, den erstarrenden und/oder erstarrte,, Teil des Gußstückes ständig
unmittelbar kühlend und schützend umgibt, ist in der Literaturstelle nicht erkannt,
und es fehlt daher auch bei der dort beschriebenen Blockgielliform sowohl an der
Torschrift, das Kühlmittel in den Spalt zwischen Guß und Formwand einzuführen, als
insbesondere auch an der Erwähnung von Mitteln, um für den Ab.fluß der Iiühlflüssigheit
am Boden der Blockform zu sorgen. Eine Steigerung der Wirkung bei der Behandlung
vci leichten und schweren 'Metallen bzw. 'Metallegierungen sowie hoch- und niedrigschmelzenden
'Metallen oder -lietalllegierungen wird dadurch erzielt, daß insbesondere- liei
Gießverfahren, bei denen je Zeiteinheit verhältnismäßig geringe 'Mengen von
Schmelze der Gießform zugefiilirt «-erden, die Temperatur des einfließenden 'Metalls
(Gießtemperatur) so geregelt wird, daß sie möglichst wenig, etwa 25- C über
dem Schmelzpunkt des jeweils vergossetieti -Metalls liegt und jedenfalls 5o' C über
den betreffenden Schtnelzpunlt nicht übersteigt.
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Das Kühlmittel kann bei der Erfindung außer mittels eines normalen
Zuflußrolires durch eine Einrichtung, z. B. in Form einer Dusche. auf den FIÜssiglcisspiegel
des Gießgutes in der Kokille aufgebracht 1>z«-. gleichmäßig verteilt «-erden.
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Durch die erfiiidungsgc mäi)e Maßnahme steht die Kühlflüssigkeit in
jedem Fall in engster Verbindung mit dein Gtißkörper, so daß dadurch eine ideaIL
@@"ärmeübertragung bzw. -ableitung stattfinden kann. Hierbei ist es zweckmäßig,
die hülilmittelschicht über dein flüssigen Gicßlcol>f ständig auf derselben Höhe
und Temperatur zu halten, indem der Abfluß ganz oder teilweise ül"er dem Gießkopf
angeordnet ist. Das Kühlmittel kann aber erfindungsgemäß auch unter Druck zugeführt
bzw. gehalten werden. -Neben den weiter unten aiigeg°betien 1`orteilen «-,rd dadurch
vor allem erreicht. daß der ganze Gießvorgang unter Druck stattfindet, was ill ge-,viss.er
Hinsicht gänzlich neue - if@ßmög@ichkeiten schafft.
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Durch die ganze oder teilweise Umlriillundes entstehenden Gußstückes
mit Kühlmitteln. besonders aber durch die Kühlmittelschicht zwischen der inneren
Kokillemvand und dem Gußstück selbst, wird gleichzeitig mit der Kühlung noch ein
absoluter Abschluß des Gußstückes gegen Luft oder sonstige Einflüsse erzielt und
eine Reibung des :ich bewegendet, Gußstückes an der Kokillemyand vermieden.
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Den Kühlmitteln können auch noch Stoffe beigegeben werden, die während
der Erstarrung auf den erstarrenden Guß einwirken. Hierbei ist hauptsächlich an
chemische Vorgänge 1111d Umwandlungen gedacht, z. B. Legieren, Desox_vdation od.
dgl., die sich zwischen dem flüssi-:n Gießkopf oder dein erstarrenden, oder erstarrten
Gußstück und denn über oder urn Hin 1>enidliclien Flüssigkeiten abspielen. Diese
Einwirkungen können eitie Rafiinierung des 'Metalls cxl.r eine weitere Zulegierung
von clietniscli,en Verbindungen oder eine @@ermeidung der Oxydation 1aezweclcen.
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Weitere Merkmale der Erfindung, sowohl. was. das Verfahren als
auch die Kühleinrichtung betrifft, ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen
und der Zeichnung, in welcher die Anordnung entsprechender Xühlvorrichtungen und
deren zugehörige Teile in schematischer Darstellung beispielsweise veranschaulicht
sind.
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Fig. r zeigt als Beispiel eine Gießeinrichtung zum foirtlaufenden
Gießen von endlosen Metallsträngen; Fig. 2 zeigt eine besondere Form der Ko#kil.le;
Fig. 3 zeigt das vom einer Kühlmittelschicht vollständig umgebene entstehende Gußstück
innerhalb der Kokille; Fig. q. zeigt eine Anordnung, um das Kühlmittel unter Druck
zuzuführen, und Fig. 5 stellt eine besonders ausgebildete Kokilleinwand dar.
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In, den Figuren isst a die Kokille mit dem Kühlm.ante-l bzw. Kühlraum
a1. b ist der- enestehende Gußkö,rp,eir; c ist das Zuflußrohr@ für das flüssige
Metall aus einem Behälter in die Kokille. d sind beispielsweise die Zuflußrohre
für die Kühlmittel. Während des Gießvorganges fließt gemäß dem zu schilderndem,
Durchführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die Gießflüssigkeit mit einer
Temperatur in die Kokille a ein, die nicht höher liegt als 5d1 1C über dem Schmelzpunkt
des zu vergießen .den ' Metalls. Die Kühlflüssigkeit fließt nach Einführung durch
die L eitung d vom flüssigen Gießkopf aus zwischen dem erstarrenden Metall und der
Kokillemwand nach unten: ab (Fig. 1). Wenn nun dafür gesorgt ist, daß immer genau
so- viel neue Kühlflüssigkeit zufließt, wie nach unten abfließt, dann ist der erstarrende
Gußkörper von oben und von allen Seiten ringsum von der Kühlflüssigkeit umgeben,
und es ist dafür gesorgt, daß nicht nur eine Kühlung von den Seiten und eine Zusatzkühlung
vom unten (vgl. Kühlvorrichtung e) erfolgt, sondern insbesondere wird auch das gerade
frisch eintr-, te@ndie Metall ständig und gleichmäßig vom oben gekühlt und dadurch
für eine sehr schnelle und gleichmäßige Abkühlung über den ganzen Querschnitt des
erstarrenden Stranges gesorgt.
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Natürlich ist es auch möglich, die Kühlflüssigkeit anstatt von oben
nach unten fließen zu lassen, derart durch entsprechende Einrichtungen der Kokille
über dem Gießkopf zu halten, daß sie von unten nach oben dringt, z. B. bei einer
Ausführung nach Fig. 2. Nach dieser Abbildung ist die eigentlich Kokille a nur von
einer derartigen Länge, wie sie zur Erstarrung und Führung des entsprechenden Gußstranges
notwendig ist. Der Kühlraum a1 erstreckt sich hingegen weiter nach. unten. Das Kühlmittel
dringt vom Kühlraum a1, d.11. vom unteren Ende der Kokillenwand, zwischen dem erstarrenden
Gußstück und Kokillenwand nach oben über den flüss,i.gen Gießkopf und kühlt dabei
den Strang und den Kopf unmittelbar. Hierbei wird auch die Kokillen.wand zur Abführung
der Wärme mit benutzt und zugleich die dünne Kühlmittelschicht -zwischen Gußstrang
und Kokillenwand- gekühlt und am Verdampfen verhindert. Außerdem erfolgt eine weitere
unmittelbare Kühlung des Gußstückes unterhalb der _Kiokille a im Kühlraum a1.
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In einzeilnen Fällen muß die Zuführung des Kühlmittels von oben und
unten erfolg.cu, wo.-bei die Kokille an ihrem unteren Teil zwecks gleichmäßiger
Zuführung des Kühlmittels ähnlich der Ausführung nach Fig.3 durchgeführt werden
kann. In diesem Fall ist es auch nötig, das Kühlmittel bzw. die Kühlflüssigkeit
über dem Gießkopf ständig zu- und abzuführen, was durch entsprechende Zu-und Ableitungen
d und f (Fig. i) erfolgen kann.
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Soll die unmittelbar auf das Gußstück wirkende Kühlung unter Druck
erfolgen, wodurch auch die Durchführung des gesamten Gießvorganges unter Druck ermöglicht
wird, d. h. soll das Kühlmittel der Kokille so zu-und abgeführt werden, daß das
Kühlmittel ständig unter dem gewünschten Druck steht, der sich dann, da das Kühlmittel
das gesamte Gußstück umgibt, entsprechend auf den. erstarrenden Guß überträgt, so
ist eine Einrichtung gemäß Fig. d. vorgesehen, bei der der obere Raum der Kokille
durch eines Glocke abgedichtet ist. In diesem Fall isst es selbstverständlich notwendig,
das zufließende Metall unter dem gleichen Druck zu halten wie das Kühlmittel.
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In Fig. 5 ist eine Kokille veranschaulicht, die Durchbrechungen besitzt,
durch die der Zutritt des Kühlmittels unmittelbar an das Gußstück erleichtert wird.
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Die Kühleinrichtungen gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen können
außer dem normalen Kühlraum bzw. Kühlmantel a1 noch einen besonderen Kühlraum bzw.
eine besondere Kühlmittelleitung g besitzen oder durch eine solche Kühlleitung durchsetzt
sein. Zweckmäßiger-weise liegen die besonderen Kühlräume an den Stellen besonderer-
Abkühlunigsnotwe.ndigkeit, z. B. gegenüber dem flüssigen Gießkopf. Die Kühlräumei
cal und g können gleiche oder verschiedene Kühlmittel und diese gleichen oder verschiedenen
Druck besitzen. So kann z. B. der Kühlraum a1 in üblicher Weise Umlaufwasser enthalten,
während die Leitung g Kühlwasser unter Druck heranführt, welches gegen die Kokillenwan.dung
gespritzt wird.
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Je nach der Temperatur der Kühlflüssigkalt
kann die
Erstarrungsgeschwindigkeit des entstehenden Gusses geregelt «-erden. Die Kühlmittel,
die gegebenenfalls angewärmt. erwärmt, stark erwärmt oder selbst erhitzt sein Izönneii.
können aus Wasser (rzineni, hartem oder weichem Wasser). kolloiden Lösungen, Salzlöstnigen,
Säuren, Basen, mit Gasen gesättigten Flü ssigl.:eiten oder sonstigen flüssigen oder
schaumigen Verbindungen bestehen. Unter Kühlmittel ist also nach Vorstehendem jede
Substanz zu verstehen. die eine niedrigere Temperatur besitzt als die ztt vergießende
Schmelze: so ist im Sinne der' obigen Ausführungen z. B. ein auf goo= oder mehr
erhitztes ()1 als Kühlmittel aufzufassen, wenn es zum Kühlen von Messing mit Selimelzteniperattir
von iooo° dient, ebenso z. B. auf 9o= erhitztes Wasser zum Kühlen eitler Altiminitimlegierung
mit Schmelzpunkt von 6-lo:.