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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Ausflußgeschwindigkeit von
Schmelzen, insbesondere Metallschmelzen In der Gießtechnik besteht das Bedürfnis,
die Geschwindigkeit, mit der die Schmelze aus dem Schmelzbehälter ausströmt, zu
regeln. Es ist selbstverständlich, daß die Geschwindigkeit des Gießstrahles in erster
Linie durch den hydrostatischen Druck der über dem Ausflußquerschnitt lastenden
Schmelze gegeben ist und ferner durch den Querschnitt der Ausflußöffnung. Sieht
man einmal von dem hydrostatischen Druck ab, so wird unter diesbezüglich gleichen
Verhältnissen die ausfließende Metallmenge in der Zeiteinheit um so größer sein,
je größer der Auslaufquerschnitt ist. Dieser Erkenntnis kann Rechnung getragen werden,
indem ein entsprechender Querschnitt von vornherein vorgesehen wird. Es ist aber
dann nicht möglich, diesen Querschnitt während des Gießens selbst zu verändern,
und häufig auch noch nicht einmal, ihn für jeden Guß von Fall zu Fall einzustellen.
Es ist schon vorgeschlagen worden, die Menge der in eine Form in der Zeiteinheit
einzugießenden Schmelze dadurch zu beeinflussen, daß zwischen dem eigentlichen Behälter
und der Form noch ein Gießtrichter eingeschaltet wird, dessen Größe auf den jeweiligen
Sonderfall abgestimmt sein kann. Aber auch hier ist es nicht möglich, während des
Gießens selbst die Ausflußgeschwindigkeit der Schmelze in die Form hinein zu beeinflussen,
denn die gegebenen Verhältnisse sind mindestens für den einen Gußvorgang unveränderlich
festgelegt.
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Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben,
mit dem es möglich ist, den Gießvorgang zu beeinflussen, und zwar so, daß diese
Beeinflussung auch während des Gießens selbst vorgenommen werden kann. Hierzu wird
vorgeschlagen, durch planmäßig beeinflußtes Erstarren und Aufschmelzen des Gießgutes
an den Wandungen der Ausflußöffnung deren wirksame lichte Weite zu verändern. Auf
diese Weise wird
mit Hilfe der Schmelze und unter Ausnutzung ihrer
Eigenschaften die in der Zeiteinheit ausfließende Schmelzmenge wirksam gesteuert.
Hierzu kann auf die Wandungen der Ausflußöffnung eine Kühlung und gegebenenfalls
auch eine Heizung einwirken. Kühlung und Heizung werden mit der Temperatur des Gießgutes
abgestimmt und auf diese Weise ein mehr oder minder starkes Anbacken der Schmelze
an den Wandungen der Ausflußöffnung erzielt. Hierdurch wird der wirksame Querschnitt
der Ausflußöffnung vergrößert oder verkleinert, und so ist es möglich, mit ganz
einfachen Mitteln eine wirksame Steuerung der Gießgeschwindigkeit zu erzielen.
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Das Verfahren ist anwendbar auf alle schmelzfähigen Stoffe. Es ist
lediglich eine Frage der Schmelztemperatur, welches Kühlmittel und Beheizungsmittel
zu verwenden ist. Bei Metallen und Metallegierungen, einschließlich des Stahles,
wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, mit einer energischen Wasserkühlung zu arbeiten,
und wenn die Wasserkühlung nicht zu einer genügend feinen Regulierung führt, wird
es zweckmäßig sein, auch eine Heizung vorzusehen. Diese kann beispielsweise mit
Brennern bewirkt werden. Es erscheint aber besonders zweckmäßig, sich der Induktionserhitzung
zu bedienen. Bei Stoffen mit niedrigem Schmelzpunkt kann an Stelle einer Wasserkühlung
auch eine Luftkühlung vorgesehen werden. Im übrigen sind auch andere Kühlmittel
möglich, die jeweils aus den besonderen Gießbedingungen ausgewählt werden können.
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Für Metallschmelzen kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
eine Vorrichtung vornehmlich in der Form eines Trichters benutzt werden, deren Wand
mit einer Kühlvorrichtung für Wasserdurchfluß versehen ist. Die Wandung eines solchen
Trichters wird zur Beheizung von einer Induktionsspule umgeben.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele solcher Trichter
gegeben, auf die jedoch die Erfindung nicht beschränkt sein soll.
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Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch einen solchen Trichter, Abb.
2 eine Draufsicht; Abb.3 zeigt eine weitere Ausführungsform in Ansicht; Abb.4 ist
ein senkrechter Schnitt nach Abb.3, und Abb. 5 ist eine Draufsicht.
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Der Trichter wird durch einen Doppelmantel i, beispielsweise aus Kupfer,
gebildet. Der Doppelmantel ist angeschlossen an eine Kühlmittelquelle, vorzugsweise
für Wasser. Das Wasser durchströmt den Doppelmantel zweckmäßig von unten nach oben.
Der Metalltrichter i ist an einer Stelle, wie bei 2 angedeutet, geschlitzt. An dieser
Stelle sind zwei Anschlußschienen 3 und 4 am Doppelmantel i befestigt und seitlich
herausgeführt. Gegeneinander sind die beiden Schienen bei 5 isoliert. Diese Isolation
reicht auch bis in die Schlitzstelle des Mantels i hinein. Auf diese Weise ist es
möglich, bei Anschluß der Schienen 3 und 4 an eine Hochfrequenzstromquelle einen
Hochfrequenzstrom in den Trichterkörper i fließen zu lassen, wobei der Trichter
gegenüber der durch den Trichter fließenden Metallschmelze als Induktionsspule wirkt.
Diese trichterförmige einwindige Spule wird auf der Innenseite mit einer dünnen
Schicht keramischen Isolierstoffes versehen: Sie kann mit Klebemittel aufgeklebt
oder heiß aufgespritzt sein, wobei es vorteilhaft ist, die Wandung -aufzurauhen.
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Wird nun eine Metallschmelze durch den Trichter eingegossen, so erstarrt
unmittelbar an den Wandungen des Trichters ein Teil der Schmelze, der um so größer
ist, je mehr gekühlt wird. Auf diese Weise läßt sich der Querschnitt, insbesondere
bei 6, verringern, so daß die in der Zeiteinheit ausfließende Metallmenge entsprechend
geringer wird. Wenn der Querschnitt bei 6 auf diese Weise zu klein wird, kann durch
Einwirkung der Induktionsbeheizung der Querschnitt wieder vergrößert werden, indem
ein Teil der Auflage zum Abschmelzen veranlaßt wird. Kühlung und Heizung können
aber auch gleichzeitig einwirken, und auf diese Weise kann ein Beharrungszustandhergestellt
werden, in welchem besondere Verhältnisse auf längere Zeit aufrechterhalten, jedoch
jederzeit durch Abänderung entweder der Heizbedingungen oder der Kühlbedingungen
geändert werden. Insbesondere läßt sich der Austrittsquerschnitt auch vollkommen
schließen und bei erneutem Gebrauch wieder in gewünschtem Maße aufschmelzen.
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Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich in einfachster Weise die
Ausflußbedingungen für Metallschmelze planmäßig beeinflussen.
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Es ist möglich, die Anordnung solcher Trichter auch anders zu treffen.
So kann es beispielsweise notwendig sein, den Gießstrahl nicht in Form eines Zylinders
zu erhalten, sondern in der Form eines Rechteckes. Hierbei ergibt sich eine besonders
vorteilhafte Anordnung, die in Abb.3 bis 5 dargestellt ist und keine Trennfuge 2
gemäß Abb. 2 enthält. Der Trichter besteht wiederum aus einem Doppelmantel i, hat
im Gegensatz zu Abb. i nicht zylindrische Form, sondern weist einen rechteckigen,
langgestreckten, spaltförmigen Schlitz als Austrittsöffnung auf. An Iden Mantel
i sind jeweils von der längeren Seite her die elektrischen Anschlüsse 8 und 9 herangeführt.
Die Anschlüsse sind an den Mitten der Längsseiten anzubringen. Es liegen mithin
eigentlich zwei parallel geschaltete Leiter vor, die um den Schlitz 7 herumgeführt
sind. Wirksam sind bei dieser Anordnung nur die magnetischen Kraftlinien an den
langen Seiten der Anordnung, die sich durch die Schmelze hindurch um den Leiter
schließen und im engsten Teil stark konzentriert werden. Die Kraftlinien über den
schmalen Seiten bleiben ungenutzt, da sie sich über die Schmelze hinweg und unterhalb
des Trichters um die beiden parallel geschalteten schmalen Schleifenteile schließen
können. Infolge dieser Anordnung ergibt sich eine starke Induktionsheizwirkung,
vor allem im Bereich des Schlitzes, die der Kühlwirkung des Doppelmantels i entgegenwirkt.
Durch
Abstimmung dieser beiden Komponenten aufeinander und auf die Schmelztemperatur ergibt
sich die Steuermöglichkeit für den Ausflußquerschnitt im gleichen Sinne wie bei
der Vorrichtung nach Abb. i und 2.
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Ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, können die Vorrichtungen
auch abgewandelt werden. Es ist ferner nicht notwendig, die Maßnahmen gemäß der
Erfindung an Trichtern durchzuführen; es ist vielmehr grundsätzlich auch möglich,
die :Maßnahmen unmittelbar am Ausflußquerschnitt eines Metallbehälters, beispielsweise
einer Schmelzpfanne, an einem Schmelzofen o. dgl. vorzusehen. Die Einrichtungen
selbst brauchen auch nicht notwendigerweise nur beim Gießen in Formen o. dgl. Verwendung
zu finden, sie können vielmehr auch in `'erli ndung mit \Ietallspritzverfahren benutzt
werden.