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Verfahren zum Stranggießen von Blöcken oder Barren aus Stahl oder
Eisen Beim Block- oder Barrenguß müssen im allgemeinen verschiedene Forderungen
erfüllt sein, wenn das Erzeugnis in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht befriedigen
soll. So muß der gegossene Block oder Barren in erster Linie gut spanlos ver-"arbeitbar
sein. Das Gußerzeugnis soll deshalb eine möglichst gleichmäßige Zusammensetzung
über den Ouerschnitt in jeder Richtung (Seigerungsfreiheit) haben, so daß aus ihm
ein Halbzeug mit günstigen mechanischen und vor allem auch in. jeder Richtung möglichst
gleichmäßigen Eigenschaften hergestellt werden kann. In wirtschaftlicher Hinsicht
ist zu beachten, daß das zur Herstellung von spanlos weiterzuverarbeitenden Blöcken
oder Barren, ang@-wandte Gießverfahren auch rationell ist, d. h. daß mit dem geringsten
Aufwand an Arbeitskräften und Anlagekosten. ein Maximum an. Gießleistung und Ausbringen
erreicht wird. Die technischen, und wirtschaftlichen Forderungen beim Block- oder
Barrenguß widersprechen sich aber bekanntlich zum Teil, so daß man in der Praxis
meist zu Kompromißlösungen. greifen. muß.
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Es hat sich nun in der Metallgießerei gezeigt, daß man dort beim Gießen
von spanlos weiterzuverarbeitenden Blöcken oder Barren aus Nichteisenmetallen am
besten mit dem Stranggießverfahren fährt. Darum wird auch in diesem Industriezweig
schon heute das Stranggi,eßverfahren zur Herstellung von Blöcken oder Barren in
überwiegendem Maße angewandt, und -es ist zu
erwarten, daß sich
seine Anwendung in der Zukunft noch weiter steigert.
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Die in der Nichteisenmetallgießerei beim Stranggießen von Blöcken
oder Barren erzielten wirtschaftlichen Vorteile in Verbindung mit der Gütesteigerung
der technologischen Werte bei Halbzeug, das aus solchen Blöcken hergestellt wurde,
veranlaßten die Fachleute, auch in der Eisen- und Stahlgießerei zu versuchen, das
Stranggießverfahren bei der Herstellung von Blöcken oder Barren aus Eisen oder Stahl
auszuprobieren. Die schon vor Jahren an verschiedenen Stellen in Gang gekommenen
Versuche verliefen aber bis heute praktisch ergebnislos, weil solche stranggegolssenen
Blöcke oder Barren überraschenderweise schlechter waren, als wenn sie nach dem bisher
üblichen Kokillenguß hergestellt worden wären. Beispielsweise wiesen stranggegossene
Blöcke oder Barren aus Flußstahl (mit o, z 5 bis o,2o % Kohlenstoff, 0,40')/o Mangan,
o,2o% Silicium, Rest Eisen nebst üblichen Verunreinigungen) radial über den Querschnitt
verteilte Blasen und in der Mitte Schwindungshohlräume (Lunker) auf, so daß die
aus solchen. Blöcken hergestellten Halbfabrikate nicht brauchbar waren. Nachdem
sich diese ungünstigen Ergebnisse auch nicht durch Änderungen in den Herstellungsbedingungen
vermeiden ließen, wurden die Stahlstranggießversuche aufgegeben.
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Die Erfindung ermöglicht aber nun die tatsächliche Herstellung von
brauchbaren Blöcken oder Barren aus Stahl oder Eisen mittels Strangguß. Erfindungsgemäß
wird dies dadurch erreicht, daß die Randerstarrung des schmelzflüssig vergossenen
Werkstoffes innerhalb der ungeteilten, metallischen Durchlaufform bis dicht unterhalb
des Metallspiegels vorgetrieben wird, außerdem, daß sie in einer solchen Stärke
erfolgt, daß das Erzeugnis unbeschädigt aus der Gießform herausgezogen werden kann,
und daß ferner die Erstarrung des noch flüssigen Stranginnern des Blockes oder Barrens
entweder inner- oder außer-halb der Stranggießkokille so langsam erfolgt, daß die
mit dem flüssigen Gießgut zwangsläufig eingebrachten und von ihm eingeschlossenen-
oder in dem flüssigen Gießgut aufgelösten Gase die Möglichkeit haben, zu entweichen,
bevor die sie- umgebenden Eisen-oder Stahlschmelze zähflüssig wird oder gar erstarrt.
Auf diese erfindungsgemäße Weise werden jetzt stranggegossene Blöcke oder - Barren
aus Eisen. oder Stahl erhalten, die frei von Blasen und Schwindungshohlräumen über
den Querschnitt sind. Damit entfallen aber auch die Schwierigkeiten, die der Einführung
des Stranggusses auf dem Eisen- und Stahlgebiet trotz der in. Aussicht stehenden
großen Vorteile bisher hemmend entgegenstanden.
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Man glaubte bisher, daß man zur Verwirklichung des Stranggießens von
Eisen, und Stahl nur die beim Stranggießen von Nichteisenmetallen bewährten Methoden
und Einrichtungen anzuwenden brauche, um unter Berücksichtigung der höheren Schmelztemperatur
auch erfolgreich Eisen oder Stahl stranggießen zu können, und übersah damit, daß
die zum Gießen vorbereitete Stahlschmelze sich von der zum gleichen Zweck vorgesehenen
Nichteisenmetallschmelze nicht nur in stofflicher Hinsicht grundsätzlich unterscheidet.
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Bekanntlich läßt man beim Stranggießen von Nichteisenmetallen das
zum Gießen vorbereitete, desoxydierte, schmelzflüssige Gießgut noch längere Zeit
abstehen, bevor es beispielsweise in den einer Stranggießvorrichtung vorgeschalteten
Warmhalteofen übergeführt wird. Dieses Abstehen.lassen des Gießgutes hat bei Nichteisenmetallen
die vorteilhafte Wirkung, daß die in dem schmelzflüssigen Gießgut gelösten und eingeschlossenen
Gase weitgehendst schon während der Abstehzeit entweichen können. Die noch nach
dieser Zeit in der gießfertigen Schmelze vorhandenen Gasrestmengen haben dann grundsätzlich
noch beim Stranggießen selbst durch den dauernd offenen, flüssigen Gießkopf die
Möglichkeit, sich von der Schmelze zu trennen und aus ihr zu entweichen, weil man
einen flachen, flüssigen Gießkopf in der Kokille einhalten kann. Die Folge des Abstehenlassens
der Schmelze und des dauernd. offenen Gießkopfes beim. Stranggießen von Nichteisenmetallen
ist infolgedessen ein Stranggußerzeugnis; welches ein Minimum an Gasgehalt aufweist,
was sich in verschiedener Hinsicht vorteilhaft auswirkt. Die schon weitgehende Gasarmut
des bei Nichteisenmetallen zum Stranggießen verwendeten, schmelzflüssigen Gießgutes
und die möglichst flache Erstarrungszone über den Querschnitt in der Gießform wirken
sich insbesondere bei seigerungsgefährdeten Werkstoffen günstig aus. Dieser flache
Gießkopf ist bekanntlich bei Nichteisenmetallen durch intensive und unmittelbare
Kühlung des Stranges zu erreichen, die um so kräftiger wirkt, je früher .der Strang
in den Bereich der unmittelbaren: Kühlung.eintritt. Die zugeordnete Randerstarrung
liegt beispielsweise bei Leichtmetallen 2o mm unter dem Gießspiegel, während die
Erstarrung in der Mitte etwa in der gleichen Höhe liegt, sofern man nicht diese
gegenüber derjenigen am Rande vorauseilen läßt, was ebenfalls mit bekannten Mitteln
zu erreichen. ist.
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Die gießfertige Stahlschmelze ist nun bekanntlich durch das Frischen
an Sauerstoff übersättigt und muß vor dem Vergießen wie üblich desoxydiert werden.
Geschieht dies mit Mangan, so wird zwar der Sauerstoff .in eine Form übergeführt,
daß der Stahl nicht mehr rotbrüchig ist, der Sauerstoff bleibt aber in dem Stahlbad.
Vergießt man letzteres ohne weitere Desoxydationszusätze, so reichert sich bekanntlich
beim bekannten, üblichen Kokillenguß die Schmelze im Innern. des Blockes infolge
der bei der Erstarrung eintretenden Seigerungsvo@rgänge sowohl an Kohlenstoff als
auch an Eisen- bzw. Manganoxydul an, was zur Folge hat, daß die im Ofenzum Stillstandgekommenen
Wechselwirkungen zwischen dem Kohlenstoff- und dem Sauerstoffgehalt in der Kokille
erneut ausgelöst werden. Hierdurch kommt es zu der bekannten, nochmaligen Kohlenoxydentwicklung
in der Blockkokille bekannter Bauart, wobei durch das entweichende Kohlenoxyd noch
andere in Stahl gelöste Gase,
z. B. Stickstoff und Wasserstoff,
gegebenenfalls mitgerissen. werden. Bei der Erstarrung eines solchen uriberuhigten,
in Kokillen der verschiedensten Bauart vergossenen Stahles bilden sich dann verschiedene
Blasenkränze in unkontrollierbarer Menge und Stärke aus, die sich bei der Verarbeitung
des Gußstückes auf Halbzeug unter Umständen sehr nachteilig bemerkbar machen.
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Wird dagegen die bisher zum Vergießen kommende Stahlschmelze durch
Zusatz von stärker wirkenden Desoxydationsmitteln, wie Silicium oder Aluminium,
vor dem bekannten Vergießen in Kokillen desoxydiert, so wird, wie an sich bekannt,
der Sauerstoffgehalt des Stahles praktisch vollständig abgebunden. Infolgedessen
können sich dann beim Vergießen der Stahlschmelze in Kokille auch keine Umsetzungen
mehr mit dem Kohlenstoff abspielen. Beim bekannten Kokillenguß bilden sich aber
dann ein oder mehrere Lunker im Kopfstück des Blockes oder Barrens aus, so daß dieses
vor der Verarbeitung abgeschnitten und verschrottet werden muß. Solche Lunker können
sich aber auch beim Vergießen von uriberuhigtem Stahl, wenn auch nicht in demselben
Ausmaße wie. beim beruhigten Stahl, zeigen, wie ja auch beim letzteren durch hohe
Stickstoff- und Wasserstoffgehalte Blasenkränze entstehen können.
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Beim erfindungsgemäßen Stahlstranggießverfahren ist es nun unerheblich,
ob beruhigter oder uriberuhigter Stahl vergossen wird, denn. sowohl in dem einen
wie in dem anderen Fall erhält man einen Bolzen oder Barren, der frei von. Blasen
oder Schwindungshohlräumen ist. Das ist äußerst vorteilhaft, weil die daraus hergestellten
Halbzeuge in mechanischer und wirtschaftlicher Hinsicht sehr wohl konkurrenzfähig
sind mit den nach schon bekannten Gießverfahren hergestellten, vergleichbaren Produkten.,
und trotzdem braucht die zum Vergießen kommende Stahlschmelze keine andere als die
übliche Behandlung, was auch vorteilhaft ist.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel
erläutert, .wobei auf weitere Vorteile der Erfindung noch hingewiesen wird.
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Der gefrischte und mit bekannten Mitteln in bekannterWeise desoxydierte,
schmelzflüssige Stahl wird zweckmäßig einem Warmhalteofen mit entsprechendem Fassungsvermögen
zugeführt, der einer Stranggießanlage vorgeschaltet ist. Aus dem Warmhalteofen fließt
das Gießgut der Stranggießkokille über einen Vorherd zu, der mit dem Warmhalteofen
zweckmäßig eine Einheit bildet. Damit die .gegebenenfalls auch noch in kleinem Ausmaße
vorhandene Schlacke über dem schmelzflüssigen Gießgut des Warmhalteofens nicht in
den Vorherd und damit auch in die Stranggießkokille gelangt, ist zweckmäßig zwischen
Vorherd und dem eigentlichen Warmhalteofen eine Trennwand mit Unterlauf angeordnet,
so daß nur die schlackenfreie Metallschmelze in den Vorherd gelangen. kann. Aus
dem Vorherd kann das schmelzflüssige Gießgut durch Düsen oder Düsenrohre oder in
einer andren bekannten Weise, z. B. über offen.. Rinnen, in denen .das Gießgut durch
einen Gasschleier vor Oxydation geschützt wird, der Kokille zugeleitet werden.
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An Stelle des Vorherdes kann man auch den Warmhalteofen kippbar um
die Schnauze ausgestalten, was mit bekannten Mitteln möglich ist. In diesem Fall
wird der Stranggießkokille das schmelzflüssige Gießgut bevorzugt über offene, zweckmäßig
sogar über beheizte Rinnen zugeführt, sofern ein Zähflüssigwerden des Gießgutes
auf dem möglichst kurzen Weg zur Kokille zu befürchten ist. Auch hier trifft man
durch Anwendung eines Schlackenabscheiders beliebiger Raumform Vorsorge dafür, daß
möglichst keine Schlacke mit dem Gießgut in die Kokille kommt.
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Das schmelzflüssige Gießgut wird in dem Warmhalteofen oder -tiegel
möglichst auf einer gleichmäßigen Temperatur gehalten, deren Höhe so bemessen ist,
daß durch etwaigen Temperaturabfall des Gießgutes auf dem Wege von der Warmhaltevorrichtung
bis zur Stranggießkokille dennoch die Stahlschmelze genügend dünnflüssig ist, um
Überlappungen an dem entstehenden Strang zu vermeiden und trotzdem möglichst wenig
Wärme dem Gießgut bis zur Erstarrung entzogen werden muß; denn bei der niedrigst
möglichen Gießtemperatur enthält die gießfertige Stahlschmelze den geringsten Gasgehalt,
wodurch wiederum die Einhaltung einer vorteilhaft flachen Erstarrungszoneermöglicht
wird. Wenn: es auch möglich ist, Stahl oder Eisen mit höheren Temperaturen erfolgreich
strangzugießen, so kommt doch der möglichen niedrigsten Gießtemperatur eine große
Bedeutung zu, weil ja die Wärmebilanz zwischen der durch das Gießgut der Kokille
zugeführten Wärme und der durch mittelbare Kühlung über die Kokillenwand einschließlich
der durch unmittelbare Kühlung des Stranges abgeführten Wärme ausgeglichen sein
muß. Um das zu erreichen, wird ja der Kokille das schmelzflüssige Gießgut nicht
nur mit möglichst gleicher Temperatur, sondern auch in gleicher Menge und gleicher
Geschwindigkeit zu- und der entsprechende Strang mit gleicher Geschwindigkeit abgeführt,
wenn, die Gesamtkühlung mit gleicher Intensität über einen mehr oder weniger langen
Zeitabschnitt aufrechterhalten wird. Ist aber beispielsweise die Gießtemperatur
höher als notwendig, so. muß zum Ausgleich ein anderer Faktor geändert werden, beispielsweise
die Erstarrungsgeschwindigkeit, was durch eine verstärkte Kühlung unter gewissen
Voraussetzungen möglich ist. In ähnlicher Weise würde sich eine Änderung bei anderen
Gießfaktoren auswirken, was aber nur dem Stranggießverfahren eigen ist. Hierbei
wird unter Stranggießen im Sinne der vorliegenden Erfindung ein solches Verfahren
verstanden, bei welchem das gegossene Erzeugnis länger als der Gießraum der Kokille
ist. Somit ist also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stranggießen von Eisen
und Stahl notwendig, daß eine Relativbewegung des gegossenen Blockes gegenüber der
Kokille stattfindet, im Gegensatz zum bekannten: Blockgießverfahren. Damit diese
Relativbewegung des entstehenden
Stranges beim erfindungsgemäßen
Verfahren ohne Beschädigung der Oberfläche und damit ohne Beeinträchtigung der Oberflächengüte
erfolgen kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: einmal muß die Randerstarrung
bis dicht unter die Oberfläche vorgetrieben sein, und sodann muß die Randkruste
so stark sein, daß sie sich von der Kokillenwand abhebt und nicht mehr durch den
gegebenenfalls noch flüssigen Strangkern gegen die Kokillenwand gedrückt wird, so
daß nur unter Anwendung erheblicher Zugkräfte der Strang aus der Kokille herausgezogen
werden könnte. Im allgemeinen soll der Strang durch sein Eigengewicht absinken,
so daß der Stranggießkokille nachgeschaltete Walzen mehr als Stützwalzen dienen
denn als Zugwalzen: denn die Warmfestigkeit der erstarrten Randkruste ist bei den
hohen Temperaturen, die hier in Frage kommen, nur gering.
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Es ist aber bei dem e rfindungsgemäßen Verfahren nicht nur erforderlich,
.daß die Randerstarrung bis dicht unter die Oberfläche des Gießspiegels vorgetrieben
wird und die Randkruste eine genügende Stärke gegen verschiedene Beanspruchungen
hat, sondern diese Randkruste muß auch praktisch gas-und porenfrei sein; denn Randporen
stehen in der Regel durch Kanäle mit der Außenluft in Verbindung, so. @daß :die
Möglichkeit besteht, daß Porenwandungen oxydieren und bei der Weiterverarbeitung
nicht mehr vollständig miteinander verschweißen, was zu Schiefern am Halbzeug führt.
Gasblasen in der Randschicht und im Innern des restlos erstarrten Stranges können
außerdem nachteilige Gasblasenseigerungen verursachen, so daß man auch die Erstarrung
des Stranginnern erfindungsgemäß so leiten muß, daß keine größeren Gasblasen bei
der Resterstarrung entstehen. Das wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß man
die Resterstarrung des Stranginnern. auf den Gesamtgasgehalt des Gießgutes abstimmt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß unberuhigter Stahl mit den gleichen Geschwindigkeiten
stran.ggegossen werden kann wie beruhigter Stahl, anscheinend deswegen, weil in
der Stranggießkokille immer nur ein kleiner Teil des Gesamtstranges zur Erstarrung
kommt, so daß die beim unberuhigten Stahl im üblichen. Kokillenguß eintretenden,
unkontrollierbaren Wechselwirkungen zwischen Kohlenstoff einerseits und Eisen- bzw.
Manganoxydul andererseits schon gar nicht in der Intensität auftreten könnten, selbst
wenn durch Seigerungsvorgänge eine Anreicherung dieser Stoffe in der Mitte des Stranggußblockes
eintreten würde. Es ist aber für das erfindungsgemäße Verfahren charakteristisch,
daß bei ihm gleichzeitig auch die Seigerungsvorgänge praktisch unterbunden werden,
was nicht nur wegen der vorhererwähnten Wechselwirkungen, sondern auch im Hinblick
auf eine gute spanlose Verformbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Blöcke oder
Barren. von Bedeutung ist. Es wurde gefunden, daß sich bei erfindungsgemäß hergestellten
Blöcken oder Barren aus Stahl oder Eisen infolge verminderter oder unterbundener
Seigerungen auch noch Vorteile daraus ergeben" daß die aus solchen Erzeugnissen
hergestellten Halb-fab,rikate korrosionsfester sind im Vergleich zu anderen Halbzeugen,
die aus nach den schon bisher bekannten Gießverfahren erzeugten Blöcken hergestellt
wurden. Eingehende Untersuchungen hierüber sind im Gange, aber noch nicht abgeschlossen.
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Bei .dem erfindungsgemäßen Verfahren. haben die zu vergießenden Werkstoffe
eine relativ hohe Gießtemperatur im Vergleich zu den schon bisher strangvergossenen
Metallen und: Legierungen, wie Aluminium oder Messing. Infolgedessen müssen hierbei
zu den brauchbaren Vorrichtungen auch hochhitzebeständige Werkstoffe angewandt werden,
die in der Eisenhüttentechnik bereits bekannt sind, beispielsweise Zirkonoxyd für
Düsen oder Düsenrohre. Als Kokillenwerkstoff kommt vorwiegend Kupfer in Betracht.
Die Innenfläche soll zweckmäßig keine Querriefen haben und nur in Durchlaufrichtung
des Stranges bearbeitet, mindestens gehont, wenn nicht poliert oder verchromt sein.
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Bei bekannten Vorrichtungen hat sich eine Mindestbauhöhe der Kokille
von 6o cm als praktisch erwiesen, weil damit auch eine gewisse Betriebssicherheit
gewährleistet ist. Man kann aber auch kürzere oder längere Kokillen verwenden und
auch solche ohne Kühlmantel, wenn man das Kühlmittel auf die Kokille, beispielsweise
durch Aufspritzen, einwirken läßt. .
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Bei der Herstellung eines 6"-Bolzens auf der bekannten Vorrichtung
betrug die Stahltemperatur im Warmhalteofen 160o° C. Am Kokilleneinlauf war die
Kühlwassertemperatur 6° C und am Auslauf 68° C bei einer stündlichen Kühlwassermenge
von rund loooo 1. Beim Austritt aus der Kokille hatte der Bolzen eine Temperatur
von 130o° C. Die Düse hatte einen Durchmesser von 7,2 mm. Die Ausflußöffnung der
Düse war unter dem Metallspiegel. Die Gießleistung betrug etwa 3ooo kg/Stunde. Im
vorliegenden Fall wurde zur Verminderung der Wärmebeanspruchung der Zone in der
Kokille, auf die der heiße Gießstrahl zuerst trifft,- mit Hub gearbeitet, was an
sich in der Stranggießtechnik bekannt ist. Die Hubhöhe der Kokille war 28 mm und
die Hubzahl 12/Minute. Die Gießleistung-in der Stunde ist in Abhängigkeit von dem
Werkstoff und dessen gewünschter Güte in ziemlich weiten Grenzen veränderlich, im
Ausführungsbeispiel zwischen looo und 12 ooo kg/Stunde. Da diese Leistung schon
im Einstrangverfahren erzielbar ist, kann. das Ausbringen noch weiter 'dadurch gesteigert
werden, daß im an sich bekannten Mehrstrangverfahren gegossen wird. Das ist von
einer wesentlichen Bedeutung für die Einführung des Stranggießens zur Herstellung
von Blöcken oder Barren aus Eisen oder Stahl, weil ja nicht nur die grundsätzliche
Frage geklärt werden mußte, ob man überhaupt Stahl erfolgreich stranggießen kann,
sondern außerdem auch noch das Massenproblem zu bewältigen war; denn der in relativ
großen Mengen verblasene Stahl muß innerhalb einer berechenbaren Zeit vergossen
sein, andernfalls er verschlackt. Die Anwendungsmöglichkeit
des
Mehrstrangverfährens beseitigt aber auch die Hemmungen, die der Einführung des Stranggießverfahrens
zur Herstellung von Blöcken oder Barren aus Eisen oder Stahl von .der Mengenseite
bisher entgegenstanden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch
diskontinuierlich durchgeführt werden. Im ersteren, Fall kann die weitere Unterteilung
des Stranges in Verarbeitungslängen durch eine an sich bekannte, gewichtslos aufgehängte
Säge, die sogar vollautomatisch gesteuert werden kann, oder durch autogenes Schneiden,
Ab-
quetschen oder in einer anderen, sonst bekannten Weise erfolgen. Beim
diskontinuierlichen Verfahren werden nur vorbestimmteLängen hergestellt, die aber
gegebenenfalls auch noch unterteilt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist generell anwendbar für legierte
und unlegierte Stähle und auch für Eisenlegierungen, unabhängig davon, ob sie seigerungs-
oder spannungsrißempfindlich sind oder nicht. In wirtschaftlicher Hinsicht bringt
es nicht nur den Vorteil, daß der Abfall an verlorenen Köpfen praktisch Null ist
(es wurde eine Abfallersparnis von 300/0 errechnet), sondern auch eine Einsparung
an Vorrichtungen und eine Gütesteigerung der aus erfindungsgemäß hergestellten Blöcken
und Barren fabrizierten Halbzeuge. Insbesondere kann man mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens jetzt in großen Mengen auch solche Formate gießen, die, ohne über die
bekannte Vorblockstraße zu laufen, mit Hilf ebilligerer Maschinen verformbar sind.
Dabei vermindern sich beim erfindungsgemäßen Verfahren die anteiligen. Kokillenkosten
ganz erheblich gegenüber sonst bekannten Gießverfahren.