WO2000020156A1 - Verfahren zur aluminothermischen verbindungsschweissung zweier auf lücke verlegter schienen und giessform zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur aluminothermischen verbindungsschweissung zweier auf lücke verlegter schienen und giessform zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Rolf Plötz
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Ploetz Rolf
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K23/00—Alumino-thermic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/26—Railway- or like rails

Definitions

  • the invention first relates to a method for the aluminothermic connection welding of two rails laid in a gap, in which the steel produced aluminothermally in a crucible is poured into an at least two-part casting mold surrounding the rail ends and the space between the rail ends while filling up a free space provided above the rail head and in the molded parts provided fillers.
  • the melt jet loses kinetic and thermal energy at the top of the bar, which acts as an impact surface. Furthermore, in the ascending direction of flow at the rail ends, no reliable melting of the rail end surfaces can be achieved.
  • This object is achieved in that when a two-part mold is used, the steel is poured in via a single flux riser provided in the one molded part and connected to the head space of the mold and the footwell of the mold, and in the other molded part steel is connected via at least one connected to the footwell and flows out at least one riser connected to the head space of the casting mold. Since the melt jet is introduced directly into the river riser without first hitting a bar and from there is deflected into the mold cavity, the necessary preheating energy can be reduced by applying a burner to the mold and / or the weight of the portion to be melted.
  • the steel By guiding the melt flows in the mold according to the invention the steel at least in the foot area and in the head area horizontally or slightly rising from the sprue side past the rail joint. In this way, the areas in the center of the foot and head that tend to cold welding can be subjected to increased heat from hot melting steel.
  • the flow velocities or flow quantities of the transverse flows of the melt according to the invention can be set by the sizes of the assigned inlet and outlet cross sections.
  • steel flows out of the head space via two risers.
  • a head alloy is provided in that the hardness-forming alloy additives are alloyed over the bar in the casting mold. From the description it can be seen that there is at least an inherently undesirable alloying of the web. If the welding in the head part is to be alloyed in the present procedure, the cross-flow in the head part largely prevents the web from alloying, since excess alloy material is discharged into the head climber (s).
  • the hardness-forming alloy additives can be arranged in the inlet to the head, in the head space itself and / or in the free space above the head.
  • the invention is also directed to a casting mold for carrying out the method.
  • this is characterized in that, in the case of a two-part casting mold, a single footstool formed in one molded part is connected via a channel to the head space of the casting mold and via a channel at least to the footwell and in the other molded part at least the footwell is connected to a riser and the Headspace are connected to at least one other riser.
  • Claim 7 is directed to a preferred embodiment of the casting mold according to the invention.
  • the different cross-sections of the rail head and rail foot play a particularly important role in the connection welding of rails, since the steel filling the casting cavity in the region of the rail foot cools faster than the steel in the region of the rail head. This can lead to different microstructures in the two areas of the joint weld; the risk of void formation is possible.
  • Claims 8-10 are directed to preferred molds in which these problems essentially do not occur.
  • the feeder chambers are assigned a feeder channel designed as a knife gate, which essentially covers the entire foot and the transition radius from foot to web.
  • a knife gate which essentially covers the entire foot and the transition radius from foot to web.
  • the claim 12 is directed to a casting system in which the crucible is placed on the mold in such a way that the pouring column is extended.
  • the steel In addition to increasing the casting speed, it is possible for the steel to flow in with the exclusion of air, which means that the steel is expected to be of high purity and less energy losses.
  • This casting system could also be used to advantage with other types of casting molds.
  • the claim 13 is directed to a method in which a rapid cooling of the steel entering the free space above the rail head is achieved.
  • the claim 14 relates to a preferred method, in which not only cooling, but also a hardening alloy of the rail head takes place.
  • the claim 15 is directed to a correspondingly designed mold.
  • Fig. 1 a vertical section transverse to the direction of the rail through a casting mold assembled above the rails with a long-term crucible arranged at a distance from the casting mold and a suspended alloy carrier,
  • Fig. 2. a section corresponding to Fig.2. to show the sectional planes of the following figures. 3 - 6.
  • Fig. 3-6 horizontal sections according to the lines III-III ⁇ / I-VI in Fig. 2, Fig. 7. a supervision of the casting mold according to Fig.1.
  • Fig. 8. a cut cf. Fig. 1. with a disposable crucible placed on the mold.
  • the mold 1 consists of a first mold part 2 and a second mold part 3, which surround the rail ends to be welded.
  • the two mold parts 2 and 3 determine a head space K assigned to the rail head, a web space S assigned to the rail web and a foot space F assigned to the rail foot, and a free space FF which adjoins the head space K at the top and is open at the top.
  • a flux riser 4 with an inlet funnel 5 is provided in the first casting part 2.
  • the river riser 4 is connected to the head space K via a channel 6, preferably to the lower area thereof.
  • the lower Inde of the river riser 4 is designed as a feed chamber 7, which is connected to the footwell F via a feed neck 8 designed as a knife gate. (see in particular Fig. 1 and Fig. 6.)
  • the second mold part 3 there is a riser 9 connected to the footwell, the lower Inde of which is designed as a feeder chamber 10.
  • the feeder chamber 10 is also connected to the footwell F via a feeder neck 11 designed as a knife gate.
  • the volume of the feeder chamber 8 is preferably smaller than the volume of the feeder chamber 11, since the feeder chamber 10 is filled with less hot melt.
  • Two further risers 12 and 13 are arranged opposite one another on different sides of the riser 9 and are connected to the head space K, again preferably to the lower area thereof.
  • the cross section of the risers 12 and 13 is in each case preferably larger than the cross section of the head climber 9.
  • the mold parts 2 and 3 are provided on their top with edges 14 and 15, respectively, which the slag in Fig.1. drain to the right and left in slag pans 16 and 17.
  • an inclined guide and holding notch 18 is preferably provided, into which a tube 19 is inserted at its front section 19a with alloy additives.
  • the front section 19a of the tube extends across the rail head in the free space FF.
  • the middle section 19b of the tube is pressed flat and in the from the Fig.1. clearly angled.
  • the rear pipe section 9c is not pressed flat and serves as a handling handle.
  • the free space FF has a cross-sectional reduction at its upper inde, as shown in Fig.1. and 2. can be seen.
  • the container for receiving the alloy carriers can also have a shape other than a tube; Cans or cans are also suitable.
  • a cone-like long-term crucible 20 is held, from which, after the aluminothermic mass has ignited, the melted steel and melting of the stopper 21 held in a stopper carrier, the bottom of the crucible flows into the funnel 5 in a free jet.
  • the steel flow from the feeder chamber 7 via the footwell F to the feeder chamber 10 builds up a flow with a substantial horizontal component and / or a slightly increasing component and steel flows into the web space F. Melt rises from riser 9 in riser 9.
  • the steel flow from the connecting channel 6 via the head space K to the inlet openings in the ends of the risers 12 and 13 angled toward the head space builds up a cross flow with an essentially horizontal component.
  • the free space FF is filled and melts the pipe section 19a.
  • the cross flow impedes the diffusion of alloy material into the rail web.
  • the risers 12 and 13 are filled up.
  • the slag flowing in from the crucible flows into the slag dishes 16 and 17.
  • the flow velocities or the amounts of the transverse flows are determined by the ratio of the cross sections of the flux riser 4, the connecting channel 6, the head risers 12 and 13 on the one hand and the flux riser 4, the riser necks 8 and 10 and the riser 9 on the other hand.
  • the right mold part 2 ' has a different design.
  • the refractory material is drawn beyond the edge height and at the upper end of the flux feeder 4 'an annular or angular recess 22 is formed, into which an extension 23 of a cylindrical disposable crucible 20' placed on the casting mold 1 'engages.
  • the pouring plug 21 ' is arranged in the tubular extension. In this casting system, the casting column extends into the crucible and the steel can flow into the flux riser 4 'in the absence of air.
  • the slag can remain in the crucible, since the columns forming in risers 9, 12 and 13 can hydrostatically support the lighter slag column in the crucible.
  • the same positive engagement can also be provided in a long-term crucible.
  • a suitable adapter piece can also be used for the coherent, tight connection between the long-term crucible or disposable crucible.
  • the molten steel causes the heat introduced to spread through heat conduction in the longitudinal direction of the rail. Since the refractory mold surrounding the rail joint can only be removed after the protruding weld bead has been sheared off, an unsatisfactory heat-affected zone and thus a large hardness valley can form in the two opposite rail ends.
  • the welding bead can only be sheared off when the molten phase has solidified in the free space above the rail head.
  • At least one cooling iron or heat sink 24 is inserted into the space FF above the head before filling the free space FF or even before the rails are preheated, as shown in dotted lines in the figure.
  • the heat sink 24 extracts heat from the incoming steel, preferably melting itself.
  • the cooling iron 24 consists of the actual heat sink 24a, a handle 24b and a support 24c.
  • the heat sink 24a can be cylindrical or cuboid, for example.
  • Such a cooling iron can also be used in the embodiment according to FIG. be used.
  • a corresponding recess would then have to be provided for the support 24c in the casting mold part 2 '.
  • the heat sink 24 must of course be arranged above the tube 19 in the free space FF.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur aluminothermischen Verbindungsschweißung zweier auf Lücke verlegter Schienen, bei dem der aluminothermisch in einem Tiege erzeugte Stahl in eine die Schienenenden umgebende mindestens zweiteilige Gießform eingegossen wird und der Zwischenraum zwischen den Schienenenden unter Auffüllung eines über dem Schienenkopf vorgesehenen Freiraums und in den Formteilen vorgesehenen Steigern aufgefüllt wird; ist zur besseren Ausnutzung der Schmelzenergie und zur Verbesserung des Erschmelzens der Schienenenden vorgesehen, daß bei Einsatz einer zweiteiligen Gießform der Stahl über einen einzigen in dem einen Formteil vorgesehenen und mit dem Kopfraum der Gießform und dem Fußraum der Gießform verbundenen Flußsteiger eingegossen wird und in dem anderen Formteil Stahl über einen zumindest mit dem Fußraum verbundenen und mindestens einen mit dem Kopfraum der Gießform verbundenen Steiger abströmt.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren zur aluminothermischen Verbindungsschweißung zweier auf Lücke verlegter Schienen und Gießform zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur aluminothermischen Verbindungsschweißung zweier auf Lücke verlegter Schienen, bei dem der aluminothermisch in einem Tiegel erzeugte Stahl in eine die Schienenenden umgebende mindestens zweiteilige Gießform eingegossen wird und der Zwischenraum zwischen den Schienenenden unter Auffüllung eines über dem Schienenkopf vorgesehenen Freiraums und in den Formteilen vorgesehenen Steigern aufgefüllt wird.
Aus der DE 196 37 283 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem unter Einsatz einer dreiteiligen Form gemäß Fig.3 der erschmolzene Stahl aus einem mit Abstand oberhalb der Gießform gehalteten Tiegel auf ein im oberen Bereich der Gießform den Schienenkopf überdeckend angebrachtes Formstück in Form eines Riegels aufprallt und dann seitlich in jeweils in den beiden Formhälften angeordneten Flußsteigern einströmt und an den unteren Enden der Steiger in den Fußraum der Gießform eintritt, bis der Raum zwischen Fahrfläche des Schienenkopfs und der Unterseite des Riegels und die Steiger mit entsprechendem Niveau mit Stahl aufgefüllt sind. Auch die Schlacke strömt aus dem Tiegel ab und füllt das Restvolumen der Form, sowie seitlich an der Form angebrachte Schlackeschalen.
Bei dieser Verfahrensführung verliert der Schmelzstrahl an der als Prallfläche wirkenden Oberseite des Riegels Bewegungs- und Wärmeenergie. Weiterhin ist bei der aufsteigenden Strömungsrichtung an den Schienenenden kein sicheres Erschmelzen der Schienenendenflächen erreichbar.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem die Schmelzenergie besser ausgenutzt wird und das Aufschmelzen der Schienenenden verbessert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Einsatz einer zweiteiligen Gießform der Stahl über einen einzigen in dem einen Formteil vorgesehenen und mit dem Kopfraum der Gießform und dem Fußraum der Gießform verbundenen Flußsteiger eingegossen wird und in dem anderen Formteil Stahl über einen zumindest mit dem Fußraum verbundenen und mindestens einen mit dem Kopfraum der Gießform verbundenen Steiger abströmt. Da der Schmelzstrahl ohne vorheriges Aufprallen auf einen Riegel direkt in den Flußsteiger eingeführt wird und von dort in den Formhohlraum umgelenkt wird, kann die notwendige Vorwärmenergie durch Beaufschlagung der Form mit einem Brenner und/oder das Gewicht der zu erschmelzenden Portion reduziert werden. Durch die erfindungsgemäße Führung der Schmelzströme in der Gießform fließt der Stahl zumindest im Fußbereich und im Kopfbereich horizontal bzw. leicht ansteigend von der Eingußseite her am Schienenstoß vorbei. Auf diese Weise können die Flächen in der Mitte des Fußes und des Kopfes, die zu Kaltschweißen neigen, verstärkt von heißem Schmelzstahl mit Wärme beaufschlagt werden. Die Fließgeschwindigkeiten bzw. Fließmengen der erfmdungsgemäßen Querströmungen der Schmelze können durch die Größen der zugeordneten Einlauf- und Auslaufquerschnitte eingestellt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß Stahl über zwei Steiger aus dem Kopfraum abströmt.
Bei der Verfahrensführung gemäß der DE 196 37 283 ist eine Kopflegierung vorgesehen, indem die härtebildendenden Legierungsszuätze über den Riegel in der Gießform zulegiert werden. Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß dort zumindest auch eine an sich unerwünschte Auflegierung des Stegs erfolgt. Wenn bei der vorliegenden erfindungsgmäßen Verfahrensführung die Schweißung im Kopfteil auflegiert werden soll, wird durch die Querströmung im Kopfteil ein Auflegieren des Stegs weitgehendst vermieden, da überschüssiges legiertes Material in den oder die Kopfsteiger ausgetragen wird. Die härtebildenden Legierungszusätze können im Zulauf zum Kopf, im Kopfraum selbst und/oder im Freiraum über dem Kopf angeordnet werden.
Unter Umständen ist es zweckmäßig Zähigkeit spendende Impfmittel der Schweißung im Fußteil und ggfs.Stegteil zuzuführen, wobei die Impfmittel im Zulauf und/oder im Fußraum und/oder Stegraum der Form angeordnet werden.
Schließlich ist es zweckmäßig, wenn der Stahl in geschlossenen Strom aus einem formschlüssig auf die Gießform aufgesetzten Tiegel in den Fußsteiger einströmt, da durch eine Verlängerung der geschlossenen Gießsäule in den Tiegel hinein höheren Fließgeschwindigkeiten und ein zusätzlicher Energiegewinn zu erwarten sind.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Gießform zur Durchführung des Verfahrens.
Diese ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweiteiligen Gießform ein einziger in dem einen Formteil ausgebildeter Fußsteiger über einen Kanal mit dem Kopfraum der Gießform und über einen Kanal zumindest mit dem Fußraum verbunden ist und in dem anderen Formteil zumindest der Fußraum mit einem Steiger und der Kopfraum mit mindestens einem weiteren Steiger verbunden sind.
Der Anspruch 7 richtet sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform.
Bei dem Verbindungsschweißen von Schienen spielen insbesondere die unterschiedlichen Querschnitte von Schienenkopf und Schienenfuß eine erhebliche Rolle, da der den Gießhohlraum im Bereich des Schienenfußes auffüllende Stahl schneller abkühlt als der Stahl im Bereich des Schienenkopfs. Es kann also zu unterschiedlicher Gefügebildung in den beiden Bereichen der Verbindungsschweißung kommen; die Gefahr einer Lunkerbildung ist möglich.
Die Ansprüche 8 - 10 richten sich auf bevorzugte Gießformen, bei denen diese Probleme im wesentlichen nicht auftreten.
Weiterhin ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgsehen, daß den Speiserkammern ein als Messeranschnitt ausgebildeter Speiserkanai zugeordnet ist, der im wesentlichen den gesamten Fuß und den Übergangsradius von Fuß zu Steg abdeckt. Hierdurch wird vermieden, daß es insbesondere bei größeren Schweißlücken mittig auf dem sich bildenden Schweißwulst am Fuß zu Warmrissen infolge von Lunkerbildung kommen kann. Die Neigung zu einer solchen Rißbildung tritt im Radius des Übergangs vom Fuß zum Steg durch den sogenannten Sandkanten-Effekt in höherem Maße auf. Diese Gestaltung des Speisers und/oder Steigers mit Speiserkammer und Messeranschnitt-Speiserhals kann nicht nur bei der Gießform nach Anspruch 1 mit Vorteil eingesetzt werden sondern auch z.B. bei den Speisern gemäß der DE 196 37 283 C2 und anderen Speisern bzw. Steigern.
Der Anspruch 12 richtet sich auf ein Gießsystem, bei dem der Tiegel schlüssig auf die Gießform aufgesetzt ist derart, daß die Eingießsäule verlängert wird. Neben einer Erhöhung der Gießgeschwindigkeit ist ein Einfließen des Stahls unter Luftabschluß möglich,wodurch eine hohe Reinheit des Stahls und geringere Energieverluste zu erwarten sind. Auch dieses Gießsystem könnte mit Vorteil bei Gießformen anderer Bauart eingesetzt werden.
Der Anspruch 13 richtet sich auf ein Verfahren, bei dem eine schnelle Abkühlung des in den Freiraum oberhalb des Schienenkopfs eintretenden Stahls erreicht wird. Der Anspruch 14 betrifft eine bevorzugte Verfahrensführung, bei der nicht nur eine Abkühlung, sondern auch zugleich eine härtende Auflegierung des Schienenkopfs erfolgt. Der Anspruch 15 richtet sich auf eine entsprechend gestaltete Gießform.
Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig.1. einen Vertikalschnitt quer zur Schienenrichtung durch eine über den Schienen zusammengesetzte Gießform mit einem auf Abstand von der Gießform angeordneten Langzeittiegel und eingehängtem Legierungsträger,
Fig.2. einen Schnitt entsprechend Fig.2. zur Darstellung der Schnittebenen der nachfolgenden Figuren.3 - 6.,
Fig.3-6 Horizontalschnitte entsprechend den Linien lll-lll Λ/I-Vl in Fig.2., Fig.7. eine Aufsicht auf die Gießform gemäß Fig.1. und
Fig.8. einen Schnitt vgl. Fig.1. mit einem auf die Form aufgesetzten Einmaltiegel. Gemäß der Fig.1. besteht die Gießform 1 aus einem ersten Gießformteil 2 und einem zweiten Gießformteil 3, die die zu verschweißenden Schienenenden umgeben. Die beiden Gießformteile 2 und 3 bestimmen einen dem Schienenkopf zugeordneten Kopfraum K, einen dem Schienensteg zuzuordnenden Stegraum S und einen dem Schienenfuß zuzuordnenden Fußraum F und einen nach oben an den Kopfraum K anschließenden und nach oben offenen Freiraum FF.
In dem ersten Gießformteil 2 ist ein Flußsteiger 4 mit einem Einlauftrichter 5 vorgesehen. Der Flußsteiger 4 steht über einen Kanal 6 mit dem Kopfraum K in Verbindung, bevorzugt mit dessen unteren Bereich. Das untere Inde des Flußsteigers 4 ist als Speiserkammer 7 ausgebildet, die über einen als Messeranschnitt ausgebildeten Speiserhals 8 mit dem Fußraum F in Verbindung steht. ( vgl. insbesondere Fig.1. und Fig.6.)
In dem zweiten Gießformteil 3 ist ein mit dem Fußraum verbundener Steiger 9 vorgesehen, dessen unteres Inde als Speiserkammer 10 ausgebildet ist. Die Speiserkammer 10 ist ebenfalls über einen als Messeranschnitt ausgebildeten Speiserhals 11 mit dem Fußraum F verbunden. Das Volumen der Speiserkammer 8 ist vorzugsweise kleiner als das Volumen der Speiserkammer 11 , da die Speiserkammer 10 mit weniger heißer Schmelze aufgefüllt wird.
Auf verschiedenen Seiten des Steigers 9 sind gegenüberliegend zwei weitere Steiger 12 und 13 angeordnet, die mit dem Kopfraum K verbunden sind, wiederum bevorzugt mit dessen unteren Bereich. Wie aus den Fig.3-4. ersichtlich ist, ist der Querschnitt der Steiger 12 und 13 jeweils vorzugsweise größer als der Querschnitt des Kopfsteigers 9.
Die Gießformteile 2 und 3 sind auf ihrer Oberseite mit Rändern 14 bzw.15 versehen, die die Schlacke in der Fig.1. nach rechts und links in Schlackeschalen 16 und 17 ableiten.
In dem Gießformteil 3 ist vorzugsweise eine geneigte Führungs- und Haltekerbe 18 vorgesehen, in die ein an seinem vorderen Abschnitt 19a mit Legierungszusätzen gefülltes Rohr 19 eingelegt ist. Der vordere Abschnitt 19a des Rohrs erstreckt sich quer über den Schienenkopf in dem Freiraum FF. Der mittlere Abschnitt 19b des Rohrs ist flachgepreßt und in der aus der Fig.1. ersichtlichen Weise abgewinkelt. Der hintere Rohrabschnittl 9c ist nicht flachgepreßt und dient als Handhabungshandgriff. Der Freiraum FF weist an seinem oberen inde eine Querschnittsverringerung auf, wie sie aus den Fig.1. und 2. ersichtlich ist. Das Behältnis zur Aufnahme der Legierungsträger kann auch eine andere Form als ein Rohr aufweisen; Büchsen oder Dosen sind auch geeignet.
Oberhalb und mit Abstand von der Gießform 1 ist ein konusartiger Langzeittiegel 20 gehalten, aus dem nach Zündung der aluminothermischen Masse der erschmolzene Stahl und Schmelzen des in einem Stöpselträger gehaltenen Stöpsels 21 Boden des Tiegels in freiem Strahl in den Trichter 5 einströmt. Der Stahlfluß aus der Speiserkammer 7 über den Fußraum F zur Speiserkammer 10 baut Strömung mit wesentlicher horizontaler Komponente und/oder leicht steigender Komponente auf und es strömt Stahl in den Stegraum F ein. Aus der Speiserkammer 10 steigt Schmelze in dem Steiger 9 auf.
Der Stahlfluß aus dem Verbindungskanal 6 über den Kopfraum K zu den Eintrittsöffnungen in den zum Kopfraum hin abgewinkelten Enden der Steiger 12 und 13 hin baut eine Querströmung mit im wesentlicher horizontaler Komponente auf. Der Freiraum FF wird aufgefüllt und schmilzt den Rohrabschnitt 19a auf. Die Querströmung behindert die Eindiffusion von Legierungsgut in den Schienensteg. Die Steiger 12 und 13 werden aufgefüllt. Die aus dem Tiegel nachströmende Schlacke fließt in die Schlackenschalen 16 und 17 ab.
Die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. die Mengen der Querströmungen werden durch das Verhältnis der Querschnitte des Flußsteigers 4, des Verbindunskanals 6, der Kopfsteiger 12 und 13 einerseits und des Flußsteigers 4, der Speiserhälse 8 und 10 und des Steigers 9 andererseits bestimmt.
Bei der in der Fig.8. gezeigten Ausführungsform weist die rechte Gießformteil 2' eine abweichende Gestaltung auf. Das Feuerfestmaterial ist über die Randhöhe hinaus gezogen und am oberen Ende des Flußspeisers 4' ist eine ringförmige oder eckige Ausnehmung 22 ausgebildet, in die ein Fortsatz 23 eines auf die Gießform 1' aufgesetzten zylinderartigen Einmaltiegels 20' eingreift. In dem rohrartigen Fortsatz ist der Gießstöpsel 21' angeordnet. Bei diesem Gießsystem verlängert sich die Gießsäule in den Tiegel hinein und der Stahl kann unter Luftabschluß in den Flußsteiger 4' einströmen. Bei dieser Anordnung kann bei geeigneter Geometrie von Gießform und Tiegel erreicht werden, daß die Schlacke im Tiegel verbleibt, da die sich in den Steigern 9,12 und 13 bildenden Säulen hydrostatisch die leichtere Schlackesäule in dem Tiegel abstützen können. Derselbe formschlüssige Eingriff kann auch bei einem Langzeittiegel vorgesehen sein. Zur schlüssigen dichten Verbindung zwischen Langzeittiegel oder Einmaltiegel kann auch eine geeignetes Adapterstück Verwendung finden.
Beim Schweißen von gehärtetem Stahl entsteht in der wärmebeinflußten Zone (WEZ) durch den mit dem Wärmeeintrag verbundenen Anlaßeffekt ein Härteeinbruch. Wenn daher kopfgehärtete Schienen durch eine aluminothermische Schweißverbindung miteinander verschweißt werden sollen, ist es erstrebenswert, die wärmebeinflußte Zone und damit das unvermeidbare Härtetal so klein wie möglich zu halten.
Beim aluminothermischen Verbindungsschweißen breitet sich nach dem Füllen des Hohlraums zwischen den beiden zu verbindenden Schienenenden durch den schmelzflüssigen Stahl die eingebrachte Wärme durch Wärmeleitung in Schienenlängsrichtung aus. Da die den Schienenstoß umgebende Feuerfestform erst nach Abscheren des überstehenden Schweißwulstes entfernt werden kann, kann sich in der Zwischenzeit in den beiden einander gegenüberstehenden Schienenenden eine nicht zufriedenstellenden wärmebeeinflußte Zone und damit ein großes Härtetal ausbilden. Ein Abscheren des Schweißwulstes ist aber erst möglich, wenn die schmelzflüssige Phase im Freiraum oberhalb des Schienenkopfs erstarrt ist. Um der schmelzflüssigen Phase in Freiraum FF arme zu entziehen, wird vor dem Befüllen des Freiraums FF oder bereits vor dem Vorwärmen der Schienen in diesen oberhalb des Kopfs mindestens ein Kühleisen bzw. Kühlkörper 24 eingelegt, wie dies in der Fig. punktiert dargestellt ist. Das Kühlkörper 24 entzieht dem einlaufenden Stahl Wärme, wobei er vorzugsweise selbst erschmilzt. Durch den z.B. aus normalen Baustahl bestehenden Kühlkörper 24 wird die Dauer der schmelzflüssigen Phase wesentlich verkürzt und es kann somit erheblich früher der überflüssige Schweißwulst entfernt und danach die Feuerfestform von der Schweißnaht abgezogen werden. Die Folge hiervon ist eine wesentlich verkleinerte wärmebeinflußte Zone und damit ein wesentlich verkürztes Härtetal.
Bei der in der Fig.1. gezeigten Ausführungsform besteht das Kühleisen 24 aus dem eigentlichen Kühlkörper 24a, einem Handhabungsgriff 24b und einem Auflager 24c. Der Kühlkörper 24a kann z.B zylindrisch oder quaderförmig sein. Ein solches Kühleisen kann auch bei der Ausführungsform gemäß Fig.8. eingesetzt werden. Dann wäre für das Auflager 24c in dem Gießformteil 2' eine entsprechende Ausnehmung vorzusehen.
Wenn Legierungszusätze wie z.B. mit dem Rohr 19 eingebracht werden, muß der Kühlköper 24 selbstverständlich oberhalb des Rohrs 19 in dem Freiraum FF angeordnet werden.
Es ist jedoch auch möglich, die härtebildenden Legierungszusätze nicht mittels eines gesonderten Legierungszusatzträgers wie dem Rohr 19 einzubringen, sondern dies kann auch mittels des Kühlkörpers selbst erfolgen, der dann die erforderlichen Legierungszusätze wie V, Cr, Ni, Ti, Nb, C, Nb, Mn oder Mischungen hiervon enthält und diese bei seinem Erschmelzen in die Schmelze freigibt.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Verfahren zur aluminothermischen Verbindungsschweißung zweier auf Lücke verlegter Schienen, bei dem der aluminothermisch in einem Tiegel erzeugte Stahl in eine die Schienenenden umgebende mindestens zweiteilge Gießform eingegossen wird und der Zwischenraum zwischen den Schienenenden unter Auffüllung eines über dem Schienenkopf vorgesehenen Freiraums und in den Formteilen vorgesehenen Steigern aufgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer zweiteiligen Gießform der Stahl über einen einzigen in dem einen Formteil vorgesehenen und mit dem Kopfraum der Gießform und dem Fußraum der Gießform verbundenen Flußsteiger eingegossen wird und in dem anderen Formteil Stahl über einen zumindest mit dem Fußraum verbundenen und mindestens einen mit dem Kopfraum der Gießform verbundenen Steiger abströmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Stahl über zwei Steiger aus dem Kopfraum abströmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung im Kopfteil durch härtebildende Legierungszusätze legiert wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißung im Fußteil und ggfs. im Stegteil zähigkeitsbildende impfzusätze zugeführt werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in geschlossenem Strom aus einem formschlüssig auf die Gießform aufgesetzten Tiegel in den Flußsteiger einströmt.
6. Gießform zur aluminothermischen Verbindungsschweißung zweier auf Lücke verlegter Schienen zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweiteiligen Gießform (1 ;2,3) ein einziger in dem einen Formteil (2) ausgebildeter Flußsteiger (4) über einen Kanal (6) mit dem Kopfraum (K) der Gießform und über einen Kanal (8) zumindest mit dem Fußraum (F) verbunden ist und in dem anderen Formteil (3) der Fußraum (F) mit einem Steiger (9) und der Kopfraum (K) mit mindestens einem weiteren Steiger (12;13) verbunden sind.
7. Gießform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem anderen Formteil (3) zwei Kopfraumsteiger (12.13) jeweils auf verschiedenen Seiten des Fußraumsteigers (9) vorgesehen sind.
8. Gießform nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Fomτteil (2) am unteren Ende des Flußsteigers (4) eine Speiserkammer (7) vorgesehen ist.
Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet daß in dem einen Formteil (3) am unteren Ende des Fußsteigers
(9) eine
Speiserkammer (10) vorgesehen ist.
10. Gießform nach mindestens einem Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet daß das Volumen der Speiserkammer (7) des Flußsteigers (4) in dem einen Formteil (2) kleiner ist als das Volumen der Speiserkammer (10) in dem anderen Formten.
11. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet daß den Speisekammern (7,10) ein als Messerschnitt ausgebildeten Speiserkanal (8;11) zugeordnet ist der im wesentlichen den gesamten Fuß und den Übergangsradius von Fuß zu Steg abdeckt
12. Verschweißungssystem bestehend aus der Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 6 - 11 und einem Tiegel, dadurch gekennzeichnet daß der Tiegel (20;20*) formschlüssig auf die Gießform aufsetzbar ist derart, daß die Bπgießsäule verlängert wird.
13. Verfahren zur aluminothermischen Verbindungsschweißung zweier auf Lücke verlegter Schienen, bei dem der aluminothermisch in einem Tiegel erzeugte Stahl in eine die Schienenenden umgebende mindestens zweiteilge Gießform eingegossen wird und der Zwischenraum zwischen den Schienenenden unter Auffüllung eines über dem Schienenkopf vorgesehenen Freiraums und in den Formteilen vorgesehenen Steigern aufgefüllt wird, insbesondere Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet daß dem in den Freiraum oberhalb des Schienenkopfs aufsteigenden Stahl über mindestens einen in den Freiraum eingebrachten metallischen Kühlkörper, insbesondere Eisen - bzw. Stahlkörper, Wärme, vorzusweise unter Erschmelzen des Metallkörpers, entzogen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet dass mittels des erschmelzenden Kühlkörpers härtebildende
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Legierungszusätze in den Schienenkopf eingebracht werden.
15. Gießform nach mindestens einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Freiraum (FF) oberhalb des Schienenkopfs mindestens ein metallischer Kühlkörper (24), vorzugsweise ein härtebildende Legierungszusätze enthaltendesKühleisen, angeordnet ist.
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