DE1483555C3 - Vorrichtung zum Gießen von Eisen und dessen Legierungen zu Blöcken oder Stranggußerzeugnissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von Eisen und dessen Legierungen zu Blöcken oder Stranggußerzeugnissen mit einem den flüssigen Gießmetallstrahl aufnehmenden, auf der geschmolzenen Metallmasse in der Gußform schwimmfähigen Behältnis.

Es ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 611), einen Strahl flüssigen Gießmetalls auf einen auf der geschmolzenen.Metallmasse in der Gießform schwimmenden Körper zu gießen, der an seinem Oberteil als Fangschüssel ausgebildet sein kann. Hierbei sind die Innenwandungen der Fangschüssel des Schwimmkörpers — im Schnitt betrachtet — senkrecht stehende Flächen, die an ihrem oberen äußeren Rand nach außen abgebogen sind, also dem Schüsselrand eine konvexe Gestalt verleihen. Trifft nun ein Gießstrahl den Boden dieser Schüssel, so wird er durch die ihm innewohnende kinetische Energie längs der seitlichen Schüsselwandungen wieder senkrecht aufwärts geschleudert und fällt schließlich mit der ihm noch verbliebenen kinetischen Energie zurück auf den Schüsselrand und teilweise auch unmittelbar ins Gießbad, wobei er beim Auftreffen verspritzt. Diese Spritzer, welche mit der umgebenden Luft in innige Berührung gelangen und daher die unerwünschte Oxydation des Metalls erheblich steigern, beeinträchtigen naturgemäß die Güte des Gusses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß solche Spritzer vermieden werden. Diese Aufgabe ist bei einer solchen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seitenwandungen des in der Gußform schwimmfähigen Behältnisses auf ihrer Innenseite, zumindest am oberen Behältnisrand, konkav geformt sind. Auf Grund dieser Ausbildung wird dem als Gießstrahl zugeführten Metall jegliche kinetische Energie genommen, bevor es mit der Metallmasse im Gießbad in Berührung kommt. Auf

ίο Grund des erfindungsgemäß geformten Behältnisses wird nämlich der Gießstrahl nach seinem Auftreffen auf den Boden des Behältnisses nicht mehr — wie bei der zuvor genannten bekannten Arbeitsweise — längs den Seitenwandungen senkrecht aufwärts, sondem konvergent zur senkrechten Achse des Gießstrahls nach innen gelenkt, so daß das flüssige Metall nicht einmal mehr teilweise in das eigentliche Gießbad gelangen kann, sondern vollständig im Kreislauf im Behältnis herumgeführt wird, bis seine kinetische

ao Energie durch innere Reibung verbraucht ist; erst dann fließt das im Behältnis befindliche geschmolzene Metall bei Überlaufen des Behältnisses in das eigentliche Gießbad ein.

Weitere, durch die Unteransprüche gekennzeichnete Merkmale der Gießvorrichtung und durch sie erzielte Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, welche beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

F i g. 1 stellt einen vertikalen axialen Linkshalbschnitt eines Behälters gemäß der Erfindung dar, und zwar in einem Drehkörper, welcher für das Sturzgießverfahren — außerhalb der Kokille betrachtet — bestimmt ist;

F i g. 2 zeigt den vertikalen Axialschnitt eines Behälters gemäß der Erfindung, und zwar in einem Drehkörper, welcher auf einer geeigneten Platte ruht, die für das Gespanngießverfahren — außerhalb der Kokille betrachtet — bestimmt ist;

F i g. 3 verkörpert den vertikalen Axialschnitt des Mittelstücks einer Kokille, welche mit einer Variante der Vorrichtung (gemäß Linie 3-3 der Fig.4) versehen ist;

F i g. 4 stellt den Flächenhalbschnitt dar (s. Linie 4-4 der Fig. 3);

F i g. 5 zeigt den vertikalen Axialschnitt (s. Linie 5-5 der F i g. 6) an dem oberen Teil einer Kokille für das Stranggießen, welche mit einer anderen Variante der Vorrichtung ausgestattet ist;

F i g. 6 verkörpert den Flächenhalbschnitt (s. Linie 6-6 der F i g. 5).

Die Vorrichtung C gemäß F i g. 1 zum Schwerkraftgießen ist ein Drehkörper mit der Achse y-y, dessen ' innere Fläche sich beim Drehen um die gleiche Achse in der Reihenfolge der Bezugszeichen o-m-e- q-r abwickelt. Die äußere Fläche, die sich ebenfalls um die gleiche Achse dreht, entwickelt sich in der Reihenfolge o^l-e^l-q^l-r^l. Die Vorrichtung C wird außerhalb der Kokille in dem Augenblick betrachtet, wo der Gießstrahl/ auf ihrem Boden auftrifft. Die äußere Fläche des ziemlich zylindrisch gefo^rmten Gießstrahls breitet sich von seiner Ankunftsstrecke ab in Richtung b-c-d-m aus, und zwar infolge def Wirkung des Bodens der Rundhöhlung der Vorrichtung C. Der Gießstrahl steigt in einer fast zylindri-

sehen Fläche an der Seitenwand der Vorrichtung gemäß e-q an, stößt anschließend auf die zylindrischkonisch gewölbte Kante R des oberen Abschnitts der Vorrichtung C und läuft in der Linie q-r zusammen,

wobei er einer kegelstumpfförmigen Fläche D folgt, deren Bewegungsform ziemlich parabelförmig zur Vertikalachse y-y liegen, welche für die Vorrichtung C und den Strahl / beim Schwerkraftguß dieselbe ist. Die Bahn der zurückfließenden Masse flüssigen Metalls wird durch die Formen des obenerwähnten parabelförmigen Kegelstumpfes f-g-h, 1¹S¹, fs², fs³ usw. bildlich dargestellt. Infolge des fortgesetzten Ausbreitens des Gießstrahls / durchläuft die besagte zurückfließende Fläche von neuem denselben Kreislauf, wobei sie zunehmend den Behälter C anfüllt, bis das Niveau N-N erreicht ist, an dem er, wie Pfeil F zeigt, befreit von seinen Unreinheiten, die sich in der Vorrichtung C abgesetzt haben, ohne dynamische Wirkung zum Überlaufen gebracht würde. Die günstigste Höhe, in der der Rand R liegt, hängt von der kinetischen Wirkung des Gießstrahls / ab, die zu einem großen Teil von dem ferrostatischen Druck abhängt, der in der Gießpfanne herrscht. Jene Höhe ist nicht kritisch und kann z. B. leicht unterhalb des Niveaus W-N¹ liegen. Die ansteigende Fläche würde also in Form einer Garbe (D¹) gelenkt werden und würde durch Wirkung des Strahls / als ein fast parabelförmiger Kegelstumpf auf den Boden der Höhlung zurückfließen, und zwar in einem Auftreffkreis um die Mitte 0 und den Strahl Oi, welcher der gleiche wie für die garbenförmige Kurve D ist. Es steht fest, daß der Strahl / den Boden der Vorrichtung C aushöhlen kann, z. B. gemäß der Drehhöhlung j-k, was nichts am Endergebnis ändert. Der Strahl / würde sich als eine Drehfläche gemäß d-h-l-m ausbreiten und von neuem den vorstehenden Kreislauf D oder D¹ durchlaufen. Allerdings ist es beim Schwerkraftguß ratsam, den Boden der Vorrichtung C konvex auszubilden, um die Aushöhlung durch den Strahl / auszugleichen.

Wie das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, ist die Vorrichtung C¹ für das Gespanngießverfahren ein Drehkörper um die Achse y'-y¹, dessen innere und äußere Fläche um dieselbe Achse rotieren. Diese Vorrichtung C¹ wird außerhalb der Kokille betrachtet. Sie ruht auf einer Platte B für das Gespanngießverfahren. Der Strahl J¹ mit kreisrundem Querschnitt mündet auf Grund der Zuleitung 1 in die Achse y¹-)»¹, erhebt sich in Form eines Pilzes, dessen Höhe von der Beschaffenheit des Gießens abhängt, und fließt als Fläche D² in Form eines fast parabelförmigen Kegels auf den Boden der Vorrichtung, um sich dort auszubreiten und in einer Fläche s-t-u an ihrer Seitenwand anzusteigen, wobei sie der Rand R¹ lenkt. Hiernach fließt sie als D³ in einem merklich parabelförmigen Kegel nieder und bildet eine Art Rundstab s-t-u-v mit der Achse y^l-y^l. Sie wiederholt sich in einem Kreislauf, der dem im Beispiel der F i g. 1 beschriebenen ähnelt. Ein Teil der pilzförmig niederfließenden Fläche wird als S¹ abgeleitet, um vom Strahl/¹ in demselben Kreislauf mitgeführt zu werden. Das flüssige Metall, welches die Vorrichtung C¹ anfüllt, dämpft sich ab und läuft am Niveau N²-N² ohne dynamische Wirkung, frei von seinen in der Vorrichtung abgelagerten Unreinheiten, über.

Die in F i g. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform bezieht sich auf die Vorrichtung C² für Schwerkraftguß, wobei die Vorrichtung insbesondere dazu bestimmt ist, bis zum höchsten Stand zu schwimmen, den das flüssige Metall in der Kokille A erreicht. F i g. 3 zeigt letztere teilweise in ihrer Mittelpartie im vertikalen Axialschnitt. Die Vorrichtung C- weist auf ihrem Boden eine konvexe Erhebung in der Achse des Gießstrahls/² auf, um die Aushöhlung durch besagten Strahl auszugleichen. Die Vorrichtung ist in der Höhe ZV⁴-iV⁴ des Gießbads schwimmend in dem Augenblick dargestellt, wo das Überlaufen an N³-N³ des flüssigen Metalls im Gießbad M¹, wie die Pfeile /³ es zeigen, den an Hand des Beispiels von Fig. 1 beschriebenen Kreisläufen ein Ende setzt. Diese Kreisläufe sind durch das Zusammenlaufen der erwähnten Fläche, vom Rand/?² zur Achse y²-y² gedrängt, charakterisiert. Danach fließt das flüssige Metall wieder zurück — ohne nachteilige dynamische Wirkung —, frei von Unreinheiten, welche sich in der Vorrichtung C² abgesetzt haben, und die Vorrichtung kann nun mittels ihrer beiden Handgriffe aus dem Bad der Kokille A entfernt werden. F i g. 5 und 6 beziehen sich auf eine Ausführungsform, welche bei einer Kokille für Strangguß (A¹) angewendet wird. In F i g. 5 ist die Kokille an ihrem obersten Teil im vertikalen Axialschnitt dargestellt und wird aus der Doppelwand 3 gebildet, die eine kühlende Flüssigkeit enthält, welche der öffnung 4 entfließt. Ihr oberer Abschnitt ist mit einem Deckel 2 versehen, der beispielsweise durch Löten mit der Wand 3 fest verbunden ist, an seiner unteren Bahn auf einer Stütze 4 ruht und durch eine alternative Bewegung eines nicht dargestellten Mechanismus in Bewegung gesetzt werden kann. Die Vorrichtung C¹ gemäß der Erfindung, deren Seitenwand zylindrisch

geformt ist, ist dem unteren Abschnitt eines Gießkorbes angepaßt. Die Vorrichtung kann aus dem gleichen Material bestehen bzw. so angebracht sein, daß die ebenfalls zylindrische Seitenwand des Korbes in einem Rand 7 die der Vorrichtung überragt.

Die Befestigung des Gießkorbes an einer nicht dargestellten Stütze ist, was die Höhe angeht, zu einer festen Stellung regulierbar, damit der Spielraum zwischen seinem Rand (7) und der Oberseite des Deckels (2) der Kokille A¹ seine alternative Bewegung zu-

läßt. Diese besteht in Verschiebung der öffnung des Deckels 2 auf die Außenseite der Vorrichtung C³. Während des Gießvorgangs strömt das in M nachgefüllte flüssige Metall als Strahl J³ durch die kleine Zuleitung 6, deren Durchfluß mit Hilfe des Stöpsels

6" reguliert wird, in die Vorrichtung C³. Dieser Strahl breitet sich auf den Boden aus, steigt an der senkrechten Wand wieder an und konvergiert zur Achse yj.ys d_es Strahles P durch Verlegung des Randes/?². Die Seitenwand der Sammelvorrichtung C³ enthält öffnungen 10, deren flacher, nach unten abgeschrägter Trichter das Ergießen des in M¹ nachgefüllten Metalls in die Kokille Λ^x ermöglicht. Das Metall ist frei von seinen Unreinheiten, die sich auf dem Boden der Höhlung der Vorrichtung C³ absetzen. Der

Durchfluß des von M in H¹ fließenden Metalls wird reguliert, damit er in M² seinen höchsten Stand 7-7 erreicht, welcher dann während des ganzen Gießvorgangs im Verhältnis zur Kokille Λΐ¹ ziemlich konstant bleibt, wenn der Stöpsel (der vorübergehend

den inneren Abschnitt der Kokille verschließt) dem gegossenen Körper zwecks Ausbringen Platz macht. Die Tiefe, bis in welche die Vorrichtung C³ in das ins Bad gegossene Metall eingetaucht wird, bleibt während der Gießdauer ziemlich konstant, weil das Nachfüllen des flüssigen Metalls von M¹ nach M² den Austritt des von unten aus der Kokille entnommenen, gegossenen Produktes ungefähr ausgleicht. Übrigens kann das Metall in H² sogar über die öff-

nungen 10 ansteigen, ohne der reinigenden Wirkung des Kreislaufs entgegenzuarbeiten, der sich erfindungsgemäß in geschwächtem Maße so fortsetzt, daß sich die Unreinheiten des Metalls M in M¹ ablagern. Der Gießkorb kann nun entfernt und rasch durch eine andere ähnliche Vorrichtung ersetzt werden, ohne daß der Gießvorgang eine unangenehme Unterbrechung erfährt. Seine Wiederverwendung kann nach Entfernung der in H¹ angesammelten Unreinheiten des flüssigen Metalls erfolgen.

Das Material, aus dem der konkave Block besteht, kann einer der feuerfesten Stoffe sein, welche mit den flüssigen, im Stahlwerk gebräuchlichen Eisenmetallen in Berührung kommen, wie z. B. Metalle mit Gehalten an Silizium—Aluminium, Magnesium oder ähnliche Erzeugnisse sowie Metalle, die feuerfest genug sind, um den betreffenden Temperaturen zu widerstehen und deren Merkmale in der Eisenindustrie bekannt sind. Vorzugsweise kann der Block aus einem Material bestehen, welches sich aus verschiedenartigen Elementen auf Abfallstoffbasis zusammensetzt, wie z. B. aus Papier, Pflanzenfasern oder ähnlichen Zelluloseerzeugnissen, oder aus durch Silikat feuerfest gemachten Stoffen, die anschließend gepreßt, gegossen und getrocknet wurden, um sich zu zersetzen und/oder durch Selbstverbrennung zumindest teilweise das erwünschte Niveau zu erreichen.

Es ist nun erfahrungsgemäß in gewissen Fällen notwendig, die Höhe, in der die Vorrichtung schwimmt, von ihrer Ingangsetzung je nach der Form des Bodens, auf den sie gesetzt werden soll, zu begrenzen, weil ihre Zerstörung in gewissen Fällen an einer höher gelegenen Schwimmgrenze erfolgen soll, ohne daß Rückstände bleiben, die der Güte des gegossenen Erzeugnisses schädlich sein könnten. Gleichzeitig soll vermieden werden, daß die Höhlungen, mit denen der vorgenannte Boden versehen wäre, zerstört werden, wenn sie beispielsweise beim unterbrochenen Gießen die Aufgabe haben, das äußerste untere Ende der Schmiedeblöcke zu gießen, um sie für die späteren Schmiedevorgänge passend zu machen, oder wenn sie dazu vorgesehen sind, günstigste Form des unteren Teiles der zum Walzen bestimmten Blöcke zu erhalten, damit z. B. die sogenannte Fischschwanzbildung vermieden wird, und ferner auch deshalb, um die Beständigkeit der Blöcke in den Heizöfen zu sichern. Vor allem beim Stranggießen soll die Widerstandsfähigkeit dem Aufprall gegenüber gewährleistet sein, mit welchem das flüssige Metall auf der oberen konkaven Fläche des Blocks auftrifft, damit die genannten Vorteile verwirklicht werden. Es spielt keine Rolle, ob dieser Block dazu bestimmt ist, bis zum obersten Niveau der gefüllten Kokille zu schwimmen oder sich zu zersetzen, kurz nachdem er der zerstörenden Wirkung des eben erwähnten Auftreffens Widerstand geleistet hat. Beim Stranggießen handelt es sich selbstverständlich um das Auftreffen, welches bei seinem Beginn auf der oberen Fläche des Elementes »provisorischer Boden« erfolgt und welches in die Kokille eingeschaltet wurde, um das Anfangsfüllen zu sichern.

In den Zeichnungen bedeutet

F i g. 7 den vertikalen Axialschnitt (s. Linie 1-1 der Fig. 8);

Fig. 8 zeigt einerseits die Flächenteilansicht des Bodens B¹ der Kokille für unterbrochenes Gießen bzw. des obenerwähnten »provisorischen Bodens« für kontinuierliches Gießen und andererseits die linke Flächenhalbansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung (C⁴-C⁵-C°) und den rechten Halbschnitt (vgl. Linie 2-2 der F i g. 7) mit der Abnutzung, die in der Steigung (F i g. 7) durch die Linie i j hm und in der Fläche (F i g. 8) durch die Linie k j¹1 begrenzt wird;

F i g. 9 stellt den vertikalen Axialschnitt auf der

ίο Linie 3-3 der F i g. 10 als Variante eines Teiles der Vorrichtung dar;

Fig. 10 ist die Flächenansicht der Fig. 9;
Fig. 11 zeigt den vertikalen Axialschnitt auf der Linie5-5 der Fig. 12 als Variante eines Teiles der Vorrichtung;

Fig. 12 ist die Flächenansicht der Fig. 11.
Gemäß dem in F i g. 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung dazu bestimmt, das gegossene Metall aufzufangen, welches in einem Strahl /⁴ in die Rundhöhlung der Oberseite des verschiedenartig zusammengesetzten Blocks C⁴-C^s-C⁶ fließt, welcher die Vorrichtung darstellt. Der Strahl /⁴ ist in Fig. 7, von der LinieX'²-X² ausgehend, in abwechselnd langen und kurzen Strichen bis zum Ende des ersten Kreislaufs der Ausbreitungsfläche D'° dargestellt in dem Augenblick, wo sie nach in zentrifugaler Richtung gemäß den Pfeilen F⁶ erfolgter Ausbreitung durch die Kante R⁴ in zentripetaler Richtung zurückgeworfen wird, um den Strahl /⁴ an seiner Auftreffstelle auf besagter Rundhöhlung wiederzutreffen. Die Fläche D⁵ (F i g. 8), durch die Pfeile F⁰ in Flächenansicht dargestellt, entspricht dabei derjenigen des Ansteigens. Der Strahl /⁴ kann sowohl dem direkten Gießverfahren einer Kokille für kontinuierliches Gießen als auch dem unterbrochenen Gießen entstammen, und zwar mit oder ohne Einschaltung der zum Umfüllen dienenden Zwischenbehälter, wie z. B. Pfannen, Gießkörbe usw. Die Horizontalabschnitte der äußeren Oberfläche der Teile C⁴ und C⁵ des verschiedenartig zusammengesetzten Blocks C⁴-C⁵-C^a sind homothetische Vierecke mit abgerundeten Winkeln, deren vertikale Homothetieachse Y⁴-Y⁴ dazu bestimmt ist, mit der des Strahles J⁴ und seiner Ausbreitungsfläche Z)⁵ zusammenzutreffen. Letztere bildet sich gemäß den Oberflächen mit Drehung um die Achse Y⁴-Y⁴, wobei sie von der inneren Oberfläche der Teile C⁴ und C⁵ gelenkt wird, deren Horizontalabschnitte auf die Achse Y⁴-Y* ausgerichtete Kreise darstellen. Der untere Teil C⁶ des verschiedenartig zusammengesetzten Blocks weist die Form eines Zylinders mit der Achse Y⁴-Y⁴ und dem Durchmesser / g auf. Der verschiedenartig zusammengesetzte Block C-i-C^-C⁶, der durch die oben beschriebenen äußeren und inneren Oberflächen begrenzt wird, ist in die stufenartig aufgebaute Höhlung des Bodens B¹ mit einer oberen Stufe in Form eines umgekehrt aufgestellten Pyramidenstumpfes mit abgerundeten Kanten eingesetzt dargestellt. Seine große Basis liegt auf der durch a-d laufenden Horizontalebene und die kleine Basis auf der durch b-c laufenden Horizontalebene (F i g. 7), wobei sich seine Seiten entsprechend bis zu ihren Berührungspunkten a, b, c, d (Fi g. 7), in abgerundeter Form verbreitern und in a^x, b¹, c¹, d¹ übergehen (Fig. 8), wobei die Horizontalebene durch a-d und b-c läuft (s. Zeichnung). Die untere Stufe der Höhlung B¹ gleicht einem verkehrt aufgestellten Kegelstumpf, dessen kleine Basis, mit demselben Durchmesser / g wie die

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Gießen von Eisen und dessen Legierungen zu Blöcken oder Stranggußerzeugnissen mit einem den flüssigen Gießmetallstrahl aufnehmenden, auf der geschmolzenen Metallmasse in der Gußform schwimmfähigen Behältnis, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen des Behältnisses (C) auf ihrer Innenseite, zumindest am oberen Behältnisrand, konkav geformt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (C) aus einem Material besteht, welches durch das geschmolzene Metall in eine auf der Metalloberfläche schwimmende Schicht verwandelt wird, wenn der Gießspiegel in der Gußform das gewünschte Niveau erreicht hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer ihrer wesentlichen Teile von abwechselnd übereinandergeschichteten Scheiben, aus brennbarem Material (11, 12, 19, 20) einerseits und Scheiben aus Metall oder anderen schmelzbaren Stoffen wie z. B. Kohlenstoffstahl oder Legierungen desselben (13, 13 a, 14, 17, 18) andererseits gebildet ist und entweder zumindest teilweise in der Vorrichtung oder dem sie abstützenden Boden eingebettet oder auf letzterem angeordnet ist und entsprechend der Form des ihn aufnehmenden Bodens eine kreisrunde oder vieleckige Querschnittsfläche aufweist.