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Zwischengefäß für das Gießen von metallischen Strängen in Rohrform
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zwischengefäß für das Gießen Nyon metallischen
Strängen in Rohrform.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für alle Eisen- und Nichteisenmetalle
und deren Legierungen geeignet.
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Beim G'ießen einzelner Blöcke fließt im allgemeinen das Metall aus
einem Ofen oder Tiegel in freiem Strahl oder über eine Rinne oder ein Rohr in die,
Kokille. Die beim Stranggießen (stetigen Gießen) üblichen Verfahren der Zuführung
des flüssigen Metalls in die Kokille sind grundsätzlich -gleich oder ähnlich: Das
Metall wird der Kokille entweder mit Hilfe eines Überlaufrohres oder einer Rinne
direkt aus dem Ofen oder über einen Zwischenbehälter mit Hilfe einer-oder mehrerer
Düsen zugeführt. Häufig, insbesondere bei leicht oxydierbaren Metallen, wie z. B.
Aluminium -oder Magnesium, läßt man das Überlaufrohr oder die Düse so weit in die
Kokille hineinragen, daß der Ausfluß des Metalls dicht unter der Oberfläche des
sich bildenden Metallspiegels erfolgt.
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Die Erstarrung des flüssigen Metalls in der Kokille erfolgt -nicht
augenblicklich, sondern schreitet in der Regel derart fort, daß bei gleichbleibenden
Abkühlungsbedingungen und gleichbleibender Gießgeschwindigkeit das , Metall während
der ganzen Dauer des Gießvorganges in einer trichterförmigen Zone unter dem Metallspiegel
flüssig bleibt. Aus diesem Sumpf wird die Metallmenge, die zum Ausgleicli der beim
Übergang vom flüssigen zum festen Zustand. eintretenden Schwindung notwendig ist,
stetig_dem erstarrenden Block zugeführt.
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Ob die zuerst einsetzende Erstarrung der Randteile unmittelbar am
Metallspiegel oder' e rst # in einer gewissen Tiefe unter dem flüssig#n Metallspiegel
erfolgt, und ob der Trichter, den die Begrenzungslinie zwischen flüssigem und erstarrtem
Metall bildet, mehr öder weniger tief ist, hängt hauptsächlich von
der
Menge und Temperatur des in der Zeiteinheit zugeführten Metalls und von den Abkühlungsbedingungen
ab und ist in diesem Zusammenhang zunächst unwesentlich. Wichtig ist lediglich@die
Feststellung, -daß überhaupt eine solche flüssige Zone während _ des Gießvorganges
erhalten bleibt.
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An den Wänden dieser tricliterförxxüge-n Zone_ spielt sich
der Rrstarrungsvorgang-äb. hin Nachteil aller bisher bekannten Gießverfahren besteht
nun darin, (laß durch das mehr oder weniger-steile oder gar senkrechte'Einfallen
des Gießstrahls in den mit flüssigem Metall gefüllten Trichter -starke Strömungen
auftreten, so daß an der Begrenzungsfläche zwischen flüssigem und festem Metall,
also gerade dort, wo der Erstarrungsvorgang abläuft, durch (las zuströmende heiße
Metall stets neue Wärme zugeführt wird. Dort, wo die Strömung des zufließenden Metalls
den erstarrenden Block trifft, wird daher der Trichter tief ausgewaschen, und an
dieser Stelle wird der Erstarrungsvorgang dauernd gestört. Die Erstarrungsflächen
nehmen deshalb eine unregelmäßige Form an, die der Trichtergestalt, welche bei stehend
gegossenen Blöcken theoretisch vorhanden sein müßte, nicht mehr entspricht. Die
Folge davon ist, daß ein auf diese Weise gegossener Block häufig Mikrolunker, Korngrenzenrisse
und ähnliche Fehler zeigt. Nachteilig ist ferner der Umstand, daß durch die stetige
Zufuhr von Wärme während des Erstarrungsvorganges an einer bevorzugten Stelle des
Blockes die Erstarrungsgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen des Blockquerschnittes
sehr verschieden ist. Stark unterschiedliche Korngröße an verschiedenen Stellen
des Querschnittes und Förderung der Blockseigerung sind die unerwünschte Folge.
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Viele Versuche wurden unternommen, diese Mängel zu beheben.
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Es sind Verfahren bekanntgeworden, bei denen die Zuführung des Metalls
aus dem Ofen oder Tiegel in die Kokille über einen Behälter erfolgt, der auf dem
flüssigen Metallspiegel schwebend erhalten wird. Bei diesen Verfahren tritt jedoch
das flüssige Metall durch eine oder mehrere Öffnungen im Boden des Behälters in
die Kokille aus. Der Querschnitt dieser Austrittsöffnung muß dabei in Ab1%ärlgigkeit
von der Menge des zufließenden Metalls so klein gehalten werden, daß in dem Behälter
stets eine gewisse Metallmenge steht. Das Metall fließt also aus dem Behälter in
die Kokille mit einer Geschwindigkeit, die von dem Druck der auf dem .Austrittsquerschnitt
lastenden Flüssigkeitssäule abhängt. Es ist daher nach diesen Verfahren unmöglich,
das Auftreten nachteiliger Strömungen zu verhindern. Das frisch zuströmende heiße
Metall muß sich somit dauernd mit dem bereits teilweise abgekühlten oder noch flüssigen
Metall des Sumpfes vermengen und so den Erstarrungsvörgang an der Grenzfläche zwischen
flüssigem und festem Metall durch Zufuhr immer neuer Wärmemengen dauernd stören.
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Man hat auch bereits ein Zwischengefäß für das Gießen von metallischen
Blöcken in Vorschlag gebracht, das in (las flüssige Metall in der Gießform eintaucht
und das zu gießende Metall aufnimmt. Durch diese Vorrichtung sollte erreicht werden,
daß die flüssige Metallmenge möglichst klein gehalten wird, wobei in dieser verkleinerten
Menge des flüssigen Metalls Reaktionen durchgeführt werden sollen, wie z. B. die
Reinigung des flüssigen Metalls durch den Zuschlag besonderer Reinigungsmittel,
insbesondere aber auch (las Legieren von verschiedenen Metallen.
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Beim Gießen solcher massiven Bolzen besteht der wesentliche Vorteil
eines Zwischengefäßes darin, daß an der Grenzfläche zwischen flüssigem und festem
Metall nachteilige Strömungen vermieden werden und daß die Tiefe des mit flüssigem
Metall angefüllten -Trichters verengert wird. Die Symmetrie des Erstarrungsvorganges-beim
Gießen von Rundbolzen bleibt jedoch auch ohne Anwendung eines Zwischengefäßes an
sich im wesentlichen erhalten.
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Ganz anders liegen die Verhältnisse nun aber beim Gießen von Rohren.
Wenn z. B. nur mit einer Düse gegossen wird, so wird gerade an der Stelle, an der
die Düse eintaucht, der erwähnte Trichter besonders tief ausgewaschen werden, so
daß also die Erstarrung des ringförmigen Ouerschnittes keinesfalls in konzentrischen
Schichten erfolgen kann. Dies wäre ohne Anwendung eines Zwischengefäßes theoretisch
überhaupt nur denkbar bei Anwendung einer unendlich großen Zahl von Zuführungsdüsen,
die gleichmäßig über den Ouerschnitt des zu gießenden Rohres verteilt sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Zwischengefäß fürdasGießenvonmetallischen
Rohrsträngen, das in das flüssige Metall in der Gießform unter Freihaltung eines
Teiles seiner.Oberfläche eintaucht und mitAustritts -öftnungen für das Metall versehen
ist. Die wesentlichen Merkmale des Zwischengefäßes gemäß der Erfindung bestehen
darin,.daß es eine ringförmige Gestalt mit Austrittsöffnungen an den oberen konzentrischen
Rändern der beiden Seitenwandungen aufweist und beim Eingießen des Metalls stets
in solcher Höhe zu dem Metallspiegel gehalten wird, daß die Austrittsöffnungen unmittelbar
über oder unter dem Metallspiegel liegen. Es ist weiterhin von Vorteil, daß sich
der Querschnitt des Innenraumes des Zwischengefäßes nach oben
hin
zuerst birnenförmig verengert und dann wieder erweitert.
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Mit Hilfe eines solchen Zwischengefäßes kann nun eine Erstarrung in
konzentrischen Schichten erzeugt werden, so daß die genannten Nachteile bei den
bekannten Gießverfahren vermieden werden.
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Es ist weiterhin in manchen Fällen von Vorteil, den Erstarrungsverlauf
so zü lenken, daß die Wärmeabfuhr nicht ausschließlich durch die Kokillenwand, sondern
teilweise oder sogar vorwiegend durch den zweckmäßig gekühlten Dorn erfolgt.
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Durch die erfindungsgemäße ringförmige Ausbildung des Zwischengefäßes
kann man nun den Metallstrom beispielsweise durch Anbringung einer größeren Anzahl
von Auslauföffnungen im inneren Rande des Gefäßes ganz oder zum größten Teil auf
den gekühlten Dorn richten. Das neue zuströmende heiße Metall kann daher seine Wärme
direkt an die gekühlte Dornwand abgeben, und man ist so in -der Lage, den Erstarrungsvorgang
beim Gießen von Rohren nach Belieben in «reiten Grenzen zu ändern.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, in der an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert ist. In der Zeichnung zeigt Abb. i den Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
und Abb. a die Draufsicht auf die in Abb. i gezeigte Vorrichtung.
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In der Abb. i bedeutet i das Zuflußrohr, durch welches das flüssige
Metall aus dem Ofen oder einem Vorratsbehälter in den Raum a des im Querschnitt
tiegelähnlich ausgebildeten Zwischengefäßes 7' eingeführt wird. Statt des Rohres
i kann natürlich auch eine Rinne verwendet werden. Das Zwischengefäß 7' befindet
sich innerhalb der Gießform oder Kokille und ist als Ringgefäß ausgestaltet, das
den gekühlten oder ungekühlten Dorn 6 der Gießform umgibt. Zui- gleichmäßigen Füllung
des Zwischengefäßes 7' können mehrere Zuleitungsrohre i vorgesehen werden. Hinter
dem birnenförmig ausgestalteten Raum a des Zwischengefäßes ist eine Verengung 3
vorgesehen. Hinter der Verengung 3 erweitert sich der Raum 4 des Schmelzgefäßes
beträchtlich, so daß die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Metalls abnimmt.
In der Nähe der Oberkante sind in den Seitenwandungen des Zwischengefäßes radial
nach außen führende Öffnungen 5 vorgesehen, durch die das flüssige Metall in die
eigentliche Gießform öder Kokille eintritt.
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Aus der Abb. i ist erkennbar, daß' der Metallspiegel in der Gießform
sich in der ungefähren Höhe der Öffnungen 5 des Zwischengefäßes befindet. Diese
Höheneiijstellung ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, und sie kann je nach
der Art des angewendeten Gießverfahrens und der benutzten Kokillen erreicht werden,
indem z. B. entweder das Zwischengefäß 7' entsprechend dem Ansteigen des Metallspiegels
beim Gießen gehoben oder die Kokille entsprechend gesenkt wird. In beiden Fällen
wird das Zwischengefäß zweckmäßig mit dem Rohr i verbunden und von diesem gehalten.
Beim Stranggießen, bei dem der stetig gegossene Strang mit Hilfe von Walzen oder
einer anderen Fördervorrichtung aus der Kokille herausgezogen wird oder durch seine
eigene Schwere absinkt, wird der Zwischenbehälter 7' zweckmäßig an der feststehenden
Kokille befestigt, und die Geschwindigkeit der Fortbewegung des Stranges aus der
Kokille im Verein mit der Abkühlungsgeschwindigkeit und- Zuflußgeschwindigkeit des
flüssigen Metalls' werden so abgestimmt, daß der Metallspiegel ständig in der gleichen
Höhe bleibt:- Wenn jedoch äer Kokille während des Gießens eine hin und her gehende
Bewegung erteilt wird, dann ist es zweckmäßiger, das Zwischengefäß mit dem Zuflußrohr
oder der Zulaufrinne zu verbinden.
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Als Baustoff für das Zwischengefäß kommen metallische oder mineralische,
auch oxydische Werkstoffe oder Graphit, je nach der Art des zu gießenden Metalls,
in Betracht.
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Handelt es sich um das Gießen leicht oxydierbarer Metalle, dann wird
das Gießen zweckmäßig so ausgeübt, daß sich der Lochkranz 5 etwas unter dem Metallspiegel
in der Kokille befindet. _ Der Metallspiegel selbst kann dann durch eine schützende
Schicht von Salzen oder reduzierenden Stoffen bedeckt sein oder auch unter einer
Schutzgasatmosphäre stehen, so daß kein Sauerstoff zu dem neu zugeführten Metall
treten kann.