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Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung der Lunker-und Blasenbildung beim IngotguB.
Es ist in Fachkreisen allgemein bekannt, dass die beim Erstarren des Schmelzgutes durch die natürlichen Schrumpfungsvorgänge verursachte Bildung schädlicher Ungänzen (Blasen, Lunker) bis zu einem gewissen Grade unterdrückt werden kann, wenn die normalerweise oben offene Form (Kokille) verschlossen oder wenn die flüssige Schmelze mit einer Sandschicht bedeckt wird, wodurch die Abkühlung des Blockkopfes eine entsprechende Verzögerung erfährt. Der Erfolg dieser Massnahmen bewegt sich allerdings in recht bescheidenen Grenzen, weil es mit diesen verhältnismässig primitiven Mitteln in der Regel nicht gelingt, den Kopfteil des Blockes bis zum Schlusse in solchem Umfange flüssig zu erhalten, dass die sich bildenden Hohlräume von der nachfliessenden Schmelzmasse wieder ausgefüllt werden.
Vermögen diese Vorkehrungen doch keinesfalls zu verhindern, dass die von den freistehenden Kokillenwänden ausgehende Abkühlung immer weiter nach der Ingotmitte fortschreitet, so dass sich letzten Endes in der Mitte des Blockkopfes bestenfalls eine engbegrenzte Kernzone flüssig erhalten lässt, welche noch durch eine schlechterdings unvermeidliche, mehr oder weniger starke Oberflächenkruste eingeschränkt wird. Sinkt nun der flüssig geblieben Kern mit fortschreitender Abkühlung, dem Schrumpfmasse entsprechend, allmählich tiefer, so müssen sich unter der waagrechten Oberflächenkruste neue Hohlräume bilden, zu deren Ausfüllung keine flüssige Masse mehr verfügbar bleibt.
Soferne diese Hohlräume nicht etwa unter Gasdruck stehen und die Oberflächenkruste dank erfolgreicher Wärmeisolierung noch wenig Widerstandskraft besitzt, sinkt sie unter dem Einflusse des auf ihr lastenden Luftdruckes in der Mitte entsprechend ein, wobei sie naturgemäss gedehnt und allenthalben stellenweise aufgerissen wird, so dass die Aussenluft zu den darunter befindlichen Hohlräumen gelangt und deren Wände oxydiert.
Der erhoffte Erfolg bleibt deshalb den erwähnten Massnahmen grösstenteils versagt, weshalb deren Anwendung ungeachtet ihrer Einfachheit, in der Praxis nur wenig Anklang zu finden vermochte.
Die vorliegende Erfindung hat nun ein Verfahren und Vorrichtungen zu dessen Durchführung zum Gegenstande, bei welchen die den geschilderten Massnahmen anhaftenden Mängel vermieden erscheinen, ohne hiebei auf die bisherige Einfachheit ihrer praktischen Handhabung Verzicht leisten zu müssen.
Hiebei wird von der Erwägung ausgegangen, dass alle Versuche, auf dem Wege einfacher Drosselung der Wärmeabfuhr-also ohne künstliche Aufheizung mittels Thermits u. dgl.-die sich im Kopfteile des Ingots bildenden Hohlräume mit nachfliessender Schmelzmasse aufzufüllen, mangels genügender Materialreserven wenig Erfolg versprechen, solange man die natürliche, waagrechte Oberfläche des flüssigen Blockes unbeeinflusst lässt.
Im Sinne des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird deshalb der auf der Oberfläche der flüssigen Schmelze in der Kokille normalerweise gleichmässig lastende Druck in den Randzonen künstlich erhöht, wodurch die Blockmasse gegen die Mitte zu hügelförmig emporgepresst wird, ohne dass der freie Abzug der aus dem Schmelzgut allerorts austretenden Gase unterbunden oder die Oberfläche der Schmelze von den auf sie anfänglich ausgeübten Drücken infolge Absinkens der Flüssigkeitssäule nach und nach befreit wird.
Hand in Hand mit dieser Massnahme sieht die Erfindung auch eine besonders wirkungsvolle Unterdrückung vorzeitiger Wärmeverluste vor, indem nicht nur in bzw. über der Kokillenöffnung sondern auch rings um die Kokillenwände bis zur erforderliehen Tiefe herab wärmeisolierende Hohl- räume geschaffen werden, welche zur höchsten Vollendung des Wärmeschutzes luftleer gepumpt werden können.
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An Hand der Zeichnung, welche ein besonders zweckmässiges Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des gegenständlichen Verfahrens geeigneten Vorrichtung im Schnitt erkennen lässt, soll das Wesen der Erfindung noch näher erörtert werden.
Laut Zeichnung ist die in der Kokille 1 ruhende Schmelze 2 mit einer nach vollzogenem Gusse auf ihre Oberfläche gebrachten Schichte feinkörnigen Sandes 3 bedeckt. Um den Druck dieser Sandschichte auf die Oberfläche der flüssigen Schmelzmasse in den Randzonen entsprechend zu steigern, wird die Sanddecke mittels eines vom Kran in die Kokillenöffnung eingesetzten Druck-bzw. Schwimm- körpers 4 belastet ; dessen Unterseite einen sich nach innen (oben) trichter-bzw. pyramidenförmig verengenden Hohlraum freilässt. Unter der Last seines Eigengewichtes sinkt der Druckkörper 4 mit seinen Rändern in die entsprechend nachgiebige Sandmasse so weit ein, bis der zusammengepresste Sand dem Drucke widersteht und ihn auf die darunter befindlichen Randzonen der Schmelze überträgt.
Gleichzeitig steigt die flüssige Blockmasse im trichterförmigen Hohlraum des Druckkörpers empor und presst hiebei die auf ihr ruhende Sandschicht in den Trichter hinein, bis der zusammengedrückte Sand auch hier genügend Widerstand leistet und der Bewegung Halt gebietet. Der Druckkörper schwimmt demnach gewissermassen auf der flüssigen Schmelze, jedoch im Sinne der Figur nicht unmittelbar-wiewohl dies bei entsprechender Verkleidung des Druckkörpers mit feuerfester Masse grundsätzlich nicht ausgeschlossen erschiene-sondern zweckmässigerweise auf einer zwischengelagerten, plastischen Sandsehichte, welche einerseits als Wärmeisolator vorzügliche Dienste leistet, anderseits aber auch den aus der Schmelzmasse austretenden Gasen den Weg ins Freie keineswegs verwehrt.
Der äussere Mantel des Druckkörpers 4 ist laut Zeichnung unter Freilassung eines schmalen Luftspaltes der Kokillenform tunlichst weitgehend angepasst, jedoch zweckmässigerweise nach unten etwas konisch verengt, um nach dem Erstarren des Blockes unter allen Umständen anstandslos abgehoben werden zu können. Die Verbindung des trichterförmigen Hohlraumes an der Unterseite des Druckkörpers 4 mit der Aussenluft wird durch den zentralen Kamin 5 und eine beliebige Anzahl radial angeordneter Rohrpfeifen 6,6 aufrechterhalten.
Zur wirkungsvollen Erhöhung des Wärmeschutzes schliesst sich bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiele der hohle Druckkörper 4 an die ebenfalls hohl ausgeführte Glocke y an, deren doppelwandiger Mantel 8 die Kokille 1 auch von aussen bis zu etwa einem Drittel ihrer Gesamthöhe herab möglichst enge umschliesst. Zwecks zusätzlicher Belastung ist hier noch ein Gussstück 9 angeordnet, dessen richtige Bemessung der gesamten Vorrichtung, bestehend aus dem Druckkörper 4 und der Glocke 7, 8 das erforderliche Eigengewicht verleiht. Zur bequemen Handhabung der Vorrichtung mittels vorhandener Hebezeuge sind zwei Bügeln vorgesehen, von welchen der dargestellte Längsschnitt naturgemäss nur den hinter der Zeichnungsebene gelegenen Bügel 10 wiedergibt.
Da die Höhe der zu giessenden Ingots innerhalb gewisser Grenzen schwankt, lässt der die Kokillenwände 1 samt ihren Kranbügeln 11 aufnehmende, freie Raum zwischen dem Druckkörper 4 und dem Glockenmantel 8 das erforderliche Spiel nach unten, wie aus der Zeichnung ersichtlich, ohneweiters zu.
Die wärmeisolierende Wirkung einer Vorrichtung im Sinne des beschriebenen Ausführungsbeispieles wird für den gedachten Zweck vielfach bereits dann genügen, wenn man die in den Hohlräumen eingeschlossene Luft der Einfachheit halber darin belässt. Sie wird aber im Bedarfsfalle noch erheblich zu steigern sein, wenn die miteinander verbundenen Hohlräume des Druckkörpers 4 und der Glocke 7, 8 von einer gemeinsamen Zapfstelle aus luftleer gepumpt werden.
Ein Blick auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel gibt ohneweiters auch darüber Aufschluss, welche Wirkungen mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens erzielt werden, sobald die Vorrichtung nach Beendigung des Gusses und Einwurf der Sandschicht an Ort und Stelle gebracht ist. Man erkennt vor allem deutlich, wie die flüssige Schmelze 2 unter der Last des Druckkörpers 4 in der Mitte hügelförmig emporgedrückt wird und wie sich hiebei dilt Sandschichte 3 zwischen den Wandungen des Druckkörpers einerseits und den Kokillenwänden bzw. dem Schmelzgut anderseits verteilt.
Man vermag daraus ferner zu ersehen, dass die aus der Blockmasse austretenden Gase durch die poröse Sandschicht hindurch teils an den Kokillenwänden entlang, teils durch den Kamin 5 und die Rohrpfeifen 6,6 in den Raum zwischen Druckkörper 4 und Glocke 7, 8 gelangen. Von hier streichen die hocherhitzten-Gase an den Aussenwänden der Kokille nach unten, geben hiebei einen erheblichen
Teil ihrer Wärme an diese ab und treten am Rande des Glockenmantels 8 ins Freie.
Bedenkt man, dass durch diese Massnahme sowie durch die luftleeren Hohlräume des Druckkörpers 4 und der Isolierglocke 7, 8 - ganz abgesehen von der isolierenden Wirkung der Sandschicht- der Kopfteil des Blockes gegen vorzeitige Wärmeverluste ganz ausserordentlich wirksam geschützt erscheint, so unterliegt es keinem Zweifel, dass sich in der Mitte des Blockkopfes und namentlich in dessen hügelförmig emporgedrücktem Teil genügende Materialreserven bis zum Schlusse des Er- starruligsprozesseb fliissig erhalten lassen.
Die auch hier kaum völlig vermeidbare Oberflächenkruste aber, die dank der wirkungsvollen Wärmeisolierung nur geringe Widerstandskraft zu erlangen vermag, bildet vorerst in der Mitte eine Kuppe, welche mit dem Absinken des flüssigen Kernes allmählich in sich zusammenfällt. Zum Unterschiede von der ursprünglich waagrechten Oberflächenkruste wird die mit fortschreitendem Verbrauch der flüssigen Kernmasse unter der Last des Luftdruckes, der
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Sandschicht und des Druckkörpers immer flacher gedrückte Kuppe jedoch nicht gedehnt, sondern auch seitlich gepresst und dadurch gedichtet, so dass die Aussenluft vom Blockinnern ferngehalten wird.
Nach dem vollständigen Erstarren des Blockkopfes wird somit die hügelförmige Materialanhäufung mehr oder weniger verschwunden sein, weil der im flüssigen Zustande vorhandene Überschuss zur Auffüllung der im Zuge des Erstarrungsvorganges gebildeten Hohlräume verzehrt wird.
Dank dieser Wirkungsweise wird sich also, der zur Weiterverarbeitung ungeeignete Abfall vom Kopfende des Ingots in um so engeren Grenzen bewegen, als auch die Entstehung überhöhter Randkrusten durch den beachtenswerten Umstand erschwert wird, dass gerade die Randzonen der Schmelze während sämtlicher Phasen des Erstarrungsprozesses die Hauptlast des auf dem Blockkopfe lose aufsitzenden Druckkörpers zu tragen haben.
Um die Vorrichtung stets ohne jeden Zeitverlust auf ihren Sitz bringen zu können, erscheint es nicht unzweckmässig, über der Glocke ? * noch ein zur Aufnahme der für jeden Guss erforderlichen Sandmenge bestimmtes Gefäss, beispielsweise eine entsprechende Vertiefung im Belastungskörper 9 vorzusehen, die durch ein verschliessbares Fallrohr mit dem Kamin 5 des Druckkörpers 4 zu verbinden wäre. Durch einfaches Öffnen des Verschlusses liesse sich diesfalls die vorgesehene Sandmenge in die Kokille entleeren, bevor die in der Kokillenöffnung schwebend gehaltene Vorrichtung vollends herabgelassen wird. Diese Ausgestaltung wird sich namentlich dann vorzüglich bewähren, wenn es im einzelnen Falle angezeigt sein sollte, sowohl die Vorrichtung als auch die jeweils erforderliche Sandmenge vor Inbetriebnahme entsprechend anzuwärmen.
Wiewohl die erfolgreiche Beeinflussung der Erstarrungsvorgänge im Kopfteile des Blockes in der Regel gerade dem Zusammenwirken aller empfohlenen Massnahmen (Sandschichte, Formänderung der Oberfläche durch Druckkörperbelastung und Unterdrückung vorzeitiger Wärmeverluste mittels Isolierglocke) zu danken sein wird, werden naturgemäss die jeweiligen physikalischen Eigenschaften der in Betracht kommenden Schmelze dafür entscheidend sein, ob in besonderen Fällen die eine oder andere Vorkehrung zwecks Vereinfachung der Vorrichtung oder ihrer Handhabung entbehrlich erscheint. Grundsätzlich besteht jedenfalls kein Hindernis, nur eine oder zwei der hier vorgeschlagenen Massnahmen in verschiedener Kombination zur Anwendung zu bringen.
Desgleichen schliessen die im vorstehenden erörterten Anordnungen nicht aus, dass an Stelle der Sandschicht andere feinkörnige oder pulverförmige bzw. lockere Massen, beispielsweise Griesskohle, Kohlenstaub, Sägespäne, Holzwolle u. dgl., allenfalls auch solche mit zusätzlicher Wärmeerzeugung (Heizmisehungen) zur Anwendung gelangen, deren Abgase auf ihrem Wege ins Freie die den Kopfteil des Blockes umgebenden Kokillenwände auch von aussen warmzuhalten vermöchten.
Der Verbrauch an solchen verhältnismässig kostspieligen Heizmischungen würde in diesem Falle, verglichen mit ihrer bisherigen Anwendungsweise, bei ungleich besseren Ergebnissen ohne Zweifel weit hinter dem gegenwärtigen Ausmasse zurückbleiben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Unterdrückung der Lunker-und Blasenbildung beim Ingotguss, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Oberfläche der flüssigen Schmelze in der Kokille normalerweise gleichmässig lastende Druck in den Randzonen künstlich erhöht und hiedurch die Blockmasse in der Mitte soweit emporgepresst wird, dass sich in der zuletzt erstarrenden Kernzone des Blockkopfes ein entsprechender Materialüberschuss aufspeichern lässt, der im Zuge des Erstarrungsvorganges zur Auffüllung der sich bildenden Schrumpfräume Verwendung findet.