Giessverfahren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Giessverfahren.
Bei bestimmten bekannten Verfahren zum Giessen von schmelzbaren Stoffen, wie Metallen, Glas und Kunststoffen, verbleiben die zum Guss verwandten Formen während des Giessvorganges vollständig in festem Zustand. Hierbei wird :das flüssige Metall oder das andere zu giessende Material in der Form eines Stromes von einer bestimmten Höhe in -die Form gegossen.
Dies erzeugt in dem gegossenen Material Wirbel und vermischt die Masse mit Schlacke und anderen nicht metallischen Substanzen, we auch mit Luft, so dass Blöcke mit metallurgischen Mängeln erzeugt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vorgenannten Nachteile, die beim Eingiessen von Metall oder anderen zu -giessenden Stoffen in eine Form auftreten, zu überwinden, und das Giessen von Blöcken oder anderen Gegenständen aus solchen Stoffen in homogener Form und frei von Gasporen, zu ermögli chen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das zu :giessende geschmolzene Material mit einer auf seiner Oberfläche schwimmenden Schicht eines schmelz fähigen Formmaterials in einem .Reservoir angesammelt wird, wobei das Reservoir eine einstückige Einheit mit einer Form bildet,
derzn effektive Länge in Giessstellung wesentlich grösser .als deren effektive Tiefe ist und im wesentlichen horizontal liegt, -danach das geschmolzene und zu giessende Material während des Kippvorganges in die Form überführt wird und die schwimmende Schicht des Formmaterials dabei dem zu giessenden Material vorausströmt, um die Innenflächen -der Form auszukleiden, bevor das zu giessende Material die Form erreicht,
wobei das zu giessende Material zur Erstar rung in der Form gebracht wird, während diese :sich in der geschwenkten Giessstellung befindet, und dass das schmelzfähige Formmaterial eine Erstarrungstempera- tur hat, die unter der des zu giessenden Materials liegt, eine thermische Leitfähigkeit, die unter der der Wand der Form :
die es berührt liegt, dass das Farmmaterial im geschmolzenen Zustand mit dem zu giessenden ge- schmolzenen Material unvermischbar ist, dass dieses Formmaterial bei der maximalen Temperatur, der es während des Giessvorganges ausgesetzt wird, eine gerin ge Flüchtigkeit hat, dass das Farmmaterial mit dem zu giessenden Material und mit dien Wandmaterial der Form :
das es berührt chemisch nicht reagiert, und im geschmolzenen Zustand ein spezifisches Gewicht hat, das unter dem des zu giessenden geschmolzenen Mate rials liegt.
Mit Hilfe dieses Verfahrens kann der Giessvorgang sehr schnell vorsichgehen und @da kein Fall stattfindet und die Oberfläche der Flüssigkeit ständig in der gleichen Lage verbleibt, findet keine Vermischung der Metallflüssigkeit mit .Schlacke oder anderen oxydieren den Partikeln, oder mit Luft, :statt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfin dung anhand der beiliegenden Zeichnung näher be schrieben. Es zeigen: Fig. 1, 2 und 3 eine Ausführungsform der Reservoir- Formeinheit im Schnitt in verschiedenen aufeinanderfol genden Winkelstellungen zum Durchführen des Verfah rens, Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Reservoir- Formeinheit im Schnitt, die in :der letzten Giessstellung dargestellt ist.
Beim übergang vom flüssigen in den festen Zustand schrumpft Metall um etwa 4 %. Bei dem üblichen Verfahren zum Herstellen eines Gussblockes steht die Form in der endgültigen Giessstellung aufrecht, wobei ihre grösste Erstreckung vertikal verläuft. Das Schrum pfen des Metalls in einem Gussblock wahrend der Giessvorgänge mit einem solchen Verfahren führt zu :
der Bildung einer Höhlung am oberen Ende des Gussblok- kes. Falls dieser Gussblock durch das Anlegen von Walzdruck an seine Längsseiten ohne Abschneiden des Schrumpfabschnittes vom oberen Ende des Gusses aus gewalzt werden soll, würde der Guss aufspalten und einen Fischschwnz bilden. Um dies zu verhindern, muss der die Aushöhlung aufweisende Abschnitt des Gussblockes vor dem Auswalzen abgeschnitten wer den.
Das zusammengesetzte Reservoir und die Form sind ausgebildet und angeordnet, dass sie gemeinsam um eine Achse weniger als 180 und vorzugsweise 90 oder weniger gedreht werden können und einen Guss in Form einer Platine oder Platte erzeugen. Diese Platine wird abgekühlt und gegossen, während -die grösste Flächener streckung der Masse des zu giessenden Materials hori zontal verläuft und sich oben befindet.
Das heisst, dass sich jede auf der Oberseite bildende Schrumpfhöhlung über eine verhältnismässig grosse Fläche verteilt und, wenn sie so dünn und weit verteilt ist, fast unbedeutend wird.
Da der Walzdruck weiter auf die Seiten der Platine ausgeübt wird, die diese verhältnismässig grossen Flä chen darstellen, werden sämtliche Unregelmässigkeiten, die auf der Oberfläche infolge Schrumpfung aufgetreten sein könnten, ausgewalzt. Einschneiden ist daher nicht nötig und man erhält eine Ausbeute von 100 %.
Bei dem zu beschreibenden Verfahren ,ist es einfach, die Stärke des Platinen-Gusses mit der gleichen Einheit zu steuern, indem lediglich die Menge des verwendeten Metalls gesteuert wird. Die Grösse des zum Herstellen einer dünnen Platte erforderlichen Walzdruckes lässt sich damit durch Giessen einer entsprechend dünnen Platine herabsetzen.
Da die Einheit bei dem kombinierten Reservoir und der Form um weniger als 180 und vorzugsweise 90 oder weniger gekippt wird, ist das Ausbilden einer Grube unter Flurniveau zur Aufnahme der Form wäh rend der letzten Gussstufe nicht länger erforderlich.
Bei e'nem Kippen der Einheit um 90 oder weniger fliesst das geschmolzene Metall oder das andere zu Giessonde Material während des gesamten Kippvorgan- aes entlang einer aufwärts verlaufenden Wand aus dem Reservoir in die Form, so dass sich das Giessen einfacher steuern lässt mit einem Minimum an Gewe- gung und Wellenbildung in der Masse des geschmolze nen Metalls oder eines anderen zu giessenden Mate- räals.
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen eine Reservoir- Formeinheit mit einer Form 10 an einem Ende, mit drei geschlossenen Seiten und einem geschlossenen Ende und offen am oberen Ende in der in Fig. 3 gezeigten Endstellung zur Verwendung als Form, und mit einem Reservoir 11 am anderen Ende.
Die Reservoir-Formein- heit lässt sich um 90 in die in Fg. 3 gezeigte endgültige Giessstellung kippen und aus diesem Grund hat die Einheit eine für die Form 10 und das Reservoir 11 gemeinsame Wand.
Die Einheit besteht aus einer Form wand 12, die die Einbgussaufnahmewand 13 für die Form darstellt, aus einer Reservoirwand 14, die die Ausguss- fläche 15 des Reservoirs darstellt, und eine -dazwischen liegende leicht geneigte zurückgesetzte Wand 16, die eine entsprechende Übertragungsfläche 17 bildet. D?,e Flächen 13, 15 und 17 erstrecken sich praktisch entlang einer geraden Linie, oder mindestens entlang einer Linie, die frei von plötzlichen Auslenkungen ist, so :
dass der Übergang des geschmolzenen zu giessenden Materials 18 aus dem Reservoir 11 in die Form 10 entlang von diesen Oberflächen glatt mit einem Minimum an Turbulenz erfolgt. Zu Beginn des Giessvorganges, wenn sich die Reser- voir-Formeinheit in aufrechter Stellung und das Reser voir 11 am Boden befindet, wie in Fig. 1 geze'jb, wird eine Schicht aus schmelzbarem Formmaterial 20 auf den Boden des leeren Reservoirs gegeben.
Das geschmolzene Metall 18 oder das andere zu giessende Material wird dann über der Schicht des Formmaterials 20 in das Reservoir 11 eingebracht. Dieses Formmaterial 20 ist (1.) mit dem geschmolzenen zu giessenden Material unvermischbar, es befindet sich (2.) in flüssiger Form oder ist durch Kontakt mit dem heissen zu giessenden Material 18 flüssig geworden und hat (3.) eine Dichte, die unter der des zu giessenden Materials 18 liegt, so dass das Einleiten des zu giessenden Materials 18 in das Reservoir 11 bewirkt,
dass das geschmolzene Formmate rial 20,an den Oberflächen der Wände des Reservoirs 11 nach oben steigt und über der Oberfläche des zu giessenden Materials 18 indem Reservoir eine Flüssig keitsschicht bildet, wie dies Fig. 1 zeigt.
Falls erwünscht, kann das zu giessende Material 18 in das leere Reservoir 11 gegeben werden und darauf wird eine Schicht des Formmaterials 20 auf die Oberflä che des zu giessenden Materials 18 aufgesetzt.
Das jeweilige schmelzbare Formmaterial 20, das gemäss vorliegender Erfindung verwandt wird, wird durch die Eigenschaften des zu giessend- -n Materials 18 bestimmt. Auf jeden Fall muss es die folgenden Eigen schaften haben: 1. Eine Erstarrungstemperatur unterhalb der des zu giessenden Materials.
2. Eine thermische Leitfähigkeit, die relativ zu der thermischen Leitfähigkeit des festen Wandmaterials der Form 10 niedrig ist.
3. Im schmelzflüssigen Zustand Unvermischbarkeit mit dem zu giessenden Material 18.
4. Eine niedrige Flüchtigkeit bei der maximalen Temperatur, auf die es während des Giessvorganges aufgeheizt wird. 5. Chemische Neutralität mit dem zu giessenden Material 18 und mit dem Wandmaterial der Form 10. Es hat sich herausgestellt, dass anorganische Salze, Mischungen aus anorganischen Salzen, anorganische Oxyde und Mischungen aus anorganischen Oxyden im allgemeinen brauchbare Verbindungen sind, aus denen sich ein gutes Formmaterial auswählen lässt.
Beispiele für verwendbare Salze sind Bariumehlorid, Bariumfluo- rid, Cadmiumfluorid, Calciumchlorid, Calciumfluorid, Kupferchlorid, Bleichlorid, Bleilluorid, Lithium@bromid, Lithiumchlorid, Magnesiumchlorid, Magnesiumfluorid, Kaliumbromid, Kaliumchlorid, Kaliumfluorid,
Siliciu- moxyd, Silberchlorid, Natriumchlorid, Natriumcyanid, Kryolith (Natriumaluminiumfluorid), Borax oder Mi schungen hieraus.
Aus -der vorstehenden Erörterung ergibt sich, dass die wesentliche Forderung der vorliegenden Erfindung darin liegt, dass das schmelzbare Formmaterial 20, das mit seinem Schmelzpunkt unter dem Erstarrungspunkt des zu giessenden Materials 18 liegt, durch die festen Wände der Form 10 angemessen gekühlt werden muss,
so dass die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem schmelzfähigen Formmaterial 20 und der festen Stützflä che der Formwand niemals aus keinem Grund den Schmelzpunkt des schmelzfähigen Formmaterials 20 erreicht. Jedes feste Material, das eine hohe thermische Leitfähigkeit und gute konstruktive Festigkeit aufweist, eignet sich zur Verwendung als tragendes Material für die Form 10.
Die Formwände können aus einem festen Stützmaterial mit einer hohen Wärmekapazität wie auch mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit bestehen. Die Wärmekapazität soll dabei ausreichen, um die gesamte Schmelzwärme des Materials 18 beim Giessen zusam men mit irgendeiner von diesem Material mitgenomme nen überwärme aufzunehmen, während es seine feste tragende Oberfläche, die sich ;mit dem schmelzfähigem Formmaterial 20 in Kontakt befindet, unter dem Schmelzpunkt dieses Formmaterials hält.
Bei dieser Ausführung der Form ist eine Zwangskühlung z. B. durch ein umlaufendes Kühlmittel nicht vorgesehen. Sie wird im folgenden mit dem Ausdruck massive Form bezeichnet.
Eine alternative Form der Form ist mit Mitteln zur Zwangskühlung der Form versehen, z. B. mit Hilfe von Kühlrohren oder Leitungen für ein Kühlmittel, die in die festen Wände der Form eingebettet oder ,dort angeordnet sind.
D_'e festen Teile der Formwand würden auch dann noch eine (höhere thermische Leitfähigkeit als das schmelzfähige Formmaterial 20 haben, aber sie brachten nicht eine grosse Wärmokapazität zuhaben.
Die Kühlfä higkeit der festen Teile der Formwände muss ausreichen, um die Wärme von den Stützflächen mit einer Geschwin digkeit abzuführen, die die feste Stützfläche unter ihrem eigenen Schmelzpunkt und unter dem des Formmaterials 20 hält, das mit dieser Stützfläche in Berührung steht. Diese alternative Ausführung der Form wird im folgen den mit dem Ausdruck gekühlte Form bezeichnet.
Bei Verwendung von Zwangskühlung e.':gnen sich Baumetalle im allgemeinen für die festen Teile der Formwand. Bei der dargestellten Ausführung der Form, bei der keine Mittel für eine Zwangskühlung vorgesehen sind, muss das jeweilig verwandte Metall unter Berück sichtigung der thermodynamischen Eigenschaften des Materials 18, das in der Form gegossen wird, und des G essvorganges selbst ausgewählt werden.
Kupfer, die verschiedenen Legierungen von Kupfer, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Silber und Silberlegierungen, Stahl und Gusseisen eignen sich besonders für diesen Zweck, da sie eine relativ hohe thermische Leitfähigke?t, eine hohe Wärmeaufniahmekapazität und gute struktu relle Eigenschaften haben. Auch Graphit ist ein geeigne tes Material für die Form 10 und lässt sich selbst beim Giessen von Stahl verwenden, da das schmelzfähige Formmaterial 20 eine Aufnahme des Graphit durch den Stahl verhindert.
Es wurde noch gefunden, dass Kupfer und seine verschiedenen Legierungen in weitem Umfang als Stützmaterial für die Form verwendbar sind.
Die Wände des Reservoirs 11 sollten nach Möglich keit keine hohe thermische Leitfähigkeit besitzen, wenn das Material eine bestimmte Zeit in dem Reservoir gehalten werden soll, z. B. damit es vor dem Überlauf in die Form 10 in einen beruhigten Zustand übergehen kann, da eine solche Verzögerung im überlaufvorgang eine Erstarrung in demjenigen Teil der Reservoir- Formeinheit auslösen würde, wo sie nicht erwünscht ist.
Aus diesem Grund können die Wände des Reservo'_rs 11 aus einem hitzefesten Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit hergestellt werden, oder aus Gussstahl mit einer hitzefesten Auskleidung. Wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit des hitzefesten Materials auf den Wänden des Reservoirs 11 erstarrt das Formmaterial 20 nicht auf diesen.
Wenn die Reservoir-Formeinheit -in Gegenuhrzeiger richtung aus der in Fig. 1 gezeigten Anfangslage um die Achse bei 21 gekippt wird, wird das zu giessende Material 18 aus dem Reservoir 11 in Richtung auf die Form 10 der Einheit überführt. Während dieser Über führung bedeckt,die Schicht des flüssigen Formmaterials 20 das vor dem zu giessenden Material 18 herfliesst, die Wände der Form 10.
Wenn dann die Form in ihre endgültige in Fig. 3 gezeigte horizontale Giessstellung gedreht ist, hat sich die Platine aus dem zu giessenden Material 18 gebildet, die auf :
allen Seiten, einschliesslich auf ihrer horizontalen Oberseite, mit einer .Schicht aus dem Formmaterial 20 umgeben ist. In dieser Endlage wird das Material 18 unter der schützenden und vorteil- haften Einwirkung des abdeckenden Formmaterials 20 zur Erstarrung gebracht.
Die Form 10 hat eine wirksame Länge, die wesent lich über ihrer wirksamen Tiefe liegt, so dass die horizontale Oberfläche der Masse des gegossenen Mate rials 18 in der .endgültigen in Fig. 3 ,gezeigten Giessstel lung entlang der Länge der Form verläuft und die Plattinenoberfläche darstellt, die den grössten Flächenin halt hat, während sich die Tiefe der Form für diesen bestimmten Giessvorgang von dieser horizontalen Fläche aus vertikal nach unten erstreckt.
D_e Vorteile, die dadurch entstehen, dass die grösste Flächenerstreckung des gegossenen Materials während der letzten Giessstu fen horizontal verläuft, sind bereits genannt worden.
Vorzugsweise rat das Reservoir 11 eine Tiefe, die wesentlich über der wirksamen Tiefe der Form 10 liegt, obgleich dies nicht nötig ist.
In Fig. 4 wird ein;, Reservoir-Formeinheit gezeigt, die der in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigten ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass statt der Abbiegung in einer Wand der Einheit ähnlich der Abbiegung 16 bei dem Verfahren, wie es in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigt wird, die Wand 12a der Form 10a und die Wand 14a des Reservoirs 11a unmittelbar ineinanderübergehen. In der endgültigen in Fig. 4 gezeigten Giesstellung der Reser- voir-Formeinheit ist das Reservoir 14a leicht geneigt.
Diese Wand hat :die gleiche hohe thermische Leitfähig keit wie die Formwand 12a. Selbstverständlich können die beiden Wände 12a und 12b einstückig miteinander sein, wie es gezeigt wird.
Das schmelzfähige Formmaterial 20, -das in derjeni gen Weise aufgebracht wird, wie es in Verbindung mit den beiden Ausführungsformen der Erfindung beschrie ben wurde, die in den Zeichnungen Figuren 1-4 erläutert wurden, bewirkt eine Schmierung der Form Gussmaterialgrenzfläche. Damit werden Scherkräfte her abgesetzt, die mit der unterschiedlichen thermischen Kontraktrion des Gussstückes und der Expansion der Form zusammenhängen.
Auch das schmelzfähige Formmaterial 20 erfüllt zwei wichtige thermische Funktionen.
a) Der Anfangsbetrag der Wärmeübertragung von dem zu giessenden Material auf das Stützmaterial der Form ist weit niedriger als er bei Fehlendes schmelzba ren Formmaterials sein würde. Hierdurch wird die Lebensdauer des Stützmraterials der Form beträchtlich erhöht.
b) Die Wärmeübertragung während der späteren Stufen der Erstarrung ist grösser als sie bei Fehlen des schmelzbaren Formmaterials 20 sein würde, da der durch das Formmaterial 20 gebildete flüssige Teil der Formeinen Flüssigkeitskontakt zwischen dem Gussstück und der Form begünstigt (es ist kein Luftspalt vorhan den).
Dies führt zu einer beschleunigten Erstarrung und zu höheren Fertigungsgeschwindigkeiten.
Die Anwesenheit einer beträchtlichen Menge des geschmolzenen Formmaterials 20, das mit dem zu giessenden Material 18 unvermischbar ist und eine geringere Dichte als dieses hat, und welches auf dem gegossenen Material 18 aufschwimmt, verhindert jegli che Tendenz in Richtung auf eine urgesteuerte Strö mung des zu giessenden Materials, wenn die Einheit von ihrer Anfangslage in die endgültige Giessstellung gekippt wird.