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.
Casting method The present invention relates to a casting method.
In certain known methods for casting fusible materials, such as metals, glass and plastics, the molds used for casting remain completely in a solid state during the casting process. Here: the liquid metal or the other material to be poured is poured into the mold in the form of a stream from a certain height.
This creates eddies in the cast material and mixes the mass with slag and other non-metallic substances, including air, creating blocks with metallurgical defects.
The invention is based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages that occur when pouring metal or other substances to be cast into a mold, and of enabling the casting of blocks or other objects from such substances in a homogeneous form and free of gas pores chen.
According to the invention, this is achieved in that the molten material to be poured with a layer of a meltable molding material floating on its surface is collected in a .Reservoir, the reservoir forming a one-piece unit with a mold,
derzn effective length in the casting position is much greater than its effective depth and is essentially horizontal, -then the molten material to be poured is transferred into the mold during the tilting process and the floating layer of the molding material flows ahead of the material to be poured to the Lining the inner surfaces of the mold before the material to be poured reaches the mold,
wherein the material to be cast is brought to solidification in the mold, while this: is in the pivoted casting position, and that the meltable molding material has a solidification temperature that is below that of the material to be cast, a thermal conductivity that is below that of the wall of the form:
which it touches, that the farm material in the molten state is immiscible with the molten material to be poured, that this molding material at the maximum temperature to which it is exposed during the casting process, has a low ge volatility that the farm material with the to pouring material and with the wall material of the form:
that it touches does not react chemically, and in the molten state has a specific gravity that is below that of the molten material to be poured.
With the help of this method, the pouring process can proceed very quickly and since there is no fall and the surface of the liquid always remains in the same position, there is no mixing of the metal liquid with slag or other oxidizing particles, or with air.
Embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. 1, 2 and 3 show an embodiment of the reservoir molding unit in section in various successive angular positions for performing the method, FIG. 4 shows another embodiment of the reservoir molding unit in section, which is shown in the last casting position .
During the transition from the liquid to the solid state, metal shrinks by around 4%. In the usual method for producing an ingot, the mold is upright in the final casting position, its greatest extent running vertically. The shrinkage of the metal in an ingot during the casting operations with such a process results in:
the formation of a cavity at the upper end of the cast block. If this ingot is to be rolled from the upper end of the casting by applying rolling pressure to its long sides without cutting off the shrinkable section, the casting would split and form a fish tail. To prevent this from happening, the hollowed-out section of the ingot must be cut off before rolling.
The composite reservoir and mold are configured and arranged so that they can be rotated together about an axis less than 180 and preferably 90 or less and create a cast in the form of a blank or plate. This board is cooled and cast, while the largest area stretching of the mass of the material to be cast runs horizontally and is located at the top.
This means that each shrink cavity that forms on the top is distributed over a relatively large area and, if it is so thin and widely distributed, becomes almost insignificant.
Since the rolling pressure continues to be exerted on the sides of the blank which represent these relatively large areas, any irregularities that could have occurred on the surface as a result of shrinkage are rolled out. Cutting is therefore not necessary and a yield of 100% is obtained.
In the method to be described, it is easy to control the strength of the blank molding with the same unit by only controlling the amount of metal used. The size of the rolling pressure required to produce a thin plate can thus be reduced by casting a correspondingly thin plate.
Because the unit is tilted less than 180 and preferably 90 or less with the combined reservoir and mold, it is no longer necessary to form a pit below floor level to receive the mold during the final casting stage.
If the unit is tilted by 90 or less, the molten metal or the other material to be poured flows through the entire tilting process along an upwardly extending wall from the reservoir into the mold, so that the pouring can be controlled more easily with a minimum the movement and wave formation in the mass of the molten metal or other material to be cast.
Figures 1, 2 and 3 show a reservoir molding unit with a mold 10 at one end, with three closed sides and one closed end and open at the top in the end position shown in Figure 3 for use as a mold, and with a reservoir 11 at the other end.
The reservoir-mold unit can be tilted by 90 into the final casting position shown in FIG. 3 and for this reason the unit has a common wall for the mold 10 and the reservoir 11.
The unit consists of a mold wall 12, which represents the injection receiving wall 13 for the mold, a reservoir wall 14, which represents the pouring surface 15 of the reservoir, and a slightly inclined recessed wall 16 in between, which forms a corresponding transfer surface 17 . D?, E surfaces 13, 15 and 17 extend practically along a straight line, or at least along a line free from sudden deflections, as follows:
that the transition of the molten material to be poured 18 from the reservoir 11 into the mold 10 along these surfaces occurs smoothly with a minimum of turbulence. At the beginning of the casting process, when the reservoir molding unit is in an upright position and the reservoir 11 is on the bottom, as shown in FIG. 1, a layer of meltable molding material 20 is placed on the bottom of the empty reservoir.
The molten metal 18 or other material to be cast is then introduced into the reservoir 11 over the layer of molding material 20. This molding material 20 is (1.) immiscible with the molten material to be cast, it is (2.) in liquid form or has become liquid through contact with the hot material 18 to be cast and has (3.) a density below that of the material to be cast 18 lies so that the introduction of the material to be cast 18 into the reservoir 11 causes
that the molten molding material 20 rises up the surfaces of the walls of the reservoir 11 and forms a liquid layer over the surface of the material to be poured 18 in the reservoir, as shown in FIG.
If desired, the material to be cast 18 can be placed in the empty reservoir 11 and a layer of the molding material 20 is then placed on the surface of the material 18 to be cast.
The particular fusible molding material 20 which is used according to the present invention is determined by the properties of the material 18 to be cast. In any case, it must have the following properties: 1. A solidification temperature below that of the material to be cast.
2. A thermal conductivity that is low relative to the thermal conductivity of the solid wall material of the mold 10.
3. Immiscibility with the material to be cast 18 in the molten state.
4. A low volatility at the maximum temperature to which it is heated during the casting process. 5. Chemical neutrality with the material to be cast 18 and with the wall material of the mold 10. It has been found that inorganic salts, mixtures of inorganic salts, inorganic oxides and mixtures of inorganic oxides are generally useful compounds from which a good one Lets you choose molding material.
Examples of salts that can be used are barium fluoride, barium fluoride, cadmium fluoride, calcium chloride, calcium fluoride, copper chloride, lead chloride, lead fluoride, lithium bromide, lithium chloride, magnesium chloride, magnesium fluoride, potassium bromide, potassium chloride, potassium fluoride,
Silicon oxide, silver chloride, sodium chloride, sodium cyanide, cryolite (sodium aluminum fluoride), borax or mixtures thereof.
From the above discussion it emerges that the essential requirement of the present invention is that the meltable molding material 20, which has a melting point below the solidification point of the material to be cast 18, must be adequately cooled by the solid walls of the mold 10,
so that the temperature of the interface between the meltable molding material 20 and the solid support surface of the mold wall never reaches the melting point of the meltable molding material 20 for any reason. Any solid material that has high thermal conductivity and good structural strength is suitable for use as the structural material for the mold 10.
The mold walls can consist of a solid support material with a high heat capacity as well as with a high thermal conductivity. The heat capacity should be sufficient to absorb the entire heat of fusion of the material 18 during casting together with any excess heat taken from this material, while its solid supporting surface, which is in contact with the meltable molding material 20, is below the melting point of this Molding material holds.
In this version of the form, a forced cooling z. B. not provided by a circulating coolant. In the following it is referred to by the term massive form.
An alternative form of the mold is provided with means for forced cooling of the mold, e.g. B. with the help of cooling tubes or lines for a coolant, which are embedded or arranged in the solid walls of the mold.
The solid parts of the mold wall would then still have a higher thermal conductivity than the meltable molding material 20, but they do not have a large thermal capacity.
The cooling capacity of the solid parts of the mold walls must be sufficient to dissipate heat from the support surfaces at a rate that will keep the solid support surface below its own melting point and below that of the molding material 20 in contact with that support surface. This alternative embodiment of the form is referred to in the following with the expression cooled form.
When using forced cooling e. ': Construction metals are generally suitable for the solid parts of the mold wall. In the illustrated embodiment of the mold, in which no means are provided for forced cooling, the respective metal used must be selected taking into account the thermodynamic properties of the material 18 that is cast in the mold and the casting process itself.
Copper, the various alloys of copper, aluminum and aluminum alloys, silver and silver alloys, steel and cast iron are particularly suitable for this purpose because they have a relatively high thermal conductivity, a high heat absorption capacity and good structural properties. Graphite is also a suitable material for the mold 10 and can even be used when casting steel, since the meltable mold material 20 prevents the graphite from being absorbed by the steel.
It has also been found that copper and its various alloys are widely useful as a support material for the mold.
The walls of the reservoir 11 should not have a high thermal conductivity if possible if the material is to be kept in the reservoir for a certain time, for. B. so that it can pass into a steady state before overflowing into the mold 10, since such a delay in the overflow process would trigger a solidification in that part of the reservoir-molding unit where it is not desired.
For this reason, the walls of the reservoir 11 can be made of a heat-resistant material with low thermal conductivity, or of cast steel with a heat-resistant lining. Because of the low thermal conductivity of the heat-resistant material on the walls of the reservoir 11, the molding material 20 does not solidify on these.
When the reservoir molding unit is tilted counterclockwise from the initial position shown in FIG. 1 about the axis at 21, the material 18 to be poured is transferred from the reservoir 11 in the direction of the mold 10 of the unit. During this transfer, the layer of the liquid molding material 20 that flows in front of the material 18 to be cast covers the walls of the mold 10.
When the mold is then rotated into its final horizontal casting position shown in FIG. 3, the plate has formed from the material 18 to be cast, which on:
all sides, including on their horizontal upper side, with a layer of the molding material 20 is surrounded. In this end position, the material 18 is made to solidify under the protective and advantageous effect of the covering molding material 20.
The mold 10 has an effective length that is wesent Lich over its effective depth, so that the horizontal surface of the mass of the cast Mate rials 18 in the .endgendliche in Fig. 3, Giessstel shown development along the length of the mold and the plate surface represents which has the largest surface area, while the depth of the mold for this particular casting process extends vertically downward from this horizontal surface.
The advantages that arise from the fact that the largest surface extension of the cast material runs horizontally during the last casting stages have already been mentioned.
Preferably, the reservoir 11 has a depth which is substantially greater than the effective depth of the mold 10, although this is not necessary.
In Fig. 4 there is shown a ;, reservoir-forming unit which is similar to that shown in Figs. 1, 2 and 3, except that instead of the bend in one wall of the unit similar to the bend 16 in the process as shown in FIG is shown in Figures 1, 2 and 3, the wall 12a of the mold 10a and the wall 14a of the reservoir 11a merge directly into one another. In the final casting position of the reservoir molding unit shown in FIG. 4, the reservoir 14a is slightly inclined.
This wall has: the same high thermal conductivity as the mold wall 12a. Of course, the two walls 12a and 12b can be integral with each other as shown.
The fusible molding material 20, which is applied in the manner described in connection with the two embodiments of the invention illustrated in the drawings Figures 1-4, provides lubrication of the mold, the molding material interface. This reduces shear forces that are related to the different thermal contraction of the casting and the expansion of the mold.
The meltable molding material 20 also fulfills two important thermal functions.
a) The initial amount of heat transfer from the material to be cast to the support material of the mold is far lower than it would be if there was no fusible mold material. This increases the life of the mold's support material considerably.
b) The heat transfer during the later stages of solidification is greater than it would be in the absence of the fusible molding material 20, since the liquid part of the mold formed by the molding material 20 favors liquid contact between the casting and the mold (there is no air gap) .
This leads to accelerated solidification and higher production speeds.
The presence of a considerable amount of the molten molding material 20, which is immiscible with the material to be cast 18 and has a lower density than this, and which floats on the cast material 18, prevents any tendency towards a controlled flow of the to be cast Material when the unit is tilted from its initial position to the final casting position.