DE2934887T1 - IMPROVEMENTS IN OR RELATING TO CASTING METAL INGOTS - Google Patents
IMPROVEMENTS IN OR RELATING TO CASTING METAL INGOTSInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Metal!barrenMethod and device for casting metal bars
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gießen von Metallbarren in einer Kokille unter Verwendung sogenannter Wärinehauben um die Lunkerbildung im erstarrten Barren zu verringern.The present invention relates to the casting of metal ingots in a permanent mold using so-called heat hoods in order to reduce the formation of voids in the solidified ingot.
Ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 3 766 965 beschrieben. Dabei wird geschmolzenes Metall in eine Kokille gegossen, die mit einer Wärmehaube versehen ist. Nachdem sich eine Schicht aus erstarrtem Metall gebildet hat, wird die Wärmehaube mechanisch bewegt, um so einen Spalt zwischen der Innenwand der Wärmehaube und der Schicht zu bilden. Dieser Spalt dient der Isolierung um so zu verhindern, daß sich der obere Teil des Barrens zu schnell abkühlt.One such process is described in U.S. Patent No. 3,766,965. In this case, molten metal is poured into a mold which is provided with a thermal hood. After a layer of solidified metal has formed, the heating hood is moved mechanically so as to form a gap between the inner wall of the heating hood and the layer. This gap is used for insulation in order to prevent the upper part of the bar from cooling down too quickly.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Gießen von metallischen Barren, Rohblöcken und /oder Rohlingen zu verbessern und zu vereinfachen, so daß die Lunkerbildung weitgehend vermieden ist.The object of the present invention is to improve the casting of metallic bars, ingots and / or blanks and to simplify, so that the formation of cavities is largely avoided.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gießen von Metallbarren in einer Kokille , die mit einer Wärmehaube versehen ist, besteht darin, daß eine Wärmehaube gewählt wird, deren metallische Innenwand dünn im Vergleich zur Stärke der Kokillenwand ist, wobei sie von einem Hitzeschild umgeben ist, so daß sich aufgrund der thermischen Ausdehnung der Wärmehaube und ohne äußeres Zutun ein Spalt zwischen ihrer Innenwand und dir Außenschicht des erstarrenden Metallbarrens ausbildet.The inventive method for casting metal bars in a mold, which is provided with a heat hood, consists in that a heat hood is selected, the metallic Inner wall is thin compared to the thickness of the mold wall, whereby it is surrounded by a heat shield, so that due to the thermal expansion of the warming hood and without external intervention a gap between its inner wall and the outer layer of the solidifying metal bar.
Die erfindungsgemäße Wärmehaube zur Verwendung mit ein jr Kokille beim Gießen von Metallbarren besteht darin, daß die Wärmehaube einen Hohlkörper aufweist, dessen Unterteil auf das obrre EndeThe heating hood according to the invention for use with a jr mold When casting metal bars, the heating hood has a hollow body, the lower part of which is on the upper end
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der Kokille aufsetzbar ist und daß die Wärmehaube eine Innenwand aus wärmeleitendem Metall aufweist, die von einem Wärmeschild umgeben ist.the mold can be placed and that the heat hood has an inner wall made of thermally conductive metal, which is supported by a heat shield is surrounded.
Eine erfindungsgemäße Gußform besteht aus der Kombination einer erfindungsgemäßen Wärmehaube mit einer Kokille, wobei di-ε-Stärke der Innenwand der Wärmehaube als Funktion des Fassungsver-r'". mögens der Kokille derart gewählt ist, daß kein Schmelzen'oder Verschmelzen der Innenwand während des Gießens von geschmolzenem Material in der Kokille auftritt und wobei die innenwand dünn im Vergleich zur Stärke der Kokillenwand ist.A mold according to the invention consists of the combination of one heat hood according to the invention with a mold, with di-ε-strength the inner wall of the warming hood as a function of the Fassungsver-r '". like the mold is chosen such that no melting or Fusing of the inner wall during the pouring of molten Material occurs in the mold and the inner wall is thin compared to the thickness of the mold wall.
Die erfindungsgemäße Kokille weist eine Wärmehaube auf, die mit einer Innenwand versehen ist, die dünn im Vergleich zur Stärke der Kokillenwand ist und die aus einem wärmeleitenden Material besteht, dessen Schmelzpunkt höher als derjenige des Materials der Kokillenwand ist, wobei die Innenwand von einem Wärmeschild umgeben ist und innerhalb des oberen Teils der Kokille angeordnet ist, wobei sich der Wärmeschild zwischen der Innenwand und der Wand des oberen Kokillenteils befindet.The mold according to the invention has a heat hood with an inner wall is provided which is thin compared to the thickness of the mold wall and which is made of a thermally conductive material consists, the melting point of which is higher than that of the material of the mold wall, the inner wall of a heat shield is surrounded and is arranged within the upper part of the mold, with the heat shield between the inner wall and the wall of the upper mold part is located.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, Inder bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:-In the following the invention is explained in more detail with reference to the drawing, In which preferred embodiments are shown. Show it:-
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Kokille mit einer zugehörigen Wärmehaube gemäß einem ersten erfindungsgemäß« Ausführungsbeispiel;Figure 1 shows a cross section through a mold with an associated Warming hood according to a first invention " Embodiment;
Figur 2 einen Querschnitt durch eine Kokille mit einer zugehörigen Wärmehaube gemäß einem anderen erf indumjsgemäßen Ausführungsbeispiel undFIG. 2 shows a cross section through a mold with an associated one Heat hood according to another invention according to the invention Embodiment and
Figur 3 , einen Querschnitt durch eine Kokille mit zugehöriger Wärmehaube gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.Figure 3, a cross section through a mold with associated Heat hood according to a further embodiment of the invention.
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Figur 1 zeigt eine Kokille 1, eine Wärmehaube 2 und einer. Deckel 3, wobei die Anordnung durch die Linie Λ in zwei Teile unterteilt ist, so daß zwei verschiedene Stufen des Gießprozesses dargestellt werden können. Die linke Seite in der Figur zeigt dabei den Zustand,nachdem geschmolzenes Metall « in die Kokille eingefüllt wurde. Das flüssige Metall ist üblicherweise Stahl oder Eisen, wobei auch nicht-eisenhaltige Metalle in ähnlicher Weise gegossen werden können.Figure 1 shows a mold 1, a heat hood 2 and one. Lid 3, the arrangement being divided into two parts by the line Λ, so that two different stages of the casting process can be represented. The left-hand side in the figure shows the state after molten metal has been poured into the mold. The liquid metal is usually steel or iron, although non-ferrous metals can also be cast in a similar manner.
Die Wärmehaube 2 weist eine metallische Innenwand 5 auf, deren Stärke klein im Vergleich zu derjenigen der Kokillenwand ist. Die Innenwand 5 ist von einem Wärmeschild 6 umgeben, das z.B. aus einem (hitzebeständigen) keramischen Fibermaterial bestehen kann. Es ist wichtig, daß die Stärke der Innenwand 5 im Verhältnis zum Fassungsvermögen der Kokille^ 1 gewählt wird, und zwar derart, daß die Wand weder schmilzt noch mit dem eingefüllten flüssigen Metall verschmilzt. Die Innenwand 5 weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der um nicht mehr als 3000C unterhalb der Gießtemperatur des geschmolzenen Metalles liegt. Die Innenwand 5 kann zwischen 10 und 30 mm dick; sein. Als geeignetes Metall sei Gußeisen genannt, wobei jecDch die Auswahl des Materials der Innenwand vom zu gießenden Metall abhängt. Wie Figur 1 erkennen läßt, verjüngt sich die Wärmehaube von ihrem Unterteil zu ihrem Oberteil hin, welches durch den oberen Deckel 3 verschlossen ist. Diese Verjüngung ist jedoch nicht wesentlich.The heat hood 2 has a metallic inner wall 5, the thickness of which is small compared to that of the mold wall. The inner wall 5 is surrounded by a heat shield 6, which can for example consist of a (heat-resistant) ceramic fiber material. It is important that the thickness of the inner wall 5 is selected in relation to the capacity of the mold ^ 1, in such a way that the wall neither melts nor fuses with the liquid metal that has been filled. The inner wall 5 preferably has a melting point which is not more than 300 ° C. below the casting temperature of the molten metal. The inner wall 5 can be between 10 and 30 mm thick; being. Cast iron may be mentioned as a suitable metal, the selection of the material of the inner wall depending on the metal to be cast. As can be seen in FIG. 1, the heating hood tapers from its lower part to its upper part, which is closed by the upper cover 3. However, this taper is not essential.
Ein zusätzlicher Wärmeschild 9 ist entlang des unteren Randes der Innenwand 5 vorgesehen, um einen Wärmetransport zwischen der Innenwand und der Kokille zu verhindern. Dieser zusätzliche Wärmeschild ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich. An additional heat shield 9 is along the lower edge the inner wall 5 is provided in order to prevent heat transfer between the inner wall and the mold. However, this additional heat shield is not required in every case.
Die Wärmehaubeist von einem metallischen Gehäuse 10 umgeben, das mit Haltegriffen versehen ist, durch die sowohl die Wärmehaube al*s auch das Gehäuse auf die Kokille aufgesetzt oder ab-The heating hood is surrounded by a metallic housing 10 which is provided with handles through which both the heating hood as well as the housing placed on or removed from the mold
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genommen werden können.can be taken.
Das Metall kann entweder steigend oder fallend gegossen worden. Im letzteren Fall wird der Deckel 3, wie es z.B. in der GB-PS 1 496 348 beschrieben ist, nach dem Gießen auf die Wärmehaube aufgesetzt.The metal can be cast either upwards or downwards. In the latter case, the cover 3, as described, for example, in GB-PS 1 496 348, is placed on the heating hood after casting put on.
Wie bereits erwähnt, zeigt der linke Teil von Figur 1 das f l'ussige .Metall unmittelbar nach dem Eingießen. Kurz nach dem Zeitpunkt, zu dem das eingefüllte Metall die Innenwand 5 berührt hat, bildet sich auf dem flüssigen Metall eine dünne Außenschicht aus erstarrtem Metall aufgrund der vom flüssigen Metall durch die Kokille 1 und die Innenwand 5 der Wärmehaube abgeführten Hitze.As already mentioned, the left part of Figure 1 shows the liquid .Metal immediately after pouring. Shortly after the point in time at which the filled metal has touched the inner wall 5, a thin outer layer is formed on the liquid metal solidified metal due to the liquid metal through the Mold 1 and the inner wall 5 of the heat hood dissipated heat.
Die von der Innenwand 5 aufgenommene Wärme bewirkt nun eine Ausdehnung der Wärmehaube. Da die Wärmehaube jedoch bezüglich der Kokille 1 eine geringere Masse aufweist, dehnt sich die Wärmehaube 2 wesentlich schneller aus als die Kokille 1. Dadurch entfernt sich die Wärmehaube vom Barren ohne äußeres Zutun, so daß sich ein Spalt 7 ausbildet. Wegen der oben erwähnten Massendifferenz entsteht der Spalt 7 zwischen der Wärmehaube 2 und dem Barren schneller und ist größer als der Spalt zwischen der Kokille und dem Barren.The heat absorbed by the inner wall 5 now causes expansion the warming hood. However, since the heat hood has a lower mass with respect to the mold 1, the heat hood expands 2 much faster than the mold 1. As a result, the heat hood is removed from the ingot without external intervention, so that a gap 7 is formed. Because of the above-mentioned mass difference, the gap 7 arises between the heating hood 2 and the ingot faster and is larger than the gap between the mold and the ingot.
Das Metall'wird anschließend abgekühlt, bis es erstarrt ist. Dieser Zustand ist in der rechten Seite von Figur 1 dargestellt. Die Wärmehaube 2 und der Deckel 3 bleiben während des gesamten Abkühlvorgangs an Ort und Stelle. Der Spalt 7 sorgt zusammen mit der durch den Wärmeschild 6 gebildeten Isolierung dafür, daß der obere Teil des Barrens oder des Rohlings sich nicht zu schnell abkühlt bezüglich des übrigen Teils des Barrens oder Rohlings. Des weiteren besteht keine Notwendigkeit,ein exothermisches Material in den Spalt 7 während des Abkühlens des gegossenen Metalls einzuführen und zwar aufgrund der thermischen Isolierung durch den Spalt 7'und den Wärmeschild 6.The metal is then cooled until it has solidified. This state is shown in the right-hand side of FIG. The heating hood 2 and the lid 3 remain during the whole Cooling process in place. The gap 7, together with the insulation formed by the heat shield 6, ensures that the upper part of the ingot or blank does not cool too quickly with respect to the remainder of the ingot or Blank. Furthermore, there is no need for an exothermic Introduce material into the gap 7 during the cooling of the cast metal due to the thermal Insulation through the gap 7 ′ and the heat shield 6.
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Es sei betont, daß die beschriebene Wärmehaube wiederverwendbar ist und auch die Notwendigkeit einer mechanischen Bewegung der Wärmehaube während des Gießens vermeidet.It should be emphasized that the heating hood described is reusable and also avoids the need for mechanical movement of the heating hood during casting.
Die beschriebene Wärmehaube kann dabei verschieden ausgestaltet sein. Besteht z.B. die metallische Innenwand der Wärmehaube aus einer Anzahl von Abschnitten, so kann es vorteilhaft sein, eine Einrichtung vorzusehen, um eine weitere thermische Ausdehnung der Wärmehaube vorzusehen, wenn sie sich während des Gießens erwärmt. Die einzelnen Abschnitte der Wärmehaube könn<:n z.B. durch Streifen eines Materials getrennt sein, die ein hohes Maß an thermischer Ausdehnung aufweisen, wie z.B. Kupfer oder ein Bi-Metall-Material. Weiterhin kann die Innenwand der Wärmehaube mit einer hitzereflektierenden oder einer Trennschicht bedeckt sein.The heat hood described can be designed in different ways . Consists, for example, the metallic inner wall of the heating hood of a number of sections, it may be advantageous to provide a means to further thermal expansion of the heat hood provided if it heats up during casting. The individual sections of the heat hood can be separated, for example, by strips of a material that have a high degree of thermal expansion, such as copper or a bi-metal material. Furthermore, the inner wall of the heating hood can be covered with a heat-reflecting or a separating layer.
Figur 2 zeigt eine Wärmehaube, die innerhalb des oberen Teils einer Kokille 21 angeordnet ist. Ein innerer Wandteil 51 liegt dabei auf einer Schulter der Kokillenwand auf und ist von einem Wärmeschild 61 umgeben, das dem oben beschriebenen Wärmeschild 6 entspricht. Die Außenwand der Wärmehaube wird dabei durch die Kokillenwand 6 gebildet, wodurch ein vereinfachter Aufbau der vereinigten Gußform erhalten wird. Zwischen dem unteren Rand der Wand 41 und der Schulter der Kokille kann ein Wärmeschild 91 eingesetzt sein. Der Wandteil 51 der Wärmehaube besteht beispielsweise aus Stahl mit einem höheren Schmelzpunkt als de jenige des Materials der Kokille, die üblicherweise aus Guße sen besteht. FIG. 2 shows a heating hood which is arranged within the upper part of a mold 21. An inner wall part 51 lies while on a shoulder of the mold wall and is surrounded by a heat shield 61, which corresponds to the heat shield 6 described above is equivalent to. The outer wall of the heat hood is formed by the mold wall 6, whereby a simplified structure of the combined mold is obtained. A heat shield 91 can be inserted between the lower edge of the wall 41 and the shoulder of the mold being. The wall part 51 of the heat hood consists, for example, of steel with a higher melting point than de those the material of the mold, which usually consists of cast iron.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlicu demjenigen von Figur 2, wobei ein innerer Wandteil 52 ein Unterteil 53 aufweist, welches indie Wand der Kokille 22 eingebettet ist. In diesem Fall behält die Innenwand der Wärmehaube an ihrem unteren Rand eine vorgegebene Stellung bezüglich der Kokille bei, währendFIG. 3 shows a further exemplary embodiment similar to that of FIG. 2, an inner wall part 52 having a lower part 53 which is embedded in the wall of the mold 22. In this case , the inner wall of the heat hood maintains a predetermined position with respect to the mold at its lower edge, while
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ihr oberer Rand sich ausdehnen kann,um den gewünschten Effekt zu erzielen. Auch hier ist ein Wärmeschild 62 zwischen der Kokillenwand und dem Innenwandteil 52 vorgesehen.their top edge can expand to produce the desired effect to achieve. Here, too, a heat shield 62 is provided between the mold wall and the inner wall part 52.
Das Ausführungsbeispiel von Figur 3 zeigt eine Kokille , die mit der Wärmehaubewand während ihres Herstellens fest zusammengebaut wird, so daß kein zusätzlicher Herstellungsschritt erforderlich ist. The embodiment of Figure 3 shows a mold which is firmly assembled with the heat hood wall during its manufacture so that no additional manufacturing step is required.
Es wurde gefunden, daß mit der erfindungsgemäßen Kokille und dem Gießverfahren nur eine sehr geringe Lunkerbildung des fertigen Barrens auftritt und daß die Verunreinigung des Barrens meistens vernachlässigbar klein ist, so daß er unmittelbar nach dem Herausnehmen aus der Kokille gewalzt werden kann.It has been found that with the mold according to the invention and the casting process only a very small amount of shrinkage occurs in the finished ingot and that the contamination of the Barrens is mostly negligibly small, so that it is rolled immediately after being removed from the mold can be.
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Claims (21)
Vorrichtungen aufweist, um den unteren Rand der Innenwand in einer vorgegebenen Stellung bezüglich der Kokille zu halten.20. Mold according to claim 18, characterized in that it
Has devices to hold the lower edge of the inner wall in a predetermined position with respect to the mold.
Innenwand ein Unterteil aufweist, das in der Kokillenwaiul eingebettet ist.21. Mold according to claim 18, characterized in that the
Inner wall has a lower part which is embedded in the Kokillenwaiul.
die mit einer Wärmehaube versehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmehaube eine innere
metallische Wand aufweist, die von einem Wärmeschild umgeben ist, wobei das Metall der Wand und die Dicke der Innenwand der Wärmehaube derart gewählt werden
bezüglich des zu gießenden Metalls und der Kapazität der Kokille, daß ein Schmelzen der Innenwand während. des Gießens des Metalls verhindert wird;1. A method of casting metal ingots, in which molten metal is poured into a permanent mold,
which is provided with a heat hood, thereby
characterized in that the heating hood has an inner
having metallic wall which is surrounded by a heat shield, the metal of the wall and the thickness of the inner wall of the heat hood are selected in this way
with respect to the metal to be cast and the capacity of the mold that melting of the inner wall during. the casting of the metal is prevented;
genügend großen Hitzeteil vom geschmolzenen Metall abzuführen, um so das Ausbilden einer Außenschicht aus erstarrtem Metall am oberen Teil des Barrens zu ermöglichen, während der Rest des gegossenen Metalls
im geschmolzenen Zustand verbleibt, andererseits aberthat the thickness of the inner wall of the heating hood is chosen so that it is sufficient on the one hand to a
To remove enough heat from the molten metal to enable an outer layer of solidified metal to be formed on the top of the billet while the remainder of the cast metal is being formed
remains in the molten state, but on the other hand
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