Verfahren zum Schleudergiessen

Abstract

 Verfahren zum Schleudergießen in einer zylindrischen Kokille oder Gießform, bei dem die Schmelze (4) an einem Ende in die Kokille (3) eingegossen wird. Gemäß der Erfindung wird an dem Eingießende der Kokille (3) auf die Schmelze (4) eine elektromagnetische Kraft ausgeübt, die in Rotationsrichtung der Kokille gerichtet ist. Auf diese Weise wird die Kraft, welche die Schmelze in Längsrichtung der Kokille verteilt, wesentlich erhöht, so daß diese Verteilung schneller erfolgt, was eine bessere Qualität des gegossenen Rohres bewirkt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergießen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Beim Schleudergießen wird das geschmolzene Metall in eine rotierende Kokille gegossen (siehe Figur 1). Dabei gelangt das Metall zunächst in eine ruhende Lache an dem einen Ende der Kokille. In Folge der Reibung zwischen Metall und rotierender Kokille beginnt die an die Kokillenwand angrenzende Metallschmelze ebenfalls zu rotieren. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird die an der Rotation beteiligte Metallschmelze in axialer Richtung der Kokille in Form einer Spirale an der Kokillenwand entlanggeschleudert. Da die Metallschmelze sehr schnell erstarrt, wenn sie in die kalte Kokille kommt, bilden sich übereinander liegende spiralähnliche erstarrte Schichten, die Seigerungen, Poren und so weiter enthalten. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Metallschmelze sehr schnell in Längsrichtung der Kokille verteilt wird, und zwar am besten in Form einer zusammenhängenden Lache, die sich in Längsrichtung der Kokille zum anderen Ende der Kokille ausdehnt.

[0003] Ein Verfahren zur Lösung dieses Problems wird in der EP-A 84 10 0643.0 beschrieben. Danach wird, nachdem man begonnen hat, die Schmelze an dem einen Ende der Kokille einzugießen, die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille beim Schleudergießen als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Abgießens an auf einen geeigneten Wert gesteuert. Die Rotationsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß man eine Frontgeschwindigkeit für die Schmelze erhält, die im Verhältnis zu der Gießgeschwindigkeit nicht allzu hoch ist. Dabei wird eine sich über den gesamten Umfang erstreckende gleichmäßige und ununterbrochene Front angestrebt. Es ist zu beachten, daß die Schmelze in diesem Falle nicht sofort nach dem Eingießen die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille annimmt. Aus diesem Grunde überlagert man zweckmäßigerweise der mittleren Rotationsgeschwindigkeit, die vorzugsweise von Null auf den vollen Wert steuerbar ist, eine periodisch schwankende Rotationsgeschwindigkeit, wodurch in der flüssigen Schicht eine Turbulenz erzeugt wird, die einen Temperaturausgleich bewirkt und dadurch ein Erstarren der Schmelze von innen her verhindert.

[0004] Das Erstarren der Schmelze erfolgt von außen nach innen, und zwar zunehmend langsamer. Dabei treten aufgrund von in der Schmelze vorhandenen Gasen Blasen im Guß auf. Durch die genannte Spiralschicht können auch Risse im gegossenen Rohr entstehen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem das Auftreten von Gasen an der Innenfläche des schleudergegossenen Rohres sowie die Gefahr des Auftretens von Rissen weiter verkleinert wird.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.

[0007] Durch das Verfahren gemäß der Erfindung kann die Schmelze viel schneller in Rotation versetzt werden, so daß die Kraft, welche die Schmelze in axialer Richtung der Kokille verteilt, vergrößert wird. Bei den beim Schleudergießen angewendeten Rotationsgeschwindigkeiten ist diese Kraft praktisch proportional dem Produkt aus Zentrifugalkraft und Druckhöhe. Wenn die Zentrifugalkraft bei einer mit der Kokille synchronen Rotation der Schmelze das Fünfzig- bis Hundertfache der Erdbeschleunigung g beträgt, so kann die normale Schwerkraft vernachlässigt werden. Wenn die Schmelze durch einen Rührer, der nach dem Prinzip der elektrischen Asynchronmaschine arbeiten kann, schnell in synchrone Rotation mit der Kokille gebracht wird, so erfolgt die axiale Verteilung der Schmelze längs der Kokille bedeutend schneller.

[0008] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Drehzahl des Drehfeldes des Rührers gleich der Drehzahl der Kokille gewählt, wodurch Wirbelstromverluste in der Kokillenwand vermieden werden.

[0009] Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse der Kokille gemäß Figur 1,

Figur 3A die axiale Schmelzenverteilung bei einem bekannten Schleudergießverfahren,

Figur 3B die entsprechende Verteilung bei einem Verfahren gemäß der Erfindung.

[0010] Figur 1 zeigt, wie aus einer Gießpfanne 1 über eine Gießschnauze 2 Schmelze (Stahl, Eisen, ein anderes Metall oder eine Legierung) in eine rotierbare Kokille 3 gegossen wird. Die Kokille 3 rotiert mit einer mittleren Rotationsgeschwindigkeit (siehe Pfeil A), die als Funktion der Zeit oder eines anderen Parameters vom Beginn des Abgießens an während des Gießverlaufs auf einen geeigneten Wert gesteuert wird. (Siehe die oben genannte EP-A). Gemäß der Erfindung wird die Metallschmelze zweckmäßigerweise mehr oder weniger schlagartig an dem einen Ende der Kokille eingegossen, während ein oder mehrere elektromagnetische mehrphasige Rührer 5 wirksam sind, wobei die Speisung dieser Rührer mit einer solchen Phasenfolge erfolgt, daß die von ihnen erzeugten rotierenden oder wandernden magnetischen Felder sich in Rotationsrichtung der Kokille bewegen. Hierdurch wird erreicht, daß die Lache 6 (Siehe Figur 2) schneller um die Kokillenwand verteilt und mit einer Zentrifugalkraft, die beispielsweise dem Fünfzigfachen der Erdbeschleunigung entspricht, herausgepreßt wird, wobei die Schmelze 4 sich in axialer Richtung der Kokille 3 verteilt. Die Kokille 3 besteht vorzugsweise aus austenitischem Material, und der Rührer 5 kann zylindrisch, teilzylindrisch oder gerade ausgebildet sein. Es können auch mehrere Rührer verwendet werden. Um Wirbelstromverluste in der Kokille 3 zu vermeiden, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des magnetischen Feldes des Rührers 5 mit der Rotationsgeschwindigkeit der Kokille synchronisiert werden. Die Speisung des Rührers kann aus einer Spannungsquelle erfolgen, deren Frequenz einstellbar ist oder gleich der Netzfrequenz ist. Die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille 3 kann eventuell vor dem Eingießen der Schmelze mittels des Rührers auf einen hohen Wert gebracht werden, wobei Rührer und Kokille wie ein Asynchronmotor arbeiten. Zu diesem Zweck kann auf der Kokille an dem Ende, an dem sich der Rührer befindet, eine Käfigwicklung angeordnet werden. (In den Figuren ist eine solche Käfigwicklung nicht dargestellt.)

[0011] Figur 3A zeigt in vereinfachte Darstellung den Zusammenhang zwischen der Badhöhe h und der Rohrlänge 1 bei dem bekannten Verfahren zum Schleudergießen. Ein Rührer ist also nicht vorhanden. Das Gießrohr beginnt an der Stelle S. Die dargestellte Verteilung gilt für einen bestimmten Zeitpunkt nach dem Eingießen. An der Stelle 11 des Rohres rotiert die Schmelze im radialen Bereich von A bis B relativ langsam, so daß die hier erzeugte axiale Kraft g x h_A proportional ist, wobei g die Erdbeschleunigung und h_A die Bad- oder Druckhöhe im Punkte 11 ist. Von der Kokillenwand bis zum Punkte B hat die Schmelze die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille erreicht, so daß in diesem Bereich die axiale Kraft ungefähr 50 x g x h_B proportional ist.

[0012] Figur 3B zeigt die entsprechenden Verhältnisse bei dem Verfahren gemäß der Erfindung. Hier wird die Schmelze sehr schnell durch den Rührer in Drehung versetzt, so daß an der Stelle 12 die Schmelze von der Kokillenwand bis zum Punkte C mit der Kokille rotiert und eine axiale Kraft von ungefähr 5oxg x h_C erzeugt. Beim späteren weiteren Ausdehnen außerhalb des Rührers beträgt dann die axiale Kraft entsprechend der durch Reibung von der Kokillenwand mitgenommenen Schicht noch ungefähr 5oxg x h_D. Bei der Höhenlage des Punktes C ist zu beachten, daß die Kraftwirkung des Rührers auf die Schmelze mit zunehmender Tiefe abnimmt, da die Eindringtiefe des magnetischen Feldes in die Schmelze begrenzt ist.

[0013] Nachdem die Schmelze in der Kokille verteilt worden ist, kann die Beschleunigung oder Verlangsamung, die erforderlich ist, damit auch die Innenfläche des gegossenen Rohres umgerührt wird, durch den beschriebenen Rührer vorgenommen werden.

[0014] Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedanken in vielfacher Weise variiert werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Schleudergießen in einer zylindrischen Kokille oder Gießform, bei dem die Schmelze (4) an einem Ende in die Kokille (3) eingegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Eingießende der Kokille (3) auf die Schmelze (4) eine elektromagnetische Kraft ausgeübt wird, die in Rotationsrichtung der Kokille gerichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze für ein herzustellendes Rohr im wesentlichen schlagartig (sehr schnell) am Eingießende in die Kokille eingegossen wird und die Schmelze durch Rotation der Kokille (3) und Erzeugung eines Zuschusses an Zentrifugalkraft in der Schmelze durch das elektromagnetische Rührfeld schnell axial längs der Kokille (3) verteilt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (3) auf volle Rotationsgeschwindigkeit beschleunigt wird, bevor die Schmelze in die Kokille gegossen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Kokille (3) mittels des Rührers hochgetrieben wird, wobei auf der Kokille eine mit dem Rührer (5) zusammenwirkende Käfigwicklung angordnet sein kann.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit des vom Rührer (5) erzeugten Feldes im wesentlichen gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Kokille (3) ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rührer (5) speisende Spannung Netzfrequenz hat oder in ihrer Frequenz einstellbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittleren Rotationsgeschwindigkeit der Kokille, die vorzugsweise von Null auf den vollen Wert steuerbar ist, eine periodisch schwankende Rotationsgeschwindigkeit überlagert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verteilung der Schmelze in der Kokille eine zur Erzielung einer Umrührung an der Innenfläche des gegossenen Rohres erforderliche Beschleunigung oder Verzögerung durch den Rührer (5) erzeugt wird.

Zeichnung