WO1980000137A1 - Process and device for casting metal pieces in a mould - Google Patents

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E Fischer
I Henych
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Fischer Ag
E Fischer
I Henych
W Gysel
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a molding process for casting metallic moldings in a mold and to an apparatus for carrying out the method.
  • the molded casting process produces finished molded blanks which usually require post-processing (deburring, blasting, etc.) with regard to the shape, but have largely retained their shape.
  • blocks are cast that must first be rolled after casting.
  • Disadvantages here are the cumbersome removal and reinsertion of lines, the large consumption of nitrogen due to the large free shape cross section and, especially in the case of air currents often found in foundries, the insufficient protection of the pouring jet, so that the blocks, apart from the removal of the top end, often occur must be flame-blasted in order to remove the oxide layers adhering to the surface.
  • the invention proposes a method and a device by means of which, in an economical and time-saving manner, regularly shaped, oxide-free or at least low-oxide shaped parts can be produced, requiring little post-processing.
  • the method according to the invention is characterized by the features protected in the main claim.
  • By pouring in liquefied inert gas it gets to the bottom of the mold by gravity.
  • the evaporating gas which displaces the air from the mold through the passage opening, cannot be discharged into the atmosphere or escape too quickly, so that the gas consumption can be kept relatively low.
  • By interrupting the gas supply immediately before the end of the pouring is avoided. that the upper part of the molded part is given an irregular shape by the formation of bubbles between the bath level and the top of the mold. Since the melt cannot come into contact with atmospheric oxygen in the mold, the quality of the solidified molding is significantly improved.
  • the metallic surfaces in particular become regular and smooth and therefore elegant.
  • a further simplification can be achieved in that liquefied gas is also brought into the mold from above during the casting, since a separate line for gas in the gaseous phase can then be dispensed with.
  • a metallic permanent mold 1 has on its uppermost part a flat, removable and also metallic cover plate 2 with two through openings 5 and 6.
  • a supply line 7 for liquid nitrogen is detachably connected as gas-tight as possible via a pipe stub 11 by means of clamping shells 12 or another suitable connecting element to the cover plate 2 and cooperates with the opening 6.
  • the other end of the line 7 is connected to a storage container, not shown, with liquid nitrogen or another liquefied inert gas.
  • On the cover plate 2 there is an upwardly projecting tube 15, for example made of refractory material, concentrically detachable with the passage opening 5 and fastened as gas-tight as possible.
  • the cover plate 2 is mounted together with the pipe 15 and the pipe stub 11 on the mold 1, the
  • OMPI W1PO Mold cavity 14 is about 15 liters, and the line 7 is attached to the pipe stub 11.
  • a pouring vessel 16 filled with molten metal 17 is brought with its still closed bottom-side pouring opening 21 via the passage opening 5 or the pipe 15.
  • the amount of liquid gas that is supplied during casting and, because of the constant aperture 23, also 2 ml / sec. is only used as a supplementary quantity for maintaining the gas curtain, the presence of which can be checked with a glowing wood chip.
  • the casting time can be shortened by half: however, the gas supply quantity must be increased twice.
  • the amount of gas supplied before casting must not be too large and should advantageously be continuous, since otherwise there is a risk of nitrogen dissolving in the metal.
  • the most economical way of supplying the gas is via its own passage opening 6 and away from the melt jet 28 directly into the mold cavity 14.
  • the method according to the invention can be used both for casting with falling casting, as described, and for casting with increasing casting.

Abstract

A process and a device for casting metal pieces in a mould are provided. The aim is to provide an economical and fast method for producing oxydation-free pieces, which require as to their shape nothing but a slight finishing and which present particularly even and smooth metal surfaces. The process is adapted to gravitational or bottom casting, and comprises the introduction in the mould (1) from the top, before starting the casting, a predetermined amount of inert gas in liquid phase, and continuously introducing during the casting inert gas which comes out through an opening (5) at the upper part of the mould and stopping the gas supplied just before the end of the casting. An improvement of the process is that gas is introduced in a continuous manner before initiating the casting during a laps of time which corresponds at least to the ratio between the inner volume of the mould and the volume in gases phase of the liquid gas introduced per second.

Description

Formgussverfahren und Vorrichtung zum Vergiessen von metallischen Formstücken in einer FormMold casting method and device for casting metallic moldings in a mold
Die Erfindung bezieht sich auf ein Formgussverfahren zum Ver¬ giessen von metallischen Formstücken in einer Form und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a molding process for casting metallic moldings in a mold and to an apparatus for carrying out the method.
Beim Formgussverfahren werden, im Gegensatz zum Blockgiess- verfahren, fertige Formrohlinge hergestellt, die bezüglich der Form zwar meistens einer Nachbearbeitung (Entgraten, Strahlen usw.) bedürfen, jedoch ihre Form grösstenteils er¬ halten haben. Beim Blockgiessen werden Blöcke gegossen, die nach dem Giessen zuerst gewalzt werden müssen.In contrast to the block casting process, the molded casting process produces finished molded blanks which usually require post-processing (deburring, blasting, etc.) with regard to the shape, but have largely retained their shape. In block casting, blocks are cast that must first be rolled after casting.
Beim herkömmlichen Giessen mit offenem, ungeschütztem Giess- strahl besteht die Gefahr, dass die Schmelze mit dem Luftsauer¬ stoff Oxyde bildet, die in die erstarrende Schmelze geraten, so dass das erstarrte Gussstück mit oxydischen Einschlüssen durchsetzt und, besonders bei gekühlten oder metallischen Dauerformen,an seiner Oberfläche Oxydschichten aufweist, die nach Entfernung derselben unregelmässige und rauhe Oberflächen entstehen lassen.In conventional casting with an open, unprotected pouring jet, there is a risk that the melt with the oxygen in the air will form oxides, which will get into the solidifying melt, so that the solidified casting will penetrate with oxidic inclusions and, especially in the case of cooled or metallic permanent molds, has oxide layers on its surface which, after removal of the same, give rise to irregular and rough surfaces.
OMPI /., WIPO Aus dem Bereich des Blockgiessens ist, um eine Oxydation der Schmelze an der Luft zu vermeiden, bereits aus der US-PS 1 978 222 bekannt, gasförmigen Stickstoff vor und während des Giessens in die Blockform zu leiten. Dazu sind Leitungen vorgesehen, die tief in die Form reichen um das Gas auf den Boden der leeren Form zu bringen. Nach diesem Vorgang werden die Leitungen wieder entfernt. Während des Giessens wird über eine Leitung, deren kurzer Bogen über den Formrand in die Form ragt, weiterhin gasförmiger Stickstoff zugeführt. Durch das Gas, das durch die Erwärmung expandiert und hinaufsteigt, soll der fallende Giessstrahl vor Luftsauerstoff geschützt werden. Nachteilig hierbei ist das umständliche Entfernen und Wiedereinführen von Leitungen, der durch den grossen freie Formquerschnitt bedingte grosse Verbrauch an Stickstoff und, besonders bei in Giessereien oft vorkommenden Luftströmungen, der ungenügende Schutz des Giessstrahles, so dass die Blöcke, abgesehen vom Entfernen des Schopfendes, oftmals flammgestrahl werden müssen, um die an der Oberfläche haftenden Oxydschich¬ ten zu entfernen.OMPI /., WIPO In the field of block casting, in order to avoid oxidation of the melt in the air, it is already known from US Pat. No. 1 978 222 to pass gaseous nitrogen into the block mold before and during the casting. For this purpose, lines are provided that extend deep into the mold to bring the gas to the bottom of the empty mold. After this process, the lines are removed. During the casting process, gaseous nitrogen continues to be supplied via a line, the short bend of which protrudes over the mold edge into the mold. The falling pouring jet is to be protected from atmospheric oxygen by the gas, which expands and rises as a result of the heating. Disadvantages here are the cumbersome removal and reinsertion of lines, the large consumption of nitrogen due to the large free shape cross section and, especially in the case of air currents often found in foundries, the insufficient protection of the pouring jet, so that the blocks, apart from the removal of the top end, often occur must be flame-blasted in order to remove the oxide layers adhering to the surface.
Die Erfindung schlägt beim Formgiessen in Formen ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, mittels welcher auf wirtschaftliche und zeitsparende Weise regelmässig geformte, bezüglich der Form höchstens eine geringe Nachbearbeitung' erfordernde, oxydfreie oder zumindest oxydarme Formstücke herstellbar sind.When molding in molds, the invention proposes a method and a device by means of which, in an economical and time-saving manner, regularly shaped, oxide-free or at least low-oxide shaped parts can be produced, requiring little post-processing.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist gekennzeichnet durch die im Hauptanspruch unter Schutz gestellten Merkmale. Durch das Eingiessen von verflüssigtem inertem Gas gelangt es durch die Schwerkraft von selbst auf den Boden der Form. Das ver¬ dampfende Gas, das durch die Durchtrittsöffnung die Luft aus der Form verdrängt, kann nicht zu schnell in die Atmosphäre abgeführt werden bzw. entweichen, so dass.der Gasverbrauch relativ klein gehalten werden kann. Durch das Unterbrechen der Gaszufuhr unmittelbar vor dem Giessende wird vermieden. dass die obere Partie des Formstückes durch Blasenbildung zwischen dem Badspiegel und der Oberseite der Form eine un¬ regelmässige Gestalt erhält. Da die Schmelze nicht mit Luft¬ sauerstoff in der Form in Kontakt kommen kann, wird die Quali¬ tät des erstarrten Formstückes wesentlich verbessert. Besonders die metallischen Oberflächen werden regel ässig und glatt und dadurch formschön.The method according to the invention is characterized by the features protected in the main claim. By pouring in liquefied inert gas, it gets to the bottom of the mold by gravity. The evaporating gas, which displaces the air from the mold through the passage opening, cannot be discharged into the atmosphere or escape too quickly, so that the gas consumption can be kept relatively low. By interrupting the gas supply immediately before the end of the pouring is avoided. that the upper part of the molded part is given an irregular shape by the formation of bubbles between the bath level and the top of the mold. Since the melt cannot come into contact with atmospheric oxygen in the mold, the quality of the solidified molding is significantly improved. The metallic surfaces in particular become regular and smooth and therefore elegant.
Eine weitere Vereinfachung kann dadurch zustande gebracht werden, dass auch während des Giessens verflüssigtes Gas von oben her in die Form gebracht wird, da dann eine separate Leitung für Gas in der gasförmigen Phase entfallen kann.A further simplification can be achieved in that liquefied gas is also brought into the mold from above during the casting, since a separate line for gas in the gaseous phase can then be dispensed with.
Weitere erfindungsgemässe Merkmale und vorteilhafte Ausge¬ staltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further features according to the invention and advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines in der Zeichnung dar¬ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
Eine metallische Dauerform 1 weist an deren obersten Partie eine ebene, abnehmbare und ebenfalls metallische Deckplatte 2 mit zwei Durchtrittsöffnungen 5 und 6 auf. Das eine Ende einer Zufuhrleitung 7 für flüssigen Stickstoff ist möglichst gasdicht über einen Rohrstummel 11 mittels Klemmschalen 12 oder eines anderen geeigneten Verbindungselementes mit der Deckplatte 2 lösbar verbunden und wirkt mit der Oeffnung 6 zusammen. Das andere Ende der Leitung 7 ist mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter mit flüssigem Stickstoff oder einem anderen verflüssigten inerten Gas verbunden. An der Deckplatte 2 ist ein nach oben ragendes Rohr 15 beispiels¬ weise aus feuerfestem Material, konzentrisch mit der Durch- trittsöffnung 5 lösbar und möglichst gasdicht befestigt.A metallic permanent mold 1 has on its uppermost part a flat, removable and also metallic cover plate 2 with two through openings 5 and 6. One end of a supply line 7 for liquid nitrogen is detachably connected as gas-tight as possible via a pipe stub 11 by means of clamping shells 12 or another suitable connecting element to the cover plate 2 and cooperates with the opening 6. The other end of the line 7 is connected to a storage container, not shown, with liquid nitrogen or another liquefied inert gas. On the cover plate 2 there is an upwardly projecting tube 15, for example made of refractory material, concentrically detachable with the passage opening 5 and fastened as gas-tight as possible.
Vor dem Giessvorgang wird die Deckplatte 2 zusammen mit dem Rohr 15 und dem Rohrstummel 11 auf die Form 1 montiert, derenBefore the casting process, the cover plate 2 is mounted together with the pipe 15 and the pipe stub 11 on the mold 1, the
OMPI W1PO Formhohlraum 14 etwa 15 Liter beträgt, und die Leitung 7 wird am Rohrstummel 11 befestigt. Ein mit Metallschmelze 17 gefüll¬ tes Giessgefäss 16 wird mit dessen immer noch verschlossener bodenseitiger Ausgussöffnung 21 über die Durchtrittsöffnung 5 bzw. das Rohr 15 gebracht. Um sicher zu sein, dass die Luft in der Form 1 unmittelbar vor dem Giessen vollständig verdräng worden ist, wird eine bestimmte Menge flüssigen Stickstoffes 22 aus der Leitung 7, in die zur konstanten Mengenregelung eine Blende 23 und ein Verschlussorgan 27 eingebaut sind, in die leere Form 1 gebracht, welche Menge auf den Formboden tropft. Da 1 ml flüssiger S.tickstoff bei Raumtemperatur etwa 600 ml gasförmigen Stickstoff liefert, gelangt bei einer Zu¬ fuhr von flüssigem Gas von 2 ml/Sek. etwa 1,2 1 inertes Gas in die Form;die Leitung 7 sollte also über eine Zeitspanne bis zum Giessbeginn von mindestens 15/1,2 = 12,5 Sek. für die Lieferung von flüssigem Stickstoff geöffnet gehalten wer¬ den. Unmittelbar nach dieser Zeitspanne wird die Ausgussöff¬ nung 21 freigegeben und die Schmelze 17 gelangt mit einem Strahl 28 durch das Rohr 15, dessen lichte Weite geringfügig grösser ist als der Durchmesser des Strahles 28, in die Form 1. Der Vorteil dabei ist, dass das Verschlussorgan 27 nicht mehr betätigt werden muss. Der Badspiegel 29 der Schmelze in der Form 1 steigt beim Giessen^ demzufolge wird das ver¬ dampfte Gas verdrängt und zwar durch das Rohr 15, so dass ein aufwärts strömender Gasschleier 33, der durch die Unter¬ seite des Gefässes 16 abgelenkt wird, den abwärts strömenden Strahl 28 vor Berührung mit der Luft schützt. Die flüssige Gasmenge, die während des Giessens zugeführt wird, und die, wegen der gleichbleibenden Blende 23, ebenfalls 2 ml/Sek. beträgt, dient lediglich als ergänzende Menge zur Aufrechter¬ haltung des Gasschleiers, dessen Vorhandensein mit einem glühenden Holzspan überprüft werden kann. Beim Vergiessen durch zwei Durchtrittsöffnungen 5 kann die Giesszeit um die Hälfte verkürzt werden: allerdings muss die Gaszufuhrmenge auf das Zweifache erhöht werde. Ungefähr 1 bis 4 Sek. vorOMPI W1PO Mold cavity 14 is about 15 liters, and the line 7 is attached to the pipe stub 11. A pouring vessel 16 filled with molten metal 17 is brought with its still closed bottom-side pouring opening 21 via the passage opening 5 or the pipe 15. In order to be sure that the air in the mold 1 has been completely displaced immediately before the casting, a certain amount of liquid nitrogen 22 from the line 7, into which an orifice 23 and a closure member 27 are installed for constant volume control, into which brought empty form 1, which amount drips onto the mold bottom. Since 1 ml of liquid nitrogen gives about 600 ml of gaseous nitrogen at room temperature, a supply of liquid gas of 2 ml / sec. about 1.2 l of inert gas into the mold; line 7 should therefore be kept open for the delivery of liquid nitrogen over a period of time until the start of casting of at least 15 / 1.2 = 12.5 seconds. Immediately after this period, the pouring opening 21 is opened and the melt 17 enters the mold 1 with a jet 28 through the pipe 15, the clear width of which is slightly larger than the diameter of the jet 28. The advantage here is that the Closure member 27 no longer has to be actuated. The bath level 29 of the melt in the form 1 rises during casting. Accordingly, the vaporized gas is displaced, specifically through the pipe 15, so that an upward flowing gas curtain 33, which is deflected by the underside of the vessel 16, leads downward protects the flowing jet 28 from contact with the air. The amount of liquid gas that is supplied during casting and, because of the constant aperture 23, also 2 ml / sec. is only used as a supplementary quantity for maintaining the gas curtain, the presence of which can be checked with a glowing wood chip. When pouring through two through openings 5, the casting time can be shortened by half: however, the gas supply quantity must be increased twice. About 1 to 4 seconds ago
O /., I Giessende wird die Gaszufuhr in der Leitung 7 unterbrochen, da sonst Gastaschen zwischen dem Badspiegel 29 und der Deck¬ platte 2 unregelmässige Oberflächen in der oberen Formstück¬ partie hervorrufen können.O / ., I At the end of the pouring, the gas supply in the line 7 is interrupted, since otherwise gas pockets between the bath level 29 and the cover plate 2 can cause irregular surfaces in the upper part of the molding.
Bei Versuchen mit chromhaltigen Legierungen konnten Formstücke mit glatten, regelmässigen metallischen Oberflächen hergestellt werden. Im Bereich der Durchtrittsöffnungen 5, 6 war zuweilen eine geringe Nachbearbeitung notwendig. Im Material wurde keine Aufnahme von Stickstoff, jedoch eine starke Senkung von oxydischen Einschlüssen festgestellt. Die Ausschussquote konnte stark herabgesetzt werden.In tests with alloys containing chromium, fittings with smooth, regular metallic surfaces could be produced. In the area of the passage openings 5, 6, a little post-processing was sometimes necessary. No uptake of nitrogen was found in the material, but a strong reduction in oxidic inclusions was found. The reject rate was reduced significantly.
Die vor dem Giessen zugeführte Gasmenge darf nicht zu gross sein und sollte vorteilhafterweise kontinuierlich erfolgen, da sonst die Gefahr einer Lösung von Stickstoff im Metall gegeben ist. Die Gaszufuhr erfolgt am wirtschaftlichsten über eine eigene Durchtrittsöffnung 6 und abseits des Schmelzen¬ strahles 28 direkt in den Formhohlraum 14.The amount of gas supplied before casting must not be too large and should advantageously be continuous, since otherwise there is a risk of nitrogen dissolving in the metal. The most economical way of supplying the gas is via its own passage opening 6 and away from the melt jet 28 directly into the mold cavity 14.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann sowohl für das Giessen mit fallender Giessweise, wie beschrieben, als auch für das Giessen mit steigender Giessweise angewandt werden. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung auf eisenhaltige Legierungen, z.B. auf Stahlguss.The method according to the invention can be used both for casting with falling casting, as described, and for casting with increasing casting. Application to ferrous alloys, e.g. on cast steel.
_OMPI_ IPO _OMPI_ IPO

Claims

P a t e ri t a n s p r ü c h' e P ate ri t claims
1. Formgussverfahren zum Vergiessen von metallischen Formstücke in einer Form, dadurch gekennzeichnet, dass vor Giessbeginn eine vorbestimmte Menge verflüssigtes inertes Gas von oben her in die Form gebracht, dass während des Giessens gasförmi ges oder verflüssigtes inertes Gas kontinuierlich der Form zugeführt und durch eine Durchtrittsöffnung in der obersten Partie der Form abgeführt und dass unmittelbar vor Giessende die Gaszufuhr unterbrochen wird. * 1. Mold casting process for casting metallic moldings in a mold, characterized in that before the start of casting, a predetermined amount of liquefied inert gas is brought into the mold from above, that during the casting process, gaseous or liquefied inert gas is continuously fed to the mold and through a passage opening dissipated in the top part of the mold and that the gas supply is interrupted immediately before the end of the casting. *
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Giessens verflüssigtes inertes Gas von oben her in die Form gebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that liquefied inert gas is brought into the mold from above during the casting.
3. Verfahren mit fallender Giessweise nach Anspruch 1 oder An¬ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Form zugeführ Schmelze und das abgeführte Gas durch dieselbe Durchtritts¬ öffnung geleitet werden.3. The method with falling pouring method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the melt fed to the mold and the discharged gas are passed through the same passage opening.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Gas über eine Zeitspanne bis zum Giess¬ beginn kontinuierlich zugeführt wird, die mindestens dem Ver hältnis des Volumens des Formhohlraumes der Form und des gas förmigen Volumens der pro. Sekunde zugeführten verflüssigten Gasmenge entspricht.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized gekenn¬ characterized in that the gas is continuously fed over a period of time until the start of casting, which is at least the ratio of the volume of the mold cavity to the mold and the gaseous volume of the pro. Second supplied amount of liquefied gas.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das inerte Gas verflüssigter Stickstoff ist und in einer Menge von 1-5 ml pro Sekunde zugeführt wird.5. The method according to claim 2 or claim 4, characterized gekenn¬ characterized in that the inert gas is liquefied nitrogen and is supplied in an amount of 1-5 ml per second.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Gas durch eine andere Durchtrittsöffnung in die Form gebracht wird. 6. The method according to claim 2 and claim 3, characterized gekenn¬ characterized in that the gas is brought into the mold through another passage opening.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Dauerform (1) eine mindestens eine, für die Abfuhr des Gases dienende Durch¬ trittsöffnung (5) aufweisende Deckplatte (2) hat und dass die Zufuhr des Gases während des Giessens über eine Leitung (7) erfolgt, die lösbar mit der Deckplatte (2) verbunden ist und die mit einer anderen Durchtrittsöffnung (6) zusammenwirkt.7. The device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the metallic permanent mold (1) has at least one cover plate (2) which serves for the removal of the gas and has through-opening (5) and that the supply of the gas during the casting takes place via a line (7) which is detachably connected to the cover plate (2) and which interacts with another passage opening (6).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des- Gases vor dem Giessen und die Zufuhr des Gases während des Giessens über dieselbe Leitung (7) erfolgt und dass die Leitung eine Blende (23) und ein Verschlussorgan (27) aufweist.8. The device according to claim 7, characterized in that the supply of the gas before the casting and the supply of the gas takes place during the casting via the same line (7) and that the line has an aperture (23) and a closure member (27) .
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die für die Abfuhr des Gases und die Zufuhr der Schmelze dienende DurchtrittsÖffnung (5) ein nach oben ragendes Rohr (15) eingesetzt ist.9. The device according to claim 7, characterized in that an upwardly projecting tube (15) is inserted into the passage opening (5) serving for the removal of the gas and the supply of the melt.
10. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass eisenhaltige Legierungen vergossen werden. 10. Application of the method according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that ferrous alloys are cast.
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