DE2853867A1 - Vorrichtung und verfahren zum stranggiessen geschmolzenen metalls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stranggießen geschmolzenen Metalls nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Vorrichtung mit einer Gießrad-Band-Gießmaschine, deren Gießform im wesentlichen quadratisch, dreieckförrnig, rechteckförmig oder trapezförmig ist. Bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch übliche Doppelband-und/oder Plattenformen oder andere vertikale Gießmaschinen vorsehen/ mit denen normalerweise gegossene Stränge erzeugt werden, die scharfe Kanten besitzen.

In der Technik ist es bekannt, daß Kombinationen der folgenden Faktoren bei gegossenen Stahlsträngen, wie sie durch übliche Metallgießmaschinen hergestellt werden, in engem Zusammenhang mit dam Auftreten oder Ausbleiben von Strangrissen stehen, insbesondere von Kantenrissen: Die Zusammensetzung des gegossenen Metalls oder der Metallegierung, insbesondere Legierungen, bei denen das Ausfallen von Bestandteilen problematisch ist; Geometrie und Abmessung der Gießform; Gießgeschwindigkeit; Rate der Gesamtkühlung und Gleichförmigkeit der Kühlung des Strangs. Von diesen Faktoren ist vorzugsweise nur die Zusammensetzung des zu gießenden Metalls festgelegt, abgesehen davon, daß die Geometrie der Gießform gewöhnlich während des Gießvorgangs nicht geändert werden kann oder allenfalls mit großen Schwierigkeiten. Viele andere Parameter sind variabel. Bei üblichen Gießrad-Band-Gießmaschinen hat man lange Zeit einen trapezförmigen Gießformquerschnitt mit gerundeten Ecken am Boden als bestgeeignete Form angesehen, und zwar im Hinblick auf Lebensdauer des Gießrads, Muster der transversalen Verfestigung sowie im Hinblick auf das Herausziehen des Strangs aus der Gießform (vgl. etwa üS-PSen 3 818 972 und 3 834 444 der Anmelderin). Wenn jedoch bei trapezförmigen oder quadratischen Gießformquerschnitten auch nur ein leichtes Biegen im heißen Zustand auftritt, kann es zulongitudinalen oder transversalen Strangrissen bei bestimmten Metallegierungen, beispielsweise bei Stahl, kommen, wenn die Kühlungsraten oder andere Kombinationen von Parametern inner-

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halb ihrer zulässigen Bereiche variiert werden.

Diese Rißbildungen werden der Schwierigkeit zugeschrieben, gewisse Kombinationen der obengenannten variablen Gießbedingungen zu erreichen, insbesondere, was den Wärmsübergang, die Kühlungsrate und die Legierungsbestandteile bei Verwendung einer festgelegten Geometrie der Gießform anbelangt. Es ist bekannt, daß einige Faktoren wichtiger sind als andere. Wenn beispielsweise gewisse Legierungsbestandteile zu Korngrenzen ausgefällt werden, dann verfestigen sich diese bei niedrigerer Temperatur als die prädominanten Bestandteile. Aufgrund der Eigenschaften des Wärmeübergangs üblicher quadratischer oder trapezförmiger Gießformen bilden sich die intermetallischen Grenzen längs einer longitudinalen Linie, die sich von den Ecken erstreckt, insbesondere von den scharfen Ecken der trapezförmigen Gießform,wodurch die Gefahr der Rißbildung des Strangs in diesem Bereich anwächst. Verschiedene Druckschriften zum Stande der Technik schlagen eine Änderung der Legierungszusammensetzung vor, um eine Änderung des Ausfällungsmusters zu erreichen,oder schlagen eine Änderung anderer Faktoren vor, beispielsweise der Kühlungs- oder Gießraten, um dadurch derartige Rißbildungen zu vermeiden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießvorrichtung zu schaffen, bei der für das Vermeiden oder die Verringerung von Rißbildungen ein anderer Weg beschritten wird, um dadurch die Komplizierung zu vermeiden, wie sie mit chemischen Einstellmaßnahmen verbunden ist und um die Unsicherheiten zu vermeiden, wie sie mit der Veränderung der Kühlungseigenschaften in Verbindung mit jeder einzelnen von verschiedenen Legierungen verbunden sind. Durch die Erfindung soll auch das Stranggießen von Legierungskombinationen ermöglicht werden, die andernfalls nur schwierig beherrschbar sind.

Bei einigen bekannten Verfahren ist außerdem beispielsweise eine mechanische Behandlung in den Eck- oder Kantenbereichen, beispielsweise ein Schälen, erforderlich, um ein optimales

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Walzen des gegossenen Strangs zu einem gewalzten Strang zu erleichtern, auch wenn sämtliche Parameter so eingestellt sind, daß Eckrisse auf ein Mindestmaß herabgesetzt sind, die aufgrund anderer bekannter Deffekte hervorgerufen v/erden, beispielsweise übermäßige Porosität oder übermäßige Grat- oder Schuppenbildung (d.h. Material, das zwischen Gießrad und Gießband ausgelaufen ist und sich zur Bildung einer dünnen metallischen Schuppe verfestigt hat).

ÜS-PS 3 736 977 zeigt die Verwendung brennbarer und nicht brennbarer Bänder oder dergleichen auf, die in die Ecken der Gießform von Plattenformen eingelegt sind, die für das vertikale Gießen verwendet werden. Bei der in dieser Druckschrift aufgezeigten Anwendung werden die Bänder jedoch lediglich dazu benutzt, um ein Auslaufen geschmolzenen Metalls durch die Spalte zu verhindern, die an den Stoßfugen der Plattenform aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung dieser Platte gebildet werden. Durchbrüche und Verspritzen geschmolzenen Metalls können bei derartigen Gießverfahren auftreten, wenn man keine derartigen Vorkehrungen trifft. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf eine vollständig andere Anwendung von in die Gießform eingelegten Zusatzstoffen gerichtet, wobei die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale zur Lösung der genannten Aufgabe vorgesehen sind.

Bei der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß durch Verringerung der Geschwindigkeit des Wärmeübergangs in den Gießrad-Gießband-Ecken in starkem Maße die Neigung zur Bildung von sowohl transversalen als auch longitudinalen Strangrissen vermindert wird. Die Kombination des Herabsetzens dieses Wärmeübergangs mit anderen Faktoren, beispielsweise gerundeten Gießformecken, Veränderungen der Chemie des gegossenen Strangs durch die Zusammensetzung der Gießformabdichtung und dergleichen, begünstigt die Vermeidung derartiger Rißbildungen.

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Kurz gesagt, ist bei Ausführungsbeispielen der Erfindung das Einführen wegschmelzbarer, konduktiver oder isolierender Stoffe oder Einrichtungen in den im wesentlichen trapezförmigen Formhohlraum vorgesehen, und zwar am Übergang zv/i sehen Gießrad und Gießband einer Stranggießmaschine vom Gießrad-Band-Typ, wobei longitudinale oder transversale Eckrisse aufgrund der scharfen Kanten und/oder aufgrund des sich aufgrund der Wärmeabfuhr ergebenden Erstarrungsmusters in ausreichendem Maße vermieden werden, um eine günstigere transversale Erstarrung zu ermöglichen und dadurch Eckrisse zu vermindern oder auszuschließen.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann das Dichtungsmaterial aus den verschiedensten Stoffen oder Substanzen gebildet sein. Dieses Material kann metallisch oder nichtmetallisch sein, vorausgesetzt, es tritt kein vollständiges Schmelzen oder Verdampften oder dergleichen während des Zeitraums auf, wo dieses Material sich in Berührung mit dem geschmolzenen oder teilweise verfestigten Metall befindet, und vorausgesetzt, daß durch dieses Material die Rate des Wärmeübergangs in den Eckbereichen der Gießform herabgesetzt wird. Niedrig schmelzende Metalle, wie Aluminium oder Aluminiumlegierungen, Zinnlegierungen, Kupfer oder auch Stahl können in bestimmten Anwendungsfällen Verwendung finden. Material auf Kunststoff- oder Harzbasis kann anwendbar sein, mit Vorteil finden jedoch Stoffe wie Papier, Pappmache, Asbest, Kunststoff, Phenolharze, Epoxydharze, Siliziumdioxydfaser, Glasfaser und Mischungen dieser Stoffe Anwendung. Die bevorzugt zu verwendenden Dichtungsmaterialien sind beim Gießen verschiedener, geschmolzener Metalle unterschiedlich. Damit der betreffende Stoff jedoch zufriedenstellend ist, muß er zumindest teilweise während der Zeitspanne fest bleiben, während deren er in Kontakt mit dem geschmolzenen oder teilweise verfestigten Metall in der Gießform steht, so daß das geschmol·

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zene Metall nicht in der Form der ursprünglichen Gießform erstarrt, also nicht mit einer scharfen oder rechteckigen Kante. Ein Abdichtmaterial, wie Papier, Glasfaser, Asbest oder niedrigschmelzendes Metall oder dergleichen kann als ununterbrochener Streifen mittels eines Spenders auf das flexible Gießband der Gießmaschine oder alternativ auf den Rand des Gießrads aufgebracht werden. In jedem Falle muß das Material so angebracht werden, daß es in dem Eckbereich der Gießform verbleibt.

Beim Gießen einiger geschmolzener Metalle oder Metallegierungen kann es vorteilhaft sein, dem Abdichtmaterial ein zusätzliches Material hinzuzufügen, wie Zirkon, Titanoxyd, Graphit, verkokbare Petroleumerzeugnisse, Aluminiumpulver, Eisenpulver oder Mischungen dieser Stoffe.

Die Kühlungsrate des Metalls kann beeinflußt oder gesteuert werden, indem man die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Abdichtungsmaterials modifiziert. Wenn es sich bei dem Dichtungsmaterial um Asbest oder dergleichen handelt, kann es zusätzlich mit einer Schlichte oder Beize behandelt sein, beispielsweise einer metallischen oder chemischen Beize, um dadurch einen noch besser geeigneten Formfilm, eine geschmolzene Metallhaut oder Beschichtung oder eine Formation daraus zu bilden.

Genauer gesagt, wird absichtlich ein Zusatzstoff in die Gießmaschine an der Oberseite der Form eingebracht, um den Querschnitt der Formhohlräume in ausreichender Weise so zu modifizieren, daß eine Eckabschrägung oder eine Eckabrundung oder eine äquivalente Formgebung zustande kommt und/oder daß die Rate der Wärmeabfuhr modifiziert wird., um das transversale Erstarrungsmuster zu verändern. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel werden kurze, in Segmente unterteilte Blöcke am

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Gießband befestigt, die einen abgeschrägten Teilbereich aufweisen, der vom Band gegen die Verbindungsstelle mit der Gießform ansteigt, um eine longitudinale Abschrägung an der sonst mit scharfem Winkel verlaufenden Eckkante dos gegossenen Strangs hervorzurufen. In ähnlicher Weise können derartige kurze, in Segmente unterteile Blöcke über Scharniere am Gießrad angeordnet sein oder können auf irgendeine andere Weise eingelegt werden.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren aufgezeigt, durch das longitudinales und transversales Reißen in den Eckbereichen des Strangs, wie es vielfach bei stranggegossenen Stahlsträngen aufgrund eines ungeeigneten Erstarrungsmusters auftritt, verringert oder ganz ausgeschaltet werden kann.

Außerdem wird durch die Erfindung der Wärmeübergang von dem sich verfestigenden, gegossenen Strang auf die Gießform lediglich an den scharfen Eckbereichen verzögert.

Die Erfindung ermöglicht auch die Herstellung von Metallsträngen, deren Bestandteile in einem größeren Bereich unterschiedlich sein können,bei lediglich kleinen Veränderungen der Herstellungsfaktoren. Dies wird bei der Erfindung durch die die Gießformgestalt ändernden Mittel erreicht.

Durch die Erfindung wird die Gefahr longitudinaler und transversaler Kantenrisse vermindert,und zwar wird dies erreicht sowohl bei Verwendung üblicher Gießrad-Gießband-Maschinen als auch bei Doppelband-Plattenform- oder andersartigen Gießmaschinen.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung einer photographischen

Aufnahme des Querschnitts eines typischen, trapezförmig gestalteten Strangs, der auf einer Gießrad-Gießband-Maschine stranggegossen ist, wobei das beim Stand der Technik dabei auftretende Problem der longitudinalen Kantenrisse sichtbar zutage tritt;

Fig. 2 eine schematisiert gezeichnete Darstellung eines durch Anwendung der Erfindung hergestellten Strangs;

Fig. 3a bis 3c schematisiert gezeichnete Darstellungen von Gießformen bei Ausführungsbeispielen der Erfindung und

Fig. 4a bis 4c schematisiert gezeichnete Darstellungen der sich bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nacheinander ergebenden, verschiedenen Betriebszustände.

Das bei der Erfindung angesprochene Problem ist am deutlichsten in Fig. 1 gezeigt, wo schwere longitudinale Kantenrisse bei einem gegossenen Strang 10 zu sehen sind, bei dem es sich um einen dem Stand der Technik entsprechenden Strang handelt. Ein derartiger Strang 10 könnte normalerweise durch Nacharbeiten nicht verwendbar gemacht werden, auch nicht durch tiefes Abfräsen der Ecken.

Fig. 2 zeigt die Form eines unter Anwendung der Erfindung gegossenen Strangs 20. Der Strang 20 hat eine Breite W, eine Tiefe d sowie Ecken,· die, siehe Pfeil R, unter einem Krümmungs-

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radius abgerundet sind. Der Strang 20 wurde in einer Stranggießform vom Gießrad-Gießband-Typ gefertigt, die eine Einrichtung zur Formgebung an den scharfen Ecken des gegossenen Strangs besitzt. Dia Einrichtung zum Formen der Ecken oder Kanten des gegossenen Strangs kann in ähnlicher Weise ausgebildet sein,wie dies in Fig. 3a, 3b und 3c beispielsweise dargestellt ist. Fig. 3a zeigt eine geformte Dichtung 35, die zwischen Gießrad 32 und Gießband 31 eingelegt ist. Das Dichtungsmaterial kann isolierend oder leitend, wegschmelzend oder inert sein. In jedem Falle beeinflußt dieses Material das Erstarrungsmuster des gegossenen Strangs durch Veränderung der Richtung des Wärmeübergangs und beeinflußt dadurch die Lage der Korngrenzlinien sowie, ebenfalls aufgrund der Formgebung der Ecken, die Spannungen, die in dem gegossenen Strang aufgebaut werden, während dieser erstarrt. Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der ein runder, dreieckiger oder andersartig geformter Werkstoff 43 in die Gießformecke in der Nähe des Übergangs zwischen Gießband 31 und Gießrad 32 eingelegt ist, um die Form des erzeugten, gegossenen Strangs zu verändern. Es ist vorteilhaft, zu diesem Zweck eine Stange aus einem Stoff zuzuführen, der einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als das in der Form zu gießende Metall, so daß während des Eingießens des geschmolzenen Metalls die Stange teilweise geschmolzen wird, wie es in Fig. 4b bei 44 gezeigt ist, und durch den hydrostatischen Druck des geschmolzenen Metalls in die Verbindungs- oder Übergangsstelle zwischen Gießform und Gießband hineingedrückt wird, so daß beim Erstarren das zugeführte Abdichtmaterial eine dreieckförmige Dichtung 45 im Eckbereich der Gießform bildet, wie es in Fig. 4c dargestellt ist.

Sorgfältige Auswahl des Abdichtmaterials ermöglicht verschiedene Kombinationen von Vorteilen. Wenn beispielsweise nichtmetallisches, wegschmelzendes Material gewählt wird, kann dessen Zusammensetzung so beschaffen sein, daß die Chemie des erstarrenden

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Metalls in den Eckbereichen so modifiziert wird, daß Verunreinigungen entfernt werden oder daß der gegossene Strang in diesen Bereichen zumindest zäh gemacht (angelassen) wird. Ein derartiges Material kann nach den Gießen entfernt werden oder so ausgewählt sein, daß es sich während des Gießvorgangs abbaut. Oder, um ein anderes Beispiel zu nennen, kann ein metallisches Material ausgewählt werden, das sich mit dem Strang bindet, einen Teil desselben bildet und nach dem Gießen entfernt werden oder belassen werden kann, je nachdem, wie es gewünscht wird. Das Abdichtungsmaterial für die Ecken kann auch die Form einer hohlen metallischen oder nichtmetallischen Röhre besitzen, die sich in die Gießformecken aufgrund der elektrostatischen Kräfte des geschmolzenen Metalls hineinpreßt. Bei einem anderen Beispiel kann ein flacher, bandförmiger Materialstreifen zwischen dem Gießband und dem Gießrad angebracht werden, um eine Änderung der Wärmeübergangsrate hervorzurufen oder die chemischen Verhältnisse in diesem Bereich zu beeinflussen. Die Anwendung eines solchen flachen Bandes oder Streifens erzeugt jedoch keine abgerundeten Kanten, wie dies bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung der Fall ist, falls der Materialstreifen nicht bei Berührung mit dem zu gießenden, geschmolzenen Metall schmilzt.

Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist es wünschenswert, daß das die Ecken formende Mittel so gewählt ist, daß der erzeugte, gegossene Strang eine runde Kantenform aufweist, wobei der Krümmungsradius der abgerundeten Kante zumindest 10 % der Ausdehnung der kürzeren Seite des gegossenen Strangs beträgt. Wenn die Form beispielsweise 50,8 mm tief und 76,2 mm breit ist, dann sollten die Kanten einen Krümmungsradius von mindestens etwa 5,1 mm aufweisen, damit die Erstarrungsspannungen nicht zur Bildung von Eckrissen führen.

Es versteht sich, daß Abwandlungen der hier besprochenen Ausführungsbeispiele, die nur zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung ausgewählt worden sind, möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung

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Claims (11)

Patentansprüc h e

1. Vorrichtung zum Stranggießen geschmolzenen Metalls mit einer Stranggießmaschine, die eine bewegliche Gießform besitzt, die durch Seitenwände und mindestens ein flexibles Metallband gebildet ist, das mit den Seitenwänden beweglich ist und die Gießform auf einem Teil ihrer Länge verschließt, mit einer Einrichtung zum kontinuierlichen Eingießen geschmolzenen Metalls in ein Ende der Gießform, einer Einrichtung zum Verfestigen des geschmolzenen Metalls in der Gießform, einer Einrichtung zum kontinuierlichen Herausziehen des verfestigten Metalls in Form eines gegossenen Strangs aus dem anderen Ende der Gießform, bei welcher Vorrichtung das flexible Band in abdichtender Anlage an den Rändern der Gießform in der Weise gehalten ist, daß die Gießform am Übergang zwischen den Seitenwänden und dem flexiblen Band scharfe Ecken bildet, welche an dem gegossenen Strang entsprechende scharfe Ecken mit konzentriert auftretenden Spannungen erzeugen, die dazu neigen, Risse in dem zugeordneten Bereich hervorzurufen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbessern der Güte des gegossenen Strangs (2O)die scharfen Ecken in der Gießform durch Mittel (35)eliminiert sind, die am Übergang zwischen dem flexiblen Band (31) und den Seitenwänden (32) der Gießform angeordnet sind und die einen Krümmungsradius von mindestens zehn Prozent der in senkrecht zum flexiblen Band (31) verlaufender Richtung gemessenen Tiefe der Gießform besitzen.

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Telefonische Auskünfte und Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießmaschine eine Gießrad-Band-Maschine (31, 32) ist und die Gießform durch eine im Umfang ihres drehbaren Gießrads (32) ausgearbeitete Nut gebildet ist, die über, einen Teil ihrer bogenförmigen Länge durch einziges , als Endlosband (31) ausgebildetes flexibles Band geschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform ein wegschmelzender Stoff (35) vorgesehen ist, der in der Nähe des Übergangs zwischen Gießform (32) und Band (31) in die Gießform eingelegt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform ein konduktiver Stoff (35) vorgesehen ist, der in der Nähe des Übergangs zwischen Gießform (32) und Band (31) in die Gießform eingelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform ein isolierender Stoff (35) vorgesehen ist, der in der Nähe des Übergangs zwischen Gießform (32) und Band (31) in die Gießform eingelegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform kurze, in Segmente geteilte Blöcke vorgesehen sind, die am Gießband (31) angebracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform kurze, in Segmente geteilte Blöcke vorgesehen sind, die scharnierartig am Gießrad (32) angebracht sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform ein inerter Stoff (35) vorgesehen ist, der in der Nähe des Übergangs zwischen Gießform (32) und Band (31) in die Gießform eingesetzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Eliminieren der scharfen Ecken der Gießform ein formbarer Stoff (43) vorgesehen ist, der in der Nähe des Übergangs zwischen Gießform (32) und Band (31) vor dem Gießen des geschmolzenen Metalls in die Gußform einsetzbar ist und der durch den hydrostatischen Druck des geschmolzenen .Metalls während des Gießvorgangs zu einer dreieckförmigen Abdichtung (45) an der Verbindungsstelle von Gießform

(32) und Band (31) formbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der formbare Stoff die Ecken der Gießform so ausformt, daß der entstehende gegossene Strang abgerundete Kanten mit einem Krümmungsradius besitzt, dessen Größe mindestens zehn Prozent der Ausdehnung der kürzesten Seite des gegossenen Strangs beträgt.

11. Verfahren zum Stranggießen geschmolzenen Metalls mit der Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abrunden oder Abschrägen der scharfen Ecken der Gießform und/oder zum Beeinflussen des Wärmeübergangs zwischen dem geschmolzenen Metall und der Gießform im Bereich der Ecken an der Oberseite der Gießform in diese ein Zusatzstoff eingebracht wird, der während zumindest eines Teils der Zeitdauer des Gießvorgangs eine Auskleidung der Eckbereiche bildet.

- 4/Beschreibung -

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