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Geschweisste Stranggussfonn
Die Erfindung bezieht sich auf eine geschweisste Stranggussform, die von einer Stützkonstruktion ge- tragen wird, eine grosse Wärmeleitfähigkeit besitzt und einen senkrechten Formhohlraum polygona- len Querschnittes bildet, der von mehreren ebenen Wandabschnitten und dazwischen befindlichen Ecken gebildet wird. Eine solche Stranggussform ist zumeist wassergekühlt, wobei zur Erzielung einer grossen
Wärmeleitfähigkeit der Mantel vorzugsweise aus Kupfer besteht, wogegen die Stützkonstruktion üblicherweise aus Stahl gefertigt ist. Der Mantel ist bei den bekannten Stranggussformen langgestreckt und an seinen beiden Enden offen und umschliesst den Formhohlraum, in welchem der Strang kontinuierlich geformt wird.
Dieser Formhohlraum hat eine Querschnittsform, die von der Form des gewünschten Gussstückes abhängt, zumeist eine Rechteckform.
Die Mäntel für Stranggussformen mit rechteckigem Querschnitt sind bisher dadurch hergestellt worden, dass vier Kupferplatten an den Ecken der Form miteinander verschraubt wurden. Anfänglich sind diese Eckverbindungen dicht, so dass keine Metallschmelze in die Spalte zwischen den benachbarten Platten an den Eckverbindungen eindringen kann. Durch die wiederholte, durch das Eingiessen der Metallschmelze in die Form hervorgerufene thermische Expansion und Kontraktion der Form erfolgt jedoch eine Verformung der Eckverbindungen, bis die Spalte so gross werden, dass die Metallschmelze in sie eindringen kann. In den vergrösserten Spalten erstarrt das geschmolzene Metall und bildet auf der Gussbramme verfestigte Grate. Diese Eckgrate vergrössern die Reibung zwischen der Bramme und der Form, wenn der Gussstrang aus der Form herausgezogen wird.
Dadurch wird aber auch die Wahrscheinlichkeit von Ausbrüchen in und unterhalb der Form grösser. Zur Beseitigung dieser Grate ist eine häufige Wartung der Eckverbindungen erforderlich. Zur Überarbeitung der Kupferplatten muss die Form periodisch ausser Betrieb genommen werden, was Produktionsstörungen zur Folge hat.
Die Eckverbindungen lassen sich durch den Guss eines dünnen einteiligen Kupfermantels beseitigen.
Ein solcher dünner Kupfermantel hat jedoch die Nachteile, dass seine Porosität zu gross, seine Dichte zu gering und seine Kornstruktur für die Verwendung in einer Stranggussform zu grob sind. Durch eine zu grosse Porosität kann keine glatte Innenwand erhalten werden, die frei von Fehlern ist. Der in einer solchen Form hergestellte Gusskörper besitzt eine rauhe Oberfläche und erzeugt deshalb beim Herausziehen aus der Form, insbesondere dann, wenn diese hoch ist, eine erhebliche Reibung. Die geringe Dichte des Kupfermantels hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit desselben zur Folge. Die grobe Kornstruktur verursacht Zwischenkornoxydation und Korngrenzenfehler, welche die Lebensdauer der Form herabsetzen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, den Mantel aus einer gegossenen und geschmiedeten Kupferbramme gleicher Querschnittsgrösse und Gestalt wie die Form durch Entfernung des Kerns der Bramme maschinell herzustellen. Dieses Verfahren eignet sich zur Erzeugung qualitativ hochwertiger Kupferfor- men mit kleinenQuerschnittsabmessungen, ist jedoch völlig ungeeignet zur Herstellung von Formen mit einer grossen Querschnittsfläche, die sich für das Giessen von Brammen mit Rechteckquerschnitt eignen,
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parallelen, im wesentlichen senkrechten Stirnwänden --15-- geringerer Breite, welche die Seitenwände --14-- miteinander verbinden. Die Seitenwände --14-- und die Stirnwände --15-- besitzen dieselbe Tiefe.
Die Stirnwände --15-- können an ihrem unteren Ende etwas näher beieinander liegen als an
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und am unteren Ende des Formhohlraumes ein teilweise verfestigter Strangguss ausgetragen wird.
Der Mantel --11-- wird dadurch hergestellt, dass zwei gewalzte Kupferformteile --16 und 17 -- mit kanalartigemQuerschnitt längs ihrer senkrecht verlaufenden Kanten anden Flanschender Formteile miteinander verbunden werden. Wie aus Fig. 4 am besten hervorgeht, weisen die Formteile--16 und 17-- kanalartige Querschnittsstege auf, die die Seitenwände --14-- des Formmantels bilden und ausserdem Flansche, die sich im rechten Winkel zu diesen Stegen erstrecken und die Stirnwände --15 - -des Form- mantels bilden.
Die beiden Stirnwände --15 -- sind an den gegenüberliegenden Kanten der Flansche der beiden Kupferformteile --16 und 17-abgeschrägt. Wenn der Formmantel--11--in eine Form-10-- eingesetzt wird und diese Form dann in Giessstellung gebracht wird, verlaufen die Kanten, entlang derer die bei den Formteilen --16 und 17--verbunden sind, senkrecht vom Kopf bis zum Fuss der Form.
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Die beiden Formteile --16 und 17 - - besitzen ursprünglich die Gestalt flach gewalzter Kupfer- platten. Jede der Platten wird so gebogen, dass zwei Flansche entstehen, die im rechten Winkel zu einem von einen eingeschlossenen Steg liegen. Der Biegungsradius der Platten sollte so klein wie mög- lich sein, wobei jedoch eine Rissbildung im Kupfer vermieden werden soll. Es hat sich gezeigt, dass die
Kupferplatten in einem Radius gebogen werden können, der nicht kleiner als annähernd 1, 25 bis 2, 5 cm beträgt. Die inneren Wandoberflächen werden maschinell geglättet. Die Ecken der Formteile 16 und 17 werden dann nach dem Biegen zur Herstellung des in dem fertigen Formmantel verlangten Eckenradius bearbeitet.
Darauf werden die Formteile --16 und 17--so zusammengebracht, dass ihre in Längsrichtung verlaufenden Kanten an den entsprechenden Flanschen benachbart sind.
Durch metallurgisches Verbinden werden die beiden Formteile --16 und 17--zu einem Teil vereint. Dieses Verbinden kann durch Verschweissen, Diffusionsverbinden oder mit Hilfe anderer metallurgischer Verbindungstechniken erfolgen, so dass ein einteiliger, flüssigkeitsdichter Mantel --11-- ent steht. Im allgemeinen wird das Verschweissen bevorzugt. Diejenigen Kantenteile der Formteile--16 und 17, entlang derer die Verbindung erfolgen soll, werden vorher schräg abgeschnitten, so dass sie V-förmige Nuten--18 bilden, welche die Schweissnähte --19-- aufnehmen. Die Nuten --18-- und die Schweissnähte --19-- erstrecken sich in senkrechter Richtung entlang der Stirnseiten --15-- des Formmantels--11--, u. zw. vom Kopf bis zum Fuss des Formmantels.
Die Schweissnähte --19-- bestehen aus dem gleichen Metall wie die Formteile --16 und 17--. Wenn also die Formteile--16 und 17 aus Kupfer gefertigt sind, so wird auch als Schweissdraht Kupfer verwendet.
Die Herstellung der Schweissnähte--19--kann mit den bekannten Kupferschweisstechniken erfolgen. Ein Inertgasschweissgerät, bei dem eine Kupferdrahtelektrode und eine Mischung aus Helium und Argon, die als inertes Schutzgas die Schweisszone umgibt, verwendet werden, ist für diesen Zweck recht brauchbar. Die Zusammensetzung des Kupferschweissdrahtes wird in Übereinstimmung mit der Qualität des für die Formteile -- -16 und 17 - - verwendeten Kupfers gewählt und ist in der Schweisstechnik bekannt. Länge der Kanten der Formteile --16 und 17-wird eine Anzahl von Schweissraupen mit Abstand gelegt, die gross genug ist, um durchgehende Schweissnähte --19-- zu schaffen.
Bei einer Formtiefe von beispielsweise 120 cm sind etwa 20 Schweissraupen in jeder Nut --18-- für eine durchgehende Schweissnaht erforderlich.
Wenn die Formteile -16 und 17-- vor dem Verschweissen zusammengebracht werden, werden ihre Flansche so ausgerichtet, dass ihre inneren Oberflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Nach dem Verschweissen werden die inneren Oberflächen der Schweissnähte --19-- geglättet, so dass die Schweissnahtoberflächen in derselben Ebene liegen wie die inneren Oberflächen der Flansche von den Formtei-
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- 16ebene Oberflächen, die von den Flanschen der Formteile --16 und 17--und den Schweissnähten --19-gebildet werden. Eine Endbearbeitung der äusseren Oberflächen der Schweissnähte --19-- zu deren Glättung und damit zur Einebnung in den äusseren Oberflächen der Formteile - 16 und 17-ist nicht erforderlich.
Die in senkrechter Richtung verlaufenden Längsnuten --20-- werden in die Aussenwandflächen des Mantels - 11. entlang beider Seitenwände 14-- und Stirnwände --15 eingefräst. Diese Nuten
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- 20 stellen die Kühlwasserkanäle der Form dar. Sie ermöglichen aber auch eine ungleiche thermische Dehnung der inneren und äusseren Oberflächen des Mantels--11-, ohne dass zu grosse Wärmespannungen auf den Mantel einwirken. Die Nuten--20--erstrecken sich von Kopfnähe bis Fussnähe des Mantels --11--. Die Tiefe der Nuten --20-- ist grösser als ihre Breite. Ihre inneren Enden sind halb- kreisförmig gerundet. Die gerundeten Ecken werden in den Nuten --20-- quadratischen Ecken vorgezogen, um dadurch grosse örtliche Spannungen zu vermeiden, die für quadratische Ecken charakteristisch sind.
Dadurch, dass mehrere einen Abstand voneinander aufweisende Nuten --20-- vorgesehen werden, lässt sich die entstehende Spannung bei örtlicher Dehnung auf ein Minimum beschränken. Nuten der gezeigten Form lassen sich schnell und mit geringem Kostenaufwand herstellen. Der Abstand zwischen den inneren Enden der Nuten --20-- und der inneren Wandoberfläche des Mantels --11-- sollte so gross sein, dass diese inneren Wandoberflächen überarbeitet werden können. Eine ausreichende Kühlung des Mantels --11-- lässt sich auch bei einer relativ grossen Metalldicke zwischen den inneren Enden der Nuten --20- und den Innenflächen des Mantels --11-- erreichen, so dass eine mehrmalige Überarbeitung der inneren Manteloberflächen möglich ist.
Die Stützkonstruktion --13-- weist zwei Seitenplatten --21 -- und zwei Stirnplatten --22-- auf, welche die Seitenwände --13-- bzw. Stirnwände --14-- abstützen und verhindern, dass sich diese aus- beulen. Die Seitenplatten -21 -- sind mit mehreren Schrauben --23-- an dem Mantel --11-- befestigt.
Die Befestigung der Stirnplatten --22- an den schmalen Seitenwänden --15-- des Mantels --11-- erfolgt durch mehrere Schrauben --25--, die in senkrechten Reihen angeordnet sind und sich durch die Stirnwände --22-- hindurch in die Schweissnähte --19-- erstrecken. Die Schraubenlöcher in den Platten - 16 und 17-- befinden sich in den Schweissnähten-19-, in die nach dem Zusammenbau des Mantels - 11-die Schrauben-23 und 25--eingeschraubt werden können. Die Seiten-und Stirnplatten-21 und 22 sind mit Hilfe der Schrauben --21--, die in Schlitzen stecken, zusammengeschraubt. Diejenigen Schrauben--27--, die sich an den vier Ecken der Form befinden, liegen abwechselnd in Längsrichtung und seitlich zum Formhohlraum.
Die Seitenplatten --21-- und Stirnplatten --22-- enthalten in der Nähe ihrer oberen und unteren Enden horizontal verlaufende Nuten --29--. Die Nuten --29-- dienen als innere Kühlwasserdurchgänge, welche die an ihren oberen Enden befindlichen Nuten --20-- mit Kühlwasser versorgen und das von den unteren Enden der Nuten-20--abströmende Kühlwasser aufnehmen. Die mit Innengewinde versehenen Bohrungen --30-- stehen mit den sich waagrecht erstreckenden Nuten --29-- in Verbindung.
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und nehmen das abgegebene Kühlwasser am unteren Ende der Nuten --20 -- wieder auf. Das Kühlwasser strömt in den Nuten --20 -- abwärts.
In den in den Seitenplatten --21-- befindlichen Aussparungen --34 - befinden sich Dichtungsringe--33--, welche das Durchsickern von Kühlwasser verhindern sollen. Jede Seitenplatte besitzt einen einzelnen Dichtungsring, welcher den Umfang der Platteninnenfläche umschliesst. Diese Dichtungsringe liegen an den äusseren Oberflächen der breiten Seitenwände --14 - im Mantel --11 -- an. Zwei in auf den Innenflächen der Stirnplatten --22-- vorgesehenen Aussparungen --36- befindliche Dichtungsrin- ge --35 -- sorgen für eine flüssigkeitsdichte Abdichtung der Kühlwasserdurchgänge in diesen Stirnplat-
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Wandung des Mantels -11-- hinein erstrecken. Mit Hilfe der Temperaturanzeige in verschiedenen Höhenlagen der Form wird der Füllstand der in der Form befindlichen Metallschmelze festgestellt.
An den Stirnplatten - -22 - - sind in der Nähe ihrer oberen bzw. unteren Enden zwei U-förmige Tragarme --42-- und zwei flache Tragarme --43-- befestigt. Diese Arme--42 und 43--dienen zum An- heben und Absetzen der Form --10 -- in ein nicht dargestelltes Stützgestell. Mit diesen Armen - 42 und
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43 kann die Form aber auch in dem Stützgestell gehaltert werden.
Die aus den Seitenplatten --22-- und den Stirnplatten --23 -- bestehende Stützkonstruktion - -13 -- wird um den fertiggestellten Formmantel --11-- herum zusammengebaut. Dabei werden in dem erforderlichen Umfang Schraubenlöcher in die Platten--16 und 17--und in die Schweissnähte--19-im Mantel - 11-- eingebohrt. Die fertiggestellte Form wird dann auf eine Tragvorrichtung gesetzt und ist giessbereit.
Der Abguss des geschmolzenen Metalls, beispielsweise des Stahls, wird entsprechend den bekannten Stranggiesstechniken durchgeführt. Dabei wird ein Strom geschmolzenen Stahls in das offene obere Ende der Form -10-- eingeleitet, während der rohrförmige Mantel --11-- durch das durch die Kanäle --20-- nach unten fliessende Kühlwasser gekühlt wird. An den rohrförmigen Mantel--11-- bildet sich in der Form --10-- eine Schale aus verfestigtem Metall. Vom Boden der Form wird ein teilweise verfestigter Gussstrang, der aus einer festen Metallschale und einem flüssigen Kern besteht, abgezogen.
Die Form muss in bestimmten Zeitabständen zur Überarbeitung der inneren Wandoberfläche des Mantels --11-- ausser Betrieb genommen werden, weil diese Wandoberfläche während der Benutzung zerfressen und zerkratzt wird. Zu diesem Zweck wird die Stützkonstruktion --13-- längs um den Form- mantel--11--entfernt und der Formmantel zur Glättung der inneren Oberfläche überarbeitet. Der Mantel --11-- weist eine ausreichende Materialstärke auf, so dass eine wiederholte Überarbeitung möglich ist.
Der Fachmann kann an der dargestellten Formkonstruktion viele Änderungen vornehmen. Diese Kon- struktion soll deshalb nur als ein mögliches, aber bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen- standes betrachtet werden. So braucht beispielsweise der Formhohlraum --12-- keinen rechteckigen Querschnitt aufzuweisen, sondern kann jeden gewünschten polygonalen Querschnitt annehmen. Für den Fall. dass kein rechteckiger Querschnitt verwendet wird, werden zwei Platten so gebogen, dass sie, wenn sie miteinander verbunden werden, einen Formmantel mit dem gewünschten Querschnitt bilden. So kann beispielsweise eine Form mit einem oktagonalen Querschnitt dadurch hergestellt werden, dass zwei fünfflächige Formkörper entlang ihrer in Längsrichtung verlaufenden Kanten miteinander verbunden werden.
Es ist wichtig, dass alle Ecken des erfindungsgemässen Formmantels durch Verbiegen der Formteile hergestellt werden, welche den Mänteln die gewünschten Eckenkonfigurationen erteilen, u. zw. in der Weise, dass alle Ecken zwischen den Rändern der Formteile eingeschlossen sind. Die Ecken der Form sollten also nicht dadurch geschaffen werden, dass zwei benachbarte Formteile in einem Winkel miteinander verbunden werden. Zunächst ist zu sagen, dass die Ecken im allgemeinen etwas höhere Spannungen aushalten müssen als die Wände des Formmantels, und dass im allgemeinen die Schweissnähte nicht ganz so hohe Spannungen aushalten können wie die Formteile, welche diese Schweissnähte miteinander verbinden.
Ferner muss darauf hingewiesen werden, dass den Ecken der Form im allgemeinen eine genaue Gestalt gegeben werden muss, und dass dies einfacher durch maschinelle Bearbeitung der Formteile erfolgen kann, aus denen die Form besteht, bevor der Formmantel zusammengebaut wird, als durch Bearbeitung der Schweissnähte in dem zusammengebauten Formmantel.
Die erfindungsgemässen Formen sind den bekannten Formen mit Eckverbindungen überlegen, weil bei Formen ohne Eckverbindungen sich in den Ecken der Form keine verfestigten Metallgrate bilden.
Diese Grate vergrössern weitgehend die Reibung zwischen dem Gussteil und der Form, wodurch auch die Möglichkeit eines Ausbruchs in den Bereich grösserer Wahrscheinlichkeit rückt, wie dies im obigen ausgeführt wurde. Gleichzeitig besitzen die erfindungsgemässen Formen Mäntel mit guter Wärmeleitfähigkeit, geringer Porosität und hohem Qxydationswiderstand.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Geschweisste Stranggussform, die von einer Stützkonstruktion getragen wird, eine grosse Wärmeleitfähigkeit besitzt und einen senkrechten Formhohlraum polygonalen Querschnitts bildet, der von mehreren ebenen Wandabschnitten und dazwischen befindlichen Ecken gebildet wird, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Mantel (11) aus mehreren sich senkrecht erstreckenden Metallformteilen (16. 17) besteht, deren aneinanderstossende benachbarte senkrechte Kanten metallurgisch verbunden sind und damit einen einteiligen Formmantel bilden, wobei jeder einzelne Formteil (16, 17) aus zumindest zwei benachbarten ebenen Abschnitten besteht, die einen eine Ecke bildenden Winkel einschliessen.