AT528142A1 - Vorrichtung zum Vertikalstranggießen - Google Patents
Vorrichtung zum VertikalstranggießenInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zum Vertikalstranggießen, mit einer Gießgrube (1), die gemeinsam mit einer Kokille (2) einen Austrittsbereich (3) für einen Metallstrang (4) bildet, beschrieben. Um eine derartige Vorrichtung so auszugestalten, dass trotz einfacher konstruktiver Maßnahmen unerwünschte Seigerungseffekte in den Randbereichen bzw. an der Oberfläche des gegossenen Metalls auch unterhalb des Erstarrungspunktes wirksam verringert werden, wird vorgeschlagen, dass der Austrittsbereich (3) gasdicht abgeschlossen und mit einer Frischgaszuführung (8) und einer Abgasabführung (9) zum Einstellen eines Gießgrubendrucks und zum Abführen eines Kühlmittels versehen ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vertikalstranggießen, mit einer GieRgrube, die gemeinsam mit einer Kokille einen Austrittsbereich für einen
Metallstrang bildet.
Beim Vertikalstranggießen von Metallschmelzen, wie insbesondere Aluminiumschmelzen, besteht eine grundlegende Schwierigkeit darin, die Ausbildung von Materialdefekten an der Oberfläche des erstarrten Metalls zu verhindern. So kann es im Zuge des Gießvorganges im Randbereich, d.h. im Bereich direkt unter der Oberfläche des erstarrten Metalls, zu einer Materialzone mit erhöhter Konzentration an Legierungselementen kommen, weshalb dieser Randbereich deutlich unterschiedliche Eigenschaften gegenüber dem weiter innen liegenden Material aufweisen kann. Dieser in der Gießtechnik als Exsudation bzw. Oberflächenseigerung bekannte Effekt ist auf einen metallostatischen Überdruck der Flüssigmetallsäule beim Gießvorgang zurückzuführen. Durch den metallostatischen Überdruck kann es in weiterer Folge zu unerwünschten dentritenartigen Kornstrukturen oder Kaltläufen im Randbereich, aber auch zu
Oberflächendefekten des erstarrten Metalls kommen.
In der US20220062973A1 wird ein im Zusammenhang mit dem Vertikalstranggießen häufig zum Einsatz kommendes „hot-top“ Verfahren vorgestellt, wobei Nadelventile zur Überdruckregulation des durch eine GieRgaszufuhr gebildeten Gaspolsters oberhalb des Erstarrungspunktes der Flüssigmetallsäule vorgesehen sind. Dadurch wird ein erhöhter Druckaufbau oberhalb des Erstarrungspunktes, welcher ansonsten stoßweise durch Gasaustritt
zwischen Kokillenwand und erstarrter Schmelze austritt, über diese Ventile
auftreten können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass trotz einfacher konstruktiver Maßnahmen unerwünschte Seigerungseffekte in den Randbereichen bzw. an der Oberfläche des gegossenen Metalls auch unterhalb des Erstarrungspunktes wirksam verringert
werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Austrittsbereich gasdicht abgeschlossen und mit einer Frischgaszuführung und einer Abgasabführung zum Einstellen eines GieRgrubendrucks und zum Abführen eines insbesondere in die
gasförmige Phase überführten Kühlmittels versehen ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der als treibende Kraft zur Ausbildung unerwünschter Seigerungseffekte wirkende metallostatische Druck dadurch wirksam verringert bzw. kompensiert werden kann, wenn eine im Austrittsbereich unmittelbar auf die Oberfläche des erstarrten Metallstranges bzw. Barrens einwirkende Gasdruckbeaufschlagung erfolgt. Dabei wird der GieRgrubendruck, d.h. der im Austrittsbereich vorliegende und den Metallstrang unmittelbar umgebende Luft- bzw. Gasdruck, so auf einen Überdruck gegenüber dem außerhalb der GieRgrube herrschenden Umgebungsdruck geregelt, dass sich die Differenz zwischen dem metallostatischen Druck der Flüssigmetallsäule und dem Druck im Austrittsbereich verringert. Als entscheidende Voraussetzung, dass eine zuverlässige Gasdruckregelung im Austrittsbereich zur Reduktion von Seigerungseffekten ermöglicht wird, ist es erforderlich, dass der Austrittsbereich gasdicht abgeschlossen ist. Dabei ergibt sich allerdings das Problem, dass das beispielsweise wasserbasierte Kühlmittel zunächst unter Abkühlung der
Metallsäulenoberfläche partiell verdampft, wobei der entstandene Kühlmitteldampf
StrangieRverfahrens fortgeführt werden kann.
Günstige konstruktive Bedingungen ergeben sich, wenn der Austrittsbereich über eine Einhausung gasdicht abgeschlossen ist. Die Einhausung muss lediglich Aufnahmen für entsprechende Kokillenkörper aufweisen, wobei sich der gasdichte
Abschluss des Austrittsbereiches im befüllten Zustand der Kokillen ergibt. Bevorzugt
selbst einen entsprechenden Einhausungsabschnitt bildet.
Üblicherweise stellt sich beim Gießvorgang zufolge der hohen Austrittsgeschwindigkeit bzw. der mehrere Meter betragenden Fallhöhe des Kühlmittels in der Gießgrube ein mitunter gesundheitsgefährdender Geräuschpegel am Aufstellort der GieRanlage bzw. in der Maschinenhalle ein, der ein Tragen von Gehörschutz erforderlich macht. Folglich werden Gespräche und somit gegebenenfalls notwendige Anweisungen zur Prozessanpassung zwischen den Anlagebedienern erschwert. Vor diesem Hintergrund hat sich gezeigt, dass eine Einhausung bei entsprechend massiver Bauweise bzw. bei schallschutzdaämmender
Ausgestaltung den Geräuschpegel deutlich reduzieren kann.
Um den GießRvorgang besser überwachen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Einhausung ein Sichtfenster aufweist, dessen Innenseite im Strömungsweg der Frischgas- und / oder Abgaseinrichtung angeordnet ist. Zufolge dieser Maßnahmen bietet das Sichtfenster freie Sicht in den Austrittsbereich, ohne dass es durch den
während des Gießvorganges anfallenden Kühlmitteldampf beschlägt.
Aus Sicherheitserwägungen empfiehlt es sich, dass im Austrittsbereich Überdruckablasseinrichtungen, beispielsweise Überdruckventile, vorgesehen sind. Dadurch wird sichergestellt, dass ein vorgegebener maximaler Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck nicht überschritten wird. Vorzugsweise entspricht der maximale Überdruck dem metallostatischen Druck der Flüssigmetallsäule bei
Soll-Füllstand der entsprechenden Kokille.
Um nicht nur die Voraussetzungen für eine vorteilhafte Materialqualität im sensiblen Randbereich der Metallschmelze oberhalb des Erstarrungspunktes zu ermöglichen, sondern darüber hinaus auch die Druckregelbedingungen im Austrittsbereich zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Kokille eine vorzugsweise im Erstarrungsbereich des Metallstranges angeordnete GieRßgaszufuhr zum Abdichten
der Kokillenaustrittsöffnung gegenüber dem Austrittsbereich aufweist. Über die
des Kühlprozesses beim Gießen im Austrittsbereich anfällt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Vertikalstranggießen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Um eine verbesserte Materialqualität, die insbesondere frei von Gussfehlern ist, zu erreichen, wird nach dem Befüllen der Kokille zu einem Mindestfüllstand der Druck im Austrittsbereich über die Frischgaszuführung und die Abgasabführung so auf einen Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck geregelt, dass sich die Differenz zwischen dem metallostatischen Druck der Flüssigmetallsäule und dem Druck im Austrittsbereich verringert. Der eingestellte Überdruck liegt vorzugsweise zwischen 0 und 200 mbar, noch bevorzugter zwischen 0 und 100 mbar, besonders bevorzugt zwischen 0 und 60 mbar. Ein zu hoher Überdruck würde im Gegenzug zu einer hohen MaterialDichtigkeitsbeanspruchung insbesondere einer etwaigen Einhausung führen, was
wiederum eine erhöhte Unfallgefahr birgt.
Um für die Materialqualität günstige GieRbedingungen zu schaffen und insbesondere die Gefahr von dampfbedingten Reaktionen im Austrittsbereich zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass pro 1t abgegossenem Metall mindestens 50 m®, bevorzugt von 50 bis 1000 m*, besonders bevorzugt von 200 bis 1000 m* Abgas
aus der GieRgrube abgeführt werden.
Damit am Ende eines Gießvorgangs die Gefahr eines Ausströmens von feuchtem Abgas durch die freiwerdenden Kokillenöffnungen reduziert werden kann, empfiehlt es sich, dass der in der Gießgrube im Zuge des Gießvorganges eingestellte Überdruck, insbesondere spätestens, bei Unterschreiten des Mindestfüllstandes in
der wenigstens einen Kokille reduziert wird. Vorzugsweise wird die Gießgrube am
überwacht werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es
zeigen
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ausgefahrenem Gießzylinder zu Beginn des GieRvorgangs und angedeutetem eingefahrenen GieRzylinder am Ende des GieRvorgangs und
Fig. 2 eine geschnittene Detailansicht eines gefüllten Kokillenkörpers in einem
größeren Maßstab.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vertikalstranggießen umfasst eine GieRgrube 1, die gemeinsam mit mehreren Kokillen 2 einen Austrittsbereich 3 für den jeweiligen Kokillen 2 zugeordnete Metallstränge 4, beispielsweise in Form von Rundbarren, bildet. Oberhalb der Gießgrube 1 ist ein GießRtisch 5 angeordnet, der die Kokillen 2 aufnimmt. Wie dies in Figur 1 schematisch angedeutet wird, wird eine auf einem Gießzylinder montierte, entsprechende Anfahrköpfe für die Kokillen 2 aufweisende Anfahreinrichtung 6 während des GieRvorgangs von einer Initialen Basisstellung in eine strichpunktiert dargestellte Endstellung unter Ausbildung der
Metallstränge 4 abgesenkt.
Der Austrittsbereich 3 ist über eine Einhausung 7 gasdicht abgeschlossen. Um beim GieRvorgang den Gießgrubendruck so einzustellen, dass sich sowohl die Differenz zwischen dem metallostatischen Druck und dem Druck im Austrittsbereich 3 verringert als auch während des GieRvorgangs anfallendes dampfförmiges Kühlmittel abzuführen, ist der Austrittsbereich 3 mit einer Frischgaszuführung 8 und einer Abgasabführung 9 versehen. Sowohl die Frischgaszuführung 8 als auch die Abgasabführung 9 umfassen jeweils entsprechende Ventilatoren 10 sowie eine
Regelarmaturen 11. Letztere können beispielsweise als Klappenventile ausgebildet
mit einer nicht näher dargestellten Steuereinheit verbunden sein.
Eine in Fig. 2 gezeigte Kokille 2 weist beispielsweise einen Kokillenkörper 12 auf, der eine Düsenplatte 13 aufnimmt. Um eine Primär- bzw. Kontaktkühlung für die über den Gießtisch 5 in die Kokille 2 eingeleitete Metallschmelze zu ermöglichen, ist im Bereich des sich ausbildenden Flüssigmeniskus der Metallschmelze ein eine Lauffläche bildender Laufflächenkörper 14 angeordnet, der den Flüssigmeniskus radial in Bezug auf die Längsachse des Metallstranges 4 begrenzt. Für die Sekundärkühlung sind im Kokillenkörper 12 Kühlmittelkanäle 15 vorgesehen, die in entsprechende Kühlmittelauslässe münden und das flüssige Kühlmittel, vorzugsweise Wasser 16, an die Oberfläche des Metallstranges 4 unter partieller
Erzeugung von Kühlmitteldampf abgeben.
Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Metallstrang 4 im Wesentlichen in einen durch die Metallschmelze gebildeten Flüssigbereich 17 und einen durch das erstarrte Metall gebildeten Festbereich 18 geteilt, wobei die strichpunktiert angedeutete Linie 19 die Grenze zwischen diesen Bereichen definiert. Im Kontaktbereich zwischen dem Flüssigmeniskus und dem Laufflächenkörper 14 bildet sich dementsprechend ein Erstarrungspunkt 20 an der Oberfläche des
Metallstranges 4 aus.
Um zu verhindern, dass Kühlmitteldampf in den Kokillenbereich oberhalb des Erstarrungspunktes 20 gelangt oder gar durch den Kokilleneinlass hindurch aus dem GieRtisch 5 entweicht und in Kontakt zum Flüssigmetall tritt, weist die Kokille 2 eine GießRgaszufuhr 21 auf, wobei im Kokillenkörper 12 ein entsprechender Zufuhrkanal vorgesehen ist. Das über die GieRgaszufuhr 21 eingeleitete trockene GieRgas dringt durch den in diesem Fall porös ausgebildete und aus Grafit gefertigten Laufflächenkörper 14 und bildet einen Gaspolster 22 oberhalb des Erstarrungspunktes 20. Zusätzlich kann die Kokille 2 auch eine entsprechende
Schmiermittelzufuhr 23 umfassen.
(345451.0) KA
Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Vertikalstranggießen, mit einer Gießgrube (1), die gemeinsam mit einer Kokille (2) einen Austrittsbereich (3) für einen Metallstrang (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich (3) gasdicht abgeschlossen und mit einer Frischgaszuführung (8) und einer Abgasabführung (9) zum Einstellen eines Gießgrubendrucks und zum Abführen eines Kühlmittels
versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Austrittsbereich (3) über eine Einhausung (7) gasdicht abgeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (7) ein Sichtfenster aufweist, dessen Innenseite im Strömungsweg der Frischgas-
und / oder Abgaseinrichtung angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (2) eine GieRgaszufuhr (21) zum Abdichten der
Kokillenaustrittsöffnung gegenüber dem Austrittsbereich (3) aufweist.
5. Verfahren zum Vertikalstranggießen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen der Kokille (2) zu einem Mindestfüllstand der Druck im Austrittsbereich (3) über die Frischgaszuführung (8) und die Abgasabführung (9) so auf einen Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck geregelt wird, dass sich die Differenz zwischen dem metallostatischen Druck der Flüssigmetallsäule (4) und dem Druck im
Austrittsbereich (3) verringert.
Austrittsbereich (3) eingestellte Überdruck zwischen 0 und 200 mbar beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass pro 1t abgegossenem Metall mindestens 50 m* Abgas aus der GieRgrube (1) abgeführt
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck in der Gießgrube (1) bei Unterschreiten des Mindestfüllstandes in der
wenigstens einen Kokille (2) reduziert wird.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Vertikalstranggießen, mit einer Gießgrube (1), die gemeinsam mit einer Kokille (2) einen Austrittsbereich (3) für einen eine Flüssigmetallsäule bildenden Metallstrang (4) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich (3) gasdicht abgeschlossen und zur Verringerung der Differenz zwischen dem metallostatischen Druck der Flüssigmetallsäule und dem Druck im Austrittsbereich (3) mit einer Frischgaszuführung (8) und einer Abgasabführung (9) zum Einstellen eines Gießgrubendrucks und zum Abführen eines Kühlmittels
versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Austrittsbereich (3) über eine Einhausung (7) gasdicht abgeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (7) ein Sichtfenster aufweist, dessen Innenseite im Strömungsweg der Frischgas-
und / oder Abgaseinrichtung angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (2) eine GieRgaszufuhr (21) zum Abdichten der
Kokillenaustrittsöffnung gegenüber dem Austrittsbereich (3) aufweist.
5. Verfahren zum Vertikalstranggießen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen der Kokille (2) zu einem Mindestfüllstand der Druck im Austrittsbereich (3) über die Frischgaszuführung (8) und die Abgasabführung (9) so auf einen Überdruck
gegenüber dem Umgebungsdruck geregelt wird, dass sich die Differenz zwischen
14/15 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
Austrittsbereich (3) verringert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im
Austrittsbereich (3) eingestellte Überdruck zwischen 0 und 200 mbar beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass pro 1t abgegossenem Metall mindestens 50 m* Abgas aus der GieRgrube (1) abgeführt
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck in der Gießgrube (1) bei Unterschreiten des Mindestfüllstandes in der
wenigstens einen Kokille (2) reduziert wird.
15/15 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ATA50251/2024A AT528142B1 (de) | 2024-03-21 | 2024-03-21 | Vorrichtung zum Vertikalstranggießen |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ATA50251/2024A AT528142B1 (de) | 2024-03-21 | 2024-03-21 | Vorrichtung zum Vertikalstranggießen |
Publications (2)
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| AT528142B1 AT528142B1 (de) | 2026-03-15 |
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ID=94870162
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ATA50251/2024A AT528142B1 (de) | 2024-03-21 | 2024-03-21 | Vorrichtung zum Vertikalstranggießen |
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