Stranggiessverfahren und Maschine zu dessen Durchführung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Maschine zum Stranggiessen von Metall.
Mit der Erfindung sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mittels welcher Män gel bekannter Stranggiessverfahren behoben werden können.
Das Stranggiessverfahren ist nach dieser Erfin dung dadurch gekennzeichnet, dass geschmolzenes Metall zwischen die beieinander angeordneten, wärme absorbierenden Aussenwände von zwei Zylindern zu geführt wird, von denen sich jeder Zylinder so dreht, dass seine Aussenwand sich in der Strömungsrichtung des Metalls bewegt, wobei das Metall mit genügend geringer Geschwindigkeit zugeführt wird, so dass eine laminare, wirbelfreie Strömung entsteht, die Ober flächen der Aussenwände gekühlt werden, um das Metall zum Erstarren zu bringen, wenn es die Wände berührt, und das erstarrte Metall ausgestossen wird.
Die Erfindung umfasst auch eine Maschine zur Durchführung des Stranggiessverfahrens. Diese Strang giessmaschine ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch ein Paar beieinander angeordneter, wärme absorbierender Aussenwände von zwei umlaufenden Zylindern und Düsen, die im Einzug zwischen den Zylindern angeordnet sind, um geschmolzenes Metall mit geringer Geschwindigkeit zwischen die Wände zu geben und eine laminare, wirbelfreie Strömung zu bewirken, wobei das Metall erstarrt, wenn es die wärmeabsorbierenden Wände berührt.
In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel für die Maschine nach dieser Erfindung ver anschaulicht, an Hand deren das erfindungsgemässe Verfahren und die Maschine beschrieben werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht der Stranggiessmaschine, bei der die Zuführleitung für das geschmolzene Metall nur teilweise dargestellt ist; Fig. 2 eine Ansicht nach Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 einen Längsschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2; Fig.4 einen Teilschnitt durch eine Walze und ihre Lager nach Linie 4-4. der Fig. 3, wobei Teile in Ansicht dargestellt sind;
Fig. 5 in grösserem Massstab einen Querschnitt nach Linie 5-5 der Fig. 1 mit den Walzen und den Düsenblöcken, wobei aus dieser Figur ersichtlich ist, in welcher Weise das Metall gegossen wird; Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 1, aus dem die benachbarten Abschnitte der Walzen und der Düsenspitze zu sehen sind und ausserdem zu sehen ist, wie das Metall aus der Düsenspitze ausfliesst und bei seinem Durchgang zwischen den Walzen erstarrt; Fig.7 einen Teilschnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6 eines die Kante des Giessmetälles formenden Endblockes;
Fig. 8 eine schaubildliche Teilansicht zweier sich ergänzender Düsenblöcke und Fig. 9 eine schaubildliche Teilansicht eines Stau- oder Endblockes.
Die Stranggiessmaschine weist zwei U-förmige Endgestelle 1 (Fig. 2) auf, die in paralleler Stellung von Querschienen 2 gehalten werden. Die Schenkel der beiden Endgestelle sind über Ankerschienen 3 verbunden, so dass eine grosse Öffnung geschaffen ist, in der zwei Lagerblöcke 4 aufgestellt sind. Die Lager blöcke 4 können eine gegenseitige Bewegung ausfüh ren und sind zu diesem Zwecke auf Führungsbahnen 5 geführt, die an der oberen Fläche der Querstange des U-förmigen Gestelles 1 vorgesehen sind. Die Lager blöcke 4 werden zusätzlich von Führungsschienen 6 geführt, die von den Ankerschienen 3 getragen wer den.
Der eine Schenkel jedes Endgestelles 1 ist zur Aufnahme einer Einstellspindel 7 ausgebildet, deren Innenende an dem entsprechenden Lagerblock an liegt, während das Aussenende der Spindel ein Hand rad 8 aufweist, das die Drehung der Einstellspindel ermöglicht. Der andere Lagerblock 4 jedes Lager blockpaares stützt sich auf einem Auflager 9 vor bestimmter Dicke ab, das zwischen dem Lagerblock 4 und dem entsprechenden Schenkel des Endgestelles 1 eingeschaltet ist. Federn 9a sind zwischen den Lager blöcken jedes Endgestelles vorgesehen, um die Lager blöcke beim Zurückdrehen der Spindel voneinander zu trennen oder auseinanderzubewegen.
Die in den beiden Endrahmen vorgesehenen La gerblöcke 4 sind in koaxialen Paaren angeordnet, wo bei zwischen jedem Paar eine Walze 10 gelagert ist. Jede Walze 10 weist Stirnzapfen 11 und 12 auf, die in den Lagerblöcken 4 gelagert sind. Jede Walze 10 hat ein Gehäuse 13 (Fig. 4 und 5) aus wärmeleiten dem Material, das über einen Kern 14 passt. Die Oberfläche dieses Kernes 14 hat mehrere Längsrin nen 15, deren Enden mit einer Ringnut 16 in Ver bindung stehen, die von Radialkanälen 17 geschnit ten wird.
Jede Walze 10 hat eine Mittelbohrung 18. Die Mittelbohrung 18 durchsetzt den Stirnzapfen 11 und hat eine erweiterte Ausbohrung 19. Eine diese erwei terte Ausbohrung 19 durchsetzende Rohrleitung 20 bildet einen mit der Mittelbohrung 18 in Verbindung stehenden Innendurchlass und bildet mit der Ausboh rung 19 einen ringförmigen Durchlass.
Vom Endzapfen 11 geht eine Rohrbüchse 21 aus, die an ihrem Aussenende geschlossen ist und von einem Gehäuse 22 umgeben wird. Das Gehäuse 22 wird mit seinem Flansch 22a am Lagerblock 4 be festigt und wird auf diese Weise gegen Drehung ge halten. Die Rohrleitung 20 erstreckt sich in die Rohr büchse 21 und hat ein geflanschtes Stirnende 23, das die Büchse 21 in eine Einlasskammer 24 und eine Auslasskammer 25 teilt. Die Kammern 24 und 25 haben Öffnungen, die zu den im Gehäuse 22 befind lichen, zugehörenden Durchlässen führen, in die eine Zuführleitung 26 und eine Rückführleitung 27 ein geschraubt sind.
Ein zweckdienliches Kühlmittel wird von einem Vorrat (nicht dargestellt) in der Zuführleitung 26 zu geführt und strömt über die erweiterte Bohrung 19 nach aussen über eine Gruppe von Radialkanälen 17 zu den Längsrinnen 15 und kehrt über die zweite Gruppe von Radialkanälen 17 zu der Mittelbohrung 18 und über Rohrleitung 20 zur Rückführleitung 27 zurück.
Die Stirnzapfen 12 ragen aus ihren Lagern vor und tragen miteinander in Eingriff stehende Zahn räder 28, so dass also die Stirnzapfen und ihre Walzen mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Der eine Stirn zapfen 12 ist mit einer Antriebswelle 29 verbunden.
Bei der dargestellten Maschine nehmen die Wal zen 10 einen im wesentlichen vorbestimmten Abstand innerhalb der Grenzen ein, die durch das Ineinander greifen der Zahnräder 28 bestimmt sind, so dass also auf diese Weise ein Stranggusserzeugnis hergestellt wird, das eine im wesentlichen vorbestimmte Stärke hat. Soll jedoch die Maschine zum Giessen von Guss- stücken anderer Stärke verwendet werden, so können zwei Antriebswellen mit den Wellen 12 über übliche Universalkupplungen und einen Zahnräderantrieb, der in einem Abstand von der Maschine aufgestellt ist, verbunden werden.
In diesem Falle werden also nicht die Stirnzapfen 12 mittels Zahnrädern verbun den, sondern die Antriebswellen werden über Zahn räder angetrieben.
Eine Tragschiene 30 erstreckt sich in Längsrich tung unter den Walzen 10 und ist in bezug auf den Schlitz eingemittet, der zwischen benachbarten Seiten der Walzen 10 vorhanden ist. Die Tragschiene 30 kann mittels Hubeinrichtungen 31 lotrecht verstellt werden. Die Hubeinrichtungen 31 sind über Verbin dungswellen 32 und 33 miteinander verbunden. Die Tragschiene 30 kann also in bezug auf die Walzen 10 gehoben oder gesenkt werden.
Der unterhalb der Walzen gelegene Abschnitt der Tragschiene 30 trägt eine Bodenplatte 34, an der Seitenplatten 35 befestigt sind, so dass eine Rinne entsteht, die sich in Längsrichtung der Walzen 10 er streckt. Innerhalb dieser Rinne ist eine Reihe von Düsenblöcken 36 befestigt. Die Düsenblöcke bestehen aus keramischem Material, das solche Isoliereigen- heiten hat und aus einem solchen Gefüge ist, dass es das im geschmolzenen Zustand befindliche, zu gie ssende Metall halten kann.
Die Düsenblöcke bilden komplementäre Paare, die längs einer Ebene geteilt sind, die senkrecht zu der durch die Achsen der Walzen 10 gelegten Ebene gerichtet ist. Die Düsenblöcke 36 können sich über die gesamte Länge der Walzen 10 erstrecken.
Vor zugsweise werden jedoch die Düsenblöcke in verhält nismässig kurze Abschnitte unterteilt, wie dies aus Fig.3 ersichtlich ist, um das Herstellen und das Auswechseln der Düsenblöcke zu erleichtern. Jedes komplementäre Paar von Düsenblöcken begrenzt einen waagrechten Durchlass 37, dessen Seitenwände nach oben konvergieren, um einen verhältnismässig schmalen Düsenschlitz (Fig. 5, 6 und 8) zu bilden. Aus gegenüberliegenden Seiten des Düsenschlitzes 38 ragen Vorsprünge 39 vor, die seitliche Träger für die oberen Abschnitte der Düsenblöcke 36 bilden, so dass auf diese Weise ein Düsenschlitz 38 von gleichblei bender Breite erhalten wird.
Die Seitenplatten 35 und die Düsenblöcke 36 weisen übereinanderliegende Keilnuten auf, in denen Keilschienen 34a aufgenommen werden.
Die Aussenflächen der Düsenblöcke 36 bilden oberhalb der Seitenplatten 35 konkave oder bogen förmige Seiten 40, die im wesentlichen mit der Krüm mung der Walzen 10 gleichlaufen oder übereinstim men. Die Düsenblöcke 36 ragen in den konvergieren den Raum zwischen den Walzen 10 bis zu einer Stelle, die nahe der durch die Walzenachsen gelege nen Ebene A (Fig. 6) reicht. Das Austrittsende des Düsenschlitzes 38 ist daher verhältnismässig dünn. Vorzugsweise wird das Austrittsende oder die Spitze des Düsenschlitzes 38 abgerundet oder mit einer zu den Walzen 10 nach aussen gerichteten Abschrägung 41 (Fig. 6) versehen.
Die Stellung der Düsenblöcke 36 und insbeson dere der Düsenspitzen in bezug auf die Walzen 10 bildet ein wichtiges Kennzeichen der Erfindung, das später noch ausführlich erörtert wird.
Nahe den Stirnenden der Walzen 10 befinden sich Stirnblöcke oder Staublöcke 42, die ebenfalls aus keramischem Stoff bestehen. Die Stirnblöcke 42 haben dasselbe Profil wie ein komplementäres Paar der Düsenblöcke 36, d. h. die Seiten der Stirnblöcke 42 sind so geschweift, dass sie den zueinander weisen den Abschnitten der Walzen gleichen. Die Stirnblöcke 42 erstrecken sich oberhalb der Düsenblöcke 36 bis zu der den Walzenachsen gemeinsamen Ebene A. Die Zone zwischen den Stirnblöcken 42 und den zuein ander weisenden und konvergierenden Abschnitten der Walzen sowie oberhalb der Düsenblöcke 36 bil det eine Giesskammer.
Die über die Düsenblöcke 36 hinausragenden Endabschnitte der Stirnblöcke 42 haben eine Ab schrägung 43 (Fig. 3, 7 und 9), die das Giessen der zwischen den Walzen gegossenen Metallbahn oder der Metallplatte erleichtert. Aufgabe und Arbeits weise der Schrägflächen 43 wird später noch näher beschrieben.
Unter den Stirnblöcken 42 liegen Metallplatten 44, die ebenfalls bogenförmige Seiten aufweisen, die mit den zueinander weisenden gebogenen Flächen der Walzen gleichlaufen. Die Metallplatten 44 begrenzen die Aufwärtsbewegung des gesamten Düsenaufbaues und verhüten auf diese Weise das Zerkleinern der Düsenblöcke, insbesondere der Düsenspitzen. Die Metallplatten 44 begrenzen auch die gegenseitige Seitenbewegung der Walzen 10.
Die Tragschiene 30 durchsetzt einen der End- rahmen 1 und trägt eine der Bodenplatte 34 ähnliche Bodenplatte 45. Seitenplatten 46 (Fig. 2) sind an der Bodenplatte 45 befestigt und bilden eine Rinne zur Aufnahme einer Gruppe von Röhrenblöcken 47 aus keramischem Stoff oder diesem keramischen Stoff ähnlichen Stoff. Die Röhrenblöcke 47 bilden einen Durchlass 48, der mit dem Durchlass 37 über Öff- nungen in Verbindung steht, die in der dazwischen liegenden Stirnplatte 44 und dem Stirnblock 42 vor handen sind. Diese Öffnungen sind mit einer Büchse 49 aus keramischem Material ausgekleidet.
Auswärts von den Röhrenblöcken 47 befindet sich ein Zuflusskasten 50 aus keramischem Stoff, in dem das geschmolzene Metall eingegossen wird. Der Zu flusskasten 50 hat eine mit dem Durchlass 48 in Ver bindung stehende Öffnung 51. Der Zuflusskasten 50 hat einen Überlauf 52, dessen Höhe eingestellt wer den kann, um das Aufrechterhalten eines Flüssig keitsspiegels in einer Ebene B zu erleichtern, die vor zugsweise zwischen der Düsenspitze und der durch die Achsen der Walzen 10 gelegten Ebene A liegt (Fig. 6).
Die Stranggiessvorrichtung arbeitet in folgender Weise: Zu Beginn des Arbeitens werden die Walzen 10 auf einen vorbestimmten Abstand eingestellt, und die Tragschiene 30 wird so hoch gehoben, dass die Dü senblöcke 36 in Berührung mit den Walzen 10 stehen. Die Walzen werden in Drehung gesetzt, und das Kühl mittel wird durch die Kühlmittelkanäle hindurch geleitet.
Geschmolzenes Metall wird in den Zuflusskasten 50 gegossen, fliesst dann in den Röhrenblöcken 47 und dem Durchlass 37 nach oben in den Düsenschlitz 38 und füllt den oberhalb der Düsenspitzen zwischen den Walzen 10 und den Schrägflächen 43 der Stirn blöcke 42 befindlichen, die Giesskammer bildenden Raum aus. Beim Austritt des Metalles aus der Dü senspitze in den zwischen den Walzen befindlichen Raum bleibt das Metall ohne Rücksicht auf die Dreh zahl der Walzen bis zu seiner beginnenden Erstar rung in der Giesskammer.
Bei Beginn der Erstarrung, die von der Kühlwir kung der Walzen verursacht wird, erfassen die Wal zen das starre Metall und nehmen es mit sich. Drehen sich die Walzen zu langsam, so erstarrt das Metall schneller, als es weggeleitet wird. Unter diesem Ver hältnis erstarrt die gesamte oberhalb der Düsen spitze befindliche Metallmasse, und ausserdem er starrt allmählich das Metall nach unten in die Düsen spitze hinein, so dass die gesamte Masse des Metalles einschliesslich der Düsenspitze zwischen die Walzen gezogen und zwischen den Walzen zerkleinert wird.
Drehen sich dagegen die Walzen mit einer höhe ren Drehzahl als der günstigsten Drehzahl, so wird das Metall bei seinem Starrwerden weggefördert. Da das Metall jedoch schneller weggefördert wird, als die Walzen das geschmolzene Metall abkühlen kön nen, befindet sich das zwischen den Walzen heraus geförderte Metall in einem warmbrüchigen Zu stand. Infolge dieses warmbrüchigen Zustandes zer bröckelt und zerbricht das Metall, da es nicht genü gend Festigkeit hat, um aus den Walzen heraus gefördert zu werden. Das Metall liegt daher in der von den Oberflächen der Walzen geformten Fläche oberhalb der Ebene A.
Da die Oberflächen der Wal zen nach oben divergieren und ständig nach oben und von dem Material wegbewegt werden, entstehen keine Schäden, und das Material sammelt sich so lange, bis es entfernt wird. Dies kann von Hand er folgen oder durch Verwendung zweckdienlicher Zan gen.
Infolge dieser Betriebsverhältnisse ist es möglich, die Maschine so anzulassen, dass sich die Walzen mit einer etwas grösseren Geschwindigkeit drehen, als die günstigste Drehzahl ist. Dieses Verfahren verhütet jede Gefahr des Verklemmens der Maschine infolge des Erstarrens des Metalles nach unten in die Düsen spitze hinein. Vor allem in der Anlassperiode besteht diese Erstarrungsneigung, da das in die Düsenblöcke fliessende Metall dadurch abgekühlt wird, dass ein Teil seiner Wärme auf die Wände der Düsenblöcke 36 übertragen wird.
Wenn die Maschine beim Anlas sen schneller läuft, als der günstigsten Drehzahl ent spricht, wird das gesamte erstarrende Metall weg gefördert, so dass die Möglichkeit des Verklemmens der Maschine oder der Beschädigung der Düsenspit zen vermieden wird. Wenn dann die Düsenblöcke ungefähr die Temperatur des Metalles angenommen haben, kann die Drehzahl der Walzen allmählich auf die günstigste Drehzahl verringert werden.
Die richtige Drehzahl ist verhältnismässig leicht zu bestimmen. Ist die Drehzahl zu gering, so erscheinen kalte Überlappungen in der Oberfläche des Mate rials, und die zum Antrieb der Maschine erforder liche Kraft steigt ziemlich schnell an. Dieser Be triebszustand kann leicht an einem Strommesser ab gelesen werden, der mit dem Antriebsmotor verbun den ist, so dass also die Walzendrehzahl entsprechend geändert werden kann, ehe ein Schaden auftritt.
Liegt die Drehzahl der Maschine oberhalb der günstigsten Drehzahl, so erscheinen Hohlräume oder Seigerstellen in dem Streifen, d. h. Flächen, an denen das Metall von den Walzen nicht aufgenom men wird. Dies kann an einer Kante oder an beiden Kanten der Fall sein oder auch an irgendeiner belie bigen Stelle auf der Breite des Streifens. Das unter halb dieser Hohlflächen befindliche Metall bleibt in seinem geschmolzenen Zustand und wird nicht in den warmbrüchigen Zustand übergeführt.
Die Ursache für diese Erscheinungen liegt darin, dass erstens die Wärmeübertragung sehr viel schnel ler erfolgt, 'wenn die Walzen sich in Berührung mit dem erstarrten Metall befinden, und zweitens, dass das unterhalb des Hohlraumes befindliche geschmol zene Metall nach oben quillt und seitlich zu derjeni gen Fläche fliesst, an der die Erstarrung noch vor sich geht. Wird dann die Drehzahl der Maschine etwas verlangsamt, so schliessen sich die Hohlflächen all mählich, bis eine gleichmässige Erstarrung über die gesamte Breite der Walzen vorherrscht.
Das zwischen den Walzen nach oben geführte er starrte Metall C kann zu Rollen aufgewickelt oder anderen Walzen zugeführt oder einer weiteren Be handlung unterworfen werden.
Der Durchmesser der Walzen 10 ist im Vergleich zu dem Abstand zwischen der Düsenspitze und der den Walzenachsen gemeinsamen Ebene A ziemlich gross. Infolgedessen beträgt der Winkel zwischen Ebene A und Düsenspitze nur wenige Grad des Wal zenumfanges. In der dargestellten Ausführung be trägt dieser Winkel D ungefähr 9 Grad. Der Winkel kann zwischen 5 und 15 Grad schwanken, was von der Grösse der Walzen und dem zu giessenden Metall abhängt.
Vorzugsweise wird das Verfahren so durchge führt, dass das vollständige Erstarren des Metalles an einer Ebene E (Fig. 6) erfolgt, die etwas unterhalb der Ebene A liegt. Die günstigste Ebene für ein voll ständiges Erstarren ist die Ebene, bei der der Unter schied im Abstand zwischen den Walzen an der Ebene E und an der Ebene A ungefähr gleich dem Schrumpfen des Metalles bei der zwischen diesen beiden Ebenen vorhandenen Temperaturabnahme ist. Es ist jedoch auch vorteilhaft, das Metall bei sei nem Erstarren zu bearbeiten .
Dies wird dadurch herbeigeführt, dass ein vollständiges Erstarren des Metalles an einer Ebene erfolgt, in der die Entfer nung zwischen den Walzen, im Vergleich zu der Ent fernung auf der Ebene A, etwas grösser ist als der Wärmeschrumpfungsfaktor des Metalles, so dass das Metall bei der Erstarrung einem in Querrichtung wir kenden Zusammenpressdruck unterworfen wird.
Je grösser für einen gegebenen Walzendurchmesser der Abstand der Ebene E von der Ebene A ist, desto grösser ist der Zusammenpressdruck auf das Metall, wodurch eine grössere und schwerere Bearbeitung des erstarrten Metalles bei seinem Lauf zwischen den Walzen erfolgt.
Aus Fig. 7 ist zu sehen, dass das flüssige Me tall seitlich in einer Menge fliesst, die den Schrägflä chen 43 der Stirnblöcke 42 entspricht. Dieser seit liche Fluss endet im wesentlichen an der Ebene E.
Das geschmolzene Metall (Fig. 3 und 6) fliesst in die oberhalb der Düsenspitzen befindliche Zone bei einem Druck von Null Atmosphären ein, da die Flüs sigkeitshöhe, die von dem in dem Zuflusskasten 50 herrschenden Spiegel des geschmolzenen Metalles be stimmt wird, nur einige Millimeter oder eine kleine Strecke oberhalb der Düsenspitzen liegt. Dies ist sehr wichtig.
Da der Druck im wesentlichen Null ist, ist der Strom des die Düse nach oben durchströmenden geschmolzenen Metalles im wesentlichen frei von Wirbelungen. Dies ermöglicht eine gleichmässige Ab leitung von Wärme aus dem Metall, so dass ein gleich mässig erstarrtes Metall an den Walzenflächen ge bildet wird.
Die Kristallstruktur im Gusserzeugnis ist daher gleichförmig, so dass das Gusserzeugnis so be arbeitet werden kann, dass es seine höchste Festigkeit entwickelt und ein Enderzeugnis von gleichmässig hoher Güte erhalten wird.
Die Düsenblöcke 36 sollen sich den Walzen 10 so eng anpassen, dass ein Rückfluss von Metall zwi schen Düsenspitzen und Walzen, insbesondere in der Anlassperiode, verhütet wird. Dies bedeutet nicht, dass eine Druckberührung erforderlich ist. Je nach dem zu giessenden Metall kann zwischen den Düsen spitzen und den Düsenwalzen ein freier Raum von 0,127 bis 0,381 mm zugelassen werden. Ein allmäh- lich grösser werdender Zwischenraum kann unterhalb der Düsenspitzen vorhanden sein.
Dieser kleine Zwischenraum vermindert wesent lich die Wärmeübertragung aus den Düsenblöcken auf die Walze. Diese Wärmeübertragung wird natür lich auch durch die Verwendung von keramischem Stoff oder ähnlichem Stoff mit guten Wärmeisolier- eigenheiten vermindert. Die Verwendung eines Iso liermaterials für die Düsenblöcke ist erwünscht, so dass die Temperatur des Metalles bei seiner Bewegung aus dem Zuflusskasten 50 zu der zwischen den Wal zen 10 liegenden Giesszone nicht wesentlich vermin- dert wird.
Ausserdem wird ein keramischer Stoff ge- wählt, der in bezug auf das zu giessende Metall inert ist und von dem geschmolzenen Metall nicht genetzt wird.
Zur Verringerung der Anlasszeit und zum Ent fernen von aufgenommener Feuchtigkeit können die Düsenblöcke vorerwärmt werden. In der Praxis wird dies dadurch ausgeführt, dass vor dem Einsetzen der Düsenblöcke in die Maschine das geschmolzene Me tall über die Düsenblöcke geleitet wird, bis das Bla- senbilden aufhört. Dann werden die Düsenblöcke von dem erstarrten Metall gesäubert und in die Maschine eingesetzt.
Wesentlich ist, dass die Walzen völlig frei von Fremdstoffen sind, die eine ungleiche Wärmeübertra gung von den Walzen auf das Metall zur Ursache haben würde. Schon ein Daumenabdruck auf der Oberfläche der Walze ändert die Wärmeübertra- gungsgeschwindiglCeit in der Fläche des Daumen abdruckes so stark, dass eine Seigerstelle im Er zeugnis entsteht, d. h. in dieser Zone tritt in dem Giesserzeugnis ein Loch oder eine Vertiefung auf. Nach wenigen Umdrehungen jedoch ist die Wirkung dieses Daumenabdruckes völlig behoben.
Da das Giessen in Aufwärtsrichtung erfolgt und da das geschmolzene Metall unter Nulldruck steht, erfolgt kein Ausspritzen oder Verspritzen des ge schmolzenen Metalles im Bereich einer Seigerstelle. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, denn es ist wahr scheinlich bei der Anlassperiode eines Gussvorganges unmöglich, solche gleichförmigen Betriebsbedingun gen herzustellen, dass keine Seigerstellen oder andere Unvollkommenheiten vorhanden sind. Der Betriebs zustand, der diese Seigerstellen verursacht, schafft jedoch keinen unstabilen Zustand, sondern behebt sich von selbst.
Bei früheren Versuchen, ein Stranggiessen durch seitliches Giessen oder nach unten gerichtetes Fliessen des Metalles zwischen Walzen zu bewirken, erfolgte kein Erstarren des Metalles an oder vor der Aus trittsstelle zwischen den Walzen, so dass ein gefähr liches Ausströmen des geschmolzenen Metalles aus der Maschine stattfand. Infolge der kleinen Druck höhe aus geschmolzenem Metall ist bei der beschrie benen Vorrichtung stets eine geschlossene Säule aus geschmolzenem Metall hinter der Erstarrungszone vorhanden, so dass einwandfreies Metall geformt und stetig abgezogen wird.
Wenn aus irgendeinem Grund die Erstarrungsgeschwindigkeit abnimmt, so ist kein Druck vorhanden, der das Ausströmen des geschmol zenen Metalles aus der Vorrichtung verursacht.
In vielen früheren Versuchen, das stetige Giessen von Metall in Aufwärtsrichtung zwischen Walzen auszuführen, sind wesentliche Abschnitte der Walzen in das flüssige Metall eingetaucht worden, so dass das Temperaturgefälle zwischen den Walzen und dem Metall einen unerwünscht niedrigen Wert an der kritischen Austrittsstelle des Metalles annimmt, d. h. einen Zustand, der für ein Stranggiessen ungünstig ist. Das Eintauchen eines wesentlichen Abschnittes einer mit Innenkühlung versehenen Walze in geschmolzenes Metall ergibt auch sehr grosse Wärmespannungen in der Walze.
Bei der beschriebenen Ausführung des Verfah rens befindet sich nur ein kleiner Bogenabschnitt der Walzenoberfläche in Wärmeaufnahmeberührung mit dem erwähnten Metall, so dass das innen umlaufende Kühlmittel bei der vergleichsweise langen Bewegung der Walzenoberfläche nach Abgabe des Metalles und während der Rückkehr in die Anfangsstellung genü gend Zeit hat, aus der Walzenoberfläche die gesamte Wärme oder die gewünschte Wärmemenge aufzuneh men. Es wird daher ein grösstes Temperaturgefälle zwischen Walzenoberfläche und Metall aufrecht erhalten.
Die Wärmeaufnahmefähigkeit des Metalles des Walzengehäuses 13 kann auch dazu verwendet wer den, die erforderliche Wärme aus dem geschmolzenen Metall aufzunehmen, und zwar unabhängig von dem flüssigen Kühlungsmittel, das unmittelbar hinter dem jenigen Abschnitt des Gehäuses 13 liegt, das mit dem geschmolzenen Metall zwecks Wärmeaufnahme in Berührung steht, d. h. die Metallhülle selbst nimmt die Wärme aus dem zu giessenden geschmolzenen Metall auf und überträgt dann die Wärme auf das Kühlungsmittel. Infolgedessen kann das Gehäuse 13 ziemlich dick sein, da es völlig von dem Kern 14 getragen wird, so dass die Walzen einen ziemlich kräf tigen Bearbeitungsdruck gegen das Metall ausüben können.
Wie bereits erwähnt, wird durch die Einwirkung eines zwischen den Walzen herrschenden Druckes auf das erstarrte Metall die Güte des hergestellten Er zeugnisses verbessert, wobei gleichzeitig eine stetige und gleichförmige Förderung des gegossenen Metalles aus und zwischen den Walzen erfolgt.
Das für das Gehäuse 13 verwendete Metall oder andere Material hängt von dem zu giessenden Metall ab. Das Material soll nicht von dem geschmolzenen Metall genetzt werden oder sich mit dem Metall um setzen. Ebenso soll es widerstandsfähig gegen Wärme stösse sein und soll gute Wärmeleiteigenheiten aufwei sen. Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierun gen, Stahl, Eisen- oder Stahllegierungen und Graphit sind geeignet, erschöpfen jedoch nicht den Bereich der verwendbaren Metalle.
Erwünscht ist, dass die Walzen möglichst sauber sind und einen möglichst gleichmässigen Oberflächen zustand haben, um Seigerstellen zu verhüten. Zweck dienlich ist die Verwendung eines Ablösungsmittels aus Silikonen, das zum Anlassen in -einem dünnen Film aufgetragen wird. Beim Giessen von Aluminium muss dieser Film schliesslich abgewischt werden, bis er durch einen Überzug aus Aluminiumoxyd ersetzt ist, der beim Giessverfahren entsteht. Dann wird wieder ein dünner Film als Ablösungsmittel aufgebracht und auf den Walzen belassen. Es können auch andere nicht kohlenstoffhaltige Öle verwendet werden.
Der Bereich der mit der Vorrichtung zu giessen den Metalle hängt hauptsächlich von dem in den keramischen Düsen verwendeten Material ab, da es wesentlich ist, dass die Düsen der Temperatur des Metalles in seinem flüssigen Zustand widerstehen, inert in bezug auf das Metall sind und von dem Me tall nicht genetzt werden.
Für den Strangguss von Aluminium wird eine zufriedenstellende Düse aus Diatomeenerde, Asbest fasern und einem Bindemittel hergestellt. Ein derarti- ges Material ist in der USA-Patentschrift Nr. 2 326 516 beschrieben. Zur Verwendung als Düsen sind jedoch auch viele andere keramische Stoffe oder einem kera mischen Stoff ähnliche Stoffe geeignet.
Bei Versuchen mit 2S-Aluminium wurden zufrie denstellende Betriebsverhältnisse und Erzeugnisse un ter folgenden Bedingungen erhalten:
EMI0006.0001
Gussstreifen: <SEP> 6,35 <SEP> X <SEP> 609 <SEP> mm
<tb> Temperatur <SEP> des <SEP> Metalles, <SEP> das <SEP> der <SEP> Düse <SEP> zugeleitet <SEP> wird <SEP> 704 <SEP> C
<tb> Walzentemperatur <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> jenseits <SEP> der <SEP> Mittellinie <SEP> A) <SEP> 71 <SEP> C
<tb> Streifentemperatur <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> oberhalb <SEP> Mittellinie <SEP> A) <SEP> 393 <SEP> C
<tb> Streifengeschwindigkeit <SEP> (Oberflächengeschwindigkeit <SEP> der <SEP> Walzen) <SEP> 700 <SEP> mm/min
<tb> Höhe <SEP> der <SEP> Düsenspitze <SEP> 25 <SEP> mm <SEP> unter <SEP> Linie <SEP> A
<tb> Kopfhöhe <SEP> des <SEP> flüssigen <SEP> Metalles <SEP> (B) <SEP> 12,
5 <SEP> mm <SEP> unterhalb <SEP> Mittellinie <SEP> A
<tb> Streifendicke <SEP> 6,85 <SEP> mm
<tb> kg/Minute <SEP> gegossener <SEP> Streifen <SEP> 8,00 <SEP> kg/min
<tb> Gussstrei <SEP> f <SEP> en: <SEP> 3,17 <SEP> X <SEP> 609 <SEP> mm
<tb> Temperatur <SEP> des <SEP> Metalles, <SEP> das <SEP> der <SEP> Düse <SEP> zugeleitet <SEP> wird <SEP> 704 <SEP> C
<tb> Walzentemperatur <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> jenseits <SEP> der <SEP> Mittellinie <SEP> A) <SEP> 76,7 <SEP> C
<tb> Streifentemperatur <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> oberhalb <SEP> der <SEP> Mittellinie <SEP> A) <SEP> 388 <SEP> C
<tb> Streifengeschwindigkeit <SEP> (Oberflächengeschwindigkeit <SEP> der <SEP> Walzen) <SEP> 1422 <SEP> mm/min
<tb> Höhe <SEP> der <SEP> Düsenspitze <SEP> 22,2 <SEP> mm <SEP> unterhalb <SEP> Mittellinie <SEP> A
<tb> Kopfhöhe <SEP> des <SEP> flüssigen <SEP> Metalles <SEP> <I>(B)</I> <SEP> 9,
52 <SEP> mm <SEP> unterhalb <SEP> Mittellinie <SEP> <I>A</I>
<tb> Streifendicke <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> kg/Minute <SEP> gegossener <SEP> Streifen <SEP> 9,61 <SEP> kg/min
EMI0006.0002
<I>Physikalische <SEP> Eigenheiten</I>
<tb> Streifendicke <SEP> von
<tb> In <SEP> Längsrichtung <SEP> 3,17 <SEP> mm <SEP> 6,35 <SEP> mm
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 1953-19l1 <SEP> kg/cm2 <SEP> 1862-1876
<tb> 1813-1792 <SEP> kg/em2 <SEP> 1722-1788 <SEP> kg/cm2
<tb> Dehnung <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> 3 <SEP> % <SEP> 3,5 <SEP> %,
<tb> In <SEP> Querrichtung
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 2065-2079 <SEP> kg/cm2 <SEP> 2030-2037 <SEP> kg/cm2
<tb> Streckgrenze <SEP> 1918-1946 <SEP> kg/cm2 <SEP> 1911-1890 <SEP> kg/cm2
<tb> Dehnung <SEP> 2,5% <SEP> 2,
5% <SEP> 2% <SEP> 2% In den obenstehenden Versuchen war der her gestellte Streifen 609 mm breit, und die Walzen hatten einen Durchmesser von 305 mm. Nach kurzen Anlass- zeiten war das hergestellte Erzeugnis gleichförmig und war frei von Blasen oder Gussnarben. Es ist zwar eine bestimmte Aluminiumlegierung als Beispiel ge nannt, doch ist dieses Beispiel nicht als Begrenzung zu werten, da günstige Betriebsbedingungen für das Stranggiessen anderer Metalle und Legierungen leicht hergestellt werden können.
Das Verfahren zum Stranggiessen von Metall wird in folgender Weise ausgeführt: Geschmolzenes Metall wird in einer geschlossenen keramischen Rohrleitung, die gegen Luftverunreini gung völlig isoliert ist, zugeführt und fliesst dann nach oben über eine Düse in eine Giesskammer mit Ge schwindigkeiten, die unterhalb derjenigen Geschwin digkeiten liegen, bei denen eine Wirbelung erzeugt wird. Es wird also ein flächenförmiger Zufluss des geschmolzenen Metalles aufrechterhalten.
Das ge- schmolzene Metall wird dann in Wärmeübertragungs- berührung mit nach oben sich bewegenden konvergie renden Wänden gebracht, die die gegeneinanderwei- senden Seiten der Giesskammer bilden. Die Oberflä chengeschwindigkeit der konvergierenden Wände wird ungefähr auf der Geschwindigkeit der Aufwärts bewegung des geschmolzenen Metalles gehalten. Die Druckhöhe des geschmolzenen Metalles liegt inner halb der lotrechten Höhe der Giesskammer.
Die Wärmeübertragungsberührung zwischen dem Metall und den zueinanderweisenden Wänden wird so lange aufrechterhalten, bis eine völlige Erstarrung des Metalles zwischen den Wänden erfolgt ist, worauf sich die Wände in divergierenden Bahnen voneinan der wegbewegen und das Gussstück oder das erstarrte Metall freigeben.
Die Wärme wird aus den sich bewegenden Wän den abgeführt, während sich die Wände in Bahnen bewegen, die zur Giesskammer zurückführen, so dass die Wände beim Eintritt in die von der Giesskammer bestimmte Zone abgekühlt sind.
Die Extrahierung der Wärme aus dem geschmol zenen Metall erfolgt bei einem zwischen den sich bewegenden Wänden und dem geschmolzenen Metall vorhandenen, ziemlich grossen Temperaturgefälle, wo bei die Konvergenzgrösse der sich bewegenden Wände, besonders jenseits der Ebene, an der die völlige Er starrung stattfindet, mindestens gleich der Geschwin digkeit der Wärmekontraktion des Metalles ist, um eine höchste Wärmeübertragungsberührung zwischen Metall und den Wänden aufrechtzuerhalten.
Continuous casting method and machine for carrying it out The invention relates to a method and a machine for continuously casting metal.
The invention aims to create a method and a device by means of which defects in known continuous casting processes can be eliminated.
The continuous casting process according to this invention is characterized in that molten metal is fed between the juxtaposed, heat-absorbing outer walls of two cylinders, each cylinder of which rotates so that its outer wall moves in the direction of flow of the metal, the metal is supplied at a sufficiently low speed so that a laminar, eddy-free flow is created, the surfaces of the outer walls are cooled to solidify the metal when it touches the walls, and the solidified metal is expelled.
The invention also includes a machine for carrying out the continuous casting process. This continuous casting machine is characterized according to the invention by a pair of juxtaposed, heat-absorbing outer walls of two rotating cylinders and nozzles, which are arranged in the intake between the cylinders in order to give molten metal at low speed between the walls and a laminar, eddy-free flow to cause the metal to solidify when it contacts the heat-absorbing walls.
In the accompanying drawing, an embodiment example for the machine according to this invention is illustrated ver, on the basis of which the inventive method and the machine are described. 1 shows a plan view of the continuous casting machine, in which the feed line for the molten metal is only partially shown; FIG. 2 is a view taken along line 2-2 of FIG. 1; 3 shows a longitudinal section along line 3-3 of FIG. 2; 4 shows a partial section through a roller and its bearings along line 4-4. 3, with parts shown in elevation;
5 shows, on a larger scale, a cross-section along line 5-5 in FIG. 1 with the rollers and the nozzle blocks, this figure showing the manner in which the metal is cast; 6 shows a section along line 6-6 of FIG. 1, from which the adjacent sections of the rollers and the nozzle tip can be seen and also how the metal flows out of the nozzle tip and solidifies as it passes between the rollers; 7 shows a partial section along line 7-7 of FIG. 6 of an end block forming the edge of the casting metal;
8 shows a diagrammatic partial view of two complementary nozzle blocks, and FIG. 9 shows a diagrammatic partial view of a damming block or end block.
The continuous casting machine has two U-shaped end frames 1 (FIG. 2) which are held in a parallel position by cross rails 2. The legs of the two end frames are connected by anchor rails 3, so that a large opening is created in which two bearing blocks 4 are set up. The bearing blocks 4 can move towards each other and are guided for this purpose on guide tracks 5 which are provided on the upper surface of the crossbar of the U-shaped frame 1. The bearing blocks 4 are also guided by guide rails 6, which are worn by the anchor rails 3 who the.
The one leg of each end frame 1 is designed to receive an adjusting spindle 7, the inner end of which rests on the corresponding bearing block, while the outer end of the spindle has a hand wheel 8 that enables the rotation of the adjusting spindle. The other bearing block 4 of each bearing block pair is based on a support 9 in front of a certain thickness, which is switched on between the bearing block 4 and the corresponding leg of the end frame 1. Springs 9a are provided between the bearing blocks of each end frame in order to separate the bearing blocks from one another or move them apart when the spindle is turned back.
The bearing blocks 4 provided in the two end frames are arranged in coaxial pairs, where a roller 10 is mounted between each pair. Each roller 10 has end journals 11 and 12 which are mounted in the bearing blocks 4. Each roller 10 has a housing 13 (FIGS. 4 and 5) made of thermally conductive material that fits over a core 14. The surface of this core 14 has a plurality of Längrin NEN 15, the ends of which are connected to an annular groove 16 in Ver, which is cut by radial channels 17 th.
Each roller 10 has a central bore 18. The central bore 18 penetrates the end journal 11 and has an enlarged bore 19. A pipe 20 penetrating this enlarged bore 19 forms an inner passage communicating with the central bore 18 and forms an annular with the bore 19 Passage.
A tubular sleeve 21 extends from the end pin 11, which is closed at its outer end and is surrounded by a housing 22. The housing 22 is fastened with its flange 22a on the bearing block 4 be and will keep ge against rotation in this way. The pipeline 20 extends into the pipe socket 21 and has a flanged end 23 which divides the socket 21 into an inlet chamber 24 and an outlet chamber 25. The chambers 24 and 25 have openings that lead to the union located in the housing 22, associated passages into which a supply line 26 and a return line 27 are screwed.
An appropriate coolant is supplied from a supply (not shown) in the supply line 26 and flows outward via the enlarged bore 19 via a group of radial channels 17 to the longitudinal channels 15 and returns via the second group of radial channels 17 to the central bore 18 and via pipeline 20 to return line 27.
The end journals 12 protrude from their bearings and carry mutually engaging toothed wheels 28, so that the end journals and their rollers rotate at the same speed. One end pin 12 is connected to a drive shaft 29.
In the illustrated machine, the rollers 10 occupy a substantially predetermined distance within the limits which are determined by the meshing of the gears 28, so that in this way a continuously cast product is produced which has a substantially predetermined thickness. However, if the machine is to be used for casting castings of a different thickness, then two drive shafts can be connected to the shafts 12 via conventional universal couplings and a gear drive which is set up at a distance from the machine.
In this case, the spur journals 12 are not verbun by means of gears, but the drive shafts are driven via gears.
A support rail 30 extends in the longitudinal direction under the rollers 10 and is centered with respect to the slot which is present between adjacent sides of the rollers 10. The support rail 30 can be adjusted vertically by means of lifting devices 31. The lifting devices 31 are connected to one another via connecting shafts 32 and 33. The support rail 30 can therefore be raised or lowered with respect to the rollers 10.
The section of the support rail 30 located below the rollers carries a base plate 34 to which the side plates 35 are attached, so that a channel is formed which extends in the longitudinal direction of the rollers 10. A number of nozzle blocks 36 are secured within this channel. The nozzle blocks are made of ceramic material that has such insulating properties and is of such a structure that it can hold the metal to be cast which is in the molten state.
The nozzle blocks form complementary pairs which are divided along a plane which is directed perpendicular to the plane defined by the axes of the rollers 10. The nozzle blocks 36 can extend over the entire length of the rollers 10.
Preferably, however, the nozzle blocks are divided into relatively short sections, as can be seen from FIG. 3, in order to facilitate the manufacture and replacement of the nozzle blocks. Each complementary pair of nozzle blocks delimit a horizontal passage 37, the side walls of which converge upwards to form a relatively narrow nozzle slot (FIGS. 5, 6 and 8). Projections 39 protrude from opposite sides of the nozzle slot 38, which form lateral supports for the upper sections of the nozzle blocks 36, so that in this way a nozzle slot 38 of constant width is obtained.
The side plates 35 and the nozzle blocks 36 have overlying keyways in which key rails 34a are received.
The outer surfaces of the nozzle blocks 36 form above the side plates 35 concave or arcuate sides 40 which are essentially the same as the curvature of the rollers 10 or match. The nozzle blocks 36 protrude into the converge the space between the rollers 10 to a point which extends close to the level A (Fig. 6) placed by the roller axes. The exit end of the nozzle slot 38 is therefore relatively thin. The outlet end or the tip of the nozzle slot 38 is preferably rounded or provided with a bevel 41 (FIG. 6) directed outwards towards the rollers 10.
The position of the nozzle blocks 36 and in particular the nozzle tips with respect to the rollers 10 forms an important characteristic of the invention, which will be discussed in detail later.
Near the front ends of the rollers 10 are front blocks or dust blocks 42, which are also made of ceramic material. The end blocks 42 have the same profile as a complementary pair of the nozzle blocks 36; H. the sides of the end blocks 42 are curved so that they resemble the facing the portions of the rollers. The end blocks 42 extend above the nozzle blocks 36 to the plane A common to the roller axes. The zone between the end blocks 42 and the other facing and converging sections of the rollers and above the nozzle blocks 36 form a casting chamber.
The protruding over the nozzle blocks 36 end portions of the end blocks 42 have a bevel 43 (FIGS. 3, 7 and 9), which facilitates the casting of the metal web or the metal plate cast between the rollers. Task and work as the inclined surfaces 43 will be described in more detail later.
Underneath the end blocks 42 are metal plates 44 which also have arcuate sides that are congruent with the curved surfaces of the rollers facing one another. The metal plates 44 limit the upward movement of the entire nozzle structure and in this way prevent the nozzle blocks, in particular the nozzle tips, from being crushed. The metal plates 44 also limit the mutual lateral movement of the rollers 10.
The support rail 30 passes through one of the end frames 1 and carries a base plate 45 similar to the base plate 34. Side plates 46 (FIG. 2) are attached to the base plate 45 and form a channel for receiving a group of tubular blocks 47 made of ceramic material or this ceramic material Fabric-like fabric. The tube blocks 47 form a passage 48 which communicates with the passage 37 via openings which are present in the end plate 44 and the end block 42 located therebetween. These openings are lined with a sleeve 49 made of ceramic material.
Outwardly from the tube blocks 47 is a ceramic feed box 50 into which the molten metal is poured. The inflow box 50 has an opening 51 communicating with the passage 48. The inflow box 50 has an overflow 52, the height of which can be adjusted in order to facilitate the maintenance of a liquid level in a plane B, which is preferably between the The nozzle tip and the plane A laid by the axes of the rollers 10 (FIG. 6).
The continuous casting device works in the following way: At the beginning of work, the rollers 10 are set to a predetermined distance, and the support rail 30 is raised so high that the nozzle blocks 36 are in contact with the rollers 10. The rollers are set in rotation, and the coolant is passed through the coolant channels.
Molten metal is poured into the inflow box 50, then flows in the tube blocks 47 and the passage 37 upwards into the nozzle slot 38 and fills the space above the nozzle tips between the rollers 10 and the inclined surfaces 43 of the end blocks 42, which forms the casting chamber . When the metal emerges from the nozzle tip into the space between the rollers, the metal remains in the casting chamber regardless of the speed of the rollers until it begins to solidify.
At the onset of solidification, which is caused by the cooling effect of the rollers, the rollers capture the rigid metal and take it with them. If the rollers turn too slowly, the metal solidifies faster than it is diverted away. Under this ratio, the entire metal mass located above the nozzle tip solidifies, and he also gradually stares the metal down into the nozzle tip so that the entire mass of the metal including the nozzle tip is pulled between the rollers and crushed between the rollers.
If, on the other hand, the rollers rotate at a higher speed than the most favorable speed, the metal is transported away when it becomes rigid. However, since the metal is conveyed away faster than the rollers can cool the molten metal, the metal conveyed out between the rollers is in a hot-brittle state. As a result of this warm, brittle condition, the metal crumbles and breaks because it does not have sufficient strength to be conveyed out of the rollers. The metal therefore lies in the area formed by the surfaces of the rolls above plane A.
Because the surfaces of the rollers diverge upward and are constantly being moved up and away from the material, no damage occurs and the material will continue to accumulate until it is removed. This can be done by hand or by using appropriate pliers.
As a result of these operating conditions, it is possible to start the machine so that the rollers rotate at a slightly higher speed than the most favorable speed. This method prevents any risk of the machine jamming as a result of the solidification of the metal down into the nozzle tip. This tendency to solidify exists above all in the tempering period, since the metal flowing into the nozzle blocks is cooled down in that part of its heat is transferred to the walls of the nozzle blocks 36.
If the machine runs faster than the most favorable speed when it is started, all of the solidifying metal is conveyed away, so that the possibility of the machine jamming or damage to the nozzle tips is avoided. When the nozzle blocks have assumed approximately the temperature of the metal, the speed of the rollers can be gradually reduced to the most favorable speed.
The correct speed is relatively easy to determine. If the speed is too low, cold overlaps appear in the surface of the material, and the force required to drive the machine increases fairly quickly. This operating state can easily be read from an ammeter that is connected to the drive motor, so that the roller speed can be changed accordingly before damage occurs.
If the speed of the machine is above the most favorable speed, voids or segregation appear in the strip, i.e. H. Areas where the metal is not picked up by the rollers. This can be the case at one or both edges, or at any point along the width of the strip. The metal located under half of these hollow areas remains in its molten state and is not converted into the hot, brittle state.
The cause of these phenomena is that, firstly, the heat transfer takes place much faster when the rollers are in contact with the solidified metal, and secondly, that the molten metal located below the cavity swells upwards and laterally to the one flows into the surface where the solidification is still going on. If the speed of the machine is then slowed down a little, the hollow surfaces gradually close until a uniform solidification prevails over the entire width of the rollers.
The rigid metal C guided up between the rollers can be wound up into rolls or fed to other rollers or subjected to further treatment.
The diameter of the rollers 10 is quite large compared to the distance between the nozzle tip and the plane A common to the roller axes. As a result, the angle between plane A and nozzle tip is only a few degrees of the roller circumference. In the illustrated embodiment, this angle D carries approximately 9 degrees. The angle can vary between 5 and 15 degrees, depending on the size of the rollers and the metal to be cast.
The method is preferably carried out in such a way that the metal is completely solidified on a plane E (FIG. 6) which is slightly below plane A. The most favorable level for a complete solidification is the level in which the difference in the distance between the rollers at level E and at level A is approximately equal to the shrinkage of the metal at the temperature decrease between these two levels. However, it is also advantageous to machine the metal as it solidifies.
This is brought about by the fact that the metal solidifies completely at a level in which the distance between the rollers, compared to the distance on level A, is slightly greater than the heat shrinkage factor of the metal, so that the metal at the solidification is subjected to a compression pressure in the transverse direction.
The greater the distance between plane E and plane A for a given roller diameter, the greater the compressive pressure on the metal, which results in greater and more difficult processing of the solidified metal as it passes between the rollers.
From Fig. 7 it can be seen that the liquid Me tall flows laterally in an amount that corresponds to the oblique surfaces 43 of the end blocks 42. This lateral river essentially ends at level E.
The molten metal (Fig. 3 and 6) flows into the zone located above the nozzle tips at a pressure of zero atmospheres, since the liquid level, which is determined by the level of the molten metal in the feed box 50, is only a few millimeters or a short distance above the nozzle tips. This is very important.
Since the pressure is essentially zero, the stream of molten metal flowing upwardly through the nozzle is essentially free of eddies. This enables a uniform dissipation of heat from the metal, so that a uniformly solidified metal is formed on the roll surfaces.
The crystal structure in the cast product is therefore uniform, so that the cast product can be processed in such a way that it develops its highest strength and an end product of consistently high quality is obtained.
The nozzle blocks 36 should adapt to the rollers 10 so closely that a backflow of metal between the nozzle tips and the rollers, especially during the tempering period, is prevented. This does not mean that pressure contact is required. Depending on the metal to be cast, a free space of 0.127 to 0.381 mm can be allowed between the tips of the nozzles and the nozzle rollers. A gradually increasing gap can be present below the nozzle tips.
This small gap significantly reduces the heat transfer from the nozzle blocks to the roller. This heat transfer is of course also reduced by using ceramic material or a similar material with good thermal insulation properties. The use of an insulating material for the nozzle blocks is desirable so that the temperature of the metal is not significantly reduced as it moves from the feed box 50 to the casting zone located between the rollers 10.
In addition, a ceramic material is selected which is inert with respect to the metal to be cast and is not wetted by the molten metal.
The nozzle blocks can be preheated to reduce the tempering time and to remove any absorbed moisture. In practice, this is done in that, before the nozzle blocks are inserted into the machine, the molten metal is passed over the nozzle blocks until the bubble formation ceases. Then the nozzle blocks are cleaned of the solidified metal and inserted into the machine.
It is essential that the rollers are completely free of foreign matter that would be caused by an uneven heat transfer from the rollers to the metal. Even a thumbprint on the surface of the roller changes the heat transfer speed in the area of the thumbprint so much that a seiger point is created in the product, i.e. H. a hole or depression occurs in the cast product in this zone. After a few turns, however, the effect of this thumbprint is completely eliminated.
Since the pouring takes place in the upward direction and since the molten metal is under zero pressure, the molten metal is not ejected or splashed in the area of a Seigerstelle. This is of particular importance, because it is probably impossible during the starting period of a casting process to produce such uniform operating conditions that there are no seizures or other imperfections. However, the operating condition that causes these seizures does not create an unstable condition, but resolves itself.
In previous attempts to effect continuous casting by pouring the metal from the side or flowing downwards between the rollers, the metal did not solidify at or in front of the point between the rollers, so that a dangerous leakage of the molten metal from the machine took place. As a result of the small pressure height of molten metal, a closed column of molten metal is always present behind the solidification zone in the device described enclosed, so that perfect metal is formed and continuously withdrawn.
If for any reason the solidification rate decreases, there is no pressure to cause the molten metal to leak out of the device.
In many earlier attempts to carry out the continuous casting of metal in the upward direction between rolls, substantial sections of the rolls have been immersed in the liquid metal, so that the temperature gradient between the rolls and the metal assumes an undesirably low value at the critical exit point of the metal, d. H. a condition that is unfavorable for continuous casting. The immersion of a substantial portion of a roller provided with internal cooling in molten metal also results in very high thermal stresses in the roller.
In the described embodiment of the method, only a small arcuate section of the roller surface is in heat-absorbing contact with the metal mentioned, so that the coolant circulating inside has enough time during the comparatively long movement of the roller surface after the metal has been released and during the return to the initial position to absorb all or the desired amount of heat from the roll surface. The greatest temperature gradient between the roll surface and the metal is therefore maintained.
The heat absorption capacity of the metal of the roller housing 13 can also be used to absorb the required heat from the molten metal, regardless of the liquid coolant that is located immediately behind the portion of the housing 13 that is with the molten metal for the purpose of absorbing heat Touch stands, d. H. the metal shell itself absorbs the heat from the molten metal to be cast and then transfers the heat to the coolant. As a result, the housing 13 can be quite thick as it is entirely supported by the core 14 so that the rollers can exert quite a strong working pressure against the metal.
As already mentioned, the quality of the product produced is improved by the action of a pressure prevailing between the rollers on the solidified metal, while at the same time there is a steady and uniform conveyance of the cast metal from and between the rollers.
The metal or other material used for the housing 13 depends on the metal to be cast. The material should not be wetted by the molten metal or set with the metal. It should also be resistant to heat shocks and should have good thermal conductivity properties. Copper, copper alloys, aluminum alloys, steel, iron or steel alloys and graphite are suitable, but do not exhaust the range of metals that can be used.
It is desirable that the rollers are as clean as possible and have a surface that is as uniform as possible in order to prevent seizing. It is useful to use a silicone release agent that is applied in a thin film for tempering. When casting aluminum, this film must finally be wiped off until it is replaced by a coating of aluminum oxide, which is created during the casting process. Then a thin film is applied again as a release agent and left on the rollers. Other non-carbon oils can also be used.
The range of metals to be cast with the device depends mainly on the material used in the ceramic nozzles, as it is essential that the nozzles withstand the temperature of the metal in its liquid state, be inert with respect to and of the metal Metal cannot be wetted.
For the continuous casting of aluminum, a satisfactory nozzle is made from diatomaceous earth, asbestos fibers and a binder. One such material is described in U.S. Patent No. 2,326,516. For use as nozzles, however, many other ceramic materials or materials similar to a ceramic mix material are suitable.
In tests with 2S aluminum, satisfactory operating conditions and products were obtained under the following conditions:
EMI0006.0001
Cast strips: <SEP> 6.35 <SEP> X <SEP> 609 <SEP> mm
<tb> Temperature <SEP> of the <SEP> metal, <SEP> the <SEP> is fed to the <SEP> nozzle <SEP> <SEP> is <SEP> 704 <SEP> C
<tb> Roller temperature <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> beyond <SEP> the <SEP> center line <SEP> A) <SEP> 71 <SEP> C
<tb> Strip temperature <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> above <SEP> center line <SEP> A) <SEP> 393 <SEP> C
<tb> Strip speed <SEP> (surface speed <SEP> of the <SEP> rollers) <SEP> 700 <SEP> mm / min
<tb> Height <SEP> of the <SEP> nozzle tip <SEP> 25 <SEP> mm <SEP> under <SEP> line <SEP> A
<tb> Head height <SEP> of the <SEP> liquid <SEP> metal <SEP> (B) <SEP> 12,
5 <SEP> mm <SEP> below <SEP> center line <SEP> A
<tb> Stripe thickness <SEP> 6.85 <SEP> mm
<tb> kg / minute <SEP> cast <SEP> strips <SEP> 8.00 <SEP> kg / min
<tb> Gussstrei <SEP> f <SEP> en: <SEP> 3.17 <SEP> X <SEP> 609 <SEP> mm
<tb> Temperature <SEP> of the <SEP> metal, <SEP> the <SEP> is fed to the <SEP> nozzle <SEP> <SEP> is <SEP> 704 <SEP> C
<tb> Roller temperature <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> beyond <SEP> the <SEP> center line <SEP> A) <SEP> 76.7 <SEP> C
<tb> Strip temperature <SEP> (152 <SEP> mm <SEP> above <SEP> the <SEP> center line <SEP> A) <SEP> 388 <SEP> C
<tb> Strip speed <SEP> (surface speed <SEP> of the <SEP> rollers) <SEP> 1422 <SEP> mm / min
<tb> Height <SEP> of the <SEP> nozzle tip <SEP> 22.2 <SEP> mm <SEP> below <SEP> center line <SEP> A
<tb> Head height <SEP> of the <SEP> liquid <SEP> metal <SEP> <I> (B) </I> <SEP> 9,
52 <SEP> mm <SEP> below the <SEP> center line <SEP> <I> A </I>
<tb> Stripe thickness <SEP> 4 <SEP> mm
<tb> kg / minute <SEP> cast <SEP> strips <SEP> 9.61 <SEP> kg / min
EMI0006.0002
<I> Physical <SEP> peculiarities </I>
<tb> Stripe thickness <SEP> of
<tb> In <SEP> longitudinal direction <SEP> 3.17 <SEP> mm <SEP> 6.35 <SEP> mm
<tb> Tensile strength <SEP> 1953-19l1 <SEP> kg / cm2 <SEP> 1862-1876
<tb> 1813-1792 <SEP> kg / em2 <SEP> 1722-1788 <SEP> kg / cm2
<tb> Elongation <SEP> 3.5 <SEP>% <SEP> 3.5 <SEP>% <SEP> 3 <SEP>% <SEP> 3.5 <SEP>%,
<tb> In <SEP> transverse direction
<tb> Tensile strength <SEP> 2065-2079 <SEP> kg / cm2 <SEP> 2030-2037 <SEP> kg / cm2
<tb> Yield strength <SEP> 1918-1946 <SEP> kg / cm2 <SEP> 1911-1890 <SEP> kg / cm2
<tb> elongation <SEP> 2.5% <SEP> 2,
5% <SEP> 2% <SEP> 2% In the above experiments, the strip produced was 609 mm wide and the rollers had a diameter of 305 mm. After brief tempering times, the product produced was uniform and free of blisters or pitting. While a specific aluminum alloy is cited as an example, this example is not to be regarded as a limitation, since favorable operating conditions for the continuous casting of other metals and alloys can easily be established.
The process for the continuous casting of metal is carried out in the following way: Molten metal is fed into a closed ceramic pipe that is completely insulated against air pollution and then flows upwards through a nozzle into a casting chamber at speeds below those speeds lie in which a vortex is generated. A planar inflow of the molten metal is thus maintained.
The molten metal is then brought into heat transfer contact with upwardly moving converging walls which form the opposing sides of the casting chamber. The surface speed of the converging walls is maintained approximately at the speed of the upward movement of the molten metal. The pressure level of the molten metal is within half of the vertical height of the casting chamber.
The heat transfer contact between the metal and the walls facing each other is maintained until the metal has completely solidified between the walls, whereupon the walls move away from one another in diverging paths and release the casting or the solidified metal.
The heat is dissipated from the moving walls, while the walls move in paths that lead back to the casting chamber, so that the walls are cooled when entering the zone defined by the casting chamber.
The extraction of heat from the molten metal takes place at a fairly large temperature gradient between the moving walls and the molten metal, where at least the size of the convergence of the moving walls, especially beyond the level at which complete solidification takes place is equal to the rate of heat contraction of the metal in order to maintain maximum heat transfer contact between the metal and the walls.