Verfahren zum vertikalen Stranggiessen von Nichteisenmetallen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum vertikalen Stranggiessen (Absenkgies- sen) von Nichteisenmetallen, vor allem von Alumi nium und Aluminiumlegierungen, unter Verwendung eines mit einer oder mehreren Zuflussdüsen als Ven- teil zusammenwirkenden Schwimmers im flüssigen Giesskopf zur automatischen Regelung der Metall zufuhr.
Insbesondere beim Stranggiessen von Walzbarren und Pressbolzen aus Aluminium oder Aluminiumle gierung bemühen sich die Fachleute, eine möglichst glatte Oberfläche und eine möglichst dünne Stengel- kristallschicht am Umfang des Stranges zu erhalten, wozu vor allem ein intensives Kühlen des entstehen den Stranges notwendig ist. Die Dicke der insbeson dere an Walzbarren durch spanabhebende Behand lung, z. B. durch Fräsen, zu entfernende Schicht (Randzone) und infolgedessen der Späneabfall sollen auf ein Mindestmass herabgesetzt werden.
Im Falle von Metall von sogenannter Eloxalqualität, d. h. das sich in Form von Blechen oder Profilen anodisch oxydieren lässt, ohne dass Streifen, Flecken und der gleichen während des Eloxierens zum Vorschein kommen, ist es ausserdem sehr erwünscht, dass beim Entfernen der Randzone der Bereich der Stengel- kristallzone nach einer möglichst wenig tiefgehenden Bearbeitung mit Sicherheit beseitigt ist.
Das Ziel kann z. B. durch eine hohe Giessge- schwindigkeit, d. h. durch eine hohe Absenkge- schwindigkeit des entstehenden Stranges, oder durch Giessen mit niedrigem Meniskus in der Kokille, d. h. mit niedriger Metallhöhe in dieser, erreicht werden.
Das Giessen mit hoher Absenkgeschwindigkeit führt leicht zum Reissen des Stranges, insbesondere wenn es sich um einen Walzbarren handelt. Diese Arbeitsweise ist daher nur begrenzt anwendbar, näm- lich bei Strängen verhältnismässig kleiner Quer schnittabmessungen, z. B. von Stangen oder Platten.
Beim Giessen mit niedrigem Meniskus dagegen besteht keine Reissgefahr, auch wenn es sich bei spielsweise um Aluminiumwalzbarren eines Quer schnitts von 800 X 150 mm und darüber handelt.
Wie Versuche gezeigt haben, stösst beim Absenk- giessen von Walzbarren mit einem Querschnitt von 800 X 150 mm und darüber sowie von Pressbolzen (Rundbarren) eines Durchmessers von 200 mm und darüber nach der üblichen Arbeitsweise das Einhal ten einer Meniskushöhe unter etwa 50 bis 60 mm auf grosse Schwierigkeiten, weil der Abstand zwi schen dem Schwimmer und Anfahrboden, der zu Beginn die Kokille unten verschliesst, zu klein ist und der Schwimmer in dem erstarrenden Metall ein zufrieren droht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Absenkgiessen unter Verwendung eines Ventil schwimmers im flüssigen Giesskopf beim Angiessen andere Giessbedingungen eingehalten werden müssen als beim Weitergiessen, wenn man z. B. bei Walz- barren eine möglichst glatte Oberfläche und eine nur dünne Randzone mit Stengelkristallen auf einfachem und sicherem Wege erhalten will.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim Anfahren die Zuführungs düse bzw. -düsen und der mit diesen zusammenwir kende Schwimmer so hoch über Kokillenunterkante eingestellt sind, dass die zugeführte Metallschmelze in der unten durch den Anfahrboden geschlossenen Kokille bis zu einer Höhe steigt, bei der ein Einfrieren des Schwimmers in der erstarrenden Metallschmelze nicht zu befürchten ist, und dass kurz nach Beginn des Absenkens des Anfahrbodens und des entstehen- den Metallstranges die Düse bzw.
Düsen auf eine um mehr als 10 mm niedrigere Höhe eingestellt wer den, was das Absenken des Schwimmers und des Meniskus auf die für das Weitergiessen gewünschte niedrigere Höhe bewirkt. Z. B. beim Stranggiessen von Aluminiumwalzbarren grossen Querschnitts kann ohne Schwierigkeit mit einer Meniskushöhe von 60 bis 80 mm angefahren und mit einer solchen von 25 bis 40 mm weitergegossen werden.
Bis jetzt betrug beim vertikalen Absenkgiessen von Aluminiumwalzbarren grossen Querschnitts die niedrigste Meniskushöhe etwa 50 bis 60 mm. Das Auslaufende der Zuführungsdüse bzw. der Zufüh rungsdüsen befand sich auf einer Höhe knapp dar über. Zu Beginn der Giessoperation wurde die Ko kille bis auf 50 bis 60 mm mit der Metallschmelze rasch gefüllt, bis der Schwimmer die Düse bzw. die Düsen schloss.
Sobald das Erstarren der Metall schmelze genügend fortgeschritten war, begann man mit dem Absenken des Anfahrbodens und infolge dessen des entstehenden Walzbarrens bei vorgese hener Geschwindigkeit; die Höhenlage der Düsen und infolgedessen des Meniskus wurde nicht geändert.
Bei einer Meniskushöhe von 50 bis 60 mm ist es aber nicht möglich, die optimale rasche Erstarrung zu er reichen; die Oberfläche weist Querrippen, Kalt- schweissstellen usw. auf, und die Randzone mit Sten- gelkristallen ist ziemlich dick, so dass es unter die sen Umständen praktisch nicht möglich ist, einen Aluminiumwalzbarren zu giessen, der sich ohne span abhebende Bearbeitung der Breitseiten einwandfrei verwalzen lässt.
Dank dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich auch Walzbarren und Pressbolzen aus Alumi nium und Aluminiumlegierung (z. B. aus AIMn und niedrig legiertem AlMg) mit glatter Oberfläche gies- sen, weil mit sehr tiefem Meniskus gearbeitet werden kann.
Die Aluminiumwalzbarren können zu Blechen von Eloxalqualität abgewalzt werden, da die Stengel- kristallzone dünn und gleichmässig auftritt und somit bei relativ geringer Frästiefe mit Sicherheit entfernt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Ver fahrens besteht darin, dass der Giesstemperaturbe- reich weiter gewählt werden kann als bisher, ohne dass Kaltschweissstellen oder dickere Stengelkristall- zonen auftreten. Bein Reinaluniinium kann man z. B. den Giesstemperaturbereich nach oben um etwa 10 C und nach unten um 10 bis 15 C erweitern, was einer Verdoppelung des Bereiches entspricht.
Auch bei AIMn und niedrig legiertem AlMg ist eine glattere Oberfläche infolge starker Verringerung des Aus schwitzens feststellbar.
Beim Stranggiessen von Walzbarren kann das er- findungsgemässe Verfahren durch ein solches Regu lieren des Kühlens der Schmalseiten und der Breit seiten ergänzt werden, dass ein nahezu rechteckiger Sumpf entsteht. Auf diese Weise ist die Dicke der Erstarrungskruste innerhalb der Kokille an den Breit seiten derjenigen an den Schmalseiten des Stranges weitgehend gleich, mit einer kleinen Abrundung an den Ecken.
Diese Verhältnisse sind durch Fig. 1 veranschau licht, die eine schematische Draufsicht auf eine Bar renkokille unter Weglassen der Zuführungsvorrich- tung darstellt. Mit 10 ist die Kokille bezeichnet und mit 11 der Rand des flüssigen Metallsumpfes knapp unter dem Metallspiegel beim konventionellen Strang giessen. Wie ersichtlich, erstarrt die Metallsclnnelze an den vier Ecken viel rascher als an der Mitte der Breit- und der Schmalseiten. Man spricht von kalt laufenden Ecken . Es entsteht dort ziemlich starker Kaltschweiss.
Die gestrichelte Linie 12 zeigt den Rand des Metallsumpfes beim erfindungsgemässen Verfah- ren unter Anpassung der Kühlung. Der Sumpf ist nahezu rechteckig, so dass die vier Barrenkanten gut auslaufen; eine vorzeitige Kaltschweissbildung an den Barrenschmalseiten wird verhindert, und der Me niskus kann auf etwa 35 mm von Kokillenunterseite abgesenkt werden, ohne dass die Schmelze z. B. in Barrenmitte durchzubrechen droht.
Am besten wird die Kühleinrichtung der Schmal seiten von derjenigen der Breitseiten getrennt ausge führt. Vorteilhafterweise wird das unterschiedliche Kühlen zusätzlich durch unterschiedliche Abstände und unterschiedliche Grösse der Spritzlöcher an den Breitseiten der Kokille unterstützt.
Die Figuren 2 bis 14 zeigen eine für die Aus führung des erfindungsgemässen Verfahrens gut be währte Vorrichtung sowie schematisch eine für das Mehrfachstranggiessen bestimmte Apparatur.
Fig.2 ist eine Ansicht der verstellbaren Metall- zuführungsvorrichtung, Fig. 3 eine Draufsicht, Fig. 4 ein Längsschnitt durch den Schwimmer nach der Linie<B><I>A -A</I></B> von Fig. 5 und Fig. 5 eine Draufsicht auf den Schwimmer;
Fig. 6, 7 und 8 stellen Einzelheiten der Hubvorrichtung in verschiedenen Stellungen dar, Fig.9 eine Draufsicht auf die Walzbarrenkokille, Fig. 10 einen Längsschnitt nach der Linie B-B von Fig. 9 und Fig. 11 einen Querschnitt längs der Linie C-C von Fig. 9.
Die Figuren 12 bis 14 zeigen sche matisch in Ansicht (teilweise im Schnitt) bzw. in Draufsicht eine Absenkvorrichtung für das Mehr- fachstranggiessen bzw. das Hydraulikschema.
Die Zuführungsvorrichtung 13 in den Figuren 2 und 3 ruht mittels des abgekröpften Balkens 14 und der Hubvorrichtung 15 auf den Schmalseiten 16 der Walzbarrenkokille 17. Die Schmalseiten 16 sind in den Figuren 2 und 10 im Schnitt dargestellt. Mit 18 sind die Breitseiten der Kokille bezeichnet. 20 ist der Anfahrboden, der mit dem Absenkkolben 21 verbun den ist. Die Innenmasse der Kokille nach dem Bei spiel betragen 1020 und 265 mm, so dass Walz- barren von ca. 1000X260 mm gegossen werden.
Die Innenwandung 19 ist hier glatt (kann aber auch vertikal gerieft sein) und hat eine Höhe von 115 mm.
Die eigentliche Metallzuführung besteht einer seits aus dem mit Kokillenschlichte innen überzoge nen Graugussbecher 22, der mittels der Zuflussrinne 23 mit der Giessmetallschmelze beschickt wird und zwei Ausflussdüsen 24 besitzt, und anderseits aus dem Schwimmer 25 mit erhabenen Stellen 26 (Prall tellern), die den Metallzufluss im Zusammenwirken mit den Düsen 24 regulieren und letztere verschlies- sen, wenn der Metallspiegel in der Kokille den fest gelegten Höchststand erreicht.
Beim Anfahren wird die Zuflussrinne 23 zweckmässigerweise horizontal angeordnet, damit sie nach dem Absenken des Giess- bechers 22 nicht zu steil zu liegen kommt.
Mit seinen Enden 27 ruht der Schwimmer auf den Tragwinkeln 28, die durch die Zwischenstücke 29 mit dem abgekröpften Balken 14 durch einen Schraubenbolzen 30 mit Mutter verbunden sind. Dank den Schlitzen 31 lassen sich die Zwischenele mente 29 und infolgedessen die Winkel 28 in der Höhe einstellen.
Die Konstruktion und die Wirkungsweise der Hubvorrichtung 15 lassen sich am besten anhand der Figuren 6, 7 und 8 erklären.
Durch Betätigung des Hebels 32 werden die Kur venscheiben (Exzenterscheiben) 33 in Umdrehung versetzt, wodurch über die Rollen 34, die Träger 35 und den Tisch 36 das Auflager 37 des abgekröpften Balkens 14 gehoben oder gesenkt wird. Die Hülsen 38, die mit dem Tisch 36 fest verbunden sind, und die Bolzen 39 dienen zur Führung des Tisches 36 und des Auflagers 37. Das Absenken der Zuführungs vorrichtung 13 muss selbstverständlich auf beiden Seiten gleichmässig erfolgen. Dies wird durch die Arretiervorrichtung 40 erreicht, die mit einer eine Art Skala bildenden Reihe von Löchern 41 zusam menwirkt.
Vor der Betätigung des Hebels 32 wird der Hebel 42 angedrückt, wodurch die Spitz-. des Bolzens 43 aus dem Loch 41 herausgezogen wird, in dem sie gerade sitzt. Nach Erreichen der ge wünschten Stellung wird der Hebel 42 losgelassen und die Spitze des Bolzens 43 wird unter dem Druck der Schraubenfeder 44 in das entsprechende Loch 41 eingeführt und der Hebel 32 dadurch arretiert.
Bei der in den Figuren 2, 3, 9 bis 11 dargestellten Kokille bestehen die Breitseiten 18 aus einem strang- gepressten Hohlprofil aus AlMgSi; das Kühlwasser wird durch die Anschlüsse 45 dem Hohlraum 46 zu geführt und verlässt diesen durch die Bohrungen 47, die das Kühlwasser gegen die Breitseiten des austre tenden Stranges spritzen. Durch den beidseitigen Wasseranschluss wird in der Mitte ein Stau erzeugt, was einen Druckanstieg und somit eine stärkere Küh lung in der Mitte zur Folge hat. Ausserdem sind an beiden Enden der Hohlprofile 18 gegen die Schmal seiten hin auf 21/2 /o der Länge der Breitseiten keine Bohrungen angebracht.
Die ersten Bohrungen gegen die Mitte hin haben auf beidseits 8 % der Hohlprofil- länge einen Durchmesser von 2 mm, die übrigen Boh rungen (im mittleren Teil des Hohlprofils) einen sol chen von 2,5 mm. Die Schmalseiten 16 der Kokille sind als L-Profile ausgebildet und aus AlMgSi 5 ge gossen. Sie werden durch die Spritzrohre 48 gekühlt.
Diese weisen zwei Reihen von Spritzlöchern auf, die so angeordnet sind, dass das Kühlwasser einerseits an das L-Profil (indirekte Kühlung), anderseits knapp unterhalb des Kokillenrandes an den austretenden Walzbarren (direkte Kühlung) gespritzt wird. Das Kühlwasser wird durch den Anschluss 49 zugeleitet. Ein Ventil 50 ermöglicht die Regelung der Kühl wasserzufuhr.
Die Kokillenschmal- und Breitseiten sind mit einander verschraubt und verstiftet. Die Innenseiten 19 sind glatt bearbeitet. 51 sind Befestigungslappen.
Der Schwimmer nach den Figuren 4 und 5 ist so ausgebildet, dass der Metallaustritt horizontal gegen die Schmalseiten erfolgt. Er besteht aus 1,5 mm star kem Schwarzblech und ist mit Kokillenschlichte üb--r- zogen.
Vor Beginn des Giessens mit der in den Figuren 2 bis 11 dargestellten Apparatur werden der Giess- becher 22 und die Giessrinne 23 ausgebaut und d:r Schwimmer 25 durch Verschieben der Tragwinkel 28 auf den zum Angiessen notwendigen Abstand zwischen den Giessdüsen 24 und den Pralltellern 25 einreguliert. Die Hubvorrichtungen 15 werden mittels Exzenterscheiben 33 in Hochstellung gebracht. Wie schon erwähnt, muss das Angiessen zwecks Verhin derung eines Einfrierens des Schwimmers in der Nähc des Kokillenbodens bei hohem Meniskus erfolgen.
Sobald sich der Schwimmer von den Tragwinkeln 28 gelöst hat und somit frei spielt, können Anfahrkopf 20 und Absenkkolben 21 abgesenkt werden. Nach dem der Walzbarren um etwa 5 cm ausetreten ist, kann die Zuführungsvorrichtung 13 (die aus dem Giessbecher 22 und dem Schwimmer 25 besteht) lang sam abgesenkt werden, bis die gewünschte Meniskus höhe für dasWeitergiessen erreicht ist. DieAbsenkung muss gleichmässig erfolgen, was mit Hilfe der Loch skala 41 leicht durchführbar ist. Ist der gewünschte Meniskus erreicht, wird der Hebel 32 arretiert.
Bei Giessende muss die Reguliervorrichtung wie der gehoben werden, damit sie nicht einfrieren kann. Das geschieht in einem Zug mit Hilfe der Hebel 32, die das Ausheben des Schwimmers aus dem flüssigen Giesskopf ermöglichen. Durch das Anheben wird die in der Rinne 23 verbleibende Restschmelze in den Ofen oder den Tiegel zurückgeführt.
Beim Mehrfachstrang giessen hat die in den Fi guren 2 und 3 dargestellte Apparatur den Nachteil, dass man an vier, sechs oder mehr Stellen regulieren muss. Dieser Nachteil wird durch Verwendung der Reguliervorrichtung nach den Fig. 12 bis 14 vermie den. Diese wird unmittelbar auf den Rahmen 52 der Stranggiessmaschine aufgesetzt. Die verschiedenen Metallzuführungsvorrichtungen 13 ruhen auf einem einzigen Regulierrahmen 53 aus Winkeleisen, der mit Hilfe von vier hydraulisch betätigten Kolben 54., die in Zylindern 55 laufen, gehoben und gesenkt wird. Der Hub beträgt beispielsweise 100 mm.
Mittels einer Pumpe 65 (eine Handpumpe genügt) werden über ein Gleichlaufventil 57 die Kolben 54 synchron ge hoben. Das Absenken erfolgt durch die Belastung der Kolben 54 und das Steuern des ölrücklaufs in das ölreservoir 58 durch das Reulierventil 59. Der Re- Z, gulierrahmen 53 kann auf diese Weise von einem einzigen Ort gesteuert und in jeder beliebigen Höhe fixiert werden.
Es sind selbstverständlich noch andere Vorrich tungen zum Absenken der Metallzuführung und in folgedessen des Meniskus beim Anfahren möglich. Auch kann die Kokille anders gebaut sein als im be schriebenen Beispiel.
Üblicherweise wird der Strang in Wasser abge senkt, wobei der Wasserspiegel bis etwa 10 cm an die Kokillenunterkante herangeführt sein kann. Es kom men selbstverständlich andere Kühlmittel als Wasser in Frage. Ausserdem lässt sich zerstäubtes Wasser für die direkte Kühlung des Stranges benützen.