Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Metallen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stranggiessverfahren von Metallen, bei dem das Giessgut unter Verwendung von gegenüber der zu stranggiessenden Schmelze nicht beständigen, rohrförmigen Graphit Stranggiess-Formen aus einem Vorratsgefäss für das Giessgut abgezogen wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das zuerst von Siegfried Junghans mit Erfolg in die Technik eingeführte Stranggiessverfahren arbeitet mit metallischen Kokillen, in die das Giessgut in freiem Strahl fortlaufend eingegossen wird. Die American Smelting and Refining Company hat das Verfahren unter Verwendung von Graphitkokilien dahin abgewandelt, dass das Giessgut direkt aus einem Warmhalteofen abgezogen wird, ohne mit der Luft in Berührung zu kommen, wodurch eine Oxydation des Metalls weitgehend vermieden wird und geringere Abmessungen gegossen werden können als nach dem Junghans-Verfahren.
Jedoch konnte man bisher nur solche Metalle mit gutem Erfolg giessen, die die Graphitformen nicht oder nur ganz schwach angreifen, unabhängig davon, ob der Angriff chemisch durch im Metall gelöste Metailoide.
wie z. B. Sauerstoff, oder suspendierte Metallverbindungen, wie z. B. Oxyde, oder physikalisch durch Auflösung des Graphits in dem flüssigen Metall geschieht.
Solche aggressiven Metalle weiten die Oraphitforin oberhalb und innerhalb der Erstarrungszone mehr oder weniger schnell auf, wodurch sich in der Erstarrungszone ein Pfropfen aus Metall bildet, der durch den nicht aufgeweiteten Teil der Graphitform unterhalb der Er staruungszone nicht mehr durchgezogen werden kann und dadurch den Strang zum Abreissen bringt.
Dieser überstand wird durch das Verfahren nach der Erfindung vermieden. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch laufendes Vorschieben eines die Stranggiessform bildenden Graphitrohres während des Stranggiessens im Gegensinne des Austretens des Stranges und Nachschieben eines Graphitrohres oder im diskontinuierlichen Verfahren Erneuern des Graphitrohres nach dem Stranggiessen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Im folgenden werden bevorzugte Aus±ührungsfor- men des erfindungsgemässen Verfahrens und Voirichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter laufender Erneuerung der Graphit Stranggiess-Form unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnunge zeigen:
Abb. 1 das Prinzip einer bevorzugten Ausführungsform und eine Vorrichtung zum Erneuern der Graphitform während des Betriebes gemäss der Erfindung,
Abb. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Abb. 1 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im kontinuierlichen Betrieb.
Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 ist im Boden des Tiegels 1 im Warmhalteofen, der auf dem Untersatz 2 steht, ein Graphitstopfen 3 mit seinem oberen konischen Teil eingekittet. In seinem unteren mit Gewinde versehenen Teil ist er in eine Kupferhülse 4 eingeschraubt, die ihrerseits wasserdicht in den Kühlmantel 5 eingelötet ist. Zur Wärmeisolation ist der (glühende) Tiegel 1 gegen den (kalten) Kühlmantel 5 mittels einer Einlage 6 aus Asbest oder einem ähnlichen feuerfesten Isoliermittel abgeschirmt.
In den Kühlmantel 5 wird durch die Rohre 7 und 8 Kühlwasser zu- bzw. aus ihm abgeleitet.
In dem Graphitstopfen 3 und der Kupferhülse 4 sitzt ein in ihr gleitendes Graphitrohr 9. Da Graphit besser auf Kupfer als wiederum auf Graphit gleitet, wird der Sitz für das Graphitrohr soweit wie möglich aus Kupfer hergestellt und nur der der Hitze ausgesetzte Stopfen 3 aus Graphit. Statt aus Graphit kann der Stopfen 3 auch aus einem keramischen feuerfesten Stoff hergestellt werden. Es ist vorteilhaft, den Graphitstopfen 3 aussen mit einem keramischen Schutzrohr zu umgeben, um ihn vor dem Verbrennen zu schützen.
Während der in dem Graphitrohr 9 aus dem in dem Tiegel stehenden flüssigen Metall in der Erstarrungs zone kurz oberhalb des Kühlmantels 5 sich bildende Metallstrang 10 mittels der Abziehwalzen 11 nach unten abgezogen wird, wird gleichzeitig das Graphitrohr 9 mittels des Gewinderohres 12 nach oben P schoben. Die Aufwärtsbewegung des Gewinderohres 12 wird mit Hilfe einer auf der Längsachse angeordneten drehbaren Mutter 13 bewerkstelligt, die ihrerseits von einem Getriebemotor 14 langsam gedreht wird. Das Gewinderohr kann auch auf andere Weise, so z. B.
durch seitlich angreifende Zahnräder, nach oben geschoben werden.
Der Metallstrang 10 wird kontinuierlich oder in an sich bekannter Weise schrittweise abgezogen, wobei - wie üblich - die Länge der Schritte und die Dauer der Pausen entweder elektrisch, z. B. mit Hilfe einer von einer Schaltuhr gesteuerten Magnetkupplung, oder mechanisch, z. B. mit Hilfe eines Pendelbetriebes (Exzenter mit Freilauf im Rückwärtsgang) gesteuert werden. Statt eines Walzenpaares kann man zum Abziehen des Stranges auch andere bekannte Vorrichtungen benutzen, z. B. auf einem pneumatisch oder hydraulisch hin und her bewegten Schlitten sitzende pneumatisch oder hydraulisch betätigte Backen.
Anstelle des Gewinderohres 12 nebst der von dem Getriebemotor 14 angetriebenen Mutter 13 kann auch eine hohle Zahnstange verwendet werden, welche von einem entsprechenden Getriebemotor über ein Ritzel bewegt wird. Statt des elektrischen Antriebes beim Schieben des Graphitrohres 9 kann auch ein pneuma- tischer oder ein hydraulischer Antrieb benutzt werden.
Dabei wird anstelle des Gewinderohres 12 ein glattes Rohr verwendet, welches in den pneumatischen oder hydraulischen Kolben eingesetzt wird.
Von diesen Möglichkeiten macht man zweckmässi- gerweise Gebrauch, wenn der Metallstrang 10 einen nicht kreisförmigen Querschnitt haben soll.
Bei allen Konstruktionen sollte für eine ausreichende Kühlung gesorgt werden, damit die beweglichen Teile nicht durch die Hitze, die von dem glühenden Strang abstrahlt, beschädigt werden.
Anstelle eines Tiegelofens, der mit Gas oder Öl gefeuert oder durch elektrische Widerstände beheizt wird, kann auch ein Wannen ofen als Warmhalteofen dienen, der vorzugsweise elektrisch beheizt wird, und zwar induktiv oder durch Widerstand, z. B. einen stromdurchflossenen Graphitstab. In diesem Fall wird der Graphitstopfen 3 statt in den Boden des Tiegels 1 in den Boden der Schmelzwanne eingesetzt. Eine we sentliche Änderung der übrigen Anordnung ergibt sich dadurch nicht. Bei der in der Abb. 1 dargestellten Anordnung kann das Graphitrohr 9 nur so lange nach oben geschoben werden, bis das Gewinderohr 12 an die Kupferhülse 4 anschlägt. Während der Erneuerung des Rohres muss das Stranggiessen unterbrochen werden.
Wie weiter unten noch näher ausgeführt wird, genügt die Anordnung nach Abb. 1 in vielen Fällen, zumal man durch entsprechende Wahl der Länge des Gewinderohres 12, des Abstandes zwischen der Getriebemutter 13 und der Kupferhülse 4 sowie der Länge des Graphitrohres 9 einen gewissen Spielraum für die Strecke, über die sich das Graphitrohr 9 schieben lässt, hat. Immerhin lässt sich auf diese Weise nur ein diskontinuierlicher Betrieb erreichen.
Für einen kontinuierlichen Betrieb über Tage, Wochen oder sogar Monate eignet sich besonders eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wie sie in der Abb. 2 im Prinzip dargestellt ist. Sinn einer solchen Ausführungsform ist es, eine Möglich keit zu schaffen, um ein neues Graphitrohr 15 hinter das verbrauchte Graphitrohr 9 einzusetzen, ohne dass das Abziehen des Metallstranges 10 unterbrochen wird.
Das wird dadurch erreicht, dass unterhalb der Abziehwalzen 11 noch weitere Abziehwalzen 16 und gegebenenfalls 17 angeordnet werden. Die Abziehwalzen 11 und 16 sind mit Ansteilvorrichtungen 18 und 19 ausgestattet, welche ein rasches Öffnen und Schliessen der Walzen gestatten; diese werden zweckmässig hydraulisch, pneumatisch oder mittels Motor betätigt. Der Abstand der beiden Abziehwalzen 11 und 16 von einander wird so bemessen, dass' zwischen ihnen das neue Grpahitrohr 15 samt dem Gewinderohr 12 Platz hat.
Das Einführen des neuen Graphitrohres 15 geht in folgender Weise vor sich: Sobald das Gewinderohr 12 den Anschlag an der Kupferhülse 4 erreicht hat, wird die Bewegung der Mutter 13 mittels des Getriebemotors von langsamem Aufwärtsgang auf schnellen Abwärtsgang umgeschaltet. Um die erforderlichen gro ssen Unterschiede in der Geschwindigkeit zu erzielen, kann man statt mit nur einem Getriebemotor 14 auch mit zwei Motoren arbeiten, die z. B. an die Spindel eines Getriebes, welches die Mutter 13 antreibt, wechselweise rechts und links angeflanscht werden können.
Der Motor für Iden Aufwärtsgang ist ein langsam laufender Getriebemotor, der für den Abwärtsgang ein schnellaufender normaler. Aber auch durch nur zeitweises Einschalten des Getriebemotors für den Aufwärtsgang mit Hilfe einer Schaltuhr kann man die Geschwindigkeit des Aufwärtsganges in weiten Grenzen variierten. Das alles spielt bei dem weiter unten zu besprechenden Verfahren zum Stranggiessen gemäss der vorliegenden Erfindung eine Rolle.
Hier soll zunächst nur von dem Abwärtsgang die Rede sein. Das Gewinderohr 12 wird im schnellen Abwärtsgang so lange nach unten bewegt, bis es in freiem Fall aus der Mutter 13 herausfällt. Hierbei wird es oberhalb der Abziehwalzen 11 von einem Paar Federn 20 aufgefangen. Diese Federn 20 sind mit den Kontakten einer Schaltuhr verbunden, die durch den Aufprall eingeschaltet wird und nun nacheinander folgende Schaltvorgänge auslöst:
1. Die Anstellvorrichtung 19 schliesst die Abziehwalzen 16.
2. Die Abziehwalzen 16 werden eingeschaltet und übernehmen das Abziehen des Metalistranges 10.
3. Die Abziehwalzen 11 werden ausgeschaltet.
4. Die Anstellvorrichtung 18 öffnet die Abziehwalzen 11, wodurch gleichzeitig die Federn 20 so weit auseinandergehen, dass das Gewinderohr 12 weiterfallen gann.
Bei diesem Fall wird das Gewinderohr 12 nunmehr wiederum von einem Paar Federn 21 aufgefangen, die ihrerseits nacheinander folgende Schaltvorgänge auslösen:
5. Die Anstellvorrichtung 18 schliesst die Abziehwalzen 11.
6. Die Abziehwalzen 11 werden eingeschaltet und übernehmen das Abziehen des Metalistranges 10.
7. Die Abziehwalzen 16 werden ausgeschaltet.
8. Die Anstellvorrichtung 19 öffnet die Abziehwal zen 16, wodurch gleichzeitig die Federn 21 so weit auseinandergehen, dass das Gewinderohr 12 nochmals weiter fallen kann.
Bei diesem Fall wird das Gewinderohr 12 von einem Paar Federn 22 aufgefangen, die jedoch im Ge gensatz zu den beiden oberen Paaren keinen Schaltvorgang auslösen. Vielmehr kann nun der Metallstrang 10 oberhalb des Gewinderohres 12, aber unterhalb der Abziehwalzen 16, z.B. mit einer Säge, einer Schere oder einer Trennscheibe abgeschnitten werden. Der Abstand zwischen dem oberen Ende des Gewinderohres
12 und den Abziehwalzen 16 wird so gross bemessen, dass der vorrückende Metallstrang 10 abgeschnitten werden kann, bevor die Schnittstelle in das Gewinderohr 12 eintaucht.
Wenn man den Metallstrang 10 lediglich in gerade Stangen abzuschneiden wünscht, so wird das abgeschnittene Ende nach beendetem Schnitt durch das Gewinderohr 12 nach unten fallen und es so ermöglichen, das Gewinderohr 12 wegzunehmen, ein neues Graphitrohr 15 über den Idurch die geöffneten Al > ziehwalzen 16 weiter nachrückenden Metallstrang 10 überzustreifen, alsdann das Gewinderohr 12 nachzusetzen und ebenfalls über den Metallstrang 10 überzustreifen.
Dieses Vorgehen ist nicht ohne weiteres möglich, wenn der Metallstrang 10 nich in gerade Stangen geschnitten, sondern zu einem Ring aufgerollt werden soll. In diesem Fall kann man unterhalb der Auffangfedern 22 noch ein Idrittes Paar Abziehwalzen 17 anordnen, welches den abgeschnittenen Metallstrang 10 mit erhöhter Geschwindigkeit abzieht und mit Hilfe der Einrolivorrichtung 23 einrollt und auf den Stapel 24 fallen lässt. So wird der Platz zwischen den Abziehwalzen 16 und den Auffangledern 22 freigemacht, um nun in gleicher Weise wie oben beschrieben ein neues Graphitrohr 15 und das Gewinderohr 12 über den langsam nachrückenden Metallstrang 10 überstreifen zu können. Der abgeschnittene Metallstrang kann aber auch seitlich weggerückt werden.
Das neue Graphitrohr 15 nebst dem Gewinderohr 12 wird nun in folgender Weise wieder nach oben gerückt, damit das neue Graphitrohr 15 den Anschluss an das alte Graphitrohr 9 findet: Das Gewinderohr 12 mit dem darüber stehenden Graphitrohr 15 wird durch die geöffneten Abziehwalzen 16 bis oberhalb der Federn 21 gehoben. Dann werden die Abziebwalzen 16 mittels der Anstellvorrichtung 19 geschlossen und übernehmen nun das Abziehen des Metallstranges 10.
Nun können die Abziehwalzen 11 mittels der Anstellvorrichtung 18 geöffnet und das IGraphitrohr 15 nebst dem Gewinderohr 12 hindurchgeschoben werden, bis das Gewinderohr 12 von der Mutter 13 erfasst wird, weiche nun die weitere Aufwärtsbewegung in dem gewünschten langsamen Tempo übernimmt.
Das afte Graphitrohr 9 und das neue Graphitrohr 15 stossen stumpf aneinander. Ist die Nahtstelle sauber planparallel gedreht, dann ist es im lalllgemeinlen nicht notwendig, sie durch einen Kitt zu verbinden. Vielmehr hat es sich gezeigt, dass die vorrückende Stossstelle in den meisten Fällen rauch so die Erstarrungszone des Metallstranges ohne irgendwelche Anstände durchläuft.
Damit das Graphitrohr 9 in der Zeit, während es nicht mehr von dem Gewinderohr 12 abgestützt wird, nicht von dem nach unten gleitenden Metalistrang 10 mitgeführt wird, wird es zweckmässig während des Einführens des neuen Graphitrohres 15 durch eine Sperre 25 in seiner Lage festgehalten.
In der beschriebenen Weise kann ein neues Graphitrohr nach dem anderen eingeschoben werden, ohne dass das Abziehen des Metallstranges unterbrochen wird.
Dadurch ist ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet.
Das Wesen der Erfindung wird nicht geändert, wenn man das vorstehend für eine vertikale Anlage be schriebene Prinzip unter entsprechenden Abwandlungen auf eine horizontalt Anlage anwendet.
Wie schon oben erwähnt, dient die Vorrichtung nach Abb. 1 vorzugsweise für einen diskontinuierlichen Betrieb, die nach Abb. 2 für einen kontinuierlichen.
Die Grenze zwischen beiden Betriebsformen ist nicht scharf, denn der eine Betriebsmann wird ein ununterbrochenes Giessen über 5 Tage und Nächte bereits als kontinuierlich bezeichnen, der andere noch als diskontinuierlich. Beim diskontinuierlichen Arbeiten lässt man den Warmhalteofen leer laufen, um das Stranggiessen zu unterbrechen. Das hat zur Folge, dass die noch glühende Graphitform innen mit der Luft in Berührung kommt und durch die eintretende Verbrennung so weit zerstört wird, dass man sie nicht wieder benutzen kann. Die Erneuerung kostet einen erheblichen Aufwand an Zeit und Geld.
Hier bietet die Vorrichtung nach Abb. 1 einen wesentlichen Vorteil. Es ist lediglich notwendig, das Graphitrohr 9 vor dem erneuten Anfahren der Anlage mit Hilfe des Gewinderohres 12 ein Stück nach oben zu schieben, um das durch die Verbrennung beschädigte Stüak durch ein unversehrtes zu ersetzen. Damit das auf diese Weise über den Graphitstopfen 3 heraustretende Ende des Graphitrohres 9 nicht zu hoch in die darüber stehende Metallschmelze eintaucht und dadurch den Zufluss des Metalls womöglich abschneidet, ist es zweckmässig, das Graphitrohr 9 in passende Längen zu unterteilen. Man lässt diese - wie beschrieben stumpf aneinanderstossen; sobald ein Teilstück nun den Graphitstopfen 3 verlassen hat, wird es obenauf sohwimmen und so der Schmelze den Weg freigeben.
In Ider Zeit während des Stillstandes der Anlage kann man das Gewinderohr 12 herausschrauben und das benötigte Teilstück des Graphitrohres 9 nachsetzen. Im übrigen braucht man das Graphitrohr 9 während des Betriebes nicht aufwärts zu schieben, wenn man ein Metall vergiesst, das die Graphitform nicht oder nur ganz schwach angreift. Solche Metalle sind z. B. Zinnbronze, Messing und Neusilber.
Anders werden die Verhältnisse, wenn man stark angreifende Metalle vergiessen will oder rauch, wenn man mit schwach angreifenden einen länger dauernden Betrieb erreichen will. In diesen Fällen muss man das Graphitrohr während des Betriebes aufwärts schieben und auf diese Weise stetig erneuern.
Die Geschwindigkeit des Schiebens richtet sich hierbei nach der Stärke des Angriffs. Wird ein schwach angreifendes Metall, wie z. B. Messing oder Neusilber vergossen, so braucht man nur ganz langsam oder schrittweise in grösseren Zeitabständen zu schieben.
Wird jedoch stark angreifendes Metall, wie z. B. eine Nickel- oder Eisenlegierung vergossen, sir muss man entsprechend schneller schieben. Die erforderliche Mindestgeschwindigkeit hält sich jedoch überraschenderweise in durchaus erträglichen Grenzen. Denn es hat sich gezeigt, dass das flüssige Metall in dem oberen Ende des Graphitrohres bei dem langsamen Abziehen des Stranges rein laminar strömt. Dadurch bildet sich an dre Grenze zwischen dem Graphit und dem flüssigen Metall eine dünne Grenzschicht, in der das Metall mit dem Graphit chemisch und physikalisch im Gleiche wicht steht.
Da diese Grenzschicht bei laminarer Strömung nicht mit dem übrigen Metall vermischt wird, schliesst sich die Hauptmasse des flüssigen Metalls gegen die Einwirkung des Graphits ab, diese kommt infolgedessen nicht ins Gleichgewicht und kann daher den Graphit nicht angreifen.
Als Beispiel sei angeführt, dass beim Vergiessen einer Kupfer-Nickel-Legierung mit 55 % Kupfer und 45 , Nickel zu einem Strang von etwa 20 mm °) bei eier Temperatur von 1400n C im Wärmehalteofen und bei einer Giessgeschwindigkeit von 25 bis 50 kg/Stunde, insbesondere 40 kg/Stunde, eine Schiebegeschwindigkeit von etwa 15 mm/Stunde ausreicht, um einen einwandfrei verarbeitbaren Strang im Dauerbetrieb zu erhalten. Das bedeutet, dass pro Tag nur eine Länge von 360 mm des Graphitrohres nachgeschoben zu werden braucht. Der erhaltene Strang hat dabei nur etwa 0,03 % Kohlenstoff aufgenommen, obwohl die Legie rung bei 14000 C nicht weniger als 0,5 S Kohlenstoff in Lösung aufzunehmen vermag.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Stranggiessen von Metallen, bei dem das Giessgut unter Verwendung von gegenüber der zu stran ggiessenden Schmelze nicht beständigen, rohrförmigen Graphit-Stranggiess-Formen aus einem Vorratsgefäss für das Giessgut abgezogen wird, gekennzeichnet durch laufendes Vorschieben eines die Stranggiessform bildenden Graphitrohres während des Strang,giessens im Gegensinne des Austretens des Stranges und Nachschieben eines Graphitrohres oder im diskontinuierlichen Verfahren Erneuern des Graphitrohres nach dem Stranggiessen.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Graphitrohr nach dem Stranggiessen erneuert wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verbrauch des die Stranggiess- form bildenden Graphitrohres während des Stranggiessens ein neues Graphitrohr nachgeschoben wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Vorschiebens des Graphitrohres je nach der Aggressivität der Metallschmelze mindestens so hoch bemessen wird, dass in der Erstarrungszone des Metallstranges keine zum Abreissen des Metallstranges führende Aufweitung des Graphitrohres eintritt.
4. Verfahren zum Stranggiessen gemäss Unteranspruch 3, gekennzeichnet durch ein Verhältnis der Giessgeschwindigkeit zur Vorschiebegeschwindigkeit bei einem Strangdurchmesser von etwa 20 mm im Bereich von etwa 25-50 kg/Stunde zu etwa 15 mm pro Stunde bei einer Kupfer-Nickel-Legierung 55/45.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein in einem Graphitstopfen (3) und einer Kupferhülse (4) gleitbar geführtes entgegen der Fliessrichtung des von Abziehwalzen (11) oder einer pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Vorrichtung abgezogenen Metalistranges (10) mit einer einstellbaren Geschwindigkeit schiebbares Graphitrohr (9).
UNTERANSPRÜCHE
5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphitrohr von einer in Längsrichtung des Metallstranges bewegbaren Stütze (12) gehalten wird.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 5, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von zum Abziehen des Metallstranges ein- und ausrückbaren Abziehwalzenpaaren (11, 16 und gegebenenfalls 17) vor und hinter dem das Graphitrohr (9) ersetzenden Graphitrohr (15).
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Method and device for the continuous casting of metals
The invention relates to a continuous casting process for metals in which the cast material is withdrawn from a storage vessel for the cast material using tubular graphite continuous casting molds that are not resistant to the melt to be continuously cast, and to a device for carrying out this process.
The continuous casting process, first successfully introduced into the technology by Siegfried Junghans, works with metallic molds into which the cast material is continuously poured in a free jet. The American Smelting and Refining Company has modified the process using graphite molds so that the cast material is withdrawn directly from a holding furnace without coming into contact with the air, as a result of which oxidation of the metal is largely avoided and smaller dimensions can be cast according to the Junghans process.
However, up to now it has only been possible to successfully cast metals that do not attack the graphite forms or only slightly attack them, regardless of whether the attack is chemically caused by metaloids dissolved in the metal.
such as B. oxygen, or suspended metal compounds, such as. B. Oxides, or happens physically by dissolving the graphite in the liquid metal.
Such aggressive metals expand the oraphitforin above and within the solidification zone more or less quickly, as a result of which a plug of metal forms in the solidification zone, which can no longer be pulled through the non-expanded part of the graphite form below the he staruungszone and thereby the strand to Tear off brings.
This overhang is avoided by the method according to the invention. The method is characterized by continuously advancing a graphite tube forming the continuous casting mold during continuous casting in the opposite direction to the exit of the strand and pushing in a graphite tube or, in the discontinuous process, renewing the graphite tube after continuous casting.
The invention also relates to a device for carrying out the method.
In the following, preferred embodiments of the method according to the invention and devices for carrying out the method according to the invention with ongoing renewal of the graphite continuous casting mold are explained with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 shows the principle of a preferred embodiment and a device for renewing the graphite shape during operation according to the invention,
FIG. 2 shows a modification of the embodiment according to FIG. 1 for carrying out the method according to the invention in continuous operation.
In the embodiment according to Fig. 1, a graphite stopper 3 is cemented with its upper conical part in the bottom of the crucible 1 in the holding furnace, which stands on the base 2. In its lower threaded part, it is screwed into a copper sleeve 4, which in turn is soldered into the cooling jacket 5 in a watertight manner. For heat insulation, the (glowing) crucible 1 is shielded from the (cold) cooling jacket 5 by means of an insert 6 made of asbestos or a similar refractory insulating material.
In the cooling jacket 5 cooling water is supplied to and discharged from it through the pipes 7 and 8.
In the graphite plug 3 and the copper sleeve 4 sits a graphite tube 9 sliding in it. Since graphite slides better on copper than again on graphite, the seat for the graphite tube is made of copper as much as possible and only the plug 3 exposed to the heat is made of graphite. Instead of graphite, the plug 3 can also be made of a ceramic refractory material. It is advantageous to surround the graphite plug 3 on the outside with a ceramic protective tube in order to protect it from burning.
While the metal strand 10 forming in the graphite tube 9 from the liquid metal in the crucible in the solidification zone just above the cooling jacket 5 is drawn down by means of the draw-off rollers 11, the graphite tube 9 is simultaneously pushed upwards P by means of the threaded tube 12. The upward movement of the threaded tube 12 is brought about with the aid of a rotatable nut 13 arranged on the longitudinal axis, which in turn is slowly rotated by a gear motor 14. The threaded pipe can also be used in other ways, e.g. B.
be pushed up by laterally engaging gears.
The metal strand 10 is withdrawn continuously or gradually in a manner known per se, with - as usual - the length of the steps and the duration of the pauses either electrically, e.g. B. with the help of a magnetic coupling controlled by a timer, or mechanically, e.g. B. can be controlled with the help of a pendulum mode (eccentric with freewheel in reverse). Instead of a pair of rollers, other known devices can also be used to pull off the strand, e.g. B. pneumatically or hydraulically operated jaws seated on a pneumatically or hydraulically reciprocating slide.
Instead of the threaded tube 12 together with the nut 13 driven by the gear motor 14, a hollow toothed rack can also be used, which is moved by a corresponding gear motor via a pinion. Instead of the electric drive when the graphite tube 9 is pushed, a pneumatic or hydraulic drive can also be used.
Instead of the threaded tube 12, a smooth tube is used, which is inserted into the pneumatic or hydraulic piston.
These possibilities are expediently used if the metal strand 10 is to have a non-circular cross-section.
In all constructions, adequate cooling should be ensured so that the moving parts are not damaged by the heat radiated from the glowing strand.
Instead of a crucible furnace that is fired with gas or oil or heated by electrical resistances, a tub furnace can also serve as a holding furnace, which is preferably electrically heated, inductively or by resistance, e.g. B. a current-carrying graphite rod. In this case, the graphite plug 3 is inserted into the bottom of the melting tank instead of the bottom of the crucible 1. This does not result in any significant change in the rest of the arrangement. In the arrangement shown in FIG. 1, the graphite tube 9 can only be pushed upward until the threaded tube 12 strikes the copper sleeve 4. Continuous casting must be interrupted while the pipe is being renewed.
As will be explained in more detail below, the arrangement according to Fig. 1 is sufficient in many cases, especially since by choosing the length of the threaded tube 12, the distance between the gear nut 13 and the copper sleeve 4 and the length of the graphite tube 9, a certain margin for the distance over which the graphite tube 9 can be pushed has. After all, only discontinuous operation can be achieved in this way.
An embodiment of the device according to the invention, as shown in principle in FIG. 2, is particularly suitable for continuous operation over days, weeks or even months. The purpose of such an embodiment is to create a possibility to insert a new graphite tube 15 behind the used graphite tube 9 without the removal of the metal strand 10 being interrupted.
This is achieved in that further take-off rollers 16 and optionally 17 are arranged below the take-off rollers 11. The peeling rollers 11 and 16 are equipped with pitching devices 18 and 19 which allow the rollers to be opened and closed quickly; these are conveniently operated hydraulically, pneumatically or by means of a motor. The distance between the two peeling rollers 11 and 16 from one another is dimensioned so that the new large pipe 15 together with the threaded pipe 12 has space between them.
The introduction of the new graphite tube 15 proceeds as follows: As soon as the threaded tube 12 has reached the stop on the copper sleeve 4, the movement of the nut 13 is switched from slow upward gear to fast downward gear by means of the geared motor. In order to achieve the necessary large differences in speed, you can work with two motors instead of just one gear motor 14, which z. B. to the spindle of a transmission which drives the nut 13, can be flanged alternately on the right and left.
The motor for the up gear is a slow running gear motor, the one for the down gear is a high speed normal one. But also by only occasionally switching on the gear motor for the upward gear with the help of a timer, the speed of the upward gear can be varied within wide limits. All of this plays a role in the continuous casting process according to the present invention to be discussed below.
Initially, only the downward trend will be discussed here. The threaded tube 12 is moved downward in rapid downward gear until it falls out of the nut 13 in free fall. It is caught by a pair of springs 20 above the peeling rollers 11. These springs 20 are connected to the contacts of a timer, which is switched on by the impact and now triggers the following switching operations one after the other:
1. The adjusting device 19 closes the peeling rollers 16.
2. The pull-off rollers 16 are switched on and take over the pulling-off of the metal strand 10.
3. The peeling rollers 11 are switched off.
4. The adjusting device 18 opens the peeling rollers 11, whereby at the same time the springs 20 diverge so far that the threaded tube 12 began to fall further.
In this case, the threaded tube 12 is again caught by a pair of springs 21, which in turn trigger the following switching operations one after the other:
5. The adjusting device 18 closes the peeling rollers 11.
6. The pull-off rollers 11 are switched on and take over the pulling-off of the metal strand 10.
7. The peel rollers 16 are switched off.
8. The adjusting device 19 opens the Abziehwal zen 16, whereby at the same time the springs 21 diverge so far that the threaded tube 12 can fall further.
In this case, the threaded tube 12 is caught by a pair of springs 22, which, in contrast to the two upper pairs, do not trigger a switching process. Rather, the metal strand 10 can now be above the threaded tube 12, but below the peeling rolls 16, e.g. cut with a saw, scissors or a cutting disc. The distance between the top of the threaded pipe
12 and the pull-off rollers 16 are dimensioned so large that the advancing metal strand 10 can be cut off before the interface dips into the threaded tube 12.
If you only want to cut the metal strand 10 into straight bars, the cut end will fall down through the threaded tube 12 after the cut has been completed, thus making it possible to remove the threaded tube 12, a new graphite tube 15 over the I through the opened aluminum drawing rollers 16 to slip over the metal strand 10 that is moving further, then to readjust the threaded tube 12 and also to slip over the metal strand 10.
This procedure is not readily possible if the metal strand 10 is not to be cut into straight bars, but rather is to be rolled up into a ring. In this case, a third pair of pull-off rollers 17 can be arranged below the catching springs 22, which pulls the cut metal strand 10 at increased speed and rolls it in with the aid of the roll-in device 23 and lets it fall onto the stack 24. In this way, the space between the pull-off rollers 16 and the collecting leathers 22 is cleared so that a new graphite tube 15 and the threaded tube 12 can now be slipped over the slowly advancing metal strand 10 in the same way as described above. The cut metal strand can also be moved to the side.
The new graphite tube 15 together with the threaded tube 12 is now moved upwards again in the following way so that the new graphite tube 15 is connected to the old graphite tube 9: The threaded tube 12 with the graphite tube 15 above it is pushed through the open peeling rollers 16 to above the Springs 21 raised. Then the pull-off rollers 16 are closed by means of the adjusting device 19 and now take over the pulling-off of the metal strand 10.
Now the peeling rollers 11 can be opened by means of the adjusting device 18 and the graphite tube 15 and the threaded tube 12 pushed through until the threaded tube 12 is gripped by the nut 13, which then takes over the further upward movement at the desired slow pace.
The afte graphite tube 9 and the new graphite tube 15 butt against one another. If the seam is turned cleanly plane-parallel, then it is generally not necessary to connect it with putty. Rather, it has been shown that the advancing joint in most cases runs through the solidification zone of the metal strand without any adversity.
So that the graphite tube 9 is not carried along by the downwardly sliding metal strand 10 during the time it is no longer supported by the threaded tube 12, it is expediently held in place by a lock 25 during the introduction of the new graphite tube 15.
In the manner described, a new graphite tube can be pushed in one after the other without interrupting the removal of the metal strand.
This ensures continuous operation.
The essence of the invention is not changed if you apply the principle described above for a vertical system be with appropriate modifications to a horizontal system.
As already mentioned above, the device according to Fig. 1 is preferably used for a discontinuous operation, the one according to Fig. 2 for a continuous one.
The boundary between the two types of operation is not clear, because one operator will describe uninterrupted watering over 5 days and nights as continuous, the other as discontinuous. In the case of discontinuous work, the holding furnace is allowed to run empty in order to interrupt the continuous casting. As a result, the graphite mold, which is still glowing, comes into contact with the air inside and is destroyed to such an extent by the combustion that it cannot be used again. The renewal costs a considerable amount of time and money.
Here the device according to Fig. 1 offers a significant advantage. It is only necessary to push the graphite tube 9 up a little before restarting the system with the help of the threaded tube 12 in order to replace the piece damaged by the combustion with an intact one. So that the end of the graphite tube 9 emerging in this way via the graphite plug 3 does not dip too high into the molten metal above and thereby possibly cut off the inflow of the metal, it is useful to divide the graphite tube 9 into suitable lengths. You let these - as described, butt against each other; as soon as a section has left the graphite plug 3, it will float on top and thus clear the way for the melt.
During the period when the system is at a standstill, the threaded tube 12 can be unscrewed and the required section of the graphite tube 9 can be added. In addition, one does not need to push the graphite tube 9 upwards during operation when casting a metal that does not attack the graphite shape or only weakly attacks it. Such metals are e.g. B. tin bronze, brass and nickel silver.
The situation is different if you want to cast strongly corrosive metals or smoke, if you want to achieve a long-term operation with slightly corrosive metals. In these cases, the graphite tube has to be pushed upwards during operation and thus constantly renewed.
The speed of pushing depends on the strength of the attack. If a weakly attacking metal, such as If, for example, brass or nickel silver is cast, it is only necessary to slide it very slowly or gradually at longer intervals.
However, if strongly corrosive metal such. B. cast a nickel or iron alloy, you have to push it faster. However, the required minimum speed is surprisingly within tolerable limits. It has been shown that the liquid metal in the upper end of the graphite tube flows in a purely laminar manner when the strand is slowly withdrawn. As a result, a thin boundary layer forms at the boundary between the graphite and the liquid metal, in which the metal is chemically and physically in the same weight as the graphite.
Since this boundary layer is not mixed with the rest of the metal in a laminar flow, the main mass of the liquid metal closes off against the action of the graphite, which consequently does not come into equilibrium and therefore cannot attack the graphite.
As an example, it should be mentioned that when casting a copper-nickel alloy with 55% copper and 45% nickel to form a strand of about 20 mm °) at a temperature of 1400n C in the holding furnace and at a casting speed of 25 to 50 kg / hour , in particular 40 kg / hour, a sliding speed of about 15 mm / hour is sufficient to obtain a properly processable strand in continuous operation. This means that the graphite tube only needs to be pushed in a length of 360 mm per day. The strand obtained has only taken up about 0.03% carbon, although the alloy is able to take up no less than 0.5% carbon in solution at 14,000 C.
PATENT CLAIM 1
Method for continuous casting of metals, in which the cast material is withdrawn from a storage vessel for the cast material using tubular graphite continuous casting molds that are not resistant to the melt to be continuously cast, characterized by the continuous advancement of a graphite tube forming the continuous casting mold during the strand, casting in the opposite direction to the exit of the strand and pushing in a graphite tube or, in the discontinuous process, renewing the graphite tube after continuous casting.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the used graphite tube is renewed after the continuous casting.
2. The method according to claim I, characterized in that when the graphite tube forming the continuous casting mold is used up during continuous casting, a new graphite tube is pushed in.
3. The method according to claim 1, or one of the dependent claims 1 and 2, characterized in that the speed of advancing the graphite tube is set at least so high, depending on the aggressiveness of the metal melt, that no expansion leading to the tearing of the metal strand in the solidification zone of the metal strand of the graphite tube.
4. A method for continuous casting according to dependent claim 3, characterized by a ratio of the casting speed to the advance speed for a strand diameter of about 20 mm in the range of about 25-50 kg / hour to about 15 mm per hour for a copper-nickel alloy 55/45 .
PATENT CLAIM II
Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a metal strand (10) with an adjustable metal strand (10) which is slidably guided in a graphite plug (3) and a copper sleeve (4) against the direction of flow of the pull-off rollers (11) or a pneumatically or hydraulically operated device Speed sliding graphite tube (9).
SUBCLAIMS
5. Device according to claim II, characterized in that the graphite tube is held by a support (12) which can be moved in the longitudinal direction of the metal strand.
6. Device according to claim II or dependent claim 5, characterized by a plurality of pulling roller pairs (11, 16 and optionally 17) which can be engaged and disengaged for pulling off the metal strand in front of and behind the graphite tube (15) replacing the graphite tube (9).
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