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Die Erfindung betrifft eine Stranggießanlage, insbesondere eine Stranggießanlage mit einer Fördereinrichtung zum Abfördern eines gegossenen Stranggutes in eine Gießrichtung, sowie ein Verfahren zum Anfasen von Knüppeln oder Brammen bzw. zum Umformen von Halbzeug.
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Stranggießanlagen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt, wobei zumindest bei Stranggießanlagen zum Herstellen eines metallischen Stranggutes flüssiges Metall durch horizontal oder vertikal angeordnete Kokillen geleitet wird, an welchen eine teilweise Erstarrung des gefertigten Stranggutes erfolgt und in welchen das urgeformte Stranggut aus der Stranggießanlage in eine Abförderanlage überführt wird. Die Gießgeschwindigkeit in der jeweiligen Gießrichtung der Stranggießanlage ist für gewöhnlich derart bemessen, dass an der Kokille zumindest die gesamte Außenhaut des gefertigten Stranggutes erstarrt und im Verlaufe des Abförderns, also bereits außerhalb der Kokillen, das Innere des Stranggutes nach und nach erstarrt.
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Stranggießanlagen weisen in der Regel gegen Ende der Abförderanlage eine Sage auf, welche das erstarre Stranggut in Teilstücke, den sogenannten Knüppeln, trennt. Zum Zeitpunkt dieser ersten Bearbeitung des Stranggutes ist der Erstarrungsprozess vollständig durchlaufen, da ansonsten die Säge nicht wirksam arbeiten kann. Die Knüppel werden daraufhin der Weiterverarbeitung zugeführt.
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Die weitere Bearbeitung eines Knüppels kann unter anderem beispielsweise durch Walzen folgen, wobei ein Knüppel durch mehrmaliges Durchlaufen einer Walze auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet wird. Nachteilig bei den sich dem Gießen anschließenden Walzprozessen ist u. a. die Bildung eines „Fischmauls” an beiden Enden eines Knüppels, da beim Einlaufen einer Knüppelstirnseite in die Walze an dem Knüppel befindlichen Kanten gestaucht werden ohne den Knüppel, wegen der mit der Stauchung einhergehenden Verringerung des Querschnittes, zu längen. Das Fischmaul steht folglich für eine konkave Außenoberfläche der Knüppelstirnseiten, welche während des weiteren Bearbeitungsprozess des Knüppels unerwunscht sind und abgetrennt werden müssen, so dass wiederum eine Ebene und senkrecht zur Knüppellängserstreckung stehende Stirnfläche erzeugt wird. Die Produktivität in der Herstellung eines Knüppels wird insofern in dem Maße verringert, in welchem Material an den Stirnseiten eines Knüppels abgetragen werden muss.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Knüppel zu fertigen, an welchem ebene und maßhaltige Stirnflächen ohne bzw. mit weniger Materialabtrag bereitgestellt werden können.
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Um diese Aufgabe zu lösen wird eine Stranggießanlage mit einer Fördereinrichtung zum Abfördern eines gegossenen Stranggutes in eine Gießrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine Umformeinrichtung für das Stranggut auszeichnet.
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Eine Umformeinrichtung, welche unmittelbar das noch nicht in Knüppeln eingeteilte Stranggut ohne spanabhebende Arbeiten zu bearbeiten vermag, kann sehr frühzeitig und wegen der noch sehr hohen Temperaturen des Strangguts sehr energiesparend dazu genutzt werden, eine Außengeometrie des Strangs bereits in einer gewünschten Weise vorzugeben, so dass nachfolgende Bearbeitungsprozesse wegfallen bzw. wesentlich erleichtert werden können. So kann beispielsweise eine Fase bereits vor oder während einer Trennung am Strang derart erzeugt werden, dass ein aus diesem Strang hervorgehender Knüppel im anschließenden Walzprozess nicht bzw. unwesentlich an seinen Stirnflächen einer der produktivitätsschädlichen Umformung durch Erzeugung eines Fischmauls unterliegt.
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Durch das Angreifen der Walzen an einer unmittelbaren Außenkante der Stirnfläche eines Knüppels wird der Walzendruck, wie sofort ersichtlich, lediglich im Bereich der Außenoberfläche des Knüppels in Längsrichtung abgeleitet, wodurch über die Längung dieser Mantelfläche das Fischmaul an freien Ende des Knüppels entsteht. Die Umformeinrichtung ist somit in der Lage, die auf die Walzen auflaufende Kante des Knüppels, durch das Einbringen einer Verjüngung als Fase, von der Stirnfläche zu beabstanden bzw. das Entstehen eines Fischmauls auf einen wesentlich kleineren Bereich zu reduzieren.
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Die Entkopplung der auf die Walzen auftreffenden Kante von der Stirnflächenkante wirkt der selektiven Längung an der Mantelfläche des Knüppels entgegen indem der Walzendruck nunmehr gleichmäßiger in das Werkstoffinnere eingeleitet und zu einer gleichmäßigeren Längung des Knüppels über dem gesamten Querschnitt führt.
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Die vorstehend genannten Vorteile einer Stranggießanlage mit einer Umformeinrichtung kommen in einer vorteilhaften Ausgestaltung besonders zum Tragen, wenn die Umformeinrichtung eine Anfaseinrichtung ist. Insofern wird durch die Umformeinrichtung an dem Stranggut bzw. an dem späteren Knüppel eine umlaufende Fase an wenigstens einem Ende des späteren Knüppels, bevorzugt an beiden Enden, gefertigt. Da dieser Umformschritt keine spanabhebenden Maßnahmen erfordert, ist sofort ersichtlich, dass der nach dem Walzen erforderliche Abtrag an den Stirnflächen eines Knüppels zum Beseitigen des Fischmauls minimal gehalten wird.
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Mit „Fase” und „Anfasen” wird hierbei das Ergebnis des Umformens betrachtet, welches erst nach einer Separation des Knüppels aus dem Stranggut vorliegt. Insofern bildet die Umformeinrichtung bzw. die Anfaseinrichtung zunächst eine Nut in der Oberfläche des Stranggutes, wobei die daraus entstehende Fase erst an dem fertigen Knüppel und nicht an dem Stranggut vorliegt.
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In dem vorstehenden Zusammenhang und in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Stranggießanlage eine Trennvorrichtung auf. Die Trennvorrichtung ist hierbei beispielsweise der Umformeinrichtung bzw. Anfaseinrichtung nachgeordnete und beispielsweise eine Säge sein, welche aus dem kontinuierlich gegossenen Stranggut separate Knüppel abtrennt.
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Die Trennvorrichtung kann aber auch die Umformeinrichtung selbst sein. Insofern ist es möglich, gleichzeitig mit dem Verformen der Außenfläche des Stranggutes von diesem durch eine bis auf einen Stranggutkern wirkende Umformeinrichtung einen Knüppel abzutrennen. Es ist hierbei denkbar, dass die Umformeinrichtung, sofern es sich um eine Schmiede oder Presse handelt, einen doppelwirkenden Schmiedehammer oder ein doppelwirkendes Gesenk aufweist, welches das Stranggut durch Meißeln, Schneiden oder ähnliche trennende Verfahren während des Anfasens oder eines anderen Umformprozesses bzw. kurz nach dem Anfasen oder kurz nach diesem Umformprozess durchtrennt.
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Um die eingangsstehende Aufgabe weiterhin zu lösen, wird ein Verfahren zum Anfasen von Knüppeln oder Brammen vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Anfasen durch Umformen erfolgt. Dieses ermöglicht ein besonders materialsparendes Anbringen einer Fase, die dann auch dementsprechend vorteilhaft bei anderen Umformprozessen, wie beispielsweise bei einem nachfolgenden Walzen, das Ergebnis dieses Prozesses vorteilhaft beeinflussen kann.
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Vorzugsweise erfolgt das das Anfasen bedingende Umformen bereits vor einem Trennen oder während eines Trennens der Knüppel oder Brammen von einem gegossenen Stranggut, wodurch insbesondere ein separater Trennvorgang erheblich erleichtert wird bzw. zur Gänze entfallen kann.
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Da letzterer Vorteil auch unabhängig von einem Anfasen von Knüppeln oder Brammen bei jedem aus gegossenem und danach durchtrenntem Stranggut bereitgestellten Halbzeug genutzt werden kann, wird unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Umformen von aus gegossenem und danach durchtrenntem Stranggut bereitgestelltem Halbzeug, wie von Knüppeln oder Brammen, vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Stranggut vor dem Trennen oder während des Trennens umgeformt wird.
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Wie vorstehend bereits erläutert, kann eine beispielsweise eine Fase, dies kann insbesondere auch eine umlaufende Fase sein, an einem Stranggut bzw. an einem späteren Knüppel in der Art angebracht werden, dass ein Umformwerkzeug auf die Oberfläche des unmittelbar vor dem Einbringen der Fase gegossenen Stranggutes einwirkt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann sich das Verfahren zum Anfasen auch dadurch auszeichnen, dass das Umformen durch Radialschmieden, Schmieden, Hämmern, Walzen oder Pressen erfolgt.
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Eine besondere Eigenart der vorstehend erläuterten Stranggießanlage und des vorstehend erläuterten Verfahrens liegt darin, dass das Stranggut im direkten Anschluss an das Gießen umgeformt wird. Insofern ist es für das vorstehende Verfahren insbesondere von Vorteil, wenn das Umformen des Stranggutes nach einem Gießen des Stranggutes und vor einer vollständigen Erstarrung des Stranggutes erfolgt.
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Der während des Umformens noch vorliegende flüssige Stranggutkern wird insofern vorteilhaft zum Umformen genutzt, da die Umformkräfte bzw. die Schmiedekräfte an der Mantelfläche des Stranggutes wegen des teilweise flüssigen Werkstoffes im Gegensatz zu einem vollständig erstarrten Stranggut sehr gering sind. Hierbei ist es ferner möglich, das Umformen in einem Erstarrungszustand durchzuführen, in welchem der bereits erstarrte Werkstoff noch thixotrope Eigenschaften hat. Im thixotropen Zustand, also knapp unter der Erstarrungstemperatur, liegt nach wie vor ein Werkstoffgefüge vor, welches ein Umformen mit relativ geringem Druck ermöglicht, da nach Anlegen eines Grenzdruckes das Material unter Verringerung der Viskosität und mithin mit geringerem anliegenden Druck fließt, weswegen das beschriebene Verfahren und die beschriebene Umformeinrichtung auch noch unterhalb der Erstarrungstemperatur des Stranggutes eingesetzt werden kann.
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Je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung kann durch den Umformschritt auch die Abkühlgeschwindigkeit, insbesondere die Abkühlgeschwindigkeit des Materialkerns, im Bereich der Umformung erheblich erhöht werden, so dass nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise ein Trennen oder auch andere spanabhebende Schritte bzw. weitere Umformschritte, schneller in diesem Bereich durchgeführt werden können. So kann beispielsweise ein Stranggut erst zersägt werden, wenn auch der Kern im zersägten Bereich ausreichend erstarrt ist, da ansonsten die Säge mit noch pastösem Material aus dem Stranggut kontaminiert werden würde. Auch ermöglicht das schnellere Erkalten ein wesentlich früheres Trennen, da die Gefahr eines Verzunderns im zentralen, heißesten Bereich entsprechend vermindert ist.
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Um einen besonders gutes Anfasen des Stranggutes zu gewährleisten, ist es für das vorstehend erläuterte Verfahren ebenfalls von Vorteil, wenn die Umformeinrichtung während des Umformens mit dem Stranggut bewegt wird, wobei sich zwischen dem Stranggut und der Umformeinrichtung eine mittlere Relativgeschwindigkeit in eine Bewegungsrichtung des Stranggutes von 0 m/s ergibt und wobei die Umformeinrichtung nach dem Umformen entgegen der Bewegungsrichtung in eine Ausgangslage bewegt wird.
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Der Begriff „mittlere Relativgeschwindigkeit” bringt hierbei zum Ausdruck, dass ein nach der Umformeinrichtung in Förderrichtung befindliches Teilstück des Stranggutes durch das Umformen und wegen der damit einhergehenden Längenänderung eine höhere Fördergeschwindigkeit aufweisen kann als der vor der Umformeinrichtung liegende Teil des Stranggutes, wobei die mittlere Geschwindigkeit etwa dem arithmetischen Mittel dieser beiden Teilgeschwindigkeiten des Stranggutes entspricht. Insofern bezeichnet die mittlere Relativgeschwindigkeit die lokale Geschwindigkeit des Stranggute in Höhe des Umformwerkzeuges der Umformeinrichtung, welche lediglich eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu der Oberfläche des Stranggutes und der einzubringenden Fase bzw. der vorgesehenen Umformung aufweist.
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Es ist sofort ersichtlich, dass die vorstehend erläuterte Ausgestaltung des Verfahrens zu einer besonderes gleichmäßigen Fase oder sonstigen Umformung führt, da das Umformwerkzeug bzw. die Umformeinrichtung mit dem Stranggut bewegt wird und lediglich eine Bewegungsrichtung des Umformwerkzeuges zum Stranggut erfolgt, nämlich die Bewegungsrichtung senkrecht auf die Oberfläche des Stranggutes. Hierbei kann, je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung, zu berücksichtigen sein, dass durch das Umformen die Geschwindigkeit des Werkstücks, als des Strangguts, verändert werden kann. Insofern ist es auch denkbar, einen Bereich des Strangguts, welcher auf einer Seite des Umformwerkzeugs angeordnet ist, die einer Kokille, aus der der Strangguss erfolgt, abgewandt ist, dementsprechend zu beschleunigen, damit kein Rückstoß in den frisch aus der Kokille fließenden Strang erfolgt bzw. damit ein derartiger Rückstoß auf ein erforderliches Mindestmaß begrenzt wird.
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Es versteht sich weiterhin, dass eine Trennvorrichtung, sofern die Umformeinrichtung nicht mit der Trennvorrichtung zusammenfällt, gerade nicht mit der mittleren Geschwindigkeit geführt werden muss, sondern mit der tatsächlichen Fördergeschwindigkeit des Stranggutes, welche hinter der Umformeinrichtung vorliegt.
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Vorzugsweise ist die Umformeinrichtung, wie bereits vorstehend beschrieben, an der Fördereinrichtung angeordnet ist, welche das Stranggut in eine Transportrichtung fördert, wobei die Transportrichtung des Stranggutes mit der Gießrichtung des Stranggutes zusammenfällt.
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In dem vorstehenden Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft für eine Stranggießanlage, wenn die Umformeinrichtung in einem rechten Winkel zu der Transportrichtung steht und/oder dass die Umformeinrichtung parallel zur Transportrichtung sowie entgegen der Transportrichtung verlagerbar angeordnet ist.
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Die parallele Bewegbarkeit der Umformeinrichtung zur Transportrichtung des Stranggutes bzw. zum Stranggut selbst birgt die Vorteile, welche bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Anfasen erläutert worden sind. Hierdurch kann ein Stranggut quasi-kontinuierlich, also während des Vorschubes des Stranggutes in Förderrichtung angefast bzw. umgeformt werden, wobei die Umformwerkzeuge, im Falle einer Schmiede die Schmiedehämmer, vorzugsweise lediglich eine Geschwindigkeitskomponente zur Oberfläche des Stranggutes, und zwar die senkrechte Geschwindigkeitskomponente zur Oberfläche des Stranggutes, aufweisen.
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Insbesondere ist die Beweglichkeit der Umformeinrichtung vorteilhaft für die Stranggießanlage oder für das Verfahren zum Anfasen, da hierdurch das Stranggut in seiner Fördergeschwindigkeit nicht beeinträchtigt wird und somit das Gießergebnis durch Geschwindigkeitsschwankungen an der Kokille nicht beeinflusst wird. Es wird somit ein besonders gleichmäßig erstarrendes bzw. gefertigtes Stranggut erzeugt.
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Um neben dem gleichbleibenden Gießergebnis bzw. kumulativ hierzu eine besonders gute Umformung des Stranggutes bzw. ein gutes Anfasen zu gewährleisten, kann an einer Stranggießanlage die Umformeinrichtung zum Stranggut diametral gegenüberstehender Umformwerkzeuge aufweisen. Insofern ist diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft, da die durch das Umformen in das Stranggut eingeleiteten Kräfte diesen Kräften gegenüberliegende Gegenkräfte erhalten und das Stranggut nach außen hin kräfteneutral bearbeitet werden kann. Es ist sofort ersichtlich, dass hierdurch weder die Fördergeschwindigkeit beeinflusst wird noch der Erstarrungsprozess durch möglicherweise auftretende Biegevorgänge im Inneren des noch flüssigen Stranggutes gestört wird.
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Für eine Stranggießanlage ist es zudem von Vorteil, wenn die Umformeinrichtung an der Fördereinrichtung angeordnet ist, welche das Stranggut in eine Transportrichtung fördert, wobei die Transportrichtung des Stranggutes mit der Gießrichtung des Stranggutes zusammenfällt und durch die Umformeinrichtung hindurch verläuft. Mittels dieser Ausgestaltung kann der Vorteil umgesetzt werden, dass das zu bearbeitende Stranggut von allen Seiten, also umlaufend, bearbeitet werden kann, da einerseits die Umformeinrichtung unmittelbar an der Stranggießanlage angeordnet ist und andererseits das gegossene Stranggut durch die Umformeinrichtung hindurch verläuft. Auch der zuvor erläuterte Vorteil der äußeren Kräftefreiheit am Stranggut wird durch diese Ausgestaltung nochmals sichergestellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Stranggießanlage und insbesondere in Bezug auf die gleichmäßig umlaufende Bearbeitung des Stranggutes kann es weiterhin vorgesehen sein, dass das Stranggut einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die Umformeinrichtung vier Umformwerkzeuge aufweist, wobei sich jeweils zwei Umformwerkzeuge in Bezug auf den Querschnitt des Strangguts diametral gegenüber stehen und eine Umformrichtung wenigstens eines der vier Umformwerkzeuge senkrecht zu wenigstens einer Oberfläche des Stranggutes steht.
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Das vorstehende Merkmal zu den diametral gegenüberstehenden Umformwerkzeugen ist es besonders zuträglich für die Qualität des Stranggutes, da durch die senkrecht zur Oberfläche des Stranggutes ausgerichteten Umformwerkzeuge Druckkomponenten in Förderrichtung in das Stranggut unterdrückt werden können. Somit kann auch hierdurch eine gleichmäßige Gieß- bzw. Fördergeschwindigkeit des Stranggutes erreicht werden. Insbesondere stehen die Umformkräfte zweier diametral gegenüberstehender Umformwerkzeuge durch diese Ausgestaltung ebenfalls senkrecht aufeinander, wodurch zusätzliche Scherkräfte in dem Stranggut durch Vorliegen zweier beabstandeter Druckkräfte, den Umformkräften, weitgehend vermieden werden können.
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Um eine besonders gleichmäßig ausgestaltete Fase zu erzeugen und um zwei Fasen zweier aus dem Stranggut gefertigter Knüppel in einem Prozessschritt zu erzeugen, ist es ferner vorteilhaft für die Stranggießanlage, wenn die Umformeinrichtung eine Schmiede und die Umformrichtung eine Schmiederichtung ist, wobei die Schmiede vorzugsweise in einer Schmiederichtung wenigstens einen Schmiedehammer mit wenigstens zwei zur Schmiederichtung geneigten Schmiedeflächen aufweist.
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Durch die beiden separaten Schmiedeflächen können an zwei noch im Stranggut zusammenhängenden Knüppeln gleichzeitig Fasen erzeugt werden, wobei in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung an der Kante, an welcher die Schmiedeflächen zusammenlaufen, ein Schmiedeaufsatz, wie beispielsweise einen Dorn oder eine Schneidkante, vorgesehen sein kann, mittels welchem ein Knüppel auch während des Anfasens vom Stranggut getrennt werden kann.
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Es ist sofort ersichtlich, dass eine zusätzliche Trennvorrichtung durch diese Ausgestaltung entfallen kann und die gesamte Anlage sowohl in den Herstellungskosten als auch in der Gesamtbaulänge einen Vorteil erzielen kann, da die Abförderanlage entsprechend kürzer ausfallen kann.
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Es ist ferner ersichtlich, dass die Schmiedeflächen nicht notwendigerweise ebene Flächen sein müssen. Insofern können auch sphärische, zylindrische oder kegelige Flächen als Schmiedeflächen vorgesehen sein, wodurch eine durch die Fase an dem Knüppel gebildete Kante vermieden und ein stetiger Übergang von der Fase in den Rest der Knüppeloberfläche erzeugt werden kann. In einem an das Gießen nachgeschalteten Walzprozess kann somit ein besonders gleichmäßiger Einlauf in die Walzen durch den nunmehr stetigen Übergang aus dem verjüngten Bereich eines Knüppelendes in einen Nenndurchmesser des Knüppels erreicht werden.
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Der Begriff „Fase” schließt somit nicht nur eine Fase mit einer ebenen, geneigten Oberflache im technischen Sinne ein sondern schließt auch eine Abrundung an einem Knüppelende ein.
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Weiterhin von Vorteil für die Stranggießanlage mit Schmiedeflächen ist es, wenn die beiden Schmiedeflächen zueinander entgegengesetzte Neigungswinkel aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, dass zwei aus dem Stranggut herausgearbeitete Knüppel normgerecht ausgearbeitete Fasen aufweisen, wobei eine Fase an einem hinteren Ende eines Knüppels, wie sofort ersichtlich, ein entgegengesetzte Richtung zu einer Fase an einem vorderen Ende des Knüppel aufweist. Insbesondere wenn der Knüppel in der Weiterverarbeitung in zwei Richtungen gewalzt werden soll, wird der an der vorderen Stirnseite des Knüppels erreichte Vorteil auch an der hinteren Stirnfläche umgesetzt.
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Die Stranggießanlage ist es weiterhin vorteilhaft ausgestaltet, wenn die Neigungswinkel der beiden Schmiedeflächen einen gleichen Betrag aufweisen. Hierdurch können an einem vorderen und an einem hinteren Ende eines Knüppels gleiche Fasen gefertigt werden. Diese Ausgestaltung ist aber nicht zwingend an allen Stranggießanlagen notwendig, da ein Knüppel auch lediglich in eine Walzrichtung gewalzt werden kann. Wie bereits obenstehend beschrieben, ist allerdings das Vorsehen zweier gleicher Fasen an den vorderen und hinteren Stirnflächen des Knüppels besonders vorteilhaft bei Walzvorgängen in zwei Walzrichtungen.
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Für die genaue und formgetreue Ausgestaltung einer Fase ist es für eine Strangpresse weiterhin von Vorteil, wenn wenigstens eine der beiden Schmiedeflächen einer mittels der Schmiede in das Stranggut eingebrachten Oberfläche einer Fase komplementär ist. Zum Einbringen der Fase in das Stranggut in eine der Fase komplementare Oberfläche des Schmiedehammers kann folglich ein einstufiges Schmieden herangezogen werden, wobei die gewünschte Neigung der Fase mit lediglich einem einzigen Schmiedeprozess eingebracht wird und eine zweite Schmiede, beispielsweise eine Vorschmiede, nicht eingesetzt werden braucht. Denkbar ist der Einsatz einer Vorschmiede jedoch in dem Fall, dass ein besonders hoher Umformgrad an dem Stranggut erforderlich ist, wie dies beispielsweise an sehr großen Knüppeln oder an Brammen mit sehr großen Fasen vorgesehen sein kann. Hierbei ist es möglich ein zwei- oder mehrstufiges Schmieden bzw. Umformen des Stranggutes einzusetzen.
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Für das weiter vorstehend erläuterte Verfahren zum Anfasen kann es zusätzlich oder neben den bereits genannten Ausgestaltungen von Vorteil sein, wenn ein Stranggut aus Metall bei einer Temperatur oberhalb einer Plastifizierungsgrenze umgeformt wird. Mit „Plastifizierungsgrenze” ist einerseits die Erstarrung der Schmelze in den festen Zustand gemeint und andererseits kann hierdurch auch der Zustand definiert werden, in welchem gerade keine thixotropen Eigenschaften mehr im Werkstoff vorliegen.
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Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend umzusetzen.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Stranggießanlage mit einer Fördereinrichtung und einer Umformeinrichtung in Gesamtdarstellung;
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2 die Schmiede der Stranggießanlage nach 1 in einer Seitenansicht; und
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3 eine Detailansicht einer mittels der Schmiede nach den 1 und 2 in ein Stranggut eingebrachten Fase.
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In einer Stranggießanlage 1 nach 1 wird ein Stranggut 13 aus einem Guss 2 gefertigt. Hierzu erfolgt ein Ziehen des Stranggutes 13 mittels einer Abförderanlage 11 in eine Förderrichtung 12, welche in der dargestellten Ausführungsform mit einer Gießrichtung 4 zusammenfällt, durch eine Kokille 3, vorzugsweise durch eine gekühlte Kokille 3, wobei sich eine Außenhaut des Stranggutes 13 mittels Erstarrung über Kühlung an der Kokille 3 bildet. Ggf. kann das Stranggut auch unmittelbar hinter der Kokille seine Bewegungsrichtung ändernDie vollständige Erstarrung des Stranggutes 13 erfolgt während des Abförderns auf der Abförderanlage 11, wobei sich während dieses Abforderns ein mittig im Stranggut 13 befindlicher flüssiger Stranggutkern 14 kontinuierlich verkleinert. Bevor der gesamte Erstarrungsprozess des flüssigen Stranggutkernes 14 beendet ist, wird das Stranggut 13 in Förderrichtung 12 durch eine Schmiede 21 hindurch transportiert.
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Die Schmiede 21, welche mehrere Schmiedehämmer 22, 23 aufweist, bringt durch das Ausfahren der Schmiedehämmer 22, 23 in entsprechenden Schmiederichtungen 24, 25 eine Fase 16 in das Stranggut 13 ein. Ggf. kann das Stranggut in diesem Bereich oberflächlich nochmals aufgeheizt werden, um den Schmiedevorgang, oder bei anderen Ausführungsformen einen anderen Umformprozess, zu erleichtern. Da während des Schmiedeprozesses durch die Schmiede 21 das Stranggut 13 nach wie vor mittels der Abförderanlage 11 in Förderrichtung 12 gefördert wird, wird gleichzeitig die Schmiede 21 in einer Bewegungsrichtung 26 parallel zur Förderrichtung 12 mit dem Stranggut 13 mit bewegt, um letzteres nicht unnötig zu belasten.
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Beim Einbringen der Fase 16 in das Stranggut 13 entsteht Verdrängungsarbeit durch die Schmiedehämmer 22, 23 an dem Stranggut 13, wodurch der in Förderrichtung 12 hinter der Schmiede liegende Teil des Strangguts 13 eine geringe Geschwindigkeitszunahme erfährt, um die Volumenverkleinerung zu kompensieren. Die Schmiede 21 wird daher in ihrer Bewegungsrichtung 26 mit einer Geschwindigkeit bewegt, welche etwa dem Mittel der Geschwindigkeit der beiden Abschnitte des Stranggutes 13, dem Abschnitt hinter der Schmiede 21 und dem Abschnitt vor der Schmiede 21, entspricht. Diese Mittelung der verschiedenen Bewegungsgeschwindigkeit an der Schmiede 21 führt somit zu einer lokalen Relativgeschwindigkeit der Schmiedehämmer 22, 23 zu den eingebrachten Fasen 16 von 0 m/s.
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Der Erstarrungsprozess des sich an den Kokillen 3 bildenden Stranggutes 13 wird folglich, wegen der in Gießrichtung 4 zug- und druckfreien Einbringung der Fase, nicht negativ beeinflusst, sondern durch die Querschnittsverringerung in diesem Bereich sogar gefördert. Als Ergebnis liegt ein besonders gleichmäßig erstarrtes und somit homogene Festigkeitseigenschaften aufweisendes Stranggut 13 nach dem Fertigungsprozess in der Stranggießanlage 1 vor. Obgleich während eines anschließenden Walzprozesses weitere Kaltverfestigung eines aus dem Stranggut 13 erzeugten Knüppels 15 und obgleich eine zusätzliche Wärmebehandlung des Knüppels 15 erfolgen kann, liegt zumindest ein qualitativ hochwertiges Produkt bereits an der Stranggießanlage 1 vor. Die erwähnten nachgeschalteten Bearbeitungsschritte können folglich unter Umständen auch entfallen bzw. weniger intensiv ausfallen.
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Zum Heraustrennen des Knüppels 15 aus dem Stranggut 13 befindet sich weiterhin in Förderrichtung 12 hinter der Schmiede 21 eine Säge 31, welches das Stranggut 13 in eine Sägerichtung 32 durchtrennt. Auch diese Säge 31 wird bei diesem Ausführungsbeispiel in einer Bewegungsrichtung 33 parallel zum Stranggut 13 und senkrecht zur Sägerichtung 32 geführt, um die Förderung des Strangguts 13 nicht zu beeinträchtigen.
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Da auf Höhe dieser Säge 31 keine Umformarbeit an dem Stranggut 13 mehr geleistet wird, ist es sofort ersichtlich, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Sage 31 in der Bewegungsrichtung 33 vorzugsweise der Fördergeschwindigkeit des Stranggutes 13 auf Höhe der Säge 31 entspricht, was bei diesem Ausführungsbeispiel auch umgesetzt ist.
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Nach erfolgtem Trennvorgang durch die Säge 31 liegt ein Knüppel 15 mit zwei Fasen 16, jeweils einer Fase 16 an der vorderen und an der hinteren Stirnseite, vor. Der aus dem Stranggut 13 getrennte Knüppel 15 kann somit einer weiteren Bearbeitung zum Beispiel dem bereits erwähnten Walzprozess zugeführt werden.
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Die Schmiede 21 aber auch die Säge 31 werden nach dem Einbringen der Fasen 16 und nach dem Trennen des Knüppels 15 aus dem Stranggut 13 in eine Ausgangslage entgegen der Förderrichtung 12 zurückgefahren, wonach die zuvor erläuterten Prozessschritte ein weiteres Mal durchlaufen werden. Das Führen der Schmiede 21 in Bewegungsrichtung 26 und der Säge 31 in Bewegungsrichtung 33 führt zu einer besonders guten Stranggutqualität, da die Gießgeschwindigkeit an der Kokille 3 der Stranggießanlage 1, wie dies bereits mehrfach erläutert worden ist, nicht durch die nachgeschalteten Umform- und Trennprozesse gestört wird.
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Insbesondere aber das Einarbeiten der Fase 16 in einem Stadium, in welchem noch der flüssige Stranggutkern 14 in dem Stranggut 13 vorliegt, bedarf einer möglichst genaue Führung der Schmiede 21 mit einer lokalen Relativgeschwindigkeit von 0 m/s auf Höhe der Schmiedehämmer 22, 23, um auch den weiteren Erstarrungsprozess im flüssigen Stranggutkern nicht negativ zu beeinflussen. Das Einbringen einer Zugkraft in das Stranggut 13 auf Höhe der Schmiede 21 kann ansonsten zu einer ungleichmäßigen Längung im Bereich der Fase 16 führen, wodurch der flussige Stranggutkern 14 in der Erstarrung gestört wird. Angesichts der vorliegenden Erfindung, mittels welcher eine Nachbearbeitung der Stirnflächen am Knüppel 15 wegfallen kann, ist ein besonders homogenes Erstarrungsgefüge auch im Bereich der Fase 16 bedeutsam für die Qualität des Knüppels 16. Je nach konkreten Wünschen im Bearbeitungsergebnis können derartige, bewusst eingebrachte Störungen im Bereich der späteren Trennstellen bzw. im Bereich dieser Umformungen auch gewollt sein.
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Das Vorliegen des flüssigen Stranggutkernes 14 bewirkt, obgleich ein Umformen wahrend eines teilweise flüssigen Zustandes des Stranggutes 13 hinderlich für die Erstarrung erscheint, einen besonders einfachen Schmiedeprozess mit einer relativ kleinen Schmiede 21. Einerseits ist der erstarrte Bereich des Stranggutes 13 noch relativ weich, wodurch geringe Umformkräfte erforderlich sind, und andererseits kann wegen des flüssigen Stranggutkernes 14 ein Teil der Umformarbeit bzw. der plastischen Umformarbeit entfallen, wodurch die erforderlichen Umformkräfte abermals verringert werden.
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Wie aus 2 ersichtlich verfügt die Schmiede 21 bevorzugt über vier Schmiedehämmer 22, 23, wovon jeweils zwei Schmiedehämmer vertikale Schmiedehämmer 22 und zwei Schmiedehämmer horizontale Schmiedehämmer 23 sind. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere bei einem Stranggut 13 mit rechteckigem Querschnitt an, da die jeweiligen Schmiedehämmer an einer ebenen Oberfläche des Stranggutes 13 angreifen und eine gleichmäßige Fase 16 in diese Einarbeiten können.
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Die vertikalen Schmiedehämmer 22 werden zum Zwecke des Anfasens in einer vertikalen Schmiederichtung 24 zum Stranggut 13 geführt. Analog hierzu werden die horizontalen Schmiedehammer 23 in einer horizontalen Schmiederichtung 25 zum Stranggut 13 geführt. Um das Stranggut 13 nach außen bin kräftefrei zu halten, um also Biegekräfte an der Kokille 3 und im restlichen Stranggut 13 möglichst zu verhindern, werden alle vier Schmiedehämmer 22, 23 gleichzeitig zum Einzubringen der Fase 16 in das Stranggut 13 gefahren.
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Zwei Schmiedehämmer liegen sich in dieser Ausführungsform jeweils diametral gegenüber, um den Schmiedekräften des jeweils anderen Schmiedehammers durch die eigene Schmiedekraft schubspannungsfrei zu begegnen. Ein Versatz zweier gegenüberliegender Schmiedehammer könnte ein Drehmoment innerhalb des Stranggutes 13 erzeugen, wodurch ggf. unerwünschte Spannungsfelder, im schlimmsten Fall Unstetigkeiten oder Risse, erzeugt werden können.
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Es ist sofort ersichtlich, dass die vertikale Schmiederichtung 24 und die horizontale Schmiederichtung 25 bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils im rechten Winkel zu Oberflächen des quaderförmigen Stranggutes 13 stehen, in welche der jeweilige Schmiedehammer eingebracht wird. Somit stehen die Schmiederichtungen 24, 25 einerseits senkrecht zur Förderrichtung 12 und andererseits senkrecht zu einer Außenkante des Stranggutquerschnittes. Diese Anordnung der Schmiedehämmer ist für einen in Förderrichtung 12 zugfreien Schmiedevorgang vorteilhaft, da andernfalls durch Schiefstellung der Schmiedehämmer 22, 23 ein Verzug bzw. eine Änderung der Fördergeschwindigkeit des Stranggutes 13 während des Schmiedens erfolgen könnte.
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Wie aus 3 ferner ersichtlich, verfügen die Schmiedehämmer 22, 23 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform jeweils eine nachlaufende Schmiedefläche 27 und eine vorlaufende Schmiedefläche 28.
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Die nachlaufende Schmiedefläche 27, welche in der dargestellten Ausführungsform einen im Betrag gleichen jedoch negativen Neigungswinkel wie die vorlaufende Schmiedefläche 28 aufweist, arbeitet die Fase 16 eines bereits durch die Schmiede 21 hindurch gelaufenen Knüppels bzw. Stranggutabschnittes ein. Die vorlaufende Schmiedefläche 28 hingegen arbeitet die Fase 16 an einer vorderen Stirnfläche des nachfolgenden und noch nicht durch die Schmiede 21 geförderten Knüppels bzw. Stranggutabschnittes ein.
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Der Übersichtlichkeit halber sind in der Darstellung nach 3 lediglich die vertikalen Schmiedehämmer 22 dargestellt, wobei die vertikalen Schmiedehämmer 22 während der Bewegung in vertikaler Schmiederichtung 24 mit dem Stranggut 13 in der Bewegungsrichtung 26 mitgeführt werden. Das Stranggut 13 weist bei diesem Ausführungsbeispiel während des Schmiedevorgangs nach wie vor den flüssigen Stranggutkern 14 auf.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die nachlaufende Schmiedefläche 27 und die vorlaufende Schmiedefläche 28 auch unterschiedliche Neigungswinkel sowie unterschiedliche geometrische Eigenschaften aufweisen können, um an dem vorderen Ende und an dem hinteren Ende des Knüppels 15 unterschiedliche Fasen zu erzeugen. Diese Ausgestaltung der Fase 16 gewinnt in dem Moment an Bedeutung, wenn der aus dem Stranggut 13 herausgetrennte Knüppel 15 nicht gleichmäßig in zwei Längsrichtungen sondern lediglich in einer Richtung gewalzt werden sollte. Es ist hierbei sofort ersichtlich, dass bei einem Walzprozess in einer Richtung ein Fischmaul dem hinteren Ende des Knüppels 15 nicht notwendigerweise in gleichem Ausmaß auftreten muss wie an der in Walzrichtung liegenden Vorderseite des Knüppels 15. Bei ungleichmäßiger Bildung eines Fischmauls können somit die entsprechenden Fasen 16 unterschiedlich ausgebildet sein. Ebenso versteht es sich, dass ggf. mit dem Einbringen der Fase auch gleich die Knüppel 15 jeweils vom Stranggut 13 abgetrennt werden können, wenn die Verfahrensführung dieses dahingehend zulässt, dass der Stranggutkern bereits ausreichend erkaltet ist bzw. während des Schmiedevorgangs ausreichend abkühlt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stranggießanlage
- 2
- Guss
- 3
- Kokille
- 4
- Gießrichtung
- 11
- Abforderanlage
- 12
- Förderrichtung
- 13
- Stranggut
- 14
- flüssiger Stranggutkern
- 15
- Knüppel
- 16
- Fase
- 21
- Schmiede
- 22
- vertikaler Schmiedehammer
- 23
- horizontaler Schmiedehammer
- 24
- vertikale Schmiederichtung
- 25
- horizontale Schmiederichtung
- 26
- Bewegungsrichtung der Schmiede
- 27
- nachlaufende Schmiedefläche
- 28
- vorlaufende Schmiedefläche
- 31
- Säge
- 32
- Sägerichtung
- 33
- Bewegungsrichtung der Säge
