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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Direktstranggießmaschinen.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung allgemein auf horizontal
orientierte Direktstranggießmaschinen,
die zur Produktion von Metallgegenständen von undefinierter Länge geeignet
sind. Darüber
hinaus richtet sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zum
Direktstranggießen
von Metallen, beispielsweise Aluminium in lang gestreckte Metallgegenstände, wie beispielsweise
Barren, Stäbe,
Brammen, etc.
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Beschreibung verwandten
Standes der Technik
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Das
Direktstranggießen
ist wohlbekannter Stand der Technik zum Gießen von Metallen, wie beispielsweise
Aluminium, in lang gestreckte Metallprodukte wie beispielsweise
Barren. Wenn geschmolzenes Metall in einer solchen Weise gegossen
wird, wird das geschmolzene Metall im allgemeinen in einem vertikal
orientierten und offen endenden Gussformhohlraum eingebracht, der
eine an dem Abgabeende angeordnete Stütze umfasst. Die Stütze, oder Fußblock,
wird langsam abgesenkt, während
das geschmolzene Metall in dem Hohlraum nach unten fließt. Die
Wand der Durchlaufkokille wird kontinuierlich gekühlt, so
dass sich eine feste Metallhaut in Kontakt mit der Wand bildet.
Das Metall wird weiter stromabwärts
in dem Gussformhohlraum verfestigt, um so den lang gestreckten Metallgegenstand
zu bilden.
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Eine
kürzliche
Verbesserung in Direktstranggusstechniken ist die Verwendung eines
Graphit- oder graphitähnlichen
Ringes in der Wand der Durchlaufkokille. Der Graphitring bildet
im Allgemeinen einen festen, jedoch flüssigkeitsdurchlässigen Wandbereich
in dem Gussformhohlraum. Ein Beispiel einer Direktstranggussvorrichtung
oder einer Kokille mit einem Graphit- oder graphitartigen Ring ist
in dem US Patent Nr. 4,598,763 von Wagstaff et al. offenbart.
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In
dem Wagstaff '763
Patent ist der Graphitring unterhalb einer peripheren Wand in einem
vertikal orientierten Gussformhohlraum der Kokille angeordnet. Die
periphere Wand ist gebildet aus einem Ring aus isolierendem feuerfestem
Material. Die periphere Wand begrenzt eine scharfe Ecke oder einen Überhang
unmittelbar stromaufwärts
von dem Graphitring. Der Graphitring ist fluiddurchlässig. Während der
Verwendung der Kokille wird der Graphitring mit schmierendem Öl und Gas
beaufschlagt, das zumindest teilweise das in dem Gussformhohlraum nach
unten fließende
Metall zumindest teilweise verfestigt (d.h. eine feste Haut von
Metall bildet). Der fluiddurchlässige
Graphitring erlaubt es dem schmierenden Öl und Gas hindurchzudiffundieren.
Etliche andere Wagstaff et al. Patente sind bekannt in diesem Feld,
die jeweils grundsätzlich
den Gebrauch eines Graphitrings in einer Durchlaufkokille offenbaren und,
insbesondere, eine vertikal orientierte Durchlaufkokille. Weiterhin
einschlägige
Wagstaff et al. Patente in diesem Feld umfassen die US Patente Nr. 5,582,230;
5,323,841; 5,318,098; und 4,947,925. Jedes der vorgenannten Wagstaff
et al. Patente ist hierin durch Zitat eingearbeitet.
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Das
Wagstaff '098 Patent
offenbart eine konventionelle, vertikal orientierte Durchlaufkokille,
in die ein Graphitring eingearbeitet ist. Diese Referenz offenbart
darüber
hinaus eine Flüssigkühlmittelabgabeeinrichtung
zum Verfestigen des geschmolzenen Metalls stromabwärts von
dem Graphitring. Die Kühleinrichtung
ist in der Form einer Flüssigkühlbox, welche
eine Vielzahl von Löchern
begrenzt, um flüssiges Kühlmittel
der Oberfläche
des Metalls, das von dem Graphitring nach unten durchströmt, zuzuleiten.
Die Löcher
sind nach unten ausgerichtet (d.h. angewinkelt), um das Kühlmittel
auf den Metallkörper
abzugeben, der sich im Wesentlichen an dem Graphitring bildet.
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Das
US Patent Nr. 4,947.925 von Wagstaff et al. offenbart eine Durchlaufkokille,
die im Allgemeinen konfiguriert ist, um Barren und Ähnlichem
mit einem rechteckigen Querschnitt zu bilden. Der in der Kokille
verwendete Gussring, der in dieser Referenz offenbart ist, ist unterteilt
in vier (4) im Allgemeinen geradlinigen Wandsegmenten, die mit mechanischen Befestigungsmitteln
aneinander befestigt sind.
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Das
US Patent Nr. 5,582,230 von Wagstaff et al. offenbart eine Durchlaufkokille,
die stromvorwärts eine ähnliche
Kühleinrichtung
beinhaltet, wie jene, die in dem Wagstaff '098 Patent offenbart ist. Die Kühleinrichtung
ist geeignet ein flüssiges
Kühlmittel direkt
auf die äußere Oberfläche des
halb erstarrten Metalls, das von dem Graphitring nach unten strömt, aufzubringen,
wenn sich die Kokille in Gebrauch befindet. Der Gussformhohlraum
ist mit einer Mehrzahl von Fluidabgabeöffnungen ausgestattet, durch
welche unter Druck befindliche Strahle von Flüssigkeit auf die Oberfläche des
halb erstarrten Metalls abgegeben werden. Die Flüssigkeitsfühlströme oder -strahle werden abgegeben
durch zwei Gruppen von Öffnungen.
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Während Durchlaufkokillen,
die einen Graphit- oder einen graphitähnlichen Ring umfassen, im Stand
der Technik bekannt sind, verbleibt noch Raum für Verbesserungen in diesem
Feld, insbesondere im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Graphitring und
dem geschmolzenen Metall in dem Gussformhohlraum der Durchlaufkokille
während
der Benutzung der Kokille.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Gießvorrichtung
zum Direktstranggießen
von Metall entlang einer horizontalen Achse. Die Gießvorrichtung
umfasst einen Zwischenbehälter zum
Aufnehmen eines Vorrats von geschmolzenem Metall, eine Kokille und
einen Starterblock in Verbindung mit der Kokille. Die Kokille befindet
sich in Flüssigkeitskommunikation
mit dem Zwischenbehälter über einen
in der Zwischenbehälterwand
begrenzten Durchlass. Die Kokille umfasst im Allgemeinen eine Kopfplatte,
einen Gießring
und einen Einspeisering. Die Kopfplatte begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung verbunden
mit dem Durchlass. Die Kopfplatte hat eine Stromaufwärtsseite
und eine Stromabwärtsseite.
Die Stromabwärtsseite
begrenzt eine Aussparung mit einer konischen Seitenwand. Der Gießring ist
verbunden mit der Stromabwärtsseite der
Kopfplatte und begrenzt eine Furche benachbart zur Seitenwand der
Kopfplatte. Der Einspeisering ist in der Furche angeordnet, um das
geschmolzene Metall, das durch die Kokille fließt zu kühlen und zumindest teilweise
zu verfestigen. Der Starterblock ist im Allgemeinen innerhalb des
Gießrings
angeordnet.
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Die
Seitenwand der Kopfplatte erweitert sich vorzugsweise nach außen von
einer zentralen Achse der Kokille. Die Seitenwand kann sich direkt
zu dem Einspeisering erstrecken. Der Einspeisering ist vorzugsweise
aus Graphit hergestellt und der Einspeisering kann fluiddurchlässig sein
und der Gießring
kann derart ausgestaltet sind, dass Kühl- und Schmierflüssigkeit
durch den Einspeisering zugeführt
werden kann. Ein Kühlring
kann mit dem Gießring
verbunden sein. Der Kühlring
kann eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen umfassen. Der Kühlring kann
mit dem Gießring
derart zusammenwirken, dass die Zähne eine Mehrzahl von Sprühdüsen zur
Abgabe von Kühlflüssigkeitsprays
während
der Verwendung der Kokille zumindest an den Gießring abgeben. Der Kühlring kann
eine ringförmige
Kammer begrenzen, die sich in Kommunikation mit den Sprühdüsen befindet.
Die ringförmige
Kammer kann geeignet sein, um Kühlflüssigkeit
den Sprühdüsen zur
Aufbringung zumindest auf den Gießring während der Verwendung der Kokille
bereitzustellen.
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Der
Einspeisering kann mit dem Gießring über eine
Gewindeverbindung verbunden sein. Die bogenförmig geformte Öffnung kann
eine auseinander laufende Öffnung
umfassen. Der in der Zwischenbehälterwand
begrenzte Durchlass kann zumindest teilweise konvergent sein.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls allgemein auf Kokillen
zum Direktstranggießen von
Metall. Die Kokille der vorliegenden Erfindung umfasst üblicherweise
in Kopfplatte, einen Gießring und
einen Einspeisering. Die Kopfplatte begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung.
Die Kopfplatte hat eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite.
Die Stromabwärtsseite
be grenzt eine Aussparung mit einer verjüngten Seitenwand. Der Gießring ist
verbunden mit der Stromabwärtsseite
der Kopfplatte und begrenzt eine Furche benachbart zu der Seitenwand
der Kopfplatte. Der Einspeisering ist in der Furche zur Kühlung und
zur zumindest teilweisen Verfestigung des flüssigen durch die Kokille fließenden Metalls
angeordnet.
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Darüber hinaus
bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum direkten Stranggießen von
Metallen. In dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Direktstranggussvorrichtung üblicherweise
einen Zwischenbehälter,
eine Kokille und einen Starterblock in Verbindung mit der Kokille.
Der Zwischenbehälter
umfasst einen Vorrat von geschmolzenem Metall. Die Kokille befindet
sich in fluider Kommunikation mit dem Zwischenbehälter über einen
in der Behälterwand
begrenzten Durchlass. Die Kokille umfasst üblicherweise eine Kopfplatte,
einen Gießring
und einen Einspeisering. Die Kopfplatte begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung verbunden
mit dem Durchlass. Die Kopfplatte hat eine Stromaufwärtsseite
und eine Stromabwärtsseite.
Die Stromabwärtsseite
begrenzt eine Furche mit einer konischen Seitenwand. Ein Gießring ist
verbunden mit der Flussabwärtsseite
der Kopfplatte und begrenzt eine Furche benachbart zu der Seitenwand der
Kopfplatte. Der Einspeisering ist in der Furche zum Kühlen und
zumindest teilweisen Verfestigen des durch die Kokille fließenden geschmolzenen
Metalls angeordnet.
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Das
Verfahren umfasst im Allgemeinen Zurückziehen des Starterblocks
in den Gießring,
Abgabe des geschmolzenen Metalls an die Kokille durch den Zwischenbehälterdurchlass
in der Zwischenbehälterwand
und die bogenförmig
geformte Öffnung
in der Kopfplatte, und Kühlen
und zumindest teilweise Verfestigen des geschmolzenen Metalls an
dem Einspeisering zum Formen des Metallgegenstands. Der Schritt
der Abgabe geschmolzenen Metalls kann das nach außen Auseinanderlaufen
des geschmolzenen Metalls in der Kokille entlang der Seitenwand
der Kopfplatte vor Inkontaktkommen mit dem Einspeisering umfassen.
Der Einspeisering kann fluiddurchlässig und der Gießring kann
konfiguriert sein, um Kühl- und
Schmierflüssigkeit
an dem Einspeisering bereitzustellen. Das Verfahren kann umfassen
dem Einspeisering Kühl-
und Schmierflüssigkeit beizustellen, um
das geschmolzene Metall an dem Einspeisering zu kühlen und
zumindest teilweise zu verfestigen.
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Ein
Kühlring
kann mit dem Einspeisering verbunden sein. Der Kühlring kann eine Mehrzahl von vorstehenden
Zähnen
umfassen und mit dem Gießring
zusammenwirken, so dass die Zähne
eine Mehrzahl von Sprühdüsen bilden.
Das Verfahren kann des Weiteren die Abgabe von Kühlflüssigkeit mit Sprays zumindest
an den Gießring
durch die Sprühdüsen umfassen,
um den Gießring
während
der Verwendung der Kokille zu kühlen.
Der Kühlring
kann eine ringförmige
Kammer in Fluidkommunikation mit den Sprühdüsen definieren. Das Verfahren
kann des Weiteren die Bereitstellung von Kühlflüssigkeit von der kegelförmigen Kammer
an die Sprühdüsen umfassen.
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Weitere
Details und Vorteile der Gießvorrichtung
und des Direktstranggießverfahrens
der vorliegenden Erfindung werden sich beim Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Figuren erschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht einer horizontalen Direktstranggussvorrichtung
mit einem Zwischenbehälter
und einer Kokille gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht der in der Gießvorrichtung von 1 verwendeten
Kokille;
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3 ist
eine Vorderansicht der Kokille in 2;
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4 ist
eine Schnittansicht der in der in 1 und 2 gezeigten
Kokille verwendeten Kopfplatte;
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5 ist
eine Vorderansicht der Kopfplatte in 4;
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6 ist
eine Schnittansicht eines in der 1 und 2 gezeigten
Kokille verwendeten Gießrings;
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7 ist
eine Vorderansicht des Gießrings
in 6;
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8 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 in 7;
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9 ist
eine ebene Ansicht eines in einer in 1 und 2 dargestellten
Kokille verwendeten Einspeiserings;
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10 ist
eine Schnittansicht entlang Linie 10-10 in 9;
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11 ist
eine Ansicht des Abgabeendes der Kokille in 2, die einen
in den Kokillen in 1 und 2 verwendeten
Kühlring
zeigt;
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12 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in 11;
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13 ist
eine zwischenbehälterseitige
Ansicht einer Zwischenbehälteröffnung,
die den Zwischenbehälter
und die Kokille in der Gussvorrichtung in 1 verbindet;
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14 ist
eine Schnittansicht entlang einer vertikalen Achse der Zwischenbehälteröffnung in 13;
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15 ist
eine Schnittansicht entlang einer horizontalen Achse der Zwischenbehälteröffnung in 13;
und
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16 ist
eine kokillenseitige Ansicht der Zwischenbehälteröffnung der 13 bis 15.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zum
Zwecke der nachfolgenden Beschreibung sollen die Begriffe „obere", „untere", „rechts", „links", „vertikal", „horizontal", „oberes
Ende", „unteres Ende", und Derivate hiervon
sich auf die Erfindung beziehen, wie sie in den Figuren orientiert
ist. Dazu muss jedoch verstanden werden, dass die Erfindung unterschiedliche
alternative Varianten und Schrittfolgen annehmen kann, sofern dies
nicht ausdrücklich
gegenteilig spezifiziert ist. Es muss darüber hinaus verstanden werden,
dass die spezifischen Einrichtungen und Methoden, die in den beigefügten Zeichnungen
illustriert und in dem folgenden Text beschrieben sind, lediglich
einfache beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen. Daher sind spezifische Größen und
andere physikalische Eigenschaften verbunden mit den nachfolgend
offenbarten Ausführungsformen
nicht als limitierend aufzufassen.
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Bezug
nehmend auf 1 ist die vorliegende Erfindung
eine Gießvorrichtung 10,
die geeignet ist, Metallprodukte mit einem massiven Querschnitt direktstrangzugießen. Die
Gießvorrichtung 10 wird im
Allgemeinen einen Zwischenbehälter 12 und
eine Kokille 14, die sich in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälter 12 befindet,
umfassen. Der Zwischenbehälter 12 ist
geeignet, einen Vorrat von geschmolzenem Metall, beispielsweise
geschmolzenem Aluminium oder Magnesium, aufzunehmen, welcher an
die Kokille 14 abgegeben wird. Andere typische Metalle,
die in der Gießvorrichtung 10 verwendet
werden können,
umfassen Zink, Bronze oder Kupfer oder andere Nichteisenmetalle.
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Der
Zwischenbehälter 12 umfasst
im Allgemeinen eine äußere Hülle 16,
die vorzugsweise aus einem Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt
ist, und eine isolierende Schicht 18, die die äußere Schicht 16 auskleidet.
Die isolierende Schicht 18 ist vorzugsweise ein feuerfestes
Material, das geeignet zur Verwendung mit Aluminium- oder Magnesium-Legierungen
oder dergleichen geeignet ist. Die isolierende Schicht 18 begrenzt
eine Aufnahmekammer 20 für geschmolzenes Metall, die
einen fertigen Vorrat von geschmolzenem Metall zur Abgabe an die Kokille 14 während der
Verwendung der Gießvorrichtung 10 enthält. Wie
in 1 dargestellt ist, ist ein Durchlass 22 (hiernach „Zwischenbehälterdurchlass 22") in der Isolierschicht 18 und
der äußeren Hülle 16 ausgebildet,
um die Kokille 14 mit geschmolzenem Metall zu versorgen.
Der Zwischenbehälterdurchlass 22 ist,
wie dargestellt, zumindest teilweise konvergent, um die Zufuhr von
geschmolzenem Metall an die Kokille 14 zu erleichtern.
Wei tere Details des Zwischenbehälterdurchlasses
werden weiter unten in Verbindung mit den 13 bis 16 diskutiert.
Der Zwischenbehälterdurchlass 22 hat
im Allgemeinen zwei Funktionen. Der Zwischenbehälterdurchlass 22 erlaubt
erstens einen nicht turbulenten Durchfluss von geschmolzenem Metall
in die Kokille 14 und verhindert zweitens Oberflächendefekte
durch das Richten des heißen
geschmolzenen Metalls zum Boden der Kokille 14.
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Bezug
nehmend auf 1 bis 3 ist die Kokille 14 vorzugsweise
fest mit der äußeren Hülle 16 verbunden.
Die Kokille 14 umfasst im Allgemeinen eine Kopfplatte 24,
einen mit der Kopfplatte 24 verbundenen Gießring 26,
einen mit dem Gießring 26 verbundenen
Einspeisering 28 und, bevorzugt, einen mit dem Gießring 26 verbunden
Kühlring 30.
Die Kopfplatte 24 ist vorzugsweise fest verbunden mit der äußeren Hülle 16 mittels
einer Kopfklemme 32 und mechanischen Befestigungsmitteln 34.
Die Kopfplatte 24 begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung 36,
die sich in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälterdurchlass 22 in
dem Zwischenbehälter 12 befindet.
Die Öffnung 36 erlaubt
es geschmolzenem Metall in die Kokille 14 während der
Verwendung der Gießvorrichtung 10 zu
strömen.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, ist die Öffnung 36 vorzugsweise
als eine divergierende Öffnung
ausgebildet.
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Bezug
nehmend auf 1 bis 5 hat die Kopfplatte 24 eine
erste oder Stromaufwärtsseite 38 und
eine zweite oder Stromabwärtsseite 40.
Die Stromabwärtsseite 40 zeigt
nach innen in Richtung eines Gussformhohlraums 42 der Kokille 14.
Der Gussformhohlraum 42 ist im Allgemeinen begrenzt durch
die Stromabwärtsseite 40 der
Kopfplatte 24 durch den Gießring 26 und einem
Fuß- oder
Starterblock 44. Während
der Verwendung der Gießvorrichtung 10 und
der Kokille 14 ist der Starterblock 44 zunächst innerhalb
des Gießrings 26 positioniert
oder eingesetzt und wird langsam zurückgezogen von dem Gießring 26 während geschmolzenes
Material zeitgleich in den Gussformhohlraum 42 durch die Öffnung 36 in
der Kopfplatte 24 und den Zwischenbehälterdurchlass 22 fließt, wie
dies im Stand der Technik konventionell bekannt ist.
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Die
Flußabwärtsseite 40 der
Kopfplatte 24 begrenzt eine Furche oder Aussparung 46.
Die Aussparung 46 hat eine konische Seitenwand 28 wie
in 1 und 2 dargestellt. Die konische
Seitenwand 28 erweitert sich im Allgemeinen nach außen von
einer zentralen Achse L der Kokille 14. Vorzugsweise erweitert
sich die Seitenwand 28 von der bogenförmigen Öffnung 36 in der Kopfplatte 24 im
Wesentlichen bis zum Einspeisering 28, so dass das während der
Verwendung der Kokille 14 von dem Gussformhohlraum 42 empfangene
Metall fließend von
der Kopfplatte 24 zu dem Einspeisering 28 übergeht,
wo das geschmolzene Metall zumindest teilweise verfestigt wird,
um einen langgestreckten Metallgegenstand zu bilden. Die verjüngte Seitenwand 48 bewirkt
einen gleichmäßigen Fluss
von geschmolzenem Metall und gibt das geschmolzene Metall gleichmäßig an die
Zone der Verfestigung ab, welche im Wesentlichen an dem Einspeisering 28 entsteht.
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Bezug
nehmend auf 1 bis 10 ist
der Gießring 26 benachbart
zur Kopfplatte 24 angeordnet und ist vorzugsweise mit der
Kopfplatte 24 beispielsweise mit mechanischen Befestigungsmitteln befestigt.
Der Gießring 26 kann
aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Stahl hergestellt sein.
Der Gießring 26 hat
eine langgestreckte innere Wand 50, die eine ringförmige Aussparung 52 begrenzt,
welche im Allgemeinen dem Gussformhohlraum 44 gegenübersteht.
Wie dargestellt ist die Aussparung 52 vorzugsweise unmittelbar
angrenzend und flussabwärts
von der Kopfplatte 24 angeordnet. Der Einspeisering 28 ist
in der Aussparung 52 angeordnet und vorzugsweise fest zum
Gießring 26 angebracht,
beispielsweise durch eine Gewindeverbindung. Der Einspeisering 28 ist
vorzugsweise ein fluiddurchlässiger
Graphitring und wird verwendet um zumindest teilweise das geschmolzene
Metall, das fließend
den Gussformhohlraum 42 während der Verwendung der Gießvorrichtung 10 und
der Kokille 14 passiert, zumindest teilweise zu verfestigen,
wie dies nachfolgend weiter beschrieben wird. Die Verwendung von
Graphitringen in Direktstranggießvorrichtungen ist wohlbekannt
im Stand der Technik wie vorab in Verbindung mit dem Wagstaff Patenten,
die vorab durch Referenz eingearbeitet wurden, diskutiert worden
ist.
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Bezug
nehmend auf 1 bis 12 ist
der Kühlring 30 benachbart
zu dem Gießring 26 angeordnet.
Der Kühlring 30 ist
vorgesehen, um den Gießring 26 zu
kühlen
und das zumindest teilweise verfestigte Metall, das den Einspeisering 28 passiert,
wenn die Kokille 14 sich in Benutzung befindet, vollständig zu verfestigen.
Die Kühlung
ist zur Abgabe von Kühlungsfluidsprays
auf die äußere Oberfläche 54 der lang
gestreckten Wand 50 des Gießrings 26 und, bevorzugt,
auf die Oberfläche
des zumindest teilweise verfestigten Metalls, das den Gießring 26 passiert, ausgestaltet.
Der Kühlring 30 ist
vorzugsweise fest an dem Gießring 26 montiert,
beispielsweise durch mechanische Befestigungsmittel. Der Kühlring 30 kann
aus Metall wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Stahl oder rostfreiem
Stahl, oder einem nichtmetallischen Material wie beispielsweise
aus Polymer mit geeigneten Eigenschaften, hergestellt sein.
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Der
Kühlring 30 begrenzt
eine ringförmige Kammer 28.
Die ringförmige
Kammer 28 ist geeignet, einen Vorrat an Kühlflüssigkeit,
beispielsweise Wasser, aufzunehmen, welche an die äußere Oberfläche 54 der
lang gestreckten Wand 50 des Gießrings 26 und an das
zumindest teilweise verfestigte Metall, das den Einspeisering 28 mit
dem Gießring 26 während der
Verwendung der Kokille 14 passiert, abzugeben ist. Vorzugsweise
wird die Kühlflüssigkeit
(d.h. Wasser) an die äußere Oberfläche 54 und
an das halb verfestigte Metall in Form von Kühlsprays abgegeben. Zu diesem
Zwecke begrenzt der Kühlring 30 eine
Mehrzahl von vorstehenden Zähnen 60.
Der Kühlring 30 ist
verbunden mit oder wirkt zusammen mit dem Gießring 26 derart, dass
die vorstehenden Zähne 60 eine
Mehrzahl von Sprühdüsen 62 begrenzen
oder formen, um die Kühlsprays
auf die äußere Wand 54 von
dem Gießring 26 bereitzustellen. Die
Sprühdüsen 62 befinden
sich in Fluidkommunikation mit der ringförmigen Kammer 58,
welche die Kühlflüssigkeit
den Sprühdüsen 62 abgibt.
Die Sprühdüsen 62 sind
im Allgemeinen einwärts
von der zentralen Achse L der Kokille 14 ausgerichtet.
Die vorstehenden Zähne 60 und
somit die Sprühdüsen 62 sind
vorzugsweise gleichmäßig beabstandet
um den Gießring 26 herum
angeordnet um im Wesentlichen gleichförmige Kühlflüssigkeitssprays auf die äußere Wand 54 des
Gießrings 26 und
auf das von dem Gießring 26 passierende,
halb verfestigte Metall bereitzustellen.
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Der
Einspeisering 28 wird gespeist mit einer Kühl- und
Schmierflüssigkeit
oder einer Kombination von Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Öl,
Rapsöl, Erdnussöl oder geeignete
synthetische Schmiermittel, um das der Kokille 14 von dem
Zwischenbehälter 12 zugeführte und
durch den Gussformhohlraum 44 während der Verwendung der Kokille 14 fließende geschmolzene
Metall zu verfestigen. Die Kühl-
und Schmierflüssigkeit
wird dem Einspeisering 28 durch ein System von in dem Gießring 26 begrenzter
Kanäle
zugeführt.
Das System von Kanälen
umfasst einen sich umlaufend erstreckenden Zufuhrkanal 64,
der die Kühl-
und Schmierflüssigkeit
umlaufend durch den Gießring 26 zirkuliert
und eine Mehrzahl von sich quer erstreckenden Abzweigkanälen 66,
welche die Kühl-
und Schmierflüssigkeit
direkt an den fluiddurchlässigen
Einspeisering 28 abgeben. Der fluiddurchlässige Einspeisering 28 erlaubt
es der Kühl-
und Schmierflüssigkeit
die Oberfläche
des Einspeiserings 28 zu erreichen, um das geschmolzene,
durch den Gussformhohlraum 42 von dem Zwischenbehälter 12 fließende geschmolzene
Material zu kühlen
oder zumindest teilweise zu verfestigen. Der Einspeisering 28 arbeitet
hier im Wesentlichen in analoger Weise wie die aus dem Stand der
Technik bekannten Graphitringe, die beispielsweise in den vorab
diskutierten Wagstaff Patenten offenbart sind.
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Bezug
nehmend auf 13 bis 16 ist der
in der Seitenwand des Zwischenbehälters 12 gebildete
Zwischenbehälterdurchlass 22 dargestellt. Der
Zwischenbehälterdurchlass 22 ermöglicht die Bewegung
des geschmolzenen Metalls von dem Zwischenbehälter 12 zu der Kokille 14.
Das geschmolzene Metall fließt
durch Gravitation von der geschmolzenen Metallaufnahmekammer 20 durch
den Zwischenbehälterdurchlass 22 (d.h.
Spiegeldifferenzen zwischen der Kammer 20 und dem Zwischenbehälterdurchlass 22).
Der Zwischenbehälterdurchlass 22 ist
ein im Wesentlichen konvergenter Durchlass, der unterteilt ist in
zwei Teile oder Bereiche. Insbesondere umfasst der Zwischenbehälterdurchlass 22 einen ersten
Teil 70, der einen konvergenten Bereich in dem Zwischenbehälterdurchlass 22 bildet,
und einen zweiten Teil 42, welcher im Wesentlichen zylindrisch geformt
ist. Der erste Teil 70 bildet den Eingangsbereich bzw.
die Öffnung
zu dem Zwischenbehälterdurchlass 22 und
erlaubt geschmolzenes Metall gleichmäßig in den Zwischenbehälterdurchlass 22 von
der Aufnahmekammer 20 überzutreten.
Der zweite Teil 72 bildet den Auslass des Zwischenbehälterdurchlasses 22 und
leitet geschmolzenes Material der bogenförmigen Öffnung 36 in der Kopfplatte 24 zu.
Die bogenförmige Öffnung 36 ist
im Allgemeinen divergent über
ihre Länge
und erlaubt es dem in den Gussform hohlraum 42 fließenden geschmolzenen Metall
gleichmäßig in Kontakt
mit der Stromabwärtsseite 40 der
Kopfplatte 24 überzugehen.
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Bezug
nehmend auf 1 bis 16, die allgemein
vorab beschriebene Gießvorrichtung 10 arbeitet
im Wesentlichen wie folgt: Zunächst
wird der Starterblock 44 in den Gießring 26 benachbart
der Kopfplatte 24 eingesetzt. Wenn der Starterblock 44 von
dem Gießring 26 zurückgezogen
wird, fließt
geschmolzenes Metall von der Aufnahmekammer 20 in den Zwischenbehälterdurchlass 22.
Der erste Teil 70 des Zwischenbehälterdurchlasses 22 trichtert
das geschmolzene Metall in den zweiten Teil 72. Das geschmolzene
Metall fließt
dann in den Gussformhohlraum 42 der Kokille 14 durch
die divergent kreisbogenförmige Öffnung 36.
Wenn das geschmolzene Metall in den Gussformhohlraum 42 einfließt, läuft das
geschmolzene Metall auswärts,
entlang der in der Stromabwärtsseite 40 der
Kopfplatte 24 gebildeten Seitenwand 48. Das geschmolzene
Metall fließt auswärts bis
es den Einspeisering 28 kontaktiert. Der Einspeisering 28 kühlt das
geschmolzene Metall um eine feste äußere Haut von verfestigtem
Metall in Kontakt mit dem Einspeisering 28 zu bilden. Das
nun zumindest teilweise verfestigte Metall passiert zum Gießring 26,
an dem es vollständig
verfestigt wird in den gewünschten
Metallgegenstand, wie beispielsweise einen Barren. Das zumindest
teilweise verfestigte Metall fließt entlang der verlängerten
Wand 50 des Gießrings 26,
wo es gekühlt
und verfestigt wird. Der Gießring 26 und
zumindest teilweise verfestigtes Metall werden gekühlt durch
die Applikation von Kühlflüssigkeitssprays
wie weiter oben erwähnt,
die durch die Sprühdüsen 62,
die durch die an dem Kühlring 30 gebildeten
vorstehenden Zähne 60 begrenzt sind,
abgegeben werden. Die Kühlflüssigkeit
für die Kühlsprays
wird von der ringförmigen
Kammer 58, die durch den Kühlring 30 gebildet
ist, bereitgestellt. Die ringförmige
Kammer 58 ist vorzugsweise in Fluidkommunikation mit einer
externen Quelle von Kühlflüssigkeit,
beispielsweise Wasser.
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Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
der Gießvorrichtung
und der Kokille beschrieben worden ist, mögen Fachleute Modifikationen
und Änderungen
an der vorliegenden Erfindungen durchführen ohne den Geist und den
Umfang der Erfindung zu verlassen. Demgemäß ist die vorstehende detaillierte Beschreibung
gedacht illust rativ, jedoch nicht restriktiv zu sein. Die Erfindung
ist begrenzt durch die beigefügten
Ansprüche
und sämtliche Änderungen
an der Erfindung, die unter den Wortsinn und in den Äquivalenzbereich
der beigefügten
Ansprüche
fallen, müssen
als von deren Umfang erfasst angesehen werden.
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Zusammenfassung:
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Eine
Gießvorrichtung
(10) zum Direktstranggießen von Metall umfasst einen
Zwischenbehälter (12),
der einen Vorrat von geschmolzenem Metall enthält, eine Kokille (14)
und einen Starterblock (44) verbunden mit der Kokille (14).
Die Kokille (14) befindet sich in Fluidkommunikation mit
dem Zwischenbehälter
(12) über
einen Durchlass (22), der in der Zwischenbehälterwand
ausgebildet ist. Die Kokille (14) umfasst eine Kopfplatte
(24), einen Gießring
(26) und einen Einspeisering (28). Die Kopfplatte
(24) begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung (36),
die mit dem Durchlass (22) verbunden ist. Die Kopfplatte (24)
hat eine Stromaufwärtsseite
(38) und eine Stromabwärtsseite
(40). Der Gießring
(26) ist mit der Stromabwärtsseite (40) der
Kopfplatte (24) verbunden und begrenzt eine Furche (52)
benachbart der Seitenwand (48) der Kopfplatte (24)
und der Einspeisering (28) ist in der Furche angeordnet.