DE1483596A1

DE1483596A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Metallen

Info

Publication number: DE1483596A1
Application number: DE19651483596
Authority: DE
Inventors: Rufus Easton
Original assignee: Koppers Co Inc
Current assignee: Beazer East Inc
Priority date: 1964-10-16
Filing date: 1965-10-15
Publication date: 1969-09-18
Also published as: US3329199A

Description

PATE NTANWÄLTE

dr. W.Schalk · dipping. P. Wirth · dipl.-ing.G. Dannenberg

DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WE I NHOLD

6 FRANKFURT AM MAIN Λ I Q O C Q

OR. (ICHINHIIMII STR. SP

27.11.68

PW/Gu/H P 14 83 596.2

Gase 63:328

Koppers Company, Inc. Pittsburgh 19, Pa., USA

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Metallen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abziehen eines erstarrenden Metallstranges aus einer mit flüssigem Metall beschickten, bewegten Strangziehkokille mit einem iOrmhohlraum, in dem sich der Metallstrang von der gekühlten Kokillenwandung durch Schrumpfen in einem oberhalb des am unteren Ende des I'ormhohlraums gelegenen Austrittsquerschnittes befindlichen waagerechten Querschnitt abzulösen beginnt, von welchem an mittels von unten her angreifender äußerer Kräfte der Metallstrangabgezogen und in einer gekrümmten Bahn in eine etwa waagerechte Richtung überführt wird. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Stranggießen von Metallen, insbesondere von Stahl^ gestaltet sich dann einfach, wenn die Achse der Gießform (Kokille) senk-

Neue Un terlagen (Art ₇ §, _Abs. _{2 Nr}.

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4.9.

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recht ist, weil das flüssige Metall dann der Schwerkraft folgend aus einer Gießpfanne und einem Zwischenbehält ei·, der oberhalb der Kokille angeordnet sind, nach unten fließt. Stranggußanlagen dieser .Art erfordern jedoch einen teueren, schweren und massiven, hohen bzw. turmartigen Gießstand, was aus verschiedenen einleuchtenden Gründen unbefriedigend ist.

Um einzelne Nachteile derartiger Stranggußanlagen zu beseitigen, wurde der Steng unmittelbar nach seiner Bildung mittels äußerer Kräfte gegen die Horizontale abgebogen und danach gerichtet, um ihn in eine horizontale Lage zu bringen.

Es ist zwar einfach und zweckmäßig, den Strang in einzelne Stücke (Knüppel) zu zerschneiden und diese dann weiter zu handhaben, sobald sie in eine im wesentlichen horizontale Lage gebracht worden sind, aber die Erfahrung lehrt, daß das Biegen der Stränge mittels äußerer Kräfte besonders dann, wenn bzw. solange der Kern des Stranges noch nicht erstarrt ist, zu Rißbildungen in den erstarrten Bereichen des Stranges bzw. in den Teilen des Stranges führt, die fast eretarrt sind, aber nur eine geringe oder überhaupt keine Zugefestigkeit besitzen.

BAD ORIGINAL

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Um zu verhüten, daß der gerade gegossene Metallstrang zur Rißbildung neigt, wird in einer bekannten Vorrichtung ein größerer senkrechter Abstand zwischen der Kokille und der Strangbiegeeinrichtung vorgesehen, so daß die Erstarrung des Strangs vor dem Biegen weiter forgeschritten ist. Eine Solche Vorrichtung erfordert aber auch eine die äußeren Biegekräfte erst außerhalb der Kokille aufbringende und entsprechend starke und teure Trag- und Stützeinrichtung, ^ die beträchtlichen Platz beansprucht. Eine andere bekannte Vorrichtung weist eine gebogene Kokille und eine gekrümmte, unterhalb der Kokille angeordnete Unterlage bzw. Stützeinrichtung auf, die den gegossenen Metallstrang trägt bzw. unterstützt. Die gebogene Kokille dieser bekannten Strang·*· gußanlage wird im allgemeinen in Richtung der gebogenen Kokillenachse hin und her bzw. auf und abbewegt, um zu verhindern, daß der Strang in der Kokille klebt bzw. sich darin festsetzt. Bei dieser bekannten Anlage sind die Einrichtungen * zum Bewegen der Kokille jedoch wiederum kompliziert und teuer. Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung ist eine relativ tiefe, senkrecht angeordnet Kokille vorgesehen, die sich oberhalb einer bogenförmigen Stütz- und Tränkeinrichtung füa? den Stran/r befindet. Bei dieser letztgenannten bekrmnten Vorrichtung hot der Strang jedoch das Bestreben, bereits in der geraden, relativ tiefen Kokille zu erstarren; wenn

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der Strang die Kokille verläßt, wird er mittels Rollen der Stützeinrichtung gebogen. Das jedoch führt wiederum zur Bildung von Rissen und Fehlern im Strang.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 025 578 ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, bei dem eine Kokille eine zur Seite der in waagerechter Rich-P tung angreifenden Kraftkomponente gekrümmte Kokillenwandung aufweist. Auf diese Weise wird der Strang von vorneherein als entsprechend gekrümmter Strang aus der Kokille abgezogen. Diese bekannte Vorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß die Kokille auf einem entsprechendem Kreisbogen bewegt werden muß, womit eine verhältnismäßig aufwendige Bewegungsvorrichtung für die bekannte Stranggießkokille erforderlich ist.

* Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abziehen eines erstarrenden Metallstranges aus einer Kokille zu schaffen, welches es ermöglicht,mit einer einfachen und damit billigen Vorrichtung zu arbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zugkraf-tfLängs der von einem lotrechten Pormhohlraumverlauf abweichenden, gekrümmten Bahn auf den Strang in

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Höhe des waagerechten Querschnittes ¹ · ausgeübt wird und in dieser Höhe die gekrümmte Achse der gekrümmten Bahn die Kokillenachse tangiert, wobei die Strangziehkokille auf und ab bewegt wird.

Somit wird dem Metallstrang in der Strangziehkokille bereits eine gekrümmte Form verliehen, ohne daß diese der gekrümmten Form des Stranges angepaßt werden muß. Die Strangziehkokille kann vielmehr einen geradlinigen, lotrecht verlaufenden £orm— hohlraum aufweisen, so daß die Strangziehkokille lediglich in senkrechter Richtung während des Ziehprozesses auf und ab bewegt werden muß. Dieeer Bewegungsvorgang ist aber äußeret einfach zu erreichen und benötigt keinerlei aufwendige Bewegungsvorrichtungen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren tangieren sich die Achsen der Kokille und der Wirkungebahn der äußeren Zugkräfte etwa an der Stelle, in deren Bereich die Loslösung des Stranges von der Kokillenwandung beginnt. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist nun eine Vorrichtung besonders geeignet, die dadurch gekennzeichnet lot, daß die Mitte des Strangeintrittsquerschnitts einer an sich bekannten, die Umlenkung dee Stranges in waagerechte Richtung bewirkenden,vorzugsweise aus Rollen bestehenden Stütz-

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und Führungseinrichtung in waagerechter Richtung gegen die Mitte des Austrittsquerschnitts der Kokille höchstens und vorzugsweise gerade soweit versetzt ist, daß der geschrumpfte Strang den Austrittsquerschnitt an dec Seite höchstens berührt, zu der hin er gekrümmt ist.

Um einen Strang möglichst gleicher Abmessungen gießen zu können, liegen die dem Eintrittsquerschnitt folgenden Stütz- und Pührungsglieder eine gekrümmte iiihrurgrtiahn für den Strang mit dem gleichen oder nahezu gleichen und gleichbleibenden Krümmungsradius für die Mittelachse des Stranges fest, den diese Achse bis zu diesem Eintrittsquerschnitt erhalten hat.

Im fo^nden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

]?ig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Stranggußanlage, in der ein Metallstrang erzeugt wird, und

Pig. 2 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

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In Pig. 1 Ist der untere Teil eines typischen Zwischenbehälters 11 in Arbeitsstellung über einer in vertikaler Richtung hin- und herbewegbaren metallenen Gießform (Kokille) 13 gezeigt. Unterhalb der Kokille ist eine gebogene, Rollen aufweisende Stütz- bzw. iührungseinrichtung vorgesehen, die in beliebiger herkömmlicher Bauweise ausgeführt sein kann und die einen gegossenen Metallstrang 17 unterstützen kann, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Eine solche Stützbzw. Führungseinrichtung weist gewöhnlich eine Vielzahl einander gegenüberliegender Rollen 19 auf, die soweit voneinander entfernt angeordnet sind, daS sie den gegossenen Metall strang 17 zwischen sich aufnehmen können. Wie schematisch in Pig. 2 angedeutet ist, kann die Kokille 13 auf beliebige Art und Weise in senkrechter Richtung auf- und abbewegt werden, damit der Strang 17 nicht an der Kokille anklebt.

Der gegossene Strang 17 durchläuft eine herkömmliche Bichteinrichtung 21, die tiefer als die Kokille 13 angeordnet ist, so daß der Strang 17 Kreisbogenform annimmt und vorzugsweise einen Viertelkreisbogen bildet.

Pig. 2 zeigt schematisch die Kokille 13 und die gebogene Strangstützeinrichtung, sie läßt ferner erkennen, wie hoch das flüssige netall vorzugsweise oberhalb dec unteren

■» «μιναι.

Endes bzw. "Bodens" der Kokille steht. Bei einer 'bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kokille tiefer als ungefähr 152 mm und vorzugsweise ungefähr 254 mm tief. Somit ist diese Kokille im "Vergleich zu den herkömmlichen geraden Kokillen, die ungefähr . 610 mm tief sind, relativ flach.

Die Kokille 13 ist so angeordnet, daß ihre Achse 23 senkrecht verläuft; die Strangstutζeinrichtung 19 ist demgegenüber so vorgesehen, daß ihre gekrümmte Achse 25 in einer durch die Achse 23 gehenden Ebene liegt. Darüber hinaus "berührt die gekrümmte Achse 25 die senkrechte Achse 23 in einem Punkt A; dieser Punkt A liegt in derjenigen Ebene in der Kokille 13» in der das in die Kokille gegossene Metall sich infolge Schrumpfung von den Innenwandungen der Kokille zurückzuziehen bzw. abzulösen beginnt. Der Punkt A ist ferner ein Endpunkt eines horizontal gezeichneten Krümmungsradius R der Achse 25 der Strangstützeinrichtung, Während der Strang sich abkühlt, zieht er sich dementsprechend von der Kokillenwandung zurück, und unterhalb der durch den Punkt A gehenden Ebene bildet sich zwischen dem Strang und der Kokillenwandung ein Spalt aus. Sobald der Strang 17 die Kokille verläßt, wird er von der gebogenen, Rollen aufweisenden Stützeinrichtung 15 derart

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aufgenommen, daß der auf der zum Krümmungsmittelpunkt hin gelegenen Seite vorhandene Spalt praktisch verschwindet. Das "bedeutet, daß der Strang 17 fast die untere Ecke der Kokille 13 "berührt, wenn diese sich bei ihrer hin und hergehenden Bewegung in ihrer tiefsten Lage (im unteren Totpunkt) befindet.

Bezeichnet man den Winkel zwischen dem Radius R und der Schnittlinie L mit θ (Theta) und den seitlichen Versetzungsbetrag der Achse 25 in der Horizontalen (in Pig. 2 nach rechts) mit B, dann ergibt sich B aus der Beziehung:

B= R . (1-Cos Θ)

Die. Höhe des Punktes A, d.h. der Abstand des Punktes A von der unteren Begrenzungslinie bzw. von dem "Boden" der Kokille sei mit SC (vergleiche Fig. 2) bezeichnet. Dann ergibt sich ATf aus der Beziehung;

IU = R.Sin θ

Es ist bekannt, daß der Punkt A im allgemeinen ungefähr 51..»76 mm unterhalb des Spiegels des flüssigen Metalls in der Kokille liegt. Demgemäß ergibt sich die G-esamttiefe des Metalls in der Kokille dadurch, daß man zu der Entfernung Tu den Betrag von 51 ... 76 mm addiert.

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IOlgendes Beispiel diene zum "besseren Verständnis der _f Erfindung. Es sei angenommen, daß der Krümmungsradius R der Achse der Strangstützeinrichtung 4575 bhq und die Schrumpfung eines Stranges 17 mit quadratischem Querschnitt und einer S_eitenlänge von 102 ram auf Jeder Seite 0,58 mm ausmacht, gemessen in der unteren Begrenzungslinie der Kokille. Demgemäß ist die Strecke B im wesentlichen gleich 0,38 mm. Der Winkel θ errechnet sich aus der Gleichung:

»cos-¹

somit ist

θ = 0,74° (angenäherter ¥ert) Die Strecke 1"U ergiht sich aus:

ITJ = 4575 . Sin 0,74°

A"ü = 59 mm (angenäherter Wert)

Demgemäß "beträgt die Gesamttiefe des Metalls in der Kokille ungefähr 110 ... 135 mm.

Bei einer "bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Kokille 13 eine Tiefe von nicht weniger als 152 mm und vorzugsweise eine Gesamttiefe von 254 mm. Aus dem Zwischenbehälter 11 fließt das flüssige Metall in die Kokille 13, und

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der Gußstraaag 17 wird "in der herkömmlichen Art und Weise unter Verwendung eines beim Angießen in die Kokille eingeführten Kalifestranges oder mittels einer anderen geeigneten Anordnung erzeugt. Um ein Kleben bzw. Hängenbleiben des Stranges an den Kokillenwandungen zu verhindern, wird die Kokille-13 in senkrechter Richtung auf- und abbewegt, und der Strang wird gleich nach seiner Bildung in der herkömmlichen Art und Weise kontinuierlich abgezogen. Sobald die Strangbilduiig einmal eingesetzt hat, und der Strang kontinuierlich abgezogen wird, kann die Zuflußmenge an geschmolzenem Metall reguliert, und dadurch der Spiegel des geschmolzenen Metalls in der Kokille auf einer Höhe von ungefähr 102 ... 127 inm oberhalb des unteren Endes der Kokille geholten werden. Danach sollte der Spiegel des flüssigen Metalls während des gesamten Gießvorgangs auf einer Höhe von 102 ... 127 mm über dem unteren Ende der Kokille gehalten werden.

Wenn der Strang 17 aus der erfindungsgemäßen Kokille austritt, führt er bogenförmig dieselbe Bewegung aus, wie die bereits vorher aus der Kokille ausgetretenen Strängteile oder wie der zum Angießen in die Kokille eingeführte Kaltstrang unter Wirkung der bogenförmig angeordneten Stützeinrichtung bereits ausgeführt haben. Wenn aufeinander-

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folgende flächenelemente des Stranges in der Kokille erstarren, erstarrt jedes Fläohenelement infolge dieser bogenförmigen Bewegung in einer leicht winkeligen Stellung zu dem unmittelbar vorher erstarrten Flächenelement, so daß die aus einer Anzahl von erstarrten Flächenelementen bestehende Gesamtfläche in einer der Stützeinrichtung entsprechenden Gestalt gekrümmt bzw. gewölbt ist. Weil jedes Flächenelement in dieser gewünschten Beziehung zu den vorher erstarrten Seilen des Stranges erstarrt, sind zur Herstellung des gebogenen Stranges keine nennenswerten mechanischen Kräfte und kein besonderer nachgeschälteter Biegevorgang erforderlich.

Die Stützeinrichtung 19 weist im allgemeinen eine Vielzahl von Sprühdüsen 27 auf, die in herkömmlicher Art und Yfeise angeordnet sind und verhindern,sollen» daß die Wärme des noch flüssigen Metalls im Kern des Stranges die bereits erstarrte Schale des Stranges wieder zum Schmelzen bringt und so den Strang zerstört. Der Strang wird durch die Stützeinrichtung 19 unterstützt und von dieser nach dem Durchlaufen der Richteinrichtung 21 in einer im wesentlichen horizontalen Richtung ausgetragen bzw. ausgefördert. Die erfindungsgemä'ß hergestellten Gußstränge sind frei von Rissen und anderen Gießfehlern, die in Stranggußerzeugnissen anzutreffen sind, welche zuerst unter Wirkung äußerer

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mechanischer Kräfte gebogen und dann gerichtet werden.

Die Kokille soll tiefer als 152 mm sein. Die gegenwärtig verwendeten Kokillen sind wesentlich tiefer. Erfindungsgemäß werden auf den Strang keine derartigen Biegekräfte, die Risse und andere Gießfehler hervorrufen wurden, ausgeübt, weil der Strang bzw. seine Oberfläche bereits in der gewünschten Form erstarrt ist und deshalb ohne einen I besonderen nachgeschalteten Biegevorgang der gebogenen Stützeinrichtung angepaßt ist. Dementsprechend hat die erfindungsgemäße Stranggußanlage eine wesentlich geringere Bauhöhe als die gegenwärtig verwendeten Anlagen, Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Stranggußanlage billiger als die bekannten Anlagen und arbeitet wirtschaftlicher als diese.

Zum Unterschied zu bekannten Vorrichtungen werden somit. Biegekräfte im Strang schon erzeugt ehe dieser ganz oder teilweise erstarrt ist, so daß auf den aus der Kokille ausgetretenen und weitgehend erstarrten Strang keine oder keine wesentlichen Biegekraft mehr ausgeübt zu werden brauchen. Eine für diesen Strang dann dennoch vorgesehene Trag- oder Stützeinrichtung braucht dann im wesentlichen nur noch die Führung des Strangs in seiner bereits vorher gebogenen lorm zu übernehmen und kann entsprechend einfach ausgebildet werden.

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Claims

. 148359b 27.11.68 jm PW/Gu/H p 14 83 596.2 Koppers Company, Inc. Gase 63:328 Ueue Patentansprüche

1. Verfahren zum Abziehen eines erstarrenden Metallstranges aus einer mit flüssigem Metall beschickten, "bewegten Strangziehkokille mit einem Pormhohlraum, in dem sich der Metallstrang von der gekühlten Kokillenwandung durch Schrumpfen in einem oberhalb des am unteren Ende des SOrmhohfrautns gelegenen Austrittsquerschnittes befindlichen waagerechten Querschnitt abzulösen beginnt, von welchem an mittels von unten her angreifender äußerer Kräfte der Metallstrang abgezogen und in einer gekrümmten Bahn in eine etwa waagerechte Richtung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft längs der von einem lotrechten iOrmhohlraumverl auf abweichenden, gekrümmten Bahn auf den Strang in Höhe des waagerechten Querschnitts (bei A) ausgeübt wird und in dieser Höhe die gekrümmte Achse der gekrümmten Bahn die Kokillenachse tangiert, wobei die Strangziehkokille auf und ab bewegt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte des Strangeintrittsquerschnitts einer an sich bekannte^ die Umlenkung des Stranges in waagerechte Richtung bewirkenden, vorzugsweise

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-S-

aus Rollen (19) bestehenden Stütz- und führungseinrichtung in waagerechter Richtung gegen die Mitte (0) des Austrittsquerschnitts der Kokille höchstens und vorzugsweise gerade soweit (um den Betrag B) versetzt istj daß der geschrumpfte Strang den Austrittsquersclinitt an der Seite höcfcebens berührt, zu der hin ör gekrümmt ist*

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Eintrittsqüerschnitt folgenden Stütz- und 3?ühruiigsglieder (Rollen 19) eine gekrümmte !Führungsbahn für den Strang (17) mit dem gleichen oder nahzu gleichen und gleichbleibenden Krümmungsradius für die Mittelachse (25) des Stranges festlegen, den diese Achse bis zu diesem Bintrittsauerschnitt erhalten hat.

Der Patentanwalt:

909838/0356 SADOBIQfNAL

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