DE1483630C - Anwendung eines kontinuierlichen, drehenden Stranggießverfahrens zur Herstellung von rundem Vollmaterial sowie eine Vorrichtung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von rundem Vollmaterial. Derartiges Vollmaterial, beispielsweise in Form von Rundstäben aus Stahl, dient als Vormatcria! für die verschiedensten Weiterverarbeitungszwecke. Beispielsweise können schweißnahtlose Stahlrohre durch Ausdrehen runder Vollstäbe hergestellt werden. Auf Abschnitte passender Länge abgelängt, können derartige Vollrundstäbe auch als Ausgangsmaterial zur Herstellung beliebiger Profile durch Hciß/iehen, insbesondere unter Verwendung von Glas als Schmiermittel, verwendet werden. Weitere Beispiele für die Verwendung von rundem Vollmatcrial ist die Weiterverarbeitung mittels Schmieden oder Walzen zu Stangen oder Drähten verringerten Durchmessers.

Voraussetzung für die wirtschaftliche Herstellung von Rundstäben als Vormatcrial für die erwähnten Wdterverarbeitungszwccke ist, daß das nach dem jecher Qualität, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit und der Homogenität der Gefügestruktur über den gesamten Querschnitt, ist, daß es ohne nennenswerte Nachbearbeitung der Weiterverarbeitung für die genannten Anwendungszwecke zugeführt werden kann. Insbesondere muß (α) die Außenoberfläche der Rundstäbe so glatt und qualitativ einwandfrei sein, daß ein Abdrehen vor dem Verwalzen zu Röhren oder anderen Fertigerzeugnissen entbehrlich ist; und

ίο (b) die Rundstäbe müssen auch im mittleren Kernbereich des Querschnitts eine hervorragende Gußqualität besitzen. Die vorstehend genannten Forderungen müssen für das Rundmaterial praktisch hundertprozentig erfüllt sein; schon geringe Ausschußmengen würden die Herstellung wirtschaftlich untragbar machen.

Mit den vorstehend genannten Forderungen sind gleichzeitig die hauptsächlichen Schwierigkeiten bei der Herstellung von Vollmaterial insbesondere im kontinuierlichen Gießverfahren angedeutet. Beim kontinuierlichen Gießen insbesondere von größeren Querschnitten besteht nämlich eine Tendenz zur Bildung schuppenartiger Überlappungen und Verfaltungen des Gußes auf der Gußhaut, die ein kostspieliges Nacharbeiten durch Abfräsen notwendig machen oder gar zu Ausschuß führen. Des weiteren besteht im Inneren des Querschnitts und besonders im zentralen Mittelbereich die Gefahr der Bildung von Luft- und Schlackeneinschlüssen und anderweitiger Lunkerbildung, was Inhomogenitäten der Gefügestruktur und insgesamt eine mindere Gußqualität im zentralen Kernbereich zur Folge hat.

Dies gilt auch für das aus der deutschen Patentschrift 876 891 bekannte Verfahren zum kontinuierliehen Stranggießen von Vollmaterial mittels einer ruhenden, gekühlten Stranggießkokille, wobei der Gießstrahl ortsveränderlich bezüglich der Stranggießkokille und des in diesem ruhenden Schmelzspiegels zugeführt wird, beispielsweise — bei der Herstellung von Rundkörpern — um die Mittelachse der runden Kokille rotiert. Bei diesem Verfahren wird allenfalls eine gewisse Verteilung der Einschlüsse und sonstigen qualitätsmindernden Fehlstellen auf die gesamte Strangfläche erreicht. Mit der Schmelze mitgeführte Schlackenreste können bei diesem bekannten Verfahren nicht in einfacher Weise und ohne Störung der Kontinuität des Verfahrens entfernt werden, wodurch allein schon die erforderliche hohe Qualität des Gusses über die gesamte Querschnittsfläche des Stranges verhindert wird.

Die vorstehend genannten, bei den bisher bekannten kontinuierlichen Gießverfahren für Vollmaterial auftretenden Schwierigkeiten waren dafür verantwortlich, daß bisher kein derartiges kontinuierliches Stranggießverfahren für Vollmaterial in größerem Maßstab Eingang in die Praxis gefunden hat, obzwar das kontinuierliche Stranggießen von Rundstäben an sich erhebliche Kostenvorteile erwarten ließe. Diese Kostenvorteile gehen verloren, sofern wegen der erwähnten technischen Schwierigkeiten auch nur an einem geringen Teil des Materials Qualitätsminderungen auftreten, die etwa eine Bearbeitung der Außenhaut erforderlich machen oder die bei der verhältnismäßig kostspieligen Weiterverarbeitung, beispiclsweise zu schweißnahtlosen Rohren, auch nur zu einem geringen Ausschußanteil führen.

Andererseits ist die Herstellung von Rohren oder

im kontinuierlichen drehenden . Stranggießverfahren bekannt. So ist beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 299 788 bzw. aus dem »Handbuch des Stranggießens« von Herrmann, S. 274, Figuren 903 und 904, ein Schleuderstranggießverfahren zur Herstellung von Rohren oder allgemein Hohlkörpern bekannt, bei welchem die Schmelze in eine Stranggießkokille eingeführt wird, die mit einer solchen Drehzahl rotiert, daß sich das flüssige Metall unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auf dem Mantel der Form niederschlägt. Der Schmelzenstrahl wird dabei in radialer Richtung in eine Ringnut bzw. -rille an der oberen Stirnseite der Kokille gerichtet, aus der er dann in die Kokille selbst überläuft, wobei er durch die infolge der hohen Drehzahl der Kokille wirksame Zentrifugalkraft gegen die Kokillenwandung gepreßt wird. Um die Kühlung des Gießstranges nicht nur von außen her vor sich gehen zu lassen und um gleichzeitig eine gewisse Walzbearbeitung der Innenwandung des gebildeten Hohlstrangs zu gewährleisten, an welcher sich andernfalls wiederum die bereits weiter oben erwähnten Einschlüsse und Porositätsstellen bilden würden, ist nach einer Ausgestaltung dieses bekannten Verfahrens vorgesehen worden, im Inneren der rotierenden Kokille einen gekühlten Dorn und gegebenenfalls an diesem zusätzlich drehbare Bearbeitungswalzwerkzeuge anzuordnen.

Für die Herstellung von Vollmaterial konnte dieses bekannte Schleuderstranggießverfahren für Hohlstränge dem Fachmann nicht ohne weiteres als Vorbild dienen. Zum einen läßt die Herstellung von Vollmaterial keine vergleichbar hohen Drehzahlen der Kokille zu, da ansonsten die Schmelze aus dem mittleren Bereich herausgedrückt würde. Zum anderen konnte das bekannte Schleudergießverfahren für Rohrherstellung keine Lehre für die Erzielung eines qualitativ hochwertigen Gusses in dem kritischen zentralen Mittelbereich des Vollstanges vermitteln. Im Gegenteil mußte die Tatsache, daß auch bei dem Schleudergießverfahren für die Herstellung von Rohren an der Innenwandung Einschlüsse und Porositäten auftraten, welchen durch die erwähnte Verwendung eines Innendorns mit Walzfunktion entgegengewirkt werden mußte, beim Übergang zu Vollmaterial, wo ja diese Möglichkeit einer inneren Walzbearbeitung des sich verfestigenden Strangs nicht besteht, die bereits von den stationären Stranggießverfahren bekannten Erscheinungen schlechter Gußqualität im zentralen Mittelbereich erwarten lassen.

Der Erfindung liegt somit als Aufgabe zugrunde, die Herstellung von rundem Vollmaterial hoher, die unmittelbare Weiterverarbeitung ermöglichender Qualität in einem kontinuierlichen Gießverfahren zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich dies mit einem kontinuierlichen Rotationsstranggießverfahren unter ganz bestimmten Bedingungen erfüllen läßt.

Die Erfindung besteht in der Anwendung eines kontinuierlichen drehenden Stranggießverfahrens zur Herstellung von rundem Vollmaterial, bei dem eine um ihre vertikale Achse rotierende Stranggießkokille mit einer zur Ausbildung einer parabolischen Oberfläche des Schmelzenspiegels ausreichenden Geschwindigkeit angetrieben wird und der Schmelzenstrahl an einem festen, außermittigen Punkt des Schmclzspiegels zugeführt wird.

Es hat sich ergeben, daß in dieser Weise erfindungsgemäß hergestellte Rundstäbe praktisch keinerlei Oberflächenfehler aufweisen und, wie makrographische Schnitte zeigen, keinerlei Lunkerbildung 5 oder Porosität in dem kritischen zentralen Mittelbereich erkennen lassen.

Indem gemäß der Erfindung mit einer zwar unterhalb der beim Schleudergießen verwendeten, jedoch zur Ausbildung einer parabolischen Schmelzspiegeloberfläche ausreichenden Drehzahl rotiert wird, wird erreicht, daß in der Schmelze mitgeführte Schlackenreste und andere, vom Schmelzstrahl mitgeführte Unreinheiten sich auf Grund ihres geringeren spezifischen Gewichts von selbst in der Mitte des Schmelzspiegelparaboloids sammeln. Hierdurch wird erreicht, daß die Schlackenreste und sonstigen Unreinheiten nicht, wie bei den bekannten statischen Gießverfahren, zu Gußfehlern auf der Außenoberfläche des Gießstrangs führen können; außerdem kann die sich im Mittelpunkt des Schmelzspiegelparaboloids sammelnde Schlacke von dort in einfacher Weise kontinuierlich und ohne Beeinträchtigung des Gießvorgangs abgezogen werden.
Hiermit steht in Übereinstimmung, daß der Schmelzenstrahl an einem festen, außermittigen Punkt des Schmelzspiegels zugeführt wird; dadurch wird eine Störung der Ansammlung und laufenden Abfuhr der Schlacke aus der Mitte vermieden. Gleichzeitig wird durch diese spezielle Zufuhr des Schmelzenstrahls gewährleistet, daß dieser auf einen sich ständig erneuernden Punkt des Schmelzspiegels in einem Bereich auftrifft, wo ein ziemlich schneller Temperaturabfall erfolgt, wodurch die Scheuer- und Erosionswirkung des Schmelzenstrahls auf die bereits in Verfestigung befindlichen Teile des Gießstrangs vermieden wird. Hierdurch wird ein hoher Gleichmäßigkeitsgrad in der vom Außenrand her fortschreitenden Bildung des festen, erstarrten Gießstrangs und damit eine einwandfreie Gußqualität sowohl an der Außenhaut wie über den gesamten Strangquerschnitt gewährleistet. Die bei den bekannten Gießverfahren auftretende Erscheinung des Wiederaufschmelzens schon erstarrter oder halberstarrter Teile durch die unregelmäßig verlaufende frisch zugeführte Schmelze wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht zuletzt auch durch die ausgleichende Wirkung der mäßigen Zentrifugalkraft vermieden.

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, daß dem Schmelzenstrahl eine waagerecht-tangentiale Geschwindigkeitskomponente verliehen wird, und daß eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente gewählt wird, die von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Stranggießkokille, bezogen auf den Auftreffpunkt des Strahles, abweicht. Hierdurch läßt sich erreichen, daß die noch flüssige Schmelze an der Oberseite des Gießstrangs durch den zugeführten Schmelzenstrahl zu einer Relativdrehung gegenüber dem bereits erstarrten, mit der Drehzahl der Kokille umlaufenden Stranggußkörper veranlaßt wird. Diese Relativbewegung zwischen Schmelze und Stranggußkörper trägt ebenfalls in wirksamer Weise zu einer äußerst regelmäßigen Ausbildung der Wand des Stranggußkörpers bei. Diese Relativbewegung bewirkt ferner, daß die Verfestigungsdendriten des Stranggußkörpers nicht genau radial verlaufen, sondern einen gewissen Winkel mit der radialen Richtung bilden, was wiederum eine

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günstige Auswirkung auf die Homogenität und all- Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

gemeine Gußqualität im kritischen Mittelbereich Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert; in die-

ausübt. ser zeigt

Die Zufuhrstelle des Schmelzenstrahls kann vor- F i g. 1 eine perspektivische schematische Ansicht

zugsweise im äußeren Drittel des Radius der Kokille 5 zur Veranschaulichung des Prinzips des erfindungs-

liegen. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß die gemäßen Verfahrens,

Stranggießkokille mit einer Drehgeschwindigkeit F i g. 2 eine Schnittansicht im Schnitt längs der

zwischen 50 und 200, vorzugsweise 70 und 100 Um- LinieII-II der Fig. 3 der in Fig. 1 dargestellten

drehungen pro Minute angetrieben wird. Vorrichtung;

Der gebildete Stranggußkörper kann in an sich be- ίο F i g. 3 ist eine Draufsicht auf F i g. 2;

kannter Weise nach seinem Austritt aus der Kokille F i g. 4 ist eine schematische Draufsicht, die die

durch Besprühen mit einer Kühlflüssigkeit, insbeson- Stellung des Auftreffpunktes des Schmelzenstrahls

dere Wasser, gekühlt werden. Die Kühlflüssigkeit relativ bezüglich der Stranggießkokille zeigt,

kann mittels stationärer oder auch ihrerseits dreh- In der Zeichnung ist bei 1 die Stranggießkokille

barer, beispielsweise mit einer von der Drehzahl der 15 dargestellt, die mittels nicht dargestellter Vorrichtun-

Kokille abweichenden Drehzahl umlaufender Strahl- gen und Antriebe um ihre Achse rotierbar ist.

rohre aufgesprüht werden. Der Antrieb der Stranggießkokille 1 erfolgt mittels

Die Erfindung betrifft auch die Vorrichtung zur eines Ritzels 2, das mit einem fest mit der Strang-Durchführung des vorstehend beschriebenen Ver- gießkokille verbundenen Zahnrad 3 kämmt,
fahrens. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung kenn- 20 Wie aus F i g. 2 ersichtlich, wird die Kokille 1 zeichnet sich durch eine vertikale, rotierbare Strang- durch Wasser gekühlt, das in Hohlräumen 4 in der gießkokille, eine Düse zur außermittigen Zufuhr der Kokillenwandung zirkuliert.

Schmelze und eine um die Strangachse rotierbare Über eine Zuflußrinne 5 wird ein Schmelzen-Strangabziehvorrichtung. Zweckmäßig kann die Düse strahl 6 zugeführt, der in der Kokille gekühlt wird zur Zufuhr der Schmelze im Bereich des äußeren 25 und den Stranggußkörper 7 bildet, von dem im Schnitt Drittels des Kokillenradius angeordnet sein. Die der Fig. 2 der Mittelteil 8 im noch flüssigen Zustand Stranggießkokille kann sich nach unten konisch ver- gezeigt ist.
jungen. Infolge der Rotation der Stranggießkokille nimmt

Die erfindungsgemäße Herstellung von Rundstäben die freie Oberfläche 9 der Schmelze 8 die Form

wurde beispielshalber unter den folgenden prakti- 30 einer Parabel an, in deren Mitte sich die Schlacke 10

sehen Bedingungen erprobt: sammelt, die auf diese Art und Weise leicht entfernt

In einer Stranggießkokille mit einem Durchmesser werden kann.

von 140 mm wurden Stahlrundstäbe zur Herstellung In der Zeichnung sind auch Zerstäuberdüsen 11 von schweißnahtlosen Rohren erfindungsgemäß her- gezeigt, aus welchen Kühlwasser auf den aus dem gestellt. Die Stranggießkokille wurde mit 70 U/min 35 unteren Teil der Kokille austretenden Stranggußangetrieben, wobei der Schmelzenstrahl in einem etwa körper gesprüht wird. Infolge der Drehung des 10 mm von der Kokillen-Innenwandung entfernten Stanggußkörpers kann eine sehr große Menge Kühl-Punkt auftraf. Die Abzugsgeschwindigkeit des wasser, die beispielsweise 2 bis 3 m³ Wasser je Tonne Stanggußkörpers betrug 70 bis 80 cm/min. gegossenen Metalls betragen kann, aufgesprüht

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wurde eine 40 werden.

Stranggießkokille mit einem Durchmesser von 90 mm Aus der Zeichnung ist ferner ersichtlich, daß der

und einer Höhe von 220 mm verwendet, die mit Stranggußkörper mit Hilfe einer Abzugsvorrichtung

100 U/min rotierte. Zur Herstellung des Gußkörpers nach unten abgezogen wird, die beispielsweise aus

wurde Stahl der Güteklasse B verwendet. Der Strang- zwei Antriebsrollenpaaren 12 besteht, welche ela-

gußkörper wurde mit einer Geschwindigkeit von 45 stisch gegen den Stranggußkörper gedrückt werden

110 cm/min abgezogen und am Austritt aus der und auf einem Gestell 13 angeordnet sind, das durch

Gießform durch Besprühen aus festen Düsen mit 6 ein Ritzel 14 bei der Drehung mitgenommen wird,

bis 8 m³ Wasser pro Stunde gekühlt. Die Zufuhrstelle und zwar mit der gleichen Umlaufgeschwindigkeit wie

des Schmelzenstrahls lag etwa 15 mm von der Ko- die dem Stranggußkörper von der Kokille 1 erteilte,

killenwandung entfernt. 50 In der Zeichnung ist schematisch angedeutet, daß

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde die auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Rit-

Stahl der Güteklasse C in der gleichen Stranggieß- zel 2 und 14 von einem Motor 15 angetrieben werden,

kokille von 90 mm Durchmesser und 220 mm Höhe Die exzentrische Lage der Zufuhrstelle des

bei einer Umlaufgeschwindigkeit von 90 U/min ge- Schmelzenstrahls 6 bezüglich der Stranggießkokille

gössen. Die Auszugsgeschwindigkeit betrug 1 m/min, 55 ist aus F i g. 4 ersichtlich, in welcher die Innenwan-

wobei der Stranggußkörper beim Austritt aus der dung 1 α der Kokille 1, die Zuflußrinne S sowie der

Gießform nicht gesondert gekühlt wurde; der Auf- Schmelzenstrahl 6 schematisch angedeutet sind,

treffpunkt des Schmelzenstrahls lag ungefähr 5 mm In F i g. 4 sind des weiteren der Radius R der

vom Rand der Gußform entfernt. Stanggießkokille sowie die Abstände D und d des

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Her- 6a Auftreffpunkts des Schmelzenstrahls 6 auf dem Stangstellung von Stahlguß, ohne jedoch hierauf beschränkt gußkörper einerseits vom Mittelpunkt der Kokille und zu sein. Vielmehr ist die Erfindung in Verbindung andererseits von ihrer Wandung 1 α eingezeichnet,
mit beliebigen Gußlegierungen anwendbar, welche Wie bereits erwähnt, kann die Achse des hinsichtlich ihres Schmelzpunkts und weiterer für das Schmelzenstrahls 6 vorzugsweise im äußeren Drittel Gießen bedeutsamer Eigenschaften mit Stahl ver- 65 des Kokillenradius liegen, d. h., daß d kleiner ist gleichbar sind. als R/3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anwendung eines kontinuierlichen, drehenden Stranggießverfahrens zur Herstellung von rundem Vollmaterial, bei dem eine um ihre vertikale Achse rotierende Stranggießkokille mit einer zur Ausbildung einer parabolischen Oberfläche des Schmelzenspiegels ausreichenden Geschwindigkeit angetrieben wird und der Schmelzenstrahl an einem festen, außermittigen Punkt des Schmelzspiegels zugeführt wird.

2. Verfahren für die Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzenstrahl eine waagerechttangentiale Geschwindigkeitskomponente verliehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente gewählt wird, die von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Stranggießkokille, bezogen auf den Auftreffpunkt des Strahles, abweicht.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille mit einer Drehgeschwindigkeit zwischen 50 und 200, vorzugsweise 70 und 100 Umdrehungen pro Minute angetrieben wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich im Mittelbereich des parabolischen Schmelzenspiegels sammelnde Schlacke laufend abgenommen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine vertikale rotierbare Stranggießkokille (1), eine Düse (5) zur außermittigen Zufuhr der Schmelze und eine um die Strangachse rotierbare Strangabziehvorrichtung (12, 13, 14).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Düse im Bereich des äußeren Drittels des Kokillenradius.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine nach unten konisch sich verjüngende Stranggießkokille.