DE1583568A1

DE1583568A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen

Info

Publication number: DE1583568A1
Application number: DE19671583568
Authority: DE
Inventors: Craig Richard Tyndale
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1966-09-16
Filing date: 1967-09-11
Publication date: 1970-09-17
Also published as: FR1548445A; NL6712680A; US3455369A; NO119492B; GB1155639A; BR6792956D0; NL139249B

Description

Aluminium Company of America, Pittsburgh, Penn./USA

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen

Die Erfindung bezieht sich auf das Stranggießen von Metallbarren in horizontal angeordneten, offenendigen Kokillen und im Besonderen auf das Gießen von Leichtmetallbarren aus Aluminium und Magnesium sowie deren Legierungen.

Horizontales Stranggießen von Leichtmetallbarren hat sich inzwischen wirtschaftliche Geltung verschafft wegen der anerkannten Vorteile in bestimmter Hinsicht gegenüber vertikalem Stranggießen« Bei dem hier betrachteten horizontalen Stranggießen ist geschmolzenes Metall in einem Behälter vorgesehen, der meistens von -

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einer anschließenden offenendigen, kräftig gekühlten horizontalen Kokille durch eine teilweise Trennwand mit einer Öffnung zum Durchtritt des geschmolzenen Metalls zu der Kokille getrennt ist, von wo aus das erstarrende Metall in horizontaler Richtung fortwährend abgezogen wird.

Die kommerzielle Anwendung des horizontalen Stranggießens leidet in einigen Fällen an den Auswirkungen der Temperatur und der Schwerkraft auf das flüssige Metall in der Kokille, wobei das heissere Metall aufzusteigen versucht, während das kühlere Metall bestrebt ist, sich zu setzen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Korngröße und Struktur über die Barrendicke und kann auch Oberflächenschäden , wie Palten, Risse, Seigerungen und dergl. hervorrufen. Es ist zu beachten, daß diese Auswirkungen die Anwendung verschiedener Maßnahmen, die sich beim vertikalen Gießen als höchst vorteilhaft erwiesen haben, auf das horizontale Gießen ernstlich in Frage stellen. Ein Weg, einige dieser Auswirkungen zu überwinden, be-' steht darin, das geschmolzene Metall in die Kokille in verhältnismäßig dünnem Strom unmittelbar über der unteren Kokilleninnenfläche eintreten zu lassen. Während diese Maßnahme ziemlich erfolgreich für die Herabsetzung tem-, peraturbedingter Unterschiede über die Barrendicke bzw.

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-höhe Just, treten zuweilen auf der Oberfläche des Barrens fehler auf* Biese fehler treten is allgemeinen als Hisse la JErecaeinuns und sind insbesondere bei Barren .mit ver-

große» Querschnitt, beispielsweise solchen mit

ssungen von ungefähr 40,7 cm χ 88,8 cm zu beobachten. Dies erfordert die Entfernung einer übermäßigen Menge das Metalls bei der Zurichtung des Barrens für die Weiterverarbeitung, beispielsweise durch Heißwalzen· Vie ■an »ich denken kann, ist ein Barren dieser Größe, der durch horizontale» Stranggießen hergestellt ist, an sich

huchet nützlich für die Herstellung von Blech- oder Platteöpredtiktaii, jedoch kommen irgendwelche Oberflächenschäde&, die asu einer großen Menge zu entfernenden Schrott·* aetmlla führen, teuer für die kommerzielle Verarbeitung·

Burch die Irfinduiig wird ein Verfahren geschaffen sum Stranggießen von Zteichtmetallbarren in einer horizontal angeordneten, offenendigen, gekühlten Kokille, vel-ClMMdarin besteht, daß ein Volumen geschmolzenen"Metalls geschaffen wird, das sich von dem Eintritt der Kokille sowohl nach müssen als auch in den Kokilleneintritt erstreckt, daß «in Strom des geschmolzenen Metalls unter den sich nach müssen erstreckenden Abschnitt dieses Volumens geschmolzenen Hetalls und in den unteren Abschnitt des Kokilleneintritts gerichtet **ird um das Volumen geschmolzenen Metalls zu füttern land aufrechtzuerhalten, daß zumindest das äussere des

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geschmolzenen Metalls in der Kokille fortlaufend zum Erstarren gebracht wird, um die Bildung eines Barrens einzuleiten, und daß der Barren fortlaufend aus der Kokille abgezogen wird.

Zum weiteren Verständnis der Erfindung wird sie im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung weiter beschrieben.

Diese Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gießvorrichtung dar. '

Kurz gesagt, besteht die Erfindung darin, ein Volumen geschmolzenen Metalls zu schaffen, das sich von dem Eintritt einer horizontalen Kokille sowohl nach aussen als in den Kokilleneintritt erstreckt, und einen Strom geschmolzenen Metalls unter dieses Volumen in den unteren Abschnitt des Kokilleneintritts zu richten, um das Volumen des flüssigen Metalls aufrechtzuerhalten.'Der Strom ist vorzugsweise verhältnismäßig dünn und der unteren Kokillenwand unmittelbar benachbart, jedoch.von dem erwähnten Volumen geschmolzenen Metalls getrennt. Innerhalb der Kokille labt man das geschmolzene Metall erstarren, um zumindest die Aussenschicht eines Barrens zu schaffen, der fortlaufend aus der Kokille abgezogen wird.

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In der Zeichnung ist schematisch eine horizontal angeordnete Gießvorrichtung gesigt, bei der ein Behälter /für das flüssige Metall auf e'iner Seite einer isolierenden Trennwand 22. vorgesehen ist. Auf der anderen Seite der Trennwand ist eire horizontal angeordnete Kokille 24- vorgesehen , die durch geeignete Kühlmittel gekühlt ist, wie z.B, Wasserohre oder Spritzköpfe 26 mit Löchern 28, um Kühlwasser 30 gegen die Kokillenoberfläche,in den meisten Fällen auch gegen den daraus hervortretenden B_arren 32» zu spritzen. In der Trennwand 22 ist eine Öffnung 36 vorgesehen für den Durchtritt des flüssigen Metalls aus dem Behälter 20 zu der gekühlten Kokille. Der Behälter ist durch geeignete Isolierwände 38 begrenzt, und der Spiegel 21 des flüssigen Metalls in ihm wird auf höherem Niveau gehalten, als es der oberen Innenfläche 39 der Kokille entspricht, so daß das-gesamte flüssige Metall 40 in der Kokille 24 unterhalb eines Trichters flüssigen Metalles liegt. Innerhalb der Kokille wird beinahe auf der Stelle eine verhältnismäßig dünne Initialbarrenhaut 42 gebildet, indem dag flüssige Metall durch die kräftig gekühlte Kokillenoberfläche gekühlt wird. Diese Initialhaut wird dicker in dem Maße, wie sich der Barren zum Austritt der Kokille hin fortsetzt, wie durch die idealisierte Soliduslinie 44 angegeben. Eine geeignete Stützvorrichtung für die einzelnen Elemente der soeben beschriebenen Gießvor-

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richtung ist in der Zeichnung ebensowenig angegeben wie Mittel zum fortlaufenden Abziehen des erstarrten Barrens, wie z.B. ein angetriebenes endloses Band od. dgl.

Wie gezeigt, läßt die Öffnung 36 flüssiges Metall in verhältnismäßig dünnem Strom in unmittelbarer Nähe der unteren Kokilleninnenfläche 50 in die Kokille eintreten. Dieses wirkt zu einem gewissen Grade der Tendenz,entgegen einen Temperaturgradienten über die Barrendicke bzw. -höhe aufzubauen, da das in die Kokille eintretende heissere Metall hier dem kühleren Metall, das bestrebt ist, sich nach unten abzusetzen, entgegentritt. Erfindungsgemäß wird ein Heissen der Oberfläche dadurch weitgehend vermieden, daß in der Trennwand 22 eine Ausnehmung 52 vorgesehen ist. Diese erleichtert die Bildung eines flüssigen Metallvolumens 5^, das sich sowohl von dem Kokilleneintritt nach auesen als auch in den Kokilleneintritt erstreckt. Die durch diese Ausnehmung gebildete Öffnung, d.h. die seitliche Abmessung des Volumens 5^₁ ist etwas geringer als die lichte Weite der Kokille, wodurch ein Absatz 56 entsteht, der sich um etwa 1,6 bis 3,2 mm von der Kokilleninnenfläche 39 nach innen erstreckt. Die seitliche Begrenzung des Absatzes ist vorzugsweise geneigt, so daß sie sich zur Kokille hin /

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'erweitert« Der Neigungswinkel kann bis zu 4-5° betragen, doch kommen vorzugsweise Winkel von 15 bis 25° 'in Frage· In dem dargestellten Beispiel tritt ein Neigungswinkel von 20° für die geneigte Fläche 58 auf. Ein Schirm 60 ist dazu vorgesehen, den sich nach aussen erstreckenden Seil des flüssigen Metallvolumens 54 von dem Strom 46 zu trennen, der als Kachschub und zur Aufrechterhaltung für das Volumen 5^ dient* Was die Abmessungen der Ausnehmung, des Schirmes und der Eintrittsöffnung betrifft, sollte die Ausnehmung tief geriug sein, um ein Volumen oeträehtlicher Größe zu schaffen, d.h. ein solchesV das sich beträchtlich von dem Kokilleneintritt nach aussen erstreckt, im allgemeinen ist eine Tiefe von 13 mm oder mehr angemessen. iCenn die Ausnehmung jedoch zu tief ist, wird der Weg des Stromes 46 zu lang, so daß es Schwierigkeiten bereitet, eine angemessene Temperatur des geschmolzenen Metalls aufrecht.zu-erhalten. Eine Tiefe von etwa 50 bis 75mmerscheintsehr geeignet.

"Die Dicke des Schirmes 6Ü ist/kritisch, und die Länge mit der er sich zum Kokilleneingang hin erstreckt, kann sich innerhalb der durch die Erfindung gesetzten Grenzen verändern. Im allgemeinen erscheint es zweckmäßig, den Schirm bis zum Kokilleneintritt reichen zu lassen. Eine weitere Ausdehnung in die Kokille hinein

kann einen gewissen Vorteil bieten, obgleich dadurch Probleme beim Anfahren auftreten können, da der vorstehende Schrim dem Anfahr- oder Kaltstrang im Wege sein kann, der die Kokille beim Anfahren des Gusses verschließt.

Der ScHrm 60 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Kokille, wie übrigens auch in den meisten Fällen die Eintrittsöffnung 36. Wie bereits erwähnt, ist die Eintrittsöffnung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß sie sich der Form der unteren Fläche 50 der Kokille anpasst. Wenn dies der Flail'ist» ist es auch oft ratsam, dem Schirm 60 die gleiche Form zu ge-* ben, so daß das flüssige Metallvolumen 5^ ordnungsgemäß von dem Strom kd getrennt wird, insbesondere dort, wo die Form besonders eigentümlich' ist, wie z.B. beim Guß eines runden Barrens. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dem Schirm 6ö eine in Querrichtung über die lichte Kokillenweite reichende Bogenform zu geben. Dort jedoch,*«0 die Form des Eintritts nur schwach gekrümmt ist oder die Kokillenbreite auf im wesentlichen geradem Weg durchquert, kann der Schrim ebenso einen im wesentlichen horizontalen Verlauf nehmen.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Ausnehmung 52, die Eintrittsöffnung 36 und der Schirm

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60 maschinell oder auf andere Weise hergestellt, indem Material von der wärmeisolierenden Trennwand 22 abgetragen wurde. Es ist Jedoch im allgemeinen bequemer, die - betreffende Form aus einzelnen !Peilen 62 und 64 zusammenzusetzen, wobei das erstere bis auf die schmale Eintrittsöffnung geschlossen und das letztere beinahe vollkommen durchbrochen ist. Der·Schirm 60 besteht in diesem Fall aus einem getrennten Teil,das mit dem Teil 62 verbunden ist. Bei der-Durchführung der Erfindung zeigt sich, daß ein Vorrat des flüssigen Metalls in bequemer Weise vor der offenendigen, horizontalen Kokille aufrecht-zu-erhalten ist. Aus dem Vorrat strömt das flüssige Metall ±i den unteren Teil des Kokilleneintritts unter den

sich nach aussen erstreckenden Teil des flüssigen Metallvolumens j?4, um letzteres aufzufüllen und aufrechtzuerhalten. Das flüssige Metall wird dabei in einem Strom zugeführt, der verhältnismäßig dünn und vorzugsweise der unteren Kokilleninnenfläche 50 unmittelbar benachbart und nach dieser ausgebildet ist. Das flüssige Metallvolumen 54 besitzt normalerweise seitliche Abmessungen, die kleiner als diejenigen der Kokilleηöffnung sind und ist von dem dünnen eintretenden Metallstrom 46 durch eine Wärmeisoiation, vorzugsweise in Form eines Schirmes 60, getrennt. Wenn das flüssige Metall in die Kokille eintritt, erstarrt die Randschicht beinahe sofort, um zu-

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mindest die Aussenschicht des Barrens zu bilden, der fortlaufend aus der Kokille abgezogen wird. Man nimmt an, daß der Schirm 60 dabei mehrere Funktionen übernimmt. Erstens trennt er den flüssigen Metallstrom 46 von dem flüssigen Metallvolumen 54. Zweitens richtet er den Metallstrom im. wesentlichen in den Kokillenhohlraun anstatt in denjenigen Teil des flüssigen Metallvolumens 54, der sich in die Kokille erstreckti. Man nimmt weiter·* hin an, daß diese Wirkungen geraeinsam dazu beitragen, die Rissbildung zu einem gewissen Grade zu unterbinden, die normalerweise auf der oben liegenden Oberfläche des Barrens auftritt und vermutlich durch rasch aufsteigendes heisses Metall hervorgerufen wird, das in die dünne Initialrandschicht des Barrens eintritt. Über die genauen Vorgänge _t durch, welche durch die Erfindung die Rissbildung auf der Barrenoberfläche teilweise unterbunden wird, ist man sich nicht vollkommen im Klaren, und die oben gegebene Erklärung soll nur zur Veranschaulichung, keineswegs aber zur Einschränkung der Erfindung dienen.

Bei der Durchführung der Erfindung werden vorzugsweise Vorkehrungen getroffen, vm\in der Nachbarschaft des Kokilleneintritts fortwährend ein Schmiermittel einzuführen, mi* dem jedes Anhaften des^Barrens an der . Kokillenfläche unterbunden werden so|.l. Zu diesem Zweck

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kann eine MehrzJ^al radial verlaufender Kanäle 48 in der Kokille vorgesehen sein, tun das Schmiermittel an die Kokilleninnenfläche und die erstarrende Barrenoberflache heranzuführen. Es ist auch zweckmäßig, einen kurzen Kokillenanfangsabschnitt vorzusehen, mit einer öffnung, die etwas kleiner als diejenige der restlichen Kokille ist.

Als Beispiel für die Erfindung wurden Barren aus den Aluminiumlegierungen 5082 (Al» 4,5 # Mg) und 5086 (Al* 0,56 % Mn, 4,0 J* Mg und 0,1 % Cr) gegossen* Diese Barren waren fortlaufende Brammen mit den Abmessungen 3O_t5 cm κ 96j5 ca bzw· 40,6 χ 102 cm im Querschnitt· Das Gießverfahren und die Gießvorrichtung waren im wesentlichen diejenigen, die in der Zeichnung gezeigt bzw. in Verbindung mit ihr besehrieben wurden. In beiden fällen b*saß die Metalleintrittsöffnung 36 eine Stärke von 2,54 cm und verlief in wesentlichen über die gesamte lichte Kokille nweite. Die Ausnehmung 52 in der Trennwand 22 war 5,08 cm tief, und ihre geneigte Fläche 58 besaß einen Neigungswinkel von §0°. Der Schirm 60 erstreckte sich über 5,08 cm, so daß er mit dem Kokilleneintritt abschloß·

Auf diese Weise wurden mehrere Barren gegossen, und zeigten im wesentlichen keine Rissbildung oder Seigerungeh auf ihrer oben liegenden Oberfläche·

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Stranggießen von Leichtmetallbarren mittels einer.horizontal angeordneten offenendigen, gekühlten Kokille, dadurch g e k e η η ze i c Ii η e t, daß ein Volumen flüssigen Metalls geschaffen wird, das sich von dem Kokil*- leneintritt sowohl nach auswärts als auch in den Kokilleneintritt erstreckt, daß ein Strom flüssigen Metalls unter den sich nach auswärts erstreckenden Abschnitt dieses flüssigen Metallvolumens und in den unteren Teil des Kokilleneintritts geleitet wird, um das flüssige'Metallvolumen aufzufül-

dass
len und aufrecht zu erhalten, Zumindest der Aussenbereich des flüssigen Metalls innerhalb der Kokille unter Einleitung der Barrenbildung zum Erstarren gebracht wird und daß der Barren fortlaufend aus der Kokille abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß das flüssige Metallvolumen in der Weise gebildet wird, daß seine seitlichen Abmessungen kleiner als die lichte Weite der Kokille sind und daß de^beständig in die Kokille eingeleitete flüssige Metallstrom verhältnismäßig dünn gehalten wird und durch eine Wärmeisolation getrennt von dem sich nach aussen erstreckenden Teil des flüssigen Metallvolumens und in unmittelbarer Hähe der unten liegenden Kokilleninnenfläche in den unteren Teil des Kokilleneintritts geleitet wird.

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- 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß ausserhalb des Kokilleneintritts ein jnit diesem in Verbindung stehender Vorrat flüssigen Metalls aufrechterhalten Wird, dessen Spiegel auf einem höheren Niveau gehalten wird, als es der oben liegenden Innenfläche der Kokille entspricht, .

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß der Oberfläche des ™ in die Kokille eintretenden Metalls fortlaufend ein Schmiermittel zugeführt wird.

3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kammer (20) zur Aufnahme eines Vorrats flüssigen Metalls, durch eine daran anschließende gekühlte, offenendige ■ und horizontal angeordnete Kokille (24) durch eine wärmedämmende trennwand (22), die sich quer über den Eintritt der Kokille erstreckt und an ihrem unteren Teildne Eintrittsöffnung (36) für den Eintritt eines Stromes flüssigen Metalls aus dem Vorrat fee*i*a, diej verhältnismäßig dünn is-j; und in unmittelbarer Nähe der untep liegenden Kokilleninnenfläche (50) auftritt sowie weiterhin eine Ausnehmung (54·) besitzt, die sich von dem iiokilleneintritt aus nach aussen erstreckt und seitlich durch :eine Fläche begrenzt wird, die

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im wesentlichen eine Portsetzung der Kokilleninnenflache bildet, jedoch geringfügig gegenüber dieser nach innen vorspringt, ausser dort wo die Ausnehmung mit der Metalldurchtrittsöffnung in der Trennwand in Verbindung steht, wo sie durch eine Wärmedämmung (60) begrenzt wird, welche die Ausnehmung (54) von der Eintrittsöffnung (36) abteilt, und durch eine Einrichtung (26) zur Kühlung der Kokille mit einem flüssigen Kühlmittel.

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