DE2025764A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen - Google Patents

Description

PATENTANWALTS

DR. MOLLER-BORe · DR. MANITZ . DR. DEUFBL OIPL.-ING. FINSTERWALD ■ DIPL-ING. GRÄMKOWt IIAl • MÜNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STR. 1

TELEFON 226110 Hl/Sv - G 2035

MOTOHS CORPORATION Detroit, Michigan, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen zylindrischer Barren oder Brammen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Stranggießen einer Bramme in einer horizontal angeordneten gekühlten Kokille, die an einem Ende offen und an dem entgegengesetzten Ende mit einem wärmeisolierenden Glied verschlossen ist mit der Ausnahme einer öffnung darin für den Durchgang von geschmolzenem Metall dort hindurch, ist aus der USA-Patentschrift 3 286 309 bekannt. Diese US-Patentschrift bezieht sich insbesondere auf das Gießen von Brammen aus Leichtmetallen in einer kurzen Kokille (Gießformlängen von 7»5 cm (3 inches) und 10 cm (4 inches) sind als Beispiele mit Innendurchmessern von 15 cm (6 inches) und 23 cm (9 inches) angegeben). Es wird auf Brammenquerschnittsbereiche von 180 cm² (28 square inches) und 375 cm² (576 square inches) Bezug genommen. Strang-Abzuggeschwindigkeiten zwischen

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5 und 15 cm pro Minute (2 and 6 inches per minute) werden erwähnt. Eine Schmierung des Stranges und der Kokillenwand iet erforderlich.

Aus der US-Patentschrift 3 290 734· ist ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein horizontales Stranggießen von Metallen bekannt.■

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer nach dem Wärmeübergangssystem arbeitenden Kokille, dio mit geschmolzenem Stahl verträglich ist und die für einen kontinuierlichen Betrieb bis zu acht Stunden geeignet ist. Die weiteren Ziel© sind die Planung von Kokillenkomponenten und die Entwicklung einer geeigneten Bewegung des Stranges, um die Unversehrtheit der sich verfestigenden Haut trotz hoher Beschleunigungskraft e zu gewährleisten.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Kokille gelöst, die aus bevorzugten Materialien aufgebaut ist, die*so angeordnet sind, daß sie (1) die Bildung einer festen Haut an der Verbindungsstelle einer Zone mit geringem Wärmeübergang mit einer angrenzenden Zone mit hohem Wärmeübergang (2) das Anwachsen der Haut in einer stromabwärt igen Richtung und (3) das Verbinden der Haut mit dem vorher gebildeten Segment während einer sehr kurzen stationären Periode »wischen stufenweisen Vorwärtshüben des sich verfestigenden Stranges veranlassen. Diese Verfestigungsart unterscheidet sich von allen anderen Stranggießkonzepten erheblich.

Das Gießverfahren gemäß der Erfindung charakterisiert sicli dadurch,

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β) daß geschmolzenes Metall aus der Gruppe, bestehend aus wenig Kohlenstoff enthaltenden Eisenmetallen, auf Wickel oder Kobalt basierenden Metallen, in kontinuierlicher Veise in das Einleitende des Hohlraums einer offenendigen, horizontal angeordneter. Stranggießkokille eingeführt wird,

b) wobei die Kokille umfaßt: eine ernte Zone angrensend an des Einlaßende mit einer relativ geringen Wäxweübergangskapazltät, eine nicht (roEcranierte zweite Zone unmittelbar angrenzend cn die ere to Zone mit einer relat.v heben yä:·.--meüberffangskapozitiit \x:A eine dritte Zone abgrenzend an die zweite Zone, die in einem offenen Auslaß endet,

c) dafl das geschmolzene Ketal! in die erste Zone vorgeschoben wird, wobei aufgrund der Wäriceübergangseisenschaften der ersten Zone in wesentlichen jegliche Metellverfestigung darin verhindert wird,

d) daß das geschmolzene Metall in die zweite Zone vorgeschoben wird, in.der eine Verfestigung einer dünnen Schicht des Metalls zuerst unmittelbar an der VerbindungsetelIe der ersten und zweiten Zone und denn fortschreitend in der Richtung der dritten Zone bewirkt wird, wodurch eine dünne verfestigte Schicht des geschmolzenen Metalls, die sich über den gleichen Umfang der zweiten Zone erstreckt, gebildet wird, und

e) daß der Strang kontinuierlich, jedoch in festen vorbestimmten Stufen bzw. Zunahmeschritten zu festen vorbestimmten Zeitintervallen vorgeschoben wird, wobei die Stufen gleich der lange der zweiten Zone sind, wodurch die dünne Schicht dee in der zweiten Zone gebildeten verfestigten Metalls fort schreitend in die dritte Zone vorgeschoben wird und das von

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der ersten Zone vorrückende geschmolzene Metall dem Vorschub der dünnen Schicht folgt, um fortschreitend die zweite Zone unmittelbar hint ei' der vorrückenden dünnen Schicht zu füllen und dadurch fortschreitend eine neue dünne verfestigte Schicht zu bilden, die sich über den gleichen Umfang der Hohlraumoberfläche der zweiten Zone erstreckt, wobei die Intervalle von genügender Dauer Kind, so daß das vordere axiale Ende der neu geformten dünnen Schicht sich mit dsm verfestigten Metall in der dritten Zone verschweißen kann.

Ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil besteht darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bundstahlbarren von 2,5 bis 7»5 cm (1" to 3") Durchmesser in einem Größenbereich direkt gegossen werden können, der vergleichbar mit dem von Warmwalzbarren ist, die in vielen Tonnen für die Herstellung von Motorfahrzeugteilen verwendet werden; hierdurch wird das Erfordernis für kostspielige, großvolumige Stranggießmaschinen des Yertikaltyps und eine aufwendige Walzausrüstung zur Reduzierung von Knüppeln auf verwendbare Größen vermieden. Das erfindungsgemäße Gießverfahren macht einen kleinen eigenen Stranggießbetrieb möglich, der Stahlschrott verwendet, der in einer gegebenen Fabrikanlage anfällt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 eine Querschnittsansicht einer horizontalen Stranggießvorrichtung,

Pigur 2 eine vergrößerte Ansicht ein©® Teils der in Pig. 1-gezeigten KokilX®,

fig· 5 bis 5 fragmentarische Querechnitteansichten d®r Kokille bei verschiedenen Stufen des 6ieBpr©z©®s©s»

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Fig. 6 ein Diagramm, das Innonabmessuii6^eii sinsr Ausführungsform der Kokille angibt,

Pig. 7 eine fragmentarische Querscimittsansicht des Düsenteils der Kokille und

Pig. 8 eine weitere Ausführungsform der in Pig. 6 gezeigten Düse,

ÜFach Fig. 1 umfaßt die Gießvorrichtung gemäß der Erfindung im allgemeinen einen fragmentarisch dargestellten Behälter 10 für geschmolzenes Metall und eine horizontal angeordnete offenendige Kokille 12, die angrenzend an eine öffnung 14 in der Nähe der Basis des Behälters gelagert ist. Der Be- * hälter weist einen bekannten Aufbau auf einschließlich eines nicht gezeigten äußeren Metallmantels mit einer Auskleidung 16 eines geeigneten feuerfesten Materials für ein Aufbewahren von geschmolzenem Metall wie Stahl. Die öffnung oder der Kanal 14 in dem Behälter ist in einem kegelstumpfförmigen feuerfesten Körper 18 ausgebildet, der an der Auskleidung 16 befestigt ist. Oer feuerfeste Behälter kann eine nicht gezeigte Heizeinrichtung umfassen wie eine Induktionsheiaspule oder ein Viderstandsheizelement, um das Metall auf einer gewünschten Gießtemperatur zu halten.

Die Kokille 12 wird in horizontaler Weise an ihrem Einlaß g getragen, und zwar mittels einer Ziegelwand 20, die in Berührung mit dem Behälter 16 aufgebaut ist, einer an der Ziegelmauer angebrachten Stahlplatten-Metallwand 22 und eines Planschbundes 26, Das Einlaßende der Kokille wird in fluiddichter Berührung mit dem Körper 18 und dem Behälter mittels einer feuerfesten Bindemittelschicht 28 und dem Bundring 26 gehalten, der an die Schulter 30 der Kokille 12 anstößt und an die Hetallwahd 22 angebolst ist, wodurch der Bundring 26 einen Axialdruck gegen die Kokille 12 in die Richtung auf den Behälter 10 ausübt und dadurch das Einlaßende der Kokille in

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' einer dichtenden Berührung mit der Binden¹ ibt elschicbt 28 und dem Körper 18 hält. .

J Nach Fig. 2 besteht die Kokille 12 aus drei deutlich unterschiedenen Teilen oder Zonen mit unterschiedlichen Wärmeübergangseigenschaften. Der erste Teil, der unmittelbar an den Behälter angrenzt, besteht aus einem Diiseateil 52, der bevorzugt aus Bornitrid hergestellt ist, das relativ geringe Warmeübergangseigensehaften aufweist, se daß ei· das geschmolzene Metall darin ohne irgendein merkliches Fest«* W werden hält, und einem feuerfestes Hing 34 _s der bevorzugt aus Zirkono3cyd hergestellt ist« Der zweit® Seil 36 ist unmittelbar angrenzend an die Döse 52 angeordnet und. βάβ einem Material mit relativ hohen Wämoübergangseigenseliaften wie beispielsweise ©iner lerjlliOB-Kupfer-IegieruKg ii©rgestellt. Der dritte Seil JB ist tUMittellbar angreaiseai. an den zweiten T®il 5^ ©ageordaet vmä TboTOraiiiffe salfc eis©]? SrapMtauskleidsiag 4-0 ^©rsdiea« B©r dritt® feil weist beiroraiigt etwas geringere Marai®üb®rsaagseig©asckgift@a als der aw@ita Teil 36 aus Gründest, Sie aaelifolg©nd erläutert werden, auf«.

Ein bedeutendes Merkmal des Eokillen-lufbaus besteht in der λ Form der Düse 32 einschließlich dar riagföraigeja radial angeordneten Schulter 42 und der kegelstumpfförmigea axialen Fläche 44, die mit einer entsprechenden kegelstumpffönaigen Fläche 46 an dem zweiten Kokillanteil 36 ineinander paßt. Bevorzugt beträgt der von ά©η kegelstumpfföraiges! Flachen mit der Längsachse der Kokille gebildete ¥iak@I aus Sründea, die nachfolgend erläutert werden,, ungefäte 5°» Ber Kokillenteil 36 nimmt- ®in®n Teil der Bus® 32 mit der kegelstuapffertigen Fläche, die einen Festaits bsw. eine ?eia und mit der Schulter 42 auf ₉ die an ©in@r

der Kokille 3C engreift, "\in die Düse 32 in bezug, auf den hokillenteil 30 yenau j;a lokalisieren. Do:· Ur'd.&förnige. Ring 54 steht in Berübiung tit der Düse 32 unl ist 3icher festgehalten durch einen Flanschring 48, der an das Kokillen-Gkhäuseteil 50 angebolzt iot. Die öffnung 31 durch den Ring 34 ist bevorzugt etwas kleiner ausgeführt als die öffnung 21 durch die Düse. Der Ring 34 besteht bevorzugt sue Zirkonoxyd, da Bornitrid kostspielig ist. Jedoch können gewünscht enfalls die Düse 32 und der Hing 5^ beide aus Bornitrid hergestellt sein.

Der »weite Kokillenteil JG ebenso wie der dritte Kokillenteil 38 sind beide "mit KühlaättelünrchcängeA 52 versehen'. Der r-weite Kokill&u-ceil 16 ist bevorzugt eus einer Beryllium-Knpfer-Legic rung \<egen ihrer hohen Uärneüber&arigseigenschaften hergestellt. Wie nachfolgend erläutert wird, berührt des geschmolzene Metall die Oberflächen des zweiten Kokillenteils 36 nur vorübergehend.

Das kontinuierliche Gießen */on Strängen in der forrichtung ist, nachdem der Gießprozeß begonnen worden ist und sich ia einem kcntinuierlichen Betriebsablauf befindet, maßgeblich dadurch charakterisiert, daß das geschmolzene Metall von dem Behälter 10 durch drei aufeinanderfolgende Zonen in der Kokille 12 hindurchgeht, die mehr oder weniger dem Ring 34 und der Düse 32 als der ersten Zone und den Kokillenteilen 36 und 38 als der zweiten bzw. dritten Zone entsprechen. Das geschmolzene Metall wird-von dem Behälter 10 durch die erste Zone befördert, ohne Luft ausgesetzt zu sein, wodurch der Aufbau von Oxydablagerungen bzw. -ansätζen im Bereich der ersten Zone in wesentlichen verhindert ist. Keine bedeutende Verfestigung tritt auf aufgrund einer genügend

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geringen Wärmeleitungskapazität dos Ringes y\ und der Düse Wenn das Metall in die zweite Zone strömt, wird eine dünne Hautschicht aus verfestigtem Metall zunehmend entlang der länge des Kokillenteilß J6 gebildet aufgrund der hohen Wärmeleitungskepazität dieses Teils. Diese Hauteohicht wird dann als ein Segment oder Inkrement in die dritte Zone oder den dritten Kokillenteil 38 vorgeschoben, in dem das geschmolzene Metall weiter verfestigt wird zur HLdung eines selbsttragenden Stranges 54, der in mechanischer Weise aus der Kokille mittels einer geeigneten Einrichtung wie den Walzen 56 herausgezogen wird. Wenn die oben erwähnte Hautschicht von der zweiten zur dritten Zone vorgeschoben ist, wird eine* zweite Hautschicht in der zweiten Zone gebildet, die sich nachfolgend selbst mit dem Streng verschweißt, der in der dritten Zone verfestigt wird. Die zweite Hautschicht wird in die dritte Zone vorgeschoben, wenn der Strang in differentialer Weise bzw. stufenweise gezogen wird, wodurch ein kontinuierlicher Strang in einen kontinuierlichen jedoch differentiellen bzw. stufenweisen Verfahren gebildet wird.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Beschaffenheit der Vorrichtung und das damit verbundene Gießverfahren mehr im einzelnen erläutert. Der Behälter 10 ist mit einer geeigneten Menge an geschmolzenem Metall wie Stahl vorgesehen, so daß dessen Pegel sich wesentlich über die Kokille 12 erstreckt. Das geschmolzene Metall rückt aufgrund der Schwerkraft in die Kokille durch den Hii^ 34 und die Bornitrid-Düee 32 vor, die die oben erwähnte erste Zone bildet. Da Bornitrid ein Material mit relativ geringer Wärmeleitung ist und keine Kühleinrichtungen aufweist, verfestigt eich da> geschmolzene Metall darin nicht in bedeutender Weise. Die Verwendung von Bornitrid für diesen Zweck ist auch aus dem

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Grunde vorteilhaft, weil das Material eine hohe Wärmestoß-Festigkeit aufweist; es wird nicht durch das geschmolzene Metall benetzt und ist relativ inert bzw. indifferent gegenüber dem geschmolzenen Metall. Andere Materialien mit gleichen Eigenschaften können anstelle von Bornitrid verwendet werden.

Sobald das geschmolzene Metall in die zweite Zone oder den Kokillenteil 36 eintritt, verfestigt sich ein An fangs-Um-fangsring gegen den Kokilleu-Flächenteil 36 an der Zwischenfläche 33 des Düsenelementes 52 und des Kokillenteils 36, wie in Fig. 2 gezeigt. Die3 erfolgt, da der KoMllenteil aus einem Material mit relativ hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist und mittels eines geeigneten Kühlmittels wie Wasser gekühlt wird, das in den Kühldurchgängen 52 aur Schaffung einer hohen Wärmeübertragungskapazität zirkuliert, wodurch ein Film oder eine Haut aus Metall 35 sich auf der Oberfläche der Kokille J6 verfestigt, sobald der Kontakt hergestellt ist. Es ist bei dem Gießverfahren gemäß der Erfindung von wesentlicher Bedeutung, daß die Verfestigung unmittelbar an der Zwischenfläche 33 der Düse 32 und des Kokillenteils 36 beginnt. Das wird erreicht durch die Differenz der Wärmeübertragungskapazität der Düse 32 und des Kokillenteils 36. Wenn das geschmolzene Metall in die zweite Zone vorrückt, bildet sich die verfestigte Hautschicht 35, wie in Fig. 3 gezeigt, fortschreitend auf den Oberflächen des Kokillenteils 36 in der Stroinabwärtsrichtung. Diese fortschreitende Bildung der Hautschicht 35 erfolgt völlig in dem Kokillenteil 36 und in gleic&em Umfang mit der Zone 1.

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Die Hautschicht 35 *ird dann als ein. Segment ia di® dritte Zone des Kokillenteils 58 der Kokille vorgeschoben, in dem eine weitere Verfestigung zur Bildung des selbattragenden Stranges stattfindet.

Wenn die Hautschicht 35 in dl© dritte Zone vorsurüeken beginnt, muß sie zuerst von der Düse 32 an der Swiochenfläche 33 weggebrochen oder gelöst werden, wi@ bei 3? iß Fig.4 gezeigt, um einen kleinen Zwischenraum zwischen der Haut 35 und der Düsj zu bilden, wie aus Gx-Ünden der Darstellung in stark vergrößerten Abmessungen geseilt ist. Dieser Zwischenraum wird unmittelbar wit frischem aus der Düse fließendem geschmolzenen Metall gefüllt, um die Bildung einer neuen Heuschicht 39 (#ig.5) an der Zwischenfläche 33 der Buae und d©@ Kokillenteils p6 au beginnen, dor vorrückenden Hautschiebt 35 eng zu folgen usd die neu« Haufeschicht 39 fortschreitend zu bilden. Nachdem die Schicht" 35 ihr© volle Bevregungsstufs erreicht hat, ist es ihr gestatt@t₉ für ©in® genügende Zeit stationär zu bleiben, so daß dia m®u@ Schicht 39 sich an di® Schicht 35 schweißen kann, viie bei 29 ia Figo 5 gezeigt- Es ist wesentlich für den erfolgreichen Ablauf des Verffahrens, daß die Hautschicht 35 sich sauber von d®r Düse 32' trennt und daß sie in ihrer vca8»hoben@a Position stationär bleibt für eine genügende Zeit, um der neuen HauticWLclit 39 ®ia Verschweißen mit dieser zu gestatten» Henn einer dieser Ve^- fahrenaschritte nicht richtig ausgeführt wird_s tritt ©in Bruch in den aufeinanderfolgend gebildeten H_autschichten auf, was ein Ausbrechen des geschiiolseiaea Metalls bewirkt und eine richtige Sttaogeerfestigung irerhind©rt_o Di® Verwendung von Bornitrid für die Ausbildung wenigstea© de© sua den Kokillenteil 3β angrenz®nä®n Teils d@r Bliee ist <ä©efealb besonders vorteilhaft, weil die Haut schicht nicht oa ä®m Bor-

- 11 nitrid anhaftet und dadurch ein sauberes Ablösen erreicht wird*

Die obige Beschreibung dee Verfahrene und der Vorrichtung betrifft normale Betriebszustände, nachdem da· Gießverfahren begonnen worden ist. Das Verfahren wird begonnen, indem ein Barren (nicht gezeigt) in das Ausgangsende der Kokille eingeführt wird, bis er näherungsweise die Verbindungsetelle der zweiten und dritten Zone erreicht. Das erste geschmolzene Metall, das in die Kokille fließt, fließt gegen das Barrenende und verbindet sich mit diesem. Der Barren wird dann stufenweise herausgezogen, wie oben beschrieben, um den Gießprozeß zu begründen.

Die axiale Länge der Hautschicht 35 weist eine praktische Begrenzung auf und es wurde gefunden, daß sie vorteilhaft zwischen 0,? und 1,5 mal die Abmessung des Innendurchmessers des Kokillenteils *6 aufweist. Wenn der stufenweise Zug oder Hub kürzer ist, geht Gießgeechwindigkeit verloren und es tritt eine übermäßige Düsen-Erosion auf. Wenn der Hub länger ist, tritt als Folge Porosität des Gußstückes auf. Beispielsweise wird ein Strang mit einem Durchmesser von ungefähr 4 cm (one and one-half inches) mit Erfolg gegossen, wenn das Segment 35 ungefähr 2,5 cm (one inch) lang ist.

Da sich die Hautschicht 35 in die Zone 3 oder den Kokillenteil ä 38 bewegt, verfestigt sich das geschmolzene Metall darin in einer zunehmend größeren radialen Dicke, während der Strang vorgeschoben wird, um schließlich einen selbsttragenden Strang zu bilden, der mechanisch aus der Zone 3 gezogen wird, wie in Pig. 3 gezeigt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, berührt das geschmolzene Metall nur den ersten Zonenteil der Kokille in

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irgendeinem wesentlichen Ausmaß, worin es wegen der inerten Eigenschaft des Bornitrids nicht verunreinigt wird. Das geschmolzene Metall berührt den.ersten Verfestigungs-Zone-2-Teil der Kokille für nur eine extrem kurze .Zeitperiode, da eine Verfestigung im wesentlichen in dem Augenblick auftritt, wenn des geschmolzene Metall den Kokillenteil 56 berührt. Da die anfängliche Verfestigung in dein Metellteil der Kokille auftritt, wird die Beziehung dos Kohlenstoffs zuc Metall rieht geändert, wie es der Fall wäre, wenn dieser Teil der Kokille ans Graphit hergestellt wäre. Wenn das " Metall in die dritte Zone vorperimkt ist, weist die verfestigte Schicht eine wesentliche"Dicke auf und_ist relativ kühl, so daß keine bedeutende Graphitdiffusion.als Folge der in der dritten Zone -Ie.? Kokille vorgesehenen Graphitauskleidung erfolgt. Die Verwendung dor Graphitauskleidung ist vor· Vorteil, v/eil sie relativ weich bzv/. geschmeidig χιτ;Λ selbstschmierend i£.t \aid et; ^esr ?'"tet, daß der verfestigt ο Strang leicht hindurchgezogen werden kann, selbst wenn geringfügige Unvollkommenheiten in der Oberfleche des Stranges während dessen Verfestigung aufgetreten sind. Fluidschmiermittel wie Rapsöl, cgs üblicherweise bei vez-tikalem Stranggießen verwendet wird, sind nicht erforderlich.

Gemäß der Erfindung kam: Hundbarrenmaterial in Größen von ungefähr 2,5 cm bis 7,3 cm (1 to 5 inches) Durchmesser mit einer RundheitεSchwankung von 2 1/2 % oder weniger in bezug auf die Differenz zwischen den größeren und kleineren Durchmesser des Barrens gegessen werden. Sowohl die Rundheits- als euch die itittleron Durchmesserschwankungen sind merklich geringer als die handelsüblichen Grenzen für einen warmgewalzten Barren.

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-Beim Gießen von Material mit ca. 4- cm (11/2 inches) Durchmesser sind Segmentlängen von 2,5 cm (1 inch) und eine Zykluszeit von 0,25 see erfolgreich benutzt worden, wobei der Zyklus die Summe aus der Zeit, die für das Ziehen des Stranges um ein Segment, wie oben beschrieben, benötigt wird und aus der Verweilzeit ist, d.h. der Zeit, die der Strang ruhig bleiben kann. Eine typische Verweilzeit beträgt 0,12 see.

Zufriedenstellende ßießresultate werden erhalten mit einer Variation der Verweilzeit im Bereich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,36 see, wobei der Anteil der Verweilzeit an der Zykluszeit¹ zwischen ungefähr 33 % und 65 % liegt. '

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht die Zone eins mehr oder weniger aus dem feuerfesten Ring 34 und der Düse 32. Die Zone 2 ist im allgemeinen durch den Kokillenteil 36 bestimmt und die Zone umfaßt den übrigen Teil der Kokille.Jedoch sind die drei definierten Zonen Verfahrenskonzepte und sind nicht notwendigerweise vom gleichen Umfang wie diese Kokillenteile. Im besonderen ist die Zone 2 des Verfahrens vollständig in den Grenzen des Kokillenteils 36 gelegen, der sich von der Zwischenfläche 33 über die Länge des Segments 35 oder des Ziehhubee erstreckt. Es ißt wichtig, daß dieses Segment sich anfänglich vollständig innerhalb des Kokillenteils 36 ver- g festigt. In Abhängigkeit von der Länge des verwendeten Segments kann damit gerechnet werden, daß in einer gegebenen Kokillenkonstruktion die Zone 3 tatsächlich in dem Kokillenteil 36 beginnt. Bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es von Vorteil, daß der Innendurchmesser der Kokille gemäß der fortschreitenden Verfestigung des Stranges variiert, so daß die Kokillenoberflächen sich in engem Kontakt mit dem sich verfestigenden und schrumpfenden Strang sind, um die Rundheit des Stranges zu erhöhen und einen opti-

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malen Wärmeübergang ζ wischen der Kokille und dem sich verfestigenden Strang zu bewirken.

Pig. 6 zeigt eine schaufel!allene Barstellung eines bevorzugten Aufbaue. Die Zon® 1₉ di@ den feuerfesten Elsg 5* und di® Düse 32 umfaßt„ ist mit konstante® Durchmesser dargestellt, obgleich dies nicht notwendig ist, da das Metall in dieser Zone nur in geschmolzener form vorhanden ist« Es wird© als vorteilhaft gefunden, daß der Kokillen.-teil J6 einen allmählich zunehmenden Burehmesser über sein© Länge in der Richtung des AuslaB©nd@s der Kokille aufweist«, Wie in Fisf« 6 geseigt_s liefert ©ine 5~Minut@n-YerJüngung mit der Längsachse In der Koklllen&rand gewünschte Hesultate in dem Fall, in dem die Längs des Segments 35 uagsfäfar 2,5 cm (1 inch) beträgt. Der Grund dafür, daß der Sone-2-feil der Kokille sich nach außen verjüngt, ist der, daß Ausbrüche des geschmolzenen Metalls durch di© verfestigte Haut verhindert au sein scheinen.» Die Kokille ist is dritten Abschnitt 38 mit der G-raphitauskleiduag 40 vorsehen ι ihr Durchmesser ist um eiaen Batrag von 4 1/2 raia sur LäBgsaehs© über ersten 7»5-eia-feil (3 lach) allmählich verringert» HIr Gießen eiaes Stranges mit 3*65 cm (1-7/16 inch) Durchmesser nimmt dieser Kokilleaabschnitt weiterhin im Durchmesser in Stufen von 5 bis 10 cm (2 bis 4 inches) um uBg@fähr 0,05 ®» (two-thousandths of an lach) ab, wie la fig. 6 geneigt. Bare!* diese YerjünguBg wird sin Ausgleich dafür bestückt .j daB ü®t Strang jiner wesentlichen Verfestigung unterworfen ist, „:±® aus Fig. 3 au sehen« Dann bleibt für eia abschließendes Intervall von 65 cm (26 inch) der Durchmesser der Kokille konstant» Ber Sone»3-®©il dar Kokille verjüngt sie& la Übereinstianung mit der gesteigerten Yeriestigimg uaä ab=· nehmenden Temperatur, um eine Schrumpfung aussugl®ie&©n_o Me Folge ist, daß die Kundheit und ein guter

von dem Strang auf die Kokille aufrechterhalten wird. In dem letzten 65 cm (26 inch)-Teil der Zone 3, auf die oben Bezug genommen ist, wird der Durchmesser bevorzugt konstant gehalten, um den Wärmeübergang von dem Strang auf die Kokille zu vermindern. Das iet wünschenswert, um das Wiedererwärmen der Strangoberfläche und somit deren Reißen, nachdem der Strang aus der Kokille hervorgetreten ist, auf ein Minimum herabzusetzen und den ,Reibungswiderstand gegen die Bewegung des Stranges zu verringern.

Wie oben beschrieben.erfolgt die Metallverfestigung in einem Metall-Kokillenteil der Zone 2, so daß dort keine Kohlenstoff quelle für eine Kohlenstoffdiffusion vorhanden ist. Die Hautschicht 35 ist gut ausgebildet, wenn sie in die Graphitauskleidungs-Zone 3 überführt wird, so daß keine merkliche Kohlenstoffdiffusion während des Gießprozes3es auftritt.

Ein bedeutendes Merkmal der Erfindung liegt in der Form der Düse 32 und insbesondere in deren konischen äußeren Konfiguration. In PIg. 7 ist eine detaillierte Ansicht der Düse 32» des Stützrings 34 und des Kokillenteils 36 gezeigt. Durch die Ausbildung der Düse mit einem äußeren Oberflächenteil 44 als einem konischen Abschnitt, der in einen ähnlichen konischen Sitz in dem Kokillenteil 36 paßt, wird ein großer Vorteil dadurch erreicht, daß das gewünschte Wärmegleichgewicht beibehalten wird und die Vorwärtsbewegung der Düse 32 in dem Falle verhindert wird, daß aufgrund einer thermischen oder mechanischen Spannung während des Gießbetriebes ein Kachteil auftritt, wodurch die Iiänge des Segments 35 konstant bleibt. Es wurde gefunden, daß der Winkel θ ζνάsehen den konischen Flächen und der Längsachse der Düse im Bereich von drei Grad und dreißig Grad liegen sollte. Ein Winkel G von weniger als drei Grad

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sorgt nicht für genügend Hemmung gegenüber der Vorwärtsbewegung der Düse unter allen Betriebsbedingungen und ein Winkel größer als 50 Grad kann die Innenoberfläche der Kokille einem übermäßigen Rückdruck ausgesetzt sein, sollte die Vorderkante der Düse abgenutzt werden während das Gießen fortschreitet.

Die Düßengestalt kann die eines einfachen Kegelstumpfes 58 sein, wie in Fig. 8 gezeigt, in welchem Pail die Düse in engem Kontakt mit der Kokillenokerfläcbe 60 durch einen P Schrumpfsitz oder durch Anwendung einer I/ängsapannkraft in der Form des Hinges 6g gehalten wird. Wia in Fig. 7 gezeigt, kann ein Flausch 4-J an dem rückwärtigen Teil der Düse vorgesehen sein, um üi-ermäßige Kräfte aufzunehmen, die aus einer Wärmedehnung der Kokille während des Betriebes resultieren.

Ebenso ist es vorteilhaft, für die Abmessungen der Düse in bezug auf den Innendurchmesser A des Kokillenteilß J6, wie in Fig.7 gezeigt, bestimmte Begrenzungen vorzusehen. For das Gießen von Barren mit einem Durchmesser im Bereich von 2,5 bis 7*5 cm (1 to 2 inch) beträgt der Innendurchmesser B der Düse bevorzugt mehr als 50 % jedoch nicht mehr als 80 % ™ des Innendurchmesars A des Kokillenteils 36 an der Verbindungsstelle mit der Düse. Die Längsabmessung G des konischen Abschnitts der Düse, der sich in den Kokillenteil J6 erstreckt, beträgt bevorzugt nicht weniger als 10 % und nicht mehr als 30 % des Innendurchiaessers A der Kokille.

Wie oben angegeben, ist das Verfahren iemäß der Erfindung insbesondere geeignet beim Gieren von .Metallen, die eine relativ hohe Schmelztemperatur von ungefa.hr 1200^C (2200⁰F) oder mehr aufweisen und in bezug auf Kohlenetoff ungesättigt

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sind, so daß sie nicht in einer Graphitform gegossen oder verfestigt werden können aufgrund ihrer Neigung, Kohlenstoff durch Diffusion zu absorbieren. Von besonderer Bedeutung in dieser Klasse von Metallen sind Eisenmetalle wie Stahl und andere Eieenmetalle, die typischerweise bia zu 2 % Kohlenstoff enthalten. Beispiele für Metalle, die gemäß der Erfindung gegossen werden können, sind: SAE 4118 Stahl, der nach Gewichtsanteilen 0,18 bis 0,23 % Kohlenstoff, 0,7 % bis 0,9 % Mangan, 0,4- % bia 0,6 % Chrom, 0,08 bis 0,15 % Molybdän, maximal 0,04 % Phosphor, maximal 0,04 % Schwefel und im übrigen_eim wesentlichen Eisen enthält; SAE 5160 '

Stahl, der in-,?Gewichtsanteilen 0,55 bis 0,65 % Kohlenstoff, 0,75 %..bis-1,0 % Mangan, 0,2 % bis 0,9 % Chrom", 0,04 % maximal. Phosphor, maximal 0,04 % Schwefel und im übrigen im wesentlichen Eisen enthält; SAE 52100 Stahl, der in Gewichtsanteilen 0,95 % bis 1,1 % Fohlenstoff, 0,25 % bis 0,45 % Mangan, 1,3 % bis 1,6 % Chrom, maximal 0,25 % Phosphor, maximal 0,25 % Schwefel und im übrigen im wesentlichen Eisen enthält. Auf Nickel basierende Legierungen und auf Kobalt basierende Legierungen, die überwiegende Mengen an Nickel oder Kobalt enthalten, können ebenso gemäß dem Verfahren der Erfindung mit Erfolg gegossen werden.

Beispiel für eine auf Nickel basierende Legierung dieses Typs ist Inconel 610, das aus 68,5 % liickel, 0,2 % Kohlenstoff, 1,0 % Mangan, 9,0 % Eisen, 1,6 % Silizium, 0,5 % Kupfer, 15?5 % Chrom, ungefähr 2 % Niobium plus Tantal und im übrigen im wesentlichen aus iiickel besteht; und Bene 41, das aus ungefähr 18 % bis 20 % Chrom, 10 % bis 12 % Kobalt, 9 % bis 10,5 % Molybdän, 5 % Eisen, 0,09 % bis 0,12 % Kohlenstoff, 0,5 % Silizium, 0,1 % Mangan, 3 % bis 3,3 % Titan, 1,4 % bis 1,6 % Aluminium und iiu übrigen aus Nickel besteht. Bei-

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spiel für eine auf Kobalt basierende Legierung, die gemäß der Erfindung gegossen werden kann, ist Heynes 25, das aus 0,05 % bis 0,15 % Kohlenetoff, 1,0 % bis 2,0 % Mangan, 19 % bis 21 % Chrom, 9 % bis 11 % Nickel, 14- % bis 16 % Wolfram, 3 # Eisen, 1 % Silizium und im übrigen im wesentlichen aus Kobalt besteht.

Wie oben ausgeführt, kann der Kokillenteil 36 geeigneterweise aua einer Beryllium-Kupfer-Legierung hergestellt sein; insbesondere geeignet ist eine Legierung, die aus 97 % Kupfer, 0,5 % Beryliium und 2,5 % Kobalt besteht und im Handel unter dem Namen Berlco 10 als ein Produkt der Beryllium Company of America erhältlich ist. Biese Legierung weist eine geeignet hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geeignet hohe Streckfestigkeit auf.

Obgleich die Vorrichtung für ein horizontales Gießverfahren beschrieben worden ist, kann die Gießvorrichtung leicht für ein vertikales Gießen angepaßt werden.

- Patentansprüche -

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Claims (9)

- 19 Patentansprüche

1. Verfahren zum horizontalen Metalletranggießen, bei dem geschmolzenes Metall aus einem Behälter durch eine gekühlte Kokille geführt vird und das gegossene Metall aus der Kokille intermittierend oder kontinuierlich gezogen wird, dadurch gekennzeichnet,

a) daß geschmolzenes Metall aus der Gruppe, bestehend aus wenig Kohlenstoff enthaltenden Eisenmetallen, auf Nickel oder Kobalt basierenden Metallen, in das '

Einlaßende (31) des Hohlraumes einer offenendigen, horizontal angeordneten Stranggießkokille (12) kontinuierlich eingeführt wird, wobei

to) die Kokille (12) umfaßt: eine erste Zone (32) angrenzend an das Einlaßende mit einer relativ geringen Wärmeübertragungskapazität, eine nicht geschmierte zweite Zone (36) unmittelbar angrenzend an die erste Zone (32) mit einer relativ hohen warmeübertragungskapazität und eine dritte Zone (38) angrenzend an die zweite Zone (36), die in einem offenen Auslaßende endet,

c) daß das geschmolzene Metall in die erste Zone (32) vorgeschoben wird, wobei aufgrund der Wärmeübertragungseigenschaften der ersten Zone (32) im wesentlichen jegliche Metallverfestigung darin verhindert wird,

d) daß das geschmolzene Metall in die zweite Zone (36) vorgeschoben wird, die eine Verfestigung einer dünnen Schien¹ (35) des Metalls zuerst unmittelbar an der Verbindungsstelle (33) der ersten (32) und zweiten Zone (36) und

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dann fortschreitend in der Richtung der dritten Zone (38) bewirkt, wodurch eine dünne verfestigte Schicht

(35) des geschmolzenen Metalls über den gleichen Umfang mit der zweiten Zone (36) erstreckend gebildet wird, und

e) daß der Strang (54) kontinuierlich, jedoch in festen vorbestimmten Stufen bzw. Zunahmeschritten zu festen vorbestimmten Zeitintervallen vorgeschoben wird, wobei die Stufen gleich der Länge der zweiten Zone (36) sind, wodurch die dünne Schicht (35) des in der zweiteei Zone (36) gebildeten verfestigten Metalls fortschreitend in die dritte Zone (38) vorgeechoben wird und das von der ersten Zone (32) vorrückende geschmolzene Metall dem Vorschub der dünnen Schicht (35) folgt, um fortschreitend die zweite Zone (36) unmittelbar hinter der vorrückenden dünnen Schicht (35) zu füllen und dadurch fortschreitend eine neue dünne verfestigte Schicht (39) bildet, die sich-über den gleichen Umfang der Hohlraumoberfläche der zweiten Zone

(36) erstreckt, wobei die Intervalle von genügender Dauer sind, daß das vordere axiale Sude der neu gebildeten dünnen Schicht (39) sich mit dem verfestigten Metall in der dritten Zone (38) verschweißen kann»

2. Verfahren für ein horizontales Stranggießen eines kontinuierlichen Stranges nach Anspruch 1, dadurch g. e kennz eiehnet, daß der Teil der ersten Zone (32) der Kokille, der unmittelbar an die zweite Zone (36) angrenzt, aus Bornitrid hergestellt wird«

3. Verfahren für ein horizontales Stranggießen eines kontinuierlichen Stranges nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet* äaß $ie vorbestiBisatea

Vorschubetufen des zu gießenden Stranges (Merkmal β)) in der Länge im Bereich von 0,3 bis 1,5 mal dessen Durchmesser festgelegt werden, was ungefähr 2,5 bis 7,5 cm (1 to 3 inches) ist·

4-, Verfahren für ein horizontales Stranggießen eines kontinuierlichen Stranges nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch g e k e~n η ζ ei chnet, daß die vorbestimm ten Zeitintervalle (Merkmal (e>) im Bereich von ungefähr 0,1 bis 0,36 see festgelegt werden, wobei der Strang für eine 3eit vpn 33 % bis 65 % des Zeitintervalle in Ruhe

ist. ■: yr-oii: ■ ' ' ■ . "

5. Verfahren für ein horizontales Stranggießen eines kontinuierlichen Stranges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das Eisenmetall einen Kohlenstoffgehalt bis zu 2 % Gewichtsanteilen hat.

6. Verfahren für ein horizontales Stranggießen eines kontinuierlichen Stranges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß die Kokille in der dritten Zone (38) wenigstens mit einer aus Graphit bestehenden Oberflächenschicht ausgebildet wird und in ihrem Innendurchmesser auf wenigstens einem Teil in der Weise vermindert wird, daß, wenn das sich verfestigende und abkühlende Metall in der dritten Zone (38) allmählich im Durchmesser schrumpft, wenn das Metall sich verfestigt und abkühlt, der sich zunehmend vermindernde Durchmesser der Kokille (12) in der dritten Zone (38) an dem sich verfestigenden Strang (54) eng angreifen kann, während dieser durch die dritte Zone (38) hindurchgeht, um eine genügende Wärmeübertragung und Rund heit des Stranges (54) aufrechtzuerhalten.

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7. Vorrichtung für ein Stranggießen einer zylindrischen Metauftrenne mit einem Behälter für geschmolzenes Metall, der mit dem Elnlaßende einer gekühlten Kokille verbunden ist und mit einer Einrichtung für ein intermittierendes oder kontinuierliches Herausziehen des gegossenen Metalls aus der Kokille , dadurch g β k e η η ζ e ic h η e t, daß die Kokille (12) umfaßt: einen ersten angrenzend an den Behälter (10) angeordneten Teil (32) mit dem Einlaßende, der eine relativ geringe Wärmeübergang3-kapaiität aufweist, einen zweiten feil (36) angrenzend an den ersten Teil (32) mit einer relativ hohen Wäriaeübergaiigs« kapazität und einen dritten Teil (33) angrenzend an den · zweiten Teil (36), dass der ereba Teil (32) einen Innendurchmesser aufweist, der geringer als der Innendurchmesser des zweiten Teils (36) ist, wodurch die Verbindungsstelle (33) des ersten Teils (32) und des zweiten Teils (36) in dem Kokillenhohlraun durch eine sich in radialer Bie&tung erstreckende Wandung des ersten Teils-(52) und eine axiale Wandung des zweiten Teils (36) bestimmt ist, wobei die Wärmeübergangskapazitäten des ersten Teils (32) und des zweiten Teils (36) in der Weise aufeinander bezogen sind, daß durch die Kokille (12) fließendes geschmolzenes Metall in dem ersten Kokillenteil (32) in einem ia wesentlichen vollständig geschmolzenen Zustand gehalten wird und daß aufgrund der hohen Wärmeühergangskapazität des zweiten Teils (36) wenigstens eine Hautschicht (35) aus verfestigtem Metall auf dessen Oberfläche unmittelbar an der Verbindungsstelle beginnend auegebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des dritten Teils (38) sich in einer stromabwärtigen Bichtung auf wenigstens einem Teil von dieseia fortschreitend vermindert im wesentlichen im Verhältnis zu der £or*schreit enden Abnahme des Durchmessers dee Subranges aufgrand dar

Schrumpfung des in der Kokille (12) verfestigten Stranges (54), aufgrund dessen die Kokille sich in einem festen Kontakt mit dem Strang (54) befindet, um dessen Rundheit sbu unterstützen und den Wärmeübergang von dem verfestigten Strang auf die Kokille zu fördern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil' (32) eine aus Bornitrid hergestellte Düse ist.

1Ö. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzei chnet, daß der erste Teil eine feuerfeste Düse (-52) angrenzend an den zweiten Teil (36) ' umfaßt, die im wesentlichen inert bzw. indifferent gegenüber dem Metall in geschmolzener Form ist, einen geringeren Innendurchmesser als der zweite Teil (36) aufweiet und eine kegelstumpfartige äußere Oberfläche (44) auf wenigstens einem Teil von ihr angrenzend an den zweiten Kokillenteil (36) in Paßsitzberührung mit einer entsprechenden kegelstumpfförmigen Oberfläche (46) dee zweiten Kokillenteils (36) aufweist, wcbei die Verbindungsstelle (33) der Düse (32) und des zweiten Kokillenteils (36) in dem Gußhohlraum durch radiale Düsenoberflächen und axiale Oberflächen des zweiten Kokillenteils bestimmt ist und der Winkel der kegelstumpfförmigen Ober- | flächen (44, 46) in bezug auf die Längsachse der Kokille ungefähr 3° bis 30° beträgt.

11· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennz ei chnet, daß der Innendurchmesser des dritten Teils (38) einen sich fortschreitend vermindernden Durchmesser in einer stromabwärtigen Richtung auf wenigstens einem Teil von diesem aufweist, der im

wesentlichen im Vei'hältnis zu dem Durchmesser des in der Kokille (12) verfestigten Stranges (54) steht, der aufgrund der Schrumpfung des Stranges fortschreitend abnimmt, wodurch sich die Kokille (12) in einem Paßeitzkontakt mit dem Strang (5^-) befindet, um dessen Rundheit zu unterstützen und den Wärmeübergang von dem verfestigten Strang (5*0 auf die Kokille zu fördern.

ZS

L e e r s e i t e