DE2058051C3

DE2058051C3 - Verfahren zum Stranggießen von Metallen

Info

Publication number: DE2058051C3
Application number: DE19702058051
Authority: DE
Inventors: George Maxmillion Almont Goodrich; Fred John Orchard Lake Webbere; Robert George Birmingham Williams
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1969-11-25
Filing date: 1970-11-25
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2058051B2; JPS4926812B1; CA931319A; FR2077534B2; DE2058051A1; FR2077534A2; GB1307423A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metallen, bei dem eine Schmelze einer ersten ungekühlten Zone zugeführt und von dieser ersten Zone in eine zweite Zone geleitet wird, in der sie gekühlt wird, und bei dem der einen ringkrustenförmigen Ersiarrungsbereich aufweisende Strang über eine dritte gekühlte Zone intermittierend ausgezogen wird, wobei die Stillstandszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ziehschritten für ein Anschweißen des frisch erstarrten Teils ausreichend gewählt und die Verfestigung der Schmelze in der stark gekühlten zweiten Zone auf die Bildung einer dünnen, genau mit dem Beginn der zweiten Zone zusammenfallenden Ringkruste beschränkt und der Strang bei jedem Ziehschritt um nicht mehr als die Länge der stark gekühlten zweiten Zone ausgezogen wird.

Bei diesem Verfahren kann es geschehen, daß während des Gießvorgangs in der in der zweiten Zone gebildeten Ringkruste Risse auftreten, aus denen flüssiges Metall austritt und dann an der gekühlten Kokillenwandung verfestigt wird. Des weiteren kann der Fall eintreten, daß zwischen jeweils einem Ziehschritt entsprechenden Ringkrustenabschnitten kein einwandfreies Verschweißen erfolgt, wodurch wiederum an der mangelhaften Schweißstelle flüssiges Metall austreten kann. Derartiges Austreten von Metall durch die gebildete Ringkruste hat zur Folge, daß der gegossene Strang eine unregelmäßige Oberfläche erhält und außerdem das Ausziehen des Stranges durch die dritte Zone erschwert wird, wobei überdies Beschädigungen der vorzugsweise mit Graphit ausgekleideten Kokille in der dritten Zone entstehen können.

Es wurde gefunden, daß den sich aus den geschilderten Rißbildungen ergebenden Nachteilen durch f-ine verlängerte Stillstandszeit während der einzelnen Ziehschritte entgegengewirkt werden kann, wenn einerseits das Auftreten eines derartigen Risses sofort festgestellt und andererseits die Stillstandszeit ausreichend lang gewählt wird, um ein Heilen der unvollkommenen Ringkruste zu ermöglichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung derart weiterzubilden, daß dem Auftreten von Ringkrustenrissen sofort Rechnung getragen werden kann, und zwar in der Weise, daß stets einwandfreie Oberflächen des gegossenen Stranges gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Temperatur an der Wand der stark gekühlten Zone gemessen wird und daß bei Abfall der gemessenen Temperatur unter eine vorbestimmte Temperatur der Strang stillgehalten wird, bis ein Temperaturanstieg gemessen wird.

Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, daß das Auftreten einer Rißbildung sofort festgestellt und der Strang bis zur vollständigen Ausheilung des Risses stillgehalten werden kann. Auf diese Weise werden optimal kurze Stillstandszeiten und gleichzeitig eine maximale Sicherheit im kontinuierlichen Betrieb erhal-

ten.

Vorzugsweise wird das beschriebene Verfahren am Übergang zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angewendet. Dieser Übergang eignet sich vor allem deshalb besonders, weil jegliches Austreten von Metall durch einen Riß in der Ringkruste von einer Verdickung der Ringkruste am Übergang zwischen der ungekühlten ersten Zone und der stark gekühlten zweiten Zone begleitet wird und damit Temperaturänderungen an diesem Übergang charakteristisch für das Auftreten eines Risses in der Ringkruste sind.

Vorteilhafterweise wird als vorbestimmte Temperatur eine Temperatur im Bereich von 8 bis 25^CC verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kokille zur Erläuterung verschiedener Stufen des Gießvorganges,

F i g. 2 eine graphische Darstellung, von über der Zeit aufgetragenen Kokillentemperaturänderungen für einen speziellen Betriebsfall,

Fig.3 eine graphische Darstellung, in der die Änderungen der Kokillentemperatur vom Beginn des Gießprozesses an veranschaulicht sind.

F i g. 1 zeigt in Form einer ausschnittsweisen Darstellung einen Teil der ersten ungekühlten Zone 1 sowie der sich unmittelbar daran anschließenden stark gekühlten Zone 2. Die erste Zone 1 umfaßt eine vorzugsweise aus Bornitrid hergestellte Zuflußdüse 3, und die Zone 2 wird von einer stark gekühlten, vorzugsweise aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung bestehenden Kokille 5 gebildet. Der Übergang zwischen der Zuflußdüse 3 und der Kokille 5 ist in Form einer Stufe 4 ausgebildet, wobei wesentlich ist, daß die Wandung der Stufe 4 aus einem bezüglich des zu gießenden Metalls inerten Material besteht. In unmittelbarer Nähe des stufenförmigen Überganges ist ein temperaturempfindliches Element 7 vorgesehen.

Während des Gießverfahrens tritt eine Schmelze aus der ungekühlten ersten Zone 1 in die stark gekühlte zweite Zone ein, wo sie bis zur Ausbildung einer Ringkruste 9 verweilt und aus der sie dann schrittweise ausgezogen wird.

Wenn einer der Ziehschritte beispielsweise nicht richtig durchgeführt wird, kann es geschehen, daß in der Ringkruste 9 ein Riß auftritt und Schmelze durch den Riß austritt Des weiteren ist es möglich, daß das Ablösen der Ringkruste 9 von der Wandung der Stufe 4 nicht ganz ordnungsgemäß erfolgt, wodurch wiederum eine Rißbildung, insbesondere an der Verbindungsstelle 8, mit der vorhergehend gebildeten Ringkruste 6 entstehen kann. Wird ein derartiger Riß nicht umgehend beseitigt, so führt dies zu einer falschen Verfestigungs- ι ο folge, welche einen Abbruch des Gießverfahrens erforderlich macht

Es hat sich gezeigt, daß sich bei Auftreten eines Risses in der Ringkruste 9 eine insbesondere im Bereich des Übergangs von der ersten zur zweiten Zone feststellbare, von den normalen Temperaturänderungen abweichende Temperaturänderung ergibt, welche ein sofortiges Frkennen einer Rißbildung bzw. eines Austretens von Schmelze aus der Ringkruste ermöglicht. Fine sehr schnelle Feststellung eines derartigen Risses ist notwendig, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ziehschritte lediglich einen Bruchteil einer Sekunde dauern. Als Element zur Ermittlung der erwähnten Temperaturänderungen eignet sich vor allem ein Chromel-Alumel-Thermoelement.

Bei Feststellung einer Rißbildung durch das Thermoelement 7 wird der Stranggießvorgang so lange unterbrochen, bis die Rißstelle geheilt ist. Im Gegensatz zu dem bei Auftreten eines Risses sich ergebenden Temperaturabfall tritt nämlich bei erfolgter Heilung der Rißstelle ein Temperaturanstieg ein, der ein Anzeichen dafür ist, daß der Gießvorgang wieder fortgesetzt werden kann. Wenn jedoch die Verweildauer für ein Schließen des Risses nicht ausreichend war, stellt der Temperaturfühler 7 ein weiteres Absinken der Temperatur fest, und es kann dann eine Verlängerung der Verweilzeit vorgenommen werden, die für ein Verschweißen des Risses ausreichend ist. Es wurde gefunden, daß zwei verlängerte Verweilperioden oder Stillstandszeiten für ein Verheilen eines Bruches oder «o Risses praktisch immer ausreichend sind.

Eine typische Stillstandszeit beträgt 0,12 Sekunden, und es wurden zufriedenstellende Gießresultate erhalten mit einer Variation der Stillstandszeit im Bereich von etwa 0,1 bis 0,36 Sekunden, wobei der Anteil der « Stillstandszeit an der Gesamtzykluszeit etwa zwischen 33% und 65% liegt. Verlängerte Stillstandszeiten von 2 bis 10 Sekunden wurden mit Erfolg verwendet, um Brüche und Risse in der Ringkruste vollständig auszuheilen.

In Fig. 2 sind der normale Verfestigungsvorgang, eine Ausbruchsfolge und eine Rückführung zur normalen Verfestigungsfolge graphisch dargestellt, indem die schrittweise Bewegung des Stranges zum Verlauf der Kokillentemperatur an dem Übergang zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone einander gegenübergestellt sind.

Im normalen Betrieb wird der Strang schrittweise um etwa 2,5 cm ausgezogen, wobei zwischen den einzelnen Ziehschritten Stillstandszeiten vorgesehen sind, welche die Ausbildung einer Ringkruste in der zweiten Zone ermöglichen. Während des normalen Betriebs schwankt die Temperatur bei jedem Ziehschritt zyklisch um 5 bis 17°C zwischen einer maximalen Temperatur, welche kurz nach dem Zeitpunkt auftritt, zu dem die Schmelze zu dem Übergang zwischen der ersten und zweiten Zone gelangt, und einer minimalen Temperatur am Ende der Stillstandszeit wenn die Verfestigung der Ringkruste in der zweiten Zone beendet ist und der nächste Ziehschritt beginnt

Etwa in der Mitte der graphischen Darstellung ist das Auftreten eines Risses in der Ringkruste gezeigt wobei die Temperatur unter die normale minimale Temperatur am Ende einer Stillstandszeit abfällt Wenn die Temperatur unter diese normale Minimaltemperatur gelangt wird ein Auslösesystem betätigt, das die Abzugsvorrichtung anhält, um eine Verlängerung der Stillstandszeit zu erreichen, welche ausreicht um den Riß zu heilen.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß gute Ergebnisse erzielt werden, wenn das Auslösesystem betätigt wird, sobald die Temperatur unter eine feste vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 8 bis 25° C unter die normale Minimaltemperatur fällt.

Während der verlängerten Stillstandszeit fällt die Temperatur weiter ab, wenn die Verfestigung in der zweiten Zone zunimmt und die Dicke der Hautschicht am Übergang zwischen der ersten und zweiten Zone größer wird. Am Ende der vorgegebenen verlängerten Stillstandszeit wird der Ausziehvorgang wieder aufgenommen, und das Eintreten von Schmelze in die zweite Zone wird durch das Ansteigen der Temperatur ersichtlich. Die Darstellung in F i g. 2 läßt erkennen, daß nach dem Ausheilen des aufgetretenen Risses die sich einstellenden Temperaturschwankungen wiederum den Schwankungen entsprechen, die vor der Rißbildung vorhanden waren.

Grundsätzlich kann das Thermoelement an einem beliebigen Punkt längs der zweiten Zone angeordnet sein. Des weiteren können auch mehrere Thermoelemente verwendet werden, wobei die Änderung der Kokillentemperatur beispielsweise in bezug auf das Temperaturdifferential zweier Thermoelemente gemessen werden kann. Der Vorteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß die Temperaturschwankung in der Größe abnimmt und dadurch eine höhere Empfindlichkeit des Gesamtsystems erreicht wird.

F i g. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausnutzung des Temperaturfühlers 7. Der von dem Temperaturfühler 7 bei Beginn des Gießvorgangs angezeigte Temperaturanstieg der Kokille 5 gibt Aufschluß über den Eintritt der Schmelze in die zweite Zone. Ein kontinuierlicher Anstieg der Kokillentemperatur zeigt an, daß der Verfestigungsvorgang mit jedem Ziehschritt normal fortschreitet. Ab einer bestimmten Zeit nach dem Beginn des Gießvorgangs weisen die Temperaturschwankungen einen stabilen Verlauf auf. Es hat sich herausgestellt, daß anfänglich eine verlängerte Stillstandszeit vorteilhaft ist, um ein einwandfreies Anschweißen an einen Abzugsbarren zu gewährleisten.

Der Verlauf des Temperaturanstiegs kann auch ausgenutzt werden, um den Gießvorgang automatisch in Gang zu setzen.

Ferner kann der Temperaturfühler dazu benutzt werden, um das Ausmaß der Düsenabnutzung an dem Übergang zwischen der ersten und zweiten Zone zu ermitteln. Ein allmählicher Anstieg der Temperatur während des Gießvorgangs zeigt nämlich an, daß eine Düsenabnutzung auftritt, auf Grund derer der Wärmeübergang zu dem Thermoelement verändert wird. Es ist auf diese Weise möglich, den Gießvorgang rechtzeitig zu beenden und auf diese Weise ernsthafte Kokillenbeschädigungen zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Metallen, bei dem eine Schmelze einer ersten ungeküh'.ten Zone zugeführt und von dieser ersten Zone in eine zweite Zone geleitet wird, in der sie gekühlt wird, und bei dem der einen ringkrustenförmigen Erstarrungsbereich aufweisende Strang über eine dritte gekühlte Zone intermittierend ausgezogen wird, wobei die Stillstandszeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ziehschritten für ein Anschweißen des frisch erstarrten Teils ausreichend gewählt und die Verfestigung der Schmelze in der stark gekühlten zweiten Zone auf die Bildung einer dünnen, genau mit dem Beginn der zweiten Zone zusammenfallenden Ringkruste beschränkt und der Strang bei jedem Ziehschritt um nicht mehr als die Länge der süark gekühlten zweiten Zone ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an der Wand (5) der stark gekühlten Zone (2) gemessen wird und daß bei Abfall der gemessenen Temperatur unter eine vorbestimmte Temperatur der Strang (6) stillgehalten wird, bis ein Temperaturanstieg gemessen wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf den Übergang zwischen der ersten Zone (1) und der zweiten Zone (2).

3. Verwendung von 8 bis 25°C als vorbestimmte Temperatur für das Verfahren nach Anspruch 1.