DE2060451A1

DE2060451A1 - Ein kontinuierliches Verfahren zum vertikal-aufwaerts gerichteten Giessen von Stangen,Platten,Rohren u.dgl.

Info

Publication number: DE2060451A1
Application number: DE19702060451
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Lohikoski Timo Juhani
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1971-07-22
Also published as: CH521807A; US3872913A; GB1328399A; FR2077552B1; DE2060451B2; SE371379B; FI46810B; JPS5027032B1; FR2077552A1; FI46810C

Description

2050451

DIPL.-ING. HANS W. GROENING

PATE NTANWAIiT

4 DÜSSELDORF

STEIKSTRASSE 17

(AN SBH

XXBIL; RHEIKPiTIST

«>*ij> »ίτβϊ Neue Anschrift;

8000 München 26 Zweibrückenstr. Postfach 9

5631/69

Outokuiupu Oy, Pori

Ein kontinuierliches Verfahren zum vertikal-aufwärts j'-i-o.Cutöten Gießen von Stangen, Platten, Rohren u. dgl.

ie^cuaü Krfindung betx-ifft ein kontinuierliches Verfahren ztLu vc.rtiL&l-auf wärts gerichteten Gießen von Stangen, Platten, jäonrejtx a. U₁J-L., und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, υ in küiitixiuie-rliches Gießverfahren zu schaffen, das eine beträchtlich höhere Prodaktivität und eine geringere Zahl von Unterbrechungen als die bisher bekannten kontinuierlichen Gießverfahren gewährleistet.

In den letzten Jahren war auf dem Sektor des kontinuierlichen Gießens von Metallen und Metallegierungen eine rege Entwicklungstätigkeit zu verzeichnen.

Bei einem der kontinuierlichen Gießverfahren, wird mit einem aus dichtem Graphit hergestellten Mundstück (Matrizenstück,

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Düse) gearbeitet, in welchem die Schmelze zum Erstarren gebracht 'wird, und in festem Zustand kontinuierlich herausgezogen werden kann. Die nach diesem Prinzip arbeitenden Gießmaschinen lassen sich in zwei Haupttypen unterteilen;

1. Vertikaler Guß, bei dem das o. g. hundstück aus Graphit einschließlich der Kühlvorrichtung am Boden des Schmelzebehälters, d. h. des Ofens, sitzt und das Ziehen in senkrecht-abwärtiger Richtung erfolgt.

2. Horizontaler Guß, bei dem das Lim eis tück einschließlich Kühlvorrichtung seitlich am Ofen sitzt und aas Ziehen entsprechend in horizontaler Richtung erfolgt.

Abgesehen von der Ziehrichtung handelt es sich in beiden Fällen um ein und dasselbe Verfahren. Beide Anlag en-'.Typ en erfordern einen feuerfest gemauerten Schmelzebehälter, d. einen Ofen, dessen Mauerwerk von einem Graphitmunastück durchbrochen wird. Dieses Kundstück, d. h. diese öffnung -... hauerwerk, liegt unterhalb des Schmelze-Spiegels, was in der Praxis zu einer Reihe von Schwierigkeiten führt. Zunäciuru muß das hundstück einschließlich Kühlvorrichtung, iuu Lecks zu vermeiden, mit dem hauerwerk absolut aicht abschließen, was hohe Anforderungen in oezug auf uie Wartung der hauerwerksöffnungen zur IOIge hat. Weiter ;_uß dia Landpartie dec Schmelzebehälters, die das hundstück Lrugt, beim Auswechseln des hundstücks von der Schmelze befrei τ; werden (d. h. der Behälter muß entweder geneigt oder entleert werden). Die i'olge davon ist, daß beim Arbeiten mit mehreren Mundstücken diese alle zum gleichen Zeitpunkt ausgewechselt werden müssen und der Zeitwirkungsgrad des einzelnen Hundstücks dadurch unbefriedigend bleibt. Ferner kann beim Auftreten von Betriebsstörungen durch das Mundstück Schmelze austreten,

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was eine Gefahr für Arbeiter und Anlage bedeutet. Da das hundstück und die Kühlvorrichtung direkt mit dem Mauerwerk des Schmelzebehälters verbunden werden müssen, ist deren Ausfluchten in gleiche Linie mit der Ziehvorrichtung eine zeitraubende und hohe Genauigkeit erfordernde Angelegenheit, die noch erschwert wird durch die auf die Wärmeausdehnung der Wand zurückzuführende Bewegung.

Die Form der Mundstück-Öffnung bestimmt den Querschnitt des zu gießenden Gegenstandes. Heben rundem Querschnitt kommen auch die verschiedensten Profile in Frage. Wird das Mundstück mit einem Graphitdorn ausgerüstet, so lassen sich auch röhrenförmige Erzeugnisse gießen. Freilich gestaltet sich dann das Gießen schwieriger als normalerweise, weshalb ein öfteres Auswechseln des Mundstücks erforderlich ist.

Es besteht nun ferner auch die Möglichkeit, die Gießvorrichtung oberhalb des Schmelze-ßpiegeis anzuordnen und das Gießen, d. h. das Ziehen, in aufwärtiger Eichtung vorzunehmen, wodurch die oben angeführten Nachteile und Schwierigkeiten eliminiert werden.

Ein derartiges Aufwärts-Gießverfahren wird von A. Simons im Beschreibungsteil des US-Patentes Nr. 2.171.132 (USA Aug. 1939) dargelegt, demzufolge das in geschmolzenem Zustand befindliche Metall durch Sog in die Kühlungszone befördert wird, wo es erstarrt. Der dabei entstehende Metallstrang kann kontinuierlich nach oben gezogen we-den.

Der Beschreibung sowie der dazugehörigen Abbildung (Anhang) zufolge wird der Erstarrungsbereich von einem röhrenförmigen Element 100 gebildet, dessen lichte Weite den Durchmesser des zu gießenden Stranges bestimmt. Am unteren Ende des er-

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wähnten röhrenförmigen Elementes befindet sich ein Fortsatz 108 aus feuerfestem Material, dessen Aufgabe darin besteht, die Schmelze vom Schmelzebehälter in die Erstarrungszone, d. h. in erwähnte Röhre, zu leiten.

Allerdings ist dieses Verfahren klar erkennbar mit Schwächen behaftet. Das Aneinanderfügen zweier, aus verschiedenem Material bestehenden Komponenten (100 und 108) zu einer Einheit so, daß kein flüssiges Metall in Spalte oder Vertiefungen einzudringen vermag, ist außerordentlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich, zumal dann, wenn diese Komponenten noch verschiedene Temperatur und verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Das geschmolzene Metall dringt aufgrund seines Innendruckes in die kleinste Vertiefung ein und erstarrt dort. Die dünne, im Erstarren begriffene äußere Haut des zu ziehenden Stranges verfängt sich in diesen erstarrten Partikeln mit der Folge, daß es günstigstenfalls lediglich zur Bildung von Oberflächenrissen, mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit jedoch zu Gußbrüchen kommt.

Anscheinend ist der Erfinder selbst zu dem Resultat gekommen, daß dieses Gießverfahren unbrauchbar ist, denn in dem ihm später erteilten englischen Patent Nr. 531·514» das ansonsten mit dem o. g. US-Patent identisch ist, wird es nicht mehr erwähnt. Tatsächlich hat dieses Gießverfahren bis zum heutigen Tag keinen Eingang in die Praxis gefunden.

Durch das Gießverfahren gemäß vorliegender Erfindung konnten die oben erwähnten Nachteile ausgeschaltet werden. Die Hauptmerkmale dieser Erfindung sind im Patentanspruch 1 niedergelegt.

Die hier dargelegte Erfindung gründet sich auf die Idee, das

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Mundstück -ζ. B. ein Graphitmundstück - so oberhalb des Schmelze-Spiegels anzuordnen, daß lediglich dessen unteres Ende in die Schmelze taucht, das obere Mundstückende mit einer Kühlvorrichtung zu umgeben und die Schmelze durch Sog in die obere, gekühlte Partie des Mundstücks zu fördern.

Die erforderliche Saugvorrichtung wird über eine Saugleitung mit dem Oberteil des Mundstück-Kühlers verbunden. Diese Saugleitung dient gleichzeitig als Halterung des Kühlers und des Mundstücks, als Kühlwasser-Zuleitung und -Ableitung für den Mundstück-Kühler sowie als Nachkühlyorrichtung für ^

die gegossenen Produkte. ■ ™

Worden, was sich ohne weiteres realisieren läßt, mehrere solcher hundstücke oberhalb des Schmelzebehälters angeordnet, so ergeben sich daraus folgende Vorteile;

1. Jedes Mundstück kann getrennt für sich ausgewechselt und in bzw. außer Betrieb gesetzt werden, ohne daß dadurch das Arbeiten der übrigen Mundstücke im geringsten beeinträchtigt würde.

2. Unerwünschte Schmelze-Ausbrüche durch das Mundstück sind ausgeschlossen. 4|

3- Die Dimensionen des Mundstücks können auf ein Minimum gebrach b werden, da die schwierig zu beherrschenden Mauerwerksdurchbrüche mit ihren eventuellen Drehspannungen und die dadurch bedingten Maßgenauigkeitsforderungen in Wegfall kommen. Weiter werden dadurch eine höchstmögliche Einsparung an teurem, dem Verschleiß ausgesetzten Graphit sow!'j eine geringe Bau^röße der einzelnen Vorrichtung orroicht, so daß deren mehrere auf ein und demselben Schmelzebehälter Platz haben.

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4. Die Wartung der im Mauerwerk befindlichen Öffnungen, welche die Mundstücke aufnehmen, entfällt.

5· Das Mundstück fluchtet stets mit der Ziehvorrichtung, da es durch starre Konstruktionselemente mit dieser verbunden werden kann und völlig unabhängig von den Bauteilen des Ofens ist.

6. Der Ofen selbst braucht nicht kippbar zu sein, so daß sich seine Konstruktion einfacher gestaltet.

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Weiter ergeben sich beim eigentlichen Gießen die folgenden Vorteile;

1. Die Erstarrungsfront, d. h. die Grenzfläche zwischen Schmelze und erstarrtem Metall, verläuft rechtwinklig zur Längsachse des Gußstranges, wohingegen sie beim horizontalen Gießen einen Winkel bildet. Dieser Umstand stellt vor allem beim Gießen von Rohren eindeutig einen Vorteil dar, da eine um den kegelförmigen Dorn herumlaufende schräge Erstarrungsfront zu Exzentrizitätserscheinungen in der Rohrwand führt. Das senkrecht-aufwärts gerichtete Gießen entspricht in dieser Beziehung dem senkrechtabwärt ig en Gießen.

2. Beim aufwärts gerichteten Gießen entfallen das schwerkraftbedingte stärkere Drücken des Gußstranges gegen die untere Fläche sowie das daraus resultierende ungleichmäßige Abkühlen und der Verschleiß des Mundstücks.

3· Die im Ofen befindliche Schmelze weist stets eine höhere Temperatur auf als die mit der Erstarrurigsfront in Berührung stehende Schmelze und ist somit auch stets von

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geringerem Gewicht. Diese Dichtedifferenzen führen in der Schmelze zu St römungs er sch einung en, wobei die abg'ekühlte Schmelze in der Mhe der Mundstück-Wände nach unten sinkt und im Zentrum entsprechend heiße Schmelze nach oben steigt, um sodann entlang der Erstarrungsfläche zu den Wänden hin zu strömen. Dieser stete Strom aus frischer Schmelze spült die Erstarrungsfläche ständig ab und verhindert dadurch, daß sich Verunreinigungen (u. a. Gase) vor der Erstarrungsfläche ansammeln und Gußfehler verursachen.

4-. Der im Inneren des Hundstücks herrschende metallostatische Druck läßt sich beim aufwärts gerichteten Gießen auf einen niedrigeren Wert senken als dies bei anderen Gießverfahren möglich ist. Weiter ist dieser Druck an jeder Stelle des Mundstück-Umfangs- gleich, wohingegen bei horizontalem Gießen die untere Mundstückhälfte einem höheren Druck ausgesetzt ist als die obere Hälfte. Der geringe Druck bedeutet einen wesentlichen Vorteil, da durch diesen Druck die dünne, bereits erstarrte Oberflächenschicht gegen die Innenwand des Mundstücks gepreßt wird und dadurch eine Reibungskraft erzeugt, die der Höhe des wirkenden Druckes proportional ist.

Die Verringerung des Druckes hat einen Rückgang der Reibungskräfte zur Folge und senkt somit erstens den Graphitverschleiß und verringert zweitens das Aufreißen der dünnen erstarrten Oberflächenschicht, wenn diese an der Mundstückfläche entlanggleitet. In der Hähe ihres Schmelzpunktes sind die Metalle oft sehr spröde und vermögen der durch Reibungskräfte verursachten Zugspannung nicht standzuhalten. Diese Zugspannung wird beim aufwärts gerichteten Gießen auf ein Minimum reduziert.

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Die Größe des Vakuumrauiaes läßt sich ebenfalls (durch Verlängerung des Mundstücks) so vergrößern, daß die Schmelze von den in ihr enthaltenen Gasen befreit wird, d. h. daß sich ein kontinuierliches Vakuumgießen ergibt.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen, in denen zwei Anwendungsformen (Ausführungsformen) dieses Verfahrens dargestellt sind, eingehend erläutert.

3?ig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Stangen und Dräuten,

S¹Xg* 2 zeigt eine Vorrichtung zum Gießen von Rohren in vertikal-aufwärtiger Sichtung.

Tig. 1 .zeigt eine Ausführungsform der Erfindung zum Gießen kompakter Drähte oder Stangen. Das untere Ende des eigentlichen Mundstücks 7 reicht bis unterhalb des Schmelze-Spiegels. Das obere Ende ist vom Kühler 6 umgeben. Die konzentrischen Rohre 3> 4· und 5 bilden zusammen mit den Rahmenteil 2 die Halterung des Kühlers. Das Rahmenteil 2 trägt an seinem oberen Ende das auswechselbare Teil 1, das eine dem zu gießenden Gegenstand entsprechende Öffnung aufweist und als Dichtung gegenüber dem Druck der umgebenden Luft fungiert. Über die Öffnung C wird im Rohr 4 ein passender Unterdruck erzeugt, der das geschmolzene, d. h. das flüssige. Metall, in die Kühlungszone des Kundstücks fördert. Das Ro hi* 4- ist an seinem unteren Ende mit dem Kühler 6 verlötet u_t_d schließt am oberen Ende dicht mit dem Rahmenteil 2 ab. ti υ er die am Rahmenteil 2 befindliche Öffnung A strömt Kühlwasser zu,· welches über den zwischen den Rohren $ und ^ verblexucn-

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den Spalt in den unteren Teil des Kühlers 6 gelangt. Von dort fließt das Kühlwasser in den zwischen dem Rohr 5 uncl dein Innenmantel des Kühlers verbleibenden engen Spalt, wo, bedingt durch den GeschwindigkeitsZuwachs, eine hocheffektive Kühlung erfolgt, und weiter in aufwartiger Richtung durch den zwischen den Rohren 4- und 5 liegenden freien Raum zur Abflußöffnung B. Dabei kühlt das Wasser gleichzeitig auch das im Rohr 4· in aufwärtiger Richtung zu ziehende G-ußprodukt. Oberhalb vom Teil 1 befinden sich eine herkömmliche Zugvorrichtung für kontinuierliches Gießen sowie bedarfsfalls Schneide- und Aufwickelvorrichtungen.

Besonders sei auf den Umstand hingewiesen, daß sich mit der in Fib· 1 dargestellten Vorrichtung Stangen (Stränge) verschiedener Dimensionen herstellen lassenj es brauchen hierzu lediglich das Mundstück und der Dichtungsring am oberen Ende der Vorrichtung ausgewechselt zu werden. Im Rahmen von Versuchen wurden mit einer derartigen Vorrichtung Stangen (Stränge) von 2 bis 20 mm Durchmesser gegossen.

Audi schwer gießbare (z. ß. den Graphit des Kundstücks angreifende) Legierungen lassen sich nach diesem Verfahren gießen, da ja durch das Auswechseln des Mundstücks keine nennenswerte Störung des Betriebsablaufes des Ofens verursacht wird.

Faßt man die Fig. 1 als Querschnitt durch eine längere, flacne Kokille auf, so stellt sie eine Vorrichtung zum Gießen plattunförmiger Produkte dar.

In Fig. 2 ist die Anwendung des Verfahrens auf das Gießen, von röhrenförmigen Rohlingen (Formungen) dargestellt. Am unteren Ende der Vorrichtung, sitzt ein aus Graphit gefertig-

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tes röhrenförmiges äußeres Mundstück-Teil 3, dessen lichte Weite den Außendurchmesser des zu gießenden Rohres bestimmt, sowie ein kegelförmiges Dornteil 8, welches die lichte Veite des herzustellenden Rohres und damit auch die Rohrwandstärke bestimmt. Der Dorn ist mit Kanälen versehen, über v/elche die Schmelze in die ringförmige Mundstückhöhlun^ gelangt.

Die Kühlungselemente werden von dem Rahmenteil 3 sowie dem daran befestigten Außenrohr 4, Innenrohr 5 und Zwischenrohr gebildet. Das Außen- und das Innenrohr werden am unteren Enae durch den Mundstück-Kühler 7 miteinander verbunden. Das in den Kühler hineinreichende Zwischenrohr 6 bildet zusammen mit dem Innenmantel des Mundstück-Kühlers einen engen Spalt, welcher einen Geschwindigkeitsanstieg des Kühlwassers und damit eine Intensivierung der Kühlung bewirbt. Über die aia Rahmenteil 3 befindliche Öffnung A fließt Kühlwasser zu, welches sodann über den zwischen den Rohren 4 und 5 liegenden Spalt in die untere Partie des Mundstück-Kühlers stroi.it und über den o. g. engen Spalt in den zwischen den Rohren 5 und 6 liegenden Raum gelangt. Von dort strömt das Kühlwasser in aufwärtiger Richtung, um schließlich die Vorrichtung über die am Rahmenteil befindliche öffnung B zu verlassen. Gleichzeitig kühlt das Wasser dabei das im Rohr 5 nach oben zu ziehende gegossene Rohr.

Das Rahmenteil 3 ist mittels der Befestigungselemente 2 dient mit der darüberliegenden Unterdruckkammer' 1 verbunden, χι. welcher durch Sog der erfoderliche Unterdruck aufrechterhalten wird.

Die Unterdruckkammer ist mit - hier nicht dargestellten Zug- und Schneidevorrichtungen sowie ir.it Vorrichtungen zum

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Abtransport des gegossenen Rohres auszurüsten.

Mt der in I¹Ig. 1 dargestellten Vorrichtung wurden TP 107-S tang en gemäß TES 4-37-7^ mit einem Durchmesser von 17 mm gegossen. Die Temperatur der Schmelze /betrug 1080 bis 1100⁰C. In der Kokille herrschte ein Unterdruck von 500 mm VS, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers betrug 15 l/min. Die Produktionsgeschwindigkelt betrug hierbei 50 cm/min j das entspricht umgerechnet einer Gußmenge von 60 kg je Stunde und Mundstück.

Die Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten und in den Zeichnungen dargestellten Anwendungsbeispiele beschränkt, sondern kann vielmehr im Rahmen des folgenden Patentanspruchs auf vielerlei Art und Weise modifiziert werden. So lassen sich z. B. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die verschiedensten Formstücke (Profile) kontinuierlich gießen.

Pat entanspruch:

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Claims

Patentanspruch

Ein kontinuierliches Verfahren zum aufwärts gerichteten Gießen von Stangen, Platten, Rohren u. ä. Profilstücken, bei dem Schmelze an eine Stelle oberhalb des Schmelze-Spiegels gesaugt und das erstarrte Produkt unter ständigem Kühlen in aufwärtiger Richtung gezogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmelze in eine im Mundstück befindliche Kühlungszone gesaugt wird, wo das aus dem Mundstück durch Ziehen herauszufördernde Produkt so erstarrt, daß es der Zugspannung zu widerstehen vermag, und daß das Produkt oberhalb des Mundstücks in einer Zone, deren Querschnitt wenigstens um einen gewissen kleinen Betrag den Querschnitt des zu gießenden Produktes übertrifft, noch weiter gekühlt wird.

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