DE2122050B2 - Aussenform zur verwendung beim giessen von kokillen fuer die herstellung von stahl- brammen und aehnlichen gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Außenform zur Verwendung beim Gießen von Kokillen für die Herstellung von Stahl-Brammen und ähnlichen Gegenständen, die aus in senkrechter Richtung geteilten Gußeisen-Formteilen besteht, wobei die Formteile sich über die Gesamthöhe der Außenform erstrecken und miteinander lösbar verbunden sind.

Beim Walzen von Stahlprodukten geht man üblicherweise von Stahl-Brammen bzw. -Platinen aus, die durch Vergießen des Stahls aus den Stahlerzeugungsöfen in sogenannten Kokillengießformen erhalten werden. Derartige Kokillen bestehen normalerweise aus Gußeisen bzw. Grauguß und besitzen die Form eines dickwandigen, sich leicht verjüngenden Rohrs von im wesentlichen rechteckigem oder quadratischem Querschnitt. Beim Vergießen von Stahl in derartigen Kokillen wird die Form auf einer schweren, aus Gußeisen bestehenden Gießplatte angeordnet, welche den Boden der Kokille festlegt. Nach ausreichender Abkühlung wird der Kokillenmantel durch Abziehen in Aufwärtsrichtung von der Stahl-Bramme entfernt,

Während des Gießens und Abkühlens des Stahls ist die Kokille beträchtlichen Temperaturschwankungen unterworfen, welche zwangsläufig hohe Spannungen in der Form hervorrufen. Insbesondere im Hinblick darauf, daß die Kokillengießformen sehr dicke Wände besitzen, geben diese Spannungen Veranlassung zu Beschädigung der Formen. Aus diesem Grund sind an das Material der Kokillen hohe metallurgische Anforderungen zu stellen. Insbesondere ist es höchst unerwünscht, wenn der Werkstoff der Kokillen ein Gefüge besitzt, in welchem Austenit bzw. Zementit und dendritische Strukturen auftreten.

Demzufolge ist bisher noch keine andere Herstellungsart der Kokillengießformen als durch Gießen in Sand vorgeschlagen worden. Hierbei werden Sandkörper um ein Modell herum geformt, dessen Form der zu

ίο fertigenden Kokille entspricht, wobei die Sandkörper anschließend beim Gießen der Kokille als Außenform benutzt werden. Im Inneren einer entsprechenden Form wird eine Sandform geformt, welche den Kern zur Ausbildung des hohlen Innenraums solcher Kokillengußformen darstellt.

Die auf diese Weise gebildeten Sandkörper müssen genauestens getrocknet werden, bevor das Gußeisen in sie vergossen werden kann. Es hat sich gezeigt, daß die Herstellung der beiden Sandkörper ein besonders aufwendiger und zeitraubender Vorgang ist. Insbesondere ist für die Lagerung der aushärtenden Sandformen viel Raum in der Fertigungsanlage erforderlich, was insbesondere für die Außenform gilt.
Es ist zwar an sich bekannt, Eisen- bzw. Stahl-Gußstücke unter Verwendung von Graugußkokillen herzustellen, was beträchtliche Einsparungen ermöglicht, da derartige Gießformen mehr als einmal benutzt werden können. Darüberhinaus ist der erforderliche Arbeitsplatz zur Lagerung der Graugußkokillen im Vergleich zu dem Platz, der für Gießformen aus gehärtetem Sand nötig ist, vernachlässigbar. Doch werden Graugußkokillen in der Regel nur unter Bedingungen verwendet, die für das Gießverfahren und dessen Ergebnis weniger kritisch sind als beim Gießen von Brammenkokillen.

Insbesondere bildeten die sehr hohen Anforderungen, die bisher an den Werkstoff der Kokillen gestellt werden mußten, ein Hindernis für die Verwendung von Metall-Kokillen für die Herstellung von Brammenkokillen.

Obgleich vorstehend und auch in der folgenden Beschreibung speziell auf Block- oder Brammen-Kokillen Bezug genommen wird, gelten entsprechende Überlegungen ersichtlicherweise auch für das Gießen sehr schwerer Eisen- oder Stahl-Gußstücke mit einer ungefähr der Gestalt von Kokillen entsprechenden Konfiguration, an welche ebenfalls entsprechende Anforderungen zu stellen sind.

Aus der FR-PS 9 66 058 sind Formen von bereits fertig gegossenen Kokillen bekannt, die zur Abkühlung von Schmelzen dienen sollen, die den Hochofen verlassen. Diese Kokillenformen sind längsgeteilt ausgeführt. Bei ihnen erfolgt ein Anliegen der Berührungsstellen der Formteile jedoch auf großer Fläche, so daß keinerlei Schwenkbewegungen der Formteile relativ zueinander möglich sind.

Aus der deutschen Übersetzung aus Stal 1958 Nr. 7 Seiten 668 bis 672 ist es bekannt, zum Gießen von Kokillen für die Herstellung von Brammen Formen zu verwenden, die aus einem Sandkern und einem Mantel aus Eisenkohlenstofflegierungen bestehen. Diese Außenformen sind aber nur ungeteilt ausgeführt, so daß an ihr Material wegen der beim Gießen auftretenden Spannungen sehr hohe metallurgische Anforderungen gestellt werden müssen.

Aus dem DT-Gbm 66 01 292 ist eine Außenform mit zwei senkrechten Teilfugen bekannt, an denen die Außenform in zwei Kokillenhälften aufgeteilt ist. Solche zweiteiligen Stahlwerkskokillen haben jedoch den

Nachteil, daß bei ihnen bei großen Dimensionen infolge hoher Gießtemperaturen des Gußeisens ein Verzug der Kokillenhälften aufti itt, der ein einwandfreies Schließen der Teilfugen erschwert. Die Auflagefläche π der beiden Kokillenhälften müssen daher sehr genau aufeinander- s passend bearbeitet werden, um ein Wegströmen von flüssigem Eisen zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige Konstruktion der Außeriform anzugeben, die es ermöglicht, ihre einzelnen Formteile in einfacher Weise zusammenzusetzen, ohne die Abdichtung der Formteile untereinander zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Formteile zu viert zu der Außenform zusammengesetzt sind und aneinander anliegende ·5 Kanten aufweisen, die paarweise als Messerkantenlager ausgebildet sind.

Es hat sich als möglich erwiesen, beträchtliche Einsparungen der Fertigungskosten zu erzielen, ohne die Qualität der mit solchen Außenformen hergestellten *> Kokillen zu beeinträchtigen. Bei der Kombination eines Sandkerns mit einer Außenform aus Grauguß kann das Abkühlen des Gußstücks so langsam vor sich gehen, daß im Werkstoff des Gußstücks keine unerwünschten Mikrogefüge entstehen. Außerdem hat es sich gezeigt, daß das Gießen bei einer solchen Kombination aus einem Sandkern und einer Grauguß-Außenform in einer vom Standpunkt der Gießtechnik vorteilhaften Weise möglich ist. wenn die Außenform teilbar ist.

Sind die Teile der Außenform dünn, so steigt die Temperatur der Außenform beim Vergießen des Eisens bzw. Rohstahls zunächst schnell an. Anschließend vermag die Außenform dann nicht mehr viel Wärme vom Gußstück aufzunehmen, so daß das Abkühlen des Gußstücks ziemlich langsam vor sich geht, was vom metallurgischen Standpunkt vorteilhaft ist. Es hat sich aber gezeigt, daß bei einer dünnwandigen Außenform wesentlich mehr Verschleiß auftritt, als bei einer Gießform mit dickeren Wänden. Bei letzterer erhöht sich jedoch die Gefahr der sogenannten Weißverfesiigung bzw. -erstarrung, d. h. ohne Ausseigerung von Graphit.

Vorteilhaft ist die Dicke der Formteile an die Dicke der darin zu gießenden Brammenformen angepaßt, wobei die Gesamtmasse der Formteile das 0,8- bis 1,4-fache der Masse der darin zu gießenden Kokillen beträgt.

Durch entsprechende Auswahl der Wanddicke der Außenform ist es sowohl technisch als auch metallurgisch möglich, ein gutes Gefüge zu erzielen, in dem das Gußstück unter Ausnutzung der noch in ihm enthaltenen Wärme geglüht bzw. angelassen wird. Zu diesem Zweck wurde bisher das Gußstück nach der Entnahme aus der Außenform beispielsweise mittels eines Glocken-Temperofens etwa 20 Stunden lang abgedeckt, wobei sich die Außenwandtemperatur des so behandelten Gußstücks wieder auf einen Wert erhöhte, bei welchem während der Anlaß- bzw. Temperzeitspanne ein gewünschtes Gefüge erzielt wird.

Dieses Verhältnis zwischen den Massen der Außenform und den zu gießenden Gußstücken läßt sich weiterhin in gewissem Ausmaß durch Auswahl einer zusätzlichen Substanz beeinflussen, die vor dem Gießen auf die Innenwand der Gießform aufgetragen wird. Das Auftragen eines solchen Hilfsmittels, welches ein Anhaften des Gußstücks an der Gießform verhindert, ist bekannt. Hierzu wird häufig ein Graphitgemisch verwendet. Außerdem ist der Auftrag von Hilfsmitteln bekannt, welche FeSi oder CaSi enthalten Insbesondere die letztgenannten Hilfsmittel werden verwendet, um einer Weißerstarrung, also ohne getrennte Graphitaus· seig^rung, entgegenzuwirken.

Im Prinzip ist es möglich, die Außenform aus einer sehr großen Anzahl von Formteilen bzw. Dauben aufzubauen. Das Zusammensetzen und Zerlegen solcher Formteile ist jedoch ein ziemlich komplizierter Vorgang, der außerdem sehr viel Geschick des Arbeitspersonals erfordert. Andererseits hat es sich aber herausgestellt, daß das Herauslösen des Gußstücks aus den Formteilen Schwierigkeiten aufwirft, wenn die Gießform nur in zwei oder drei Teile zerlegbar ist.

Da die auszuwalzenden Brammen bzw. Platinen in der Regel einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt besitzen, entsprechen die vier Formteile ohne weiteres den vier Seitenflächen der zu gießenden Brammen. Auf diese Weise ist es leicht möglich, eine ein sehr gutes Lösen des Gußstücks gewährleistende Gießform herzustellen. Während des Gießens der Gußstücke und während ihres Abkühlens treten in der Gießform hohe Kräfte auf, welche bestrebt sind, die Gießform zu verformen. Da die Gießform jedoch in vier Formteile unterteilt ist, können diese Verformungskräfte beträchtlich herabgesetzt werden.

Dies trifft speziell deshalb zu, weil die Formteile etwas zueinander verschwenkbar zusammengefügt sind. Während des Gießvorganges nehmen die vier Formteile auswärts konvexe Positionen ein, wobei die Schwenkkanten und die Mittel zum Zusammenhalten der Teile so ausgelegt sein müssen, daß sie diese Möglichkeit zulassen.

Es ist vorteilhaft, daß die Messerkanten einen Schneiden winkel von 120 bis 160° besitzen. Bei dieser Ausbildung werden zwar beim Verschwenken der Formteile relativ zueinander Spalte zwischen diesen Formteilen gebildet, in welche Eisen hineinfließen kann, doch hat es sich in der Praxis gezeigt, daß dieser Umstand keine Schwierigkeiten aufwirft. Die Ausbildung der Schwenkkanten als Messerkanten hat bezüglich der Schwenkarbeit gegenüber aufeinander abrollenden Zylinderflächen den Vorteil, daß ihre Herstellung wesentlich einfacher ist. Einem möglichen Eintritt von Eisenschmelze in den zwischen den Formteilen gebildeten Spalt kann dadurch entgegengewirkt werden, daß zwischen diese Formteile feuerfestes Packungs- bzw. Dichtungsmaterial eingefügt wird, wie es ohne weiteres handelsüblich erhältlich ist.

Es ist vorteilhaft, daß zur Verbindung der Formteile Stahlrahmen verwendet werden, die um die Formteile herum angeordnet sind und aus mit Hilfe von Keilfedern oder Keilen miteinander verbindbaren Stangen bestehen. Die Form dieser Stangen und ihr Werkstoff werden derart gewählt, daß die Verformungen der Formteile infolge thermischer Ausdehnung sowie die Krümmungen bzw. Verwerfungen infolge von Temperaturunterschieden durch die Rahmen vollständig elastisch aufgefangen werden können. Auf diese Weise wird erreit-ht, daß die Formteile während des Abkühlens des Gußstücks bzw. der Kokille durch den Rahmen in gegenseitiger Anlage gehalten werden.

Zur Verbindung der Formteile sind vorteilhaft Bolzen verwendet, welche sich im Bereich der Schwenklinien quer durch die Kanten der zusammengefügten Formteile erstrecken und vorzugsweise durch Keile od. dgl. Befestigungsglieder in ihrer Lage gesichert sind. Infolge dieser Festlegung der Befestigungsmittel brauchen diese nicht die gesamte thermische Ausdehnung der

Gießform aufzunehmen, sondern nur die Drehtendenz der Formteile relativ zueinander. Indem die Bolzen die Schwenklinien durchsetzen, kann diese Verdrehung bzw. Schwenkbewegung der Formteile zueinander lediglich ein Biegemoment in den Bolzen hervorrufen, wobei die Bolzen nicht zusätzlich durch Zugspannungskräfte beansprucht werden. Es sind auch Kombinationen von Rahmen und Bolzen möglich, so daß Nutzen aus den Vorteilen beider Konstruktionsarten gezogen werden kann.

Mit Hilfe der beschriebenen Außenformen ist es nicht nur möglich. Kokillen mit niedrigeren Fertigungskosten herzustellen, sondern es kann auch die Qualität dieser Kokillen verbessert werden, was darauf zurückzuführen ist, daß bei wiederholter Verwendung jeweils derselben Außenform mehr Erfahrung beim Gießen mit dieser Außenform gewonnen werden kann als wenn für jeden Gießvorgang eine neue Sandform angefertigt werden müßte. Zudem ist es auch möglich, das Verhalten des Gußstücks während des Abkühlens unter Verwendung _zo einer Metall-Außenform auf bessere Weise zu beeinflussen.

Während des Abkühlens können mögliche lokale Berichtigungen vorgenommen werden. Zu diesem Zweck können die Temperaturen an oder in der Kokille während des Abkühlens gemessen werden, so daß der Abkühlvorgang verfolgt und gewünschtenfalls korrigiert werden kann.

Im folgenden sind zwei bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gießformen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen lotrechten Längsschnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 2 durch eine Gießform mit den Merkmalen der Erfindung.

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 1.

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des in F i g. 2 im Kreis ///angedeuteten Teils und

F i g. 4 eine Seitenansicht des Details / Vin F i g. 3.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In F i g. 2 sind nur die wesentlichsten Teile der in F i g. 1 im Längsschnitt veranschaulichten Konstruktion dargestellt.

Gemäß Fig. 1 wird die Gießformkonstruktion auf einer Grundplatte 1 aufgebaut, die an der Oberseite konkav ausgebildet ist. Dieser konkave Teil wird mit Formsand 2 bis auf eine der Oberkante der Grundplatte entsprechende Höhe gefüllt. Auf dieser Sandschicht wird auf an sich bekannte Weise ein Sandkern 3 aufgebaut, der, gegebenenfalls nach Trocknung, mittels einer Öse 4, einer Abspannstange 5, einer Deckplatte 6 und einer Mutter 7 auf die dargestellte Weise gegen die Grundplatte verspannt wird. Diese Verspannung ist beim Gießen des Gußstücks von Wichtigkeit, um zu verhindern, daß der Kern in der Schmelze schwimmt und sich dann aufwärts bewegt.

Auf der Außenkante der Grundplatte 1 wird eine aus Gußeisen bzw. Grauguß bestehende Außenform 8 angeordnet, die mit ösen 9 und 10 versehen ist, so daß sie nach dem Gießen und Abkühlen vom Gußstück abgehoben werden kann.

Zwischen dem Kern 3 und der Außenform 8 verbleibt ein Ringraum 11, in welchen das Gußeisen vergossen und in welchem nach Erstarren dieses Gußeisens eine Kokille gebildet wird.

Fig.2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie U-II in Fig. 1, bei welchem jedoch die Grundplatte 1 und der Kern 3 weggelassen sind. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist die Außenform 8 zum Gießen der Kokillen aus vier Formteilen 8a bis Sd aufgebaut. Bei dieser dargestellten Ausführungsform sind die Kanten, mit welchen die Formteile zusammengepaßt sind, als Messerkantenlager ausgebildet. Hierbei verbleibt an der Außenseite der Kanten ein Schlitz, so daß sich die Formteile 8a bis Sd geringfügig relativ zueinander verschwenken können.

Die Formteile werden durch vier Rahmen (vgl. auch Fig. 1) zusammengehalten, die jeweils aus vier Stangen bestehen, von denen zwei Stangen 12 als flache Leisten mit an ihren Enden vorgesehenen ösen bzw. öffnungen ausgebildet sind, während die beiden anderen Stangen 13 diese öffnungen zu durchsetzen vermögen Zudem sind die Stangen 13 an ihren Außenenden mit Langlöchern versehen, durch welche Keile 14 hindurchgeführt werden können.

F i g. 3 veranschaulicht eine Abwandlung des Befestigungsverfahrens für die Formteile und stellt speziell den in F i g. 2 im Ausschnitt ///gezeigten Teil näher dar.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform sind die Leisten 12 und die Stangen 13 weggelassen, doch sind die Formteile 8a bis Sd mit Hilfe von Bolzen 18 miteinander verbunden. Zu diesem Zweck sind in den Formtcilcn Ausnehmungen 16 und 17 vorgesehen, in welche der Kopf eines derartigen Bolzens 18 bzw. ein Keil 19 eingesetzt sind. Die Bolzen 18 durchsetzen Bohrungen, welche sich quer durch die Trennflächc zwischen den Fornileilen erstrecken, und /wnr speziell durch die Schwenklinie, um welche herum diese Formteile in gewissem Maß relativ zueinander schwenkbar sind.

Wenn sich die Formteile etwa um diese Schwenklinic herum verschwenken, werden die Bolzen 18 ersieht llcherweise nur einem Biegemoment, aber keinei Zugbelastung unterworfen, was eine besonders steif« und feste Konstruktion gewehrleistet, die dennoch di< nötige Flexibilität besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Außenform zur Verwendung beim Gießen von Kokillen für die Herstellung von Stahl-Brammen und ähnlichen Gegenständen, die aus in senkrechter Richtung geteilten Gußeisen-Formteilen besteht, wobei die Formteile sich über die Gesamthöhe der Außenform erstrecken und miteinander lösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (8a bis 8d) zu viert zu der Außenform (8) zusammengesetzt sind und aneinander anliegende Kanten aufweisen, die paarweise als Messerkantenlager ausgebildet sind.

2. Außenform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerkanten ein<?n Schneidenwinkel von 120 bis 160° besitzen.

3. Außenform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Formteile (8a bis 8d) Stahlrahmen verwendet sind, die um die Formteile (8a bis 8c/) herum angeordnet sind und aus mit Hilfe von Keilfedern oder Keilen (14) miteinander verbindbaren Stangen (12,13) bestehen.

4. Außenform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Formteile (8a bis 8d) Bolzen (18) verwendet sind, welche sich im Bereich der Schwenklinien quer durch die Kanten der zusammengefügten Formteile (8a bis 8c/) erstrecken und vorzugsweise durch Keile (19) od. dgl. Befestigungsglieder in ihrer Lage gesichert sind.

5. Außenform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Formteile (8a bis 8cO an die Dicke der darin zu gießenden Brammenformen angepaßt ist, wobei die Gesamtmasse der Formteile (8a bis Sd) das 0,8- bis 1,4-fache der Masse der darin zu gießenden Kokillen beträgt.