DE2124424A1

DE2124424A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen aufwärtsgerichteten Gießen von Rohren, Stangen, Platten u. dgl

Info

Publication number: DE2124424A1
Application number: DE19712124424
Authority: DE
Inventors: Timo Jorma Juhani; Rantanen Mauri Vihtori Dipl.-Ing.; Hockseil Heimo Henrik; Pori Lohikoski (Finnland)
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1970-05-19
Filing date: 1971-05-17
Publication date: 1971-12-02
Also published as: JPS5289413U; FR2090127B1; SE370339B; FI46693B; FR2090127A1; JPS5320504Y2; GB1354578A; US3746077A; CH534555A; FI46693C

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. E A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN S6, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

OUSOIOMPjD OY, Outokumpp, Pinnland

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen aufwärtsgerichteten Gießen von Rohren, Stangen, Platten u.dgl.

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Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Rohren, Stangen, Platten u.dgl. in auswärtiger Richtung, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Gießverfahren zu- schaffen, mit dem sich unte,r Verwendung einfacherer Vorrichtungen als bisher üblich höhere Arbeitsleistungen und eine niedrigere ünterbrechungsquote erzielen lassen als mit den bisher bekannten kontinuierlichen Gießverfahren.

Kontinuierliches Gießen von Rohren mit Hilfe eines an beiden Enden offenen Graphit-Mundstückes, in dessen Innerem sich ein konzentrisch angeordneter Dorn befindet, ist z.B. in den USA-Patenten Hr. 2 466 621 (USA, 5. April 1949) und Hr. 3 375 863 (USA, 2. April 1968) beschrieben. Bei diesen Verfahren wird das Graphit-Mundstück am Boden des Schmelzebehälters so befestigt, daß seine Längsachse vertikal liegt und sein den Dorn tragendes Ende in den Behälter reicht, während sich das andere Mundstückende in einer wassergekühlten Metallkokille befindet. Beim Durchziehen der Schmelze durch das

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Mundstück erstarrt diese und verläßt das Mundstück als festes R₁C) hr.

Auf diese Weise lassen sich Rohre von guter Qualität gießen, die durchweg eine gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Allerdings weist dieses Verfahren den Nachteil auf, daß beim Auswechseln des Mundstückes zumindest der Teil des Ofens, an dem das Mundstück sitzt» von der Schmelze "befreit werden muß, d.h. daß der Ofen entleert oder so geneigt werden muß, daß die "betreffende Stelle oberhalb des Schmelzespiegel3 (der Schinelzeoberfläche) zu liegen kommt. Dieser Mangel tritt in verstärkter Form dann in Erscheinung, wenn an ein und demselben Ofen gleichzeitig mehrere Mundstücke angebracht sind. Die Lebensdauer dieser Mundstücke ist verschieden lang; da sie aber alle zur gleichen Zeit ausgewechselt werden müssen, liegen einige von ihnen eine Zeitlang still und einige davon werden vielleicht sogar vorzeitig ausgebaut und ausser Betrieb gestellt. Weiter ist bei-diesem Verfahren stets die Möglichkeit gegeben,* daß die Schmelze unkontrolliert durch das Mundstück austritt und zu einer Gefahr für Personal und Anlage wird.

Eine ebenso bekannte Methode zum G-ießen von Rohren ist die Horizontal-Variante des vorangehend umrissenen Verfahrens, bei der die Mundstücke so in die Wand des Schmela&ehälters eingesetzt werden, daß ihre Längsachse waagrecht zu liegen kommt. Dieses Verfahren weist die gleichen Nachteile wie das Vertikalverfahren auf; zusätzlich besteht jedoch hier die akute Gefahr, daß die Rohre exzentrisch ausfallen, Die Schwerkraft bewirkt das Niedersinken des kälteren Metalls in die untere Hälfte des Mundstückes, εο daß sich eine schräge Erstarrungsfront ergibt. Da die untere Hälfte zuerst erstarrt, hat sie, bedingt durch die Kegelform des Domes, eine dünnere Wand als die erst später erstarrende obere Hälfte.

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Bei der erfindüngsgemäßen Vorrichtung konnten die vorgenannten Mangel dadurch beseitigt werden, daß das Mundstück einschließlich seiner Kühlvorrichtung von oben in die Schmelze getaucht und das im Erstarren begriffene Rohr vertikal nach oben gezogen wird.

Eine Methode zum aufwärtsgerichteten Gießen von Rohren wurde von J.F. Jordan im USA-Patent Hr. 2 553 921 (USA, 22. Mai 1951) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird e%n mit feuerfestem Material ausgekleidetes wassergekühltes Mundstück von oben in die Schmelze getaucht, und der im Erstarren begriffene Strang wird mit so hoher Geschwindigkeit nach oben gezogen, daß der Kern in Höhe des Schmelze- | spiegeis des Behälters sich noch in flüssigem Zustand befindet. Da die Schmelze nicht über dieses Niveau hinaussteigt, entsteht ein Rohr, dessen Innenfläche von dem noch flüssig gewesenen Bereich bestimmt wird. In der Beschreibung des Verfahrens wird, darauf hingewiesen, daß die in der Schmelze enthaltenen und beim Erstarren abgehenden Gase über den im Rohrinneren befindlichen freien Schmelzespiegel abgeführt werden.

Auch diese Methode ist ganz offensichtlich mit Mangeln behaftet, auf welche .zurückzuführen ist, daß sie wohl kaum je in industriellem Maßstab angewandt worden ist. Erstens steht noch keine Metallegierung zur Verfügung, die zum Gießen von bei hoher Temperatur schmelzenden Metallen nach einem Verfahren, bei dem das eine Mundstückende in die Schmelze taucht, als Mundstück geeignet wäre. Zweitens ist es außerordentlich schwierig, so gleichmäßige Kühlungsverhältnisse zu schaffen, daß sich eine RohrjLnnenwand von ausreichender Qualität ergibt^ da ja diese an einer bestimmten Stelle von der Stärke der erstarrten Schicht bestimmt vird. Drittens ist die Vorrichtung mit einem konstruktiven Fehler behaftet: Eb ist nähmlich nahezu unmöglich, zwischen dem Metallmundstück und der keramischen Isolierung eine so dichte Verbindung herzustellen, daß keine Schmelze zwischen

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diese beiden Materialien einzudringen vermag, zumal diese stark voneinander abweichende Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Dringt aber Schmelze in einen solchen Spalt ein, so erstarrt sie, bedingt durch die kalte Mundstückwand, verfängt sich an dem zu gießenden S-fcück und verursacht so Risse oder sogar Brüche.

Anscheinen ist es auf die Vorurteile in bezug auf die schädliche Wirkung der Gase zurückzuführen, daß der folgende Vorschlag über kontinuierliches aufwärtsgerichtetes Gießen von Rohren erst in der USA-Patentanmeldung Nr-. 95 038 zu finden ist.

Die Hauptmerkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus Patentanspruch 1 hervor.

Die hier zu erläuternde Erfindung weist jedoch demgegenüber Unterschiede auf, die aus der folgenden Beschreibung der Vorrichtung hervorgehen. In der Beschreibung wird auf die beigefügte Zeichnung bezug genommen, welc.he eine zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung im Längsschnitt zeigt.

Im Inneren des Mundstückes ist der mit Hilfe der Leitfläche 10 zentrierte Dorn 8 befestigt. Diese Teile sind meist aus dichtem Graphit gefertigt, können jedoch aus einem anderen Werkstoff, z.B. einem gesinterten Metall-Metalloxid-Gemenge, hergestellt werden. Durch den Fuß (Sitz) des Dornes 8 führen Kanäle 12, durch welche die Schmelze in die Erstarrungszone zwischen dem Mundstück 7 und dem Dorn 8 geleitet v/ird. Das Mundstück 7 ist über ein Gewinde 9 gut wärmeleitend mit der metallenen Kühlkokille 2 verbunden. Über das Rohr A strömt Kühlwasser in die Kokille 2, wird durch den vom Außenrohr 4 und dem Zwischenrohr 3 gebildeten Raum zum unteren Ende der Kokille und von dort durch den vom Zwischenrohr 3 und dem

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Innenrohr 2 begrenzten Raum wieder aufwärts geleitet, um schließlich, über das Rohr B abzufließen.

Daß untere Ende der Kokille ist durch eine feuerfeste Verkleidung 6 geschützt, die z.B. über die konische Fläche 11 und mittels der Mutter 5 so dicht mit dem unteren Ende des Mundstückes 7 verbundenwird, daß die metallenen Kokille 2 nicht mit der Schmelze in Berührung kommt. Die Vorrichtung funktioniert auf folgender Basis: Die Kokille wird von oben so tief in die Schmelze eingetaucht, daß die Erstarrungsfront 13 unterhalb des feien Schmelzespiegels 14 zu liegen kommt. Das erstarrte Rohr wird mit Hilfe einer oberhalb der Vorrichtung angeordneten Ziehvorrichtung, die in der Zeichnung nich dargestellt ist, nach oben gezogen. Die Verlängerung des Innenrohres 2 von der Oberkante des Mundstückes 7 aufwärts dient als Nachkühler für das bereits erstarrte Rohr.

Die Innenwandfläohe des entstehenden Rohres wird vom Dorndurchmesser an der Erstarrungsstelle 13 bestimmt. Ändert man die Verhältnisse so, daß eine Verschiebung der Erstarrungsfront 13 eintritt, so kann daudrch sogar während des Gießens in gewissem Grade auf den Innendurchmesser des Rohres Einfluß genommen werden.

Die hier beschriebene Vorrichtung unterscheidet sich von der in der USA^AAnmeldung Kr. 95 038 niedergelegten Vorrichtung dadurch, daß nun keine Druckdifferenzen gegenüber der Atmosphäre ausge- | nuzt werden brauchen. Beim Gießen von Rohren würde nähmlich das Arbeiten mit Unterdruck zu großen technologischen Schwierigkeiten führen, da das gegossene Rohr in seiner Gesamtheit dem gleichen Druck ausgesetzt sein müsste. Weiter müsste aud das Schneiden der Rohre so vorgenommener den, daß der in deren Innerem herrschende Unterdruck nicht gestört wird. Der Bau einer Unterdruckkammer ist vor allem dann mit außerordentlichen Schwierigkeiten verbunden, wenn Rohre von sehr großer Länge z.B. 10 m, gegossen werden sollen.

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Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßsn Vorrichtung mit Hilfe einer einfachen Konstruktion gleichzeitig mehrere Rohre aus ein und demselben Schmelzebehälter gegossen werden können, ohne daß es dabei zu irgendwelchen gegenseitigen Beeinträchtigungen kommt. Das Verfahren liefert genau dimensionierte Rohre. Bedingt durch die Gießrichtung treten nur geringfügige Schwankungen in der Wandstärke auf. Eine Beeinträchtigung durch Gase wurde nicht festgestellt.

Beispiel: Mit einer Vorrichtung gemäß beigefügter Zeichnung wurde ein Rohr aus CuHilOFe-Legierung nach DIF I7664 gegossen. Die Gießgeschwindingkeit betrug 25 cm/min, der Kühlwasserstrom 20 l/min. Das Rohr zeigte eine dichte Struktur und hatte eine Exzentrizität von weniger als + 1 io der Wandstärke.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich, unbegrenzt lange Gußstücke gießen, deren Querschnitt durch das Mundstück 7 und den Dorn 8 bestimmt ist. Am besten kommen die Vorteile der Vorrichtung beim Gießen von Rohren zur Geltung; dies ist jedoch keinesfalls auf die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten. Details beschränkt, sonder letztere können vielmehr im Rahmen der folgenden Patentansprüche auf vielerlei Art und Weise modifiziert werdien. So können z.B. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung neben hohlen lOrmstücken bei Herausnahme des Domes auch Stangen, Profile, Platten u.dgl. kontinuierlich gegossen werden.

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Claims

Pa tentansprüche

1. Ein Verfahren zum aufwärtsgerichteten kontinuierlichen Gießen von Rohren, Stangen, Platten u.dgl., bei dem die Schmelze in ein mit Kühlvorrichtung versehenes Munstück geleitet und das erstarrte Gußstück unter ständigem Kühlen nach oben gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück so tief in die Schmelze getaucht wird, daß bei kontinuierlichem Gießen des Stückes dessen Erstarrungsfront unterhalb des freien Schmelzespiegeis verläuft.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück vom freien Schmelzespiegel vertikal oder schräg nach oben gezogen wird.

3. Eine Vorrichtung zum Arbeiten nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, welche ein in die Schmelze versenkbares, gekühltes Mundstück (7) sowie eine sich nach oben anschließende gekühlte Kokille (2) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück (7) bis zum Kühlbereich der Kokille (2) reicht, und daß das Mundstück (J) und zumindest auch das Unterteil der Kokille (2) durch eine äußere feuerfeste Verkleidung (6) geschützt sind.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekenn^ zeichnet, daß die Verkleidung (6) über die konische Fläche (11) und mittels der Mutter (5) dicht mit dem unteren Ende des Mundstückes (7) verbunden ist.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 zum Gießen von Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Mundstückes (7) ein Dorn (8) befestigt und mit Hilfe der Leitfläche (10) zentriert ist, durch dessen luß (Sitz)

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Kanäle (12) laufen, welche sich in den von Dorn (8) und Mundstück (7) gebildeten ringförmigen Raum ergießen.

6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ßich der Dorn(8) nach oben zu kegelförmig verjüngt.

7. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 "bis 6_f dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück über ein Gewinde mit der Kühlkokille verbunden ist.

8. Eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennaeichent, daß ihre Sintauchtiefe in die Metallßchmelze reguliert werden kann.

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