DE2240795B2 - Verfahren und vorrichtung zum stranggiessen von baendern aus kupfer, kupferlegierungen oder zinkaluminiumlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Bändern aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Zinkaluminiumlegierungen in einer ofenabhängigen S/ranggießkokille, deren oberer Teil beheizt und deren unterer Teil gekühlt wird und bei dem der Strang intermittierend abgezogen wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art (DT-OS 14 33 057) ermöglicht die Fertigung von Guß mit verhältnismäßig geringer Querschnittsfläche wie zylindrische Stäbe mit einem Durchmesser von etwa einem halben Zoll bis drei Zoll, wobei es darauf ankommen soll, daß alle Erstarrungswärme in einem verhältnismäßig niedrigen Fluß in einem sich an den unteren gekühlten Teil der Kokille anschließenden ungekühlten Teil abgeleitet wird.

Außerdem ist bei der Vorrichtung zur Durchführung dei vorgenannten bekannten Verfahrens (DT-OS 14 33 057) eine schwimmende Scheibe 32 vorgesehen, die auf dem Vorrat an geschmolzenem Metall schwimmt, um unerwünschte Verwirbelung bei der Einspeisung geschmolzenen Metalles zu verhindern, während eine den Vorratsraum für das geschmolzene Metall nach unten abgrenzende feste Scheibe mit einer kleinen Öffnung einen Vorrat von nicht verwirbeltem, gasfreiem geschmolzenem Metall aufrechterhält.

Bisher ist man in Fachkreisen der Meinung, daß das Problem, schmale, dünne Bänder aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Zinkaluminiumlegierungen mit befriedigender Qualität zu gießen, bis heute nicht gelöst sei.

Demgegenüber ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß Bänder aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Zinkaluminiumlegierungen schnell bei guter Qualität so dünn vergossen werden können, daß die Bänder öhre weitere Behandlung direkt kalt gewalzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schmelze im Erstarrungsbereich ruhiggehalten wird, daß mit einem steilen Temperaturgradienten abgekühlt wird, daß der Erstarrungsbereich im gekühlten Kokillenteil gehalten wird, daß die Kühlflüssigkeit in Strangauszugsrichtung entlang dem gekühlten Kokillenteil geführt wird und daß der Strang mit einer mittleren Abzugsgeschwindigkeit von 25 bis '50 cm/min abgezogen wird.

Es ist zwar in Verbindung mit anderen Metallen beim Stranggießen in ofenabhängigen Kokillen bekannt, die Erstarrung des geschmolzenen Metalls so zu führen, daß das geschmolzene Metall im Kokillenoberteil, der nicht gekühlt ist und der zumindest durch den Tiegel beheizt wird, flüssig gehalten wird und erst im Kokillenunterteil auf Solidustemperatur abgekühlt wird, während der Erstarrungsbereich in dem Kokillenunterteil auf einem vorgewählten Niveau gehalten wird. Jedoch werden mit diesem Verfahren zylinderförmige Güsse hergestellt, während der Kokillenteil mittels einer wassergekühlten Ummantelung abgekühlt wird, so daß nur ein relativ flacher Temperaturgradient möglich ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die hergestellten Bänder optimale Oberflächen aufweisen und unmittelbar während des Gießvorganges nach der Abkühlung zu einer Rolle aufgerollt werden

können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Bänder mit einer so geringen Dicke gegossen werden können, daß sie unmittelbar ohne weitere Wärmebehandlung kaltgewa'rt werden können.

Außerdem ist ein Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß die Bänder mit im Vergleich zu anderen Verfahren wesentlich höherer Geschwindigkeit gegossen werden können. In Verbindung mit eine; industriell betriebenen Anlage konnten dünne, aufrollbare und kaltvalzungsfähige Bänder mit einem Gesamtgewicht von mehr als 3000 kg in einer Stunde hergestellt werden.

Überdies ergibt sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens insofern ein beachtlieher Vorteil als bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Vorschriften für den Kanal der Stranggießkokille eine hohe Lebensdauer erreicht wird, da jeweils nur dann der Strang relativ zur Kokille bewegt wird, wenn der erstarrte Teil sich durch Schrumpfen von der Kokillenwand abgehoben hat.

Schließlich ist noch als wesentlicher Vorteil anzuführen daß sich als Endprodukt Bänder mit einer ausgesprochen feinen MikroStruktur ergeben, in welchen die Legierungsanteile optimal gleichmäßig verteilt sind.

Es ist offensichtlich entgegen der bisherigen Auffassung der Fachwelt doch möglich, dünne, ohne weitere Wärmebehandlung unmittelbar kaltwalzungsfähige und während des Gießbetriebes aufrollbare Bänder mit optimalen Oberflächen und feiner MikroStruktur in Verbindung mit hohen Geschwindigkeiten zu gießen, wenn die erfindungsgemäß vorgeschriebenen Maßnahmen gemeinsam beachtet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen definiert.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindunfsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Stranggießkokille aus einem durch das vergossene Metall nicht benetzbaren Werkstoff besteht, daß der Kokillenoberteil in direkter Verbindung mit dem Inneren des Tiegels steht, daß Einrichtungen zum direkten Aufbringen der Kühlflüssigkeit von außen auf den Kokillenunterteil vorgesehen sind und daß die Abzieheinrichtung für das Metallband schrittweise antreibbar ist.

Beim Betreiben dieser Vorrichtung ist in Verbindung mit dem direkten Aufbringen der Kühlflüssigkeit darauf zu achten, daß diese mit einem derartigen Druck und in einer derartigen Menge aufgebracht wird, daß das sogenannte »Leydenfrost'sche Phänomen«, nämlich die Bildung einer Dampfschicht zwischen der Kühlflüssigkeit und der äußeren Oberfläche der Stranggießkokille vermieden wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorstehend definierten Vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.

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

F i g. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig.2 einen Vertikalschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Nach den Fig. 1 und 2 ist eine Stranggießkokille 5 vorgesehen, deren Oberteil 6 mit dem Boden eines Tiegels 10 in der Weise verbunden ist, daß dort eine direkte Verbindung zwischen den beiden Teilen besteht und daß das geschmolzene Metall 11 direkt vom Tiegel 10 in die Stranggießkokille 5 strömt.

Das geschmolzene Metall wird einfach durch eine Abwärtstülle 15 (Fig. 2) in den Tiegel eingeführt oder eingegossen. Der Tiegel ist in eine IsoJierwand 16 gekleidet, um eine bessere Steuerung der Temperatur zu erreichen und er wird durch Brenner 12, 13 auf eine gewünschte Temperatur erwärmt. Ein Abflußloch 14 ist zum Ablassen des Metalls aus dem Tiegel am Ende des Gießvorgangs vorgesehen. Dei Bodenteil 17 des Tiegels besteht aus einem hochleitfähigen wärmebeständigen Werkstoff, so daß die Temperatur des Oberteils 6 der Stranggießkokille so dicht wie möglich an die des vorgewärmten Tiegels herangebracht werden kann.

Das Oberteil 6 der Stranggießkokille 5 ist unmittelbar mit dem Bodenteil des Tiegels verbunden, so daß das geschmolzene Metall direkt in die Stranggießkokille eingeführt werden kann. Am obersten Teil dieses Oberteils 6 ist eine Dichtung 8 vorhanden, um eine sich leicht verjüngende Wirkung zu erzielen und um sowohl die Strömung des Metalls zu erleichtern als auch um zu verhindern, daß das geschmolzene Metall in die Zwischenfläche zwischen Stranggießkokille und Tiegel eindringt. Thermoelemente 9 sind vorgesehen, um die Temperatur in verschiedenen Ebenen innerhalb der Stranggießkokille zu messen und, falls erforderlich, in gewünschter Weise einzustellen.

Die Stranggießkokille 5 ist an ihrem unteren Ende durch Metallplatten 18 und 19 abgestützt. Unter der Platte 18 ist eine Kammer 22 vorhanden, in welche durch Wasserrohre 23 Kühlwasser eingeführt wird. Von dieser Kammer 22 strömt das Kühlwasser durch einen Kanal 24 in Richtung auf und gegen die Wände des unteren Teils 7 der Stranggießkokille und trifft dann direkt auf das aus der Stranggießkokille austretende Metallband 25 auf. Der Wasserstrom zu jeder Seite der Stranggießkokille ist getrennt gesteuert, um ein Optimum an Wärmetausch für jede Seite des gegossenen Bandes zu erreichen. Eine Dichtung 20 ist zwischen der Platte 18 und der Wand des Teils 7 der Stranggießkokille vorhanden, um das Eindringen von Wasser in den ggf. dazwischen vorhandenen Spalt zu verhindern. Das Metallband 25 wird in vorbestimmter Folge durch Walzen 26 und 27 abgezogen.

Nach F i g. 1 ist die Platte 19 selbst von einer Anordnung getragen, die ein Paar aus zwei Teilen 29 und 30 bestehender Schwimmteile 28, Kugellager 31, Plattformen 32, an jeder Ecke Ständer 33 und Stützteile 34 aufweist.

Da die Stranggießkokille ungeschmiert ist, erfolgt das Abziehen mittels der Walzen 26,27 intermittierend. Das Stoppen des Stranges erfolgt über eine ausreichende Zeit, während der sich die erkaltende Haut in Richtung auf das Zuführende der Stranggießkokille über eine Länge entwickelt, die gleich der darauf folgenden Abzugsampiitude ist. Die Zykluszeit eines Halteschrittes und eines Vorschubschrittes liegt normalerweise zwischen zwei und acht Sekunden. Infolge der Tatsache, daß die Haut des Stranges sich selbst von der Wand der Stranggießkokille fast sofort nach dem »Einfrieren« löst, ist die Notwendigkeit der Schmierung beseitigt und es besteht nur die Forderung nach einem nicht benetzbaren Werkstoff, der für das Kühlmitte! undurchdringlich ist.

Durch die direkte Kühlung ergibt sich infolge des sehr rapiden Abschreckprozesses eine feine MikroStruktur, die eine bemerkenswert gleichmäßige Verteilung der Legierungsanteile und sekundäre und tertiäre Phasen

bewirkt. Diese sehr feine und gleichmäßige Struktur des Bandmetalls, das in Kombination mit der Geometrie eines dünnen Bandes erreicht wird, ermöglicht die Verwendung von sehr kurzen Wärmebehandlungen zum Verändern der Eigenschaften von Legierungen wie hochzinnhaltige Bronze, cxJß Messing und Nicke!-Silber. Das Ergebnis dieser Qualität ist, daß kontinuierliche nachfolgende Wärmebehandlungsprozesse unmittelbar auf den Gießvorgang folgend technisch möglich sind, wie ein kontinuierliches Nachglühen für eine bessere Qualitätskontrolle über die gesamte Länge des Bandes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Bändern aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Zinkaluminiumlegierungen in einer ofenabhängigen Stranggießkokil-Ie, deren oberer Teil beheizt und deren unterer Teil gekühlt wird und bei dem der Strang intermittierend abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze im Erstarrungsbereich ruhiggehalten wird, daß mit einem steilen Temperaturgradienten abgekühlt wird, daß der Erstarrungsbereich im gekühlten-'Kokillenteil gehalten wird, daß die Kühlflüssigkeit in Strangauszugsrichtung entlang dem gekühlten Kokillenteil geführt wird und daß der Strang mit einer mittleren Abzugsgeschwindigkeit von 25 bis 150 cm/min abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (25) mit einer mittleren Abzugsgeschwindigkeit von 42,5 bis 75 cm/min abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stranggießen von Messingbändern die Kühlflüssigkeitsmenge derart gesteuert wird, daß die Temperatur an der inneren Wandfläche der Stranggießkokille auf Höhe des Erstarrungsbereiches bei etwa 400⁰C bis 600°C gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stranggießen von Zinn-Bronze-Bändern die Kühlflüssigkeitsmenge derart gesteuert wird, daß die Temperatur an der inneren Wandfläche der Stranggießkokille auf Höhe des Erstarrungsbereiches bei etwa 200⁰C bis 400° C gehalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille aus einem durch das vergossene Metall nicht benetzbaren Werkstoff besteht, daß der Kokillenoberteil (6) in direkter Verbindung mit dem Inneren des Tiegels (10) steht, daß Einrichtungen (22, 23, 24) zum direkten Aufbringen der Kühlflüssigkeit von außen auf den Kokillenunterteil (7) vorgesehen sind und daß die Abzieheinrichtung (26, 27) für das Metallband (25) schrittweise antreibbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt der Stranggießkokille (5) auf der schmalen Seite 13 bis 25 mm und auf der langen Seite bis zu 75 cm und die Höhe der Kokille (5) 10 bis 15 cm beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille (5) einen dünnwandigen Oberteil (6) und einen seitlich ausgebuchteten, sich abwärts verjüngenden Unterteil (7) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille (5) zur Aufnahme der im Erstarrungsbereich auftretenden, einwärts gerichteten Kräfte verstärkt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in vorbestimmten Ebenen der Strangießkokille Thermoelemente (9) zur Steuerung der Kühlflüssigkeitsmenge vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweise arbeitende Abzieheinrichtung (26,27) auf eine einen Halteschritt und einen Vorschubschritt umfassende Zykluszeit von 2 bis 8 Sekunden eingestellt ist.