DE2250519A1 - Verfahren und vorrichtung zum vergiessen von metallschmelzen - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf 3D ■ Cecilienallee "76 ■ Telefon 432732

13. Oktober 1972 , 27 978 K

NIPPON STEEL CORPORATION No.6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

"Verfahren und Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelzen beispielsweise zum Vergießen von Blöcken und zum Stranggießen.

Beim Stranggießen von Blöcken ist beispielsweise ein Gießverfahren bekannt, bei dem ein Gießrüssel mit seinem offenen freien Ende in die Stahlschmelze eintaucht. Obwohl der Gießrüssel gelegentlich mit einem Tundishausguß verbunden sein kann, ist er doch in den meisten Fällen ortsfest und unbeweglich angeordnet. Eine derartige Gießrüsselanordnung schließt jedoch nachteiligerweise eine Beeinflußung der Schmelzenbewegung innerhalb der Kokille aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Badbewegung in der Kokille zu beeinflußen und somit Werkstoffqualität und die Form gegossener Vorblöcke zu verbessern sowie ein feinkörniges Gefüge zu erreichen. Außerdem soll ein dichtes Anhaften der zuerst erstarrten Metallschicht an der Kokillenwandung erreicht werden, um nicht nur die

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Form der Vorblöcke zu verbessern sondern darüber hinaus auch die Erstarrungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schmelze gegen die Kokillenwandung geschleudert wird und innerhalb der Kokille eine Druckbewegung erfährt.

Die Erfindung läßt sich sowohl auf das Herstellen von Blöcken wie auch auf das Stranggießen anwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen teilweise längsgeschnittenen Gießrüssel herkömmlicher Ausführung;

Fig. 2 einen teilweise längsgeschnittenen und nach der Erfindung als Gießstrahlschleuder ausgebildeten Gießrüssel;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen als Gießstrahlsohleuder ausgebildeten Gießrüssel;

Fig. 4

und 5 jeweils die Beziehung zwischen der Drehung der Gießstrahlschleuder und der Bewegung des Schmelzenflusses;

Fig. 6 ein teilweise längsgeschnittenes zweites Aus-

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■ führungsbeispiel der Gießstrahlschleuder nach der Erfindung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Dicke d.er feinkörnigen Oberflächenschicht des Gießkörpers¹ und der Drehzahl der Gießstrahlschleuder;

Fife-, 8 eine graphische Darstellung des.Zusammenhangs zwischen Oberflächenfehlern bei Gießkörpern und dem jeweiligen Gießverfahren;

Fig« 9 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Drehzahl der Gießstrahlschleuder und dem Verhältnis des Kokillendurchmessers zum Durchmesser der Gießstrahlschleuder;

Fig. 10 einen teilweisen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindangsgemäßen Gießstrahlschieuder und

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 10.

In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Gießrüssel dargestellt, wie er beispielsweise beim Stranggießen in die in einem Tundish befindliche Schmelze taucht. Ein erfindungsgemäßer Gießrüssel ist an seinem in die Schmelze eintauchenden Ende geschlossen und weist im Bereich seines Bodens eine oder mehrere, vorzugsweise zwei oder vier Gießöffnungen auf. Die Achsen der Gießöffnungen weisen sowohl in einer senkrechten wie einer waagerechten Projetionsebene jeweils be-

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stimmte Winkel auf· Diese Gleßstrahlschleuder 1st an der Unterseite eines Tundish drehbar angeordnet und mit einem Antrieb verbunden*

Die Schmelze gelangt nach Verlassen des Tundlshausgus-ΒΘΒ 1 in die CieBatrahlschleuder 2 und wird von dort durch die am Boden der Gießstrahlschleuder 2 angeordnete Gießöffnung 4 in eine Kokille 3 eingeschleudert· Die Gießstrahl schleuder 2 1st von einer Flanschaufnah-O0 7 auf der Unterseite des Tundishbodens 13 Über ein Kugellager δ drehbar gehalten. Die Flanschaufnahme 7 weist einen Kragen auf_f dessen Oberseite alt einem Zahnkranz 14 versehen 1st, mit dem ein Zahnrad 9 In Eingriff steht, das zur Verbindung mit einem Untersetzungsgetriebe 11 in einem am Tundishboden 13 befestigten Hängelager 10 gelagert 1st und von einem Motor 12 Über das Untersetzungsgetriebe 11 angetrieben wird. Der Tundishausguß 1 weist eine feuerfeste Zustellung 6 zum Schutz des Kugellagers β gegenüber Wärmestrahlung auf.

Eine Zone erstarrter Schmelze 5 1st Im Innern der Kokille 3 dargestellt· Die Geschwindigkeit des GießStrahls beim Auetritt aus der Gießöffnung wird bestimmt durch die Gießgeschwindigkeit in kg/min, sowie die Abmessungen und die Zahl der Gießöffnungen. Der Gießstrahl verläßt gemäß Flg. 4 und 5 unter einem Austrittswinkel und mit einer Geschwindigkeit V₁ aus die Gießöffnung.

Bei einer vorgegebenen Drehzahl der Gießstrahlschleuder erhält der Gießstrahl eine Geschwlndigkeltskomponente V₂* die gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Gleßstrahlschleuder ist. Gemäß Fig. 4_t wonach die auf dem KokiUendurchmes-

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ser senkrecht stehende Komponente Vp der Vektorsumme V = (V^ +Vp) der Stahlschmelze eine Drehkraft erteilt, ist letztere verhältnisgleich der Umfangsgeschwindigkeit V₂ der GießstrahlSchleuder im Bereich der Gießöffnung. Im Fall gemäß Fig. 5, ⁱⁿ dem auf dem Kokillendurchmesser senkrecht stehende Komponente der Strahlgeschwindigkeit V^ zu der Geschwindigkeitskomponente V₂ zu addieren ist, ergibt sich eine größere Drehkraft.

Auf ähnliche Weise ergibt sich aus einem größeren Außendurchmesser des Unterteils der Gießstrahlschleuder nach Fig. 6 eine größere Drehkraft für die zu vergießende Schmelze. Der Oberteil der Gießstrahlschleuder besitzt jedoch einen kleinen Durchmesser, weil zwischen der Kokillenwand und der aus dem Tundish nachströmenden Schmelze ein gewisser Abstand erforderlich" ist.

Wenn auf die erfindungsgemäße Weise die Schmelze in der Kokille mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, wird der äußerste Bereich der erstarrten Schmelze fortwährend gebrochen, so daß das unerwünschte langstengelige Wachstum des einzelnen Kristalliten verhütet und somit ein feinkörniges Gefüge erzielt wird.

Andererseits werden die Stahlschmelze und der bereits erstarrte Teil durch die Fliehkraft an die Kokillenwandung gepreßt, so daß infolge einer dadurch besseren Abkühlung eine einwandfreie Form des Vorblocks gewährleistet ist.

Wird darüber hinaus eine völlige Unordnung innerhalb des

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Korawachstums angestrebt, so kann dl« Gießstrahlachleuder Jeweils kurzzeitig abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen betrieben werden. Auf diese Weise ergibt sich für den Gießstrahl eine weitgehende Rühr- und Nischwirkung, so daB die Jeweils im Erstarren begriffene äußerste Schicht spürbar gestört wird. Beim Übergang von dem einem zu dem anderen Drehsinn ändert der Gießstrahl seine Richtung um 160⁰C. Auf diese weise ergibt sich ein instabiles und gestörtes Kristall!- tenwachstum, woraus eine bemerkenswerte Feinkörnigkeit resultiert·

Ein Beispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben·

Eine Stahlschmelze der Zusammensetzung geaäfi AISI 304 wurde unter Verwendung einer Gießstrahlschleuder nach Flg. 5 unter folgenden Bedingungen vergossen!

Innendurchmesser der Kokille 160 cm Außeiadurchmesser der Gießstrahlschleuder 90 cm Radialer Winkel der Achse der Gießöffnung 45° " Horizontalwinkel der Achse der Gießöffnung 25° Gießteoperatur 1470 bis 149O°C Drehzahl der Gießstrahlschleuder 50 bis 100 min. Gießgeschwindigkeit 1100 mm/min.

Die erfindungsgemäß erzeugten Blöcke zeichnen sich durch eine bemerkenswerte Feinkörnigkeit aus. In Fig. 7 sind-zum

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Vergleich die mit einem herkömmlichen Gießrüssel erzielten Ergebnisse eingetragen»

Die Auswirkung der Drehzahl ist offensichtlich bei

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100 min. wesentlich durchgreifender als bei 50 min. . Ein erfindungsgemäß hergestellter Block wurde stranggepreßt. Nach den in Fig. 8 wiedergegebenen Ergebnissen zeichnen sich die Blöcke durch ein feinkörniges Gefüge im Oberflächenbereich aus und unterscheiden sich damit sehr wesentlich von auf herkömmliche Weise stranggegossenen Blöcken, die im Oberflächenbereich ein stengeliges Gefüge besitzen. Somit kann durch die Erfindung auch die Oberfläche stranggepreßter Halbzeuge auf eindrucksvolle Weise verbessert werden.

Um den Einfluß der Drehzahl zu bestimmen, wurden Versuche mit verschiedenen Kombinationen des Innendurchmessers der Kokille und des Durchmessers der Gießstrahlschleuder durchgeführt. Hieraus ergibt sich die Forderung, daß im Hinblick auf eine wirkungsvolle Fliehkraft auf die Kokillenwandung das Verhältnis des Innendurchmessers D der Kokille zu dem Durchmesser d der Gießstrahlschleuder der Bedingung 1,5 = D/d "= 4,0 genügt.

Darüber hinaus wurde ein optimaler Drehzahlbereich durch das Verhältnis des Kokillendurchmessers zum Durchmesser der Gießstrahlschleuder bestimmt und das Verhalten in ^Fig. 9 dargestellt.

Aus Fig. 9 erhellt, daß der optimale Drehzahlbereich durch das Verhältnis des Kokillendurchmessers und des wirksamen Durchmessers der Gießstrahlschleuder - hierun-

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ter ist der Durchmesser des von der Mündung der Gießöffnung beschriebenen Kreises zu verstehen - bzw. die folgende Bedingung bestimmt wird:

(D/d)³'⁵ +150 = R ^ (D/d)³'⁵ + 25.

Hierin bedeuten R optimale Drehzahl (min. ),

D Innendurchmesser der Kokille, (bei rechteckigen oder elliptischem Kokillenquerschnitt ist die jeweils kürzere Seite bzw. Achse ausschlaggebend), d wirksamer Durchmesser der Gießstrahlschleuder.

Die Gießöffnung soll so angelegt sein, daß die Austrittsrichtung des Gießstrahls sowohl in einer waagerechten Projektionsebene mit einem Radius wie in einer senkrechten Projektionsebene mit einer horizontalen, senkrecht auf der Mittelachse der Gießstrahlschleuder stehenden Geraden jeweils einen Winkel von höchstens 45 einschließt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gießstrahlschleuder nach der Erfindung ist in Fig. 10 und 11 dargestellt. Hiernach ist der untere, im Bereich des Bodens gelegene Teil der Gießstrahlschleuder mit Vorsprüngen versehen, die jeweils eine Gießöffnung aufweisen. So ergeben sich nach Fig. 11 "vier in radialer Richtung nach außen versetzte Gießöffnungen 4', deren Achsen gegenüber der Waagerechten um 30 abwärts gerichtet sind. Dieses Ausführungsbeispiel führt auf vorteilhafte Weise zu einer großen Drehkraft .

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Claims (11)

2250510: KIPPOK STEEL COBPORATIOH Ko.6-3» 2-choEio, Ot©~maehi, Chlyoda~ku, Tokvo/Jepan.

1. Verfahren sum Vergießen von Metallschmelzen mittels nes iii eine Kokille eintauchenden Gl©Brüss©Xe_P durch gekennzeichnet, daB die Schmelze gegen die KokiHenwanduriß gesolxLeudert wird und üancrhall) der Kolsill© eine Drehbeweguag eriährt.

2· Verfahren, nach Mspruch i, dadurch ge* kennzeichnet, daß ctlo Sclu&elze aus einem rotierenden Gießrüssel geschleudert wird und die Drehzahl des Gießrussels die Bsdingung

(D/d)³*⁵+ 150 « R « (D/d)^3>5+ 25 erfüllt» ...-'"

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Z₉ dadurch gekennzeichnet, ciaB die Gieustrahlrichtung boim Austritt in das Ko&illeniimere eine® sich isa nach links und rechts gegetuXbor ©inea Radius d®& rU3cels erstreckenden Bereich zuzuor&noa ist*

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4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießstrahlrichtung um 45° gegenüber der Horizontalen nach oben oder unten geneigt verläuft.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen wechselnden Drehsinn der Gießrtisselbewegung.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Gießrüssel (2) an der Unterseite (13) eines Schmelzenbehälters über eine mit einem Rotationsantrieb (9, 10, 11, 12,14) versehene Halterung (7,8) mit einem Ausguß (1,6) des Schmelzenbehälters drehbar verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießrüssel (2) unterseitig in axialer Richtung verschlossen und mit wenigstens einer seitlichen Gießöffnung (4, 4') versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektion einer Achse der jeweiligen Gießöffnung (4,4·) in eine waagerechte Ebene einem sich jeweils um 45° nach links und rechts von einem Radius der Gießstrahlschleuder (2) erstreckenden Bereich zuzuordnen ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Achse der Gießöffnung (4,4') einem Bereich zuordnen läßt, der sich gegenüber einer horizontalen Ebene von einem Bezugspunkt aus um 45° nach oben oder unten erstreckt.

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10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch, gekennzeichnet, daß die Gießstrahlschleuder (2) im Bereich ihres Bodens einen Teil mit einem gegenüber ihrem zylindrischen Oberteil vergrößerten Durchmesser aufweist.

11. "Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, da-durch gekennzeichnet,
daß die Gießstrahlschleuder (2) in ihrem Bodenbereich
mit Gießöffnungen (4, 4') versehene Vorsprünge aufweist.

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