DE2364116C3

DE2364116C3 - Verfahren zum Stranggießen

Info

Publication number: DE2364116C3
Application number: DE2364116A
Authority: DE
Inventors: Michail I. Nischnij Tagil Arschanskij; Nikolaj I. Baimov; Petr E. Nowokusnezk Kemerowskoj Oblasti Efremov; Georgij F. Konovalov; Evgenij A. Korschunov; Valerij P. Kostrov; Igor N. Petrov; Petr G. Schmidt
Original assignee: Uralskij Ordena Trudovogo Krasnogo Znameni Politechnitscheskij Institut Imeni Sm Kirova Swerdlowsk (sowjetunion)
Current assignee: Uralskij Ordena Trudovogo Krasnogo Znameni Politechnitscheskij Institut Imeni Sm Kirova Swerdlowsk (sowjetunion)
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1980-03-27
Also published as: FR2253587A1; US4073333A; GB1457263A; DE2364116B2; FR2253587B1; DE2364116A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggießen nach oben, bei dem der Strang entlang einer ansteigenden Kurvenbahn mit flüssigem Kern aufwärts geführt wird.

Aus der DE-PS 12 63 993 ist ein Verfahren zum Stranggießen von Hohlkörpern, bei dem der Strang aus einer im wesentlichen vertikal angeordneten Stranggießkokille nach unten entlang einer zunächst fallenden Kurvenbahn geführt wird, bekannt das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Strang anschließend entlang einer ansteigenden Kurvenbahn mit flüssigem Kern aufwärts bis über die Spiegelhöhe geführt wird. Damit soll eine Hohlstrahlbildung ohne Dorn ermöglicht werden.

Aus Herrmann, »Handbuch des Stranggießens«, S. 167, ist es auch bekannt beim Stranggießen das flüssige Metall von unten in die Stranggießkokille unter Anwendung eines Gasdruckes zuzuführen, der nur so hoch ist, wie es zur Überwindung der Schwerkraft und zum Füllen der Stranggießkokille notwendig ist

". Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stranggießen nach oben, bei dem der Strang entlang einer ansteigenden Kurvenbahn mit flüssigem Kern aufwärts geführt wird, anzugeben, welches es ermöglicht, die Stranggießleistung zu

ic steigern und Stränge mit einer vorgegebenen Breite und minimaler Dicke zu erzeugen, die ohne weitere Stauchverformung aufgrund ihrer Form und Oberflächengüte der Weiterverarbeitung auch ohne zwischengeschaltetes Oberflächenputzen zugeführt werden kön-

! '> nen.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß nach dem Angießen durch den Anfahrkopf ein Edelgas in die nur rohrförmig erstarrte Strangkruste unter

;<> Druck eingeführt wird, daß nunmehr im Wechsel die innerhalb der Strangkruste befindliche Schmelze von der Stranggießkokille her mit Druck beaufschlagt und der Strang dabei nicht abgezogen wird, daß nach Ausbildung einer gewissen Stärke der Strangkruste die

.<■< Schmelze von diesem Druck so weit entlastet wird, daß der Badspiegel in der Strangkruste bis zur Höhe des Badspiegels im vorgeschalteten Schmelzenbehälter absinkt unJ daß nunmehr der Strang wieder abgezogen wird, und daß nach Abtrennung des Anfahrkopfes vom

!(ι Strang der Strang oberhalb des gebildeten Edelgaskissens während des Abziehschrittes zusammengepreßt wird.

Dieses Verfahren sichert eine beschleunigte Strangerstarrung infolge einer Steigerung der Durch-

i. Schnittsgeschwindigkeit der Strangabziehbewegung, die im Falle eines periodischen Abziehens des Strangs aus der Stranggießkokille hauptsächlich von der Länge der letzteren abhängt Da bei dem erfindungsgemäßen Stranggießen ein Gaskissen verwendet wird, kann die

κι Stranggießkokille eine bedeutende Länge von zwei, drei und sogar vier Metern aufweisen. Gleichzeitig ermöglicht die Anwendung eines Gaskissens eine Strangbildung unter Bewegung des flüssigen Metalls über die gesamte Erstarrungsfront, wodurch eine feinkörnige

ι. Struktur im Strang gewährleistet wird.

Vorteilhaft wird ein solcher Druckwechsel verwendet daß sich der Spiegel im Rohrstrang mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,5 m pro Sek. um 0,5 bis 2 m senkt oder hebt

in Ein solcher Druckwechsel ergibt eine dynamische Metalleinwirkung auf die flüssig-feste innere Schicht der erstarrenden Strangkruste, die eine Zerstörung wachsender Kristalle in der Kruste hervorruft wodurch ein feinkörniges Gefüge mit verbesserter Güte gebildet

v. wird.

Vorzugsweise wird 1 bis 3 Sek. vor dem Beginn des Abziehens des Stranges, während des Abziehens und während der ersten 40 bis 60% der Abziehpause der radial gekrümmten Stranggießkokille ein Kühlmittel

no zugeführt, das eine Temperatur von 100 bis 400⁰C aufweist

Die Zufuhr eines Kühlmittels mit der angegebenen höheren Temperatur während dieser Zeiträume ermöglicht eine voreilende Erweiterung der Stranggießkokille lenwandung vor dem Abziehen des Stranges aus der Stranggießkokille im Vergleich zur Ausdehnung der Strangkruste. Das trägt zu einer Verminderung der zum Abziehen des Stranges aus der Stranggießkokille

erforderlichen Kraft sowie zu einer Verminderung der Unterkühlung der Strangkruste und damit einer Verminderung von Wärmespannungen in dieser bei.

Das nachfolgende Ersetzen dieses Kühlmittels durch ein Kühlmittel mit üblicher Temperatur gewährleistet datin eine voreilende Schwindung der Stranggießkokillenwandungen im Vergleich zum Strang. Dadurch wird ein zusätzlicher Druck der Stranggießkokillenwandungen auf den Strang ausgeübt Eine Vergrößerung der Wärmeableitung über die Stranggießkokillenwandungen ist die Folge, die sich damit auf die Bildung der Strangkruste vorteilhaft auswirkt

Zur Bildung von Strängen, die aus Schichten verschiedenen Metalls bestehen, wird aus der Strangkruste der Metallsumpf abgelassen und anschließend eine Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung zugeführt und unter Druck bis zur Bildung einer inneren Schicht gehalten, wonach diese Arbeitsgänge wiederholt werden.

Bei der Bildung von Hohlsträngen ist es an sich beispielsweise aus der DE-OS 21 17 647 bekannt, eine zweite metallische Schmelze, die sich chemisch von der ersten Schmelze unterscheidet, in die erstarrte Strangkruste zu gießen, um innerhalb der Strangkruste einen Kern aus dem zweiten Metall zu bilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei durch das Gaskissen neben einer Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit auch durch das feste Anliegen der Strangkruste an den Kokillenwänden eine schnelle Erstarrung über eine lange Erstarrungsfront mit feinem Gefüge erreicht Dabei wird vorteilh&ft, bevor der Strangkruste eine Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung zugeführt worden ist, die letztere um 100 bis 200° C aufgewärmt und nach der Zufuhr der Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung intensiv abgekühlt

Die intensive Abkühlung der Strangkruste nach deren vorheriger Aufwärmung trägt zu einer gewissen Querstauchung der sich bildenden inneren Schicht aus dem Metall der anderen chemischen Zusammensetzung bei. Eine solche Querstauchung in Verbindung mit dem erzeugten Innendruck sichert ein sattes gegenseitiges Anliegen der beiden Schichten und damit günstige Bedingungen zur gegenseitigen Diffusion der Metalle, wodurch die Zuverlässigkeit der Adhäsion gesteigert wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Stranggießanlage mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Sie zeigt eine Stranggießanlage bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vertikalschnitt durch die Längsachse.

Zur Durchführung des Verfahrens kann man eine Anlage verwenden, die einen Zwischenbehälter 1 für die Schmelze 2, eine elektromagnetische Pumpe 4 und eine ortsfeste, radial gekrümmte Stranggießkokille 3 enthält. Nach der Stranggießkokille 3 ist längs der radial gekrümmten Strangführung eine Sekundärkühleinrichtung 6 angeordnet

Hinter dem aufsteigenden Zweig der Sekundärkühleinrichtung 6 ist ein Gerüst !> z'ir Querstauchung des Stranges 5 bis zum Vollquersuinitt vorgegebener Form angeordnet

Für den Beginn des Stranggusses ist ein Anfahrkopf (nicht dargestellt) vorgesehen, der im Mittelteil einen durchgehenden Kanal aufweist und an eine (in der Zeichnung nicht gezeigte) Edelgasquelle anschließbar ist

Bei Gießbeginn wird der Formhohlraum der Stranggießkokille 3 durch die magnetische Pumpe 4 mit Schmelze 2 bis zum Anfahrkopf aufgefüllt Dabei wird die Luft über den im Anfahrkopf ausgeführten Kanal verdrängt Danach wird durch die elektromagnetische Pumpe 4 im metallischen Sumpf des Stranges 5 im Bereich der Stranggießkokille 3 ein Druck von etwa 3 bis 6 atü erzeugt Unter diesen Bedingungen liegt die uch bildende Kruste 16 des Stranges 5 an den Wandungen der Stranggießkokille 3 satt an und es erfolgt deren schnelles Wachstum bzw. Verdickung.

Nach einer Zeitspanne, die 15 bis 60 sek beträgt und davon abhängt, welche Dicke der Strangkruste 16 im Bereich der Stranggießkokille 3 angestrebt ist, bevor der erste Abziehschritt des Stranges 5 aus der Stranggießkokille 3 erfolgt, wird der elektromagnetische Druck auf den Strangsumpf herabgesetzt Sobald beim Abziehen die untere Stirnfläche des Anfahrkopfes über dem Badspiegel im Zwischenbehälter 1 zu liegen kommt, führt man im oberen stirnseitigen Teil der gebildeten Strangkruste eine öffnung aus und führt über diese in den Hohlraum 17 des Stranges Edelgas ein. Dadurch wird ein Teil der Schmelze 2 aus dem Strangsumpf 5 in den Zwischenbehälter 1 zurückgedrückt Danach wird die Edelgaszufuhr unterbrochen. Das Edelgas bildet im Hohlraum 17 ein Gaskissen, das entsprechend dem durch die elektromagnetische Pumpe 4 erzeugten Druck komprimiert oder dekomprimiert ist Die gebildete Strangkruste 16 wird beim Abziehen schnell um einen solchen Schritt nach oben abgezogen, der kleiner als die Länge der Stranggießkokille 3 ist Gleichzeitig damit wird durch die magnetische Pumpe 4 Schmelze 2 der Stranggießkokille 3 zugeführt

Nach jedem Abziehschritt wird der Strang um eine Strecke zurückgeführt, die dem Wert der Längsschwingung des sich in der Stranggießkokille neu bildenden Strangabschnittes ungefähr gleich ist Eine Rückbewegung des Stranges um den angegebenen Abstand ist erforderlich, damit eine Rißbildung an den Stellen der zusammenzufügenden Abschnitte vermieden wird.

Das Metall wird über die magnetische Pumpe 4 auch dann zugeführt, wenn das Herausziehen des Stranges unterbrochen ist Ein vorher erzeugtes Gaskissen 17 wird dabei zusammengedrückt und stellt für die Zufuhr des flüssigen Metalls 2 in den Hohlraum des Stranges kein Hindernis dar. Das flüssige Metall 2 wird dem inneren Hohlraum des Stranges solange zugeführt, bis im Bereich der Stranggießkokille 3 ein Druck von etwa 3 bis 6 atü erreicht wird. Danach wird das flüssige Metall 2 zur Bildung des nächsten Abschnittes der Strangkruste im Bereich der Stranggießkokille gehalten und alles wiederholt sich in der angegebenen Reihenfolge.

Falls vor dem ersten Zyklus des Strangabziehens in den Hohlraum 17 eine ungenügende Gasmenge eingeführt worden ist, wird vor dem zweiten Zyklus des Abziehens nach Verminderung des elektromagnetischen Pumpendruckes die fehlende Menge Edelgas nachgefüllt

Die rohrförmig erstarrte Strangkruste wird in dem Gerüst 9 bei jedem Abziehschritt bis auf einen vollen Rechteck- oder Profilquerschnitt quergestaucht und gleichzeitig gerichtet

Man beginnt den Strang dann zu stauchen, wenn der Anfahrkopf die Walzen des Gerüstes 9 passiert hat und vom Kopfabschnitt des Stranges 5 entfernt ist.

Damit aus dem rohrförmig erstarrten Hohlstrang ein Strang von einer einfachen Form (Quadrat, Rechteck) erhalten wird, reicht ein Gerüst 9 zur Ouerstauchune

dieses Zwischenstranges bis zum Vollquerschnitt aus.

Wenn aber ein Profilstrang herzustellen ist, so ist es zweckmäßig, diesen abwechselnd in zwei Gerüsten in zwei Arbeitsgängen stauchen zu lassen.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird ein Strang mit Vollquerschnitt produziert, dessen Güte im Vergleich zu einem herkömmlichen Strang besser ist, da er nur aus der Strangkruste gebildet wird. Das ist einer der wesentlichen Vorteile der Strangproduktion unter Anwendung eines Gaskissens 17 im Inneren des gegossenen Stranges.

Das Vorhandensein eines Gaskissens im gegossenen Strang ermöglicht es, eine dynamische Einwirkung auf die festflüssige Phase dieses Stranges auf der gesamten Erstarrungslänge auszuüben. Für viele Modelle ist bei deren Stranggießen solche dynamische Einwirkung wünschenswert, weil dabei im Laufe des Gießvorganges Stränge mit einer feinkörnigen Struktur von einer verbesserten Güte produziert werden. Damit auf die festflüssige Schicht des gegossenen Stranges eine dynamische Einwirkung ausgeübt wird, braucht man nur das Folgende durchzuführen. Nachdem in einer Herausziehpause des Stranges aus der Stranggießkokille 3 im aufsteigenden Strang die maximale Steigung des flüssigen Metalls //_m„ erreicht worden ist, wird der Druck mit der magnetischen Pumpe 4 mehrmals in Abhängigkeit von der Dauer der Abziehpause derart erhöht und herabgesetzt, daß sich der Schmelzenspiegel in der Strangkruste ungefähr um 0,5 bis 2 m von H_m„ bis H_min ändert (steigt und sinkt) und sich die Schmelze in der Strangkruste mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 1,5 m/min bewegt

Die Anwendung der dynamischen Einwirkung auf die erstarrende Schicht ermöglicht es außerdem, die Abziehpause des Stranges zu verlängern sowie eine Metallerstarrung der Schmelze im Kanal der Pumpe 4 bzw. eine Erstarrung des Badspiegels in der Strangkruste zu verhindern.

Die Anwendung eines Gaskissens im Hohlraum 17 ermöglicht es, nicht nur Vollstränge der vorgegebenen Form, die aus Metall einer chemischen Zusammensetzung bestehen, sondern auch solche Stränge, die aus Metallen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen bestehen, d h. Bimetall- bzw. Mehrlagenstränge, zu erhalten. Nach Bildung einer Strangkruste aus einer ersten Schmelze wird das periodische Abziehen des Stranges unterbrochen. Der Sumpf aus der Strangkruste und die Schmelze aus dem Zwischenbehälter werden über die magnetische Pumpe 4 und ein Stichloch in eine Pfanne abgelassen. Der Zwischenbehälter 1 wird mit Schmelze einer anderen chemischen Zusammensetzung gefüllt, die dann über die magnetische Pumpe 4 der Strangkruste bis zum Sollspiegel zugeführt wird, wobei erforderlichenfalls Gas nachgespeist werden kann.

Die Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung als jener der Strangkruste 16 bleibt unter Druckwirkung des komprimierten Gaskissens 17 in der Kruste so lange, bis sich die zweite Schicht des Stranges mit einer vorgegebenen Dicke gebildet hat Dabei ist es zweckmäßig, wie bei der Bildung der ersten Kruste, bei der Bildung der zweiten Metallschicht die Schmelze im Stranghohlraum um 0,5 bis 2 m steigen und sinken zu lassen. Der Schmelzenrest wird danach abgelassen und man führt, falls notwendig, auf die gleiche Weise eine

weitere Schmelze für die Bildung einer dritten Schicht ein.

Nachdem die Reste der Kernschmelze entfernt sind, wird wieder Schmelze von der ersten chemischen Zusammensetzung dem Schmelzenbehälter zugeführt und das periodische Gießen und Abziehen wieder aufgenommen.

Die gebildete Mehrlagenkruste wird gestaucht, bis ein Vollquerschnitt der vorgegebenen Form erhalten wird.

Das Vorhandensein einer Pause beim periodischen Herausziehen des Stranges aus der Stranggießkokille nach oben ermöglicht es, die Wärmehaltung der anfänglichen Bildung der Strangkruste zu regeln.

1 bis 3 Sek. vor dem Beginn eines Herausziehens des Stranges führt man der Stranggießkokille 3 ein Kühlmittel mit einer Temperatur von etwa 100 bis 400° C während einer Zeitspanne vom 0,4 bis 0,6-fachen der Pausendauer zu. Dadurch wird eine voreilende Erweiterung der Wandungen der Stranggießkokille vor dem Abziehen des Stranges bewirkt Dies trägt zu einer Verminderung der Belastung beim Herausziehen des Stranges aus der Stranggießkokille, zu einer Verminderung der Unterkühlung der Strangkruste und folglich zu einer Herabsetzung der Wärmespannungen darin bei.

Es ist empfehlenswert, die Stranggießkokille in der übrigen Zeit des Fertigungsablaufs durch ein Kühlmittel mit einer herkömmlichen Temperatur abzukühlen. Das Kühlmittel mit einer hohen Temperatur wird durch das Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur dann ersetzt, wenn sich im Bereich der Stranggießkokille eine Strangkruste mit der Solldicke gebildet hat Dabei Finden eine voreilende Schwindung der Wandungen der Stranggießkokille im Vergleich zum Strang, eine zusätzliche Anpressung der Stranggießkokillenwandungen gegen die Strangkruste und eine Steigerung der Wärmeableitung über die Stranggießkokillenwandungen statt was sich auf die Bildung der anfänglichen Strangkruste vorteilhaft auswirkt

Beim Verbund-Stranggießen wird vorteilhafterweise die zuerst gebildete Strangkruste auf der ganzen Länge der Füllung mit der anderen Schmelze um 100 bis 200° C aufgewärmt

Dies wird dadurch erreicht daß der Stranggießkokille ein Kühlmittel mit einer Temperatur von etwa 200 bis 400° C zugeführt und die Strangkruste im Bereich der Sekundärkühleinrichtung z. B. mit Induktionsstrom erwärmt wird, welcher im Strang mittels Induktoren induziert wird, die zu diesem Zweck im Bereich der Sekundärkühlung angeordnet werden.

Der auf diese Weise vorbereiteten Strangkruste wird die zweite Schmelze zugeführt und nach einer Verzögerung, die etwa eine Hälfte der Gesamtbildungsdauer der zweiten Metallschicht beträgt wird in der Stranggießkokille das Kühlmittel mit der angegebenen hohen Temperatur durch das Kühlmittel mit einer niedrigeren Temperatur ersetzt und die Abkühlung der Strangkruste intensiviert

Dadurch wird eine vorteilhafte Schwindung der primären Strangkruste im Vergleich zu der sich neu bildenden erzielt was zu einem satteren Anliegen dieser Schichten, zu einer guten gegenseitigen Diffusion der beiden Metallschichten und folglich zu der erforderlichen Adhäsion der Schichten erfolgreich beiträgt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen nach oben, bei dem der Strang entlang einer ansteigenden Kurvenbahn mit nüssigem Kern aufwärts geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Angießen durch den Anfahrkopf ein Edelgas in die nur rohrförmig erstarrte Strangkruste unter Druck eingeführt wird, daß nunmehr im Wechsel die innerhalb der Strangkruste befindliche Schmelze von der Straggießkokille her mit Druck beaufschlagt und der Strang dabei nicht abgezogen wird, daß nach Ausbildung einer gewissen Stärke der Sixangkruste die Schmelze von diesem Druck so weit entlastet wird, daß der Badspiegel in der Strangkruste bis zur Höhe des Badspiegels im vorgeschalteten Schmelzenbehälter absinkt und daß nunmehr der Strang wieder abgezogen wird, und daß nach Abtrennung des Anfahrkopfes vom Strang der Strang oberhalb des gebildeten Edelgaskissens während des Abziehschrittes zusammengepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Druckwechsel verwendet wird, daß sich der Spiegel in der Strangkruste mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1,5 m pro Sek. um 0,5 bis 2 m senkt oder hebt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 3 Sek. vor dem Beginn des Abziehens des Stranges, während des Abziehens und während des ersten 40 bis 60% der Abziehpause der radial gekrümmten Stranggießkokille ein Kühlmittel zugeführt wird, das eine Temperatur von 100 bis 400⁰C aufweist

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Strangkruste der Metallsumpf abgelassen wird und anschließend eine Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung zugeführt und unter Druck bis zur Bildung einer inneren Schicht gehalten wird, wonach diese Arbeitsgänge wiederholt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß, bevor der Strangkruste Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung zugeführt worden ist, die Strangkruste um 100 bis 200⁰C aufgewärmt und nach der Zufuhr der Schmelze mit einer anderen chemischen Zusammensetzung die Abkühlung der Strangkruste im Bereich der Sekundärkühlung intensiviert wird.