DE2406252B2

DE2406252B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen und Weiterverarbeiten des gegossenen Strangs

Info

Publication number: DE2406252B2
Application number: DE2406252A
Authority: DE
Inventors: Erik Allen Zuerich Olsson (Schweiz)
Original assignee: Olsson International Inc Pittsburgh Pa (vsta)
Current assignee: Olsson International Inc Pittsburgh Pa (vsta)
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-02-09
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DD112615A5; FI57545B; ZA741205B; CS216668B2; FR2220331A1; CH602228A5; FI57545C; SE7704333L; AU476696B2; GB1426314A; NO140411B; DE2406252C3; NO740722L; AT344343B; NO140411C; DE2406252A1; DK147967B; ATA113074A; AU6611774A; SE444777B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen und Weiterverarbeiten des gegossenen Stranges, bei dem metallische Schmelze an einem umlaufenden Kühlkörper zu einem dünnen Strahl erstarrt und mindestens zwei solcher Stränge flächig aufeinandergelegt und miteinander preßverschweißt werden.

Aus der US-PS 35 42 116 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art zur Herstellung von Metallrohren bekannt, wobei diese Rohre aus einem oder gegebenenfalls auch aus zwei Strängen gebildet werden, die auf umlaufenden in eine metallische Schmelze eintauchenden Kühlkörpern gebildet werden. Der zu einem Rohr gebogene Strang wird dann durch einen flüssiges Metall enthaltenden Tiegel geführt und von außen und gegebenenfalls von innen mit einer Metallschicht beschichtet. Der Strang muß sehr dünn sein, um einen genügenden Wärmetransport zu gewährleisten, so daß die Metallschicht überhaupt angegossen werden kann. Auf diese Weise können keine zu Blechen auswalzbaren Blöcke oder Knüppel oder dergleichen mit relativ großer Stärke hergestellt werden und außerdem wird dem Gefüge keinerlei Beachtung geschenkt.

Ferner ist es aus der US-PS 21 71 132 bekannt, eine metallische Schmelze auf umlaufenden Kühlkörpern zu einem dünnen Strang erstarren zu lassen und mehrere dieser Stränge unter Druck flächig miteinander zu verbinden. Hierbei werden die Stränge an ihren den Kühlkörpern abgewandten Flächen miteinander in Berührung gebracht und noch flüssige Schmelze zwischen den Strängen ausgequetscht, wobei die flüssige Schmelze in das Bad zurückfließt, wodurch dieses mit niedriger schmelzenden Legierungsbestandteilen angereichert wird, wodurch sich eine unterschiedliche Zusammensetzung des endgültig erhaltenen Stranges ergibt. Ferner besitzt dieser eine grobkristalline Struktur

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, einen Strang mit praktisch gleichförmiger, feinkristalliner Struktur und ausreichender Stärke zu schaffen, so daß bei einem nachfolgenden Walzen oder Schmieden große Formänderungen möglich sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kühlkörper mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, bei der die Schmelze nur feinkristallin erstarrt, und daß beim Preßverschweißen mit Temperaturen oberhalb der Warmverformbarkeitstemperatur eine Dickenabnahme am Strang von höchstens 2% vorgesehen wird.

Gemäß ein.ir weiteren Ausführungsform wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Stranggießen und Weiterverarbeiten des gegossenen Stranges, bei dem die metallische Schmelze an einem umlaufenden Kühlkörper zu einem dünnen Strang erstarrt, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Strang mit zickzackförmigem Querschnitt hergestellt wird, daß der Kühlkörper mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, bei der die Schmelze nur feinkristallin erstarrt, und daß die Teilbereiche des Strangs mit zickzackförmigem Querschnitt zusammengedrückt und miteinander mit Temperaturen oberhalb der Warmverformbarkeitstemperatur unter einer Dickenabnahme am Strang von höchstens 2% preßverschweißt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des letzteren Verfahrens mit einer in die Schmelze eintauchenden Walze, mittels der der Strang entnehmbar ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Walze im Schnitt am Umfang zickzackförmig ist, wobei zum Zusammendrücken und Preßverschweißen der einen zickzackförmigen Querschnitt ergebenden Teilbereiche des Strangs vertikal gelagerte Walzen vorgesehen sind.

Die Durchführung der Erfindung erfordert nur geringe Investitionskosten und ermöglicht einen hohen Produktionsausstoß. Ferner sichert die feinkristalline Struktur eine gleichmäßige chemische Zusammensetzung der Stränge. Die Ausbildung einer dendritischen Struktur, die bei Walztemperatur brüchig ist, wird vermieden. Über den gesamten Querschniltsbereich des Strangs ergibt sich etwa im Gegensatz zu in Kokillen gegossenen Blöcken eine gleichmäßige feinkristalline Struktur. Zum Herstellen von Blechen oder dergleichen sind nur wenige Walzstiche erforderlich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 zeigt perspektivisch eine Teilansicht einer

anderen Vorrichtung für eine weitere Ausführungsform.

Über einem in Fig. 1 dargestellten, mit feuerfestem Material ausgekleideten Gefäß 2 ist eine Gießpfanne 3 angeordnet, die einen gesteuerten Auslsö 4 zum Zuführen einer metallischen Schmelze in das Gefäß 2 besitzt, so daß die Schmelze in dem Gefäß 2 auf einem gleichmäßigen Pegel gehalten wird. Mehrere hohle, mit Wasser gekühlte, walzenförmige Kühlkörpe^r 5, von denen hier drei dargestellt sind, erstrecken sich quer zu dem Gefäß 2. Jeder Kühlkörper 5 ist derart angeordnet, daü seine schematisch dargestellten Wellen 6 bzw. Lager 7 über dem Pegel der Schmelze 8 in dem Gefäß 2 gehalten werden. Der untere Abschnitt des Umfangs jedes Kühlkörpers 5- taucht in die Schmelze ein. Die Kühlkörper 5 werden mit gleicher Drehzahl angetrieben. Über dem Gefäß 2 befindet sich eine Haube 9, durch welche eine nicht-oxidierende Atmosphäre aus Inertgas oder ein Vakuum über dem Gefäß 2 aufrechterhalten wird. Auf dem sich drehenden Kühlkörper 5 bildet sich eine Metallschicht mit einer Stärke von etwa 5 mm bis etwa 10 oder 12 mm oder sogar mehr. Die Stärke des Stranges hängt von der Länge des Umfangs der Kühlkörper 5 ab, die in die Schmelze eingetaucht ist, sowie von der Stärke der Kühlkörper, deren Umlaufgeschwindigkeit und der Überhitzung des Metalls und von diesem selbst.

Wenn der Kühlkörper 5 links in F i g. 1 umläuft, wird der erstarrte Strang 10 nach oben aus der Schmelze herausgeführt. Ein Abstreifer 11 stellt sicher, daß der Strang 10 an der Oberseite des Kühlkörpers 5 entfernt wird, und stützt den Strang 10, der Belastungen noch nicht gewachsen ist, bei seiner Zuführung zur Oberseite des mittleren Kühlkörpers 5, wo der Strang 10 auf einem entsprechenden Strang 12 aufgelegt wird, welcher durch den mittleren Kühlkörper 5 erzeugt wird. Die kühlere und festere untere Seite des Strangs 10 liegt dabei auf der heißeren, gerade gebildeten Oberseite des Strangs 12 auf, während eine Druckwalze 13 einen geringen gleichförmigen Druck ausübt und eine Preßverschweißung der beiden Stränge 10, 12 zu einem einzigen dickeren Strang bewirkt. Dieser dickere Strang bewegt sich über den mittleren Abstreifer 14 und dann auf einem Strang 15 an der Oberseite eines in Fig. 1 rechts befindlichen Kühlkörpers 5, die entsprechend durch eine Druckwalze 16 preßverschweißt werden. Die Druckwalzen 13 und 16 können durch einen Motor angetrieben werden oder allein durch Reibungsschluß mit der Oberseite der Gußschicht rotieren. Der endgültige Strang 17 wird bei dieser Ausführungsform aus drei getrennt gebildeten Strängen 10, 12, 15 hergestellt, der über einen Abstreifer 18 und durch eine Führung 19 läuft, die einen Fortsatz der Haube 9 bildet. Die Führung 19 mit dem durchlaufenden Strang 17 dient dazu, das Einströmen von Luft in den Raum unter der Haube 19 oder das Ausströmen von Inertgas oder nicht-oxidierendem Gas einzuschränken. Auf der Haube 9 ist ein Kanal 20 vorgesehen, durch welchen Luft unter der Haube 9 abgezogen oder Inertgas zugeführt werden kann. Jede Druckwalze 13 und 16 hat eine nur schematisch angedeutete Einrichtung 13' bzw. 16' zum Einstellen des Drucks.

jeder Kühlkörper 5 kann eine Einrichtung 21 zum Aufbringen einer Anti-Haft-Schicht auf seine Oberfläche unterhalb der Abstreifer 11, 14 bzw. 18 aufweisen. Die Schmelze steigt nach dem Zuführen durch öffnungen 22 in einem Zwischenboden 23 unter den Kühlkörpern hoch, wo feuerfeste Einsätze 24 dazu dienen, die Schlacke oder Oberflächenverunreinigung von der Stelle fernzuhalten, ν,ο die entsprechenden Kühlkörper 5 in die Schmelze einlaufen.

Wenn der Strang 17 aus der Führung 19 getreten ist

und sich auf eine normale Walztemperatur abgekühlt hat, kann er mit einem Walzgerüst 25 gewalzt werden, wonach das sich ergebende Walzgut gegebenenfalls weiter ausgewalzt werden kann.

Zwar wurden drei walzenförmige Kühlkörper 5 dargestellt, doch können auch noch mehr vorhanden

ι» sein, und es können viele schmale Stränge getrennt nebeneinander auf einer oder mehreren Kühlkörpern gebildet und zur Herstellung von Strängen oder Knüppeln miteinander preßverschweißt werden. Als Kühlkörper können auch endlose Bänder oder eine

ι ι kontinuierliche Folge von Formelementen ähnlich einer Traktorkette verwendet werden. Die Stärke der feinkristallinen Schicht, in der die Schmelze nun zu einem feinkristallinen Strang erstarrt, kann zwischen 5 und 12 mm schwanken, aber es scheint optimal zu sein,

.'Ii Stränge mit weniger als 5 mm Stärke zu bilden und zu Strängen von selbst mehr als 12 mm Dicke zu vereinigen.

Nach Fig.2 ist ein einziger mit Wasser angetriebener, walzenförmiger Kühlkörper 30 vorgesehen, der

->i sich in einem mit feuerfestem Material ausgekleideten Gefäß 31 dreht, in welchem die Schmelze auf einer konstanten Höhe gehalten wird. Der untere Teil des Umfangs des Kühlkörpers ist in die Schmelze eingetaucht. Zur Verdeutlichung der Darstellung wurde

in die Haube nach F i g. 1 fortgelassen.

Die Oberfläche des Kühlkörpers 30 ist im Schnitt zickzackförmig ausgebildet, so daß bei der Verfestigung des Metalls auf dem Kühlkörper 30 ein Strang 32 mit mehreren zickzackförmig angeordneten, miteinander

ι", verbundenen Teilbereichen gebildet wird. Nach Verlassen des Kühlkörpers 30 wird der Strang 32 durch zwei vertikale Walzen 34 geführt, wo die verschiedenen ebenen Teilbereiche 33 unter Ausbildung eines Knüppels 35 gegeneinander gepreßt und preßverschweißt werden.

Ein (nicht dargestellter) Abstreifer ähnlich den Abstreifern in F i g. 1 kann dazu dienen, daß der Strang 32 beim Abstreifen von dem Kühlkörper 30 unterstützt wird. Auch kann wie in Fig. 1 dem Kühlkörper 30 in

i) gleicher Weise ein Anti-Haft-Fluid zugeführt werden.

Bei Übergang des Metalls vom flüssigen zum festen Zustand stellt sich bei einigen Metallen die Warmverformbarkeit bereits bei nur wenigen Graden unterhalb des Erstarrungspunktes ein, während bei anderen Metal-

•iii len 100°C oder sogar 200⁰C oder mehr zwischen dem Erstarrungspunkt und guter Warmverformbarkeit liegen. Das Preßverschweißen der Stränge kann beim oder nahezu beim Erstarrungspunkt liegen, d. h. wenn erstmals der Solidus vorliegt, obgleich es wegen der

v> geringfügigen Verformbarkeit den Anschein hat, daß noch etwas flüssiges Metall zwischen den Dendritgrenzen vorhanden ist. Das Verschweißen erfolgt somit üblicherweise oberhalb der Temperatur, bei welcher das Metal! eine ausreichende Verformbarkeit für daü

hu normale Auswalzen hat. Als allgemeine Regel sollte der durch die Verdichtungswalzen ausgeübte Druck, der die Stränge zunächst zusammendrückt, eine Dickenabnahme air. Strang in einem Bereich von 0,2% bis 2% bewirken, kohlenstoffarmer Stahl mit etwa 0,10%C

π·, entwickelt schnell gute Verformbarkeit unterhalb des Erstarrungspunktes und kann in vielen Fällen bei der Verschweißung zu einem Strang einem Druck ausgesetzt werden, bei dem eine 20%ige Querschnittsvermin-

derung erreicht wird. Dagegen hat Stahl mit hohen Verunreinigungen, beispielsweise S, P, Cu, Sn und dergl. eine geringe Warmverformbarkeit noch bei 15O⁰C unterhalb des Erstarrungspunktes und kann einer Verminderung der Querschnittsfläche um mehr als 0,3% nicht standhalten. Allgemein sollte deshalb der Druck beim Preßverschweißen derart bemessen werden, daß die Dickenverminderung niemals größer als für eine gute Verschweißung erforderlich ist, d. h. etwa in der Größenordnung von ±2% entsprechend der Toleranz des Metalls. Nachdem die normale Auswalztemperatur erreicht ist, kann dann in einem einzigen Walzdurchgang die Stärke des verfestigten Stranges um 20% oder mehr vermindert werden.

Falls beispielsweise drei Stränge mit einer Abschreck stärke von 10 mm jeweils zu einem einzigen Strang voi 30 mm verbunden und um 20% heruntergewalz werden, so ist offensichtlich sehr viel weniger Arbei erforderlich, um dieses Halbzeug beispielsweise zi einem Blech mit 0,25 oder 0,5 mm auszuwalzen, als wem ein Block mit mehreren cm Stärke auf Blech de gleichen Dicke ausgewalzt werden muß, wobei aucl keine intensive Wärmebehandlung bei dem Verfahrei gemäß der Erfindung erforderlich ist, da das Metal vollständig aus feinkristallinen Strängen besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen und Weiterverarbeiten des gegossenen Stranges, bei dem metallische Schmelze an einem umlaufenden Kühlkörper zu einem dünnen Strang erstarrt und mindestens zwei solcher Stränge flächig aufeinandergelegt und miteinander preßverschweißt werden, dadurchgekennzeichnet, daß der Kühlkörper mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, bei der die Schmelze nur feinkristallin erstarrt, und daß beim Preßverschweißen mit Temperaturen oberhalb der Warmverformbarkeitstemperatur eine Dickenabnahme am Strang von höchstens 2% vorgesehen wird.

2. Verfahren zum Stranggießen und Weiterverarbeiten des gegossenen Stranges, bei dem die metallische Schmelze an einem umlaufenden Kühlkörper zu einem dünnen Strang erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strang mit zickzackförmigem Querschnitt hergestellt wird, daß der Kühlkörper mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, bei der die Schmelze nur feinkristallin erstarrt, und daß die Teilbereiche des Strangs mit zickzackförmigem Querschnitt zusammengedrückt und miteinander mit Temperaturen oberhalb der Warmverformbarkeitstemperatur unter einer Dickenabnahme am Strang von höchstens 2% preßverschweißt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen des Strangs unter Schutzgas durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einer in die Schmelze eintauchenden Walze, mittels der der Strang entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (30) im Schnitt am Umfang zickzackförmig ist, wobei zum Zusammendrücken und Preßverschweißen der einen zickzackförmigen Querschnitt ergebenden Teilbereiche (33) des Stranges (32) vertikal gelagerte Walzen (34) vorgesehen sind.