DE2412424A1 - Verfahren zum stranggiessen eines laenglichen metallgegenstands und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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Dr.-Ing. Willialm Esicliel
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TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y, VStA

Verfahren zum Stranggießen eines länglichen Metallgegenstands und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen bzw. zum Stranggießen von Metallen und ist insbesondere darauf gerichtet, die Gießges'chwindigkeit zu erhöhen und eine glattere Oberflächenbeschaffenheit der Stränge bzw. Gußstücke zu erzielen.

Bisher waren die Gießgeschwindigkeiten zumindest teilweise durch eine unzureichende Wärmeabfuhr von dem Strang innerhalb der gekühlten Gießkokille begrenzt, in der der Strang oder das Gußstück zumindest teilweise erstarrt. Diese geringe Wärmeabfuhr wird durch eine mangelhafte Berührung der Kokillenwandung mit der in der Kokille erstarrenden Strangkruste verursacht.

Darüberhinaus zeigt die Oberflächenbeschaffenheit der nach üblichen Stranggießverfahren hergestellten Gußstücke nicht die gewünschte Gleichförmigkeit und Glätte. Dies ist auf Wärmerisse der in der Kokille erstarrenden Strangkruste zurückzuführen. Die Wärmerisse entstehen infolge des Widerstands zwischen der Kokille und der dünnen erstarrenden

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Kruste bei der auftretenden Relativbewegung zwischen der Kruste und der Kokille. Dabei treten in der Strangkruste Zugspannungen auf, die die Zugfestigkeit der gerade erstarrenden Kruste überschreiten. Abgesehen von der unzureichenden Oberflächenqualität kann ein Wärmeriß zu einem Durchbruch und damit zu einer·Unterbrechung des Stranggießvorganges führen.

Es ist bekannt, daß es zur Verminderung von örtlichen Wärmespannungen in einer Gießkokille von Vorteil ist, die Kokille während des Stranggießens zu oszillieren. Dazu wird beispielsweise auf die US-PS 2 135 183 verwiesen. Aus dieser Patentschrift ist eine vertikale Gießvorrichtung bekannt, bei der die Kokille in einer besonderen Weise hin- und herbewegt wird, nämlich derart, daß die Kokille um eine vorgegebene Strecke in der Gießrichtung mit derselben Geschwindigkeit bewegt wird, mit der der Strang aus der Kokille gezogen wird. Von oszillierenden Kokillen hat man auch bereits beim horizontalen Strangguß Gebrauch gemacht.

Bei einer besonderen horizontalen Stranggießvorrichtung mit einer feststehenden Kokille ist es aus der US-PS 3 642 058 bekannt, einem Oberflächenabschnitt der rohrförmigen axialen Innenwandung der Kokille einen kegeligen Verlauf zu geben, und zwar derart, daß der Querschnitt in der Gießrichtung zunimmt, um den Austritt des Strangs aus der Kokille zu erleichtern. Der kegelig verlaufende Oberflächenabschnitt der Kokille grenzt dabei an die Ausgußdüse für die Metallschmelze an. Darüberhinaus sind oszillierende Kokillen bekannt, deren Innenwandung ebenfalls einen kegeligen Oberflächenabschnitt aufweist, dessen Querschnittsänderung jedoch in entgegengesetzter Richtung verläuft und der im allgemeinen dazu dient, die Kokilleninnenwandung der Querschnitts schrumpfung des Strangs innerhalb der Kokille mit in der Gießrichtung fortschreitender Strangkühlung anzupassen. Die axiale Innenwandoberfläche der Kokille berücksichtigt somit die Schrumpfung

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des Strangs und versucht durch Querschnittsverminderung der Kokilleninnenwandung in der Gießrichtung den Wärmeübergang zwischen dem Strang und der Kokille in dem kegelig verlaufenden Bereich zu erhöhen. Die in der US-PS 3 642 058 beschriebene feststehende Kokille ist ebenfalls mit einem solchen kegelig verlaufenden Innenwandoberflächenabschnitt versehen, der sich in Gießrichtung gesehen an den zuerstgenannten kegelig verlaufenden Innenwandabschnitt anschließt.

Wenn eine oszillierende Kokille der oben beschriebenen Art in einer der Gießrichtung entgegengesetzten Richtung in bezug auf den Strang bewegt wird, treten in der dünnen erstarrenden Kruste, die mit der Kokille in Berührung steht, Zugspannungen auf, die in Längsrichtung des Strangs verlaufen und die zu Wärmerissen führen. Wenn sich die Kokille hingegen in der entgegengesetzten Richtung bewegt, wird der für einen guten Wärmeübergang erforderliche Druck der Kokille auf die erstarrende Kruste abgeschwächt. Dabei kann es sogar zu einem Loslösen der Strangkruste von der Kokille kommen, falls nicht zuvor ein Wärmeriß aufgetreten ist, und der Wärmeriß mit der Kokille in Berührung steht.

Die Erfindung beinhaltet beim Gießen von Metallen die Verwendung einer oszillierenden Kokille, die zumindest in einem Teil im Innern derart gestaltet ist, daß die oszillierende Kokille mit dem sich innerhalb der Kokille bildenden Strang in einer solchen Weise zusammenarbeitet, daß die Gefahr des Auftretens von Wärmerissen in der Strangkruste so gering wie möglich und die Wärmeübertragung von dem Strang zu Kokille so groß wie möglich ist.

Die Erfindung ist sowohl beim vertikalen als auch horizontalen Stranggießen von Metallen anwendbar und kann in Verbindung mit an den Enden offenen Kokillen und mit Kokillen benutzt werden, die einen geschlossenen Boden haben oder mit einem Stopfen abgeschlossen sind. Ferner wird nach der Er-

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findung die Zusammenarbeit zwischen der Ausgußdüse für die Metallschmelze und einer an den Enden offenen Kokille beim Stranggießen von Metallen verbessert.

Nach der Erfindung- werden durch eine verbesserte Kühlung des Strangs innerhalb und durch die Kokille eine höhere Gießgeschwindigkeit und gleichzeitig durch eine wirksame Wärmerißverminderung innerhalb der Kokille eine bessere Oberflächenbeschaffenheit des Strangs erzielt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand sogar möglich ist, Wärmerisse zu schließen.

Weiterhin kommt es bei jeder Bewegung der Kokille in der Gießriortung während des Oszillierens zu einem innigen Kontakt und zu einer axialen Kompression zwischen der Kokille und der dünnen erstarrenden Strangkruste, Dadurch werden ggf. vorhandene Wärmerisse geschlossen, und der Wärmeübergang vom Strang auf die Kokille wird erhöht. Ferner treten bei einer Bewegung der Kokille in der entgegengesetzten Richtung keine Zugspannungen in der Längsrichtung des Stranges auf, so daß bereits die Entstehung von Wärmerissen in der Strangkruste vermieden wird.

Weiterhin wird es nach der Erfindung der auf die Bewegung der Kokille in der Gießrichtung einwirkenden Widerstandskraft des Strangs gestattet, die Kokille von einer höheren Geschwindigkeit auf etwa die Gießgeschwindigkeit abzubremsen und während eines Teils der Bewegung der Kokille in der Gießrichtung einen etwa konstanten axialen Druck der Kokille auf den Strang aufrechtzuerhalten.

Ein Verfahren zum Stranggießen eines länglichen Metallgegenstands, bei dem eine Metallschmelze einem Schmelzvorrat entnommen und während des Gießens zum Erstarren gebracht wird, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Metall von dem Schmelzvorrat mit einer mittleren Gießgeschwindigkeit

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gegossen wird, daß das Metall während des Gießens teilweise zum Erstarren gebracht wird und daß die äußere Oberfläche des teilweise erstarrten Gußstücks sowohl in der radialen als auch in der axialen Richtung intermittierend zusammengedrückt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung-dieses Verfahrens mit einem Gießbehälter für einen Metallschmelzvorrat und einer Gießkokille, deren stromaufwärts gelegenes Ende mit dem Gießbehälter in Verbindung steht, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Innenwandoberfläche der Kokille ausgehend vom stromaufwärts gelegenen Kokillenende zumindest über einen Teil der Kokillenlänge zunimmt und daß die Kokille in ihrer Längsrichtung oszillierbar ist.

Weitere Merkmale, Maßnahmen und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen hervor. Diese Maßnahmen umfassen das Stranggießen von Metall, bei dem die Metallschmelze eine gekühlte axiale Wandoberfläche berührt, um eine Kruste zu bilden, deren Stärke in Richtung auf das Strangaustrittsende der Kokille zunimmt. Dabei nimmt in Richtung auf das Strangaustrittsende der Kokille der Kokilleninnenquerschnitt zumindest in einem Teil der genannten Kokillenwandoberfläche in Kokillenlängsrichtung zu. Während des Gießvorganges findet bei einer mittleren Gießgeschwindigkeit eine Relativbewegung zwischen der Kokille und dem Strang statt, wobei der Strang aus der Kokille austritt. Darüberhinaus werden der Strang und die Kokille in bezug aufeinander in einer besonderen Weise oszilliert. Die maximale Oszillationsgeschwindigkeit ist höher als die Gießgeschwindigkeit. Während des Oszillierens und der Relativbewegung der Kokille in der Gießrichtung übt der sich im Querschnitt ändernde Wandoberflächenabschnitt der Kokille auf die Strangkruste eine im wesentlichen konstante Druck-

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belastung aus, und zwar während eines Teils der zuletztgenannten Bewegung. Während der Bewegung der Kokille in der Gießrichtung wird es der Widerstandskraft zwischen der Strangkruste und der Kokille gestattet, die Kokillengeschwindigkeit auf etwa die Gießgeschwindigkeit zu vermindern, um die Wärmerißbildung in der Strangkruste so gering wie möglich zu halten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Stranggießen von Metallen,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilquer schnitt durch die in der Stranggießvorrichtung benutzten Kokille mit einer besonderen inneren Oberflächengestalt in einem Teil der Kokille, wobei die Wasserkühlung betreffende Einzelheiten weggelassen sind,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der in der Fig. dargestellten Vorrichtung zur Erläuterung der Betriebsweise,

Fig. 4 eine schematische Ansicht mit einigen Teilen eines Kokillenoszillationsmechanismus, der sich während einer typischen Oszillationsperiode in einer bestimmten Stellung befindet, und

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht des Oszillationsmechanismus in einer anderen Stellung während der Oszillationsperiode.

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In den Zeichnungen ist eine Gießvorrichtung dargestellt, die zum horizontalen Gießen von Metallen horizontal ausgerichtet ist. Die Gießvorrichtung kann aber auch zum vertikalen Gießen in eine vertikale Lage gebracht werden. Wie es insbesondere aus den Figuren 1 und 3 hervorgeht, ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Zwischen- oder Gießbehälter 10 vorgesehen, in den von einer nicht dargestellten Pfanne Metallschmelze gegeben werden kann und der somit einen Schmelzenvorrat enthält. Der Gießbehälter 10 weist eine hitzebeständige oder feuerfeste Verkleidung 12 auf und eine ebenfalls aus feuerfestem Werkstoff hergestellte Ausgußdüse 14 für die Metallschmelze. Wie es aus der Fig. 3 hervorgeht, ist das Ausgußende der Düse 14 von einer Kupfermanschette 16 umgeben, die an dem Gießbehälter 10 befestigt ist, beispielsweise mit Schraubenbolzen 18. Die Manschette 16 weist einen Durchlaßkanal 20 auf, durch den ein Kühlmittel zirkulieren kann, beispielsweise Wasser. Zwischen einem Teil der Manschette 16 und dem Ausgußabschnitt der Düse 14 befindet sich eine Hülse 22, die aus einem hitzebeständigen Werkstoff besteht, beispielsweise aus Bornitrid. Die Hülse 22 kann die in der Fig. 3 dargestellte Querschnittsform haben. Die Hülse 22 kann in axialer Richtung in bezug auf die Manschette 16 in einer festen Lage gehalten werden, beispielsweise durch passend ausgebildete Keile 24, die in der gezeigten Weise mit einer Anschlagfläche an der Manschette 16 zusammenarbeiten. Die Hülse 22 ist derart ausgebildet, daß sie für die ausfließende Metallschmelze eine Fortsetzung der Düse 14 bildet.

Die bisher beschriebene Düsenkonstruktion arbeitet mit einer an den Stirnseiten offenen Kokille 26 zusammen, in deren Wand ein Durchlaßkanal 28 zur Zirkulation eines Kühlmittels, beispielsweise Wasser, vorgesehen ist. Die Kokille 26 ist zum Ausführen von Oszillationen gegenüber der Düse axial verschiebbar. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kokille von einem Stützkörper 30 getragen, auf dem sie gleitend angeordnet ist. Der Gießbehälter kann in einer nicht dargestellten, üblichen Weise gehaltert sein. Der Innenhohlraum

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der Kokille 26 hat einen Querschnitt, der einem gewünschten Querschnitt des zu gießenden Strangs entspricht. Zwischen der gleitbar angeordneten Kokille 26 und der Manschette 16 sind geeignete Lager 32 vorgesehen.

Der sich nach vorne über die Manschette hinauserstreckende vordere Endabschnitt der Hülse 22 der Düsenkonstruktion weist eine Außenumfangsoberfläche 34 auf, die in der dargestellten Weise schräg verläuft, um für federvorgespannte Dichtungssegmente oder -elemente 36, die in einem Abstand vor der Manschette 16 zwischen der Hülse 22 und der Kokille 26 angeordnet sind, eine geneigte Führungsoberfläche vorzusehen. Die Dichtungselemente 36, die aus einem hitzebeständigen Werkstoff, beispielsweise Bornitrid oder Graphit, bestehen, arbeiten im Innern der Kokille mit sich selbst und mit der Innenwandung de: kokille zusammen, um eine Dichtung vorzusehen. Die Dichtungselemente 36 haben in bezug auf die als geneigte Führungsoberfläche ausgebildete Außenumfangsoberfläche der Hülse 22 eine komplementäre Form, so daß sie auf der Führungsoberfläche gleiten können, und zwar derart, daß sie bei einer Bewegung nach innen auf die Mittellinie der Kokille zulaufen und bei einer Bewegung nach außen von der Mittellinie der Kokille weglaufen. Es sind mehrere Druckfedern 38 vorgesehen, die die Dichtungselemente 36 nach außen gegen die Kokille drücken. Die Federn 38 können derart ausgebildet und angeordnet sein, daß sie mit ihrem einen Ende in eine fassungartige Vertiefung in der Manschette 16 und mit ihrem anderen Ende in eine entsprechende fassungartige Vertiefung in dem zugeordneten Dichtungselement 36 eingesetzt sind. Der gewünschte und gewählte maximale Oszillationshub der mit den Dichtungselementen 36 in Berührung stehenden Kokille 26 ist in der Fig. eingezeichnet, und zwar durch eine mit vollausgezogenen Linien dargestellte und eine durch gebrochene Linien dargestellte Kokillenposition.

Wie es aus der Fig. 3 hervorgeht, sind die Dichtungselemente am vorderen Außenende der Düsenkonstruktion angeordnet und bilden in der gezeigten Stellung eine Verlängerung der Innen-

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oberfläche 40 der Hülse 22. Infolge der Konstruktion und der Anordnung der federvorgespannten Dichtungs elemente 36 haben diese Dichtungselemente eine beachtliche Vorwärts- und Rückwärtskomponente an Bewegungsfähigkeit auf der Führungsoberfläche 34 der Hülse 22. Die Dichtungskörper oder Dichtungselemente verhindern, daß Metallschmelze nach hinten austritt, lassen jedoch heiße Gase der Metallschmelze in dieser Richtung, also nach hinten, entweichen.

Wie es aus der Fig. 3 hervorgeht, fließt über die beschriebene Düsenkonstruktion Metallschmelze aus dem Gießbehälter 10 in die Kokille 26 in einer solchen Weise, daß die Metallschmelze mit der gekühlten axialen Innenwandoberfläche der Kokille 26 in Berührung kommt und dort erstarrt, um eine Kruste 44 zu bilden, deren Stärke während des Gießvorganges in der Gießrichtung zunimmt, also bei der Darstellung nach der Fig» 3 von rechts nach links. Der Strang oder das Gußstück ist mit der Bezugszahl 46 versehen. Zu· Beginn eines Gießvorganges wird ein übliches Anfahrstück, das durch das dem Gießbehälter 10 gegenüberliegende offene Ende in die Kokille eingesetzt worden ist und an dem die Metallschmelze erstarrt, von üblichen Klemmrollen aus der Kokille herausgezogen, um den Strang aus der Kokille austreten zu lassen. Dabei ist es üblich, den aus der Kokille austretenden Strang zumindest auf einem gewissen Längenabschnitt mit Kühlwasser zu besprühen, um die Strangkrustenbildung zu fördern. Das Anfahrstück, die Klemmrollen und die Sprühwasserdüsen sind nicht dargestellt.

Die axiale Innenoberfläche -der rohrförmigen Wand der Kokille weist einen geneigten oder kegeligen Verlauf auf, und zwar derart, daß der Querschnitt in der Gießrichtung zunimmt. Der kegelige Verlauf umfaßt mindestens denjenigen Bereich der axialen Innenwandoberfläche der Kokille, wo die Strangkruste 44 die Kokillenwand berührt und wo die Strangkruste verhältnismäßig dünn ist und eine verhältnismäßig geringe Zugfestigkeit aufweist. Der kegelige Verlauf erstreckt sich somit über einen Bereich, bei dem die Strangkruste gerade gebildet wird.

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Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 beginnt die kegelig verlaufende Innenwandoberfläche 48 bei dem beim Gießbehälter 10 liegenden Ende der Kokille. Die kegelige Innenwandoberfläche 48 erstreckt sich dann in der Gießrichtung über die Düsenkonstruktion hinaus und arbeitet mit den Dichtungselementen 36 zusammen.

Vorzugsweise endet die kegelige Innenwandoberfläche 48 in der Gießrichtung gesehen ein kurzes Stück vor dem Austrittsende der Kokille, so daß die axiale Innenwand der Kokille im Anschluß an die in Gießrichtung im Querschnitt zunehmende kegelige Wandoberfläche 48 eine axiale Innenwandoberfläche aufweist, deren Querschnitt konstant ist oder deren Querschnitt sich in der Gießrichtung verengt, oder eine Kombination aus einem Innenwandabschnitt mit einem konstanten Querschnitt und einem Innenwandabschnitt mit einem in Gießrichtung abnehmenden Querschnitt aufweist, der nicht dargestellt ist und der sich in Gießrichtung gesehen an den Innenwandabschnitt ait dem konstanten Querschnitt anschließt. Der Innenwandabschnitt mit in Gießrichtung abnehmendem Querschnitt dient zur Berücksichtigung der QuerSchnittsschrumpfung des Strangs in Gießrichtung und bewirkt in einem Bereich, in dem die Strangkruste im Vergleich zu der anfangs sehr dünnen Strangkruste bereits verhältnismäßig dick und widerstandsfähig ist, eine bessere Wärmeübertragung.

Die Erfindung und die erwähnte Querschnittsform der axialen Innenwandoberfläche der Kokille sind auch auf Metallstranggußverfahren anwendbar, die von einer stirnseitig geschlossenen bzw. von einer mit einem geschlossenen Boden versehenen Kokille Gebrauch machen, wie es aus der US-PS 3 517 725 bekannt ist,und bei denen die Gießrichtung von der Kokille zum Gießbehälter verläuft. Wie es aus der US-PS 3 517 725 hervorgeht, werden während des Gießens die Kokille und der Gießbehälter voneinander entfernt, und es entsteht ein Strang mit einer erstarrten Kruste, der einen flüssigen Kern umgibt.

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Zwischen der Kokille und dem Strang findet vorzugsweise eine Oszillationsbewegung statt. Während des Gießens fließt die Metallschmelze in dem von der Strangkruste umgebenen flüssigen Kern vom Gießbehälter in die Kokille und bildet im Bereich des geschlossenen Kokillenbodens eine dünne axiale Kruste, deren Stärke in Gießrichtung zunimmt. Anfangs erstarrt die Strangkruste zunächst an einem an dem Gießbehälter befestigten hohlen Anfahr stück und wächst dann aus der Kokille heraus. Zum Zwecke der Beschreibung und Beanspruchung der Erfindung in bezug auf ein Metallstranggußverfahren, das von einer mit einem geschlossenen Boden versehenen Kokille Gebrauch macht, ist der Schmelzeneinlaß der Kokille von dem offenen Austrittsende der Kokille getrennt, und man muß zwischen dem Schmelzeneinlaß und dem offenen Austrittsende der Kokille unterscheiden. Der Schmelzeneinlaß liegt vielmehr nahe beim Boden des geschlossenen inneren Kokillenhohlraums.

In be.zug auf die Oszillation der Kokille hat die Kokille in der Gieß- oder Vorwärtsrichtung eine maximale Geschwindigkeitsleistungsfähigkeit, die größer als die Gießgeschwindigkeit ist. Die Kokillengeschwindigkeit in der Vorwärtsrichtung ist die Summe aus der Gießgeschwindigkeit, der Komponente infolge Deformation des Strangs durch die Kokille und der Längsschrumpfung des Strangs. Ein anderes die Kokillenoszillation betreffendes Merkmal besteht darin, daß der Strang während einer derartigen Vorwärtsbewegung infolge des Widerstands der Strangkruste gegenüber der Kokillenbewegung die Kokille auf etwa die Gießgeschwindigkeit verlangsamt. Um diese Maßnahmen durchzuführen kann man verschiedenartige Einrichtungen oder Mechanismen verwenden, beispielsweise Luftzylinder. Zum Einstellen der Länge des Hubs kann man beispielsweise Begrenzungsschalter benutzen. Ein bevorzugter Oszilliermechanismus, von dem eine Ausführungsform dargestellt ist, verwendet anstelle eines Luftzylinders eine Kokillenantriebseinrichtung, die nach Art einer zeit- oder taktgesteuerten Kurvenscheibe oder Kurbel ausgebildet ist. Weiterhin ist die maximale Druck-

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belastung der Kokille auf die Strangkruste in Längsrichtung des Stranges während irgendeines beliebigen Teils eines Gießvorganges vorgegeben und kann während des Gießens eingestellt werden. Darüberhinaus kann die Druckbelastung auf die Strangkruste über einen Teil des Vorwärtshubs der Kokille im wesentlichen konstantgehalten werden.

Der grundsätzliche Aufbau der Einrichtung zum Oszillieren der Kokille ist in der Fig. 1 schematisch dargestellt. Daraus geht hervor, daß ein Kurbelrad 52 von einer Antriebsmaschine 54 über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe angetrieben wird. Ein sich bezüglich seiner Länge selbsteinstellendes Verbindungsglied 56 verbindet das Kurbelrad 52 mit einem Flansch 58, der an der Kokille 26 fest angebracht ist. Bei der gezeigten Ausführungsform erzeugt das Kurbelrad 52 eine Sinusschwingung. Das Kurbelrad 52 kann aber auch derart aufgebaut sein, daß andere Schwingungsformen erzeugt werden können. Bei der lediglich beispielshalber gezeigten Ausführungsform ist das eine Ende des Verbindungsglieds 56 (Fig. 4 und 5) exzentrisch an dem Kurbelrad 52 angebracht, und zwar mit Hilfe einer Gelenkzapfenverbindung 60. Das andere Ende des Verbindungsglieds 56 ist ebenfalls über eine Gelenkzapfenverbindung 62 an dem Flansch 58 angebracht. Die Antriebsmaschine 54, deren Drehzahl oder Geschwindigkeit eingestellt werden kann, treibt das Kurbelrad 52 mit einer vorgegebenen konstanten Drehzahl an.

Wie es insbesondere aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht, enthält das Verbindungsglied 56 einen pneumatischen Zylinder 64, an dessen einem Ende eine Stange 66 fest angebracht ist. Das freie Ende der Stange 66 ist über die genannte Gelenkzapfenverbindung 60 mit dem Kurbelrad 52 verbunden. Ferner weist das Verbindungsglied 56 ein getriebenes Bauteil nach Art eines Kolbens 68 auf, der im Zylinder 64 angeordnet ist und der eine Kolbenstange 70 aufweist, deren freies Ende über die Gelenkzapfenverbindung 62 mit dem Flansch 58 der Kokille verbunden ist. Eine nicht dargestellte Druckgasquelle speist über eine

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Leitung 72 einen Druckregler 74, der über eine Gasleitung 76 an den Zylinder 64 angeschlossen ist. Der Druckregler 74, der in herkömmlicher Weise aufgebaut ist, steuert nicht nur über die Leitung 76 die Gaszufuhr zu dem Zylinder 64, sondern hat auch die Funktion, über die Leitung 76 eine Druckentlastung des Zylinders 64 vorzunehmen, um unabhängig von der Stellung des Kolbens 68 in dem Zylinder einen konstanten Druck aufrecht zu erhalten. Bei der Gasleitung 76 handelt es sich also um eine Zweiweggasleitung.

Der Zylinder 64 und der Kolben 68 bilden somit eine Konstantluftfeder, deren Druck durch den Regler 74 einstellbar ist. Es sei bemerkt, daß das Drehmoment des Kurbelrads 52 größer als die maximale voraussehbare gewünschte Belastung der Luftfeder ist. Die Belastung der Luftfeder stellt die maximale Belastung dar, mit der der Kolben 26 in der Vorwärtsrichtung bewegt wird, und kann während des Gießvorganges geändert werden, um eine Anpassung gegenüber sich ändernden thermischen Bedingungen in der Kokille vorzunehmen, sofern dies erwünscht ist. Die Druckbelastung der Kokille beim Vorwärtshub reicht stets aus, um zwischen der kegelig verlaufenden Innenwandoberfläche 48 und dem Strang oder Gußstück eine innige Berührung aufrecht zu erhalten, um einen guten Wärmeübergang vom Strang zur Kokille sicherzustellen. Die durch die Kokille hervorgerufene Belastung kann auch in Abhängigkeit von dem besonderen zu gießenden Metall eingestellt werden.

Infolge der thermischen Bedingungen in der Kokille kann die Strangkruste während des Anfangsabschnitts eines Gießvorganges verhältnismäßig dünn und schwach sein und kann eine geringere Belastung erfordern als während eines späteren Abschnitts des Gießvorganges, wenn sich die Temperatur der zu vergießenden Metallschmelze durch verlorengegangene Überhitzungswärme vermindert hat, beispielsweise beim Eingießen der Metallschmelze aus einer Gießpfanne in den Zwischen- oder Gießbehälter während einer Zeitspanne von beispielsweise einer Stunde. Infolge der Herabsetzung der Überhitzungswärme

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in der Metallschmelze kann es zu einer schnelleren Erstarrung und damit schnelleren Ausbildung der Strangkruste kommen.

Die Geschwindigkeit des Vorwärtsoszillationshubs ist in bezug auf eine Längeneinheit teilweise stets größer als die auf dieselbe Längeneinheit bezogene Gießge^chwindigkeit. Diese Differenz braucht nicht beträchtlich zu sein. Wenn es aber die Betriebsbedingungen erforderlich machen, kann diese Differenz beachtlich sein. Die Geschwindigkeit, mit der der Strang aus der Kokille austritt ist, wie allgemein üblich, einstellbar. Es wurde bereits angedeutet, daß die Drehzahl des Kurbelrads 52 durch Einstellen der Antriebsmaschine 54 eingestellt werden kann. Die proportionale Differenz zwischen dem Vorwärtsoszillationshub der Kokille und der Vorwärtsgeschwindigkeit des Strangs wird im allgemeinen während eines Gießvorganges aufrechterhalten. Das bedeutet, daß bei einer Erhöhung der Gießgeschwindigkeit während eines Gießvorganges auch die Drehzahl des Kurbelrads 52 in entsprechender V/eise erhöht wird.

Es wurde bereits erläutert, daß die Druck- oder Quetschbelastung der Kokille auf den Strang über die kegelig verlaufende Innenwandoberfläche 48 ausgeübt wird, die während des Vorvärtshubs auf die Strangkruste drückt. Diese Druckbelastung wird während des Rückwärtshubs weggenommen. Das Kurbelrad dreht sich in Richtung des in die Figuren 4 und 5 eingezeichneten Pfeils. Zu demjenigen Zeitpunkt, bei dem sich die Gelenkzapfenverbindung 60 in der in der Fig. 4 gezeigten Stellung befindet, ist die Kokille in Ruhe, wobei die Kokille durch den Zug des Zylinders 64 auf den Kolben 68 aus einer Vorwärtsstellung in die hinterste Stellung der Rückwärtsbewegung zurückgekehrt ist.

Zu Beginn des Vorwärtshubs, d.h. zu Beginn der Bewegung aus der in der Fig. 4 dargestellten Stellung der Gelenkzapfenverbindung 60 in Richtung auf die in der Fig. 5 dargestellten

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Stellung der Gelenkzapfenverbindung 60, wird die Kokille in der Vorwärtsrichtung beschleunigt und holt dabei die Gießgeschwindigkeit ein. Infolge der Beschleunigung kann die Kokillengeschwindigkeit die Gießgeschwindigkeit überholen, vorausgesetzt, daß die mit der kegelig verlaufenden Innenwandoberfläche 48 in Berührung stehende Strangkruste hinreichend weich ist, um von der Kokille deformiert zu werden, wenn sich die Gelenkzapfenverbindung 60 aus der Stellung nach der Fig. 4 der Stellung nach der Fig. 5 nähert. Falls die Strangkruste während des Überfahrens durch die Kokille hinreichend weich ist, so daß sie durch die Druckbelastung in dem gesamten Bereich, der mit der kegelig verlaufenden Innenwandoberfläche 48 in Berührung steht, deformiert wird, kann die Kokille während der Vorwärtsbewegung ihre am weitesten vorn liegende Stellung erreichen, wobei der Kolben 68 im Zylinder 64 in der · in der Fig. 4 gezeigten Lage beim Zylinderboden bleibt.

Im allgemeinen ist jedoch der Widerstand, den die Strangkruste der Kokille bei der Vorwärtsbewegung entgegensetzt, größer als die Druckbelastung, die infolge des Luftdrucks im Zylinder 64 auf den Strang ausgeübt wird, so daß sich beispielsweise die in der Fig. 5 dargestellte Kolbenstellung einstellt. Während der Drehbewegung des Kurbelrads 52 aus der Stellung nach der Fig. 4 in die Stellung nach der Fig. 5 hat der Widerstand, den der Strang der Kokillenbewegung entgegensetzt, die Kokille auf eine Geschwindigkeit verlangsamt, die etwa der Gießgeschwindigkeit entspricht. Demzufolge hat sich der Kolben 68 gegenüber dem Zylinderboden um ein gewisses Maß verschoben, beispielsweise" um die in der Fig. 5 dargestellte Strecke. Wenn in dieser Weise die Kokille auf die Gießgeschwindigkeit verlangsamt wird, bleibt die Druckbelastung auf den Strang während eines Teils des Kokillenvorwärtshubs im wesentlichen konstant.

Infolge der Wirkung der Luftfeder, die von dem Zylinder 64 und dem Kolben 68 gebildet wird, bleibt die kegelig verlaufende Innenwandoberfläche 48 auch noch während einer Zeit, nachdem die Geschwindigkeitskomponente des Kurbelrads während des

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Vorwärtshubs unter die Gießgeschwindigkeit abgefallen ist, mit dem Strang in Berührung, wenn sich das Kurbelrad 52 aus der in der Fig. 5 dargestellten Drehstellung im Uhrzeigersinn weiterdreht. Die Luftfeder versucht somit, falls der Kolben im Zylinder 64 infolge des Widerstands des Strangs gegenüber der Kokillenbewegung verschoben worden ist, daß die Kokille nach Möglichkeit den maximalen Vorwärtshub ausführt.

Es sei bemerkt, daß die Länge des Vorwärtshubs während einer Oszillationsperiode von den relativen Geschwindigkeiten des Strangs und der Kokille sowie von dem Widerstand abhängt, den der Strang der Kokillenbewegung entgegensetzt. Weiterhin geht aus dem Obenstehenden hervor, daß der Strang selbst infolge seines Widerstands gegenüber der Kokillenbewegung während des Vorwärtshubs den Charakter der Kokillenoszillation während eines Gießvorganges ändert, und zwar derart, daß die mittlere Kokillengeschwindigkeit während des Vorvrärtshubs effektiv versucht, der Kokillenoszillation einen solchen Charakter zu geben, der für die gerade herrschenden besonderen Bedingungen des Gießvorganges einschließlich für die thermischen Bedingungen geeignet ist. Während sich verändernden thermischen Bedingungen eines Gießvorganges bleibt die maximale Druckbelastung der Kokille auf den Strang konstant, vorausgesetzt, daß der geregelte Luftdruck im Zylinder 64 durch den Regler nicht neu eingestellt wird.

Während die kegelig verlaufende Innenwandoberfläche 48 mit der verhältnismäßig dünnen Kruste des Strangs in Berührung steht, findet ein beachtlicher Wärmeübergang vom Strang in die Kokille statt. Diese verbesserte Kühlung des Gußstücks oder Strangs innerhalb und durch die Kokille ermöglicht eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit und eine gleichzeitige Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit des Strangs, und zwar durch wirksames Herabsetzen der normalerweise in der Kokille entstehenden Wärmerisse.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Stranggießen eines länglichen Metallgegenstands, "bei dem eine Metallschmelze einem Schmelzvorrat entnommen und während des Gießens zum Erstarren gebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Metall von dem Schmelzvorrat mit einer mittleren Gießgeschwindigkeit gegossen wird, daß das Metall während des Gießens teilweise zum Erstarren gebracht wird und daß die äußere Oberfläche des teilweise erstarrten Gußstücks sowohl in der radialen als auch in der axialen Richtung intermittierend zusammengedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammendrücken des teilweise erstarrten Gußstücks periodisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise erstarrte Gußstück in seiner Längsrichtung mit einer Geschwindigkeit zusammengedrückt wird, die nicht wesentlich größer als die Gießgeschwindigkeit ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammendrückgeschwindigkeit von der Widerstandsfähigkeit des erstarrenden gegossenen Metalls gesteuert wird. ■

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- is -

5. Vorrichtung zur Durchführung'des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gießbehälter für einen Metallschmelzvorrat und einer Gießkokille, deren stromaufwärts gelegenes Ende mit dem Gießbehälter in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Innenwandoberfläche (48) der Kokille ausgehend vom stromaufwärts gelegenen Kokillenende zumindest über einen Teil der Kokillenlänge zunimmt und daß die Kokille (26) in ihrer Längsrichtung oszillierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (26) eine an den Enden offene Kokille ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Oszillieren der Kokille eine Antriebsmaschine (54) über eine Verbindungseinrichtung (56, 58) mit der Kokille (26) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung ein Kurbelrad (52), eine damit verbundene Stange (66), einen pneumatischen Zylinder (64), der mit dem dem Kurbelrad (52) gegenüberliegenden Ende der Stange verbunden ist, einen in dem Zylinder verschiebbaren Kolben (68) mit einer Kolbenstange (70), die an dem der Stange (66) gegenüberliegenden Ende aus dem Zylinder herausragt und mit ihrem freien Ende mit der Kokille (26) verbunden ist, und eine geregelte Druckgasquelle (72, 74, 76) umfaßt, die mit der Druckkammer des pneumatischen Zylinders in Verbindung steht.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß rund um den Ausguß des Gießbehälters (10) eine Gießhülse (22) angebracht ist, die sich in das stromaufwärts gelegene Ende der Kokille (26) erstreckt, und daß zum Verhindern des Austritts von geschmolzenem Metall Dichtungselemente (36) vorgesehen sind, die zwischen der Hülse und der Kokille (26) eine Dichtung bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (36) federvorgespannte Keile sind.

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