DE2442469C3

DE2442469C3 - Vorrichtung zum Anfahren eines Stranges beim horizontalen Stranggießen

Info

Publication number: DE2442469C3
Application number: DE2442469A
Authority: DE
Inventors: Edward Joseph Grand Ledge Mich. Fox
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1982-04-22
Also published as: US3850225A; FR2246334B1; DE2442469A1; JPS5060430A; FR2246334A1; CA1011081A; JPS5223861B2; AU7267174A; GB1449424A; DE2442469B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anfahren eines Stranges beim horizontalen Stranggießen mit einem Gießbehälter. mit einer im Bodenbereich des Gießbehälters angeordneten Zuflußdüse zur Stranggießkokille und mit einem aufschmelzbaren, vor Gießbeginn in die Zuflußdüse einzusetzenden Stopfon.

In der DE-OS 20 25 764 und in der DE-OS 20 58 051 sind Vorrichtungen und Verfahren für das Stranggießen beschrieben, bei denen sich die Erfindung anwenden läßt. Dabei ist ein relativ großer, stationärer Gießbehälter zur Aufnahme der Schmelze vorgesehen, an dessen Boden sich eine Auslaßöffnung befindet. Mit der Auslaßöffnung ist eine mit offenen Enden versehene Stranggießkokille verbunden. Während des Betriebs erstarrt in dieser Stranggießkokille die Schmelze zu einem selbsttragenden Strang.

Bei diesem Gießverfahren sowie der zugehörigen Vorrichtung weist die Stranggießkokille angrenzend an ihren dem Gießbehälter zugewandten Ende einen primären Erstarrungsbereich auf. dem ein weiterer Ersiarrungsbereich mit ähnlichen Dimensionen folgt. Während des Betriebs fließt die Schmelze aufgrund der Wirkung der Schwerkraft über die Behälterauslaßöfftiung in die Kokille. Um Erstarrungseffekte zu vermeiden, wird die Temperatur der Schmelze im Gießbehälter ausreichend hoch gehalten. Die Verfestigung der Schmelze beginnt im primären Erstarrungsbe^ reich. In festgelegten, regelmäßigen zeitlichen Abstän-· den wird ein Abschnitt vorgegebener Länge dei sich ausbildenden Gußhslul abgezogen. Während der zwl· sehen diesen Ziehzeiträumen liegenden Intervalle, die quch als Stillstandperioden bezeichnet werden, verbindet sich der jeweils gebildete Abschnitt der Gußhaut in einer Art Schweißvorgang mit dem vorhergehenden Abschnitt.

Für einen optimalen Ablauf dieses Verfahrens ist es erforderlich, daß die anfangs, d. h. beim Anfahrvorgang in dem primären Erstarrungsbereich gebildete Gußhaut unversehrt bleibt. Kleine Schlacketeilchen oder hitzebeständige Partikeln von der Auskleidung des Behälters

ίο können bewirken, daß die Gußhaut zerrissen wird, so daß die Schmelze die Gußhaut durchbrechen und aus der Kokille fließen kann. Da sich in der Schmelze, die in den Gießbehälter gegossen wird, beträchtliche Mengen an Schlacke befinden, treten beim Anfahren einer

t5 Stranggußanlage große Probleme auf.

In der DE-AS 19 60 801 ist ein Verfahren zum Aufschmelzen erstarrter Metallschmelze in den Ausgüssen von Gießpfannen beschrieben, bei dem vor dem Beginn des Gießens ein Stopfen eines exothermen, aufschmelzbaren Materials in die Ausflußöffnung eingesetzt wird. Beim Öffnen der Verschlußeinrichtung des Ausgusses wird dabei das exotherme Material unmittelbar von der Strahlungswärme der erstarrten Metallschmelze entzündet, so daß durch die frei werdende Verbrennungswärme die erstarrte Schmelzenschicht selbsttätig aufgeschmolzen wird.

In der DE-PS 22 47 274 wird bei einer Vertikal-Stranggießvorrichtung vorgeschlagen, vor Gießbeginn die jeweiligen Ausgießdüsen mit Asbest zu verschließen und über der Asbestdichtung Bleigranulat anzuordnen. Aus der CH-PS 4 48 396 ist eine Vorrichtung zum Anfahren eines Stranges beim horizontalen Stranggießen der angegebenen Gattung bekannt, die einen Gießbehälter. eine im Bodenbereich des Gießbehälters angeordnete Zuflußdüse zur Stranggießkokille und einen aufschmelzbaren, vor Gießbeginn in die Zuflußdrüse einzusetzenden Stopfen aufweist. Diese Vorrichtung ist an sich für das vertikale Gießen ausgelegt, wobei das geschmolzene Material aus einer Pfanne in

ein Zwischengefäß und vom dort tiller eine Öffnung in die Stranggießkokille strömt, die frei unter der Öffnung angeordnet ist.

In die Öffnung des Zwischengefäßes wird vor Gießbeginn ein von oben nicht betätigbarer, als Verschlußkörper dienender Stopfen eingesetzt, dessen physikalische, chemische und geometrische Eigenschaf ten so abgestimmt sind, daß bei Gießbeginn das Ausfließen des eingegossenen Materials durch die öffnung des Ghßbehälters eine vorberechnete und mindest so lange Zeit hinausgeschoben wird, bis im Gießgefäß eine bestimmte Materialhöhe erreicht ist; anschließend wird die öffnung durch Entfernung des zumindest zu einem Teil aufgeschmolzenen Stopfens nach unten für den Durchfluß des Materials freigegeben.

Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, daß sie nur für das vertikale Gießen ausgelegt ist, bei Erreichen einer gewünschten Höhe des Metallspiegels der flüssig gewordene Stopfen durch den hydrostatischen Druck nach unten entfernt wird und die Öffnung für den Materialdurchfluß selbsttätig frei gibt, so daß das geschmolzene Material frei nach unten in die Strang= gießkokille fallen kann.

Beim horizontalen Stranggießen muß jedoch das geschmolzene Material auf seiner ganzen Bahn geführt werden, damit es eben nicht frei nach unten fallen kann, Wodurch siflh jedoch Wirbelströmungen und andere Unregelmäßigkeiten ergeben können, die zu einer Beeinflussung des Gießvorgangs und insbesondere zu

Störungen der Gießhaut des Stranges führen können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anfahren eines Stranges zum horizontalen Stranggießen der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der während des Anfangsvorganges Störungen der Gußhaut des Stranges durch Schlacketeilchen oder hitzebeständige Partikel vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der aufschmelzbare Stopfen 54 am vorderen Ende einer durch die horizontale, mit dem Bodenbereich des Gießbehälters 10 über die Zuflußdüse 18 verbundenen Stranggießkokille 22 eingeführten, auf einem Anfahrkopf 44, 46, 50 eines Anfahrstranges 38 angeordneten Stange 56 angebracht ist, und daß zwischen der Zuflußdüse 18 und der Auslaßdüse 26 zur Stranggießkokille 22 ein ringförmiger Raum 66 gebildet ist, dessen Durchmesser größer ist als die öffnungen der Zuflußdüse 18 und der Auslaßdüse 26.

Zweckmäßige Ausführungsformer sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: An die ZufluSdüse des Gießbehälters ist in üblicher Weise eine horizontal verlaufende Stranggießkokille angesetzt. Durch diese Stranggießkokille kann eine Stange eingeschoben werden, an deren vorderen Ende sich der aufschmelzbare Stopfen befindet. Außerdem ist zwischen der Zuflußdüse des Gießbehälters und der Auslaßdüse zur Stranggießkokille ein ringförmiger, als Schlackenfalle dienender Raum ausgebildet, dessen Durchmesser größer ist als die Öffnung der Zuflußdüse und der Auslaßdüse.

Wenn der aufschmelzbare Stopfen sich in der Zuflußdüse befindet und damit zunächst das Ausfließen des in den Gießbehälter eingefüllten, geschmolzenen Materials verhindert, steigt die Schmelze in dem Gießbehälter an und bedeckt schließlich den aufschmelzbaren Stopfen vollständig. Dadurch steigen jedoch die einzelnen Schlackenpartikel in der Schmelze mit an und bewegen sich von der Auslaßöffnung weg nach oben.

In der Zwischenzeit wird dem Stopfen durch Turbulenzen und die Konvektionsströme der Schmelze weiter Wärme zugeführt, so daß er im allgemeinen nach etwa 12 Sekunden schmilzt. Nun kann die Schmelze aus dem Gießbehälter in die Zuflußdüse eintreten, während die auf der Oberfläche der Schmelze schwimmende Schlacke von dem oberen Rand der Zuflußdüse zurückgehalten wird. Sollte nach dem vollständigen Wegschmelzen des Stopfens noch eine Restmenge an Schlacke in die Zuflußdüse eintreten, so steigt diese Restmenge in dem als Schlackenfalle dienenden, ringförmigen Rai'm nach oben und wird dort zurückgehalten; dies bedeutet also, daß auch bei horizontalem Gießen praktisch keine Schlacke aus dem Gießbehälter in die Stranggießkokille und damit in die erstarrende Schmelze gelangen kann.

Der Gießbehälter wird in regelmäßigen Zeitabständen neu gefüllt, so daß sich in dem Gießbehälter und damit auch in dem Verbindungskanal immer eine ausreichende Menge geschmolzenes Material befindet; dieses Material schwimmt auf der Oberfläche der Schmelze und kann während des normalen Gießvorgan' ges nicht in den Ablaufkanal und insbesondere in die Zuflußdüse gelangen.

Durch ihren Auftrieb werden also die Schlacketeilchen wieder aus dem Bereich der Zuflußdüse der Stranggießkokille entfernt, so daß sich eine weitgenend schlackepfreie Schmelze ergibt und nicht mehr die Gefahr besteht, daß die sich in der primären Erstarrungszone ausbildende Gußhaut reißt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispicls unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fi g. 1 eine Teil-Querschnittsansicht eines Gießbehäl-

lu ters mit zugehöriger Stranggießkokille vor Beginn des Gießvorgangs und

Fig.2 eine Teil-Vergrößerung der Darstellung von F i g. 1 wobei der Anfahrkopf ungefähr 4 Sekunden nach dem Beginn des Anfahrvorgangs im Querschnitt

Tj dargestellt ist.

Nach F i g. 1 ist ein relativ großer Gießbehälter 10 aus hitzebeständigem Material vorgesehen, der einen nach unten verlaufenden Kanal 12 aufweist, der zu einem horizontal angeordneten Kanalbereich 13 führt. Ein Auslaß 16 für die Schmelze ist in einer kegelstumpfförmigen, in einer Aussparung 16 des ' ehalten* angeordneten Zuflußdusfc iä aus hitzebesiän iigem Material vorgesehen. Der A uslaß weist eine glatte, radiale Fläche 20 auf. Die Kanalbereiche 12 und 13 haben bevorzugt den gleichen allgemeinen Querschnittsaufbau wie die Ausla-öffnung 14. jedoch wesentlich größere Abmessungen.

Die Vorrichtung enthält weiterhin eine abnehmDare. beidseitig offene Stranggießkokille 22. Diese Strang-

JO gießkokille umfaßt nacheinander einen Abstandsring 24 aus einem hitzebeständigen Material, eine Auslaßdüse 26. einen primären Erstarrungsbereich 28 sowie einen sich daran anschließenden Erstarrungsbereich 30.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Gießen eines zylindrischen Barrens oder Strangs dargestellt, so daß die Zuflußdüse 18, der Abstandsring 24, die Auslaßdüse 26 und die Erstarrungsbereiche 28 und 30 zylindrische Innenabmessungen haben. Die Innenform kann jedoch auch rechtwinklig, dreieckig oder oval son oder irgendeine andere Form besitzen, um Barren oder Stränge mit der gewünschten Form zu gießen.

Die Erstarrungsbereiche 28 und 30 sind von einem Kühlwasser-Mantel 32 umgeben, der eine Einlaßleitung

34 und eine Auslaßleitung 36 enthält. Das Kühlwasser tritt durch die Leitung 34 ein, läuft durch die Öffnungen

35 in eine innere, ringförmige Kammer 33. weiter um ein Ende 37 einer Prallplatte 39 in eine äußere ringförmige Kammer 41 und dann zu dem Auslaß 36. Die Zuflußdüse 18 und der Abstandsring 24 werden bevorzugt aus einem hitzebeständigen Material, wie z. B. Zirkonoxid. hergestellt, das sshr widerstandsfähig gegen Erosion durch die Schmelze ist. Nach einer bevor/ueten Ausführungsform bestsht die Auslaßdüse 26 aus einem ML.etial wie beispielsweise Bornitrid, das sehr reaktionsträge und durch die Schmelze nicht benetzbar ist. Sowohl die Ausiaßdüse 26 als auch die Zjflußdüse 18 und der Abstandsring 24 bestehen aus Materialien mit einem relativ niedrigen Wärmeleitungskoeffizienten, um sicherzustellen, daß die Schmelze nicht an den Oberflächen dieser Bereiche erstarrt. Der primäre Erstarrungsbereich 28 wird durch ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beisptelfwtiise einer Kupferlegierung, gebildet, während nach einer bevorzugten Ausführungsform der sich anschließende Erstarrungsbereich 30 aus einem Metall besteht, das mit Graphit ausgefüttert ist. Die Stranggießkokille 22 ist abdichtend mittels einer ringförmigen Zementschicht 19 die zwischen der radialen Fläche 20 der Zuflußdüse 18

und dem Abstandsring 24 angeordnet is(, sowie Bolzen oder Schrauben 21 an dem Gießbehäller angebracht.

Zur Einleitung eines Gicßvofgangcs wird ein Anfahrstrang 38 verwendet, der einen hohlen Schaflbereich 40 mit einem Durchmesser aufweist, der etwas geringer als der innere Durchmesser der Kokille ist. Dieser Schaftbereich 40 besitzt einen Einsatz 42, der z. B. durch Preßschweißen befestigt ist. Der Anfahrkopf umfaßt einen Abschreckring 44, der auf einem Anfahrbolzen 46 gehalten ist, der über ein Gewinde in den Einsatz 42 des Schaftes 40 eingeschraubt ist. Ein Aluminiumdralit 48 ist um den Bolzen 46 gewickelt, um die Anfangsmengc der Schmelze zu desoxidieren, die üblicherweise einen hohen Sauerstoffgehalt hat. Dieser Aluminiumdraht 48 dient also dazu, die Schmelze zu beruhigen.

Weiterhin umfaßt der Anfahrkopf eine Buchse 50 mit Graphit-Dichtungsringen 52 in Form eines Bandes, das um die Buchse gewickelt ist. Diese Buchse ist so -...-.u;ij^i j„n f'm »!.γ.·«^»^] j_rt„ /■"·„,».^ui* γλ^κ»·*»»*-,»* UUAgcutiuct, uau 3it aurgiunu uti ^iupiiii ivaiiiuiigvii 52 eng und abdichtend in den Erstarrungsbereich 28 paßt. Der äußere Durchmesser der Buchse 50 ist ungefähr 3.5 mm kleiner als der innere Durchmesser des primären Erstarrungsbereiches 28 im kalten Zustand, so daß die Buchse durch den kleineren Durchmesser aufweisenden Erstarrungsbereich 30 geführt werden kann.

Der Anfahrkopf besitzt ferner einen aufschmelzbaren Stopfen 54. der durch eine Stange 56 gehalten wird, die in die Schraube 46 eingeschraubt ist.

Vor Beginn des Gießens werden der Behälter 10 und die Stranggießkokille vorgewärmt, um ihre inneren Oberflächen vollständig zu entwässern und zu trocknen. Dabei sollten heiße Gase und Flammen von einem gasbeheizten Brenner so auf die inneren Oberflächen des Behälters einwirken können, daß deren Temperatur auf ungefähr 1200^rC gebracht wird. Gleichzeitig kann Kühlwasser durch den Kühlwasser-Mantel 32 fließen, so daß die Temperatur des Wassers, das den Kühlwasser-Mantel verläßt, auf ungefähr 76°C gehalten wird. Unter diesen Bedingungen befinden sich die inneren Oberflächen der Gießform über dem Taupunkt. Dies führt zu einer vollständigen Entwässerung, was sehr wesentlich isi. da jeder Wasseriropfen. der in der Stranggießkokille zurückbleibt, schlagartig in den Dampfzustand überführt wird, wenn er in Kontakt mit der Schmelze kommt, wodurch sich eine übermäßige Porosität ergeben kann, die die anfängliche Erstarrung in einem solchen Ausmaß stören kann, daß der Anfahrvorgang nicht zum Erfolg führt.

Anschließend wird der Anfahrstrang dann durch das in Strömungsricr-iung gesehen hintere Ende der Stranggießkokille eingeführt Ist der Anfahrstrang vollständig eingeführt, so verschiebt der aufschmelzbare Stopfen 54 die Öffnung 14 in die Zuflußdüse 18. Ein kegelstumpfförmiger, umgebogener Flansch 53 des Abschreckrings 44 kommt mit der Anfahrbuchse 50 in Eingriff, um sie in der Mitte der Stranggießkokille zu haltern. Das äußere Ende 60 der Anfahrbuchse 50 steht in Eingriff mit der Auslaßdüse 26. Der Stopfen 54 hat ein

Ί kcgclstumpfförmigcs Ende, das seinen Eintritt in die

Öffnung 14 erleichtert. Eine Neigung von ungefähr 15° zu der longitudinal Achse reicht für den kcgelslumpfföfmigen Abschnitt aus.

Der Abstandsring 24 hat einen Innendurchmesser, der

ίο wesentlich größer als der der Zuflußdüse 18 oder der Auslaßdüse 26 ist, so daß sich dazwischen eine ringförmige Schlackenfallc 66 ergibt. Infolge der bereits erwähnten Vorhci/ung erwärmt sich der Stopfen auf eine Temperatur von ungefähr 8I5°C. bevor die Schmelze in den Behälter 10 gegossen wird.

F ι g. 1 zeigt den aufschmelzbaren Stopfen 54 und die Anfahrbuchse 50 bei Beginn des Anfahrvorgangs in der Kokille. Schmelze, die auf eine Überhitzungstcmperatur von ungefähr 165O⁰C erwärmt worden ist, wird in den

F ι g. 2 zeigt die Vorrichtung zu einem Zeitpunkt Ungefähr 4 Sekunden nach Beginn des EingieDens. Die Schmelze 62 mit einer auf ihrer Oberfläche schwimmenden Schlackeschicht 64 strömt in den Kanal 12 und kommt in teilweisen Kontakt mit dem aufschmelzbaren Stopfen 54. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Temperatur der Schmelze ungefähr 1540°C, während die Temperatur des schmelzbaren Stopfens ungefähr 1480° C beträgt. Der Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke und die relativ niedrige Temperatur der zu Beginn in den Behälter eingegossenen Schmelze reicht zunächst nicht aus. um den Stopfen 54 zu schmelzen.

Wenn jedoch die Schmelze den aufschmelzbaren Stopfen vollständig bedeckt und die einzelnen Schlakkenpartikel 65 von der Auslaßöffnung 14 weg nach oben gestiegen sind, beginnt der Stopfen zu schmelzen.

Die Turbulenzen und die Konveklionsströme in der Schmelze führen dem Bereich des aufschmelzbaren Stopfens 54 weiterhin Wärme zu. In einem typischen Fall schmilzt der Stopfen nach ungefähr 12 Sekunden oder mehr, wobei dies von der Temperatur der Schmelze, von der Temperatur der feuerfesten, vorgewärmten Materialien des Behälters, der Stranggießkokille, der Geschwindigkeit des Eingießens und

is der jeweils vorliegenden Schlackenmenge abhängt.

Nach vollständigem Wegschmelzen des aufschmelzbaren Stopfens wird die gegebenenfalls noch vorhandene Restmenge der Schlacke 68 in der Schlackenfalle 66 eingefangen, so daß praktisch keinerlei Schlacke in die Stranggießkokille gelangen kann.

Der Gießbehälter 10 wird periodisch neu aufgefüllt, um eine ausreichende Menge von Schmelze im Bc* älter 10 beizubehalten und dadurch zu verhindern, daß die Schlacke während des normalen Gießvorgangs in den Bereich des Ablaufkanals gelangen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anfahren eines Stranges beim horizontalen Stranggießen mit einem Gießbehälter, mit einer im Bodenbereich des Gießbehälters angeordneten Zuflußdüse zur Stranggießkokille und mit einem aufschmelzbaren, vor Gießbeginn in die Zuflußdüse einzusetzenden Stopfen, dadurch gekennzeichnet, daß der aufschmelzbare Stopfen (54) am vorderen Ende einer durch die horizontale, mit dem Bodenbereich des Gießbehälters (10) über die Zuflußdüse (18) verbundenen Stranggießkokille (22) eingeführten, auf einem Anfahrkopf (44, 46, 50) eines Anfahrstranges (38) angeordneten Stange (56) angebracht ist, und daß zwischen der Zuflußdüse (18) und der Auslaßdüse (26) zur Stranggießkokille (22) ein ringförmiger Raum (66) gebildet ist. dessen Durchmesser größer ist als die öffnungen der Zuflußdüse (18) und der Auslaßdüs»:(26).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüse (26) im Eintritt zur Stranggießkokille (22) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufschmelzbare Stopfen (54) hohl ausgebildet Ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrkopf (44, 46, 50) des Anfahrstranges (38) eine die Stange (56) umgebende, an den Innendurchmesser der Stranggießkokille _V22) angepaßte, in Richtung zum Stopfen (54) hin offene Buchs." aufweht.