DE2452672A1

DE2452672A1 - Verfahren zum stranggiessen von glattflaechigen bloecken aus aluminium und aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2452672A1
Application number: DE19742452672
Authority: DE
Inventors: John Gordon Mccubbin
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1973-11-06
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1975-07-03
Also published as: SE7413851L; AU7509874A; IT1025481B; BR7409293A; NO744008L; GB1491864A; ES431646A1; JPS5079429A; NO144031C; CA1035115A; BE821904A; FR2249728B1; NO144031B; FR2249728A1

Description

. ING. E. HOFFMANN · HFI. ING. W. EITLE · T)R. RER. NAT. K. HOFFMANN

D-8-ÖO0 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 . TELEFON (0811) 911087 £- Ht Ό Z D / L

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Alcan Research and Development Ltd., Montreal / Kanada

Verfahren zum Stranggießen von glattflächigen Blöcken aus Aluminium und Aluminiumlegierungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Blöcken mit glatten Oberflächen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Stranggießen mit direkter Kühlung, wobei geschmolzenes Metall in eine offenendige Kokille gegossen und Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des austretenden Blockes aufgebracht wird, wenn er aus der Kokille gezogen wird, welche aus einem unteren reinen Kokillenabschnitt zur Berührung mit dem geschmolzenen Metall zur Herstellung einer verfestigten äußeren Haut, des austretenden Blockes und einem wärmeisolierten Gießaufsatz zum Halten einer Menge geschmolzenen Metalls oberhalb des reinen

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Kokillenabschnitts der Kokille besteht, welcher eine flache Unterseite im wesentlichen normal zur Achse der Kokille aufweist.

Beim Stranggießen wird geschmolzenes Metall in eine offenendige Kokille gegossen, deren unteres Ende zu Anfang mit einer Bodenplatte oder Plattform verschlossen ist, die progressiv zusammen mit dem Gießen des Metalls abgesenkt wird. Beim normalen Stranggießen wird die Wand der Gießkokille gekühlt, so daß sich eine feste Haut aus Metall in Berührung mit der Kokillenwand in der Höhe der Oberfläche des Tümpels aus geschmolzenem Metall in der Kokille ausbildet. Aus praktischen Gründen wird es bei der kommerziellen Herstellung von Blöcken vorgezogen, die Oberfläche des geschmolzenen Metalls mindestens 3*8 cm (1,5") oberhalb des unteren Randes der Kokille zu halten, unterhalb welcher die Oberfläche des austretenden Blocks direkt durch Berührung mit Kühlwasser abgekühlt wird. Wenn dieser Schritt nicht angewandt wird, besteht immer eine Gefahr des Auslaufens geschmolzenen Metalls aus dem Boden der Kokille, das bei einer unerwarteten Fluktuation des Niveaus des geschmolzenen Metalls eintritt. Obwohl es unter Laborbedingungen möglich ist,so zu gießen, daß das Niveau des Metalls in der Kokille bei entsprechenden Gießgeschwindigkeiten niedriger liegt, hat ein solches Vorgehen außerordentliche Schwierigkeiten bei der Steuerung bei einem Gießtisch mit 40 bis 60 Kokillen.

Es wurde lange davon ausgegangen, daß die Herstellung von Metallblöcken in herkömmlichen Kokillen, bei welchen die gesamte Oberfläche der Kokillenwand gekühlt wird, zu Blöcken führt, Vielehe Oberflächenfehler aufweisen. Die zwei häufigsten Formen von Oberflächenfehlern wurden als Spannungsrisse oder Falten (cold shuts), welche am Block in Form von Querrippen und als Ausflüsse (bleeds) oder Verflüssigung bezeichnet, wo niedriggschmelzende Komponenten der geschmolzenen Metallegierung vom Tümpel in der

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Mitte des Blockes durch die interdentritisehen Kanäle in der Haut zur Blockoberfläche in den Zwischenraum zwischen der gebildeten Haut in der Höhe der Oberfläche des Tümpels und der Höhe fließen, in welcher die Umfangsfläche des Blockes in den Einfluß der Kühlung durch das auf die Oberfläche des Blockes unterhalb der Kokille aufgebrachte Kühlmittel gelangt. In diesem Zwischenbereich ist die Oberfläche der Haut sehr geringer Kühlung ausgesetzt, weil sich die feste Haut von der Kokillenwand weg zusammenzieht und die Wärmeübertragung von¹ der Haut auf die Kokillenwand minimal ist, ausgenommen in oder ein wenig unterhalb des Miniskus des geschmolzenen Metalls an der Oberfläche des Tümpels. Es war lange klar, daß die Spannungsrisse (cold shuts) an der Oberfläche des Blockes aufgrund der Instabilität des Metallmeniskus aufgrund der Kontraktion des geschmolzenen Metalls'bei der Verfestigung aufgrund einer Unterkühlung des Blockes auftreten.

Es wurde schon beobachtet, daß das auf die verfestigte Oberfläche des Blockes bei seinem Austritt aus der Kokille aufgebrachte Kühlmittel wirksame Kühlwirkung auf die Haut über eine Entfernung von ungefähr '2,5 cm (1") oberhalb der Höhe ausübt, an welcher es aufgebracht wird. Diese Entfernung ändert sich etwas mit einer Änderung der Gießgeschwindigkeit. Es wurde gefordert, daß durch Verwendimg von Wärmeisolierung in der Kokille, um das Metall außer Kontakt mit der gekühlten Kokillenwand zu halten bis es eine Höhe erreicht; in welcher die Haut fast allein durch die mittels des unter der Kokille aufgebrachten Kühlmittels abgezogene Wärme verfestigt werden könnte und daß so glattflächige Blöcke erzeugt werden könnten. (Dabei wird das Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des Blockes unterhalb der Kokille aufgebracht). Obwohl auf diese Weise glattflächige Blöcke hergestellt werden können,. sind die Ergebnisse nicht beständig.

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Kürzlich erst wurde vorgeschlagen, daß glattflächige Blöcke in Kokillen mit Gießaufsätzen hergestellt werden können, indem die Tiefe der gekühlten Kokille mit der Fallgeschwindigkeit des Gießens in Wechselbeziehung gebracht wird. Jedoch hat sich gezeigt, daß auch diese Anordnung unbeständige Ergebnisse bringt und daß in der Praxis bei einer Befolgung dieser Lehre sowohl Blöcke mit verschiedenen Formen von Oberflächenfehlern als auch einige glattflächige Blöcke erzeugt wurden.

Beim Gießen mit Gießaufsatz ("hot~top"mould casting), wie es kürzlich beim Stranggießen von Aluminium (einschließlich Aluminiumlegierungen) praktiziert wurde, wird ein Kopf aus geschmolzenem Metall in einen thermisch isolierten Gießaufsatz ("hot-vop") gehalten, der auf dem oberen Ende der gekühlten Gießkokille angeordnet ist und als obere Verlängerung einer solchen Kokille wirkt. Der Gießaufsatz hat eine flache Bodenfläche und gewöhnlich ,einen etwas kleineren Durchmesser als die gekühlte Kokille.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem sich Blöcke mit glatten Oberflächen durch Stranggießen herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gießgeschwindigkeit des Blockes im Verhältnis zur vertikalen Ausdehnung des reinen Kokillenabschnitts und zu einem spezifischen Bereich von Druckhöhen so ausgewählt werden, daß ein glattflächiger Block geschaffen wird.

Wird beim Stranggießen in dieser Art vorgegangen, so können erfolgreiche und reproduzierbare Ergebnisse bei der Herstellung glattflächiger Blöcke erzielt werden, indem die Kokillenlänge, die Fallrate (Gießgeschwindigkeit) und der metallostatische Kopf des im Gießaufsatz enthaltenen Metalls sorgfältig aufeinander abgestimmt werden.

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Der Grund für die Verwendung von Kokillen mit Gießaufsätzen für die Herstellung von Blöcken, durch Stranggießverfahren mit · direkter Kühlung hat normalerweise keine Beziehung zu den Oberflächenqualitäten des gegossenen Blockes. Bei dem· in herkammll- eher Weise (ohne Gießaufsatz) durchgeführten Verfahren wird geschmolzenes Metall von einem Warmhalteofen in eine geneigte Gießrinne gegossen, von wo es durch ein Tauchrohr in die Kokille läuft. Das untere Ende des Tauchrohrs wird durch einen Schwimmer gesteuert, um den Fluß des Metalls von der Rinne durch das Tauchrohr in die Kokille zu regeln. Diese Anordnung führt zu gewissen Turbulenzen im Metall, die zu erhöhter Bildung von Oxid · und folglich "Verlust an Metallreinheit führen. Insbesondere hat ,jedoch die Verwendung von Schwimmern utxci TauchPohren Kosten für ' Ersatzvorräte und Verzögerungen bei der Wartung der Kokille zwischen aufeinanderfolgenden Gießvorgängen zur Folge. Darüber· hinaus erfordern Schwimmer eine Handbetätigung zu Beginn des Gleßvorganges und können blockieren.

Wenn beim wirtschaftlichen Gießen mit einer mit einem Gießaufsatz ausgerüsteten Kokille im Gegensatz zum Stranggießen mit einer herkömmlichen Kokille gegossen wird, öffnet sich die Rinne direkt in den Gießaüfsätz und ist im wesentlichen waagerecht» so daß die Verwendung von Tauchrohren und Schwimmern vermieden wird und eine Verringerung des Zeitraums zwischen dem Gießen aufeinanderfolgender Blöcke ermöglicht wird. Ebenso werden Turbulenzen und zugehörige Oxiderzeugung vermieden. Es ist zu erkennen* daß die Hauptaufgabe bei der Verwendung eines Gießaufsatzes darin besteht, eine größere Produktivität der Gießmaschine in Verbißdung mit reinerem Metall zu erreichen, indem die Tauchrohr- und Schwimmersteuerung vermieden werden. Ein mehr oder weniger konstanter (jedoch notwendigerweise etwas veränderlicher) Kopf aus Metall wird durch Gießen des Metalls aus dem Warmhalteofen in ein im wesentlichen horizontales Rinnensystem erreicht, von

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welchem Zweige zu den einzelnen Gießaufsätzen führen, die so als Speicher für geschmolzenes Metall dienen. Im Betrieb liegt daher der metallostatische Kopf aus Metall oberhalb der Kokille innerhalb eines Bereiches von Vierten, die in erster Linie von der Höhe abhängen, in welcher die Rinne in den Gießaufsatz eintritt und weniger von der Höhe des Metalls, das durch den Bedienungsmann im Rinnensystem aufrechterhalten wird. Beim Stranggießen unter Verwendung von mit Gießaufsätzen ausgerüsteten Kokillen ist das Aufrechterhalten genau konstanter Metallköpfe in den Gießaufsätzen nicht leicht zu erreichen, während die Länge der gekühlten Kokille bei jedem gegebenen Vorgang eine Konstante ist und die Absenkgeschwindigkeit der Bodenplatte auf einen im wesentlichen konstanten Wert eingeregelt Karden kann. Daraus folgt, daß bei einer optimalen Anordnung die abgekühlte Kokillenlänge und die Gießgeschwindigkeit (Absenkgeschwindigkeit der Bodenplatte) so ausgewählt werden, daß innerhalb des erwarteten Bereiches des metallostatischen Kopfes im Gießaufsatz reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden.

Die bei früheren Güssen auftretenden Schwierigkeiten, bei welchen die'reine Kokillenlänge auf die Gießgeschwindigkeit abgestimmt war, bestanden darin, daß die gewählten Kombinationen dieser Bedingungen gegenüber allgemein großer aufgebrachter metallostatischer Köpfe nicht tolerant waren. Daher war es notwendig, eine Anzahl· besonderer Entwurfsmerkmale an der Verbindung von Gießaufsatz und Kokille zu verwenden, um die Wärmeübertragung an dieser Stelle zu beschränken oder zu steuern.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Kokille mit einem aufgesetzten Gießaufsatz während des Gießens,

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Fig. 2 die Wirkung von Gießgeschwindigkeit und Kokillenlänge auf die Blockoberfläche bei einer bestimmten Druckhöhe, und

Fig. 3 ein Diagramm der Wirkung der Kokillenlänge und des Druckes auf die Blockoberfläche bei verschiedenen Gießgeschwindigkeiten.

In Fig.- 1 ist eine Kokille der Art dargestellt, wie sie bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Die dort gezeigte Anordnung wird häufig als Niveaugießkokille (level-pour mould) bezeichnet. Bei dieser Anordnung ist die aus Metall bestehende Kokille 1 mit einer Wasserkammer zum Kühlen der Wand 3 und einem Wasserschlitz k versehen, durch welchen Wasser direkt auf die Oberfläche des aus der Kokille austretenden Blockes 5 aufgebracht wird. Ein wärmeisolierender Gießaufsatz 6 ist auf der Oberseite der wärmeleitenden Kokille 1 gelagert und das geschmolzene Metall tritt über eine Rinne 7 in den Gießaufsatz 6 ein.

Die reine Kokillenlänge wird durch die vertikale Erstreckung der Kokillenwand 3 bestimmt und ist während des Gießens unveränderlich. Die Gießgeschwindigkeit wird durch die Geschwindigkeit gesteuert,mit welcher die Bodenplatte 8 abgesenkt wird. Obwohl dies verschieden ist, ist es möglich, die Absenkgeschwindigkeit der Bodenplatte in engen Grenzen zu steuern, so daß die Gießgeschwindigkeit als vorwählbare Konstante betrachtet werden kann» Der metallostatische Kopf in dem Gießaufsatz 6 zum Waagrechtgießen hängt von der vertikalen Entfernung zwischen dem Boden, der Rinne 7 und der Oberseite der Kokille 1 plus der Tiefe des Metalls in der Rinne 7 ab und es hat sich beim praktischen Betrieb einer mit einer großen Anzahl von Kokillen ausgerüsteten Gießmaschine (wie es in der gegenwärtigen wirtschaftlichen Praxis üblich ist) herausgestellt, daß der Bedienungsmann Schwierigkeiten bei der Steuerung der Anlage hat, Änderungen bis zu

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ungefähr 2,5 cm (l") in der Höhe des Metalls in der Rinne 7 und dem Gießaufsatz 6 zu vermeiden.

Bei der Suche nach einer Erklärung für die unbeständigen Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn früheren Lehren für die Herstellung glattflächiger Blöcke durch Stranggießverfahren gefolgt wurde, wurde geschlossen, daß Oberflächenfehler in mit Gießaufsätzen ausgerüsteten Kokillen der oben erwähnten Art aufgrund des relativ großen metallostatischen Kopfes, der im Vergleich zu dem mittels eines Schwimmers und eines Tauchrohrs in herkömmlicher Weise erhaltenen Kopfes verwendet wird, auftreten könnten. Bei Versuchen, bei welchen der Spiegel des Metalls innerhalb des Gießaufsatsas mittels eines Schwimmers und eines Tauchrohrs (im Gegensatz zur wirtschaftlichen Praxis) im wesentliehen konstant gehalten wurde und wobei eine gekühlte Kokille mit einer reinen Länge von 3>75 om (1,5") verwendet wurde, wie sie bisher für das Gießen mit Gießaufsatz vorgeschlagen wurde, wurde gefunden, daß Blöcke mit zulässig glatten Oberflächen nur mit Druckhöhen von 5 cm (2^M) oder weniger Aluminium im Gießaufsatz erzielt werden können und daß qualitativ bessere Blöcke nur bei Druckhöhen von 2,5 cm (1") oder darunter erzeugt werden könnten, was zur wirksamen Verwendung eines mit Gießaufsatz arbeitenden Systems zu niedrig ist, wie aus der vorhergehenden Diskussion zu erkennen ist. Wenn eine Druckhöhe über 5 cm (2") verwendet wurde, wurde festgestellt, daß ungeachtet der Gießgeschwindigkeit oder anderer herkömmlich veränderlicher Aspekte der Gießpraxis Spannungsrisse("cold shuts")auftraten. Eine Druckhöhe von 10 cm (V) ist jedoch beim Gießen mit Gießaufsatz üblich und häufig werden größere Druckhöhen verwendet.

Im Verlauf weiterer Versuche wurde eine konstante Druckhöhe von 6,55 cm (2,5") aufrechterhalten, die oberhalb der minimalen Nominalhöhe liegt, welche beim praktischen Waagrechtgießen mit

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Gießaufsätzen verwendet werden kann, obwohl es in manchen Fällen möglich ist, eine Druckhöhe von nur 3,8 cm (1,5") zu verwenden» Bei diesen Versuchen-wurden gekühlte Kokillen verschiedener Längen zwischen 0,64 und .4,4 cm (1/4 und 1 3/4") in Verbindung mit Gießgeschwindigkeiten zwischen 7*5 und 30 cm/min. (3 und 12"/min«) untersucht und die Ergebnisse wurden in der Fig. 2 aufgezeichnet. Bei diesem Versuch berührte.das Kühlwasser die Blockoberfläche etwa 3 bis 5 mm (1/8 bis 3/16") unterhalb des unteren Randes der Kokille. Es wurde gefunden, daß.Gießen unter Bedingungen innerhalb (rechts) der Kurve A zu Blöcken führte, die zulässige Oberflächenfehler hatten, um sie als Strangpreßblöcke verkaufen zu können. Die besten Öberflächeneigenschaften wurden innerhalb des Bereiches zwischen der Linie B und der unteren Grenze der Kurve A erhalten.

In einer weiteren Versuchsreihe wurden die Wirkungen von Druckhöhen von 0,64 bis 15,24 cm (1/4 bis 6") in Verbindung mit gekühlten Kokillen verschiedener Längen zwischen 0,64 und 4,4 cm (1/4 bis 1 3/4") im Verhältnis zu Gießgeschwindigkeiten untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. 3 dargestellt, in welcher die Linien C, D, E und F die Grenzen der Bedingungen zeigen, innerhalb derer glattflächige Blöcke mit Gießgesehwindigkeiten von 10 cm/min., 15 cm/min., 20 cm/min, bzw. 25 cm/min» (4; 6; 8; bzw. 10"/min.) erhalten wurden. In jedem Fall wurden die Blöcke mit der glattesten Oberfläche bei Bedingungen in der Nähe der linken Grenze des von der Kurve eingeschlossenen Bereiches erhalten. Die Kurven G und H, welche teilweise, aus unvollständigen Daten extrapoliert sind, zeigen die Bedingungen der Druckhöhe und der Länge der gekühlten Kokille zur Erzeugung eines glattflächigen Blockes bei 9 cm/min, bzw. 13 cm/min. . (3 1/2 bzw. 5"/min.). Weil es in der Praxis sehr schwierig ist mit einer Druckhöhe von 5 cm (2^!f) oder weniger im Gießaufsati zu arbeiten, ist zu erkennen, daß der Betrieb mit einer

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Gießgeschwindigkeit unter ungefähr 10 cm/min. (4"/min.) nicht zufriedenstellend ist und daß es vorgezogen wird, höhere Gießgeschwindigkeiten zu verwenden. Es ist zu erkennen, daß bei entsprechender Einstellung der Länge der gekühlten Kokille glattflächige Blöcke mit Gießgeschwindigkeiten bis zu 40 cm/min. (16"/min.) und mit Druckhöhen im Bereich von 6,4- bis 10 cm (2 1/2 bis 4") erhalten werden können.

Diese Kurven wurden mit kreisförmigen reinen Kokillen von 15 cm (6") Durchmesser mit einer Aluminiumlegierung erhalten, welche 0,18 % Pe, 0,50 % Mg und 0,44 % Si enthielt, d.h. einer Standard-Magnesium-rSilicium-Legierung zur Herstellung von stranggepreßten Teilen. ' . ■ "

Bei mit der gleichen Legierung in Kokillen mit 11 cm (4,4 ") Durchmesser durchgeführten Versuchen wurde gefunden, daß glattflächige Blöcke bei einer Geschwindigkeit von 23 cm/min. (9"/min.) mit einer reinen Kokillenlänge von 0,95 bis 1,3 cm (3/8 bis 1/2") mit Druckhöhen im Bereich von 10 bis 15 cm (4 bis 6") erhalten werden, was in enger Übereinstimmung mit den Kurven E und P steht.

Ähnliche, mit anderen Legierungen erhaltene Kurven zeigen einige kleine Änderungen gegenüber den mit der oben erwähnten Legierung die in Fig. 3 dargestellt s^.nd. Diese Änderungen treten aufgrund der Änderungen der Wärmeleitfähigkeit der Legierung beim Übergang vom flüssigen zum festen Stadium auf. Eine höhere Wärmeleitfähigkeit des Metalls führt zur Forderung nach einer größeren Länge der reinen Kokille.

Die in Fig. 3 gezeigten Kurven ermöglichen es vorherzusagen, daß bei einer Gießgeschwindigkeit von 14 cm/min. (5 l/2"/rain.) in Verbindung mit einer Druckhöhe im Bereich von 6,4 bis 10 cm (2 1/2 bis 4"), wie sie typisch beim Gießen mit Gießaufsatz

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verwendet werden, glattflächige Blöcke bei dieser Geschwindigkeit mit gekühlten Kokillenlängen in der Größenordnung 2,2 cm (7/8") erhalten werden. Praktische Versuche bei 12,7 cm/min. (5"/min.) zeigen, daß glattflächige Blöcke mit gekühlten Kokillenlängen von 1,9 bis 2,2 cm (3/4 bis 7/8") erhalten werden, daß jedoch Spannungsrisse (cold shuts) zu erwarten sind, wenn die Kokillenlänge nur 1,6 cm (5/8") beträgt.

Aus der Kurve P könnte vorhergesagt werden, daß ein Block mit annehmbar glatter Oberfläche.unter einem Gießaufsatz unter Druckhöhenbedingungen mit höherer Gießgeschwindigkeit gegossen werden könnte, wenn eine gekühlte Kokillenlänge in der Größenordnung von 2,5 cm (1") verwendet wird. Dies wurde durch Gießen eines Blockes mit 28 cm/min. (ll"/min.) in einer Kokille mit einer gekühlten Länge von 1,9 cm (3/4") und einer Druckhöhe von 6,4 bis 10 cm (2 1/2 bis 4") bestätigt. Beim Stranggießen von Blöcken mittels einer Gießanlage, die mit Kokillen mit waagrecht gießenden Gießaufsätzen·ausgerüstet ist, liegt es wohl innerhalb der Grenzen der Fähigkeiten eines Bedienungsmannes die Druckhöhe innerhalb dieses Bereiches zu halten.

Eine Betrachtung der Fig. 3 und der obigen zusätzlichen Versuchsdaten zeigt, daß glattflächige Blöcke mit Gießgeschwindigkeiten von 14 cm/min. (5 l/2^TI/min.) und darüber hergestellt werden können, wenn Kokillen mit einer gekühlten Länge im Bereich von 1,9 bis 2,2 cm (35/4 bis 7/8") und Druckhöhenbedingungen verwendet werden, die für das Gießen mit mit Gießaufsatz ausgerüsteten Kokillen typisch sind, während annehmbar glattflächige Blöcke mit Gießgeschwindigkeiten von 15 cm/min. (6"/min.) und darüber erzeugt werden können, wenn Kokillen mit einer gekühlten Länge im Bereich von 1,3 bis 2,2 cm (l/2 bis 7/8") unter denselben Druckhöhenbedingungen verwendet werden.

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Aus den in Fig. 3 gezeigten Kurven kann ein festes Modell aufgebaut werden, aus welchem die Kombinationen von Druckhöhe, gekühlter Kokillenlänge und Gießgeschwindigkeit vorhergesagt werden können, bei welchen glattflächige Blöcke erzielt werden können.

Eine Betrachtung der Kurven C und D zeigt, daß beim Steigern der Gießgeschwindigkeit im Bereich von 10 auf 15 cm/min. (4 auf 6"/min.) die maximal zulässige Druckhöhe stark ansteigt. Es ist zu erkennen, daß die maximal zulässige Druckhöhe zur Erreichung glattflächiger Blöcke bei 10 cm/min. (4"/min.) ungefähr 6,4 cm (2 1/2") beträgt. Bei 8,9 cm/min. (3 l/2"/min.) Gießgeschwindigkeit ist es möglich, glattflächige Blöcke bei einer maximalen Druckhöhe von ungefähr 5 cm (2") und einer entsprechenden reinen Kokillenlänge zu erzielen. Die maximale Druckhöhe für glattflächige Blöcke steigt bis auf ungefähr 10 cm (4") bei 14 cm/min. (5 l/2"/min.). Wo es notwendig ist die Gießgeschwindigkeit zu beschränken, um ein Brechen in der Mitte zu verhindern, sollte daher die maximal mögliche Gießgeschwindigkeit verwendet werden und die reine Kokillenlänge und die Druckhöhe sollten unter Berücksichtigung des festen Modells ausgewählt werden, das aus den Kurven der Fig. 3 erhältlich ist.

Es ist zu erkennen, daß beim Ausrüsten eines Gießtisches zum Gießen mit Gießaufsatz dieser am besten mit Kokillen mit einer gekühlten Länge von 1,9 bis 2,2 cm (3/4 bis 7/8") ausgerüstet wird, weil diese Längen die größten Änderungen der Gießgeschwindigkeit im Bereich von 13 bis 30 cm/min. (5 bis 12"/min.) erlauben, wenn solche Gießgeschwindigkeiten akzeptabel sind. Wenn eine niedrigere Grenze der Gießgeschwindigkeit von 15 cm/min. (6"/min.) annehmbar ist, könnte man vorziehen, den Gießtisch mit Kokillen mit einer gekühlten Länge von 1,3 cm (1/2") auszurüsten, weil solche Kokillen wesentlich glattere Oberflächen bei den höheren Gießgeschwindigkeiten ergeben.

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Aus diesen Kurven ist zu erkennen, daß Druckhöhen bis zu 15 cm (6") bei Kokillenlängen im Bereich von 0,64 bis 1,9 cm (1/4 bis 3/4") verwendet werden können, wenn die Gießgeschwindigkeit bei 15 cm/min. (6"/min.) oder etwas darüber liegt (bis etwa 25 em/min. bzw. lO'Vmln»),

Der Mechanismus des Verfahrens beruht auf dem Gleichgewicht des abwärts gerichteten metallostatisehen Druckes, der das Metall an der Verbindung des Gießaufsatzes und der gekühlten Kokille gegen die Wand der Kokille nach außen drückt mit der kontrahierenden Kraft, welche von dem Kühlmittel unterhalb der Kokille ausgeübt wird, um den Metallmeniskus stabil zu halten.

Es wurde gefunden, daß bei einer Befolgung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein ziemlich weiter Spielraum im Überhang des Gießaufsatzes im Verhältnis zur Kokille ohne irgendwelche wesentliche Einwirkung auf die Oberfläche des gegossenen Blockes zulässig ist. So wurde gefunden, daß ein Überhang im Bereich von 0,j bis 5 cm (1/8 bis 2") zulässig ist. Es wurde auch gefunden, daß ein Spalt bis zu 0,25 mm (0,Ol") zwischen der gekühlten Kokille und dem Gießaufsatz zulässig ist.

Es ist einer der besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung, daß sie es„ermöglicht,glattflächige Blöcke allein durch Auswahl geeigneter Gießgeschwindigkeiten und gekühlter Kokillenlängen zur Verwendung mit Druckhöhen in Bereichen, die zum Waagrechtgleßen mit Gießaufsätzen praktikabel sind, herzustellen. Sie . macht es überflüssig, besondere Zusatzgeräte zur Steuerung der Meniskusstabilität zu verwenden.

Um das Gleichgewicht zwischen den Wirkungen der metallostatischeft Höhe und der Kühlung unterhalb der Kokille nicht zu stören, ist es sehr wünschenswert, jedes Stoßen des Blockes aufgrund einer

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Verdampfung von Wasser zwischen der Bodenplatte und dem Blockende zu vermeiden, insbesondere wenn das Blockende gerade aus der Kokille austritt. Es ist bekannt, daß das aufliegende Ende eines auf einem flachen Tisch gegossenen Blockes als Ergebnis der Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel unterhalb der Kokille etwas (konvex) gebogen wird. Als Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Bodenplatte mit einem etwas erhabenen Mittelbereich verwendet, um die Möglichkeit des Einschlusses von unterhalb der Kokille aufgegebenem Kühlwasser zwischen dem aufliegenden Ende des Blockes und der Bodenplatte zu verringern.

In Verbindung mit dem Gießen von Blöcken mit einem Durchmesser vonl5 cm (6") hat es sich als auereichend herausgestellt, die mittleren 7,5 cm (3") der Bodenplatte um 0,64 cm (1/4") im Verhältnis zum Umfang anzuheben.

Obwohl das Verfahren bei der Herstellung von Blöcken für andere Zwecke anwendbar ist, bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie auf die Herstellung runder Blöcke zum Strangpressen mit einem Durchmesser im Bereich von 7*5 bis 23 cm (3 bis 9"). Aluminiumblöcke zum Strangpressen werden gewöhnlich aus Aluminium-Magnesium-Slilicium-Legierungen der Art hergestellt, wie sie in Verbindung mit den in den Fig. 2 und 3 aufgezeichneten Versuchen erwähnt wurden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Blöcken mit glatten Oberflächen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Stranggießen mit direkter Kühlung, wobei geschmolzenes Metall in eine offenendige Kokille gegossen und Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des austretenden Blockes aufgebracht wird, wenn er aus der Kokille gezogen wird, welche aus einem unteren reinen Kokillenabschnitt zur Berührung mit dem geschmolzenen Metall zur Herstellung einer verfestigten äußeren Haut des austretenden Blockes · und einem wärmeisolierten Gießaufsatz zum Halten einer Menge geschmolzenen Metalls oberhalb des reinen Kokillenabschnitts der Kokille besteht, welcher eine flache Unterseite im wesentlichen normal zur Achse der Kokille aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgesphwindigkeit des Blockes im Verhältnis zur vertikalen Ausdehnung des reinen Kokillenabschnitts und zu einem spezifischen Bereich von Druckhöhen so ausgewählt werden, daß ein glattflächiger Block geschaffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reine Kokillenlänge und die Gießgeschwindigkeit so ausgewählt werden, daß eine Änderung der Druckhöhe von mindestens 2,5 cm (1") innerhalb eines Druckhöhenbereiches von 3*8 bis 15 cm (1 1/2 bis 6") zulässig ist.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhöhe des Metalls im Gießaufsatz auf einem Wert innerhalb des Bereiches von 6,4 bis 10 cm (2 1/2 bis 4") gehalten wird, daß die vertikale Ausdehnung des reinen Kokillenabschnitts der Kokille innerhalb eines Bereichs von 0,64 bis 2,5 cm (1/4 bis l") liegt, und daß die Gießgeschwindigkeit des Blockes im Bereich von 14 bis 40 cm/min. (5 1/2 bis l6^u/m±n,)

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liegt und im Verhältnis zur vertikalen Ausdehnung des reinen Kokillenabschnitts so ausgewählt ist, daß sie rechts der Kurve A in Fig. 2 liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwiridigkeit im Verhältnis zur vertikalen Ausdehnung des reinen Kokillenabsehnitts so ausgewählt wird, daß sie unterhalb der Kurve B in Fig. 2 liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckhöhe des Metalls im Gießaufsatz . innerhalb des Bereiches von 6,4 bis 15 cm (2 1/2 bis 6") gehalten viird, die vertikale Ausdehnung des reinen Kokillenabschnitts im Bereich von 1,3 bis 1,9 cm (1/2 bis 3/4") liegt, und daß die Gießgeschwindigkeit im Bereich von 15 bis 25 cm/min. (6 bis 10"/min.) liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwindigkeit 9 bis 30 cm/min. (3 1/2 bis 12"/min) beträgt, daß die Druckhöhe und die reine Kokillenlänge so ausgewählt werden, daß sie innerhalb öines festen Modells liegen, das aus den Kurven der Fig. 3 aufgebaut ist, und daß die Druckhb'he innerhalb des Bereiches von 3,8 bis 15 cm (1 1/2 bis 6") und die reine Kokillenlänge unterhalb 4,4 cm (1,75") liegen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Block ein runder Block mit einem Durchmesser im Bereich von 7,6 bis 23 cm (3 bis 9") ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus einer Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung hergestellt wird.

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