DE2842094A1

DE2842094A1 - Verfahren und giessmaschine zum kontinuierlichen giessen von metallstraengen

Info

Publication number: DE2842094A1
Application number: DE19782842094
Authority: DE
Inventors: Johann Heinrich Rhode
Original assignee: Korf Engineering GmbH
Current assignee: Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Priority date: 1978-09-27
Filing date: 1978-09-27
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2842094B2; FR2437257A1; JPS5827019B2; GB2031766A; GB2031766B; IT1119850B; IT7950293A0; FR2437257B1; DE2842094C3; JPS5545600A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Gießmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind seit langem Stranggießverfahren für Metallstränge bekannt, bei denen der Strang in einer Stranggießform mit sich mit dem Gießstrang bewegenden Formwänden, z. B. durch zwei Metallbänder mit seitlichen Begrenzungen oder durch ein Gießrad mit abdeckendem Metallband gebildet wird. Im letztgenannten Fall bildet eine Umfangsnut im Gießrad den einen Teil der Stranggießform, während ein die Nut abdeckendes umlaufendes Metallband den anderen Teil der Stranggießform bildet. Die genannten Gießverfahren sind vor allen Dingen zur Herstellung von Kupfer- und Aluminiumsträngen stark verbreitet. Es ist üblich, durch Schmierung, d. h. durch Zusatzstoffe wie öl oder Ruß das Anbacken des flüssigen Metalls an den Formwänden zu verhindern. Wegen der meist langen Berührungsphasen zwischen gegossenem Strang und den sich mit dem Gießstrang bewegenden Formwänden ergeben sich

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jedoch ungünstige Bedingungen für die Längsschrumpfung des Stranges. Diese führen dazu, daß sich bezüglich der Schrumpfung bei weit auseinander liegenden Zonen hoher Reibung die Längsspannungen so weit aufbauen können, daß die zulässige elastische Dehnung der erstarrten oder in Erstarrung befindlichen Schale des gegossenen Stranges überschritten wird und sich daher Querrisse im Material ergeben. Diese Erscheinung ist zwar normalerweise nicht bei Kupfer und Aluminium, also bei den Materialien zu beobachten,bei denen bisher die genannten Gießverfahren überwiegend eingesetzt wurden. Sie tritt aber in starkem Maße bei dehnungsempfindlichen Metallen bzw. Metallen, deren Duktilität wesentlich kleiner als die von Kupfer ist, auf. Insbesondere ist sie beim Gießen von Stahl

und von Metallegierungen zu beobachten, die zu einer stark kristallinen Struktur neigen.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, bei einem Verfahren der einleitend genannten Art die Ausbildung unzulässiger Längsspannungen und deren nachteilige Folgen im gegossenen Metallstrang, insbesondere Querrisse im Metallstrang, mit einfachen Mitteln zu verhindern. Ziel der Erfindung sind ferner Gießmaschinen, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruches 1, die erfindungsgemäße Gießmaschine durch die

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Merkmale des Anspruches 6 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Gießmaschine sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, den Strang während der Längsschrumpfung beim Abkühlen stellenweise an angrenzenden Formwänden zu fixieren und den Abstand dieser Festpunkte so klein zu wählen, daß zwischen ihnen keine unzulässigen Spannungen und damit Risse auftreten können. Die Schrumpfspannungen werden damit über eine größere Länge des Stranges gleichmäßig verteilt, so daß örtliche,unzulässig hohe Spannungsspitzen vermieden werden können.

Solche Festpunkte bzw. Festhaltestellen des Stranges können durch eine von der glatten Oberflächenform der die Stranggießform begrenzenden Formwände abweichenden Oberflächenausbildung an einer oder an mehreren der Formwände realisiert werden. Derartige unregelmäßige Oberflächenformen können somit bei Gießrädern mit Abdeckband entweder auf der zylindrischen, innen liegenden Formwand, auf den konischen seitlichen Formwänden oder auf dem Abdeckband angebracht sein. Bei Bandgießmaschinen können sie auf den beiden gegenüberliegenden Bändern oder auf den seitlichen Formwänden angebracht sein. Die unregelmäßigen Oberflächenformen können hierbei in Form von Riffeln, Zacken, örtlichen Vertiefungen und Erhöhungen oder in ähnlicher Weise ausgebildet sein. Soweit die Unregel-

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mäßigkeiten der Oberflächenform auf der Bandseite der Stranggießform aufgebracht sind, können sie durch entsprechendes Prägen des Bandes erzeugt werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß ein dichter Abschluß der Stranggießform gewährleistet bleibt, d. h. die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche müssen bei dem Abdeckband eines Gießrades in Querrichtung auf den Bereich des Gießformhohlraumes beschränkt werden.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 11 Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine

Gießmaschine mit Gießrad von der Seite,

Fig. 2 den Querschnitt II-II des Gießrades

von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Band

gießmaschine von der Seite,

Fig. 4 und 5 in einer Seitenansicht und ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad mit punktförmigen Vertiefungen in der zylindrischen innenliegenden Formwand,

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Fig. 5 und 7 teilweise geschnitten in einer Seitenansicht und abschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad mit punktförmigen Erhebungen in der zylindrischen • innenliegenden Formwand,

Fig. 8 teilweise im Schnitt in einer Seiten

ansicht ein Gießrad, dessen zylindrische innenliegende Formwand Querwellen aufweist,

Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt des Gieß

rades nach Fig. 8 mit aufliegendem, im mittleren Bereich ebenfalls gewelltem Abdeekband,

Fig. 10 den Querschnitt X-X von Fig. 9,

Fig. 11 in schematischer Darstellung die Span

nungsverhältnisse im Gießstrang bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 stellt schematisch in einer Seitenansicht eine Gießmaschine mit einem im Uhrzeigersinn drehbaren Gießrad 1 dar,

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das eine Umfangsnut 2 aufweist. Diese wird über einen durch einen Winkel 3 gekennzeichneten Umfangsbereich des Gießrades von einem Abdeckband 4 aus Stahl abgedeckt, wodurch in diesem ümfangsbereich eine Stranggießform 5 mit sich bewegenden Formwänden gebildet wird. Das Abdeckband 4 wird durch Umlenk- und Spannrollen 6 geführt und an den äußeren Umfang des Gießrades 1 angedrückt. Die erforderliche Kühlung erfolgt in bekannter Weise durch nicht dargestellte Wasserspritzdüsen innerhalb und außerhalb des Gießrades. Das geschmolzene Metall wird von einem Gießtrog 7 über eine Ausgußdüse 8 kontinuierlich dem Einlaßende 9 der Stranggießform 5 zugeführt, kühlt sich innerhalb der mitlaufenden Formwände ab, erstarrt und verläßt als erstarrter Metallstrang 10 das Auslaßende 11 der Stranggießform 5.

Wird mit einer bekannten Gießmaschine dieser Art ein Stahlstrang gegossen, dann kann dieser je nach Gießgeschwindigkeit und Abkühlungsgeschwindigkeit Querrisse aufweisen, die eine Folge unzulässig hoher Schrumpfspannungen im Stahl sind. Zur Vermeidung dieser Fehler weist wenigstens eine der sich bewegenden Formwände bei der erfindungsgemäßen Gießmaschine Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, durch die die gegenseitige Lage zwischen dem Strang und der betreffenden Formwand an diesen Stellen solange fixiert wird, bis der erstarrte Strang das Auslaßende 11 der Stranggießform 5 verläßt. Der maximale Abstand zwischen derartigen Festhaltestellen des

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Stranges in Bewegungsrichtung der Formwände, d. h. im vorliegenden Fall in Umfangsrichtung des Gießrades, ist durch die zulässigen Längsspannungen im Strang bestimmt.

Fig. 2 stellt in vergrößertem Maßstab den Schnitt II-II von Fig. 1 dar. Es sind bei diesem Ausführungsbeispiel in sämtlichen vier Wänden der Stranggießform 5 Festhaltesteilen für den Strang 10 vorgesehen. In der zylindrischen inneren Wand 12 der Stranggießform; d. h. in der Bodenfläche der Umfangsnut 2 sind es ■ örtliche Vertiefungen 13, in den Seitenwänden der Stranggießform 5, d. h. der Umfangsnut 2 des Gießrades 1, sind es keilförmige Vorsprünge 14 und in der zylindrischen Außenwand der Stranggießform, die durch das Abdeckband 4 gebildet wird, sind es ört- ■ liehe Erhebungen 15. ϊη umfangsrichtung des Gießrades sind die Vertiefungen bzw. Erhebungen in solchem Abstand angeordnet, daß sie der oben genannten Forderung genügen. Der zulässige Abstand kann durch Versuche ermittelt werden.

Die Unebenheiten in den Formwänden der Stranggießform sollen zwar gewährleisten, daß an den betreffenden Stellen der Strang sich nicht mehr in Längsrichtung gegenüber der Formwand verschieben kann, sie sollen aber das Lösen des Stranges aus der Umfangsnut 2 am Auslaßende 11 der Stranggießform nicht wesentlich erschweren. Deshalb empfiehlt sich eine

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abgerundete Form von Erhebungen und Vertiefungen und bei den Seitenwänden, sofern hier überhaupt Festhaltestellen erforderlich erscheinen, eine Form der Unebenheit, die die Ablösebewegung des Stranges aus der Umfangsnut berücksichtigt.

Fig. 3 stellt schematisch in einer Seitenansicht eine Bandgießmaschine dar, bei der die Stranggießforrci durch zwei umlaufende Stahlbänder 30 und 31 sowie durch Seitenbegrenzungen 32 gebildet wird. Mit 33 sind Umlenk- und Spannrollen und mit 34 Stützrollen bezeichnet. Das flüssige Metall wird durch einen Gießtrog 35 dem Einlaßende 36 der Stranggießform zugeführt, deren Formwände sich mit dem Gießstrang bewegen und verläßt das Auslaßende 37 als erstarrter Metallstrang. Auch hier werden um die oben genannten Nachteile beim Gießen von Stahl oder dergleichen Materialien zu vermeiden, in den Formwänden Vertiefungen und/ oder Erhebungen vorgesehen, wobei sich zu diesem Zweck insbesondere das Stahlband 30 oder das Stahlband 31 oder auch beide eignen. Die Art der Festhaltestellen für den Gießstrang kann analog der anhand der übrigen Beispiele beschriebenen Art ausgebildet sein.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in einer Seitenansicht und ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad 41, bei dem in der Bodenfläche 4 2 der Umfangsnut verteilte örtliche Ver-

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tiefungen 43 entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2 vorgesehen sind. Obwohl hier die Vertiefungen in Form von Kugelabschnitten ausgebildet sind, können auch kegelstumpfförmige, pyramidenstumpfförmige, rillenförmige oder andersartige Vertiefungen gewählt werden, wenn sie nur den genannten Forderungen entsprechen, nämlich einerseits den Strang in Bewegungsrichtung der Formwände gegenüber diesen örtlich festzuhalten, solange dieser sich im Bereich der Stranggießform befindet, und andererseits ihn am Auslaßende der Stranggießform ohne wesentliche Behinderung freizugeben.

Der Abstand der Festhaltepunkte 43 ist in Fig. 5 mit 44 bezeichnet. Er darf das oben genannte Maß nicht überschreiten,

d. h. höchstens so groß sein, daß beim Erstarren des Strangs in der Stranggießform unzulässig hohe Längsspannungen verhindert werden.

Die Fig. 6 und 7 stellen teilweise geschnitten in einer Seitenansicht und ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad 61 dar, bei dem in der Bodenfläche 6 2 der ümfangsnut verteilte örtliche Erhebungen 63 vorgesehen sind, deren Abstand 64 in Bewegungsrichtung der Formwände ebenfalls den genannten Bedingungen genügt. Auch die Erhebungen können eine von der dargestellten Form abweichende Form haben, also kegelstumpfförmig, pyramidenstumpfförmig oder dergleichen ausgebildet sein.

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Bei dem in den Fig. 8 bis 10 dargestellten Beispiel einer erfindungsgemäßen Gießmaschine - Fig» 9 stellt einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 8 mit Abdeckband und Fig. 10 den Schnitt X-X von Fig. 9 dar - weist ein Gießrad 81 in der Grundfläche 8 2 seiner ümfangsnut eine wellenförmige Oberflächenstruktur auf. Es sind somit in der inneren zylindrischen Formwand quer zur Umfangsrichtung des Gießrades verlaufende Vertiefungen 83 bzw. Erhebungen 84 vorgesehen. Das in den Fig. 9 und 10 dargestellte Abdeckband 85 ist in seinem mittleren Bereich 86 (vgl. Fig. 10) ebenfalls wellenförmig ausgebildet, die maximale Breite dieses mittleren Bereiches 86 ist durch die Breite der Ümfangsnut im Bereich des äußeren Durchmessers des Gießrades bestimmt, denn es muß gewährleistet sein, daß die sich an den mittleren Bereich 86 zu beiden Seiten anschließenden äußeren Bereiche des Abdeckbandes dichtend an die Außenfläche des Gießrades anschließen können. Bei dieser Form der Unebenheit ist ein besonders gutes Lösen am Auslaßende der Stranggießform gewährleistet. Die Wellung im mittleren Bereich des Abdeckbandes 85 ist geprägt, so daß sich dieses Band kostengünstig herstellen läßt.

Fig. 11 veranschaulicht schematisch die Spannungsverhältnisse im Strang während des Abkühlens und Schrumpfens, solange sich der Strang noch in der Stranggießform befindet. Die Oberflächenstruktur der Stranggießform ist entsprechend der

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Gießmaschine nach den Fig. 8 bis 10 ausgebildet. Zur Verdeutlichung sind die Größenverhältnisse stark verzerrt
dargestellt. Die im Strang 87 auftretenden Spannungen sind durch Pfeile 88 bis 91 angedeutet. Im Bereich zwischen den Pfeilen 88 und 89 entstehen durch das Schrumpfen im Strang 87 Längsspannungen, die durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen den Abstützpunkten unterhalb der zulässigen Grenze gehalten werden müssen.

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Claims

284209*// BLUMBACH -WESER · BERGEN . KRAMER /J ZWIRNER· HIRSCH . BREHM. PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN I c,,ff nilil] .^,./l(:ü -,-... Patentconsull Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/88360* TelexO5-212313 Telegrernnie Patentconsult Patentconsult Sonnenborger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult Korf Engineering GmbH 78/0110 Düsseldorf 1 Neusser Straße 111 Verfahren und Gießmaschine zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen aus einem dehnungsempfindlichen Metall, insbesondere aus Stahl, in einer Stranggießform mit sich mit dem Gießstrang bewegenden Formwänden, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstrang (10, 87)

München: R. Kramer Dipl.-lng. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipt.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phll. nat. Wiesbaden: P.C. Blumbach Dipl.-lng. · P. Bergen Dipl.-lng. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-lng. Dlpl.-W.-Ing.

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beim Erkalten während des Transportes in der Stranggießform (5, 38) in Längsrichtung an mehreren Stellen seiner Oberfläche von wenigstens einer der sich bewegenden Formwände (2, 4;. 3O₇ 31, 32; 42;' 62; 82, 85) formschlüssig festgehalten wird und der Abstand (44,-64) dieser Festhaltestellen (13, 14, 15; 43; 63; 83; 84) unterhalb des Wertes liegt, bei dem während des Erkaltens des Metallstranges in diesem unzulässig hohe Schrumpfspannungen auftreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Festhaltestellen unterhalb des Wertes liegt, bei dem durch unzulässige Schrumpfspannungen bedingte Risse auftreten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

gekennzeichnet durch die Verwendung eines Schmiermittels zur Verminderung der Reibung zwischen den Festhaltesteilen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstrang durch quer zu seiner Achse verlaufende, linienförmige Vertiefungen (83) und/oder Erhebungen (84) formschlüssig festgehalten wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstrang durch verteilte örtliche Vertiefungen (13, 43) und/oder Er-

* hebungen (14, 15; 63)' formschlüssig festgehalten wird.

6. Gießmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Stranggießform mit sich mit dem Gießstrang bewegenden Formwänden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der sich bewegenden Formwände (2, 4; 30, 31, 32; 42; 62; 82, 85) Vertiefungen (13, 43, 83) und/oder Erhebungen (14, 15, 63, 84) aufweist,' deren Abstand (44, 64) in Bewegungsrichtung der Formwände unterhalb des Wertes liegt, bei dem während des Erkaltens in der Stranggießform (5, 38) unzulässig hohe SchrumpfSpannungen im Metallstrang (10, 87) auftreten.

7. Gießmaschine nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (83) und/ oder Erhebungen (84) linienförmig und quer zur Bewegungsrichtung der Formwände (82) angeordnet sind.

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8. Gießmaschine nach Anspruch 6 oder 7, .

dadurch gekennzeichnet, daß über die Oberfläche der Formwand verteilte örtliche Vertiefungen' (13, 43) und/ oder Erhebungen (63) vorgesehen sind. -.

9. Gießmaschine nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen bzw. Er- hebungen in Form eines Kugelabschnittes, eines Kegel-..· abschnittes, eines Kegelstumpfes, einer Rille bzw. einer Rippe ausgebildet sind.

10. Gießmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der wenigstens eine Formwand durch ein metallisches Abdeckband gebildet ist,

gekennzeichnet durch geprägte Vertiefungen und/oder Erhebungen im mittleren Bereich (86) des Abdeckbandes (85).

11. Gießmaschine nach Anspruch 10,

gekennzeichnet durch eine wellenförmige Ausbildung im mittleren Bereich des Abdeckbandes (85).

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