DE2842094C3 - Bewegliche Stranggießkokille für dehnungsempfindliche Metalle, insbesondere Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bewegliche Stranggießkokille für dehnungsenipfindliche Metalle, insbesondere Stahl, die quer zur Gießrichtung Vertiefungen aufweist

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, d. h. mit einer beweglichen Stranggießkokille, gebildet wird. Im letztgenannten Fall bildet eine Umfangsnut im Gießrad den einen Teil der Stranggießkokille, während ein die Nut abdeckendes umlaufendes Metallband den anderen Teil der Stranggießkokille 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 Kokillenwänden zu verhindern. Wegen der meist langen Berührungsphasen zwischen gegossenem Strang und den sich mit dem Gießstrang bewegenden Kokillenwänden ergeben sich 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 Werkstoffen 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.

Im »Handbuch des Straggießens« von Herrmann, S. 219, ist eine bewegliche Stranggießkokille zum Gießen von Leichtmetall, insbesondere von Reinaluminiumplattcn bekanntgeworden. Um die Oberfläche der Leichtmetallgußstücke zu verbessern und ihr Gefüge zu verfeinern sind in der Oberfläche der formgebenden Breitseiten der beweglichen Stranggießkokille parallel oder senkrecht zur Gießrichtung sichtbare Bearbeitungsriefen in einer Breite von 0,8 bis 1,5 mm vorgesehen, deren Wandungen untereinander einen Winkel von 60 Grad bis 90 Grad bilden.

ίο Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine bewegliche Stranggießkokille für dehnungsempfindliche Metalle, insbesondere Stahl, verfügbar zu machen, bei der die Ausbildung unzulässiger Längsspannungen und deren nachteilige Folgen im gegossenen Metallstrang, insbesondere Querrisse im Metallstrang, mit einfachen Mitteln verhindert werden.

Diese Aufgabe wirci bei einer Stranggießkokille der einleitend genannten Art dadurch gelöst, daß der Abstand der Vertiefungen oder Erhebungen in Strangabzugsrichtung unterhalb desjenigen Wertes liegt, bei dem während der Erstarrens des Stranges in der Stranggießkokille unzulässig hohe Schrumpfspannungen im Gußstrang auftreten.
Voieilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, den Strang während der Längsschrumpfung beim Abkühlen stellenweise an angrenzenden Kokillenwänden 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 Stranggießkokille begrenzenden Formwände abweichenden Oberflächenausbildung an einer oder an mehreren der Formwände realisiert werden. Derartige unregelmäßige Oberflächenformen können somit bei Gießrädern mit Gießband entweder auf der zylindrischen, innenliegenden Formwand, auf den konischen seitlichen Kokillenwänden oder auf dem Gießband angebracht sein. Bei Bandgießmaschinen können sie auf den beiden gegenüberliegenden Bändern oder auf den seitlichen Kokillenwänden angebracht sein. Die unregelmäßigen Oberflächenformen können hierbei in Form von Riffeln, Zacken, örtlichen Vertiefungen und Erhöhungen oder in ähnlicher Weise ausgebildet sein.

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

Die Erfindung wird durch Ausfuhrungsbeispiele an Hand von 11 Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Gießmaschine mit Gießrad von der Seite,

Fig. 2 den Querschnitt H-Il des Gießrades von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig.3 in schematischer Darstellung eine Bandgießmaschine von der Seite,

F i g. 4 und 5 in einer Seitenansicht und ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad mit punktförmi-

gen Vertiefungen in der zylindrischen innenliegenden Formwand.

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

F i g. 8 teilweise im Schnitt in einer Seitenansicht ein Gießrad, dessen zylindrische innenliegende KokiHenwand Querwellen aufweist,

Fig.9 einen vergrößerten Ausschnitt des Gießrades nach Fig.ö mit aufliegendem, im mittleren Bereich ebenfalls gewelltem Abdeckband,

F i g. 10 den Querschnitt X-X von F i g. 9,

F i g. 11 in schematischer Darstellung die Spannungsverhältnisse im Gußstrang.

F i g. 1 stellt schematisch in einer Seitenansicht eine Gießmaschine mit einem im Uhrzeigersinn drehbaren Gießrad 1 dar, das eine Umfangsnut 2 aufweist. Diese wird über einen durch einen Winkel 3 gekennzeichneten Umfangsbereich des Gießrades von einem Gießband 4 aus Stahl abgedeckt, wodurch in diesem Umfangsbereich eine Stranggießkokille 5 mit sich bewegenden Formwänden gebildet wird. Das Gießband 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 Stranggießkokille 5 zugeführt, kühlt sich innerhalb der mitlaufenden Formwände ab, erstarrt und verläßt als erstarrter Gußstrang 10 das Auslaßende U der Stranggießkokille 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 Stranggießkokille 5 verläßt. Der maximale Abstand zwischen derartigen Festhaltestellen des Stranges in Bewegungsrichtung der Kokillenwände, d. h. im vorliegeiiden Fall in Umfangsrichtung des Gießrades, ist durch die zulässigen Längsspannungen im Strang bestimmt.

Fig.2 stellt in vergrößertem Maßstab den Schnitt 11-11 von Fig. 1 dar. Es sind bei diesem Ausführungsbeispiel in sämtlichen vier Wänden der Stranggießkokille 5 Festhaltestellen für den Gußstrang 10 vorgesehen. In der zylindrischen inneren Wand 12 der Stranggießkokille, d. h. in der Bodenfläche der Umfangsnut 2 sind es örtliche Vertiefungen 13, in den Seitenwänden der Stranggießkokille 5, d. h. der Umfangsnut 2 des Gießrades 1, siAd es keilförmige Vorsprünge 14 und in der zylindrischen Außenwand der Stranggießkokille, die durch das Gießband 4 gebildet wird, sind es örtliche Erhebungen 15· In Umfangsrichtung des Gießrades sind die Vertiefung^ bzw. Erhebungen in solchem Abstand angeordnet, di*li sie der oben genannten Forderung genügen. Der Zulässige Abstand kann durch Versuche ermittelt werdtft

Die Unebenheiten in den Formwänden der Stranggießkokille sollen zwar gewährleisten, daß an den betreffenden Stellen der Strang sich nicht mehr in Längsrichtung gegenüber der Kokillenwand verschieben kann, sie sollen aber das Lösen des Stranges aus der Umfangsnut 2 am Auslaßende 11 der Stranggießkokille nicht wesentlich erschweren. Deshalb empfiehlt sich eine abgerundete Form von Erhebungen und Vertiefungen und bei den Seitenwänden, sofern hier überhaupt Festhaltestellen erforderlich erscheinen, eine Form der

ίο Unebenheiten, die die Ablösebewegung des Stranges aus der Umfangsnut berücksichtigt.

Fig.3 stellt schematisch in einer Seitenansicht eine Bandgießmaschine dar, bei der die Stranggießkokille 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 Stranggießkokille zugeführt, deren Kokillenwände 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 od. dgl. Werkstoffen zu vermeiden, in den Kokillenwänden 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 Gußstrang kann analog der an Hand der übrigen Beispiele beschriebenen Art ausgebildet sein.

Die F i g. 4 und 5 zeigen in einer Seitenansicht und ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad 41, bei dem in der Bodenfläche 42 der Umfangsnut verteilte örtliche Vertiefungen 43 entsprechend der Ausführungsform nach F i %. 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 Kokillenwände gegenüber diesen örtlich festzuhalten, solange dieser sich im Bereich der Stranggießkokille befindet, und andererseits ihn am Auslaßende der Stranggießkokille ohne wesentliche Behinderung freizugeben.

Der Abstand der Festhaltepunkte 43 ist in F i g. 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 Stranggießkokille unzulässig hohe Längsspannungen verhindert werden.

Die F i g. 6 und 7 stellen teilweise geschnitten in einer Seitenansicht und ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Gießrad 61 dar, bei dem in der Bodenfläche 62 der Umfangsnut verteilte örtliche Erhebungen 63 vorgesehen sind, deren Abstand 64 in Bewegungsrichtung der Kokillenwände ebenfalls den genannten Bedingungen genügt. Auch die Erhebungen können eine von der dargestellten Form abweichende Form haben, also kegelstumpfförmig, pyramidenstumpfförmig oder dergleichen ausgebildet sein.

Bei dem in den Fig.8 bis 10 dargestellten Beispiel einer erfindungsgemäßen Gießmaschine — F i g. 9 stellt einen vergrößerten Ausschnitt von F i g. 8 mit Gießband und Fig. 10 den Schnitt X-X von F i g. 9 dar — weist ein Gießrad 81 in der Grundfläche 82 seiner Umfangsnut eine wellenförmige Oberflächenstruktur auf. Es sind somit in der inneren zylindrischen Kokillenwand quer zur Umfangsrichtung des Gießrades verlaufende Vertiefungen 83 bzw. Erhebungen 84 vorgesehen. Das in

den Fig. 9 und 10 dargestellte Gießband 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 Umfangsnut 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 Gießbandes 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.

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

ίο 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.

Hierzu V Blatt zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bewegliche Stranggießkokille für dehnungsempfindliche Metalle, insbesondere Stahl, die quer zur Gießrichtung Vertiefungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (44,64)der Vertiefungen (13,43,83) oder Erhebungen (Ϊ4,15,63, 84) in Strangabzugsrichtung unterhalb desjenigen Wertes liegt, bei dem während des Erstarrens des Stranges (10, 87) in der Stranggießkokille (5, 38) unzulässig hohe Schrumpfspannungen in: Gußstrang auftreten.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (83) oder Erhebungen (84) linienförmig ausgebildet sind

3. Stranggießkokille nach \nspruch 1, gekennzeichnet durch geprägte Vertiefungen oder Erhöhungen im mittleren Bereich (86) eines eine formgebende Wand der Stranggießkokille bildenden Gießbandes (85).

4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine wellenförmige Ausbildung im mittleren Bereich des Gießbandes (85).