DE2854144A1

DE2854144A1 - Vorrichtung zum horizontalen stranggiessen

Info

Publication number: DE2854144A1
Application number: DE19782854144
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Morianz
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: SE7812979L; DE2854144C2; FR2416753B1; FR2411658A1; GB2010147A; GB2010147B; ZA787100B; CH625437A5; CA1143127A; PT68930A; ES476101A1; IT7831021A0; IT1101223B; NL7812324A; AU4269078A; AU519021B2; ATA904678A; US4211275A; NO154380B; AT362087B

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis

Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen

FPA- Dy/bk
12.12.78 - 1185 -

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Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen/ insbesondere von Aluminium und seinen Legierungen, mit einem Giesstrog, Vorherd oder dgl. in dessen Wandung, nahe dem Boden, eine Giessöffnung vorgesehen ist, an welche als Uebergang zu einer Kokille, in Giessrichtung, eine im unteren Teil einer scheibenartigen Düse angeordnete Düsenöffnung anschliesst.

Im allgemeinen bestehen die beim horizontalen Stranggiessen verwendeten Bauteile für das Schmelzezufuhrsystem aus feuerfesten Werkstoffen und können bei einigen Ausführungen durch Graphit oder entsprechend isolierte, gegebenenfalls plasmabeschichtete Metalldüseneinsätze ergänzt werden. Die Giessöffnung selbst ist nahe am Boden des Vorherdes bzw. des Giesstroges angeordnet und geht in die in Einbaulage der Düse in deren unteren Teil vorgesehene Düsenöffnung über; Ausnahmen bilden Eingiess-Systeme für Spezialprofile - beispielsweise U-Schienen, Rohre, Kastenprofile - sowie der zentrale Einguss mit eingebauten Schikanen.

Für das Rundbolzengiessen besteht der sogenannte Giesskopf bekanntermassen aus einer von der Giessöffnung kanalartig durchzogenen feuerfesten Auskleidung, der die Düse als Scheibe mit kreisrunder Düsenöffnung nachgeschaltet ist. Das Metall tritt vom Giesstrog durch diese Düsenöffnung in die Kokille, wobei die Düsenöffnung infolge ihrer Lage mit der Kokilleninnenfläche einen abrupten Uebergang bildet. Derartige Systeme sind nur für gewisse Produkte mit normalen Qualitätsanforderungen einsetzbar, da häufig Oberflächenfehler entstehen, beispielsweise Unterschiede in der Qualität von Barrenober- und Barrenunterseite, offener oder versteckter Kaltlauf, - besonders im oberen Bereich - Vorlauf, Ausschwitzungen, Rauheiten und Oberflächenseigerungen. Im Barreninnern

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treten Nester und sogenannte Marmorierungen, Innenrisse und Lunker auf. Auch konnte ein inhomogenes Gefüge in Form zwiebelschalenartiger Erstarrungsringe, eines unsymmetrischen Sumpfes mit Rastmarkierungen und die Tendenz zur Fiederkristall bildung festgestellt werden. Somit kann hier eine gleichmässige Qualität nicht gewährleistet werden.

Auch ist durch die US-PS 3 381 741 ein einfacher teilkreisbogenartig geformter Schlitz als Düsenöffnung in der Wand eines Giesstroges bekannt geworden, dem jedoch ebenfalls die geschilderten - und weitergehende - Nachteile anhaften.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art unter Meidung der erkannten Mangel zu verbessern und insbesondere die Herstellung von fehlerlosen strukturarmen Bolzen mit einwandfreier Oberfläche durch horizontales Stranggiessen zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe bei Rundbolzen oder dgl. führt, dass die Oeffnung der Düse als in Ansicht etwa bananenförmiger oder mundartiger, d.h. sich zu seinen Enden hin verjüngenden Schlitz mit wenigstens einem etwa teilkreisartig gekrümmten Konturenteil ausgebildet und zumindest im Bereich der vertikalen Düsenmittelebene in Giessrichtung mit einer geneigten Ablauffläche versehen ist, welche in die Kokilleninnenfläche stufenlos einläuft.

Im Vergleich zu den bisherigen Ausführungsarten des Horizontalstranggiessens, bei denen infolge der Geometrie des Metallzuführungssystems ein künstlicher Meniskus auftritt und deshalb Aenderungen von Giessparametern - beispielsweise den Kaltlauf beim vertikalen Stranggiessen normalerweise eliminierende höhere Giessgeschwindigkeiten oder Giesstemperaturen - nicht helfen, wird mit der erfindungsgemässen Vorrichtung der Metallübergang von der Düse zur Kokille durch

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die diffusorartige, die Ablauffläche anbietende Ausgestaltung des Düsenschlitzes bzw. der Düsenöffnung und den direkten Anschluss der Kokilleninnenfläche an die Ablauffläche unter Vermeidung einer Meniskusbildung stufenlos geführt und auf diese Weise verbessert. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der günstige Bereich für den Winkel der Düsenablauffläche zwischen 0 und 45 ,vorzugsweise zwischen 10 und 35 , wobei der untere Grenzwert von 0 nur für den Anfang- und den Endbereich der Ablauffläche in Betracht kommt, und der obere Grenzwert von 45 sowie die bevorzugten Grenzen von 10 und sich auf die mittlere Neigung über die Gesamtlänge der Ablauffläche beziehen.

Als günstig hat es sich erwiesen, die der Kokille zugewandten Fläche des Düsenkörpers auszuhöhlen und zwar über eine solche Weite, dass die freie Kante der Hohlraumwandfläche ringsum bündig mit der Kante der Kokilleninnenfläche zu liegen kommt. Diese Hohlraumwandfläche, die für die Schmelze als Anströmfläche zur Kokille hin dient, ist vorteilhafterweise konisch ausgebildet und steht in einem Winkel von höchstens 45 , vorzugsweise von 10 bis 35 zur Längsachse der Giessvorrichtung, und damit zur Kokilleninnenwand. Zweckmässigerweise wird diese koniscjhe Fläche über eine Krümmung, z.B. kreisbogenförmigen Querschnitts, zur Hohlraumbodenfläche überführt. Diese letzte Fläche kann plan oder konkav gewölbt sein und bildet die eigentliche Stirnfläche des Düsenkörpers. Es ist auch möglich die Hohlraumwandfläche gänzlich durch eine Krümmung zu bilden. Die Tangente an diese Fläche in unmittelbarer Nähe der Kokille hat dann den Winkel von 0 - 45 , vorzugsweise von 10 bis 35 zu bilden. Generell kommt der Wert 0 höchstens für die letzten Millimeter der Hohlraumwandfläche in der Nähe der Kokille in Betracht. Der beschriebene Hohlraum wirkt als warmes Schmelzreservoir vor dem Kokilleneintritt. Durch die besondere Gestaltung der als Anströmfläche wirkende Hohlraumwandung, die stufenlos in die Kokilleninnenwand übergeht, wird ein Abheben der Metallschmelze und somit die Bildung eines künstlichen Miniskus ringsum verhindert. Durch diese beiden Massnahmen wird und zwar auch bei schwergiessbaren Legierungen, Kaltlauf vermieden

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und es wird eine weitgehende Reduzierung der Oberflächenfehler erreicht; es entsteht eine gleichmässige, glatte und kaltlauf freie Bolzenoberfläche ohne Oberflächenaufreisser, Oxydeinschlüsse oder Oxydhäute. Durch die für das Giessen von Rundbolzen oder dgl. geeignete bananenförmige Ausbildung des Düsenschlitzes wird eine gezielte örtlich differenzierte Metallzufuhr erreicht, nämlich es wird in den Bereich der vertikalen Symmetrieebene des Bolzens, wo oben und unten die Oberflächen- und Strukturfehler am ehesten auftreten, mehr Metall und damit auch mehr Wärme zugeführt als in die Seitenbereiche.

Innerhalb der Dicke des Düsenkörpers hat wie bereits erwähnt die Ablauffläche der Düsenöffnung eine Neigung in Giessrichtung aufzuweisen; bei Vorhandensein des obenerwähnten Hohlraums bildet vorteilhafterv/eise dessen als Anströmfläche dienende Wandfläche den äusseren Bereich der Ablauffläche. Vorteilhafterweise bildet die Ablauffläche im Längsschnitt eine langgezogene S-Kurve. Ueber den Rest des Umfangs des Schlitzes geht dessen Wand, auf der Auslaufseite, über eine Rundung in die Stirnfläche des Düsenkörpers über. Wenn auch bei diesem von der kalten Kokille entfernten Stellen kein Kaltlauf zu beiNirchten ist, so bewirken diese.Rundungen eine ruhige laminare Strömung ohne störende Turbulenzen, welche im oberen Teil des Giessbolzens zu Fehlern führen wurden.

Insbesondere verhindert die beschriebene bananenförmige gewählte Ausbildung des Düsenschlitzes mit geneigter Ablauffläche die Bildung von Nestern sowie von Bereichen unterschiedlichen Gefüges über dem Bolzenquerschnitt, die sich bei konventionell gegossenen Bolzen feststellen lassen, nämlich in Form eines gleichmässigen Gefüges mit relativ wenig Struktur in der oberen Bolzenhälfte darunter eine Zone mit Marmorierung und ferner von einer noch tieferliegenden Zone mit Nestern speziell im unteren Randbereich.

Die günstige Wirkung des bananenförmigen Düsenschlitzes

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AO - *Γ-

mit geneigter Ablauffläche in Verbindung mit dem Hohlraum der Düsenstirnseite lässt sich nach einer Weiterentwicklung der Erfindung noch dadurch erhöhen, dass die Giessöffnung des Giesstroges zu dessen Innenseite hin eine querschnittlich trompetenartige Einlaufmündung aufweist, wobei die untere Längsschnittkontur der Giessöffnung eine über dem Niveau des Trogbodens liegende Wölbung bildet.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die obere Längsschnittkontur der trompetenartigen Einlaufmündung der Form einer Hälfte einer Kettenlinien angenähert.

Vorteilhafterweise liegt die Giessöffnung mit trompetenartiger Einlaufmündung in einem gesonderten - also lösbaren - Bauteil des Giesstroges, das sich jederzeit problemlos auswechseln lässt, insbesondere wenn eine Oeffnung anderen Querschnitts benötigt wird. Auch hat es sich als handhabungsgünstig erwiesen, das von der Giessöffnung durchsetzte Bauteil aus feuerfestem Werkstoff mit der Düse und gegebenenfalls auch mit der Kokille zu einer Einbaueinheit zusammenzufassen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 den teilweise geschnittenen Längsschnitt durch eine Anlage zum horizontalen Stranggiessen;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrösserte Schrägsicht gemäss Pfeil III in Fig. 1;

Fig. 3 ein gegenüber Fig. 1 vergrössertes Detail zu einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 die Draufsicht auf einen Teil der Fig. 3 entsprechend deren Pfeil V;

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Fig. 5 die Draufsicht auf eine vergrösserte dargestellte Düse mit schlitzartiger Düsenöffnung;

Fig. 6 den Querschnitt durch Fig. 5 nach deren Linie VII VII;

Fig. 7 die Skizze eines Teiles eines Polarkoordinatensystems zur Berechnung der in Fig. 8 wiedergegebenen geschlossenen Kurve;

Fig. 8 die gegenüber Fig. 5 vergrösserte Kontur der Düsenöffnung;

Fig. 9 den schematischen vergrösserten Längsschnitt durch einen Teil der Düse.

Eine Anlage zum strukturarmen Horxzontalstranggxessen von Barren oder Bolzen B weist einen Giesstrog G sowie einen dessen Giessöffnung/en 1 nachgeschalteten Förderteppich 2 aus quer zur Giessrichtung t verlaufenden Tragprofilen 3 auf, welche von laschenartigen Gliedern 4 zweier Ketten 6 in Giessrichtung t gezogen werden. Der Antriebsstern 7 für die Ketten 6 ist am*" trogfernen Ende des Förderteppichs 2 angeordnet; zur Giessöffnung 1 hin wird das gegen die Giessrichtung t laufende Kettenuntertrum 6 angehoben und zwischen zwei Führungssternen 8,9 im Bereich einer - in Horizontalprojektion gemessenen - Länge m in einem Steigungswinkel w von etwa 30° angehoben. Nach dem üeberfahren des Zenites 10 des oberen Führungssternes 9 laufen die nunmehr von Kettenobertrum 6, gezogenen Trägerprofile 3 auf mehrere in Giessrichtung t liegende Schienen 11, die ihrerseits auf I-Trägern 12 ruhen. Zur Verminderung der Reibung zwischen den Schienen 11 und den Trägerprofilen 3 sind letztere mit einer Gleitschicht versehen.

Die Wände 20 des Giesstroges G sind - unter Zwischenschaltung

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der Isolierung 21 - mit einer Schicht 22 aus feuerfestem Werkstoff ausgekleidet, ebenfalls wird der Trogboden 23 von einer feuerfesten Schicht gebildet, über deren Oberfläche die - in der Zeichnung nicht dargestellt - Schmelze der/den Giessöffnung/en 1 zufliesst.

Die dem Giesstrog G zugeordnete Giessöffnung 1 einer Länge η befindet sich in einer Einbaueinheit 27 aus feuerfestem Material, deren äusserer Teil 28 zwischen Stahlrippen 29 sitzt. Diesem äusseren Teil 28 ist eine scheibenförmige Düse 30 vorgesetzt, deren unterhalb ihres - von der Düsenachse M bestimmten - Zentrums Z angeordnete Düsenöffnung 31 die Länge η der Giessöffnung 1 zu einem Giesskanal 32 der Gesamtlänge g ergänzt.

Zwischen der Düse 30 und dem benachbarten Teil 28 der Einbaueinheit 27 befindet sich eine temperaturbeständige Dichtung 33. In Giessrichtung t ist der Düse 30 eine Kokille 34 nachgeschaltet, welche mit jener Düse 30 durch Schrauben verbunden ist. Mit 37 und 38 sind in Fig. 1 OeI- und Wasseranschlüsse der Kokille 34 bezeichnet.

Durch axe Weite d der Kokillenausnehmung ist auch die Breite e eines vor Beginn des Giessverfahrens in die Kokillenausnehmung einzuführenden Anfahrbodens 40 mit gegen die Giessrichtung t weisenden Kegelkopf 41 bestimmt; mit diesem Anfahrboden 40 wird ein sich bildender Metallstrang aus der Kokille 34 herausgezogen.

Gemäss Fig. 5, 6 ist die zum Giesstrog G gerichtete Einlaufseite 45 der Düse 30 als einheitliche Fläche ausgebildet, während die in Giessrichtung t weisende Auslaufseite 46 von einem Ringrand 47 umgeben wird. Hierdurch wird der als warmes Schmelzreservoir wirkende Hohlraum (auch Hinterschneidung genannt) vor dem Kokxlleneintritt gebildet. Die diesem Hohlraum zugewandte Wand des Ringrandes 47 bildet die söge-

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nannte Hohlraumwandfläche, bzw. Anströmfläche, die hier einen konischen Bereich 48 aufweist, welcher über eine Rundung 49 in die ebene Auslaufseite 46 übergeht. An der Stirnfläche des Ringrandes 47 liegt die Kokille 34 an, derart, dass ihre Innenfläche sich bündig an die Anströmfläche 49-48 anschliesst, wie in Fig. 3 gezeigt.

Die Düsenöffnung 31 ist in Draufsicht nach Fig. 5 als bananenförmig oder mundartig gekrümmter Schlitz an dem in Einbaulage unteren Rand der Düse 30 ausgebildet. Die in Giessrichtung t vordere auf der trogwärtigen Einlaufseite 45 der Düse 30 vorhandene Unterkante K liegt um ein vertikales Mass h über der am Ringrand 47 entstehenden scharfen Kante K . Der Neigungswinkel u der hier entstehenden Ablauf- oder Abströmflache Q misst gemäss Fig. 6 etwa 15°, bei anderen Ausführungsbeispielen 15 bis 30 ; vorteilhafterweise soll er nicht kleiner als 10 sein.

Bei einem Düsen- bzw. Kokillenradius R in Zentimetern liegt der tiefste Punkt S der Düsenöffnung auf der Düseneinlaufseite 45 in einem Abstand r unterhalb des Düsenzentrums Z

(siehe Fig. 7), wobei r zwischen 0,5 . R bis 0,9 . R, vorzugsweise zwischen 0,65 . R bis o,8 . R beträgt. Die Geome-

v.
trie des Düsenschlitzes 31 auf beiden Seiten der Düse 30

lässt sich - in Polarkoordinaten (Radiusvektor J₁ Lauf-

tß
winkel JJ ) mit Zen-

reihe beschrieben.

winkelJJ ) mit Zentrum S (Fig. 7) — mittels einer Fourier-

ic

Für diese Fourierreihe gilt T =——, worin N die Gesamtzahl der Messungen ist und N = 30 gewählt wurde, d.h. Messungen in Winkelabständen von 6 , L die Laufnummern der Messungen bezeichnet : L - 0, 1,...N-I und.JL der jeweils für eine Messung geltende Winkel ist.

Der für jede Messung geltende Radiusvektor j ergibt sich dann

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R 9

Jl 9 κ=ο

in Zentimetern.

A (K) . cos (K.:

(Gleichung I)

Es wurden sowohl für die Einlauf- wie für die Auslaufseite der Düse die für eine Oeffnung maximaler, bzw. minimaler, bzw. bevorzugter Ausdehnung geltende Koeffizienten A (K) ermittelt, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind:

Tabelle

A (K)	Minimumkurve	Maximumkurve	Vorzugskurven	2	116
			1		310
Einlaufseite				4,	745
A (0)	+ 3,160	+ 6,050	+ 3,793 +	0,	272
A (1)	+ 0,677	- 1,064	- 0,189 +	Ir
A (2)	- 1,241	- 3,644	- 1,942	1,
A (3)	- 1,387	- 0,719	- 1,059
Auslaufseite
A (0)	+ 5,303	+ 7,308	+ 6,045
A (1)	- 0,764	- 1,534	- 0,981
A (2)	- 2,204	- 4,002	- 2,621
A (3)	- 0,624	- 0,344	- 0,846

Unter Anwendung der Gleichung 1 ergeben sich für die verschiedenen Oeffnungen eine bananenförmige Ausbildung gemäss Fig. 8. Die Approximation der Fourierformel führt jedoch in der Mitte des oberen Kurventeils zu einem unregelmässigen Verlauf, welcher mit der in Fig. 8 mit F bezeichneten Korrekturkontur auszugleichen ist. Zwischen der Maximum- und der Minimunskurve befinden sich mittlere Kurven ähnlicher allgemeiner Form, die als einlauf- bzw. auslaufseitigen Konturen für die Düsenöffnung 31 in Betracht kommen. Diese in der Tabelle aufgeführten Werte von A (K) gelten für einen Düsen- bzw. Kokillendurchmesser von 9 cm. Durch den Faktor -jr— erfolgt die

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Korrektur für alle in Betracht kommenden Werte von R automatisch.

Vom Zentrum Z der Düse gesehen erstrecken sich solche Düsenöffnungkonturen auf der Einlaufseite der Düse innerhalb eines Winkels von etwa 90 bis 180°,vorzugsweise von etwa 120 + 15 °.

Insbesondere ist es möglich, die Düsenöffnung so auszubilden, wie in Fig. 5 gezeigt: Auf der Düseneinlaufseite ist die Oeffnung 31 -unten durch eine kreisbogenförmige Kurve (K), deren Zentrum etwa mit der Zentrum Z der Düse zusammenfällt,

-oben durch einen kreisbogenförmige Kurve mit grösserem Radius und oberhalb des Düsenzentrums Z liegendem Zentrum,

- seitlich durch zwei Kreisbogen kleineren Durchmessers begrenzt. Hierdurch entsteht die bananenförmige, sich gegen ihre Ende verjüngende Oeffnung. In dieser Düse nach Fig. 5 erstreckt sich auf der Einlaufseite der Düse vom Zentrum Z der Düse gesehen, die Kontur der Düsenöffnung über einen Winkel von 120°.

In dieser Ausführungsform verläuft die untere Kurve, bzw. Kante K parallel zur Kontur der konischen Fläche 48 mit Kante K.. Zwischen den Kurven bzw. Kanten K und K erstreckt sich die Ablauffläche Q,welche im Längschnitt die Form einer längsgezogenen S-Kurve aufweist, wie in Fig. 6 ersichtlich.

Der Höhenunterschied h zwischen den Kanten K und K . nach Fig. 6 beträgt von 10 bis 35 mm, bevorzugt von 16 bis 25 mm bei Düsen mit einer Totaldicke (d.h. inklusiv Rand 47) von etwa 50 mm. Bei dünneren, bzw. dickeren Düsenkörpern kommen verhältnismässig etwas kleinere, bzw. etwas höhere Masse h in Betracht.

Eine besonders günstige längsschnittliche Kontur der Ablauffläche des Düsenschlitzes 31 an ihrem tiefsten Punkt ergibt sich aus der für einen kartesischen Koordinatensystem geltende_n Annäherungsforme1:

4	—	O	Β., ·	K	X
K =		K

f = -³ B_K · X (Gleichung II)

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"6

worin f der jeweilige Vertikalabstand zwischen je einem Punkt der Kontur und einer gemäss Fig. 9 angenommenen Horizontalen H ist, und X der jeweilige Horizontalabstand zur Stirnfläche des Randes 47 ist.

Wenn f und X in Zentimetern ausgedrückt sind, gelten für die Koeffizienten B folgende Werte:

B_Q =+ 0,0588

B₁ = - 0,0454

B₂ =+ 0,6459

B₃ = - 0,1744

B₄ =+ 0,01325

Diese Werte von B führen für eine Düsenplatte mit Totaldicke von 48 mm zu einem Höhenunterschied h von 24,6 mm zwischen den Kanten K. und K. Eine flachere bzw. steilere Ablauffläche innerhalb der brauchbaren h-Werte von 15 bis 35 mm wird erreicht, wenn die jeweiligen f-Werte einer jeder Kurve um bis 40% vermindert bzw. erhöht werden. Beidseits der vertikalen Symmetrieebene zeigt die Ablauffläche im Längsschnitt einen ähnlichen oder etwa ähnlichen Verlauf.

Die gesamte Form von Giessöffnung 1 und Düsenschlitz 31 ist in Fig. 2 bis 4 zu erkennen:

An der Giesstroginnenseite 25 ist ein nahezu ovaler Trichterrand 50 einer - der längsschnittlichen Länge η der Giessöffnung 1 etwa entsprechenden - Höhe i über der Trogbodenoberfläche 24 zu erkennen. Von diesem Trichterrand 50 aus verjüngt sich die Düsenöffnung 1 in Bezug auf einer Vertikalebene symmetrisch.

Der Längsschnitt nach Fig. 3 lässt den darin oberen Oeffnungsschnitt 51 in der Einbaueinheit 27 angenähert als Teil einer Kettenlinie erkennen, die im äusseren Teil 28 der Einbaueinheit 27 und im Eingangsteil der Düse 30 verhältnismässig flach ausläuft.

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Die untere Begrenzungsfläche des Kanals 32 beginnt trogseitig mit geringer Steigerung 52 geht dann in einen flachen Teil über um innerhalb der Düse 30 als Ablauffläche um den Betrag h stark geneigt abzufallen. Hierdurch und wegen der Wölbung quer zur Giessrichtung entsteht für die untere Begrenzungsfläche des Giesskanals 32 eine sattelförmige Ausbildung.

Die Form des Düsenschlitzes 31 führt dazu, dass der heisse Schmelzstrom unmittelbar auf die untere Kokilleninnenfläche erichtet wird, mit der Wirkung, dass

- die durch die Schwerkraft gegebenenfalls heruntersinkenden groben Schwebekristallgebilde (Nesterproduktion) wieder auflöst oder durch Abschmelzen verkleinert werden, wodurch der Bereich der breiigen Zone eingeengt wird,

- die thermische Konvektion weitgehend überlagert wird, indem der untere Teil des Sumpfes die angeströmte (d.h. heisse) Zone ist und der obere Sumpfteil im Strömungsschatten liegt; es kommt so zu einem weitgehenden Temperaturausgleich innerhalb der Schmelze im Sumpf.

Dort wo diese Wirkung am meisten benötigt wird, zeigt der Düsenßchlitz auch die grösste Weite und lässt mehr Schmelze und daher auch mehr Wärme hinzufHessen.

Hierdurch können im unteren Bereich des Bolzens die Nesterbildung sowie das Auftreten von Marmorierungen vermieden werden. Die laminare Strömung bleibt überall erhalten, es entstehen weder Turbulenzen noch tote Ecken. Die Sumpfgeometrie ist symmetrisch und der Querschnitt des Bolzens oder Barrens B weist dadurch ein vollkommen homogenes Gefüge auf.

Die trogseitig trompetenartige Ausbildung der Giesskanaleinmündung in der Einbaueinheit 27 führt zu einer optimalen Düsenanströmung und zu einer zusätzlichen Verminderung der Marmorierungen, da tote Ecken und Turbulenzen nicht mehr vorliegen; es entsteht nur eine laminare Beschleunigung bis zur Düse 30 hin.

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Ebenfalls und als Folge der trompetenartigen Ausbildung des Giesskanaleinmündung werden im Trog Zonen stehenden Metalls (= kalte Schmelze) vermieden, welches sonst beim Einströmen in den Sumpf sogenannte Vorerstarrungen entstehen lässt.

Es werden einwandfreie, glatte und gleichmässige Barrenoberflächen durch eine relativ einfache Form der Düse 30 erzielt, welche ohne Aufwand herzustellen ist und nur kurze Rüstzeiten bedingt,

Das beschriebene Schmelzeeinguss-System eignet sich insbesondere für Rundbolzen. Jedoch kann dieses Schmelzeeinguss-System auch beim Horxzontalstranggiessen von Walzbarren und anderen Stranggussprofilen eingesetzt werden. Auch dort kommt es vor, dass bestimmte Bereiche des Barrenquerschnitts, z.B. in den Ecken, eine höhere Wärmezufuhr, d.h. eine Schmelzezufuhr in grösserer Menge als die übrigen Bereiche benötigen. Dementsprechend wird es dann zweckmässig sein, die grösste Weite des Schlitzes nicht in der Schlitzmitte, wie dies beim für Rundbolzen oder dgl. geeigneten bananenförmigen Schlitz der Fall ist, sondern in den seitlichen Bereichen des Schlitzes anzuordnen, und ferner die Ablauffläche vorwiegend auf die exponierten Stellen des Barrenquerschnitts zu richten. Ansonst bleibt das was vom Hohlraum und Anströmfläche gesagt wurde auch für solche Barren und Profile gültig.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen, insbesondere von Aluminium und seinen Legierungen, mit Giesstrog, Vorherd oder dgl. und in dessen Wandung, nahe dem Boden, vorgesehener Giessöffnung, an welche ..als üebergang zu einer Kokille in Giessrichtung eine im unteren Teil einer scheibenartigen Düse angeordnete Düsenöffnung anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass für das Giessen von Rundbolzen oder dgl. die Oeffnung (31) der Düse (30) als in Draufsicht etwa bananenförmiger oder mundartiger sich zu seinen Enden hin verjüngender Schlitz mit wenigstens einem etwa teilkreisartig gekrümmten Konturenteil (K) ausgebildet und zumindest im Bereich der vertikalen Düsenmittelebene mit einer in Giessrichtung (t) geneigten Ablauffläche (Q) versehen ist, welche in die Kokilleninnenfläche stufenlos einläuft.

2. Vorrichtung zum horizontalen Stranggiessen, insbesondere von Aluminium und seinen Legierungen, mit Giesstrog, Vorherd oder dgl. und in dessen Wandung nahe dem Boden vorgesehener Giessöffnung, an welche als üebergang zu seiner Kokille in Giessrichtung eine im unteren Teil einer scheibenartigen

- Düse angeordnete Düsenöffnung anschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessöffnung (1) des Giesstroges (G) zu dessen Innenseite (J) hin eine trompetenartige Einlaufmündung (50) bildet und ihre untere Längsschnittkontur (52) über das Niveau (24) des Trogbodens (23) sattelartig gewölbt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (31) auf der Einlaufseite (45) der Düse (30) eine Kontur aufweist, die in Polarkoordinaten mit Radius Y _T sowie Laufwinkel Hr durch folgende Annäherungsformel bestimmt ist:

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ORIGINAL INSPECTED

= -^— · 2- A (K) . cos (K . 2ψ) cm 2854144

' 9 K = 0 ^{J L}

worin R der Radius der Düse in Zentimetern ist und die Fourier-Koeffizienten A (K) folgende Werte aufweisen:

Kleinste Kontur Grösste Kontur Vorzugskonturen

1 2

Einlaufseite 3,160 + 6,050 + 3,793 + 4,116 A (O) + 0,677 - 1,064 - 0,189 + 0,310 A (1) + 1,241 - 3,644 - 1,942 - 1,745 A (2) 1,387 - 0,719 - 1,059 - 1,272 A (3)

und der Verlauf der so ausgerechneten Kontur in deren oberen Mitte ausgeglichen ist, wobei die grösste und die kleinste Kontur den Bereich der geeigneten Konturen ähnlicher Gestalt begrenzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (31) auf der Auslaufseite (46) der Düse (30) eine Kontur aufweist, die in Polarkoordinaten mit Radius (* sowie Lauf winkel Φ durch folgende Annäherungs formel bestimmt ist:

_2

P R .V A (K) . cos (K.2C0) cm L ₉ -K=CT

Kleinste Kontur Grösste Kontur Vorzugskontur

Auslaufseite

+ 6,045

- 0,981

- 2,621

A (3) - 0,624 - 0,344 · - 0,846

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A (O) + 5, 303 + 7 ,308 A (D - o, 764 - 1 ,534 A (2) - 2, 204 - 4 ,002

5.Vorrichtung nach wenigstens einem dej^. Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (31) symmetrisch zur vertikalen, über die Düsenlängsachse M verlaufenden Symmetrieebene der Düse ist.

6.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (31) in Giessrichtung (t) diffusorartig ausgebildet ist.

7.Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablauffläche Q der Düsenöffnung (31) im Längsschnitt eine Kontur in Form einer langgezogenen S-Kurve aufweist.

8.Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablauffläche der Düsenöffnung (31) mindestens mit

die mittlerem Längsschnitt eine Kontur aufweist,im karthesischen Koordinatensystem die durch folgende Annäherungsformel bestimmt ist: 4

worin f der jeweilige Vertikalabstand je eines Messpunktes der Kontur in Zentimetern von einer Horizontalen (H), X der Abstand in Zentimetern dieses Punkts zur äussersten auslaufseitigen Stirnfläche des Düsenkörpers und B ein Koeffizient

Sx

mit folgenden Werten ist:

B_Q =+ 0,0588 B₃ = - 0,1744

B₁ = - 0,0454 B₄ = + 0,01325

B₂ =+ 0,6459

und der Faktor a 0,6 bis 1,4, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 beträgt.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kontur (51) der Einlaufmündung der Giessöffnung (1) mindestens im mittleren Längsschnitt sich der Form einer Hälfte einer Kettenlinie annähert.

10.Vorrichtung nach wenigstens einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die trompetenartige

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Einlaufmündung der Giessöffnung (1) in einem gesonderten Teil (27) des Giesstroges (G) oder dgl. untergebracht ist.

11.Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Giessöffnung (1) durchsetzte Wandung aus feuerfestem Werkstoff mit der Düse (30) zu einer Einbaueinheit zusammengefasst ist.

12.Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der in Giessrichtung (t) weisenden Auslaufseite (46) der Düse (30) ein einen Hohlraum umgebender Ringrand (47) vorgesehen ist, dessen dem Hohlraum zugewandte Wandung für die Schmelze als Anströmfläche zur Kokille wirkt und ringsum stufenlos in die Kokilleninnenfläche einläuft.

13.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmfläche durch eine aus dem Hohlraumboden hervorgehende Rundung mit gegebenenfalls sich daran anschliessende konische Fläche ausgebildet ist.

14.Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangente zur Anströmfläche in unmittelbarer Nähe der Koj-hLlle einen Winkel von 0 -45 , vorzugsweise von 10 -30 mit der Längsachse des Eingangssystems bildet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich unterhalb der Düsenöffnung die Ablauffläche (Q) der Düsenöffnung (31) in die Anströmfläche übergeht.

16.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für das horizontale Stranggiessen von viereckigen Barren, in Abweichung von Anspruch Ϊ, die Düsenöffnung (31) nicht in ihrer Mitte, sondern in ihren seitlichen Bereichen die grösste Weite aufweist.

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