DE2854144C2

DE2854144C2 - Vorrichtung zum Zuführen einer Schmelze zu einer horizontalen Stranggießkokille für Rundstränge

Info

Publication number: DE2854144C2
Application number: DE2854144A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Illnau Morianz
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1985-07-04
Also published as: CA1143127A; IT1101223B; PT68930A; US4211275A; NO154380B; SE441419B; FR2416753B1; FR2416753A1; JPS5495928A; FR2411658A1; IT7831021A0; ZA787100B; DE2854144A1; AU519021B2; ES476101A1; FR2411658B1; CH625437A5; AU4269078A; NO784248L; AT362087B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen einer Schmelze, insbesondere Aluminium und Alumiiuumlegierun'-en. zu einer horizontalen Stranggießkokille für Rundstränge, bei der nahe des Bodens in der Seitenwandung eines Gießtroges eine Gießöffnung vorgesehen 'St, an weiche sich in Gießrichtung als Übergang zu einer Stranggießkokille eine im unteren Teil einer scheibenartigen Düse angeordnete, in Draufsicht bogenförmige Düsenöffnung mit einer in Gießrichtung nach unten geneigten Ablauffläche anschließt.

Der sogenannte Gießkopf eines Vorherdes oder Gießtroges für das Stranggießen von Rundsträngen bosteht bekanntermaßen aus einer von der Gießöffnung kanalartig durchzogenen feuerfesten Auskleidung, dT die Düse als Scheibe mit beispielsweise kreisrinder Düsenöffnung nachgeschaltet ist. Vom Gießtrog gelangt die Metallschmelze durch diese Düsenöffnung in die Stranggießkokille, wobei die Düsenöffnung infolge ihrer Lage zur Kokilleninnenfläche einen abrupten Übergang bildet. Derartige Systeme sind nur für gewisse Produkte mit normalen Qualitätsanforderungen einsetzbar, da häufig Oberflächenfehler entstehen, beispielsweise Unterschiede in der Qualität von Strangober- und Strangunterseite, offener oder versteckter sogenannter Kaltlauf, — besonders im oberen Bereich — Vorlauf, Ausschwitzungen, Rauheiten und OberHächenseigerungen. Im Stranginnern treten Nester und sogenannte Marmorierungen, Innenrisse und Lunker auf. Auch konnte ein inhomogenes Gefüge in Form /wiebelschalenartiger Erstarrungsringe, eines unsymmetrischer. Sumpfes mit Rastmarkierungen ur.d die Tendenz zur Fiederkristallbildung festgestellt werden. Somit kann hier eine gleichmäßige Qualität nicht gewährleistet werden.

Diese Nachteile haften auch der Vorrichtung der eingangs erwähnten und in der US-PS 3 286 309 gesci.üderten Art mit teilkreisbogenartiger Düsenöffnung stetiger Weite an.

Diese Vorveröffentlichung offenbart in Frontansicht eine Düsenöffnung in Form eines Spaltes konstanter Breite. Letzterer ist in einer als flache Trennwand zwischen Gießtrog unc/ Stranggießkokille ausgebildeten ϊ Düsenplatte ausgespart. Die Düsenöffnung ist für das Gießen von Rundsträngen bogenförmig oder dem Querschnitt eines zu gießenden viereckigen bzw. sechseckigen Stranges angepaßt. Die untere Seite der Gießöffnung kann gegen die Stranggießkokille hin leicht geneigt sein. Die Wandflächen der Gießöffnung bilden mit <ien Seitenflächen der Trennwand scharfe Winkel. Die kokillenseitige Oberfläche der Trennwand begrenzt mit der Innenfläche der anstoßenden Stranggießkokille einen rechten Winkel. Zudem wird sowohl trogseitig als auch kokillenseitig eine Stufe gegenüber dem Trogboden bzw. der Kokilleninnenfläch, in deren unteren Teil angebo-

Diese vorbekannte Bauart führt dazu, daß zum einen im Trog Totstellen und zum anderen sowohl in der Düsenöffnung selbst als auch in der Stranggießkokille Turbulenzen entstehen. Im genannten Winkel zwischen Trennwand und Kokilleninnenfiäche bleibt Schmelze stehen, was in Kontakt mit der Kokillenwand zu Kaltlauf und Kaltschweißbildung — als beim Strang selbst zu Gußfehlern — führt.

Auch bedingt der dünne Querschnitt der Düsenöffnung, daß die Schmelze mit einer relativ hohen Geschwin· digkeit in die Stranggießkokille einfließt und den Sumpf ungünstig beeinflußt. AU diese Erscheinungen sind der Qualität des Gußstranges abträglich.

Eine Weiterentwicklung dieser vorbekannten Bauart ist in der DE-AS 15 83 586 beschrieben, welche auf die der US-PS 32 86 309 entsprechenden GB-PS 10 22 499 Bezug nimmt. In der zwischen Gießtrog und Stranggießkokille vorhandenen Trennwand ist kokillenseitig oberhalb der Düsenöffnung eine Ausnehmung ausgespart, welche von der Düsenöffnung durch einen Steg oder einen dickeren Restteil der Trennwand abgetrennt ist. Die obere Begrenzungsfläche dieser Ausnehmung bildet mit der oberen Innenwand der Kokille einen Absatz, dessen Wirkung noch durch eine Neigung dieser Begrenzungsfläche gegenüber der Strangachse verbessert werden kann. Diese Anordnung soll in der Nähe der oberen Kokilleninnenwand eine Flußrichtung der Schmelze entgegen der Strangabzugsrichtung bewirken, wobei der Absatz und auch die geneigte Begrenzungsfläche die an der Kokilleninnenwand befindlichen äußeren Schichten dieser rückläufigen Schmelzeströmung beeinflussen und somit auch im oberen Bereich der Kokille ein Wiederaufschmelzen der sich beim Kontakt der Schmelze mit der Kokilleninnenwand bildenden dünnen Erstarrungskruste vermieden werden soll.

Auch Ptn Cnlnhe^r MpinPJ* ÄKcol? bÜdS· uSrSilS ϊϊ·!* dSf }^nUjllpn!nnont_tuan^l Ainnr» De^k»,_tirinlOl ufnUUnr -».»

Totstellen und Kaltschweißungen führt und folglich Oberflächenfehler am Strang verursacht.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art unter Meidung der erkannten Mangel so zu verbessern, daß ein Gießen fehlerloser strukturarmer Rundstränge mit einwandfreier Oberfläche durch horizontales Stranggießen möglich wird. Unter Rundstränpen werden hier und nachfolgend Gießstränge der üblichen Querschnittsformen verstanden, also nicht nur solche kreisrunden Querschnitts.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Öffnung der Düse an der Einlaufseite als in Draufsicht dem Umriß einer Banane entsprechender, sich zu seinen Enden hin verjüngender Schlitz ausgebildet ist und die Düsenöffnung an der Einlaufseite der Düse eine Kontur aufweist, deren Ff ?m in Polarkoordinaten mit Radius Pi sowie Laufwinkel {»/.durch folgende Näherungsformel bestimmt ist:

Pt = -5-

A_K ■ cos (K

[cm].

worin Λ der Radius der Düse in Zentimetern ist und die Fourier-Koeffizienten Ak von folgenden Werten sind:

Kleinste Kontur

Größte Kontur

Vorzugskonturen 1 2

Einlaufseite

A₀

45 A₂ Aj

+3.160 +0.677 -1.241 -1.387

+6,050
-1,064
-3.644
-0,719

+3,793
-0,189
-1,942
-1,059

+4,116 +0310 -1,745 -1,272

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

Im Rahmen dieser Erfindung liegt es aber auch, daß zum Stranggießen von Rundsträngen die Öffnung der Düse an der Eirlaufseite als in Draufsicht dem Umriß einer Banane entsprechender, sich zu seinen Enden nin verjüngender Schlitz ausgebildet ist, bei der die Öffnung unten durch eine kreisbogenförmige Kurve — deren Zentrum etwa mit dem Zentrum der Düse zusammenfällt —. oben durch eine kreisbogenförmige Kurve mit größerem Radius und oberhalb des Düsenzentrums liegendem Zentrum sowie seitlich durch Kreisbogen kleine-

55 ren Durchmessers begrenzt ist.

Als besonders günstig hat es sich zudem erwiesen, der Düsenöffnung auf der Auslaufseite der Düse eine Kontur zu geben, deren Form in Poiarkoordinaten mit Radius #>/. sowie Laufwinkel Pl durch folgende Näherungsformel bestimmt ist:

Pi =

γ _L A_K cos (K -2 φ,) [cm]

worin R der Radius der Düse in Zentimetern ist und die Fourier-Koeffizienten Ak folgende Werte aufweisen:
Kleinste Kontur Größte Kontur Vorzugskontur

Auslaufscite

A₀ +5,303 +7,308 +6,045

A₁ -0,764 -1,534 -0,981

A₂ -2,204 -4,002 -2,621

A 3 -0,624 -0,344 -0,846 ι ο

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.

Zudem soll die Ablauffläche dieser Düsenöffnung erfindungsgemäß in die Kokilleninnenfläche stufenlos übergehen, bevorzugt dem Längsschnitt einer langgezogenen S-Kurve gleichen, um eine ruhige laminare Strömung ohne störende Turbulenzen zu ermöglichen; diese würden im oberen Strangbereich zu Fehlern führen.

Im Vergleich mit den an herkömmlichen Vorrichtungen beim Stranggießen entstehenden Erscheinungen, nämlich einem infolge der Geometrie des Metallzuführungssystems auftretenden künstlichen Meniskus und hier das Verändern von Gießparametern — beispielsweise den Kaltlauf beim vertikalen Stranggießen normalerweise eliminierende höhere Gießgeschwindigkeiten oder Gießtemperaturen — nicht zu helfen vermag, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Metallübergang von der Düse zur Stranggießkokille durch 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. Der günstige Bereich für den Winkel der Düsenablauffläche liegt 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 35° sich auf die mittlere Neigung über die Gesamtlänge der Ablauffläche beziehen.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch, daß die Ablauffläche der Düsenöffnung mindestens im mittleren Länrsschnitt eine Kontur aufweist, die im karthesischen Koordinatensystem durch folgende Näherungsformel bestimmt ist:

κ =4

/(X) = a ■ Σ Β_κ ■ Χ^κ κ·ο

worin f(X) der jeweilige Vertikaiabstand je eines Meßpunktes der Kontur in Zentimetern von einer Horizontalen (H) an der Stelle X, X der Abstand in Zentimetern dieses Punktes von der äußersten auslaufseitigen Stirnfläche des Düsenkörpers und Bk ein Koeffizient mit folgenden Werten ist:

B₀ = +0,0588

S, = -0,0454

B₂ = +0,6459

Sj = -0,1744 45 ι

B₄ = +0,01325

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

In besonders günstiger Weise ist an der in Gießrichtung weisenden Auslaufseite der Düsenkörper in Anlehnung an den vorbekannten Stand der Technik ausgehöhlt. Der so gebildete Hohlraum ist aber nun nach einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung durch einen axial vorspringenden, sich ringsrum erstreckenden Ringrand begrenzt, dessen Innenseite bzw. Hohlraumwandfläche als Anströmfläche zur Stranggießkokille wirkt, wobei dann die freie Kante dieser Anströmfläche ringsum der Kante der Kokillenfläche bündig anliegt, und wobei ferner die Düsenöffnung in diesem Hohlraum einmündet

Die Anströmfläche ist konsich ausgebildet und steht in einem Winkel von höchstens 45°, insbesondere von 10° bis 35°. zur Längsachse der Gießvorrichtung, und damit zur Kokilleninnenwand. Zweckmäßigerweise wird diese konische 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°. Generell kommt der Wert 0° höchstens für die letzten Millimeter der Hohlraumwandfläche in der Nähe der Stranggießkokille in Betracht. Der beschriebene Hohlraum wirkt als warmes Schmelzreservoir vor dem Kokilleneintritt. Durch die besondere Gestaltung der als Anströmfläche wirkenden Hohlraumwandung, die — unter einem stumpfen Winkel bzw. winkellos — stufenlos in die Kokilleninnenwand übergeht, wird ein Abheben der Metallschmelze und somit die Bildung eines künstlichen Meniskus ringsum verhindert. Durch diese beiden Maßnahmen wird — und zwar auch bei schwergießbaren Legierungen — Kaltiauf vermieden und eine weitgehende Reduzierung der Oberflächenfehler erreicht: es entsteht eine gleichmäßige, glatte und kaltlauffreie Strangoberfläche ohne Oberflächenaufreißer, Oxideinschlüsse oder Oxidhäute. Durch die bananenförmige Aus-

bildung des Düsenschlitzes wird eine gezielte örtlich differenzierte Metallzufuhr erreicht; in dem Bereich der vertikalen Symmetrieebene des Bolzens, in dem oben und unten die Oberflächen- und Strukturfehler am ehestens auftreten, wird mehr Metall und damit auch mehr Wärme zugeführt als in den Seitenbereichen.

Die erfindungsgemäße bananenförmig gewählte Ausbildung des DüseS-ischlkzes mit geneigter Ablauffläche verhindert die Bildung von Nestern sowie von Bereichen unterschiedlichen Gefüges über den Bolzenquerschnitt, die sich bei konventionell gegossenen Bolzen in Form eines gleichmäßigen Gefüges mit relativ wenig Struktur in der oberen Bolzenhälfte, einer darunterliegenden Zone mit Marmorierung und einer noch tiefer liegenden Zone mit Nestern speziell im unteren Randbereich feststellen lassen.

Die günstige Wirkung des bananenförmigen Düsenschlitzes 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 etwa trichterartig verläuft und in ihrem unteren Bereich über dem Niveau des Trogbodens sattelartig gewölbt ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nähert sich die obere Längsschnittkontur der — trompetenartigen — Einlaufmündung der Form einer Hälfte einer Kettenlinie an.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Anlage zum horizontalen Stranggießen mit einer Düse;

F i g. 2 die Sicht auf einen Teil der F i g. 1 entsprechend deren Pfeil 11;

F i g. 3 die Frontansicht einer vergrößert dargestellten Diisp mit srhlit7artigpr DfKpnoffniing;
■j 20 Fig. 4 den Querschnitt durch Fig. 3 nach deren Linie IV-IV;

F i g. 5 die Skizze eines Teiles eines Polarkoordinatensystems zur Berechnung einer in F i g. 6 wiedergegebenen geschlossenen Kurve;

F i g. 6 die gegenüber F i g. 3 vergrößert verdeutlichte Kontur der Düsenöffnung;

F i g. 7 den schematischen vergrößerten Längsschnitt durch einen Teil der Düse.

Eine Anlage zum strukturarmen Horizontalstranggießen von in der Zeichnung nicht dargestellten Barren oder Rundbolzen weist einen Gießtrog C mit Gießöffnung/en 1 auf. Die Wände 20 dieses Gießtroges G sind — unter Zwischenschaltung einer Isolierung 21 — mit einer Schicht 22 aus feuerfestem Werkstoff ausgekleidet, ebenfalls wird der Trogboden 23 von einer feuerfesten Schicht gebildet, über deren Oberfläche 24 die — in der Zeichnung vernachläßigt — Metallschmelze der/den Gießöffnung/en 1 zufließt.

Die Gießöffnung 1 einer Länge η verläuft in einer Einbaueinheit 27 aus feuerfestem Material, deren äußerer Teil 28 zwischen Stahlrippen 29 sitzt und dem eine scheibenförmige Düse 30 vorgesetzt ist, deren unterhalb ihres — von der Düsenachse M bestimmten — Zentrums Zangeordnete Düsenöffnung 31 die Länge η der Gießöffnung 1 zu einem Gießkanal 32 der Gesamtlänge q 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 mit ihr durch Schrauben verbundene Kokille 34 nachgeschaltet.

Durch die Weite c/der Kokillenausnehmung ist auch die Breite e eines vor Beginn des Gießverfahrens in die Kokillenausnehmung einzuführenden Anfahrbodens 40 mit gegen die Gießrichtung r weisendem Kegelkopf 41 bestimmt; mit diesen Anfahrboden 40 wird ein sich bildender Metallstrang oder Bolzen aus der Kokille 34 herausgezogen.

Gemäß F i g. 3, 4 ist die zum Gießtrog G gerichtete Einlaufseite 45 der Düse 30 als einheitlich·= Fläche ausgebildet, während die in Gießrichtung f weisende Auslaufseite 46 von einem Ringrand 47 umgeben wird; hierdurch entsteht eine als warmes Schmelzreservoir wirkende, auch Hohlraum genannte, Kaverne vor dem Kokilleneintritt. Die diesem Hohlraum zugekehrte Wand des Ringrandes 47 bildet die sogenannte Anströmfläehe, die gemäß Fig.4 einen über eine Rundung 49 in die ebene Auslaufseite 46 übergeht enden. An der Stirnfläche des Ringrandes 47 liegt die Kokille 34 an, deren Innenfläche sich bündig an die Anströmfläche 49—48 anschließt (F ig. 1).

Die Düsenöffnung 31 ist in Draufsicht nach F i g. 3 als bananenförmig oder mundartig gekrümmter Schlitz an dem in Einbaulage unteren Rand der Düse 30 ausgebildet. Die in Gießrichtung f 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 Abströmfläche Q mißt etwa 15 bis 30°, soll aber nicht kleiner als 10° sein.

Bei einem Düsen- bzw. Kokillenradius R in Zentimetern liegt der tiefste Punkt & der Düsenöffnung 31 auf der Düseneinlaufseite 45 in einem Abstand ro unterhalb des Düsenzentrums Z (siehe F i g. 5), wobei ro zwischen 0,5 · R bis 0,9 - R, vorzugsweise zwischen 0,65 ■ R bis 0,8 · R beträgt. Die Geometrie der Düsenöffnung 31 auf beiden Seiten der Düse 30 läßt sich — in Polarkoordinaten (Radius\ektor p, Laufwinkel φ) mit Zentrum 5* (F i g. 5) — mittels einer Fourierreihe beschreiben.

Für diese Fourierreihe gilt g>L = —jq— , 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-\ und φι der jeweils für eine Messung geltende Winkel ist. Der jeweils geltende Radiusvektor pi_ ergibt sich dann aus:

p_L = — ■ Σ A(K)-COs(K -2q>_L) (Gleichung I)

in Zentimetern.

Es wurden sowohl für die Einlauf- wie für die Auslaufseite der Düse 30 die für eine Öffnung 31 maximaler bzw. minimaler bzw. bevorzugter Ausdehnung geltende Koeffizienten A(K) ermittelt, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind:

Tabelle

A(K)

Minimumkurve Maximumkurve Vorzugskurven

Einlaufseite

A(O) A(\) A (2) A (3)

Auslaufseite

A(O)

A(U A (2) A (3)

+ 3.160 + 0.677 -1,241 -1,387

+ 5.303 -0.764 - 2.204 -0,624

+ 6.050 -1,064 - 3.644 -0,719

+ 7308 -1.534 -4,002 -0,344

+ 3,793
-0.189
-1.942
-1,059

+ 4.116
+ 0,310
-1,745
-1,272

+ 6.045
-0,981
-2,621
-0,846

Unter Anwendung der Gleichung I ergeben sich für die verschiedenen Düsenöffniingen 31 eine bananenförmige Ausbildung gemäß Fig.6. Die Approximation der Fourierformel führt jedoch in der Mitte des oberen Kurventeils zu einem unregelmäßigen Verlauf, welcher mit der in F i g. 6 mit Fbezeichneten Korrekturkontur auszugleichen ist. Zwischen der Maximum- und der Minimumkurve 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) gehen für einen Düsen- bzw. Kokillenradius von 9 cm. Durch

den Faktor -τ- erfolgt die Korrektur für alle in Betracht kommenden Werte von R automatisch.

Vom Zentrum Zder Düse gesehen erstrecken sich solche Düsenöffnungskonturen auf der Einlaufseite der Düse 30 innerhalb eines Winkels von etwa 90 bis 180°. vorzugsweise von etwa 120° ± 15°.

Auf der Düseneinlaufseite ist in F i g. 3 die Düsenöffnung 31 unten durch eine kreisbogenförmige Kurve (K), deren Zentrum etwa mit dem Zentrum Zder Düse zusammenfällt, nach oben hin durch eine kreisbogenförmige Kurve mit größerem Radius und oberhalb des Düsenzentrums Z liegendem Zentrum, sowie seitlich durch zwei Kreisbogen kleineren Durchmessers begrenzt. Hierdruch entsteht die bananenförmige sich gegen ihr Ende verjüngende Öffnung. In dieser Düse 30 erstreckt sich auf der Einlaufseite — vom Zentrum Z der Düse 30 gesehen — die Kontur der Düsenöffnung 31 über einen Winkel von 120°.

In dieser Ausführungsform verläuft die untere Kante K parallel zur Kontur der konischen Fläche 48 mit Kante K\. Zwischen den die Kanten K und Ki bildenden Kurven erstreckt sich die Ablauffläche Q, welche im Längsschnitt die Form einer längsgezogenen S-Ku^ve aufweist (Fig. 4).

Die vorgenannte Formel für den Radiusvektor pi mit den dort aufgeführten Koeffizienten gibt Auskunft über die im Verhältnis zum Strangquerschnitt zu verwendende Ausdehnung (d. h. Weite — Verjüngung) der für Jas Gießen von Rundsträngen bestimmten Gießöffnung 1.

Unter dem Begriff »Rundstränge« werden, wie in der Fachsprache üblich, nicht nur Rundstränge kreisförmigen Querschnitts sondern auch ovale oder elliptische oder angenähert gleichartige mehreckige Strangquerschnitte, etwa vier- oder sechseckige Querschnitte der z. B. in Fi g. 7, 8 der US-PS 32 86 309 gezeigten Art, verstanden, für welche die erfindungsgemäße Gestaltung der Gießöffnung 3t ebenso gut brauchbar ist.

Der Höhenunterschied h zwischen den Kanten K und K\ beträgt nach F i g. 4 von 10 bis 35 mm, bevorzugt von 16 bis 25 mm bei Düsen 30 einer Dicke einschließlich Rand 47 von etwa 50 mm. Bei dünneren bzw. dickeren Düsen 30 kommen verhältnismäßig kleinere bzw. etwas höhere Maße h in Betracht.

Eine besonders günstige längsschnittliche Kontur der Ablauf fläche Q der Düsenöffnung 31 an ihrem tiefsten Punkt ergibt sich aus der für einen karthesischen Koordinatensystem geltenden Annäherungsformel:

= Σ

X^K

AT-O

(Gleichung II)

worin /der jeweilige Vertikalabstand zwischen je einem Punkt der Kontur und einer gemäß F i g. 7 angenommenen Horizontalen H und X der jeweilige Horizontalabstand zur Stirnfläche des Randes 47 ist.
Wenn /"und X in Zentimetern ausgedrückt sind, gelten für die Koeffizienten B*. folgende Werte:

ßo = +0,0588

ß, = -0,0454

B₂ = +0,6459

B₁ = -0,1744

Βλ = +0.01325

Diese Werte von B führen für eine Düse 30 einer Dicke von 48 mm zu einem Höhenunterschied h ve 24,6 mm

zwischen den Kanten K\ und K. Eine flachere bzw. steilere Ablauffläche Q innerhalb der brauchbaren h-Werte von 15 bis 35 mm wird erreicht, wenn die jeweiligen /-Werte jeder Kurve um bis zu 40% vermindert bzw. erhöht werden. Beidseits der vertikalen Symmetrieebene zeigt die Ablauffläche Q im Längsschnitt einen ähnlichen Verlauf

Die gesamt; Form von Gießöffnung 1 und Düsenöffnung 31 ist in F i g. 1,2 zu erkennen.

An der Gießtroginnenseite 25 ist ein nahezu ovaler Trichterrand 50 einer — der längsschnittlichen Länge π der s

Gießöffnung 1 etwa entsprechenden — Höhe / über der Trogbodenoberfliiche 24 zu erkennen. Von .diesem \

Trichterrand 50 aus verjüngt sich die Düsenöffnung 1 in bezug auf einer Vertikalebene Symmetrien,
Der Längsschnitt nach F i g. 1 läßt den darin oberen Öffnungsschnitt 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.

Die untere Begrenzungsfiäche des Gießkanals 32 beginnt trogseitig mit geringer Steigung 52 geht dann in einen flachen Teil 53 über, um innerhalb der Düse 30 als Ablauffläche Q um den Betrag h stark geneigt abzufallen. Hierdurch und wegen der Wölbung quer zur Gießrichtung t entsteht für die untere Begrenzungsfiäche des Gießkanals 32 eine sattelförmige Ausbildung.

Die Form der Düsenöffnung 31 führt dazu, daß der heiße Schmelzestrom unmittelbar auf die untere Kokillcninnenflache gerichtet wird, mit der Wirkung, daß

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

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

Wo diese Wirkung am meisten benötigt wird, zeigt die Düsenöffnung 31 auch die größte Weite und läßt mehr Schmelze, also auch mehr Wärme, hinzufließen.

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

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

Ebenfalls und als Folge der trompetenartigen Ausbildung der Gießkanaleinmündung werden im Trog Zonen stehenden Metalls ( = kalte Schmelze) vermieden, welches sonst beim Einströmen in den Sumpf sogenannte Vorerstarrungen entstehen läßt. So werden einwandfreie, glatte und gleichmäßige Oberflächen durch eine relativ einfache Form der Düse 30 erzielt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zuführen einer Schmelze, insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen, zu einer horizontalen Stranggießkokille für Rundstränge, bei der nahe des Bodens in der Seitenwandung eines

Gießtroges eine Gießöffnung \orgesehen ist, an welche sich in Gießrichtung als Obergang zu einer Stranggießkokille eine im unteren Teil einer scheibenartigen Düse angeordnete, in Draufsicht bogenförmige Düsenöffnung mit einer in Gießrichtung nach unten geneigten Ablauffläche anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (31) der Düse (30) an der Eir.laufseite als in Draufsicht dem Urariß einer Banane entsprechender, sich zu seinen Enden hin verjüngender Schlitz ausgebildet ist und die Düsenöi-nung an der Einlaufseite (45) der Düse (30) eine Kontur aufweist, deren Form in Polarkoordinaten mit Radius Pi.

sowie Laufwinkel g?L durch folgende Näherungsformel bestimmt ist:

K=S

Pl = -5- · Σ A_K-co% (K -2<p_L) [cm]

+ 3,793 +4,116 -0,189 + 0310 - 1r~42 -1,745 -1,059 -1,272

K=3

^Ί K=O

worin Ader Radius der Düse in Zentimetern ist und die Fourier-Koeffizienten Ak folgende Werte aufweisen:

Kleinste Kontur Größte Kontur Vorzugskonturen

1 2

Einlaufseite

A₀ +3,160 +6.050

Ai +0,677 -1,064

A₂ -1.241 -3,644

A₃ -1,387 -0,719

und der Verlauf in 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.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (31) der Düse (30) an der Einlaufseite als in Draufsicht der.i Umri-ir einer Banane entsprechender, sich zu seinen Enden hin verjüngender Schlitz ausgebildet ist, bei der die Öffnung unten durch eine Kreisbogenförmige Kurve (K), deren Zentrum etwa mit dem Zentrum (Z)der Düse zusar..menfällt, oben durch eine kreisbogenförmige Kurve mit größerem Radius und oberhalb des Düsenzentrums liegendem Zentrum und seitlich durch Kreisbogen kleineren Durchmessers begrenzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (31) auf der Auslaufseite (46) der Düse (30) eine Kontur aufweist, deren Form in Polarkoordinaten mit Radius Pl ^rowie Laufwinkel

AO g>L durch folgende Näherungsformel bestimmt ist:

A = 3

Pi. = -5- ■ Σ ^ak ■ cos (K -2<p_L) [cm]

^V A-O

worin R der Radius der Düse in Zentimetern ist und die Fourier-Koeffizienten Ak folgende Werte aufweisen: \

Kleinste Kontur Größie Kontur Vor/ugskonmr

Auslaufseite

A₀ +5.303 +7,308 +6,045

A1 -0.764 -1.534 -0,981

A₇ -2.204 -4,002 -2,621

Ai -0.624 -0,344 -0,846

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauffläche (Q) in die Kokilleninnenfläche stufenlos übergeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauffläche (Q) der Düsenöffnung (31) im Längsschnitt nach einer langgezogenen S-Kurve verläuft (F i g. 6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablauffiäche der Düsenöffnung (31) mindestens im mittleren Längsschnitt eine Kontur aufweist, die im karthesischen Koordinatensystem durch folgende Näherungsformel bestimmt ist:

f(X) = a · Υ

worin f(X) der jeweilige Vertikalabstand je eines Meßpunktes der Kontur in Zentimetern von einer Horizontalen (H) an der Steile X. X der Abstand in Zentimetern dieses Punktes von der äußersten auslaufseitigen Stirnfläche des Düsenkörpers und Bk ein Koeffizient mit folgenden Werten ist:

B₀ = +aO588

B₁ = -0,0454

B₂ = +0,6459

E-i = -0,1744

B₄ = +0,01325

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

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die in Gießrichtung weisende Auslaufseite (46) des Düsenkörpers ausgehöhlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch einen axial vorspringenden, sich ringsum erstreckenden Ringrand (47) begrenzt ist, dessen Innenseite als Anströmfläche zur Stranggießkokille (34) wirkt und ringsum stufenlos in die Kokilleninnenfläche einläuft, wobei die Düsenöffnung (31) in diesen Hohlraum einmündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmfläche durch eine .. ..s dem Hohlraumboden hervorgehende Rundung mit gepebene.ifalls sich daran anschließender konischer Fläch, ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangente zur Anströmfläche in unmittelbarer Nähe der Stranggießkokille (34) einen Winkel von 0° —45°, vorzugsweise von 10° —30°, mit der Längsachse der Vorrichtung bildet

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Düsenöffnung (31) deren Ablauffläche (Q) in die Anströmfläche übergeht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Gießöffnung (1) des Gießtroges (G) zu dessen Innenseite (J) hin etwa trichterartig verläuft und in ihrem unteren Bereich (52) über dem Niveau (24) des Trogbodens (23) sattelartig gewölbt ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kontur (51) der Einlaufmündung

der Gießöffnung (1) in Gießrichtung (t) mindestens im mittleren Längsschnitt sich der Form einer Hälfte einer Kettenlinie annähen.