DE2901413C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Rohren dünner Wandstärke aus Graueisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Rohren mit dünner Wandstärke aus Gußeisen, bei dem schmelzflüssiges Gießmetall in eine zu kühlende Stranggießkokille um einen beheizten Dorn gegossen wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein solches Verfahren ist beispielsweise beschrieben in Herrmann, »Handbuch des Stranggießens«, Seite 191 und Seite 258.

Die zum Stranggießen von Rohren dienenden Stranggießkokillen bestehen im allgemeinen aus Graphit, sind aus einer Hülse und einem Dorn, die zwischen einander einen ringförmigen Raum bilden, zusammengesetzt und sind mit Druck in ein von einem Wassermantel umgebenden Kokillenrohr eingepreßt. Der thermische Kontakt ist allerdings nicht perfekt, sondern an einigen Stellen durch Schichten isolierender Luft unterbrochen. Daraus ergibt sich, daß der Ort der Verfestigungsfront, d. h. der Übergang des gegossenen Metalls vom flüssigen in den festen Zustand, stark schwankt. Mögen solche Schwankungen beim Stranggießen von dicken Rohren noch zulässig sein, so sind sie unzumutbar beim Stranggießen von dünnen Rohren, beispielsweise dann, wenn die Dicke nur einige Millimeter beträgt. Es besteht in diesen Fällen nämlich die Gefahr, daß einerseits ein Ausfließen des schmelzflüssigen Metalls unterhalb der Stranggießkokille oder aber eine vorzeitige Verfestigung im Innern der Stranggießkokille auftritt welche durch das Zusammenziehen auf dem Dorn eine beträchtliche Umschnürung des Dorns und infolgedessen eine Blockierung der Abwärtsbewegung des gegossenen rohrförmigen Stranges oder ein Abreißen des Domes bewirkt In jedem Fall ist es unmöglich, das Stranggießen eines düncen Metallrohres mit Hilfe derartiger Stranggießkokillen zu starten.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die Schmelze um den Dorn hemm noch flüssig zu halten, andererseits für die Verfestigung des schmelzflüssigen Metalls unmittelbar am Austritt aus der Stranggießkokille zu sorgen, um ein Herausfließen von schmelzflüssigern Metall zu vermeiden und auf diese Weise im Stranggießverfahren Rohre mit geringer Wandstärke herstellen zu können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun erfindungsgemäß überraschend dadurch gelöst daß die Stranggießkokille vor Gießbeginn vom Dorn her vorgeheizt wird und daß unmittelbar nach Gießbeginn, nachdem sich der Gießraum zwischen Stranggießkokille und Dorn mit Schmelze gefüllt hat, ein die Stranggießkokille direkt umgebender Kühlraum mit einem schmelzflüssigen, niedrig schmelzenden Metall gefüllt wird.

Der Dorn ist also innen über den größten Teil seiner Länge beheizt, wird jedoch an seinem emsprechenden Ende am Ausgang der Stranggießkokille gekühlt.
Durch die Zuführung von unter Druck stehender metallischer Schmelze und der Steuerung deren Temperatur in der Stranggießkokille, d. h. aufgrund der Kombination von Flüssighaltens des Metalls in Kontakt mit dem Dorn und der Abkühlung der Schmelze in Kontakt mit der Stranggießkokille, wird die Verfestigungsfront in einer nahezu konstanten und leicht kontrollierbaren Position gehalten. Die Gefahr des Auslaufens des flüssigen Metalls oder des Blockierens des verfestigten Metalls ist somit praktisch ebenso ausgeschaltet wie die Bildung von Rissen.

Vorzugsweise füllt man das niedrig schmelzende Metall von unten in den Kühlraum ein.

Zweckmäßig ist zwischen der Stranggießkokille und einem die Stranggießkokille umgebenden Kühlmantel ein durch eine Wand vom Kühlmantel abgetrennter Kühlraum vorgesehen, der mit einem Vorrat für schmelzflüssiges, niedrig schmelzendes Metall in Verbindung steht. Dieser Vorrat kann in einem Behälter untergebracht sein, der mit der Druckquelle in Verbindung steht.

Günstig ist es, wenn unterhalb des Kühlraums ein Behälter für schmelzflüssiges niedrig schmelzendes Metall angeordnet ist und der Kühlraum oben frei in die Atmosphäre ausmündet.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Kühlsystems der Stranggießkokille;
F i g. 2 ein anders ausgebildetes Kühlsystem.

F i g. 1 zeigt eine an einen Zeichenbehälter angeschlossene Verteilerrinne 13, in der eine Ausgußöffnung 14 vorgesehen ist. Unterhalb der Ausgußöffnung 14 ist eine Stranggießkokille 16 angeordnet, in die ein Dorn 18 eingreift, der vom oberen Teil der Verteilerrinne 13 gehalten wird (nicht gezeigt). Die Stranggießkokille 16 und der Dorn 18 bilden rohrförmigen Kokillenhohlraum 15. Der Dorn 18 besteht aus einem Hohlzylinder aus

feuerfestem Werkstoff, wie z. B. Graphit, der in seinem unteren Bereich durch einen Boden 19 abgeschlossen ist, während sein oberer Bereich offen ist. Im Inneren des Domes 18 ist eine Heizvorrichtung 22 angeordnet, die als wassergekühlte Induktionsspule ausgebildet ist. Als Heizvorrichtung ist auch ein Heizwiderstand denkbar.

Die in Form einer Schlange ausgebildete Heizvorrichtung 22 ist wendelförmig gegen die Innenwand des Domes 18 gewickelt und weist einen Rücklaufzweig auf, der im wesentlichen in der Achse dieses Domes 18 verläuft. Die Ausgangs- und Eingangsenden der Schlange der Heizvorrichtung 22 sind außerhalb des Domes 18 an eine nicht dargestellte elektrische Stromquelle angeschlossen, beispielsweise eine Stromquelle, die einen elektrischen Strom mit einer Frequenz von 10 000 Hz liefert. Die schlangenförmig ausgebildete Heizvorrichtung 22 erstreckt sich über den größten Teil des Doms 18, erreicht aber nicht den Boden 19. Der untere Bereich des Dorns 18 bleibt stets unbeheizt Es ist sogar eine gegen den Boden 19 anliegende Kühlvorrichtung vorgesehen, beispielsweise ein Behälter mit zirkulierendem Kühlwasser in ringförmiger Anordnung, wie es mit strichpunktierten Linien 24 angedeutet ist.

Die Stranggießkokille 16 aus Graphit ist in dichter und lösbarer Weise am Boden 12 der Verteilerrinne 14 koaxial zum Dorn 18 angeordnet. Die Befestigung und Zentrierung der rohrförmigen Stranggießkokille 16 wird durch einen Flansch 26, der an den unteren Bereich des Bodens 12 und den oberen Bereich der Stranggießkokille 16 anschließt, sowie einen zweiten Flansch 27 gewährleistet, der am Boden 12 mit Zugstangen oder Zugankern 28 aufgehängt ist und das Unterteil der Stranggießkokille 16 trägt.

Zwischen den oberen und unteren Flanschen 26 bzw. 27 ist außerdem eine glatte Rohrwand 30 montiert, welche die Stranggießkokille 16 umgibt und um die Stranggießkokille 16 einen dünnen ringförmigen Kühlmantel 31 begrenzt, der in seinem unleren Bereich über eine Leitung 32 an einen Vorratsbehälter 34 für flüssiges Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise Zinn, angeschlossen ist. In seinem oberen Bereich ist der Kühlmantel 31 mit einer Ausbauchung versehen, um einen Behälter 36 zu bilden, der über eine mit einem Absperrventil 39 versehene Leitung 38 an eine Quelle für unter Druck stehendes neutrales Gas angeschlossen ist. In gleicher Weise ist der obere Bereich des Vorratsbehälters 34 über eine mit einem Absperrventil 41 versehene Leitung 40 an eine Druckquelle angeschlossen, wobei die beiden Druckquellen zusammenhängen können. Die Rohrwand 30 besteht aus Metall oder einer Metallegierung, die einen guten Wärmeleiter darstellt und die keinerlei chemische Affinität gegenüber dem in dem Vorratsbehälter 34 enthaltenen schmelzflüssigen Metall besitzt. Beispielsweise kann die Rohrwand 30 aus Kupfer bestehen, das durch Diffusion mit einer Schicht aus Aluminium oder einer durch Elektrolyse, Diffusion oder einen anderen Vorgang aufgebrachten Chromschicht ausgekleidet ist.

Die Rohrwand 30 ist im Inneren einer mit Rippen 43 versehenen Rohrwand 42 angeordnet, die zwischen dem Boden des Behälters 36 und den unteren Flansch 27 verriegelt ist. Die Rippen 43 der Rohrwand 42 sind auf die Außenoberfläche der Rohrwand 30 gerichtet und erstrecken sich so weit, daß sie fast mit der Rohrwand 30 in Berührung stehen, wobei jedoch zwischen ihnen für einen Fluiddurchgang gesorgt ist. Die mit Rippen 43 versehene Rohrwand 42 besteht aus einem Metall, das einen euten Wärmeleiter darstellt, beispielsweise aus Kupfer oder aus Stahl. Die Rohrwand 42 ist außerdem in ihrem unteren und in ihrem oberen Bereich durch eine Zuführungsleitung 45 für die Zuführung von Kühlfluid, beispielsweise Wasser, und eine Ausgangsleiiung 46 für die Abführung dieses Fluids durchsetzt Die Kammer 44, die von der Rohrwand 42 und der Rohrwand 30 begrenzt ist, spielt somit die Rolle eines Wassermantels zur Kühlung der Stranggießkokille 16, wobei die Rippen 43 den Wärmeaustausch zwischen den Rohrwänden 42 und 30 dieses Kühlmantels verbessern. Dieser in der Kammer 44 ausgebildete Wassermantel überlagert sich in seiner Wirkung der des Kühlmantels 31 aus flüssigem Metall, um eine wirksame und gleichmäßig verteilte Kühlung der Stranggießkokille 16 zu gewährleisten.

Vor Gießbeginn heizt die Heizvorrichtung 22 den Dorn 18 auf, während das Absperrventil 39 offen ist, um dursjh die Leitung 38 unter Druck stehendes Gas in den Behälter 36 und in den Kühlmantel 31 einzuleiten und somit die Flüssigkeit in den Vorratsbehälter 34 hineinzudrücken, wobei das Absperrventil 41 seinerseits offen ist, um im oberen Bereich des Vorratsbehälters 34 über die Leitung 40 einen niedrigeren Druck als den des durch die Leitung 38 zugeführten Druckes einzustellen. Wenn der Kühlmantel 31 leer ist, wird die Stranggießkokille 16 durch die Nähe des Domes 18 ebenfalls beheizt. Die Gießpfanne wird dann mit schmelzflüssigem Metall gefüllt und anschließend unter Druck gesetzt, der in der Größenordnung von 4 Bar liegt. Bei Gießbeginn fließt die Schmelze, z. B. Gußeisen oder Grauguß, aus dem Verteiler in den durch einen Anfahrkopf unten abgesperrten Kokillenhohlraum 15. Dabei wird der Druck in den Leitungen 38 und 41 umgekehrt, so daß das im Vorratsbehälter 34 enthaltene flüssige Metall in den Kühlmantel 31 und den Behälter 36 zurückgestaut wird, woraufhin die Absperrventile 39 und 41 erneut geschlossen werden. Die Wahl des Druckes im Kühlmantel 31 und in der Leitung 38 erfolgt jedoch in der Weise, daß der aus flüssigem Metall bestehende Kühlmantel 31 stets unter Druck gehalten ist.

Aufgrund der Beheizung des Domes 18 bleibt das Gußeisen in Kontakt mit diesem Dorn 18 praktisch stets in flüssigem Zustand. Hingegen wird das Gußeisen in Kontakt mit der Stranggießkokille 16, die durch die Kombination von Wassermantel 44 und Kühlmantel 31 gekühlt wird, abgekühlt und erstarrt. Man erhält somit im Kokillenhohlraum 15 einer Verfestigungsfront, die durch die Zwischenschicht zwischen dem festen und flüssigen Metall gebildet wird, eine kegelstumpfförmige Form und koaxial zum Dorn 18 angeordnet ist. Die Erstarrung erfolgt in der Tat ausgehend von der gekühlten Wand der Stranggießkokille 16 und breitet sich zur Außenoberfläche des Domes 18 aus, wobei sie diesen Dorn 18 nur in seinem unteren Bereich, d. h. in der Nähe des nicht beheizten Teiles in der Nähe des Bodens 19 des Domes 18 erreicht.

Beispielsweise ist es möglich, Rohre mit einem Außendurchmesser von 170 mm mit einer Dicke von 5 mm herzustellen, und zwar unter Verwendung eines Mundstückes mit einer Gesamthöhe von 25 cm und schmelzflüssigem Gußeisen oder Grauguß, der unter einem Druck von 4 Bar zugeführt wird, wobei ein Mundstück der oben beschriebenen Art verwendet wiH. das einen Kühlmantel aus flüssigem Metall mit 3 mm Dicke besitzt, der unter einem Druck von 0,2 Bar gehalten wird.

Bei der in F i g. 2 dargestellten abgewandelten Ausführungsform steht der Kühlmantel 31 über eine

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Leitung 88 mil einem Behälter 90 in Verbindung, der vollständig unterhalb des unteren Flansches 27 angeordnet ist. In diesem Falle ist die Leitung 38 einfach an die Atmosphäre angeschlossen. Das Entleeren der den Kühlmantel 3t bildenden Kammer und des Behälters 36 in den Behälter 90 erfolgt dann einfach durch die Wirkung der Schwerkraft, wenn die Leitung 40 zur Atmosphäre geöffnet ist. Andererseits erfolgt das Füllen der den Kühlmantel 31 bildenden Kammer, indem man die Leitung 40 an eine unter Druck stehende Gasquelle anschließt, welche die Flüssigkeit nach oben in die Kammer zur Bildung des Kühlmantels 31 zurückdrückt,

während die in dieser Kammer und im Behälter 36 enthaltene Luft durch die Leitung 38 in die Atmosphäre abgelassen wird.

Unabhängig von der verwendeten Ausführungsform ermöglicht die Kombination der Zuführung von unter Druck stehendem flüssigem Metall in ein vertikales Mundstück mit der Einstellung und Steuerung der Temperatur der Wände dieses Mundstückes in der oben beschriebenen Weise die Herstellung von Rohren geringer Dicke im Stranggießverfahren mit einem rentablen Austragsdurchsatz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Rohren mit dünner Wandstärke aus Gußeisen, bei dem schmelzflüssiges Gießmetall in eine zu kühlende Stranggießkokille um einen beheizten Dorn gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille vor Gießbeginn vom Dom her vorgeheizt wird und daß unmittelbar nach Gießbeginn, nachdem sich der Gießraum zwischen Stranggießkokille und Dorn mit Schmelze gefüllt hat, ein die Stranggießkokille direkt umgebender Kühlraum mit einem schmelzflüssigen, niedrig schmelzenden Metall gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrig schmelzende Metall von unten in den Kühlraum eingefüllt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stranggießkokille (16) und einem die Stranggießkokille (16) umgebenden Kühlmantel (44) ein durch eine Wand (30) vom Kühlmantel abgetrennter Kühlraum (31) vorgesehen ist, der mit einem Vorrat für schmelzflüssiges, niedrig schmelzendes Metall in Verbindung steht

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat für schmelzflüssiges, niedrig schmelzendes Metall in einem Behälter (34, 90) untergebracht ist, der mit einer Druckquelle in Verbindung steht

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle am oberen Teil des Behälters (34,90) angeschlossen ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß unterhalb des Kühlraums (31) ein Behälter (90) für schmelzflüssiges, niedrig schmelzendes Metall angeordnet ist und der Kühlraum oben frei in die Atmosphäre ausmündet