DE3008781C2

DE3008781C2 - Verfahren zum Stranggießen von Metallen

Info

Publication number: DE3008781C2
Application number: DE3008781A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Prof. Dr.-Ing. 5100 Aachen Engler; Herbert Dipl.-Ing. 5870 Hemer Woithe
Original assignee: Individual
Current assignee: WOITHE, HERBERT, DIPL.-ING., 5870 HEMER, DE
Priority date: 1980-03-07
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1982-08-26
Also published as: EP0035958A2; ATE8467T1; DE3008781A1; DE3164805D1; EP0035958A3; EP0035958B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metallen in einer Stranggießkokille mit 4» Heißkopf, in der ein Druckgaspolster aufrechterhalten wird

Im Rahmen eines derartigen Verfahrens wird im allgemeinen eine Stranggießkokille zur Herstellung von Rundbarren. Walzbarren und Bändern beliebiger Form 4, und beliebiger Legierungszusammensetzung verwen del. Die durch das Gaspolster gebildete Trennschicht soll eine Berührung der Strangoberfläche mit der Wandung des Heißkopfes und der übrigen Kokillen wandung verhindern. ^>l'

Obwohl sich Halbzeugfabrikate mit dem Stranggießverfahren wirtschaftlicher herstellen lassen als mit der Verwendung von Blockkokillen und auch eine bessere Qualität erreichbar ist. treten beim Stranggießen immer noch Fehlerscheinungcn auf, die einer sorfortigen « Weiterverarbeitung aus dem Gußzustand entgegenstehen. Neben inneren Fehlern wie Rissen und gegebenenfalls auch Porosität gehören hierzu Obcrflächenfehler. die als Welligkeit der Siranggußoberfläche, als Aufreißen derselben, als Kaltläufe, als Oberfläcjienseigerung oder auch als Reiblinien an der Strangoberfläche in Erscheinung treten können. Deshalb müssen die Gußproduktc vor einer Weiterverarbeitung nachbehandelt werden, zum Beispiel durch Fräsen oder durch Abdrehen.

Aus der DE-OS 29 06 261 ist ein Verfahren für den Strangguß von Nichteisenmetallen bekannt. Die zur Durchführung dieses Verfahrens verwendete Strang

"■■"ti gießkokille hat einen Heißkopf, der mit einem Heißkopfüberhang versehen ist. Ferner ist die Stranggießkokille zwangsgekühlt. Durch die Zuführung unbeheizter Luft wird ein Druckgaspolster aufgebaut, das den Schmelzspiegel im Bereich des Heißkopfüberhanges auf ein gegenüber dem Schmelzmeniskus niedrigeres Niveau herabdrückt Der äußere Rand der Schmelze bleibt hierbei aber mit der Kokillenwandung in Berührung, so daß nicht nur über das Druckgaspolster, sondern auch unmittelbar über die Kokillenwandung in erheblichem Maße Wärme abgeführt wird. Die Kühlung dient dem Zweck, einen sogenannten Randschaieneffekt herbeizuführen. Dies bedeutet die Bildung einer Erstarrungszone im Randbereich des Stranges in Höhe der Kokillenwandung. Bei dem bekannten Verfahren soll durch die Zuführung von unbeheizter Luft der Schmelzmeniskus innerhalb der Primärkühlzone ein Stück herabgedrückt werden.

Bei Anwendung dieses bekannten Verfahrens und einer entsprechenden Stranggießkokille treten also die zuvor genannten Fehler am Gußprodukt auf.

Es ist ferner aus der DE-OS 25 18 903 ein Stranggießverfahren und eine zu seiner Durchführung beschriebene Stranggießkokille bekannt, die jedoch keinen Heißkopf aufweist. Es wird jedoch ebenfalls aus unbeheizter Luft zwischen der Kokillenwandung und dsr Schmelze bzw. dem Strang ein Druckgaspolster aufgebaut, um eine unmittelbare Berührung der Schmelze mit der Kokillenwandung zu verhindern. Die obengenannten Nachteile gelten auch für dieses Verfahren und die zu seiner Durchführung dienende Stranggießkokille in gleicher Weise.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten der genannten Fehler, insbesondere der Oberfläclienfehler. am Gußprodukt zu verhindern und eine notwendige Nachbearbeitung zu vermeiden oder zumindest das Ausmaß dieser Fehlerhaftigkeit und das Ausmaß der erforderlichen Nachbearbeitung mit einfachen Mitteln soweit wie möglich herabzusetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß allein das Druckgaspolster zur Formung des Stranges verwendet wird, wobei das Druckgas etwa in horizontaler Richtung gegen die Schmelze zu deren Stützung geleitet und mit einer Temperatur zugeleitet wird, die mindestens 100⁰C über Raumtemperatur liegt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die genannten Fehler vermeiden bzw. in ihrem Ausmaß herabsetzen lassen, wenn entgegen den bisher für gültig erachteten Erkenntnissen im Bereich der Stranggieß· Kokille möglichst wenig Wärme in radialer Richtung nach außen abgeführt wird und wenn somit die Bildung der groben Randschalenzone weitgehend vermieden wird. Gleichzeitig wird durch die Verhinderung einer direkten Berührung zwischen der Schmelze und dem erstarrenden Teil des Stranges einerseits und der Kokillenwand andererseits eine wesentlich bessere Oberflächenbeschaffenheit des Gußstranges gewährleistet. Es ergibt sich also der Vorteil, daß das Ausmaß der notwendigen Nachbearbeitung entsprechend herabgesetzt wird. Hierdurch lassen sich erhebliche Kosten einsparen.

Eine bewußte Wasser-Kühlung erfolgt also erst unterhalb der Kokillenwand Damit insbesondere auch eine anfängliche WarmeWuhrin radialer Richtung zu Beginn des Gießvorganges weitgehend oder sogar vollständig vermieden werden kann, wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, daß die Kokillenwand

bebei/t wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird Jc: vorgeschlagen, daß das Gas mn einer so hohen Temperatur zugeleitet wird, daß im Bereich des Druckgaspolsters ein radial nach .,ußen gerichteter Transport von Wärme aus der Schmel/e und damit ein Randschalenwachstum unterbunden werden. Wenn nur die Gastemperaur ausreichend hoch ist, dien, da. Druckgaspolster gleichzeitig auch als thermische Trennschicht, d.h. als Abschirmung gegenüber einer ■ Kokillenwand, die eine niedrigere Temperatur hat als die Schmelze und erstarrende Teil des Stranges. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß man die Differenz zwischen der Temperatur des Druckgases und der Liquidustemperatur auf einem möglichst niedrigen ' · Wert hält oder sogar zu Null werden läßt. Im übrigen wird man das Gas unter einem solchen Druck und in einer solchen Menge zuführen, daß der Druck des Gases im Druckgaspolster gleich oder größer ist als die Summe aus dem Atmosphärendruck und dem metallo- ju statischen Druck der Schmelze im Bereich des Druckgaspolsters. Das zugeführte Druckgas entweicht nach unten.

Zur Bildung des Druckgaspolsters können vorteilhaft Kohlendioxyd, Stickstoff, Argon, Luft oder Mischungen .' aus diesen Gasen dienen.

Für die Zuführung des zum Aufbau des Druckgaspolsters dienenden Gases gibt es mehrere Möglichkeiten. Das Gas kann auch gleichzeitig an mehreren Stellen des Heißkopfquerschnittes zugeführt werden. So i-.t es j erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn zusätzlich Druckgas in etwa senkrechter Richtung von der Unterseite des Heißkopfüberhanges zugeleitet wird. Somit kann das erhitzte Druckgas teilweise in etwa senkrechter Richtung von oben her und teilweise von der darunter i· liegenden Kokillenwandung aus in etwa horizontaler Richtung aufgebaut werden, wobei es insbesondere vorteilhaft ist, das erhitzte Druckgas durch poröse Wandungsteile dem Druckgaspolster zuzuführen.

Eine obere Grenze für die zu wählende Gastempera- ^ Uir wird im allgemeinen durch die Liquidusicinperaiur oder eine allenfalls nur wenige Grade über diesel' liegenden Temperatur gegeben sein. Da die Schmelze beim Gießen eine Temperatur hat. die höher ist als die Liquidustemperatur, kann ohne Nachteile eine solche -c. Wärmemenge von der Schmelze an das Gas abgegeben werden, die dieser Temperaturdifferenz entspricht.

Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt ίο

F ig 1 einen Feilsch nil tlurdi eint Sirjri«{.'n-I5

Fi {.'.2 in einer der Darstellung uu^b Fi;: I entspiechenden Darstellung t.neti fcilschmn durch eine andere Ausführungsform der SlranggicU·Kokille.

F-" i g. 5 einen Teilbereich aus einem solchen Teil schnitt, der eine andere Form des Heißkopfubcrhanges darstellt.

Für alle Ausführungsformen gilt gemeinsam, daß jeweils der links einer Mittelachse 10 befindliche Teil einer Stranggieß-Kokille dargestellt ist, wobei diese einen kreisförmigen Querschnitt hat. Selbstverständlich ist die Erfindung auch für Stranggieß-Kokillen anwendbar, die eine andere Querschnittsforni haben.

Die in F i g. 1 dargestellte Slranggieß-Kokille hat einen äußeren Mantelteil 11 und einen Einsatzteil 12. Diese bilden zusammen mit einem Budenteil 13 und einem Wandteil 14 einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringraum 15. in dem Wasser enthalten isl. weiches für die Kühlung des Gußstranges im Bereich unterhalb der Stranggieß-Kokille benötigt wird. Zwischen dem Einsatzteil 12 einerseits und dem Bodenteil 13 und dem Wandteil 14 andererseits isl ein ringspaltförmigei Kanal 16 gebildet, durch den über den Umfang eines Gießstranges !7 verteilt Wasser an die äußere Umfangsfläche desselben herangeführt wird. Der Wandteil 14 gewährleistet über den Umfang hin eine gleichmäßige Zuführung des an beliebiger Stelle in den Ringraum 15 eingespeisten Wassers.

Die Stranggieß-Kokille hat einen Heißkopf 18 aus ■wärmeisolierendem Material, der unter anderem auch dazu dient, eine Abkühlung der in die Stranggieß-Kokil-Ie eingebrachten flüssigen Schmelze zu verhindern Dei Heißkcpf 18 hat eine nach innen ragende und mit der Schmelze in Berührung stehende Wandung 19. die an ihrem tiefsten Pankt in eine schräg nach oben und geneigt verlaufende Unterseite 20 übergehl. Gegenüber der Wandung 19 nach außen versetzt schließt eine poröse Wand 21 an. Der von dieser aus nach innen hervorstehende Teil des Heißkopfes 18 stellt den Heißkopfüberhang 22 dar. An der Rückseite der Wand 21 isl durch den Einsatzteil 12. den Heißkopf 18 und durch die Wand 21 selbst ein Ringraum 23 gebildet, dem über mindestens einen Kanal 24 Gas unter Druck zugeführt wird. Die Zuführung kann alternativ ganz oder teilweise auch über Hohlräume erfolgen, die hier ip Form eines Netzwerkes 25 im Heißkopf 18 ausgebildet sind und in denen Wärme an das Gas angegeben werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuimcn

-:4 . J

Ergänzungsblatt zur PS 3« 08 781 InL CL: B 22 D 11/04

VeröiTentlichungstag: 26. 8. 82

Zwischen der flüssigen Schmelze, die hier mit der Bezugsziffer 26 bezeichnet ist, und dem aus bereits erstarrtem Material bestehenden Gußstrang 17 verläuft eine mit der Bezugsziffer 27 bezeichnete Erstarrungsfront.

Während des Gießens wird der Gußstrang 17 entsprechend dem Fortschritt der Erstarrung abgesenkt, wobei gleichzeitig neue Schmelze 26 hinzugegeben wird. Das dem Ringraum 23 zugeführte Gas hat eine Temperatur, die etwa der Liquidusiernperatur entspricht und damit nur wenig niedriger ist als die Temperatur der zugeführten Schmelze 26. Der Druck des Gases ist so bemessen, daß er etwa der Summe aus dem Atmosphärendruck und dem metallostatischen Druck der Schmelze 26 im Bereich der Wand 21 entspricht. Somit kann das aus dieser austretende Druckgas eine Berührung zwischen der Wand 21 und dem an diese angrenzenden Teil der Unterseite 20 des Heißkopfes 18 einerseits und der Oxydhaut an der Außenseite des Gußstranges 17 und im Bereich der noch nicht erstarrten Schmelze 26 andererseits durch Bildung eines entsprechenden Druckgaspolsters verhindern. Durch die Temperatur des Gases wird eine Wärmeabfuhr in radialer Richtung nach außen unterbunden. Die Erstarrungsfront 27 hat deshalb auch im äußeren Bereich einen verhältnismäßig flachen Verlauf, der erkennen läßt, daß der sonst durch Primärkühlung bewirkte Randschaleneffekt nicht oder zumindest kaum mehr vorhanden ist. Wie Fig.! ferner erkennen läßt, kann das Gas nur nach unten entweichen, da der tiefste Punkt der Wandung 19 tiefer liegt, als der höchste Punkt des unterhalb des Heißkopfüberhanges 22 befindlichen Querschnittsteils der Schmelze.

Erst unterhalb der porösen Wand 21 und damit unterhalb der Erstarrungsfront 27 erfolgt eine Kühlung durch das aus dem ringspaltförmigen Kanal 16 austretende Wasser. Unmittelbar im Austrittsbereich des Kanals 16 wird die Kühlwirkung an der Außenfläche des Gußstranges 17 zunächst noch dadurch etwas herabgesetzt, daß das Druckgas dort mit einer verhältnismäßig hohen Temperatur austritt. Für Aluminium-Strangguß zum Beispiel gilt eine Temperatur in der Größenordnung von 700 Grad C.

Gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 enthält die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform nur einen unterschiedlich ausgebildeten Heißkopf 28 mit einer in die Schmelze 26 hineinragenden seitlichen Wandung 29. Eine nach unten offene ringförmige Aussparung 30 von etwa U-förmigem Querschnitt bildet die Unterseite des Heißkopfüberhanges 31. Die Zuführung des erwärmten und unter Druck stehenden Gases erfolgt durch ein oder mehrere Kanäle 32. Der Heißkopf 28 reicht jetzt also unmittelbar bis zur Mündung des ringförmigen Kanals 16 herab und bildet dabei gleichzeitig auch die gegenüber der Wandung 29 nach außen versetzte Kokillenwandung. Wie Fi g. 2 erkennen läßt, liegt auch hier der tiefste Punkt der Wandung 29 unterhalb des höchsten Punktes des im Bereich der Aussparung 30 befindlichen Querschnittsbereiches der Schmelze 26. Das in die Aussparung 30 eingeleitete Gas kann also nur an der Außenseite des Gußstranges 17 entlang nach unten entweichen und nicht entlang der Wandung 29 nach oben austreten.

Alternativ zu der Darstellung nach F i g. 2 ist es natürlich auch denkbar, auch bei dieser Form des Heißkopfes 28 den äußeren Wandungsteil desselben als poröse Wand auszuführen und dahinter einen Ringraum auszubilden, wie es im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g . 1 beschrieben wurde.

F i g. 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform nur für einen Heißkopf 33, dessen Heißkopfüberhang 34 jetzt eine schräg nach unten gerichtete Nase hat, von der aus sich die in die Schmelze 26 hineinragende Wandung 35 nach oben erstreckt. Die Zuführung des erwärmten und unter entsprechendem Druck stehenden Gases erfolgt über mindestens einen Kanal 36.

Im übrigen gilt, soweit es hier nicht ausdrücklich unter Bezug auf die F ig. 2 und 3 anders beschrieben ist, das im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach F i g. 1 Gesagte.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Metallen in einer StranggieQkokille mit Heißkopf, in der ein Druckgaspolster aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß aHein das Druckgaspolster zur Formung des Stranges verwendet wird, wobei das Druckgas etwa in horizontaler Richtung gegen die Schmelze zu deren Stützung geleitet und mit einer Temperatur zugeleitet wird, die mindestens 100⁰C über Raumtemperaturliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlung des Stranges mittels Wasser erst unterhalb der Kokillenwand erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Kukillenwand beheizt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer so hohen Temperatur zugeleitet wird, daß im Bereich des Druckgaspolsters ein radialer Transport von Wanne aus der Schmelze und damit ein Randschalenwachstum unterbunden werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Druckgaspolsters Kohlendioxid. Stickstoff, Argon. Luft oder Mischungen aus diesen Gasen dienen.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Druckgas in etwa senkrechter Richtung von der Unterseite des Heißkopfüberhanges zugeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprü ehe. dadurch gekennzeichnet, daß das erhitzte Druckgas durch poröse Wandungsteile dem Druckgaspolster zugeführt wird.