DE3029223A1

DE3029223A1 - Metalleinlauf in stranggiessvorrichtungen mit bewegten kokillenwaenden

Info

Publication number: DE3029223A1
Application number: DE19803029223
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Figge; Jürgen Dr.-Ing. Hartwig; Dieter Dr.-Ing. Neuschütz; Jürgen Dr.-Ing. 4300 Essen Pötschke
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1980-08-01
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1982-11-04
Also published as: ATE6215T1; DE3029223C2; DE3162265D1; EP0045365B1; ZA815269B; BR8104956A; DD201650A5; ES8205366A1; JPS5752549A; ES503761A0; EP0045365A1; CA1182617A

Description

ERIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG IN ESSEN

Metalleinlauf in Stranggieß vorrichtungen mit bewegten Kokillen-wänden

Die Erfindung bezieht sich auf einen Metalleinlauf in Stranggießvorrichtungen, die einen feststehenden feuerfesten Eingußkörper und eine diesen teilweise umschließende Kokille mit in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen.

Derartige bekannte Stranggießvorrichtungen lassen sich insbesondere bei nach außen hin abgeschlossenem Metall-

^ O einlauf mit gutem Ergebnis betreiben, da der Zutritt

von Luft zum flüssigen Metall verhinderbar und die Regelung der zugeführten Metallmenge insbesondere bei hohen Gießgeschwindigkeiten beherrschbar ist. Schwierigkeiten entstehen im Bereich des feststehenden Eingußkörpers da-5 durch, daß dieser gegen die in Gießrichtung bewegten Kokillenwände abgedichtet sein muß, um das Austreten flüssigen Metalls nach außen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metalleinlauf zu entwickeln, welcher mit verhältnismäßig geringem technischen Aufwand über längere Zeiträume im

Übergangsbereich zwischen dem Eingußkörper und den bewegten Kokillenwänden - die insbesondere als Bänder ausgebildet sein können - eine ausreichende Dichtheit aufweist. Der Metalleinlauf soll dabei insbesondere in Stranggieß vorrichtungen zum Einsatz gelangen, in denen Metalle wie Aluminium, Kupfer, Stahl und Zink verarbeitet werden.

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Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, daß die zwischen Metallschmelze und Kokillenwerkstoff bzw. Eingußkörperwerkstoff wirkenden Kräfte für eine rein mechanische Abdichtung sehr kleine Spaltabmessungen erforderlich machen, diese lassen sich bei den hohen Gießtemperaturen insbesondere für Kupfer und Stahl und deren hoher chemische-»* Aggressivität für feuerfeste Werkstoffe nicht über den notwendigen Zeitraum von einigen Stunden aufrechterhalten. Das in den Spalt zwischen den Kokillenwänden und dem Eingußkörper gelangende flüssige Metall könnte zwar bei seiner vollständigen Erstarrung abdichtend wirken; dieser Erstarrungsvorgang ist jedoch unerwünscht und nachteilig, da das gerade erstarrte Metall fortlaufend aus dem Spalt herausgerissen würde. Dies hätte eine Zerstörung der gerade entstandenen Metallhaut, eine schlechte Oberfläche des Gießerzeugnisses sowie gegebenenfalls eine Beschädigung der Stranggießvorrichtung zur Folge.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen Metalleinlauf der eingangs genannten Gattung gelöst, der im wesentlichen zumindest die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Erfindung beinhaltet danach die Erkenntnis, daß ein kontinuierlicher Gießprozeß unter stationären Bedingungen nur dann möglich ist, wenn im Spalt zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände und des Eingußkörpers keine Brücke aus erstarrtem Metall gebildet wird. Diese Erstarrung läßt sich an der Kokille - bedingt durch deren große Kühlwirkung - kaum verhindern. Es kommt daher darauf an, die Erstarrung des Metails am Eingußkörper zu verhindern, da andernfalls die Gefahr einer Brückenbildung zur Kokille besteht. Damit die beginnende Erstarrung nicht den Eingußkörper erreicht, also zwischen diesem und den Kokillenwänden

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ein mit flüssigem Metall angefüllter Bereich aufrechterhalten bleibt, sind die Kokillenwände mit einer geeigneten Beschichtung ausgestattet; in den mit flüssigem Metall angefüllten Spaltbereich fließt nur soviel Metall hinein, wie durch Erstarren verbraucht und durch die Bewegung der Kokillenwände abgeführt wird. Die Erfindung vermittelt also die Lehre, daß der Spalt zwischen dem Eingußkörper und den bewegten Kokillenwänden selbsttätig durch erstarrendes Metall abdichtbar ist, sofern die Materialeigeschaften und geometrischen Verhältnisse der gegeneinander abzudichtenden Bestandteile sowie die Geschwindigkeit der Kokillenwände gerade so aufeinander abgestimmt sind, daß die in den Spalt einströmende Metallmenge der mit den Kokillenwänden aus dem Spalt herausgeförderten erstarrten Metallmenge entspricht.

Als Beschichtungswerkstoffe kommen insbesondere Pulver und alkoholische Suspensionen auf Glas-., Schlacke-, Graphit-, Keramik-Graphit-Basis zur Anwendung; die Beschichtung kann jedoch auch unter Verwendung geeigneter Salze, Fette und Öle hergestellt sein.

Von wesentlicher Bedeutung ist es weiterhin, daß während des Gießvorgangs zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände und des Eingußkörpers ein Spalt in der Größenordnung von allenfalls einem Millimeter, vorzugsweise von weniger als einem Millimeter, aufrechterhalten -wird. Die einander zugewandten Wände der Kokille und des Eingußkörpers sind daher vorteilhaft erweise so ausgebildet und angeordnet, daß sie zumindest im Austrittsbereich des Eingußkörpers parallel zueinander verlaufen.

Infolge der hohen Wärmebelastung der Kokillenwände stellt deren Verwerfung, durch welche der Abstand zum Eingußkörper verändert wird, ein besonderes Problem dar. Um diesen

Abstand, das heißt die Spaltbi lte, möglichst konstant auf dem gewünschten Wert zu halten, ist es zweckmäßig, Führungsschienen vorzusehen, an denen sich die Kokillenwände mit geringer Vorspannung abstützen (Anspruch 2). Die vorteilhaft aus dem Werkstoff de~ Eingußkörpers bestehenden Führungsschienen (Anspruch 8) können fest mit dem Eingußkörper verbunden sein, sind aber zweckmäßigerweise derart beweglich (Anspruch 7) in diesem gehalten, daß entweder ein gewünschter Abstand zwischen Kokille und Eingußkörper während des Gießvorgangs erhalten bleibt oder daß der Abstand zwischen den beiden genannten Bestandteilen in dem gewünschten Umfang verändert werden kann.
Die Führungsschienen können insbesondere auch unter Verwendung von Federelementen beweglich im Eingußkörper geführt sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist es möglich, die Lage der Führungsschienen bezüglich der Kokillenwände von außen zu verstellen; zu diesem Zweck können die Führungsschienen insbesondere durch Verstellkeile oder ähnliche fernbedienbare Hubeinrichtungen innerhalb des Eingußkörpers höhenverstellbar sein.

Zweckmäßigerweise sind die Führungsschienen auf der den Kokillenwänden zugewandten Seite verhältnismäßig schmal ausgebildet; ihre Breite quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers beträgt vorzugsweise nicht mehr als fünf Millimeter (Anspruch 4).

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Führungsschienen so anzuordnen, daß ihr G-röß.tabstand voneinander quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers zweihundert Millimeter beträgt (Anspruch 3). Um eine Brückenbildung zwischen den Kokillenwänden und dem Eingußkörper zu vermeiden, nähern sich die Führungsschienen der Austrittkante des Eingußkörpers allenfalls bis auf dreißig (Anspruch 5) bzw. bis auf fünfzig Millimeter (Anspruch 6).

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Bei einer "besonders bevorzugten Ausgestaltung des Erfind ungsgegenstandes ist der Aus trittst» er eich des Eingußkörpers mit einer sich in G-ießrichtung trichterförmig erweiternden Bohrung ausgestattet; die Bohrungswandung verläuft vorteilhaft konvex-gekrümmt, unter Umständen jedoch auch geradlinig oder konkav-gekrümmt. Durch die auf das Gießproblem abgestimmte Krümmung des Austrittsbereiches werden die folgenden Ziele optimal erreicht: Hohe mechanische Stabilität des Eingußbereiches des Eingußkörpers, ausreichend hohe Wärmekapazität und Wärmeleitung nach außen, das heißt in Richtung Kokille, und weitgehende Beruhigung der turbulenten Strömung.

Da der Austrittsbereich und der Restbereich des Eingußkörpers aus feuerfesten Werkstoffen mit unterschiedlieher Wärmeleitfähigkeit bestehen (vgl. den Anspruch 1), sind sie in einer Weise miteinander verbunden, die thermisch bedingte Abmessungsänderungen zuläßt (Anspruch 10); insbesondere können die beiden Bereiche des Eingußkörpers durch Steckverbindungen aneinander befestigt sein. Als geeignete Werkstoffe für den Austrittsbereich kommen insbesondere Si- H,, BIT oder Cermet zur Anwendung; der Restbereich des Eingußkörpers kann insbesondere aus feuerfester hochtonerdehaltiger Keramik hergestellt sein, wie beispielsweise Silimanitstein.

TJm zu verhindern, daß das flüssige Metall zu weit in den Spalt zwischen der Kokille und dem Eingußkörper eindringt, ist der Spalt im Austrittsbereich des Eingußkörpers vorteilhaft mit Inertgas gefüllt; der Inertgasdruck ist dabei so gewählt, daß seine Größe geringfügig unterhalb derjenigen des me tall ο statischen Drucks der Schmelze im Austrittsbereich liegt (Anspruch 11). Da der Inertgasdruck stets kleiner ist als der bereits erwähnte metallostatische Druck der Schmelze, kann das Inertgas nicht in

das flüssige Metall und in den Gießstrang gelangen. Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit Inertgas-Abdichtung weist vorzugsweise zusätzlich die Merkmale des Anspruchs 12 auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
Es zeigen:

Pig. 1 schematisch einen Längs-Teilschnitt

' durch den erfindungsgemäßen Metalleinlauf im Austrittsbereich des Eingußkörpers,

Pig. 2 in gegenüber Fig. 1 verkleinertem

Maßstab einen Teilschnitt durch den mit mehreren nebeneinander liegenden

Führungsschienen ausgestatteten Eingußkörper quer zu dessen Längserstreckung und

Pig. 3 schema tisch einen Längsschnitt durch

einen erfindungsgemäßen Metallein

lauf, dessen Eingußkörper im Austrittsbereich mit einem Inertgaskanal ausgestattet ist.

Der erfindungsgemäße Metalleinlauf weist als wesentliche Bestandteile in Richtung des Pfeiles 1 bewegte bandförmige Kokillenwände 2 und einen feststehenden Eingußkörper 3 auf, der seinerseits aus einem Austrittsbereich und einem rückwärtigen Restbereich 5 zusammengesetzt ist. Die Bereiche 4 und 5 bestehen aus einem Werkstoff mit guter (Bereich 4) bzw. mit geringer (Bereich 5) Wärmeleitfähigkeit.

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Das zu vergießende flüssige Metall wird in Richtung des Pfeiles 6 durch eine Bohrung 7 im Eingußkörper 3 zwischen die sich bewegenden Kokillenwände 2 eingeleitet; der von diesen ausgehende Erstarrungsbereich ist mit 8 bezeichnet. Die Bohrung 7 mit der Längsachse 7¹ erweitert sich im Austrittsbereich 4 mit der Außenfläche 4' und der Austrittskante 4" in Gießrichtung (Pfeil 6) trichterförmig

Zur Abdichtung des Spaltes 9 zwischen den Kokillenwänden 1 und der Außenfläche 4¹ bzw. 5^f der Bereiche 4 und des Eingußkörpers 3 wird dafür Sorge getragen, daß der Abstand· zwischen den Bestandteilen 2 und 3 stets weniger als einen Millimeter beträgt. Darüber hinaus werden die Kokillenwände 2 bei vorgegebener Gießges chwindigkeit so beschichtet, daß die beginnende Erstarrung (Erstarrungsbereich 8) nicht den Eingußkörper 3 bzw. dessen Austrittsbereich 4 erreicht, sondern ein mit flüssigem Metall angefüllter spaltförmiger Bereich 8¹ aufrechterhalten bleibt. Die Aufrechterhaltung dieses Bereiches 8' hat zur Folge, daß im Spalt 9 zwischen den Bestandteilen 2 und 3 keine Brücke aus erstarrtem Metall gebildet wird. Die während des Gießvorgangs herrschenden Betriebsbedingungen (Spaltbreite, Beschichtung der Kokillenwände, Geschwindigkeit der Kokillenwände) sind also derart gewählt, daß durch den spaltförmigen Bereich 8^f immer gerade so viel flüssiges Metall nach links nachströmt,wie nach dem Erstarren an den Kokillenwänden 2 durch deren Bewegung nach rechts (Pfeil 1) abgeführt wird.

Um sicherzustellen, daß die Spaltbreite in der gewünschten Größe ständig erhalten bleibt, ist der Eingußkörper 3 auf der den Kokillenwänden 2 zugewandten Seite (das heißt im Bereich der Außenflächen 4' und 5^! in Pig. 1) mit Führungsschienen 10 ausgestattet, an denen sich die

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Kokillenwände 2 mit geringer ^Torspannung abstützen (vgl. Pig. 2). Die Breite b dieser Führungsschienen beträgt vorzugsweise nicht mehr als fünf Millimeter, ihr gegenseitiger Abstand a quer zur Xängsrichtung des Eingußkörpers 3 nicht mehr als zweihundert Millimeter.

Um die Führungswirkung der Führungsschienen 10 gegebenenfalls verändern zu können, können diese - in Abänderung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verstellbar im Eingußkörper 3 gehalten sein; darüber hinaus ist es möglich, die Führungsschienen 10 unter Zwischenschaltung von Federelementen beweglich im Eingußkörper 3 anzuordnen.
Die Mittel ebene des Eingußkörpers 3 quer zur Längsachse 7« ist in Fig. 2 mit 7" bezeichnet.

Zweckmäßigerweise reichen die Führungsschienen 10 - in Richtung der Längsachse 7' (bzw. in Richtung der Pfeile 1 und 6) gesehen - so nah wie möglich an die Austrittskante 4" des Austrittsbereichs 4 heran; ihr Abstand von dieser Austrittskante muß jedoch so bemessen sein, daß sie in jedem Falle außerhalb des in Fig. 1 angedeuteten Erstarrungsbereiches 8 - der in den Spalt 9 hineinreicht - liegen.
Der Abstand c der Vorderkanten der Führungsschienen von der Austrittskante 4" ist daher nicht kleiner als dreißig Millimeter (vgl. Fig. 1).

Bei der in Fig. 3 dargestellten Aus führungs form ist der Austrittsbereich 4 des Eingußkörpers 3 mit einem Ringkanal 11 ausgestattet, durch welchen Inertgas in den Spalt zwischen den Bestandteilen 2 und 4 geführt wird. Der Ringkanal 11 steht über eine Zuführleitung 12 mit einer nicht dargestellten Inertgasquelle in Verbindung.

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Der Druck des Inertgases ist dabei so bemessen, daß er ständig geringfügig unter dem Wert des metallostatischen Druckes in der Schmelze im Bereich der Austrittskante 4" des Austrittsbereiches 4 liegt. Das vorhandene Inertgas verhindert das zu v/eite Eindringen von Schmelze in den Spalt zwischen den Bestandteilen 2 und 4, ohne daß die Gefahr des Einlagerns von Inertgas in den Gießstrang besteht. Auf der von der Austrittskante 4" abgewandten rückwärtigen Seite ist der Ringkanal 11 durch eine gleichzeitig an den Kokillenv/änden 2 anliegende Dichtung 13 verschlossen.

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Claims

Ansprüche :

1. Metalleinlauf in Stranggießvorrichtungen, die einen feststehenden feuerfesten Eingußkörper und eine diesen teilweise umschließende Kokille mit in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen, dadurch gekennzei chne t, daß zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände (2) und des Eingußkörpers (3) zumindest an dessen Austrittsbereich (4) ein Spalt (9) in der Größenordnung von allenfalls einem Millimeter eingestellt ist, daß der Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) - im Gegensatz zu dessen Restbereich (5) - aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht und daß die Kokillenwände (2) derart beschichtet und mit einer derartigen Geschwindigkeit angetrieben sind, daß zwischen ihnen und zumindest dem Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) ein stationärer Zweiphasenbereich vorhanden ist, in dem das in den Spalt (9) einströmende Metall (8¹) durch Erstarrung im Erstarrungsbereich (8) gerade aufgezehrt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) zwischen den Kokillenwänden (2) und dem Eingußkörper (3) durch an diesem angeordnete Führungsschienen (10) eingestellt ist, die sich mit geringer Vorspannung an den Kokillenwänden abstützen.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Größtabstand der Führungsschienen (10) voneinander - quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers (3) gesehen - zweihundert MiHLmeter beträgt.

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4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Führungsschienen (10) quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers (3) höchstens fünf Millimeter beträgt.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) sich der Austrittskante (4") des Eingußkörpers (3) - in dessen Längsrichtung gesehen - allenfalls bis auf dreißig
Millimeter nähern.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) sich der Austrittskante (4") des Eingußkörpers (3) - in dessen Längsrichtung gesehen - allenfalls bis auf fünfag
Millimeter nähern.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) beweglich im Eingußkörper (3) gehalten sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) aus dem Werkstoff des Eingußkörpers (3) bestehen.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) eine sich in Gießrichtung (Pfeil 6)
trichterförmig erweiternde Bohrung (7) aufweist.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (4) und der
Restbereich (5) des Eingußkörpers (3) in einer Weise miteinander verbunden sind, die thermisch bedingte

unterschiedliche Abmessungen 'derungen zuläßt.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 Ms 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) im Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) Inertgas mit einem Druck enthält, dessen Größe geringfügig unterhalb derjenigen des me tall os tatischen Drucks eier Schmelze im Austrittsbereich (4) liegt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingußkörper (3) auf der den Kokillenwänden (2) zugewandten Außenseite einen Ringkanal (11) aufweist, der außerhalb der Kokille an eine Inertgasquelle angeschlossen und auf der vom Austrittsbereich (4) abgev/andten Seite gegenüber den Kokillen wänden (2) abgedichtet ist.