DE3036873A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der qualitaet eines stranggegossenen gussblockes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verbesserung der qualitaet eines stranggegossenen gussblockes

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Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Qualität eines stranggegossenen Gußblockes gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.
Zur Erläuterung des Standes der Technik soll bereits hier auf Figur 1 Bezug genommen werden, die ein herkömmliches Stranggußverfahren veranschaulicht.
Das geschmolzene Metall 2, das aus einem Gußauslauf 8 austritt, erstarrt nach und nach in der Gußform 3, die gebildet wird durch ein Gußrad 6, das im Schnitt auch in Fig. 2 gezeigt ist, und ein Band 7. Es entsteht damit entlang der Krümmung des Umfanges des Gußrades ein Gußblock oder Barren 1, der die Krümmung des Umfanges des Gußrades aufweist.
Der Gußblock 1 wird zwangsweise von dem Gußrad durch eine Trenneinrichtung an der Austrittsseite 12 des Gußrades getrennt und von unten durch Führungsrollen 4 abgestützt. Sodann wird der Gußblock durch Quetschwalzen 5 hindurchgeführt, die auf der Ober- und Unterseite liegen, und in eine waagerechte Richtung umgelenkt und dort durch sein Eigengewicht begradigt, bis er in ein Walzengestell· eintritt.
Bei diesem Verfahren ändert sich der Krümmungsradius des Gußblockes 1 nach und nach von dem Radius des Gußrades in bezug auf die Achse des Gußrades bis unendlich.
Daher ist die am Boden der Ausnehmung des Gußrades liegende Seite 3 des Gußblockes 1 durch Verbiegung einer Zugbelastung ausgesetzt. Es entsteht daher eine Verformung durch Dehnung der Bodenseite des Gußblockes, Dabei bedeutet t die Dicke des Gußblockes.
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Furukawa
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Diese Verformung erfolgt durch Zugspannung, die durch die Biegung hervorgerufen wird, so daß häufig Risse 13 am Boden des Gußblockes 1 gebildet werden (Figur 3).
Wie oben erwähnt wurde, bestand bei Stranggußverfahren stets die Gefahr der Entstehung von Fehlern auf der Bodenseite des Gußblockes, wie etwa der erwähnten Risse. Trotz dieser erheblichen Nachteile sind diese wenig beachtet worden, da angenommen wurde, daß die Risse durch Auswahl günstiger Gußbedingungen eingeschränkt und durch Walzen beseitigt werden könnten. Die genannten Nachteile können jedoch nicht mehr unbeachtet bleiben, sofern Bedarf nach einer besseren Oberqualität von Drähten oder Stangen besteht.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die es gestattet, die Qualität von stranggegossenen Gußblöcken im genannten Sinne zu verbessern.
Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.
Die Erfindung befaßt sich mit der Verhinderung von Rissen oder Sprüngen auf der Bodenseite des Gußblockes durch die Vermeidung einer Verformung, die aufgrund von Zugspannungen eintritt, die in der oben erläuterten Weise entstehen. Erfindungsgemäß wird die Bildung von Rissen durch leichtes Walzen des Gußblockes verhindert, das in dem Stadium der Erfindung erfolgt, in dem der gekrümmte Gußblock nach oben gerichteten Biegekräften ausgesetzt ist, während der Gußblock von dem Gußrad zu dem Walzengestell überführt wird. Vorzugsweise wird der Gußblock durch Reduktion während des Walzens gebogen, so daß die Dehnung auf der Bodenseite des Gußblockes nicht ohne Dickenverringerung erfolgt.
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TER MEER · MÜLLER · STcJNMEISTtR Furukawa
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 veranschaulicht in einer schematisehen Darstellung das herkömmliche
Verfahren sowie das erfindungsgemässe Verfahren;
Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt entlang der
Linie A-A1 in Fig. 1;
Fig. 3 veranschaulicht die Rißbildung auf
der Bodenseite des Gußblockes bei herkömmlichen Verfahren; 15
Fig. 4 veranschaulicht einen Walzvorgang
unter Verwendung von Walzen mit unterschiedlichem Durchmesser als Ausführungsform der Erfindung; 20
Fig. 5 zeigt die Walze mit kleinerem Durchmesser und Nut, die gemäß Fig. 4 verwendet wird;
Fig. 6 veranschaulicht eine örtliche Verformung des Gußblockes unter Reduktionswalzen.
Gemäß Figur 1 wird die in der Vertiefung des Gußrades 6 liegende Bodenseite des Gußblockes 1 einer Verformung ■p^ ausgesetzt, während sich der Gußblock von der Austrittsseite des Gußrades 6 zum Eingang des Walzengestells bewegt. Herkömmlicherweise erfolgt diese Verformung unter der Einwirkung von Zugspannung während des BiegeVorganges und führt zu einer Rißbildung am Boden des Gußblockes.
TER MEER ■ MÖLLER ■ STE1NMEISTER Furukawa
Erfindungsgemäß wird die Verformung unter Einwirkung von Zugspannung, die sich beim Biegen ergibt, umgewandelt in eine Dehnung unter einer Druckspannung. Dies geschieht mit Hilfe von zwei Walzen mit vergleichbaren oder unterschiedlichen Durchmessern in einer Position angrenzend entweder an die Führungsrolle 4 oder die Quetschwalzen 5, so daß eine leichte Reduktion durch Walzen des Gußblockes 1 eintritt. Wenn in diesem Falle zwei Walzen unterschiedlichen Durchmessers verwendet werden, ist es wirksamer, die Walze kleineren Durchmessers auf der Bodenseite des Gußblockes einzusetzen, da sich dadurch eine stärkere Reduktion auf dieser Seite ergibt.
Im Falle einer leichten Verjüngung des Gußblockes durch leichtes Walzen in der oben erwähnten Weise mit Walzen unterschiedlichen Durchmessers wird diejenige Seite des Gußblockes, auf der sich die Walze kleineren Durchmessers befindet, d.h. im erwähnten Falle die Bodenseite des Gußblockes stärker gewalzt. Folglich wird die Dehnung dort größer, so daß die Krümmung des Gußblockes aufgehoben wird. Da dieses Zurückbiegen durch Walzen erfolgt, entsteht die Dehnung unter Einwirkung einer Druckspannung, so daß die Gefahr einer Rißbildung verringert wird,
im Hinblick auf die erwähnten Reduktions-Walzen kann die Walze 4' anstelle der herkömmlichen Führungsrolle 4 an der Bodenseite des Gußblockes verwendet werden, und/oder eine Reduktionswalze 5' kann anstelle der bodenseitigen Quetschwalze 5 eingesetzt werden. Zugleich kann eine zusätzliche Walze 9 und/oder 10 an der Oberseite oder Bandseite des Gußblockes eingesetzt werden.
Im Falle der Verwendung der oberen Walze 9 oder 10 und der unteren Walze 4' und/oder 5' mit unterschiedlichem Durchmesser liegt das Durchmesserverhältnis vorzugsweise im Bereich von 1:1-6, und die Walze 9 größeren Durchmessers
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ist vorzugsweise eine flache Walze, während die Walze 4' oder 51 kleineren Durchmessers eine flache oder eine mit umlaufender Nut versehene Walze ist. Wenn die Gefahr besteht, daß aufgrund örtlicher Verformungen 11 Risse entstehen (Figur 6), kann die Form der Nut der Walze derart gewählt sein, daß sie den gedehnten Boden des Gußblockes sicher abstützt.
Das Reduktionsverhältnis beträgt vorzugsweise das 1- bis 5-fache der Dehnungsverformung, so daß die Dehnung an der Bodenseite des Gußblockes durch Reduktion erfolgen kann.
Die optimale Verformung beim Zurückbiegen unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Position der Reduktionswalze. 15
Im Falle der Walze 10 ist es möglich, die Richtung des Gußblockes im wesentlichen in die horizontale Richtung durch eine Dehnung ^ zu ändern.
In einer Position angrenzend an die Walze 9 ist die Krümmung des ümfangs geringer als R', so daß die notwendige Dehnungsverformung zum Begradigen des Gußblockes mit Hilfe der Walzen größer als ~k ist. Wenn jedoch der Gußblock durch die Walze 9 zurückgebogen wird, ist es sogar notwendig, den Gußblock in entgegengesetzte Richtung zurückzubiegen, damit er in die Führungswalzen des Walzengestells eintritt.
Wenn daher die Reduktion auf der Bodenseite des Gußblockes zu stark ist, besteht die Gefahr, daß sich auf der gegenüberliegenden Oberfläche, die von dem Gußband ausgeht, Risse bilden, jedoch ist diese Gefahr verhältnismäßig gering, solange die Umfangsgeschwindigkeiten miteinander synchronisiert sind, und zwar auch dann, wenn die Dehnungsverformung von dem optimalen Wert abweicht, da die Formung unter Druckkräften erfolgt. Es ist daher nicht erforderlich, die Verformung sehr genau einzustellen.
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Furukawa
Wenn der Vorteil der Erfindung in besonderer Weise ausgenutzt werden soll, ist es zweckmäßig, den Gußblock so wenig wie möglich zurückzubiegen, bevor die Reduktion durch die Walzen erfolgt. Es ist daher wünschenswert, den Radius R' an den Radius R anzupassen, und zwar dadurch, daß die Position der Walzen für den leichten Walzvorgang so weit wie möglich abgesenkt wird, wie in strichpunktierten Linien in Figur 1 gezeigt ist. Das erfindungsgemäße leichte Walzen, das zwischen der Austrittsseite des Gußrades und der Einlaßseite des Rollengestells erfolgt, wird üblicherweise mit einer Walzengruppe durchgeführt. Es können jedoch auch mehrere Walzengruppen verwendet werden. Es ist zweckmäßig, den Gußblock in einem Gesamt-Reduktionsverhältnis im Bereich von 0,5 bis 15% zu walzen.
Zumeist ist es vorteilhaft, das Reduktionsverhältnis im Bereich von 1 bis 10% und insbesondere von 2 bis 5% zu wählen. Ein Walzen mit derartigen Reduktionsverhältnissen sollte so nahe wie möglich an der Auslaßseite 12 des Guß-
20 rades durchgeführt werden.
Bei Ausübung der Erfindung sollte die Temperatur des Gußblockes am Austritt des Gußrades nicht zu hoch und nicht zu niedrig sein, da dadurch allenfalls die Rißbildung verstärkt würde. Zweckmäßigerweise liegt die Temperatur im Bereich von (0,58 - 0,94) χ TM(°K). Dabei bezeichnet TM die Schmelztemperatur.
Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen.
(1) Risse, die bei herkömmlichen Verfahren an der Bodenseite des Gußblockes häufig entstanden, können verhindert werden und
(2) da sich Blasen häufig am Boden der Ausnehmung des Gußrades und damit des Gußblockes konzentrieren und durch
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leichtes Walzen zusammengedrückt werden, wird die Dichte des Gußblockes erhöht und damit die Qualität auch vom Gesichtspunkt der Dichte verbessert.
BEISPIEL 1
Bei der Herstellung von Hammergaren oder zähgepoltem Kupfer-Vorziehdraht betrug die Gießtemperatur 1.1500C, die Temperatur des Gußblockes am Austritt 9000C, der Radius des Gußrades bis zum Boden der Nut 1.250 mm und die Höhe des Gußblockes 50 mm. Beim Zurückbiegen ergab sich eine Verformung -^ = 50/2.500 = 0,02. In diesem Falle wurde in einer Position unmittelbar angrenzend an die Führungsrolle eine flache Walze mit einem Durchmesser von 400 mm auf der linken Seite und eine mit einer Nut versehene Walze mit einem Durchmesser von 100 mm auf der Bodenseite des Gußblockes vorgesehen, und dieser wurde leicht gewalzt mit einem Reduktionsverhältnis von etwa 4%.
Die Reduktion oder die Abnahme betrug insgesamt 2 mm, im einzelnen jedoch 0,5 mm auf der Seite der Walze mit grossem Durchmesser und 1,5 mm auf der Seite der Walze mit kleinem Durchmesser (Fig. 4 und 5). der Gußblock wurde mit einer Gießgeschwindigkeit von 27 cm/sec. gegossen, so daß die Umfangsgeschwindigkeit am Gußrad 27 cm/sec. betrug. Risse auf der Bodenseite des Gußblockes traten nicht auf. Gasblasen, die auf der Bodenseite des Gußblockes konzentriert waren, wurden zusammengedrückt und die Dichte wurde auf 8,83 g/cm3 durch leichtes Walzen gegenüber einer Ausgangsdichte von 8,75 g/cm3 erhöht. Dadurch wurde die Qualität aus dem Gesichtspunkt der Dichte verbessert.
Durch Wirbelstrom-Überprüfung nach dem Walzen des Gußblockes mit einer waagerechten Walze und einer senkrechten Walze ergab sich, daß, obgleich im Normalfalle Risse von
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mehr als 2 ram Tiefe zweimal und Risse im Bereich von 2 bis 1 mm Tiefe sechsmal pro Wickel von dem Gußblock, der nicht leichtgewalzt worden war, festgestellt wurden, im erfindungsgemäßen Falle die Risse in beiden Gruppen bei überprüfung des entstandenen Drahtes in den beiden Gruppen auf Null und 1 reduziert waren. Der Durchmesser der Stange, die in dem Beispiel verwendet wurde, betrug etwa 38 mm, und das Gewicht des Wickels etwa 3 t. Eine Wirbelstrom-Überprüfung am letzten Walzenstand zeigte, daß das dort gebildete Drahtmaterial von 8 mm Durchmesser zwar im Normalfalle Risse von mehr als 0,5 mm zweimal und Risse im Bereich von 0,5 bis 1 mm achtmal pro Wickel festgestellt wurden, im erfindungsgemäßen Falle die Risse jedoch in beiden Kategorien nur null- bzw. viermal auftraten.
Die Walze kleineren Durchmessers wies eine Nut auf, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der Abstand zwischen dieser mit Nut versehenen Walze und dem Gußblock wurde bei höchstens 2,5 mm gehalten, um eine übermäßige seitliche Ausbreitung des Bodens des Gußblockes durch die Reduktion zu verhindern.
BEISPIEL 2
Bei der Herstellung von Aluminium-Vorziehdraht betrug die Gußtemperatur 7300C, die Temperatur des Gußblockes am Austritt des Gußrades 5300C, der Radius des Gußrades bis zum Boden der Nut 750 mm, die Höhe des Gußblockes 40 mm und die Verformung beim Zurückbiegen des Gußblockes w=- = 40/750= 0,53.
Anstelle der Quetschwalzen wurde eine flache Walze mit einem Durchmesser von 300 mm als Walze großen Durchmessers auf der Seite des Bandes und eine mit Nut versehene Walze mit einem Durchmesser von 100 mm als Walze kleineren Durchmessers auf der Bodenseite des Gußblockes vorgesehen. Das Re-
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- 12 duktionsverhältnis betrug etwa 10%,
Die Reduktion oder Dickenabnahme betrug insgesamt 4 mm,. jedoch etwa 1,5 mm auf der Seite der Walze größeren Durchmessers und etwa 2,5 mm auf der Seite der Walze kleineren Durchmessers. Der Gußblock wurde mit einer Gießgeschwindigkeit von 20 cm/sec. gegossen, so daß die Umfangsgeschwindigkeit des Gußrades 20 cm/sec. betrug. Risse wurden auf der Bodenseite des Gußblockes nicht beobachtet. Die Form der Walze entsprach derjenigen des Beispiels 1.
Eine Wirbelstrom-Überprüfung, die in der letzten"Stufe der Herstellung von Vorziehdraht durchgeführt wurde, ergab, obgleich-Risse von mehr als 1,0 mm zweimal und Risse im Bereich von 1,0 bis 0,1 mm Tiefe in der Drahtstange von 9,5 mm Durchmesser ohne leichtes Walzen des Gußblockes festgestellt worden waren, daß Risse beider Kategorien bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur null- bzw. dreimal auftraten.
BEISPIEL 3
Bei der Herstellung von Stahldraht betrug die Gießtemperatür 1.600 0C und die Temperatur des Gußblockes am Austritt des Gußrades 1,3000C, der Radius des Gußrades bis zum Boden der Nut 1.800 mm, die Höhe des Gußblockes 50 mm. Die Verformung beim Zurückbiegen des Gußblockes betrug 0,014, wie es bei dem ersten Beispiel der Fall war. Der Gußblock wurde leicht in der in Beispiel 1 beschriebenen Art und Weise gewalzt, und das Reduktionsverhältnis betrug 2%.
Es wurden keine Risse auf der Bodenseite des Gußblockes beobachtet, der im übrigen nach den Bedingungen des Beispiels 1 hergestellt wurde.
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Claims (9)

PAT E N TA N WA LTE TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandataires agrees pres !'Office europeen des brevets Dipl.-Chem, Dr. N. ter Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister Dipl.-Ing. F. E. Müller siekerwall 7, Tnftstrasse 4, D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1 St/ri 30- September 1980 THE FURUKAWA ELECTRIC COMPANY, LTD. No. 6-1, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, TOKYO, Japan Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Qualität eines stranggegossenen Gußblockes PRIORITÄT: 2. Oktober 1979, Japan, No. 127179/79 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Verbesserung der Qualität eines stranggegossenen Gußblockes, der unter Verwendung eines Gußrades und eines Bandes durch Gießen des geschmolzenen Metalles in eine durch diese gebildete Form hergestellt ist und nach Drehung um die kreisförmige Umfangsbahn des Gußrades in einer von dem Band abgedeckten Nut auf dessen Umfangsfläche im wesentlichen den Krümmungsradius dieser Nut aufweist und anschließend zur Durchführung eines Walzprozesses im wesentlichen in eine gerade Form gebogen wird, dadurch
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gekennzeichnet, daß der Gußblock bei Überführung von der gekrümmten in die gerade Form zwischen dem Gußrad und den Walzen leicht gewalzt und dabei in der Dicke reduziert und gestreckt wird. 5
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußblock auf der Seite des Bandes mit geringerer Reduktion und auf der Seite des Gußrades mit stärkerer Reduktion gewalzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsverhältnis das 1- bis 5-fache der Verformung ^r- (t=Stärke des Gußblockes, R=Radius des Gußrades bis zum Boden der Nut) beträgt, die der Gußblock auf der Seite des Bodens der Nut beim Biegen in die gerade Lage erfährt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leichte Reduktion durch Walzen im wesentlichen unmittelbar angrenzend an den Beginn des Biegens des Gußblockes aus der gekrümmten Lage erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Gußrad, das eine über den Umfang umlaufende Nut aufweist, einem die Nut abdeckenden, metallischen Band und einem stromabwärts angeordneten Walzengestell, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gußrad (6) und dem Walzengestell wenigstens ein Walzenpaar (4 ',9,5 ',1O) zur leichten Reduktion des Gußblockes (1) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Walze (9,10) größeren Durchmes- sers auf der Seite des metallischen Bandes (7) und eine Walze kleineren Durchmessers (4',5') auf der Seite des
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Gußrades (6) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis der Walzen im Bereich von 1 bis 6 liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (4',9;5',10) unmittelbar stromabwärts des Austrittspunktes des Gußblokkes (1) vom Gußrad (6) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (4',5') mit kleinerem Durchmesser eine umlaufende Nut auf dem Umfang aufweist.
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DE3036873A 1979-10-02 1980-09-30 Verfahren zum Behandeln eines aus einem Gießrad austretenden Stranges Expired DE3036873C2 (de)

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