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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Form
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zum Stranggießen, wobei die Form insbesondere zum vertikalen Stranggießen
von Metallen oben offen ist, Stranggußverfahren werden seit einiger Zeit in der
Stahlindustrie zur Mechanisierung bei der Stahlverfestigung eingesetzt, um die Erzeugnisausbeute
zu verbessern und die Herstellungskosten zu vermindern. Es bestehen jedoch weiter
hin verschiedenartige Probleme, insbesondere hinsichtlich einer Verbesserung der
Oberflächengüte der Gußstücke.
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Beim Gießen neigt ein Guß stück aufgrund der Hitze zum Festfressen
oder Festklemmen an der Form. Es würde sich dann ein Riß bilden, wenn der festgefressene
Teil durch Transportwalzen von unten abgezogen wird. Dadurch würde der geschmolzene
Stahl durch den Riß herausspritzen und einen ernstlichen Unfall verursachen. Um
ein derartiges Festklemmen oder Festfressen zu verhindern, wird bisher entweder
ein das Festfressen verhinderndes Mittel zwischen dem Stahlstück verwendet, oder
es wird zusätzlich zu diesem das Festklemmen verhindernden Mittel die Form in Schwingungen
versetzt.
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Beim Vibrieren der Form neigt jedoch das Stahlstück zum Ausbilden
von Oberflächensprüngen oder -rissen, was die Ausbeute verringert.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stranggußform
zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, wobei die Lösung
insbesondere von dem folgenden Grundgedanken ausgeht:
Jeder Formabschnitt,
der einer Stelle entspricht, wo sich der geschmolzene Stahl beim Stranggießen zu
verfestigen beginnt, ist so ausgebildet, daß dort die Wanddicke verringert ist,
d.h. dünner ist als die anderen Teile der Form.
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An den verdünnten Abschnitt der Form wird eine hohe Schwingungsfrequenz
angelegt, um das Festklemmen oder Festfressen eines Stahlgußstücks aufgrund dessen
Temperatur zu verhindern, um die Oberflächengüte des so erhaltenen Stahlgußstücks
zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird das Festfressen oder Festklemmen dadurch verhindert,
daß jeder Abschnitt der Form, wo dieses Festklemmen besonders wahrscheinlich ist,
dünner ausgebildet wird, als die anderen Teile der Form, d.h. der verdünnte Abschnitt
ist an einer Stelle ausgebildet, wo der geschmolzene Stahl sich zu verfestigen beginnt,
sowie in der Nähe dieser Stelle, z.B. innerhalb von 300 mm vom oberen Ende der Form;
ferner wird an den verdünnten Abschnitt der Form eine höhe Schwingungsfrequenz angelegt.
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Die sich bei den bekannten Verfahren einstellenden Probleme sowie
die Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer üblichen Stahlstranggußanlage,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Festklemmvorganges aufgrund
der Wärmeentwicklung an einer Stelle, wo sich der geschmolzene Stahl zu verfestigen
beginnt, sowie mit einem durch das Festfressen hervorgerufenen Riß, Fig. 3 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zur Ausbildung einer das Festfressen verhindernden
Substanz zwischen einer sich verfestigenden
Stahischicht und einer
Form, Fig. 4 eine schematische Darstellung des üblichen Verfahrens zur Vibration
der Form; Fig. 5 eine schematische Darstellung von Pulver, das an einem Schwingungsknoten
festgehalten wird, Fig. 6a eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen, zusammengesetzten
Form, deren Oberfläche an den Seiten mit einer hohen Frequenz in Schwingungen versetzt
wird, die zu dem gegossenen Metall weisen, Fig. 6b eine Querschnittsansicht der
Form gemäß Fig. 6 a Fig, 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der
Position und der Amplitude eines Stahlstücks, Fig. 8 eine schematische Darstellung
der Hochfrequenzschwingung der Form gemäß Fig. 6, Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel,
bei dem eine vorspringende Schwingungsübertragerplatte mit dem Boden eines mit einer
Nut versehenen -Abschnitts ausgebildet ist, wobei an der Platte ein Oscillator befestigt
ist; Fig. 10a eine graphische Darstellung-der Beziehung zwischen der Horizontallage
der Form gemäß Fig. 9 sowie der Amplitude, wenn die Schwingungsfrequenz 15 kz und
die Eingangsleistung 500 W betragen, Fig. 10b eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Vertikallage bei der gleichen Form zur Amplitude,
Fig.
11 ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Oscillator direkt am Boden des mit einer
Nut versehenen Abschnitts der Form befestigt ist, Fig. 12a schematische Ansichten
einer Ausführungsform an bis 12f einer gekrümmten Stranggußanlage mit einer oben
offenen, wassergekühlten Kupfer form, Fig. 13 schematische Ansichten einer Längsseite
einer üb-und 14 lichen bzw. einer erfindungsgemäßen Form; Fig. 15 eine schematische
Ansicht einer Prüfanordnung zum Vergleichen einer erfindungsgemäßen mit einer üblichen
Form und Fig. 16 eine Fotographie zur Darstellung der durch die Schwingungen hervorgerufenen
Zeichnung.
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Beim üblichen Stahlstranggießen (vgl. Fig. 1) wird der etwa von einem
Konverter erhaltene, geschmolzene Stahl 101 in eine Pfanne 2 gegeben und dann über
eine Düse 3 in eine Zwischenpfanne 4 gegossen. Der eingegossene, geschmolzene Stahl
102 kann durch ein Tauchrohr 5 in eine Form 6 fließen, die mit durch einen Kühlbehälter
21 strömendem Wasser gekühlt wird. Der geschmolzene Stahl 70 innerhalb der Form
6 wird durch deren niedrige Temperatur abgekühlt und beginnt sich an der Stelle
8 zu verfestigen. Dadurch beginnt sich dort eine verfestigte Schicht 71 auszubilden.
Der geschmolzene Stahl bewegt sich weiter nach unten, während er durch Stütz- oder
Transportwalzen 9 sowie andere Walzen 10 gezogen wird. Die Temperatur des geschmolzenen
Stahls erniedrigt sich weiter mit fortschreitender Abwärtsbewegung des geschmolzenen
Stahls 70. Die verfestigte Schicht 71 verstärkt sich somit bis der flüssige Teil
des Stahls verschwindet und sich der gesamte Stahl zu einem Stahlstück verfestigt.
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Manchmal wird jedoch die verfestigte Schicht 71 aufgrund
ihrer
Hitze an der Form 6 festgeklemmt, und zwar an der Stelle, wo der geschmolzene Stahl
sich zu verfestigen beginnt, und kann daher von der Form 6 kaum abgelöst werden.
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Oberteils der Form 6 sowie
einen umliegenden Bereich; hier zeigt sich ein derartiges Festklemmen oder Festfressen
sowie das sich hieraus ergebende Problem. Wie vorstehend ausgeführt, wird der aus
dem Tauchrohr eingegossene, geschmolzene Stahl 70 abgekühlt, wenn er an der Stelle
8 mit der Form 6 in Berührung kommt. Der geschmolzene Stahl 70 beginnt sich dann
sofort zu verfestigen. Die verfestigte Schicht neigt jedoch zur Ausbildung eines
Belags 75 an der Oberfläche der Form.
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Wenn der verfestigte Stahl im festgefressenen Zustand durch die Transportwalzen
9 von unten abgezogen wird, würde sich in einem dünnen Teil 76 in der verfestigten
Schicht 71 ein Riß 77 bilden. Der geschmolzene Stahl 70 würde dann durch den Riß
77 von innen heraus spritzen, Unter diesen Bedingungen ist ein Stranggießen nicht
mehr möglich, und der geschmolzene Stahl wird um die Anlage herum ausgeworfen und
verursacht ernstliche Unfälle.
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Um dies zu verhindern, muß entweder die Möglichkeit zur Ausbildung
eines Belags 75 eliminiert oder die Transportwalzen müssen zur Vermeidung der Zugwirkung
angehalten werden. Die Zugwirkung der Transportwalzen 9 ist jedoch wegen des kontinuierlich
vorliegenden geschmolzenen Stahl unbedingt erforderlich, der nacheinander kontinuierlich
von oben eingegossen und unten in Form eines Stahlstücks 12 abgenommen wird. Die
Transportwalzen 9 können daher nicht angehalten werden. Bei dem bekannten Stranggießen
müssen daher die nachstehenden zwei Schutzmaßnahmen ergriffen werden: 1) Es wird
eine dritte Substanz 14 auf der Oberfläche der sich verfestigenden Schicht 71 ausgebildet,
um zu verhindern, daß diese Schicht 71 direkt mit der Form 6 in Berührung kommt
(vgl. Fig. 3);
2) Gemäß Fig. 4 wird die Form 6 in vertikale Schwingungsbe-16
wegungenersetzt, um zu verhindern, daß die sich verfestigende Schicht 71 ausreichend
Zeit hat, an der Form 6 einen Belag zu verursachen.
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Ferner werden die nachstehenden Detailmaßnahmen zur Verhinderung des
Belags ergriffen: Bei der vorstehenden Maßnahme 1 wird gemäß Fig. 3 ein feines Pulver
13 (nachstehend als "Pulver" bezeichnet) über die Oberfläche des geschmolzenen Stahls
innerhalb der Form 6 gestreu,t.
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Das Pulver 13 fließt durch einen zylindrischen Raum zwischen dem geschmolzenem
Stahl 70 und der Form 6 und bedeckt die Oberfläche des geschmolzenen Stahls 70 in
Form einer Beschichtung oder Umhüllung 14, wenn der geschmolzene Stahl 70 sich verfestigt.
Dadurch kann verhindert werden, daß sich die Oberflächensubstanz der verfestigten
Schicht 71 mit der Oberflächensubstanz der Form 6 verkleben oder an dieser haften
kann.
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Bei der vorstehenden Maßnahme 2 gemäß Fig. 4 wird die Form 6 einer
vertikalen mechanischen Schwingung 16 ausgesetzt. Dadurch ergibt sich eine relative
vertikale Bewegung zwischen der sich befestigenden Schicht 71 und der Form 6, so
daß verhindert wird, daß eine Stelle der Form 6 über einen längeren Zeitraum mit
einer Stelle der sich verfestigenden Schicht 71 in Berührung bleibt. So ist ein
Punkt A auf der Oberfläche der Form 6, der die vertikale Schwingungsbewegung erteilt
wird, zu einem bestimmten Zeitpunkt in Kontakt mit einem Punkt A0 der sich verfestigenden
Schicht 71. Danach bewegt sich der Punkt auf der sich verfestigenden Schicht 71,
der den Punkt A berührt, nach oben und wird so zu den Punkten Al, A2, A3, ... wenn
sich die Form 6 gegenüber der Schicht 71 nach oben bewegt. Wenn sich umgekehrt die
Form 6 gegenüber der Schicht 71 nach unten bewegt, so geht der Punkt der Schicht
71, der den Punkt A auf der Form 6 be-
rührt, zu den Punkten Al',
A2', A3', ... über, d.h. die Berührungspunkte der Form 6 und der Schicht 71 ändern
sich laufend. Durch diese Anordnung können die Form 6 und die Schicht 71 nicht miteinander
verkleben, so daß die Ausbildung eines Belags wirksam verhindert werden kann.
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Wie vorstehend ausgeführt, wird die Ausbildung eines Belags zwischen
der Form 6 und der Schicht 71 aufgrund von Hitze durch die Verwendung des Pulvers
13 in Verbindung mit einer mechanischen Schwingung 16 der Form 6 verhindert. Von
diesen beiden Maßnahmen beinhaltet jedoch die Anwendung einer mechanischen Schwingung
16 auf die Form 6 ein Problem, da die Vibration zur Ausbildung von Sprüngen oder
Rissen auf dem Stahlstück 12 führen kann und daher die Ausbeute verringert: Durch
die Vibration werden nämlich auf der Oberfläche des Stahlgußstücks in regelmäßigen
Abständen 26 in Längsrichtung Aussparungen 20 gebildet (vgl. das Foto gemäß Fig.
16). Die Intervalle 26 dieser Aussparung 20 werden durch die Frequenz der mechanischen
Schwingung 16 sowie durch die Zuggeschwindigkeit beim Stranggießen bestimmt. Diese
Ungleichmäßigkeit wird als Schwingungszeichnung bezeichnet. Die Schwingungszeichnung
zeigt, daß die sich verfestigende Haut intermittierend an periodischen Intervallen
gebildet wird, die mit der Frequenz der vertikalen, mechanischen Schwingung der
Form koinzidiert. Die Tiefe der Aussparung wird unter anderem sowohl durch die Viskosität
als auch die Schmelztemperatur des verwendeten Pulvers, die Zugabemenge des Pulvers,
die Schmelzgeschwindigkeit, die Zuggeschwindigkeit des Stahlgußstücks, die Formschwingungsfrequenz
sowie die Schwingungsamplitude bestimmt. Die Ausbildung der Schwingungszeichnung
zeigt somit an, daß die Oberfläche des Guß stücks ungleichmäßig ist. Insbesondere
besteht ein ernsthaftes Problem darin, daß das Pulver innerhalb des Stahlgußstücks
an den Aussparungen zunehmend eingefangen wird. Da ferner der Txühlzustand im vorstehehden
Teil und im zurückspringenden Teil unterschiedlich ist, führt dieser Unterschied
zu Rissen.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem Pulver in einem zurückspringenden
Teil (Aussparung) des Stahlgußstücks festgehalten wird. An dieser Stelle bildet
sich häufig ein Riß. Ein so gebildeter Riß kann nur selten durch Druck geheilt werden,
der beim anschließenden Walzen ausgeübt wird, und verbleibt als oberflächlicher
Sprung oder Riß auf dem Erzeugnis.
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Derartige Risse verringern die Erzeugnisausbeute erheblich.
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Wenn ferner die Gußerzeugnisse einer genauen Untersuchung der Oberflächenbedingungen
unterworfen werden, so muß selbst dann, wenn das Pulver 13 bohne Rißbildung lediglich
an der Oberfläche anhaftet, die gesamte Oberfläche eines derartigen Stahlgußstücks
häufig durch Anschmelzen geglättet werden, um die das Pulver in diesem Zustand enthaltende
Schicht zu entferneun. Der Grund hierfür ist folgender: Verbleibt das Pulver in
diesem Zustand, so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß das so erhaltene
Erzeugnis schließlich Riefen oder ein streifenartiges Muster erhält, was die Qualität
des Produkts verschlechtert. Dies verringert häufig die Ausbeute um bis zu 2 % oder
mehr.
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Bekanntlich ist es schwierig, einen schweren Körper bei hoher Frequenz
in stabile Schwingungen zu versetzen. Gemäß Fig. 1 ist die zum Stranggießen von
Stahl verwendete Form 6 einstückig mit einem Kühlgefäß 21, das an der Rückseite
der Form mittels Bolzen fest mit dieser verbunden ist. Ferner strömt nicht dargestelltes
Kühlwasser im Innenraum des Kühlgefäßes 21. Das Gewicht einer derartigen Formanordnung
erreicht 15 bis 20 t. Es ist kaum möglich, diese Form unter dieser Bedingung mit
hoher Frequenz in Schwingung zu versetzen. Wenn jedoch die Wand der Form 6 gemäß
Fig. 6 teilweise verdünnt ist, so kann dieser verdünnte Abschnitt 2 durch eine hochfrequente
Schwingbewegung der Form in Vibrationen versetzt werden, während andere Teile 221
und 222 der Form aufgrund der hochfrequenten Schwingung nur gering vibrieren.
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Dies bedeutet, daß gemäß Fig. 10b die zugeführte Schwingungsenergie
hauptsächlich auf den verdünnten Abschnitt 22 konzentriert
ist
und praktisch nicht auf die dickeren Teil 221 und 222 übertragen wird. Daher schwingt
lediglich ein Teil der Form 6 mit der hohen Frequenz.
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Daher ist gemäß Fig. 6b der Teil der Form 6, der dem geschmolzenen
Stahl 70 ausgesetzt ist, d.h. der Teil in der Nähe eines Punktes, wo sich der geschmolzene
Stahl zu verfestigen beginnt, dünner als die anderen Teile der Form. Mit dieser
Anordnung mit einer hochfrequenten Schwingungsbewegung 18 am verdünnten Abschnitt
der Form 6 senkrecht zur Oberfläche 61 der Form wird ein Belag in der nachstehenden
Weise verhindert: Gemäß Fig. 8, die eine vergrößerte Ansicht des verdünnten Abschnitts
B in Fig. 6a zeigt, ist die Innenwandfläche 61 der Form 6 am neutralen Punkt 180,
wenn die Form 6 nicht in Schwingung versetzt wird. Wirken jedoch auf die Form 6
die Schwingungen ein, so führt die Innenwandflache 61 wiederholt eine Hin- und Ilerbewegung
zwischen den Positionen 181 und 182 aus. Wenn sich die Innenwandfläche 61 der Form
6 aus der Lage 182 zur anderen Lage 181 auf die verfestigte Schicht 71 des geschmolzenen
Stahls hin bewegt, so macht die Schicht 71, die mit der Innenwandfläche 61 der Form
in Berührung steht, in der gleichen Richtung wie diese Innenwandfläche 61 eine Nontraktionsbewegung.
brenn umgekehrt die Innenwandfläche 61 sich von der Lage 181 zur Lage 182 hin ausdehnt,
so kann die Schicht 71 aufgrund ihres hohen Gewichts nicht der Innenwandfläche 61
folgen. Wenn daher die Form 6 mit hoher Frequenz vibriert, so führt die sich verfestigende
Schicht 71 innerhalb der Form 6 nicht die gleiche Bewegung wie die Form 6 aus, sondern
nimmt eine Form 711 an, die etwa entlang der Lage verläuft, die die Innenwandfläche
61 der Form 6 einnimm1t, wenn deren Schwingungsbewegung zum innersten Punkt kommt.
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Dadurch kann die Schicht 71 in Berührung mit der Innenwandfläche 61
nur während eines sehr kurzen Zeitraums kommen, bevor und nachdem die Innenwandfläche
61 die Position 181 bei der Maximalamplitude der Schwingungsbewegung einnimmt. Mit
Ausnahme
dieses Zeitraums liegt die Schicht 71 während des größten Teils der verbleibenden
Zeit von der Form 6 fern.
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Dieser kurze Berührzeitraum schließt die Möglichkeit der Bildung eines
Belags 75 aufgrund der Wärme praktisch aus.
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Wie vorstehend ausgeführt, werden Oberflächenrisse häufig durch eine
Schwingungszeichnung ausgelöst, da die Relativbewegung zwischen der Form 6 und der
Schicht 71 aufgrund einer niederfrequenten, vertikalen Schwingungsbewegung 16 der
Form 6 bewirkt, daß das Pulver 13 in teilweise konzentriertem Zustand auf der Oberfläche
der sich verfestigenden Schicht ungleichmäßig verbleibt. Dieser ungleichmäßige,
teilweise konzentrierte Zustand des Pulvers 13 resultiert aus folgendem: Die Fließbewegung,.
des Pulvers 13 nach unten durch den Zwischenraum zwischen der Form 6 und dem geschmolzenen
Stahl 70 erfolgt synchron mit der Schwingung der Form 6. Dadurch verursacht die
niederfrequente Schwingung 16 mit etwa einigen Hz unvermeidlich eine ungleichmäßige
Verteilung des Pulvers.
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über die Oberfläche des Stahlgußstücks 12.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Form mit wesentlich höherer
Frequenz in Schwingung versetzt als mit der vorstehend beschriebenen niedrigen Frequenz.
Daher wird die Strömungsdauer für das Pulver ersichtlich vergleichmäßig. Daher wird
das Pulver 13 gleichmäßig über die Oberfläche des Gußstücks 12 in dessen Längsrichtung
verteilt.
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Die Lokalisierung des Abschnitts, in dem die Form erfindungsgemäß
dünn ausgebildet ist, ist folgendermaßen: Die Wirkung der hochfrequenten Schwinging
liegt in der Verhinderung des Belags 75 sowie in einer verminderten Anzahl von oberflächlichen
Rissen oder Sprüngen in dem Stahlgußstück. Diese Wirkung der hochfrequenten Schwingung
variiert mit der Lokalisierung des verdünnten Abschnitts der Form.
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Da das Auftreten von oberflächlichen Rißbildungen an dem
Stahlgußstück
minimalisiert werden kann, indem das Pulver 13 in den Zwischenraum 15 zwischen der
Form 6 und dem geschmolzenen Stahl 70 gleichförmig nach unten fließt, muß die Vibration
in der Nähe des Niveaus der Schmelzbadoberfläche liegen.
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Da ferner der durch die Hitze verursachte Belag verhindert werden
kann, indem der Zeitraum, während dem die sich verfestigende Schicht 71 in Berührung
mit der Innenwandfläche 61 der Form 6 steht, durch hochfrequente Schwingungsbewegung
verkürzt wird, kann man die beste Wirkung in der Weise erzielen, indem man die Schwingungsbewegung
an einer Stelle ausführt, wo die Vibration innerhalb der sich verfestigenden Schicht
71 am leichtesten stattfindet. Wie vorstehend im Zusammenhang mit der Diskussion
des Standes der Technik ausgeführt, beginnt die Ausbildung der sich verfestigenden
Schicht 71 an einer Stelle 8 in der Nähe des Niveaus der Schmelzbadoberfläche, und
mit fortschreitender Absenkung nimmt die Dicke der sich verfestigenden Schicht zu
und ihre Temperatur ab. Daher ist ein höherliegender Teil der Schicht 71 leichter
beweglich als ein niedriger liegender Teil. Wenn eine Oscillation unter den gleichen
Bedingungen einwirkt, so erhält man eine kaplitudenverteilung der sich verfestigenden
Schicht etwa gemäß Fig. 7.
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Erfindungsgemaß wird die hochfrequente Schwingungsbewegung der Form
vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Innenwandfläche der Form erteilt, jedoch
ist diese Schwingungsrichtung nicht unbedingt erforderlich.
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Vorstehend ist die Belagverhinderung im Zusammenhang mit Oscillationen
beschrieben, die senkrecht zur Innenwandfläche 61 der Form anliegen. In diesem Fall
besteht die Schwingung der Innenwandfläche 61 hauptsächlich aus einer Komponente
senkrecht zur Innenwandfläche der Form und allenfalls kleinen Komponenten in anderen
Richtungen. Aus dem Vorstehenden er-
gibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen
Form die Oscillation vorzugsweise in einer nicht senkrechten Richtung erfolgt. Im
Rahmen der Erfindung können jedoch auch Oscillationen in Vertikalrichtung vprteilhaft
sein, wie dies nachstehend näher erläutert wird: Um das Pulver 13 in den ungleichmäßigen,
teilweise konzentrierten Zustand mit Hilfe des Mechanismus zu überführen, der im
Zusammenhang mit der Schwinqungszeichnung erläutert worden ist, ist ein Zeitraum
von mindestens etwa 0,1 Sekunden erforderlich. Esi"indungsgemiB wird jedoch der
Form 6 eine hochfrequente Schwingungsbewegung erteilt, die diese Ansprechgeschwindigkeit
übersteigt. Selbst wenn die Vibration in Vertikalrichtung erfolgt, können daher
die sich verfestigende Schicht 71 und das Pulver 13 keinen ausreichenden Versciiiebezeitraum
aufweisen, so daß verhindert wird, daß das Pulver lokal konzentriert wird.
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Ferner ist es bevorzugt, die Hochfrequenzschwingung an der Form 6
in einem bestimmten Zyklus zu variieren. Wenn die auf die Form 6 von außen einwirkende
Schwingung in stabilepra Zustand, etwa sinusförmig, ist, so würde die Schwingung,
die an der Innenwandfläche 61 der Form 6 erfolgt, als stehende Wellen auftreten.
Wenn daher die Innenwandfläche 61 ein Maximum der Welle annimmt, (Position 188 gemäß
Fig. 8), so werden die erfindungsgemäßen Wirkungen in dem Teil der sich verfestigenden
Schicht 71, der in Kontakt mit dem Wellenmaximum steht, besonders stark eintreten,
während ein anderer Teil der Schicht 71, der mit dem Wellenminimum 189 oder in Kontakt
kommt (Position 182 gemAB Fig. 8), nur in geringem Umfang die erfindungsgemäßen
Wirkungen erfährt. Die Oberfläche des Gußstücks 12 weist somit einige Abschnitte
auf, an denen die erfindungsgemäße Wirkung, besonders stark eintritt, während bei
anderen Abschnitten diese Wirkungen nur schwach eintreten. Diese stark bzw. schwach
beeinflußten Abschnitte erscheinen als vertikal gestreiftes Muster mit Intervallen
von der halben Wellenlänge der stehenden
;ellen. Dies kann entweder
dadurch verhindert werden, daß man die Frequenz der an der Form 6 anliegenden hochfrequenten
Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs kontinuierlich ändert oder indem
man eine auf den verdünnten Abschnitt der Form 6 aufgeprägte Beschränkung mit vorgegebener
Periode derart variiert, daß sich die Lage der Maxima und Minima der stehenden Elellen,
die an der Innenwandfläche 61 der Form auftreten, ändert.
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Wird erfindungsgemäß die Wanddicke der Form 6 teilweise vermindert
und an diesen verdünnten Abschnitt eine hochfrequente Schwingung angelegt, so werden
die Formvibrationen auf diesen verdünnten Abschnitt konzentriert. Dies ergibt sich
insbesondere aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Gemäß Fig. 9 wird eine 65 mm dicke Kupferform 6 verwendet.
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An einer Außenseite der Form 6 ist eine Nut 22 vorgesehen, deren Wanddicke
auf 20 mm verringert ist. Mit Hilfe vieler, nicht dargestellter Schrauben ist ein
Kühlbehälter 21 mit der Form verbunden, und zwar nicht im Bereich des mit der Nut
versehenen oder verdünnten Abschnitts. Der verdünnte Abschnitt erstreckt sich nach
außen und bildet eine Schwingungsübertragerplatte 0, die dünner ist als der verdünnte
Abschnitt. Ein vertikal schwingender Oscillator 31 ist mit der Schwingungsübertragerplatte
30 verbunden. Die Schwingungsfrequenz des Oscillators 31 beträgt 15 kHz bei 500
W Eingangsleistung. Dann vibriert die Form gemäß den Fig. 10a und 1Ob, die die Schwingungsamplitude
der Form 6 in Richtung der Nut bzw. senkrecht zur Nut zeigen. Hieraus ergibt sich,
daß der verdünnte Abschnitt mit einer Amplitude von 3 bis 5 am schwingt, während
die Schwingungsamplitude in anderen Abschnitten der Form auf unter 1 ßm abnimmt.
Dies zeigt deutlich, daß die induzierte Schwingung auf den verdünnten Abschnitt
konzentriert ist. In Versuchen ist bestätigt worden, daß ähnliche Ergebnisse für
den Schwingungsbereich von
10 bis 30 kkiz erhalten werden.
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Erfindungsgemäß kann die Form 6 mit dem verdünnten Abschnitt mit Hilfe
verschiedener Verfahren in Schwingungen versetzt werden. Bei den vorstehenden Ausführungsbeispiel
wird die Schwingung durch die Schwingungsübertragerplatte 30 aufgeprägt. Bei einem
anderen Verfahren, etwa gemäß Fig. 11, erhält man die gleiche Schwingung durch eine
Anordnung 32 mit direktem Anschluß. In diesem Fall ist eine Nut 22 mit 25 mm Tiefe
in einer 40 mm dicken Form 6 ausgebildet. Ein Oscillator 31 ist direkt an dem verdünnten
Abschnitt 22 befestigt. Mit dieser Anordnung wird eine Schwingung mit einer Frequenz
von 18 kHz aufgeprägt.
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Der verdünnte oder mit einer Nut versehene Abschnitt der Form ist
erindungsgemäß und bevorzugt in der folgenden Form ausgebildet und an der folgende
Stelle angeordnet: Die bevorzugte Dicke des verdünnten Teils beträgt 5 bis 30 mm.
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wie vorstehend ausgeführt, erhält man gute Ergebnisse bei einer Dicke
des verdünnten Teils zwischen 15 und 20 mm. Eine Dicke von weniger als 5 mm ist
wen 19er praxisgerecht, und zwar aus den folgenden Gründen: Die Wärmetransmission
variiert ungleichmäßig mit der Position; die Bearbeitung wird sehr schwierig; und
die Betriebslebensdauer wird wegen geringerer Schleifmöglichkeiten relativ kurz.
Umgekehrt ermöglicht eine Dicke von über 30 mm nur eine geringere Amplitude und,
wie sich in Versuchen gezeigt hat, ermöglicht nicht die gewünschte Wirkung. Daher
beträgt die Dicke des verdünnten Abschnitts der Form vorzugsweise von 5 bis 30 mm-
Ferner kann der verdünnte Abschnitt mit einer oder mehreren Verstärkungsrippen versehen
sein, die entweder in Richtung der Nut oder senkrecht zu dieser angeordnet sind.
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Die Nut ist vorzugsweise innerhalb von 300 mm vom oberen Ende der
Form angeordnet. Während im Hinblick auf das Arbeits-
prinzip die
Nut (der verdünnte Abschnitt) in Horizontalrichtung ausgebildet sein sollte, ist
die bevorzugte Lage der Nut innerhalb von 300 mm von der Oberseite der Form, da,
qualitativ betrachtet, in der Nähe des Anfangspunktes 8 für die Verfestigung die
maximale Schwingungswirkung eintritt. Aufgrund von Untersuchungen zur Temperaturverteilung
in Vertikalrichtung der Form scheint der anfangspunkt 8 für die Verfestigung etwa
150 mm bis 250 mm von der Oberseite der Form entfernt zu liegen. Dabei kann die
Lage der Schmelzbadoberfläche bis auf einen Bereich von + 10 mm gesteuert werden.
Unter Berücksichtigung von Toleranzen wird angenommen, daß die geeignete Lage der
Nut innerhalb von 300 mm von der Oberseite der Form ist. Ferner ist die Nut entweder
nur in jeder der Längsseiten-der Form oder sowohl in den Längsseiten als auch in
den kurzen Seiten der Form ausgebildet.
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Die Breite der Nut beträgt vorzugsweise 50 bis 150 mm. Untersuchungen
wurden durchgeführt unter Verwendung zweier verschiedener Formen aus Kupfer, die
jeweils 32 m dick waren.
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die eine Form war mit einer Nut von 100 mm Breite und die andere mit
einer Nut von 80 mm Breite versehen. Unter Verwendung einer Anordnung mit einer
Schwingungsübertragerplatte wurden diesen Formungen Schwingungen von 18 kHz bei
150 W aufgeprägt. In beiden Fällen zeigte sich eine Amplitude vom 15 bis 20 ßm,
d.h., es ergaben sich keine erheblichen Unterschiede zwischen den beiden Formen.
Wenn jedoch die Breite der Nut weniger als 50 mm beträgt, besteht die Möglichkeit,
daß die Nut außerhalb des Variationsbereiches des Schmelzbadniveaus kommt. Wenn
andererseits die Breite der Nut 150 mm übersteigt, breitet sich die Schwingungsenergie
zu stark aus, und man erhält keine ausreichende Schwingungswirkung.
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Für die Schwingungsfrequenz besteht an sich kein bestimmter oberer
Grenzwert. ;;enn jedoch die Frequenz über 30 kHz be-
trägt, ermöglicht
die Oscillatortechnik bislang keine ausreichende Ampl itudengröße für praktische
Anwendungen.
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Andererseits würde eine Frequenz unter 10 kliz für die Arbeiter nachteiligen
Lärm verursachen. Ein Betrieb mit einer Frequenz unter 10 kHz ist daher nicht wünschenswert.
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Die Merkmale und die Vorteile der Erfindung werden nachstehend noch
im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform naher erläutert: Die Fig. 1Za
bis 12f zeigen eine erfindungsgemäße Form für eine gekrümmte Stranggußanlage, wobei
die Form oben offen und mit Wasser gekühlt ist und aus Kupfer besteht. Gemäß Fig.
12f ist die Form vierseitig zusammengesetzt, und besteht aus einem Paar einander
gegenüberliegender langer Seitenwände 312 und aus einem Paar einander gegenüberliegender
kurzer Seitenwände 313. Die Form besteht aus einer 60 mm x 80 m großen Kupferpiatte
303 und aus einer verstärkenden Stahlplatte 306. Im Innern der Form sind liühlwasserkanäle
304 vorgesehen, die jeweils am einen Ende einen Kühlwassereinlaß 301 und am anderen
Ende einen Kühlwasserauslaß 302 aufweisen. 100 mm unterhalb des oberen Endes der
Kupferplatten 303 ist ein verdünnter Abschnitt 307 vorgesehen, der in Vertikalrichtung
120 mm breit ist. An dem verdünnten Abschnitt 307 ist ein Oscillator 311 über eine
Basisplatte 308 mit Hilfe einer Verbindungsschraube 309 befestigt. Zwischen der
Kupferplatte 303 und der verstärkenden Platte 306 sowie zwischen dem Oscillator
311 und der Wandung einer in der verstärkenden Platte vorgesehenen Bohrung ist eine
Manschette oder Abdichtung 305 vorgesehen, Die Tabelle I vergleicht die erfindungsgemäße
Form mit einer bekannten Form.
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Tabelle 1 Aufbau und ASnnessungen der Form übliche Form erfindungsgemäße
Form Art der Form: zusammengesetzt aus zusammengesetzt aus vier Seitenteilen vier
Seitenteilen 1. Form des lan(J*ren Seitenteil Länge 1900 mm 1900 mm Höhe 800 mm
800 mm Dicke der Kühl kupferplatte 60 mm 60 mm Dicke des verdünnten Abschnitts -
15 mm Breite des verdünnten Abschnitts - 120 mm Länge des verdünnten Abschnitts
- 1700 mm Kühlwasserkanal Kupferplatte mit Verdünnter Abschnitt Nut von 5x45 mm
ohne Schlitz, Wasserkanal 2 mm 2. Form des kürzeren Seitenteils Lunge 250 mm 250
mm Höhe 800 mm 800 mm Dicke der Kühlkupferplatte 60 mm 60 mm Dicke des verdünnten
Abschnitts - 15 mm Breite des verdünnten Abschnitts - 120 mm Lange des verdünnten
Abschnitts - 190 mm Kühlwasserkanal (wie beim langen (wie beim langen Seitenteil)
Seitenteil) 3. Verbindung des Schwin- mit der Kupfer- an dem verdünnten gungsstabes:
platte verschraubt Abschnitt über eine Basisplatte befestigt
Mit
den vortehenden Formen wurden Versuche durchgeführt.
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Bei jedem der Versuche war die Schmelzbadoberfläche jeweils 150 mm
unterhalb des oberen Endes der Form. Der Guß erfolgt tc bei einer Hochfrequenzschwingung
mit den Eingangsdaten gemäß Tabelle II. Der Oberflächenzustand jeder so erhaltenen
Bramme wurde untersucht hinsichtlich des Flächenanteils, der einen Oberflächenschliff
erforderte. Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt.
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Tabelle II Prozentsatz der einen Oberflächenschliff erfordernden
Brammen Oberflächengüte Index * übliches Verfahren erfindungsgemä-~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
ßes Verfahren 1 90 % 100 % 2 8 0 3 2 0 Hochfrequenz-Eingangsbedingung bei 18 kllz:
Längere Seite: 1,9 kW/Seite x 2 Seiten Kurze Seite: 0,5 kW/Seite'x 2 Seiten *: Index
1: Weniger als 1 % Flächenanteil, der einen Oberflächenschliff erfordert 2: 1 bis
5 % Flächenanteil, der einen Oberflächenschliff erfordert '3: Uber 5 z Flächenanteil,
der einen Oberflächcschliff erfordert.
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Zur weiteren Bestätigung der erfindungsgemäßen Wirkung werden zum
Vergleich je eine lange Seite der erfindungsgemäßen bzw. der bekannten Form gemäß
Fig. 14 bzw. Fig 13 hergestellt. Diese werden gemäß Fig. 15 zusammengebaut. Dann
werden die Schwingungsübertragerplatten jeder dieser Seiten
mit
15 kHz und 500 W Eingangsleistung in Schwingung versetzt, um eine Stahlbramme mit
einer Abmessung von 200 mm x 1980 mm zu erhalten. Die Schwingung wird nur an die
längeren Seiten und nicht an die kürzeren Seiten der Anordnung angelegt. Mit Ausnahme
der Ausbildung der Form erfolgt der Guß unter den gleichen Bedingungen wie beim
bekannten Cießen.
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Die Tabelle III zeigt die Oberflächenbedingungen des so erhaltenen
Gußstücks sowie die Formoberflächenamplitude an einer Stelle entsprechend dem Anfangspunkt
für die Verfestigung des geschmolzenen Stahls bei der erfindungsgemäßen Form (vgl.
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Seite N gemäß Fig. 15) im Vergleich mit den entsprechenden Werten
bei der bekannten Form (vgl. Seite S gem. Fig. 15).
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Tabelle III Form Seite Amplitude (Ab- Häufigkeit von stand der Seite
Oberflächenrissen zenwerte) (Flächenanteil, der einen Oberflächen schliff ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
~~~~ erfordert, uo! erfindungsgemaße N 3 - 5 m 0,3 Form bekannte Form S nicht meßbar
5,1 Aus den vorstehenden Versuchen ergibt sich, daß die mit der erfindungsgemäßen
Form erhaltene Stahlbramme eine ausgezeichnete Oberflächengüte aufweist.