DE3134758A1 - Verfahren zum herstellen von metallischen hohlbloecken - Google Patents

Description

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Be;Schreibung ;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlblöcken, insbesondere für die Erzeugung von nahtlosen Rohren, bei dem die flüssige Schmelze schnell in eine stehende oder schwach geneigte Kokille gegossen, diese abge— deckelt, in eine im wesentlichen horizontale Lage geschwenkt und dort um ihre Längsachse langsam gedreht wird.

Bei einem bekannten Verfahren (DE-PS 24 34 850) dieser Art wird in die vom Gießen her noch plastische oder flüssige Querschnittskernzone des erstarrenden Gußstückes mindestens ein Dorn in Längsrichtung eingestoßen und dabei von der kühleren und festeren Querschnittsrandzone go führt, um das konzentrische Loch des Hohl— blockes zu erzeugen. Im Anschluß daran wird das Gußstück dann mit innenliegendem Dorn einer Vorrichtung zur Weiterverarbeitung zum Rohr, vorzugsweise einem Lösewalzwerk,zügeführt und danach vom Dorn befreit.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das vorerwähnte bekannte Verfahren zu verbessern, insbesondere die Anwendung von Lochdorne zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Kokille eine dem gesamten Kokillenvolumen entsprechende, aber um das Schwindungsvolumen vergrößerte und um das Volumen des gewünschten Loches verkleinerte Schmelzenmenge eingegossen wird.

Hierdurch wird erreicht, daß die Kokille mit genau der Metallmenge gefüllt wird, die der gewünschte Hohlblock besitzt. Behandelt man eine mit dieser Schmelzenmenge gefüllte Kokille so wie in dem bekannten Verfahren, in dem schnell, d.h. mit einer Gießgeschwindigkeit von etwa 25 Metern pro Minute und mehr, ein-

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gegossen wird, dann die Kokille abgedeckelt, sie mit der Schmelze unmittelbar danach in eine im wesentlichen horizontale Lage geschwenkt und in dieser Position um ihre Längsachse langsam gedreht wird, dann erhält man einen Hohlkörper mit einem zentrischen, sich fast über die gesamte Länge erstreckenden Loch, ohne hierzu einen Dorn verwenden zu müssen. Es kommt also auf die Kombination zwischen der erfindungsgemäßen Bemessung der Schmelze und der Anwendung der an sich bekannten vorerwähnten Verfahrensmerkmale an. Auf diese Weise wird die durch die Schwindung bei Abkühlung und Umwandlung entstehende Volumenverminderung so in das Innere des entstandenen Blockes verlegt, daß sie zur Bildung des langgestreckten, konzentrischen und gleichmäßigen Loches führt. Vor allem bei gleichmäßiger Wärmeabfuhr, die abhängig ist von der Kokillenausbildung und der Kokillenkühlung, entsteht ein sehr konzentrisch angeordnetes Loch um die Mittellängsachse der Kokille mit einem nahezu kreisrunden Querschnitt, ohne daß hierzu ein Dorn verwendet werdem müßte. Damit entfallen in vorteilhafter Weise alle Nachteile und der gesamte Aufwand, welcher mit der Verwendung von Dorne verbunden ist. Es können wesentliche Investitions- und Betriebskosten eingespart werden. Der Durchmesser des Loches läßt sich in einfacher Weise durch eine Änderung der eingefüllten Schmolzcnmenge verändern. Es lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch relativ dünnwandige Hohlblöcke herstellen, bei denen das Verhältnis des Innen- zum Außendurchmesser größer als etwa O, 7 bemessen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in die in die Kokille eingegossene Schmelze, vorzugsweise von unten, eine den restlichen Kokillenraum vollständig füllende Inertgasmenge eingeblasen wird. Durch diese vorbestimmte Inertgasmenge füllt am Ende des Gießvorganges die erfindungsgemäße Schmelzenmenge den gesamten Innenraum der Kokille vollständig aus, weil nämlich die Schmelze durchsetzt ist von den Gasblasen des Inertgases und infolgedessen das Schmelzenvolumen scheinbar zugonoinmen hat. Wird dann die Kokille

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äbgedeckelt und wird sie in eine im wesentlichen horizontale Lage geschwenkt und dort langsam um ihre Längsachse gedreht, dann sammelt sich das Inertgas im Bereich der Längsmittelachse, wo es die Bildung des gewünschten Loches unterstützt und ein Oxydieren der Lochwandung verhindert. Das Einblasen der genau bemessenen Inertgasmenge, die sich aus der Differenz des Kokillenvolumens und der erfindungsgemäßen Schmelzenmenge ergibt, empfiehlt sich vor allem dann, wenn ein wesentlich größeres Loch erzielt werden soll, als das, welches sich allein durch die Schwindung der eingefüllten Schmelze ergeben würde. Die Kokille wäre - wenn kein Inertgas ode:r viel zu wenig davon eingeblasen würde - am Ende des Füllvorgemges beim Abdeckein und Schwenken in die Horizontale nur unvollständig gefüllt, so daß die am Ende des Gießvorganges zunächst erstarrte obere Stirnwand des Blockkopfes durchbrochen würde von dem Druck der flüssigen Schmelze, die dann in das freigebliebene Teilvolumen der Kokille einströmen würde. Diese Schmelze kann dabei in den durch Schrumpfung des gegossenen Blockes entstandenen Spalt zwischen Block und Kokilleninnenwand eindringen. Schon bei einer Eindringtiefe von nur 20 bis 50 Millimetern kann dieser Vorgang zum Klemmen des Blockkopfes in der Kokille führen, was häufig bei weiterer Abkühlung des Blockes zu Schrumpfrissen oder zu einem Abreißen seines Kopfes führt. Alle diese Schwierigkeiten lassen sich aber durch das Einleiten einer vorbestimmten Inertgasmenge vermeiden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn bereits während des Gießvorganges das Inertgas in die Schmelze eingeblasen wird. Dies hat den Vorteil, daß die beim Gießvorgang entstehende starke Wirbelbildung verhindert, daß sich Blasen des Inertgases im Bereich der Randzonen so lange aufhalten, bis sie von erstarrtem Material eingeschlossen sind. Sie werden vielmehr durch die vom Gießstrahl verursachte Wirbelbildung von dor allmählich erstarrenden Randzone weg nach innen bewegt, wo die Schmelze langer flüssig bleibt und wo sich allmählich das gewünschte Loch bildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kokille in eine bis zu drei Grad von der Horizontalen abweichende Lage geschwenkt werden. Wird die Kokille in dieser geringfügig geneigten Lage um ihre Längsachse langsam gedreht, anstelle in einer genau horizontalen Lage, so erhält man ebenfalls ein im Querschnitt kreisrundes Loch im Bereich der Längsmittelachse, aber dieses Loch ist konisch ausgebildet,und zwar in Abhängigkeit von der gewählten Neigung. Der von der Horizontalen abweichende Winkel entspricht etwa dem halben Kegelwinkel des dann entstehenden konischen Loches. Die Kokille kann dabei sowohl parallel als auch geneigt zur Längsmittelachse verlaufende Innenflächen ciufweisen. Auf diese Weise lassen sich Hohlblöcke erzeugen, die zur Herstellung konischer Rohre bestens geeignet sind oder die bei konischen Kokillen konstante Wanddicken oder Wandquerschnittsflächen über die Länge des Blockes besitzen.

Anhand der Zeichnungen ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine Kokille während des Gießvorganges; Figur 2 die Kokille gemäß Figur 1 nach dem Abdeckein;

Figur 3 bis lO die Kokille während des langsamen Drehens

zu verschiedenen Zeitpunkten;

Figur 11 bis 17 verschiedene Querschnitte von nach dem er-

findungsgemäßen Verfahren gegossenen Hohlblöcken.

in Figur 1 ist mit 1 eine Gießpfanne bezeichnet, aus der eine Schmelze 2 mit hoher Geschwindigkeit in eine Kokille 3 einströmt, die im wesentlichen senkrecht steht. Mit dieser hohen Geschwindigkeit erzielt man eine ebenfalls hohe Gießgeschwindigkeit, bei der der Badspiegel in der Kokille um z.B. 25 m pro Minute und mehr an-

steigt. Die Kokillenöffnung ist dabei von einer an der Gießpfanne befestigten Platte 4 verschlossen, so daß nur der mit 5 bezeichnete Gießstrahl der Schmelze 2 in das Kokilleninnere gelangen kann, der Sauerstoff der Luft jedoch abgehalten wird. Ein klappbarer Kokilleriboden 6 verschließt unten den Kokilleninnenraum und verhindert ein Auslaufen der Schmelze 2. Über eine Leitung 7 im Kokillenboden 6 wird eine vorherbestimmte Menge Inertgas in die Schmelze eingeblasen, die in Form von kLeinen Gasblasen sich innerhalb der Schmelze 2 verteilt..

Nach Beendigung des Gießvorganges wird ein an der Kokille 3 befestigter Deckel 8 geschlossen und die Kokille 3 unmittelbar danach um zwei Lagerzapfen 9 in eine im wesentlichen horizontale Lage geschwenkt. Die Vorgänge beim Vergießen kann man sich etwa wie folgt vorstellen: Der fallende Gießstrahl· 5 füllt den Kokillenquerschnitt, vor allem im Bereich der unteren Kokillenhälfte, fast vollständig aus. Die auf die Kokillenwand treffenden Spritzer werden infolge der Abwesenheit von Sauerstoff nicht oxydiert und schmelzen wegen der hohen Gießgeschwindigkeit wieder vollständig in der Schmelze 2 auf. Nach ei nein kurzen Intervall mit direktem Kontakt zwischen der flüssigen Schmelze und der Kokillenwand erfolgt die Bildung einer zweiphasigen, viskosen Schicht und schließlich die Bildung einer festen Kruste mit einem spaltlosen Kontakt zwischen der Kruste und der Kokillenwand. Abweichend vom konventionellen, fallenden Blockguß stellt sich die Ausbildung der festen Kruste hier etwas später ein, weil die starken Turbulenzen beim Auftreffen des Gießstrahls wegen der hohen Gießgeschwindigkeit zu einer ständigen Nachlieferung von Wärme aus der Kokillenmitte sorgen. Die in der Gießstellung gemäß Figur 1 auf die feste Kruste einwirkenden ferrostatischen Kräfte sind insbesondere bei sehr langen Blöcken hoch und verzögern, trotz der beim Durchlaufen des O-Gebietes und des oberen V*-Gebietes großen Volumenverringerung, ein Abheben dor Kruste von der Kokillenwand. Das in einer Zeit-

spanne von weniger als sechzig Sekunden nach Gießbeginn erfolgte Schwenken der Kokille 3 in die Horizontale führt zu einem plötzlichen Abbau des ferrostatischen Druckes und damit zu einem Abheben der Kruste von der Kokillemwand und zur Einleitung einer allseitigen Spaltbildung.

Wie in den Figuren 3 bis lo zu erkennen ist, wird die Kokille 3 in etwa horizontaler Lage um ihre Längsachse langsam gedreht. Die Umlaufgeschwindigkeit ist so gering, daß keine nennenswerten Zentrifugalkräfte auftreten. Bereits in den Figuren 3 und 4 ist deutlich ein Spalt lO zu erkennen, der sich aufgrund der Schrumpfung der Schmelze 2 gebildet hat, die nur in unmittelbarer Nähe der Kokillenwand zu einer dünnen Kruste 11 erstarrt ist. Zu einem etwas späteren Zeitpunkt - siehe Figur 5 und 6 - ist diese Kruste Il deutlich dicker geworden, so daß aus dem ursprünglichen Spalt lO ein Hohlraum 12 entstanden ist, mit beträchtlichen Abmessungen. Dieser befindet sich aber immer noch oberhalb der Längsmittelachse der Kokille 3, die weiterhin umläuft.

Die Figuren 7 und 8 zeigen einen noch späteren Zustand, in dem die Schmelze 2 bereits eine relativ dicke Wand 13 gebildet hat und nur noch eine geringe Menge an flüssiger Schmelze 2 vorhanden ist. Durch die Drehbewegung der Kokille 3 um ihre Längsmittelachse hat sich aus dem Hohlraum 12 das Loch 14 gebildet, das konzentrisch zur Längsmittelachse der Kokillo 3 angeordnet ist. Das in der Schmelze 2 enthaltene Inertgas befindet sich innerhalb des Loches beziehungsweise noch innerhalb der Schmelze 2, die jedoch allmählich weniger wird, während die Wandung des Blockes 13 zunimmt. In den Figuren 9 und lO ist die Kokille 3 mit innenliegendem, erstarrtem Hohlblock 15 zu erkennen, der ein konzentrisches, im Querschnitt kreisrundes Loch 14 aufweist. Nach vollständiger Erstarrung der Schmelze 2 wird der Block 15 aus der Kokille 3 ausgestoßen und nach Durchführung von Pflegearbeiten kann die Kokille 3 erneut verwendet werden.

Dor auf diese Weise entstandene Hohlblock besitzt einwandfreie innere und äußere Oberflächen, was sehr wesentlich auf die Drehbewegung der Kokille 3 bei der Erstarrung des Blockes 15 zurückzuführen ist. Durch die langsame Drehbewegung kömmt ständig eine andere Seite des Blockes 15 an der Kokillenwand zur Anlage. Dadurch wird ein etwaiges Verhaken an den Unebenheiten der Kokilleninnenoberfläche immer wieder unwirksam und die die Schrumpfung des Blockes 15 behindernde Reibung wird verringert. Warmrisse, Durchbrüche, Blasen und andere Oberflächenunregelmäßigkeiten werden vermieden.

Die Figuren 11 bis 17 zeigen Querschnitts formen von Hohlblöcken, die beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden können. Es sind noch zahlreiche andere denkbar.

Claims (4)

KOCKS TECHNIK GMBH & CO 19.8."1981 Sie/He1. Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlblöcken Patentansprüche;

1. Verfahren zum Herstellen von metallischen Hohlblöcken, insbesondere für die Erzeugung von nahtlosen Rohren, bei dem die flüssige Schmelze schnell in eine stehende oder schwach geneigte Kokille gegossen, diese abgedeckelt, in eine im we— sentlichen horizontale Lage geschwenkt und dort um ihre Längsachse langsam gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kokille eine dem gesamten Kokillenvolumen entsprechende, aber um das Schwindungsvolumen vergrößerte und um das Volumen des gewünschten Loches verkleinerte Schmelzenmenge eingegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß in die in die Kokille eingegossene Schmelze, vorzugsweise von unten, eine den restlichen Kokillenraum vollständig füllende Inertgasmenge eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während dej; Gießvorcjanges bereits das Inertgas in die Schmelze einqeblasen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille in eine bis zu drei Grad von der Horizontalen abweichende Lage geschwenkt wird.

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