DE3232662A1 - Herstellung von metallstraengen mit liegender kokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Metallurgie, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Metallstrangeη und eine Maschine für dessen Durchführung.

Am besten eignet sich die vorliegende Erfindung für die Eisen- und ME-Metallurgie.

Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen und Maschinen für deren Durchführung haben derzeit eine weitgehende Anwendung in der Industrie gefunden, wobei Senkrecht- und Kreisbogenmaschinen eine vorherrschende Entwicklung erfahren haben·

Als eines der bekannten Verfahren zur Herstellung von Metailstrangen gilt das Verfahren, bei welchem das Metall einer stehenden durchgehenden Kokille zugeführt und ein teilweise erstarrter Strang von einer der Stirnflachen weg der Kokille in senkrechter Richtung abgezogen wird·

Die Maschine für die Durchführung dieses Verfahrens umfasst eine Kokille, einen Schwinger für deren Schwingen, Führungs- und Unterstnltzungseinrichtungen, eine Strang-' abzieheinrichtung und Vorrichtungen zum Schneiden und Austragen von Strängen, die fluchtend an der senkrechten technologischen Achse der Maschine angeordnet werden (S· das Buch von M.S.Boitschenko "Das Stranggiessen", Verlag Metallurgieisdat, Moskau, herausgegeben 1957)·

Aufgrund der vertikalen Anordnung der Maschineneinheiten und der !Notwendigkeit, einen hohen ferrostatischen Druck welcher auf die Strangschale einwirkt, aufrechtzuerhalten, zeichnen sich derartige Maschinen durch eine grosse Bauhohe (JO bis 40 m) und eine hohe Masse der Ausrüstungen aus, wodurch die Baukosten ansteigen· Hinzu kommt, dass die Abziehgeschwindigkeit des Stranges durch die metallurgische länge der Maschine (die Entfernung zwischen dem Meniskusstand des Metalls in der Kokille und der Abzieheinrichtung) beschränkt ist, die keine Leistungssteigerung dieser Maschinen ermöglicht.

Des weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen sowie eine Maschine für dessen Durchführung

bekannt, das darin besteht, dass die -Metallzuführung zu einer Bogenkokille erfolgt und dass der Abzug des Stranges über eine radiale (krummlinige) Bahn unter dessen Geradebiegen in der horizontalen Ebene stattfindet. (S. das Buch von B.T.Cladkosbteev u.a. "Das Stahls tr anggie ssen auf Kreisbogenanlagen", Verlag "Metallurgia", herausgegeben im Jahre 1974, S. 5 bis 60).

Die Maschine für die Durchführung dieses Verfahrens umfasst eine Kokille, eine Vorrichtung zu deren Schwingen, FÜhrungs- und Unterstützungseinrichtungen, Vorrichtungen zum Abziehen und Geradebiegen von Strängen, Vorrichtungen zum Schneiden und Fordern von Strängen, die fluchtend an der radialen (krummlinigen) Achse der Maschine angeordnet werden·

Dank dieser Anordnung der Maschineneinheiten wurde die Hohe solcher Maschinen vermindert, -wodurch sich der ferrostatische Druck und die Masse der Ausrüstung für dessen Konstanthaltung verringern. Dafür werden hierbei der Aufbau der Ausrüstungen, deren Montage, Einrichten und. Betriebsweise komplizierter.

Am aussichtsreichsten sind heutzutage Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen und Maschinen für deren Durchführung mit horizontal an der technologischen Maschinenachse angeordneten Ausrüstungen.

Eines der bekannten Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen offenbart sich darin, dass die Metallzuführung aus dem Metallaufnahmebehälter von einer Stirnfläche her einer liegenden Kokille erfolgt und dass der Abzug des Stranges ununterbrochen von deren entgegengesetzter Stirnfläche stattfindet (siehe FE-PS 1 269 929, Kl. B 22d, "Verfahren und Vorrichtung zum Strangguss von Metallen in eine Kühlkokille mit horizontal und geneigt verlaufender Achse, bekanntgemacht 1961).

Die Maschine für die Durchführung des erwähnten Verfahrens enthalt eine Kokille, einen Metallaufnahmebehälter mit einer Metallzuflussrohrleitung, Vorrichtungen zum Schwingen und Drehen der Kokille gemeinsam mit dem Strang und eine Abzieheinrichtung zum Abziehen des Stranges, die an der horizontalen technologischen Maschinenachse an-

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geordnet werden. Diese Anordnung der Ausrüstungen gestattet es, die Hohe und die Masse dieser Maschinen zu vermindern. Jedoch kann beim Rotieren der Kokille zusammen mit dem Strang, das fur die Verbesserung der Strangqualität vonnöten ist, die Dichtigkeit der Verbindung der Kokille dem Metallauf nähmebehälter verletzt werden.

Zur besseren Wirtschaftlichkeit des Verfahrens infolge einer Verminderung der Abfälle der Stahlschmelze können die Maschineneinheiten an der geneigten technologischen

-IO Achse der Maschine angeordnet werden.

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen sowie eine Maschine für dessen Durchführung, das darin besteht, dass das Metall einer liegenden bzw. geneigten Kokille, die mit einem Metallaufηahmebehalter verbunden ist, zugeführt und der Strang intermittierend aus der feststehenden Kokille abgezogen wird (s. das-Buch von Sladkoshteev W.T. u.a. "Anlagen zum Stranggiessen von Metallen und legierungen in der UdSSE und dem Ausland" Terlag "Metallurgia", herausgegeben .1970, S. 5 bis 30).

Die Maschine für die Durchführung dieses Verfahrens umfasst eine Kokille, einen Me tallauf η ahme behälter mit einer Metallzuflussrohrleitung, Führungen für den Strang und eine Abzieheinrichtung, die an der technologischen Achse liegend oder in einem geringen Winkel (von bis 20°) zur Horizontalen angeordnet werden.

Jedoch sichert dieses Verfahren keine Herstellung von Strängen mit guter Oberflächenbeschaffenheit infolge der Bildung'von ringförmigen Ungänzen in der Strangschale. Die Entstehung dieses Fehlers an der Oberfläche des Stranges

JO liegt darin begründet, dass infolge der Berührung des schmelzflüssigen Metalls mit der Keramik der Metallzuflussrohrleitung das Metall and der Stirnfläche der Metallzuflussrohrleitung zu erstarren beginnt, indem dadurch eine Strangkruste ausgebildet wird, deren Stärke von der Gesamtdauer des Abziehzyklus, der Temperatur und den physikalisch -chemischen Eigenschaften des Metalls abhängig ist. Zur Verminderung der Grosse von Fehlern der Strangoberfläche werden hierbei durch Versuche verfahrenstechnische

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Werte des Strangabzuges (Geschwindigkeit, !temperatur, Dauer und Verhältnis zwischen Abzügen und Pausen) so gewählt, dass eine gute Zuverlässigkeit des Verfahrens und eine hohe Qualität von Strängen sichergestellt werden, was dagegen nicht immer erreichbar ist. Demnach gilt als eine der Einflussgrössen, welche die Zuverlässigkeit des Verfahrens und die Qualität der Stränge beeinträchtigen, das Vorhandensein von üngänzen an deren Oberfläche, die dem intermittierenden Abzug von Strängen immer eigen sind·

Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von • Metallsträngen sowie eine Maschine für dessen Durchführung, das darin besteht dass die Metallzuführung zu einer Kokille aus Graphit mit einem aufheizbaren Aufnahmeteil und einem abkühlbaren Hohlraum erfolgt und der Abzug des Stranges un-unterbrochen stattfindet. Die Kontinuität des Vorganges wird durch Hin- und Herbewegungen des Metallaufnahmebehälters, der Kokille und der Führungseinrichtungen sichergestellt (s. SU-Urheberschein, Nr. 140176, Kl. 31 c 21, bekanntgemacht 196I)·

Dieses Verfahren und die Maschine für dessen Durchführung gewährleisten die Herstellung von Strängen mit einer guten Oberflächenbeschaffenheit dank der Kontinuität der Metallzuführung und der Strangausbildung, wodurch das Entstehen von Üngänzen an deren Oberfläche vermieden wird. Jedoch erschwert die geringe Standzeit der Graphitkokille beim Giessen von Stahlsträngen die Inanspruchnahme des genannten Verfahrens zur Massenfertigung von Metallsträngen.

Bekannt ist ausserdem ein Verfahren zur Herstellung von Metallstrangen sowie eine Maschine für dessen Durchführung, das von uns als Prototyp gewählt worden ist und das darin besteht, dass das flüssige Metall zu einer liegenden Kokille von oben zugeführt wird und das Abziehen von Strängen in entgegengesetzten Richtungen von den Stirnseiten der Kokille abwechselnd oder ununterbrochen stattfindet.

Die Maschine für die Durchführung des bekannten Verfahrens umfasst eine liegende Kokille, einen Schwinger zu

deren Schwingen, einen Metallaufηahmebehalter mit einer Metallzuflussrohrleitung, Abzieheinrichtungen zum Abziehen von Strängen und Führungen für die letzteren (s. SU-Urheberschein Wr. 869946, Kl. B 22 D Ή/Ήι bekanntgemacht 19⁸O · Hierbei kann die Kokille radial (krummlinig), geradlinig oder bestehend aus zwei in einem^: Winkel miteinander verbundenen geradlinigen Abschnitten ausgebildet werden, während der Schwinger zu deren Schwingen sowie die Abzieheinrichtungen zum Abziehen von Strangen hydraulisch ausgeführt sind.

Bei der bekannten Maschine steht der Metallaufηahmebehalter mit der Kokille dank der Metallzuflussrohrleitung in Verbindung, das in horizontaler Ebene feststehend ange,-_ ordnet ist und in den Hohlraum der von oben geöffneten Kokille durch eine in der Kokillenwand hergestellte Bohrung, deren Masse beachtlich den Querschnitt der Metallzuflussrohrleitung übertreffen, einmündet.

Diese konstruktive Auslegung der Maschine gestattet es, das Metall aus dem feststehenden Metallaufηahmebehalter der unter Einwirkung des Schwingers Hin- und Herbewegungen ausführenden Kokille zuzuführen. Hierbei findet die Metallzuführung zur Kokille unterhalb des in der Kokille befindlichen Meniskus statt.

Das bekannte Verfahren und die Maschine für dessen Durchführung erlauben nicht die Herstellung von Strängen mit einer guten Oberflächenbeschaffenheit der oben liegenden Flä.che, die sich unter Beeinflussung von Wellenvorgängen an' der Oberflache des flüssigen Metalls in der Kokille sowie unter ungleichmässigem Warmeabzug vom Strang zur Kokille hin über deren Umfang und Lange ausbildet. Hinzu kommt, dass die ungleichmässige Ausbildung der Strangschalen ausserdem von einer Verzerrung des Profils deren Querschnittes, der Bildung von Schülpen und anderen Fehlern der Oberfläche begleitet wird.

Das Vorhandensein des Meniskus von flüssigem Metalls innerhalb der Kokille führt zur Faltenbildung an der oberen Fläche insbesondere beim Einsatz einer krummlinigen, aus geradlinigen Abschnitten zusammengesetzten Kokille, deren obere Wand und der Meniskus einen spitzen

Winkel bilden, der ein Erkalten des Meniskus und eine Entstehung von Schlackeneinschlüssen an der oberen Fläche des Stranges wahrend der .Ausbildung dessen Schale verursacht. Demzufolge wird die Verwendung dieses Verfahrens und der Maschine für dessen Durchführung in der metallurgischen Industrie durch eine verhältnismassig geringe Qualität zu hergestellten Strängen beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Metallstrün^en und eine Maschine für dessen Durchführung zu entwickeln, die dank des konstruktiven Aufbaus der Maschine und der technologischen Bedingungen der Ausbildung und des Abzuges von Strängen das Erzielen einer guten Qualität der.Metallstränge, die aus der Kokille in zwei entgegengesetzten Richtungen abgezogen werden, unter hoher Zuverlässigkeit des Verfahrens ermöglichen·

Diese Aufgabe wurde dadurch gelost, dass bei einem Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen, einschliessend die Metallzuführung zu einer liegenden Kokille und den Abzug von Strängen von deren Stirnflachen weg in zwei entgegengesetzten Eichtungen, gemäss der Erfindung die Metallzuführung zu der über den gesamten Umfang geschlossenen Kokille über eine in deren Wand hergestellte Bohrung unter Herausführung des Meniskus des flüssigen Metalls ausserhalb der Kokille und bei einer Geschwindigkeit, die gleich der Anfangsgeschwindigkeit der St.rangausbildung ist, unter nachfolgender Stabilisierung dieser Strangausbildungszone an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille vorgenommen wird.

Die Maschine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens enthält eine liegende Kokille, die in der horizontalen Ebene unter Einwirkung eines Schwingers schwingbar angeordnet ist, und einen Metallaufnahembehälter, mit dem die Kokille gemäss der Erfindung über eine Metall-Zuflussrohrleitung gas- und luftdicht verbunden ist, die in eine Bohrung einmündet, die in der Kokillenwand hergestellt und im wesentlichen in gleicher Entfernung von den Stirnflächen der Kokille angeordnet ist, mit welcher fluchtend in der Kokille ein Trennelement angeordnet ist, das für

die Entstehung einer Zone der anfänglichen Strangausbildung gedacht ist·

Bekanntlich ist beim doppelseitigen Abziehen der Strange eine zwischen den Strängen befindliche flüssige Zwischenlage vorhanden, durch welche diese Stränge voneinander getrennt werden und bei welcher die Ausbildung der Schale jedes Stranges anfängt· Im weiteren bezeichnen wir diese Zone als Zone der anfänglichen Strangausbildung·

Eine solche Vereinigung der Vorgänge der Metallzuführung und der Strangausbildung sowie die konstruktive Ausführung der Maschine sichern eine hohe Qualität der hergestellten Stränge dank des gleichmässigen Wärmeabzug von den sich bildenden Strängen zur Kokille hin und der Herausfuhrung des Meniskus des flüssigen Metalls aus der Kokille,

Dadurch, dass das Metall der Kokille über die in deren Wand hergestellte Bohrung zugeführt wird, kann die Kokille geschlossen ausgeführt werden, wodurch ein gleichmassiger Wärmeabzug von den sich bildenden Strängen zur Kokille hin und mithin eine, gleichmässige Ausbildung der Strangschale gesichert werden. Durch die Anordnung der Bohrung in der Kokillenwand im wesentlichen in gleichem Ab stand von den Stirnflächen der Kokille werden die gleichen Verhältnisse zur Ausbildung der beiden Stränge geschaffen, indes die nachfolgende Stabilisierung der Zone der an fänglichen Strangausbildung zur Zuverlässigkeit dieses Ver fahrens, beiträgt·

Die Herausführung des Meniskus des flüssigen Metalls ausserhalb der Kokille hat eine bessere Oberflächenbeschaf fmheit der Strange zur Folge, die sich ohne Einflussnahme der oxydierenden Atmosphäre und infolge einer verminderten Verunreinigung der Oberfläche der Stränge durch nicht metallische Einschlüsse ausbilden.

Zur besseren Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in der anfänglichen Stufe beginnt man den ■ Vorgang der Ausbildung der Stränge mit deren Abziehgeschwindigkeit von 0,1 bis 0,5 bezogen auf die Geschwindigkeit • der Metallzuführung, und diese Geschwindigkeit wird inner-

halb des genannten Bereiches bis zur Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille konstant gehalten, wobei am Ende der Strangausbildung die Abziehgeschwindigkeit der Stränge allmählich binnen einer Zeit, die gleich der Zeit der vollen Erstarrung des Stranges ist, auf 0,1 bis 0,2, bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur Kokille, herabgesetzt wird.. Bei einer solchen Durchführung des Verfahrens wird die Herausführung des Meniskus des flüssigen Metalls ausserhalb der Kokille sowie die Entfernung von sich bei der Auffüllung der Kokille entwickelnden Gasen und eine sichere Verbindung der Strangschalen mit den Anfahrstücken gewährleistet.

Bei einer Abziehgeschwindigkeit von Strängen, die unterhalb von 0,1,bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur Kokille, liegt, nimmt die Dauer der anfänglichen Stufe der Strangausbildung zu, was ein Einfrieren des Kanals der Metallzuflussrohrleitung und die Einstellung des Vorganges ergibt.

Sobald die Abziehgeschwindigkeit der Stränge mehr als 0,5,bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur KOkUIe₇ISt, erfolgt keine zuverlässige Verbindung der Strangschalen mit Anfahrstücken und erschwert sich die Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille.

Es ist hierbei sinnvoll, am Ende der Strangausbildung die Abziehgeschwindigkeit der Stränge allmählich innerhalb einer Zeit, die gleich der Zeit der vollständigen Erstarrung des Stranges ist, auf 0,1 bis 0,2, bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur Kokille,herabzusetzen.

Die Senkung der Abziehgeschwindigkeit der Stränge am Vorgangsende unter 0,1, bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung, ergibt das Einfrieren des Kanals der Metallzuflussrohrleitung sowie eine vorzeitige Einstellung der Metallzuführung zur Kokille. Die Beendigung der Strangausbildung bei einer Abziehgeschwindigkeit der Stränge von über 0,2,bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur Kokille,veranlasst keine beachtliche Abnahme

der Tiefe der flüssigen Phase innerhalb der Stränge, die beim Abziehen aus der Kokille am Ende des Vorganges austritt·

Bs ist ebenfalls vonnöten , in der anfänglichen Stufe des Abzuges der Stränge die Zone der anfänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille zu stabilisieren.

Die Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung wird durch eine relative Änderung der Ab-Ziehgeschwindigkeiten der Stränge erzielt· Im Zuge der Stabilisierung verlagert sich die Zone der anfänglichen Strangausbildung mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Differenz zwischen den Abziehgeschwindigkeiten der Stränge ist. Dadurch bietet sich nun die Möglichkeit fur die Aufrechterhaltung und die Regelung der Lage der genannten Zone an der Stelle der Metallzuführung, so dass die Zuverlässigkeit des Verfahrens und die Güte der Stränge verbessert werden können.

Nach Abschluss der Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung findet der Abzug der Stränge ununterbrochen im wesentlichen bei gleichen Geschwindigkeiten statt· Im vorliegenden Pail wird die Zone der anfänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung durch die Gleichheit der Abziehgeschwindigkeiten cLer Stränge bei einer unwesentlichen Korrektur der Abziehgeschwindigkeit eines der Stränge zur Stabilisierung dieser Zone gehalten.

Nach Beendigung der Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung kann der Abzug der Strange abwechselnd, im wesentlichen mit gleichen Geschwindigkeiten und bei zeitlicher Koinzidenz des Abzuges der beiden Stränge in einer Zeit, die gleich 0,1 bis 0,2,bezogen auf die Abziehzeit für den Strang, ist, abgezogen werden.

Dadurch sichert man das Vorhandensein einer flüssigen Zwischenlage in der Zone der anfänglichen Strangausbildung, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit verbessert wird·

Die Koinzidenz des Strangabzuges in einer Zeit von unter 0,1, bezogen auf die Abziehzeit für den Strang, erschwert beachtlich die Struktur der Steuerschemata für die

Antriebe der Abzieheinrichtungen und 'beeinträchtigt deren Betriebssicherheit. Eine Verlängerung der Zeit der Koinzidenz des Strangabzuges von über 0,2 bezogen auf die Abziehzeit ergibt eine merkliche Verkürzung der Zeit der Verbindung an der Stoßstelle von !Fronten der Strangschalenausbildung an der Wandung, welche bei gleichzeitigem Abzug der Stränge aus der Kokille entstehen·

Ein abwechselnder Abzug der Strange kann ebenfalls mit einer Geschwindigkeit vorgenommen werden, die nach dem Sinusgesetzt schwankt. Diese Verfahrensweise des Strangabzuges sichert eine gleichmässigere Ausbildung der Stränge bei zügiger 'Änderung von Zugspannungen und bei einem Mindestgleiten der Strangschalen gegenüber der Kokille in der Zone der anfänglichen Strangausbildung. Hinzu kommt, dass infolge einer Richtungsänderung des Strangabzuges im wesentlichen ohne Unterbrechung (die Abziehgeschwindigkeit ist gleich Null lediglich im Augenblick der Richtungsänderung des Abzuges) in der Zone der anfänglichen Strangausbildung eine flüssige Zwischenlage immer erhalten bleibt. Die vorstehend angegebenen Besonderheiten del« Strangschalenausbildung unter abwechselndem Abziehen der Stränge mit einer Geschwindigkeit, welche sich nach dem Sinusgesetz ändert, tragen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Verfahrens und der Güte der Stränge bei.

Zur Schaffung von identischen Verhältnissen für die Formgebung der beiden Strange und den gleichmässigen wärmeabzug über den Umfang der Schale jedes Stranges ist es erforderlich, dass die in der Kokillenwand hergestellte Bohrung im wesentlichen in gleicher Entfernung von den Stirnflächen der Kokille liegt.

Beim Versetzen der Bohrung zu einer Stirnfläche der Kokille hin ändert sich die nützliche Lange deren Abschnitte, in welchen die Ausbildung der beiden Stränge geschieht, so dass die Zuverlässigkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Das innerhalb dor Kokille vorhandene Crennelernent ist zweckmässig fluchtend mit der Bohrung in der Wand anzubringen. Diese Anordnung des Qtennelementes ermöglicht eine Schwächung der Festigkeit der Strangschale, welche sich

bei der Auffüllung des Hohlraumes der Kokille am Anfang des "Vorganges bildet, und folglich begünstigt es die Entstehung der Zone der anfänglichen Strangausbildung am Anfang des Abzuges der Stränge an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille·

Das brennelement stellt eine Trennwand dar, die aus metallenen Platten gefertigt ist, zwischen welchen eine . Einlage aus einem Wärmedämmstoff (z.B. aus Asbest, feuerfester Pappe, Glasgewebe) vorgesehen ist.

Hierbei wird die Kokillenwand vor direkter Einwirkung eines Strahles des flüssigen Metalls geschützt, eine sicherere Verbindung der Strangschale mit Anfahrstücken sowie eine Verringerung der Festigkeit dieser Schale an der Stelle der Metallzuführung erzielt· Es ist vorteilhaft, - _t dass die Bohrung in der Kokillenwand und die Me tallzuf lus sr ohr leitung fluchtend miteinander und senkrecht zur technologischen Maschinenacnse angeordnet sind. Dieser konstruktive Aufbau dieser Einheit der Maschine ermöglicht eine Vereinfachung der Konstruktion und der Bedienung sowie eine Verbesserung der Betriebssicherheit der genannten Einheit und der Maschine im ganzen.

Es ist zweckmässig, die Metallzuflussrohrleitung in der Bohrung der Kokille derart anzuordnen, dass eines von deren Enden in den Hohlraum der Kokille um eine Grosse von 0,001 bis 0,01 bezogen auf deren Wanddicke einmündet.

Dadurch ?;ird eine gute lebensdauer der Metallzuflussrohrleitung erzielt und werden Stränge von hoher Qualität erhalten.

Durch die Anbringung der Metallzuflussrohrleitung,derart:, daß sie in den Hohlraum der Kokille um eine Grosse von über 0,01 bezogen auf die Wanddicke einmundet, geht die Standzeit der Metallzuflussrohrleitung wegen dessen erhöhten Verschleisses während des Abzuges der Stränge zurück ' und wird die Oberflachenbeschaffenheit der Stränge verschlechtert.

Durch die Anbringung der Me tallzuf lus srohr leitung,

in den Hohlraum der Kokille um eine Grosse von unter 0,001 bezogen auf die Wanddicke der Kokille ein-

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mündet, wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens beeinträchtigt, weil die Grosse der Einmündung mit den Fehlern der Kante der Metallzuflussrohr leitung, die mit der Kokillenwand in Verbindung stehet, vergleichbar wird. Bs ist notwendig, dass das'Verhältnis des Querschnittes der Metallzuflussrohrleitung zum Querschnitt der Kokille in einem Bereich von 0,01 bis 0,4 liegt.

Bei Werten dieses Verhältnisses unterhalb von 0,01 erhöht sich die Wahrscheinlichkeit eines Einfrierens des Kanals der'Metallzuflussrohrleitung bei geringen Ab-■ ziehgeschwindigkeiten der Stränge am Anfang und am Ende von deren Ausbildung. Hinzu kommt, dass beim gleichförmig verlaufenden Vorgang der Strangausbildung infolge der hohen Ausstromungsgeschwindigkeiten des Metallstrahles die Auswaschung der Schale des sich ausbildenden Stranges und der Kokille durch diesen Strahl zunimmt«

Bei Werten des Verhältnisses des Querschnittes der Metallzuflussrohr leitung zum Querschnitt der Kokille von über 0,4 geht die Steife der Kokillenwand, in welcher die Bohrung hergestellt ist, zurück wodurch die Betriebssicherheit der Kokille infolge eventueller Verzüge deren Wand mit der Bohrung herabgesetzt wird·

Zur Durchführung eines abwechselnden Abzuges von Strängen mit einer Geschwindigkeit, die sich nach dem Sinusgesetzt ändert, ist es zweckmäßig, ..dass die Abzieheinrichtungen zum Abziehen von Strängen als bewegbare und feststehende Greifer ausgebildet sind, von denen die ersteren am Schwinger der Kokille angebracht sind, wobei die bewegbaren und die feststehenden Greifer abwechselnd je nach der Laufrichtung der Kokille gemeinsam mit dem Strang ansprechen, der durch die feststehenden Greifer an der gegenüberliegenden Seite festgehalten wird.

Es ist fernerhin sinnvoll, in der Maschine für die Durchfuhrung des erfindungsgemassen Verfahrens die Kokil-Ie, den Schwinger zu deren Schwingen und die an den beiden Seiten der Stirnflächen der Kokille angeordneten Führungen horizontal an der technologischen Maschinenachse anzuordnen. Dadurch wird eine schnelle Abstimmung der Ausrüstung

der Maschine -und eine Vereinfachung deren Bedienung Während des "Betriebes und der Instandsetzung erzielt,

Nachstehend wird die Erfindung anhand von vorteilhaf-•tenAusfuhrungsbeispielen·, dargestellt in den Zeichnungen, naher erläutert. Es zeigen:

Fig· 1 schematisch die Gesamtansicht einer erfindungsgemässen Maschine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Metallsträngen im Längsschnitt;

Fig. 2 die Gesamtansicht einer Kokille mit Anfahr stricken und einem Trennelement vor der Metallzuführung dazu im Längsschnitt;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.2; Fig. 4 Zyklogramme für die abwechselnden Strangabzüge im wesentlichen mit gleichen Geschwindigkeiten (a) und mit einer. Geschwindigkeit (b), die sich nach dem Sinusgesetz ändert;

Fig. 5 eine Ausführungsform einer Maschine für die Durchführung des abwechselnden Abzuges von Strängen mit einer Geschwindigkeit, die sich nach dem Sinusgesetz ändert.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen wird mit der erfindungsgemässen Maschine durchgeführt, von der eine Ausführungsform gezeigt wird.

DieseMaschine für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens enthält eine liegende Kokille 1 , in deren Wandung eine Bohrung 2 für die Zuführung dazu des flüssigen Metalls 5 aus einem Metallaufnahmebehälter 3 über eine Metallzuflussrohrleitung 4, das dann zu Strängen 6 geformt wird, die auf Führungen 7 mittels Anfahr stücke 8 und Abzieheinrichtungen9 abgezogetj werden. Die Kokille ist in der horizontalen Ebene angeordnet und kann unter Einwirkung eines Schwingers IO (Fig. 1) Hin- und Herbewegungen ausführen.

Innerhalb der Kokille 1 iat fluchtend mit der Bohrung 2 ein Trennelement 11 (Fig. 2) angebracht, welches eine Trennwand darstellt, die sich aus metallenen Platten mit einer dazwischen befindlichen Einlage aus einem Warmedämmstoff zusammensetzt.

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Die Bohrung 2 in der Kokillenwand und die Metallzuflussrohrleitung 4 sind fluchtend miteinander angeordnet und verlaufen senkrecht zur technologischen Maschinenachse. Eines der Enden der Metallzuflussrohrleitung 4 (Pig. 3) mundet in den Hohlraum der Kokille 1 um eine Grosse (h) ein, die 0,001 bis 0,01 bezogen auf die Kokillenwanddicke beträgt.

Das Verhältnis des Querschnittes der Metallzuflussrohrleitung 4- zum Querschnitt der Kokille 1 belauft sich auf 0,01 bis 0,40.

Die Abzieheinrichtungen 9 zvm Abziehen von Strängen können verschiedener Art (Walzen-, Latteneinrichtungen, Einrichtungen mit Greifern u.a.) sein. Die !Führungen 7 fur die Stränge 6 können ebenfalls verschiedener Art (RoI^ len-, Stangenführungen u.a.) sein.

Bei der erfindungsgemässen Maschine sind die Kokille 1, der Schwinger 10 zu deren Schwingen, die Abzieheinrichtungen 9 und die Führungen 7 horizontal an der technologischen Maschinenachse angeordnet.

In der erfindungsgemässen Maschine lassen sich die Stränge 6 abwechselnd im wesentlichen mit gleichen Geschwindigkeiten (a) (Fig. 4·) sowie bei einer Koinzidenz des Strangabzuges in der Zeit, die 0,1 bis 0,2 bezogen auf die Abziehzeit des Stranges (^) beträgt, sowie mit einer sich nach dem Sinusgesetz ändernden Geschwindigkeit abziehen.

Für die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Strängen 6 bei deren abwechselndem Abziehen mit einer sich nach dem Sinusgesetz ändernden Geschwindigkeit werden die Abzieheinrichtungen 9 (Fig. 5) als bewegbare 12 und feststehende Greifer 15 ausgebildet, wobei die bewegbaren Greifer 12 am Schwinger 10 zum Schwingen der Kokille 1 angebracht werden. Die bewegbaren 12 und die feststehenden Greifer 13 sprechen abwechselnd je nach der Laufrichtung der Kokille 1 gemeinsam mit dem Strang 6 an,der an der gegenüberliegenden Seite durch die feststehenden Greifer 13 festgehalten wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Metallstrangen geschieht z.B. wie folgt: Vor der Metallzu-

führung zur Kokille 1 werden in deren Hohlraum an den entgegengesetzten Stirnseiten die Anfahrstücke 8 eingeführt, zwischen welchen sich das !rennelernent 11 zur Bildung der Zone der anfänglichen Strangausbildung am Anfang des Vorganges befindet.

Das flüssige -Metall 5 wird aus dem Metallaufηahme-• behalter 3 über die Metallzuflussrohrleitung 4· durch die in der Wand der über den gesamten Umfang geschlossenen Kokille 1 hergestellte Bohrung 2 dem zwischen den Anfahrstücken 8 befindlichen Hohlraum zugeführt. Bei der Auffüllung des Hohlraumes der Kokille 1 wird der Meniskus des flüssigen Metalls ausserhalb der Kokille 1 herausgeführt, und eine binnen dieser Zeit ausgebildete und mit den Anfahrstücken verbundene Strangschale wird bei der Betätigung der Einrichtungen 9 und des Schwingers IO der Kokille 1 in zwei Schalen unter Erzeugung der Zone der anfänglichen Strangausbildung zerrissen»

Man beginnt die Ausbildung der Stränge 6 mit deren Abziehgeschwindigkeit von 0,1 bis 0,5,bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung, und hält sie in diesem Bereich bis zur Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille 1 konstant· Hierbei wird der Höhenstand des Metalls 5 ifli Metallaufnahmebehälter 3 entsprechend den Bedingungen des Verfahrens eingestellt.

Die Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung wird durch eine relative Änderung der Abziehgeschwindigkeiten der Stränge sichergestellt, wobei die Verlagerung dieser Zone mit einer Geschwindigkeit stattfindet, die proportional zur Differenz zwischen den Strangabziehgeschwindigkeiten ist·

Nach erreichter Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung erfolgt das Abziehen der Stränge 6 aus der Kokille 1 ununterbrochen im wesentlichen mit gleichen Geschwindigkeiten. Dadurch bleibt die stabile Lage der Zone der anfanglichen Strangbildung erhalten.

Es bieten sich jedoch Varianten mit abwechselndem Abziehen der Strange, welche im wesentlichen mit gleichen

Geschwindigkeiten oder mit einer solchen, die sich nach dem Sinusgesetz ändert, (Hg. 4) durchführbar sind, an.

Beim abwechselnden Abzug der Strange 6 im wesentlichen mit gleichen Geschwindigkeiten wird die Kontinuität der Metallzuführung durch die Koinzidenz des Abzuges der beiden Stränge 6 in einer Zeit, die 0,1 bis 0,2 bezogen auf die Strangabziehdauer beträgt, gesichert. Hierbei verlagert sich die Zone der anfänglichen Strangausbildung abwechselnd in Richtung zum abzuziehenden Strang mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu dessen Geschwindigkeit ist, während in der Periode der Koinzidenz des Abzuges der beiden Strange 6 die Zonen der anfanglichen Strangausbildung durch eine· Zwischenzone voneinander getrennt sind, die mit der Schale des unbeweglichen Stranges verbunden ist. Da der Abzug der Strange 6 abwechselnd und mit gleichen Geschwindigkeiten geschieht, führt die Zone der anfänglichen Strangausbildung Hin- und Herbewegungen im wesentlichen mit gleichen Abständen gegenüber der Achse der Metallzuflussrohr leitung 3 aus· Diese Durchführungsvariante des Verfahrens zur Herstellung von Metallsträngen 6 vereinfacht den Aufbau der Maschine zu dessen Durchfülirung, ν err bessert die Zuverlässigkeit des Prozesses und die Qualität des Metalls, dafür erschwert sie unwesentlich den Antrieb und die Abzieheinrichtungen zum Abziehen der Stränge 6.

Der abwechselnde Abzug der Stränge 6 kann aber auch mit einer Geschwindigkeit durchgeführt werden, die sich nach dem Sinusgesetz ändert, was ebenfalls die Konstruktion der Maschine zur Durchführung des Verfahrens vereinfacht und die Qualität des Metalls verbessert. .30 Am Bade der Ausbildung der Stränge 6 wird, deren Abziehgeschwindigkeit allmählich innerhalb der Zeit, die gleich der Zeit der vollständigen Erstarrung des Stranges 6 i_st, auf 0,1 bis 0,2 bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung herabgesetzt. Dadurch wird eine allmähliche Verminderung der Tiefe der flüssigen Phase erzielt, die aus dem Strang 6 austritt und die Form von dreieckigen Enden des Stranges hat, die zusammen mit dem.hohlen Teil der Stränge 6 Abfälle des Prozesses darstellen.

Das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen G und die Maschine zu dessen Durchführung schaffen die Bedingungen für die Strangausbildung, die identisch zu denen der bekannten Verfahren sind und die Forderungen an deren weitere Bearbeitung erfüllen.

Da überdies die Ausbildung der Strangschalen ohne Einflussnahme einer oxydierenden Atmosphäre und der Schlacken geschieht, sind die Verunreinigung durch nicht metallische Einschlüsse und die Gassättigung des Metalls viel niedriger im Vergleich zu bekannten Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen in Senkrecht-und Kreisbogenmaschinen zu deren Durchführung.

Das Abziehen der Stränge 6 in zwei entgegengesetzten Eichtungen von. den Stirnflächen der Kokille 1 her steigert die Leistung der Maschinen, weil sich etwa um ein 1,5 bis 2faches die Metallmenge vergrössert, die in einer Zeiteinheit zugeführt wird, d.h. einem Strang der Maschine entsprechen zwei Stränge einer Maschine, bei welcher der Strang nur in einer Richtung abgezogen wird (z.B. stehende, krummlinige Maschinen u.a.).

Das infrage kommende Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen und die Maschine zu dessen Durchführung eignen sich für die Herstellung von quadratischen und rechtwinkligen Strängen, einschliesslich solcher mit einem hohen Verhältnis der Seiten, ausgehend von einer breiten Palette von Stählen und Legierungen.

Durchführungsbeispiel des Verfahrens Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Meta11strangen ist mittels einer liegenden Pilotmaschine "bei Verwendung einer Pfanne von 5 t Inhalt zur Herstellung von Strängen mit einem Querschnitt von 150x150 und 150x210 mm aus einem niedrig- und mittelgekohlten Stahl einschliesslich solcher Stähle, die mit Chrom, nickel, Molybdän und anderen Elementen mit deren Gehalt von bis 2,0 % legiert sind, durchgeführt worden.

Vor der Metallzuführung zur Kokille w erden an deren beiden Stirnflächen Anfahrstücke mit einem dazwischen bebefindlichen Trennelement in die Kokille eingeführt.

Die Metallzuführung zur Kokille erfolgt aus einem Metallauf nähme behalt er über eine Metall Zuflussrohr lei" tung unter Herausführung des Meniskus des flüssigen Metalls ausserhalb der Kokille in den Metallauf nähme-behälter hin. Hierbei werden die Gase aus dem Hohlraum der Kokille abgeführt.

Die Inbetriebnahme der Maschine erfolgt nach der .Auffüllung des Hohlraumes der Kokille bis an den vorbestimmten Höhenstand. Hierbei wird die Strangschale, die JO sich innerhalb der vom Anfang der Metallzuführung bis zur Betätigung der Mechanismen¹der Maschine verlaufenen Zeit ausgebildet hat, am schwächsten Querschnitt (an der Montagestelle des Trenn element es) unter Bildung von zwei Schalen und der Zone der anfänglichen Strangausbildung je; gerissen.

Sollte der Schalenriss aus irgendwelchen Gründen an einer anderen Stelle geschehen sein, wird die Zone der anfänglichen Strangausbildung durch eine Änderung der Abziehgeschwindigkeit der Stränge zur Stelle der Metallzuführung zur Kokille verlagert.

Die Stabilisierung dieser Zone am Anfang und im Zuge des Prozesses der Strangausbildung wird durch eine relative Änderung der Abziehgeschwindigkeiten bei automatischer Betriebsweise gesichert.

Bei einer Änderung der Abziehgeschwindigkeit eines der Stränge um 5, 10, 20 % usw. bewegt sich diese Zone mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu 0,05; 0,1; 0,2 usw. ist, vorausgesetzt, dass die Abziehgeschwindigkeit des gegenüberliegenden Stranges konstant bleibt. Es ist ^O hierbei auch eine solche Änderung der Abziehgeschwindigkeiten der Stränge möglich, bei welcher sich die- Geschwindigkeit des einen Stranges um £,10,15 % usw. erhöht, wahrend die Geschwindigkeit des anderen Stranges jeweils um 5, 10, 15 % usw. abnimmt. Hierbei wird die Laufgeschwindigkeit der Zone der anfänglichen Strangausbildung proportional zu 0,1; 0,2; 0,3; usw. Der Proportionalitä'tsfaktor hängt hierbei unwesentlich von dem Ab- ' solutwert der Strangabziehgeschwindi^keiten ab.

Die Strangausbildung beginnt man mit' einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 0,5 bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung und hält sie in diesem Bereich bis zur Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung konstant. Hierbei wird der Höhenstand des Metalls innerhalb des Metallaufnahinebehälters entsprechend den Bedingungen des - Prozesses eingestellt, und die Zone der anfänglichen Strangausbildung stellt sich etwa in gleicher Sntfernung von den Stirnflächen der Kokille ein.

Nach Erreichen dieser Bedingungen erhöht sich langsam die Abziehgeschwindigkeit der Stränge und wird gleich der Geschwindigkeit des gleichförmig verlaufenden Vorganges der Strangausbildung sein.

Am Ende der Strangausbildung lässt man die Abziehgeschwindigkeit der Stränge langsam binnen einer Zeit, die gleich der Zeit der vollständigen Erstarrung der Stränge ist, auf 0,1 bis 0,2 bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur Kokille abnehmen. Hierbei vermindert sich die Ausdehnung der flüssigen Phase in den Strängen auf 0,1 bis 0,2 bezogen auf deren Wert unter Bedingungen des gleichförmig verlaufenden Vorganges. Dies gestattet es, das Schöpfen der Strange zu vermindern und mithin die Ausbeute auf den Maschinen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zu steigern.

Leerseite

Claims (1)

1. HERSTELLUNG VON METALLSTRÄNGEN MIT LIEGENDER KOKILLE

   1· Verfahren zur Herstellung von Metallsträngen, bestehend aus

   - einer·Metallzuführung (5) zu einer horizontal liegenden Kokille Ci) und

   - einem Strangabzug (6) von den Stirnflächen der Kokille in zwei entgegengesetzten Richtungen, dadurch gekennzeichnet,dass~

   - die Zufuhrung des Metalls (5) zu einer über den gesamten Umfang geschlossenen Kokille (1) über eine in deren Wand hergestellte Bohrung (2) unter Herausführung des Miniskus des'flüssigen Metalls (5) ausserhalb der Kokille (1) und

   ■15 bei einer Geschwindigkeit, die gleich der Anfangsgeschwindigkeit der Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille (1) ist, vorgenommen wird.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   "— die Ausbildung von Strängen (6) bei einer Abziehgeschwindigkeit von 0,1 bis 0,5 bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung angefangen,

   - die genannte Abziehgeschwindigkeit der Stränge (6) in diesem Bereich bis zur Stabilisierung der Zone der an-

   . 25 fänglichen Strangausbildung an der Stelle der Metallzuführung zur Kokille (1) gehalten und

   - am Ende der Ausbildung der Stränge (6) deren Abziehgeschwindigkeit langsam auf 0,1 bis 0,2 bezogen auf die Geschwindigkeit der Metallzuführung zur Kokille (1) innerhalb einer Zeit, die gleich der Zeit für die volle Erstarrung des Stranges (6) ist, herabgesetzt wird.

   3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung durch eine relative Inderung der Abziehgeschwindigkeiten der Stränge (6) sichergestellt wird, 4·· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Stabilisierung die Bewegung der Zone der anfänglichen Strangausbildung bei einer Geschwindigkeit, welche proportional zur Differenz zwischen den Strangabziehgeschwindigkeit ist, stattfindet· 5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Stabilisierung der Zone der anfänglichen Ausbildung der Stränge (6) deren Abziehen gleichzeitig im wesentlichen bei gleichen Geschwindigkeiten vorgenommen wird· · ' ...

   6· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Stabilisierung der Zone der anfänglichen Strangausbildung der Stränge (6) deren Abziehen abwechselnd im wesentlichen mit gleichen Geschwindigkeiten durchgeführt wird·

   7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichet, dass sich der abwechselnde Abzug der Stränge (6) unter zeitlicher Koinzidenz des Strangabzuges in einer Zeit, die gleich 0,1 bis 0,2 bezogen auf die Zeit des Strangabzuges ist, zyklisch vollzieht.

   JO 8· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der abwechselnde Abzug der Stränge (6) bei einer nach dem Sinusgesetz schwankenden Geschwindigkeit vollzieht·

   9· Maschine zur purchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus

   - einer horizontal liegenden Kokille,

   - einem Schwinger, unter dessen Wirkung die Kokille in der horizontalen Ebene schwingt,

   - einem Metallaufnahme behälter mit einer Metallzuflussrohr leitung für die Metallzuführung zur genannten Kokille,

   - einer Strangabzieheinrichtung und

   - Fuhrungen für die Stränge,
   dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Kokille (1) mit dem Metal !aufnahmebehälter

   (5) über die Metallzuflussrohr leitung (4) gas- und luftdicht verbunden ist,

   - die Metallzuflussrohr leitung (4) in der Bohrung (2) angeordnet ist, ■

   - die genannte Bohrung (2) in der Wand der Kokille " (1) hergestellt und im wesentlichen in gleicher Entfernung von deren Stirnflächen angeordnet ist und

   - innerhalb der Kokille (1) ein brennelement koaxial mit der genannten" Bohrung (2) angebracht ist, das zur Erzeugung einer Zone für die anfängliche Ausbildung der Strange (6) vorgesehen ist.

   10. Maschine nach Anspruch S₉ dadurch gekennzeichnet, dass

   -. das brennelement eine Trennwand darstellt und

   - diese Trennwand durch Metallplatten ausgebildet ist, zwischen welchen eine Einlage aus einem Wärmedämmstoff vorgesehen ist.

   11. Maschine nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (2) und die Metallzuflussrohrleitung (4) fluchtend und senkrecht zur technologischen Achse der Maschine verlaufen.

   12. Maschine nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, dass

   - eine der Stirnflächen der Metallzuflussrohrleitung (4) in den Hohlraum der Kokille (1) um eine Grosse, die gleich 0,001 bis 0,01 bezogen auf die Wanddicke der Kokille (1) ist, einmündet und

   - das Verhältnis des Querschnittes der genannten Metallzuflussrohrleitung (4) zu dem der Kokille (1) 0,01:0,4 beträgt.

   13. Maschine nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 12 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

   - zum abwechselnden Abziehen der Stränge (6) jede Ab-

   zieheinrichtung 9 als feststehende (13) und bewegbare Greifer (12) ausgebildet ist,

   - die genannten bewegbaren Greifer (12) am Schwinger (10) der Kokille (1) angebracht sind und " die genannten bewegbaren Greifer (12) der beiden Einrichtungen (9) abwechselnd ge nach der Laufrichtung der Kokille (1) gemeinsam mit dem Strang (6), der durch die feststehenden Greifer (13) festgehalten wird, ansprechen.

   14. Maschine nach einem beliebigen des Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (1), deren Schwinger (10) und die Führungen (7) horizontal an der technologischen Achse der Maschine angeordnet sind.