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Verfahren zum Giessen eines Stranges insbesondere aus
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Aluminium oder einer Aluminiumlegierung Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Giessen eines Stranges, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,
durch eine Giesskokille unter Kühlung des entstehenden Stranges mittels Kohlendioxid
enthaltenden Wassers.
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Beim Stranggiessen mit direkter Kühlung wird dem aus der Kokille austretenden
Gussstrang durch Beaufschlagen der Strangoberfläche mit Kühlmittel unmittelbar unterhalb
der Kokille Wärme entzogen. Während des Anfahrvorganges berührt das Kühlmittel zunächst
nur den Anfahrboden. Der hierbei eintretende indirekte Wärmeentzug führt zu einer
milden Erstarrung des flüssigen Metalls und zu einer ebenen Ausbildung des Strang
fusses. Mit fortschreitendem Absenken des Anfahrbodens trifft das Kühlmittel direkt
auf die Oberfläche des Stranges auf, was mit einer sprunghaften Erhöhung der Wärmeabfuhr
aus dem Gussstrang verbunden ist. Die als Folge dieses Temperaturschocks auftretenden
Wärmespannungen sind grösser als die Dehnungsfestigkeit des Gussstranges und führen
zu einer bleibenden Verformung in Form einer konvexen Wölbung des Strang fusses
und bei Ueberschreiten der Zerreissfestigkeit überdies zu Rissen im Strang. Um einen
Gussstrang mit ebenem Fuss zu erhalten, darf der Strang demzufolge während des Anfahrvorganges
nicht zu stark gekühlt werden.
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Hierzu wurde in der US-PS 3 441 079 vorgeschlagen, das
Kühlmittel
in der Anfahrphase intermittierend auf den Gussstrang aufzubringen. Nachteilig wirkt
sich dabei aus, dass infolge der intermittierenden Kühlmittelstrahlen sich unterschiedliche
thermische Erstarrungsmuster im Gussstrang ergeben.
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Die DE-AS 12 93 956 behandelt ein Verfahren zum Kühlen von stranggegossenen
dünnen Bändern, Platten od.dgl., bei dem ein Wasser-Luft-Gemisch in der Kokille
ejektorartig erzeugt und vor Austritt zur direkten Kühlung, doho der Kühlung durch
direktes Aufbringen des Kühlmittels auf das dünne Band od.dgl selbst, für die indirekte
Kühlung, d.h. die Kühlung über die Stege der Kokille; verwendet wird. Die Sumpftiefe
und/oder die Temperatur des gegossenen dünnen Bandes wird durch Variierung der Luft-
und/oder Wassermenge gesteuert. Da das Wasser-Luft-Gemisch als Nebel insbesondere
während der direkten Kühlung versprüht wird, ist eine gezielte Steuerung der Kühlung
nicht°möglicho Dies gilt um so mehr für den Vorschlag nach der DE-AS 12 93 956,
dass die Wassermenge zum Zwecke einer indirekten Kühlung des Gussstranges innerhalb
des ECokilleninnenraumesU d.h. während der indirekten Kühlung, und die Luftmenge
bei der direkten Kühlung gesteigert werden soll Dadurch kann ein Gussstrang nicht
gezielt und schon gar nicht kontinuierlich mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden
Eine weitere Ausgestaltung des oben genannten Verfahrens findet sich in der DE-OS
24 08 285. Zum Kühlen des aus der Kokille austretenden Gussstranges wird ebenfalls
ein Wasser-Luft-Gemisch verwendet. Zunächst fliesst dabei Kühlwasser unter Druck
in Wasserkammern bzw. Kanäle der Kokille
und kühlt die Arbeitsflächen
des formgebenden Kokillenraumes. Danach tritt es aus der Kokille aus und kühlt das
Gussband direkt. Infolge unterschiedlicher Querschnitte der Kühlmittelaustrittsöffnungen
und zusätzlicher Luftspalten wird Luft aus letzeren nach dem Prinzip eines Wasserstrahlpumpeneffektes
angesogen. Diese Luft bleibt jedoch nur mit geringem Einfluss auf die Kühlleistung
in dem Kühlwasser.
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Zudem dürfte auch hier eine Steuerung der Kühlung sehr problematisch
sein, da beispielsweise bei Erhöhung der Zugabe von Kühlwasser auch wesentlich mehr
Luft angesaugt wird, dadurch jedoch nicht unbedingt eine bessere Wirkung der Kühlung,
sondern lediglich eine verstärkte Vernebelung des Luft-Wasser-Gemisches erzeugt
wird.
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Aus der DE-OS 29 09 990 ist nun ein Verfahren zum Stranggiessen von
Metallblöcken bekannt, bei dem die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch das flüssige
Kühlmittel vom Gussstrang abgeführt wird, zumindest während des Anfahrvorganges
verlangsamt wird. Hierzu wird ein Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, unter Druck dem
Kühlmittel beigemischt. Das auf diese Weise gelöste Gas bildet beim Auftreffen des
Kühlmittels auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluss vermindernden Isolierfilm,
welcher eine Herabsetzung der Kühlintensität zur Folge hat.
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Nach Beendigung des Anfahrvorganges erfolgt eine Erhöhung der Wärmeabfuhrgeschwindigkeit
durch Verringerung der Menge des dem Kühlmittel beigemischten Gases.
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Der wesentlichste Nachteil dieses Verfahrens liegt in seiner Aufwendigkeit,
was insbesondere die zur Lösung des Ga-
ses im Kühlmittel erforderlichen
Misch- und Kontrolleinrichtungen anbelangt. Ebenso bleibt eine Steuerung der Kühlung
von der Löslichkeit des Gases in dem flüssigen Kühlmittel abhängig, welche von diversen
unterschiedlichen Parametern bestimmt ist, die unter anderem auch von den sich ändernden
Bedingungen während des gesamten Giessvorganges abhängen.
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Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren der oben genannten
Art zu entwickeln, welches diese Nachteile behebt und mittels dessen insbesondere
eine genaue Steuerung des Kühlvorganges sowohl in bezug auf die Phase der indirekten
als auch der direkten Kühlung möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Verfahren, bei dem die dem Wasser
zugesetzte Menge an Kohlendioxid während des Anfahrvorganges konstant gehalten,
jedoch seine Konzentration innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses
vermindert, sowie dadurch gleichzeitig der thermische Kontakt zwischen Strangoberfläche
und Kühlwasser erhöht wird.
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Das bedeutet, dass die Wirkung des Kohlendioxids nicht mehr von seiner
Löslichkeit innerhalb des Kühlmittelwassers abhängt, denn es wird eine vorbestimmt
und mögliche Konzentration eines Wasser-Kohlendioxid-Gemisches verwendet, für die
eine Sättigungsgrenze oder andere schwer definierbare Grenzwerte unerheblich sind.
Beeinflusst wird die wärmeisolierende Eigenschaft des Kohlendioxids bei der Kühlung
des Gussstranges durch Herabsetzung seiner Konzentration sowie durch Erhöhung der
Energie bzw. Geschwindigkeit des Kühlwassers, welche auf einfache Weise durch Erhöhung
des Was-
serzuflusses möglich ist. Dadurch gelangt mehr Kühlwasser
auf die Strangoberfläche, da der "Isolierfilm' des Kohlendioxids immer dünner und
durchlässiger wird. Schlussendlich zerreisst der "Film" ganz, und die bekannte Kühlwirkung
des Wassers kann sich ausschliesslich entfalten. Selbstverständlich liegt es im
Rahmen der Erfindung, die Kohlendioxidzufuhr entweder bei einem vorbestimmten Wert
der KohlendioxidKonzentration im Kühlmittel oder spätestens am Ende des Anfahrvorganges
vollständig zu unterbrechen, Wesentliches Augenmerk wird darauf gerichtet, dass
das Wasser-Kohlendioxid-Gemisch zu Anfang ein derartiges Lösung verhältnis aufweist,
dass der Thermoschock zwischen der von der Kokille ausgehenden indirekten Kühlung
und der beim Absenken eines Anfahrbodens od.dgl. einsetzenden direkten Kühlung möglichst
gering ist. Gleichzeitig ist dieses Lösungsverhältnis auch der oberste notwendig
zu erreichende Wert der Konzentration des Kohlendioxids im Wasser, dessen Absenkung
durch Zugabe von Wasser keine Schwierigkeit mit sich bringt, während eine Reduzierung
der Kohlendioxidmenge bei gleicher Wassermenge von der Unwägbarkeit der tatsächlich
gelösten Kohlendioxidmenge begleitet ist. Es liegt deshalb im Rahmen der Erfindung,
ein Kohlendioxid-Wasser-Gemisch einer bestimmten Konzentration schon vor dem Anfahren
in einem Tank od.dgl. bereit zu stellen und diesem dann während des Anfahrvorganges
zusätzliches Wasser zuzusetzen. Ebenso ist es möglich, in einer Mischeinrichtung
Kohlendioxid und Wasser als Kühlmittel laufend vorzubereiten und den Wasseranteil
laufend zu erhöhen.
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In jedem Fall hat es sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäss
Steuerung der Kühlung Gussstränge mit minimalen
Querschnittänderungen
insbesondere im Bereich des Strangfusses hergestellt werden können