DE3424276C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
rohrförmiger Gießformen aus Kupfer oder Kupferlegierung mit einer
deutlich gekrümmten Längsachse und mit konischem Profil zur
Verwendung beim Stranggießen von Stahl, bei dem ein
rohrförmiges Halbfabrikat mit geradliniger Achse gekrümmt wird,
das zu diesem Zweck zusammen mit einem eingeführten Dorn, der
der herzustellenden Gießform in Gestalt und Außenabmessungen
gleicht, durch einen Prägering geführt wird, wodurch das
Halbfabrikat in die endgültige Gestalt gebracht wird, und bei dem
dann der Dorn wieder entfernt wird.
In einer Stahlstranggießanlage werden diese
Gießformen auf bekannte Weise von einem Strom aus flüssigem
Metall durchflossen, das durch die starke Kühlwirkung einer
zirkulierenden Kühlmittelflüssigkeit, welche die Außenfläche
dieser Gießformen umspült, beim Durchfließen durch die Gießform
sich zu verfestigen beginnt.
Um wirkungsvoll die geforderten Funktionen zu erfüllen, müssen
die Gießformen dieses Typs eine Reihe von vorteilhaften
Eigenschaften aufweisen. Zunächst müssen sie mit Innenflächen
großer Härte und Oberflächengüte versehen sein, um die
Aufbringung einer Schicht aus Überzugsmaterial zu ermöglichen,
das wirkungsvoll der Abnutzung durch die durchlaufende
Stahlschmelze widersteht und dieses Durchströmen mit niedriger
Reibung ermöglicht. Zusätzlich muß der Querschnitt der Gießform
stetig längs der Achse abnehmen (konisches Profil), um ständig
einen perfekten Wärmeübergang von diesen Oberflächen zum
Kühlmittel zu gewährleisten, das die Außenfläche der Gießform
umspült. In dieser Hinsicht wurde festgestellt, daß sich das
Metall, wenn diese Querschnittsverringerung längs der Achse nicht
vorgesehen ist, von der Innenfläche der Gießform aufgrund der
Materialschrumpfung durch die Verfestigung der äußersten
Schichten ablösen kann, wodurch die Wärmeübergangszahl zwischen
dem Metall und der Gießform beträchtlich vermindert wird.
Gießformen dieses Typs werden normalerweise aus einem
rohrförmigen Halbfabrikat mit geradliniger Achse durch einfache
Extrusion oder durch ein anderes Verfahren hergestellt. Es wird
ihnen normalerweise dann durch radiale Drücke, die auf ihre
Außenfläche ausgeübt werden, unter Verwendung einer geeigneten
ausgebildeten Form eine gekrümmte Gestalt gegeben. Um dann die
erforderliche Oberflächengüte und die Querschnittsänderung längs
seiner Achse zu erzeugen, wie es für einen einwandfreien
Stahlfluß längs der Gießform notwendig ist, wird diese Oberfläche
durch Fräser oder besondere Schleifmaschinen bearbeitet, die
längs der Innenseite des Halbfabrikats mittels besonders
ausgebildeter Vorrichtungen bewegt werden.
So ist aus US-PS 36 46 799 ein Verfahren bekannt, das folgende
drei Stufen umfaßt:
- a) Ein - der herzustellenden bogenförmigen Gießform in Gestalt und Außenabmessung gleicher - Dorn wird in das Halbfabrikat eingeführt, wobei das Halbfabrikat in noch nicht perfekter Art und Weise an die Gestalt des Dorns angepaßt wird,
- b) dieses Halbfabrikat wird mit dem Dorn durch einen Prägering geführt, der derart dimensioniert ist, daß die Innenfläche dieses Halbfabrikats dicht an der Außenseite dieses Dorns anliegt,
- c) Halbfabrikat und Dorn werden voneinander getrennt, indem sie durch einen, den Ausmaßen des Halbfabrikats angepaßten Ring geführt werden.
Bei einem alternativen Verfahren wird die Querschnittsänderung
innerhalb der Gießform durch das chemische Einwirken eines
geeigneten chemischen Agens erhalten, mit dem der Innenraum der
Gießform gefüllt wird. Durch Absenken des Flüssigkeitsspiegels
proportional zur Zeit wird die Oberfläche chemisch so
angegriffen, daß Material in einer Menge entfernt wird, die
proportional zur Achsenlänge der Gießform ist. Die durch die
genannten Verfahren erhaltenen Gießformen weisen mehrere
Nachteile auf. Zunächst ist die Härte der Innenfläche der
Gießform sehr gering und im wesentlichen gleich der des Materials
des ursprünglichen Halbfabrikats. Zusätzlich ist die Oberflächen
güte nicht besonders gut, insbesondere dann, wenn die Oberfläche
der zuvor genannten chemischen Behandlung unterworfen wird.
Außerdem kann die erforderliche innere Gestalt der Gießform,
besonders die Änderung des Innenquerschnitts längs der Achse nur
annähernd erhalten werden. Schließlich kann die notwendige
Bearbeitung, um Gießformen nach dem erstgenannten Verfahren
herzustellen, besonders langwierig sein, schwierig durchzuführen
sein und erfordert im allgemeinen besondere Vorsichtsmaßnahmen.
Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zu schaffen, welches die obengenannten Nachteile nicht
aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen
näher erläutert, die bestimmte Verfahrensstufen und die dadurch
erhaltenen Halbfabrikate darstellen.
Es zeigen
Fig. 1, 4 und 10 Halbfabrikate, die während des Verfahrens
verwendet oder erhalten werden;
Fig. 2, 3, 5, 6, 7, 8 und 9 Darstellungen der aufeinander
folgenden Verfahrensstufen;
Fig. 11, 12, 13 und 14 einen Längsschnitt beziehungsweise
Querschnitte durch die mit dem Verfahren erhaltene Gießform.
Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Gießform
ist von dem in den Fig. 11 bis 14 gezeigten Typ, d. h. die
Gießform weist im wesentlichen die Form eines rohrförmigen
Elementes mit gekrümmter Achse, z. B. die Form eines
Kreisbogens (Fig. 11), und einen Innenquerschnitt auf, der
längs der Achse abnimmt. Dieser Querschnitt kann eine
beliebige Gestalt, beispielsweise quadratisch, wie in den
Figuren dargestellt ist, aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein rohrförmiges
Halbfabrikat aus Kupfer oder Kupferlegierung mit geradlini
ger Achse verwendet, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Das Verfahren enthält eine erste Stufe, in der ein Ende 2
des Halbfabrikates 1 durch plastisches Kaltverformen nach
innen umgebördelt wird, um an diesem Ende eine ringförmige
Schulter 3 anzuformen, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die das
am Ende dieser Verfahrensstufe erhaltene Halbfabrikat
darstellt.
Obwohl die Schulter 3 auf irgendeine geeignete Weise durch
plastisches Kaltverformen erhalten werden kann, ist es
zweckmäßig, diese durch die in den Fig. 2 und 3 gezeigten
Operationen anzuformen. Diese Verfahrensschritte bestehen im
wesentlichen darin, daß man zuerst auf das Ende 2 des
Halbfabrikates lokale Drücke ausübt, um in vorbestimmten
Zonen Deformationen dieses Endes zu erzeugen, und dann
einen Druck auf das gesamte Ende ausübt, um es nach innen
umzubördeln und die ringförmige Schulter 3 zu erzeugen,
wobei ein Werkzeug 4 verwendet wird, das mit Arbeitsflächen
5 und einer Vielzahl von Profilleisten 6 versehen ist und
das axial gegen dieses Halbfabrikat bewegt wird. Wie in
Fig. 2 zu sehen ist, in der angenommen ist, daß diese erste
Stufe zum Umbördeln
des Endes 2 des mit im wesentlichen quadratischem Quer
schnitt versehenen Halbfabrikates verwendet wird, sind die
Arbeitsflächen 5 dieses Werkzeugs weitgehend eben ausgeführt
und entsprechend den Seitenflächen einer Pyramide angeord
net. Eine Profilleiste 6 ragt in eine Position, die jeder
dieser Oberflächen entspricht. Während der ersten Phase der
axialen Bewegung des Werkzeuges 4 gegen das Halbfabrikat 1
erzeugt jede Profilleiste eine lokale Verformung in der
durch 7 gekennzeichneten Zone, und wenn die Bewegung des
Werkzeugs gegen dieses Halbfabrikat fortgesetzt wird, wird
das Ende 2 dank dieser bereits umgebogenen Zonen auf
einfache Weise dadurch umgebördelt, daß es über die
Arbeitsflächen 5 geschoben wird, wie in Fig. 3 deutlich zu
sehen ist. Das am Ende dieser ersten Verfahrensstufe
erhaltene Halbfabrikat 8 ist in Fig. 4 dargestellt.
Das Verfahren sieht dann eine zweite Stufe vor, in der dem
Halbfabrikat 8 eine gekrümmte Form gegeben wird, bei dem
seine longitudinale Achse eine Gestalt, wie beispielsweise
die Form eines Kreisbogens, annimmt. Wie in Fig. 5 gezeigt
ist, wird diese Verfahrensstufe dadurch ausgeführt, daß im
wesentlichen radiale Drücke auf die Außenfläche des Halbfa
brikates 8 ausgeübt werden. Diese Drücke können wirkungsvoll
mittels einer Form ausgeübt werden, die im wesentlichen eine
Auflagefläche 9 und ein bewegliches Teil 10 aufweist, das
gegen diese Auflagefläche bewegt wird.
In der dritten Verfahrensstufe wird ein Dorn 12, der die
gleiche Gestalt und Außenabmessungen wie die herzustellende
Gießform aufweist, in das so erhaltene Halbfabrikat 11
eingeführt. In dieser Stufe läßt man das untere Ende des
Dorns sich gegen diese ringförmige Schulter, wie in Fig. 6
gezeigt ist, anlegen. Die Innenabmessungen des Ausgangshalb
fabrikates 1 mit geradliniger Achse, wie in Fig. 1 gezeigt,
werden so gewählt, daß die Innenabmessungen
des Halbfabrikates 11, das in dieser dritten Stufe verwendet
wird, wesentlich größer sind als die maximalen Abmessungen
des Dorns 12, damit ein vorbestimmter radialer Zwischenraum
g zwischen dem Dorn 12 und dem Halbfabrikat übrigbleibt. Es
wurde gefunden, daß für die nachfolgend beschriebenen Zwecke
dieser Zwischenraum ziemlich groß sein muß.
Das Vorliegen dieses Zwischenraumes erbringt zunächst den
Vorteil, daß der Dorn 12 auf einfache Weise in das
Halbfabrikat 11 eingesetzt werden kann, ohne daß das untere
Ende des Dorns mit dessen Innenfläche in Berührung kommt und
diese beschädigt.
Im vierten Verfahrensschritt wird die aus dem Halbfabrikat
11 und dem hierin angeordneten Dorn 12 gebildete Einheit
durch einen Prägering 15 (Fig. 7) geführt, der derart
dimensioniert ist, daß das Material des Halbfabrikates
verformt wird und seine Innenfläche dicht an der Außenfläche
des Dorns 12 anliegt. Diese Verfahrensstufe wird durch Ausüben
einer im wesentlichen axialen Kraft auf den Dorn 12 bewirkt,
so daß die Kraft durch die Auflage des Dorns 12 an der
ringförmigen Schulter 3 auf das Halbfabrikat übertragen
wird. Wie in Fig. 7 zu sehen ist, wird während der vierten
Verfahrensstufe das obere Ende 16 des Dorns 12 im wesentlichen
in einer Ebene, in der die bogenförmige Achse des Dornes 12
liegt, kontinuierlich hin- und herschwingen gelassen und der
Prägering 15 ebenfalls in der gleichen Ebene um eine
Achse, die durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet ist,
hin- und herschwingen gelassen.
Während dieser Stufe nimmt wegen der die Abmessungen
betreffenden Reduktion, der der Querschnitt des Halbfabri
kats 11 unterworfen wird, wenn er durch den Prägering 15
geführt wird, nicht nur seine Innenfläche die gleiche Form
wie die Außenfläche des Dorns 12 an, sondern es erfolgt auch
eine beträchtliche Verfestigung des Oberflächenmaterials,
die eine erhebliche Härte und somit hohen Verschleiß
widerstand ergibt. Es wurde auch gefunden, daß, wenn der
Prägevorgang in dieser vierten Verfahrensstufe mit ziemlich
großen Zwischenräumen zwischen dem Dorn 12 und dem Halbfa
brikat 11 stattfindet, die Innenfläche des Halbfabrikats
genau die Gestalt der Außenfläche des Dorns annimmt und daß
gleichzeitig das Material dieser Oberfläche eine sehr große
Härte annimmt. Nur wenn solche Zwischenräume vorliegen, wird
das Material des Halbfabrikats beim Überführen von seiner
Ausgangs- zur Endkonfiguration radialen und axialen Ver
schiebungen beträchtlichen Ausmaßes unterworfen, die durch
die Einwirkung der radialen und axialen Drücke, die von der
Öffnung des Prägerings auf die Außenfläche des zu bearbei
tenden Halbfabrikats ausgeübt werden, erzeugt werden. Fig.
8 zeigt die Einheit, die am Ende der vierten Verfahrensstufe
durch das Halbfabrikat und den Dorn 12 gebildet wird.
Das Verfahren enthält auch eine fünfte Stufe, in der man,
nachdem das Halbfabrikat 11 durch den Prägering 15 geführt
ist, eine im wesentlichen axiale Kraft in einer zu der in
der vorhergehenden Stufe ausgeübten Kraft entgegengesetzten
Richtung auf den Dorn 12 ausübt. Während dieser Verfahrens
stufe läßt man den Rand 20 des Halbfabrikats 19 an unter dem
Prägering 15 angeordneten und gegen den Dorn 12 beweglichen,
sektorförmigen Widerlagern anliegen. Es ist somit offen
sichtlich, daß durch die Einwirkung der aufgezeigten Kraft
der Dorn 1 vom Halbfabrikat 19
zurückgezogen werden kann, das durch die Widerlager 21 in
einer festen Position gehalten wird. Dies kann durch
Arbeitsmittel, die vollständig automatisch arbeiten, wie
z. B. Federn 22 (Fig. 9), gesteuert werden.
Um die fertige Gießform zu erhalten, ist es nur noch
notwendig, den einen Endabschnitt des Halbfabrikats 19
abzuschneiden, um die Schulter 3, wie in Fig. 10 gezeigt,
zu entfernen, und das Halbfabrikat dann einer weiteren
Behandlung, insbesondere einer Beschichtung der Innenfläche
mit Überzugsmaterial (Chromüberzug oder ähnliches) zu
unterwerfen.
Die auf diese Art erhaltene Gießform besitzt zahlreiche
vorteilhafte Eigenschaften. Zunächst ist die Innenfläche
absolut einwandfrei. Dies rührt von dem perfekten Aneinan
derliegen des Dorns 12 und des Halbfabrikats 11 während der
vierten Verfahrensstufe her (Fig. 7). Dieses vorteilhafte
Merkmal kommt nicht nur vom Vorliegen der Zwischenräume g
zwischen dem Dorn 12 und dem Halbfabrikat 11, die Bewegungen
im Material des Halbfabrikats induzieren, sondern auch von
dem einwandfreien Prägevorgang, der an dem Halbfabrikat 11
durch die Einwirkung des Dorns 12 aufgrund des Aufliegens
des Dorns auf der ringförmigen Schulter 3 bewirkt werden
kann, und den Anschmiegverhältnissen zwischen diesem Dorn
und dem Prägering 15, der um die Achse 17 bzw. 18 hin- und
herschwingen kann (Fig. 7). Darüber hinaus weist die
Innenfläche der Gießform wegen des Prägevorgangs eine große
Härte auf und ist in einem geeigneten Zustand, um eine
Schicht Überzugsmaterial mit großem Verschleißwiderstand
aufzunehmen. Schließlich kann der Innenquerschnitt der
Gießform längs seiner Achse entsprechend jedes geforderten
Verhältnisses durch stetiges Verringern des Querschnitts,
wie in den Schnittdarstellungen der Fig. 12, 13 und 14
gezeigt, verändert werden, und insbesondere können die
Verbindungsradien R 1, R 2 und R 3 zwischen den Seiten der
Querschnitte stetig verringert werden, um optimale Verhält
nisse für das Durchlaufen der Stahlschmelze in dieser
Gießform zu erhalten.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Gießformen aus
Kupfer oder Kupferlegierung mit einer deutlich gekrümmten
Längsachse und mit konischem Profil, zur Verwendung beim
Stranggießen von Stahl, bei dem ein rohrförmiges Halb
fabrikat mit geradliniger Achse gekrümmt wird, das zu diesem
Zwecke zusammen mit einem eingeführten Dorn, der der
herzustellenden Gießform in Gestalt und Außenabmessungen
gleicht, durch einen Prägering geführt wird, wodurch das
Halbfabrikat in die endgültige Gestalt gebracht wird, und
bei dem dann der Dorn wieder entfernt wird, dadurch
gekennzeichnet,
daß man in einer ersten Stufe das eine Ende (2) eines rohrförmigen Halbfabrikats (1) mit geradliniger Achse durch plastisches Kaltverformen nach innen umbördelt, um an diesem Ende eine ringförmige Schulter (3) anzuformen, die als innerer Anschlag für den später einzuführenden Dorn dient;
daß man in einer folgenden Stufe dieses Halbfabrikat (8) - ohne Dorn - in eine Gestalt vorkrümmt, deren Längsachse im wesentlichen die Konfiguration eines Bogens besitzt, indem ein gekrümmtes Widerlager außen angelegt und angedrückt wird;
daß der Dorn bis an den Anschlag des Halbfabrikats einge führt wird und dann das Halbfabrikat durch den Prägering vortreibt, wobei die Innenabmessungen dieses Halbfabrikats (1) mit geradliniger Achse wesentlich größer gewählt werden als die Abmessungen dieses Dorns (12), damit ein vorbestimm ter radialer Zwischenraum g zwischen diesem Dorn (12) und diesem Halbfabrikat (11) übrig bleibt;
daß beim Vortreiben durch den Prägering der Dorn und der Prägering in Schwingungen in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Halbfabrikats versetzt werden;
und daß nach dem Durchgang durch den Prägering das von dem Anschlag abgewendete Ende des Halbfabrikats von wenigstens einem, sich unter dem Prägering befindenden, herangeführten sektorförmigem Widerlager erfaßt wird, das das Halbfabrikat beim Herausziehen des Dorns festhält.
daß man in einer ersten Stufe das eine Ende (2) eines rohrförmigen Halbfabrikats (1) mit geradliniger Achse durch plastisches Kaltverformen nach innen umbördelt, um an diesem Ende eine ringförmige Schulter (3) anzuformen, die als innerer Anschlag für den später einzuführenden Dorn dient;
daß man in einer folgenden Stufe dieses Halbfabrikat (8) - ohne Dorn - in eine Gestalt vorkrümmt, deren Längsachse im wesentlichen die Konfiguration eines Bogens besitzt, indem ein gekrümmtes Widerlager außen angelegt und angedrückt wird;
daß der Dorn bis an den Anschlag des Halbfabrikats einge führt wird und dann das Halbfabrikat durch den Prägering vortreibt, wobei die Innenabmessungen dieses Halbfabrikats (1) mit geradliniger Achse wesentlich größer gewählt werden als die Abmessungen dieses Dorns (12), damit ein vorbestimm ter radialer Zwischenraum g zwischen diesem Dorn (12) und diesem Halbfabrikat (11) übrig bleibt;
daß beim Vortreiben durch den Prägering der Dorn und der Prägering in Schwingungen in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Halbfabrikats versetzt werden;
und daß nach dem Durchgang durch den Prägering das von dem Anschlag abgewendete Ende des Halbfabrikats von wenigstens einem, sich unter dem Prägering befindenden, herangeführten sektorförmigem Widerlager erfaßt wird, das das Halbfabrikat beim Herausziehen des Dorns festhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man in der vierten Verfahrensstufe, während man die Kraft
auf den Dorn (12) ausübt, das obere Ende (16) des
Dorns (12) im wesentlichen in einer Ebene, in der die
bogenförmige Achse des Dorns liegt, hin- und herschwingen
läßt und daß man den Prägering (15) ebenfalls in der
gleichen Ebene hin- und herschwingen läßt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß man in der ersten Verfahrensstufe, in
der das Ende (2) des Halbfabrikats (1) nach innen
umgebördelt wird, zuerst auf das Ende (2) lokale Drücke
derart ausübt, daß in vorbestimmten Zonen (7) Verformungen
des Endes erzeugt werden, und daß man danach einen Druck
auf das gesamte Ende ausübt, um dieses nach innen
umzubördeln und die ringförmige Schulter (3) zu erzeugen,
wobei man ein Werkzeug (4) verwendet, das mit Arbeitsflächen
(5) und einer Vielzahl von hiervon abstehenden Profilleisten
(6) versehen ist und axial gegen das Halbfabrikat
(1) bewegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
am Ende der vierten Verfahrensstufe die unter dem
Prägering (15) angeordneten, sektorförmigen Widerlager (21)
durch Arbeitsmittel gegen den Dorn (12) bewegt werden, um eine
Schulter für den Rand (20) des Halbfabrikats (19) zu
bilden, wenn die Kraft während des fünften Verfahrens
schritts auf den Dorn (12) ausgeübt wird.
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