DE3424276C2

DE3424276C2 -

Info

Publication number: DE3424276C2
Application number: DE3424276A
Authority: DE
Inventors: Pierluigi Lucca It Lazzerini
Original assignee: Europa Metalli SpA
Current assignee: Europa Metalli SpA
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-07-02
Publication date: 1990-08-02
Also published as: US4653306A; AT384760B; YU45192B; JPH0771698B2; BE900285A; PT79000A; SE8403546D0; SE462320B; YU125384A; ATA225284A; BR8403520A; IT8368297A0; IT1160132B; DE3424276A1; CH659963A5; ES534670A0; GB2151162A; FR2556621B1; GB8416508D0; GB2151162B

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

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.

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.