DE3516737A1 - Verfahren und anlage zum herstellen von mit gasblasen durchsetzten metallischen werkstoffen in form von profilen - Google Patents

Description

• Verfahren und Anlage zum Herstellen von mit Gasblasen
• durchsetzten metallischen Werkstoffen in Form von Profilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Profiles aus einem mit Glasblasen durchsetzten metallischem Werkstoff im Stranggußverfahren sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrene mit einer vertikalen Zuleitung für das flüssige Metall zu einer wassergekühlten Kokille.
• Bekannt sind Stranggießanlagen mit verschiedener Arbeitsweise und in verschiedenen Ausführungsformen, z. B. Anlagen mit nach unten, waagerecht oder nach oben austretendem Gießstrang aus Metall, z. B. Stahl. Das Verfahren mit einem nach oben austretenden Gießstrang wird bei der Herstellung von Hohlsträngen, z. B. von Rohren, angewendet. Dabei wird aus einem nach oben offenen, drucklosen, flüssigen Bad eines metallischen Werkstoffes der Hohlstrang gezogen, dessen Außenkonturen dem Lichtprofil der Kokille entsprechen. Zum Einsatz kommen auch eletromagnetische Rührwerke, durch welche eine gleichmäßigere Gefüaestruktur im Gießstrang erzielt wird. Die Wirkung der außerhalb der Kokille angeordneten Induktionseinrichtungen wird jedoch durch die abschirmende Wirkung der Kokille beeinträchtigt.
• Zur Uberwindung dieser Abschirmung wurde z. B vorgeschlagen, die Induktionseinrichtungen mit niedrigeren Frequenzen, und zwar unter 10 Hz zu betreiben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren eingangs genannter Art und eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mittels derer mit Gasblasen durchsetzte metallische Werkstoffe, z. B. aus Stahl, in Form von Profilen herstellbar sind, welche im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht ein höheres Widerstandsmoment bei Biege-, Knick- und Verdrehbeanspruchung aufweisen, ferner gewünschte Nebeneigenschaften wie eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit sowie eine geringere Schalldurchlässigkeit besitzen.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in das von unten nach oben verlaufende flüssige Metall unterhalb einer Stranggußkokille mindestens an einer Stelle ein Gas kontinuierlich zugeführt wird. Als solches Gas wird dabei ein mit den flüssigen, metallischen Werkstoff chemisch nicht reagierendes Gas, z. B. ein Edelgas verwendet.
• Das in den unter hydrostatischem Druck stehenden flüssigen Gießstrang eingeblasene Gas wird, während es Auftrieb erfährt, bis in die Erstarrungszone hinauf mittels elektromagnetischer Kraftfelder in der gewünschten Verteilung gehalten. Die feinverteilten Gasblasen können über den oben bereits erstarrten Gießstrang nicht entweichen. Sie werden in dem kontinuierlich erstarrenden Gießstrang eingeschlossen.
• Die Temperatur und der Druck bzw. die Menge des einzublasenden Gases ist regelbar. Die Temperatur des Gases liegt zweckmäßigerweise sehr tief, ggf. im Flüssigbereich.
• Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Anlage ist so aufgebaut, daß in der vertikalen Zuleitung unterhalb der Kokille Düsen mit Versorgungsleitungen auf dem Umfang der vertikalen Zuleitung verteilt angeordnet sind. In weiterer Ausbildung sind die Versorgungsleitungen für die Düsen durch Wärmetauscher geführt und sind in die Leitungen Rückschlagventile eingebaut.
• In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind unterhalb und oberhalb der Kokille sowie an der Kokille Induktionsrühreinrichtungen vorgesehen. Mittels dieser Rühreinrichtungen, die untereinander regelbar sind, wird das Bewegen der Schmelze, des noch flüssigen Gießstranges, in alle gewünschten Richtungen ermöglicht, z. B. Verwirbelung im unteren Bereich (unterhalb der Kokille), Rotation innerhalb der Kokille (um durch die Zentrifugalkraft z. B. eine in ihrer Dicke bestimmbare geschlossene Außenhaut am Gießstrang zu erzielen) und ggf. eine noch erforderliche Verwirbelung oberhalb der Kokille, um wieder eine gewünschte Verteilung der Gasblasen im Gießstrang zu erhalten.
• Mit Vorteil besteht weiterhin im Bereich der Induktionsrühreinrichtung unterhalb der Kokille der äußere Mantel der vertikalen Zuleitung aus einer flüssigkeitsgekühlten Bandage aus einem nicht metallischen Werkstoff. Im übrigen sind die Düsen vorzugsweise in einem nach unten geneigten Winkel installiert.
• In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anlage nach der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt.
• Wie in der Zeichnung dargestellt, ist oberhalb einer zunächst vertikal verlaufenden Zuleitung 1 ein Vorratsbehälter 2 für flüssiges Metall 3, z. B. Stahl angeordnet. Das flüssige Metall fließt aus dem Vorratsbehälter 2 durch eine Abflußöffnung in die unterhalb des Vorratsbehälters 2 angeordnete vertikale Zuleitung 1, wobei der Metalldurchfluß durch die Abflußöffnung mittels eines Ventiles 4 regelbar ist. Dieses Ventil 4 wird mittels eines oberhalb des Gießspiegels des flüssigen Metalles in der Zuleitung 1 angeordneten Ultraschallsenders und -empfängers 5 gesteuert, und zwar so, daß der Gießspiegel in einer gewünschten Höhe gehalten wird. Nachdem das flüssige Metall die vertikale Zuleitung 1 durchlaufen hat, gelangt es in den angeschlossenen horizontalen Teil 6 der Zuleitung und wird über einen vertikalen Teil 7 der Zuleitung einer an diese Zuleitung angeschlossenen wassergekühlten Kokille 8 zugeführt. Mit den Pfeilen 24 und dem horizontalen Teil 6 der Zuleitung ist angedeutet, daß weitere vertikale Teile 7 der Zuleitung zu weiteren Kokillen 8 vorgesehen werden können.
• Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, sind in dem vertikalen Teil 7 bei "b" mehrere auf dem Umfang des vertikalen Teiles 7 der Zuführung verteilte Düsen 10 vorgesehen, durch die in das noch flüssige Metall des Gießstranges ein Gas eingeblasen wird.
• Dieses Gas durchströmt zunächst einen Wärmetauscher 11 von a nach b und wird innerhalb des Wärmetauschers 11 durch ein von c nach d strömendes Kühlmittel, z. B. flüssigen Stickstoff, gekühlt. Die die Düsen 10 umgebenden Schutzmäntel 9 werden ebenfalls durch ein von e nach f strömendes Kühlmittel gekühlt.
• Rückschlagventile 12 sind vorgesehen, um bei Absinken des Gasdruckes das Eindringen des flüssigen Metalls in die Düsen 10 bzw. in die Wärmetauscher 11 zu verhindern.
• Das einzublasende Gas braucht jedoch nicht durch Wärmetauscher gekühlt zu werden, sondern kann auch mit der benötigten Temperatur und dem erforderlichen Druck an den Düsen 10 auf eine andere Weise, z. B. in Behältern, bereitgestellt werden.
• Oberhalb der Düsen 10 in dem vertikalen Teil 7 der Zuleitung ist eine mit einer Frequenz von mehr als 50 Hz arbeitende elektromagnetische Induktionseinrichtung 13 vorgesehen. Wie mit den Pfeilen 16 angedeutet, wird dieser Teil der Zuleitung gekühlt.
• Im Bereich der Induktionseinrichtung 13 ist der Stahlmantel 14 der mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Zuleitung 7 durch eine aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehende Bandage (bzw. Segmente oder Platten) 15 ersetzt, um die abschirmende Wirkung des Stahlmantels 14 zu vermeiden.
• An den vertikalen Teil 7 der Zuleitung ist die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Kokille 8 lösbar angeschlossen. Zur Abdichtung zwischen dem Teil 7 und der Kokille 8 kann z. B. eine aus bereits bewährten Werkstoffen bestehende Weichdichtung 17 dienen. Die weitere Induktionseinrichtung 18 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehfeldes im Bereich der Kokille wird mit einer niedrigen Frequenz von weniger als 10 Hz betrieben, um die durch die abschirmende Wirkung der Kokille auftretenden Verluste zu verringern.
• Eine weitere, oberhalb der Kokille 8 angeordnete, wassergekühlte Induktionseinrichtung 19 übernimmt ggf. eine erforderliche elektromagnetische Verwirbelung des in der Phase der Erstarrung befindlichen GieRstrangkerns.
• Die weitere Abkühlung des Gießstranges erfolgt mittels einer Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, das durch Düsen 20 auf den Gießstrang aufgebracht wird.
• Das flüssige Metall in der Zuleitung 1, 6 und 7 kann im übrigen zusätzlich durch eine Widerstandsheizung 23 erwärmt werden. Be Beaufschlagung ded Elektroden 23 mit elektrischem Strom stellt das flüssige Metall selbst den Widerstand dar. Die Elektroden können z. B. aus Kupfer mit Wasserkühlung, Wolfram oder stromleitender Kohle bestehen.
• Durch oberhalb der Kokille 8 bzw. Induktionseinrichtung 19 angeordnete, angetriebene und anstellbare Rollen 20 in Verbindung mit dem von unten anstehenden hydrostatischen Druck, kann die Austrittsgeschwindigkeit des Gießstranges geregelt werden. Der Antrieb einiger Rollen 21 vor der Krümmung des Gießstranges ist so gestaltet, daß der Gießstrang in vertikaler Richtung in Schwingung versetzt werden kann, d. h. die Rollen bewegen den Gießstrang z. B. 2 mm vorwärts, danach 1 mm rückwärts, danach wieder 2 mm vorwärts u.s.w. Um die Schwingung des Gießstranges nicht bis in den waagerechten Bereich hinein zu übertragen, werden einige der Rollen 21 vom Außenradius des Gießstranges abgehoben.
• Nach der Außerbetriebnahme der Anlage kann durch Betätigen eines Schieber 21 im horizontalen Teil 6 der Zuleitung die Anlage entleert werden.
• Erfindungsmeldung 44/84 Bezugszeichen: 1 vertikale Zuleitung 2 Vorratsbehälter 3 Metall 4 Ventil 5 Ultraschallsender und -empfänger 6 horizontaler Teil der Zuleitung 7 vertikaler Teil der Zuleitung 8 Kokille 9 Düsenschutzmantel 10 Diesen in 7 11 Wärmetauscher 12 Rückschlagventile 13 Induktionseinrichtung 14 Stahlmantel 15 Bandage 16 Pfeile 17 Weichdichtung 18 Induktionseinrichtung 19 Induktionseinrichtung 20 Düsen 21 Rollen 22 Schieber 23 Elektroden für Zusatzheizung 24 Pfeile an 6

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von mit Gasblasen durchsetzten metallischen Werkstoffen im Stranggußverfahren in Form eines Profils, dadurch gekennzeichnet, daß in das flüssige Metall eines von unten nach oben verlaufenden Stranges unterhalb einer Stranggußkokille mindestens an einer Stelle ein Gas kontinuierlich zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mittels elektromagnetischer Kraftfelder im flüssigen Metall des Gießstranges verteilt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem flüssigen Metall zugeführte Gas in seiner Temperatur und seinem Druck regelbar ist.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einer vertikalen Zuleitung für den metallischen Werkstoff zu einer wassergekühlten Kokille, dadurch gekennzeichnet, daß in der vertikalen Zuleitung (7) unterhalb der Kokille (8) Düsen (10) mit Versorgungsleitungen auf den U-1-fang der Zuleitung (7) verteilt angeordnet sind.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitungen für die Düsen (10) durch Wärmetauscher (11) geführt sind und in die Leitungen Rückschlagventile (12) eingebaut sind.

6. Anlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb und oberhalb der Kokille (8) sowie an der Kokille (8) Induktionsrühreinrichtungen (13, 18, 19) vorgesehen sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Induktionsrühreinrichtung (13) der äußere Mantel der vertikalen Zuleitung (7) aus einer flüssigkeitsgekühlten Bandage (15) aus einem nicht metallischen Werkstoff besteht.

8. Anlage nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) vorzugsweise in einem nach unten geneigten Winkel installiert sind.