DE4225416A1 - Horizontalstranggussverfahren und -vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Horizontalstranggußverfahren und eine entsprechende Vorrichtung, insbesondere zum Gießen einer Kupferlegierung.

Fig. 5 zeigt im Schnitt eine konventionelle Horizontalstrang­ gußvorrichtung für eine Kupferlegierung. Dabei bezeichnen 1 einen Warmhalteofen, 2 in dem Warmhalteofen gehaltenes flüs­ siges Metall, 3 eine in dem Warmhalteofen 1 gebildete Heiz­ einheit, 4 eine elektrische Heizeinrichtung zum Warmhalten, die an der Heizeinheit 3 vorgesehen ist, 5 eine Graphit- Kokille, die an einer Seitenfläche des Warmhalteofens 1 in Horizontalrichtung angeordnet ist, 6 einen in der Graphit- Kokille 5 gebildeten Gießraum zum Gießen eines Blocks 7 durch Gießen des flüssigen Metalls in den Gießraum und 8 einen Kühlwassermantel, der um die Graphit-Kokille 5 herum angeord­ net ist, so daß er ihren Außenumfang bedeckt.

Bei der so ausgebildeten konventionellen Horizontalstrang­ gußvorrichtung ist der Einlaß 9 für flüssiges Metall in die Graphit-Kokille 5 offen. Das in dem Warmhalteofen 2 gehaltene flüssige Metall 2 tritt in den Gießraum 6 der Graphit-Kokille 5 durch den Schmelzeeinlaß 9 ein, und der Gußblock 7 wird durch Kühlen der Schmelze 2 mit Kühlwasser, das den Kühlwas­ sermantel 9 durchströmt, gegossen. Das Stranggießen erfolgt, indem der Gußblock 7 in Horizontalrichtung weggeführt wird. In dem Warmhalteofen 1 wird das flüssige Metall 2 auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten, indem die Stromzufuhr der elektrischen Heizeinrichtung 4 zum Warmhalten ein- und ausgeschaltet bzw. wiederholt umgeschaltet wird.

Beim Vertikalstranggußverfahren erfolgt das Gießen in einem Abwärtsstrom. Daher ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Strömungswiderstandsbereich an einem Ausguß vorgesehen ist, der eine Gießwanne und eine Kokille miteinander verbindet, um die Aufnahme von nichtmetallischen Einschlüssen wie Gießpul­ ver zu verhindern, wodurch die Abwärtsdurchflußrate der Schmelze verringert und eine Abtrennung der nichtmetallischen Einschlüsse durch Aufschwimmen beschleunigt wird (z. B. nicht geprüfte JP-Patentschrift 1 30 456/1985). Beim Horizontal­ stranggußverfahren wird das nicht berücksichtigt, da die nichtmetallischen Einschlüsse an die Oberfläche des flüssigen Metalls 2 im Warmhalteofen 1 aufschwimmen.

Da jedoch bei dem oben angegebenen Horizontalstranggußver­ fahren und der entsprechenden Vorrichtung das flüssige Metall 2 im Warmhalteofen 1 durch Umschalten der Energiezufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung 4 zum Warmhalten auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, findet in dem flüssigen Metall 2 ständig eine Konvektion statt, und es wird in dem flüssigen Metall unmittelbar vor dem durch das Gießen bewirk­ ten Erstarren in der Graphit-Kokille eine erhebliche Tempera­ turänderung bewirkt. In dem Gußblock wird also während des Gießvorgangs eine thermische Spannung durch eine ungleichmä­ ßige Temperaturverteilung erzeugt, was zu Kaltrissen oder zum Durchbruch (Bruch des Gußblocks) führt, und zwar infolge eines ungenügenden Formänderungswiderstands des Blocks in be­ zug auf eine Änderung des Widerstands während der Entnahme.

Aufgabe der Erfindung ist die Lösung der oben genannten Pro­ bleme des Standes der Technik durch Bereitstellen eines Hori­ zontalstranggußverfahrens und einer entsprechenden Vorrich­ tung, mit der Temperaturänderungen und eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in dem flüssigen Metall in der Kokille verhindert werden, so daß dadurch die Bildung von Kaltrissen und Durchbrüchen vermieden wird.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Horizontal­ stranggußverfahren angegeben, das folgende Schritte aufweist: Halten eines in einem Warmhalteofen befindlichen flüssigen Metalls auf einer konstanten Temperatur durch Aufheizen des flüssigen Metalls mittels einer Heizquelle; Einleiten des flüssigen Metalls aus dem Warmhalteofen in eine Kokille, in­ dem das flüssige Metall durch einen Einlaufblock aus einem Feuerfestmaterial geleitet wird; und Leiten des flüssigen Metalls in Horizontalrichtung durch einen Gießraum, um so einen Gußblock zu erzeugen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Horizontal­ stranggußverfahren gemäß dem ersten Aspekt angegeben, bei dem der Einlaufblock aus Graphit oder Keramik besteht.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Horizontal­ stranggußverfahren gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt angegeben, bei dem der Einlaufblock mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Schlitzen versehen ist.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Horizon­ talstranggußvorrichtung angegeben, die folgendes aufweist: einen Warmhalteofen zur Aufnahme von flüssigem Metall; eine Heizquelle zum Aufheizen des flüssigen Metalls in dem Warm­ halteofen; eine Kokille, die mit einer Seitenfläche des Warm­ halteofens verbunden ist, um das flüssige Metall aus dem Warmhalteofen einzuleiten und es in Horizontalrichtung durch einen Gießraum zu leiten, um dadurch einen Gußblock zu erzeu­ gen; und einen Einlaufblock aus einem Feuerfestmaterial, der an einer Seite der Kokille zum Durchtritt des flüssigen Me­ talls angeordnet ist.

Bei dem Horizontalstranggußverfahren und der Vorrichtung ge­ mäß der Erfindung wird das flüssige Metall im Warmhalteofen gehalten, dessen Temperatur durch Aufheizen mittels einer Heizquelle konstantgehalten wird. Das flüssige Metall wird aus dem Warmhalteofen durch den Einlaufblock in die Kokille eingeleitet. Der Gußblock wird erzeugt, indem das flüssige Metall in Horizontalrichtung durch den Gießraum geleitet wird.

Wenn das flüssige Metall den Einlaufblock passiert, wird eine Temperaturänderung und eine ungleichmäßige Temperaturvertei­ lung im flüssigen Metall durch eine gleichrichtende Wirkung des Einlaufblocks verhindert. Dadurch wird die Temperaturver­ teilung im Gußblock während des Gießvorgangs vergleichmäßigt, und es werden keine thermischen Spannungen erzeugt. Somit treten keine Kaltrisse auf, und ein Durchbruch beim Wegführen findet nicht statt, so daß ein Gußblock gleichmäßiger und hoher Güte erzeugt wird.

Durch die Verwendung eines Einlaufblocks aus Graphit oder Keramik wird in dem Einlaufblock keine Beschädigung durch das flüssige Metall bewirkt, und die gleichrichtende Wirkung wird über einen langen Zeitraum aufrechterhalten. Außerdem kann die gleichrichtende Wirkung sehr gleichmäßig ausgeübt werden, indem der Einlaufblock in gleichmäßiger Weise mit Öffnungen oder Schlitzen versehen wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Horizontalstranggußvorrichtung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Einlaufblocks;

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines anderen Ausführungs­ beispiels eines Einlaufblocks;

Fig. 4 ein Diagramm, das Testergebnisse zeigt; und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine konventionelle Horizontal­ stranggußvorrichtung.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Horizon­ talstranggußvorrichtung für Kupferlegierungen. Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils perspektivisch Ausführungsbeispiele von Einlaufblöcken. In den Fig. 1-3 sind gleiche Teile wie in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 sind der Warmhalteofen 1 und die Graphit-Kokille nahezu identisch mit dem konventionellen Beispiel. Ein Ein­ laufblock 11 aus einem Feuerfestmaterial ist jedoch an einem Seitenwandbereich des Warmhalteofens 1 an der Seite des Ein­ laufs 9 für flüssiges Metall in die Kokille 5 vorgesehen. In dem Einlaufblock 11 ist, wie in Fig. 2 zu sehen ist, eine große Zahl von kreisförmigen Öffnungen (Durchtrittsöffnungen) 12 gebildet, oder gemäß Fig. 3 ist eine große Zahl von Schlitzen vorgesehen, und zwar an Bereichen, die den Gieß­ räumen 6 entsprechen. Im übrigen entspricht die Konstruktion derjenigen von Fig. 5.

Beim Gießen mit dieser Horizontalstranggußvorrichtung wird zuerst das flüssige Metall 2 in dem Warmhalteofen 1 gehalten, und die Temperatur des flüssigen Metalls 2 wird durch Ein- Ausschalten der Stromzufuhr zu der elektrischen Heizquelle 4 für die Warmhaltung konstant gehalten. Ferner wird das flüs­ sige Metall 2 aus dem Warmhalteofen 1 beim Durchströmen des Einlaufblocks 11 gleichgerichtet und in den Gießraum 6 der Graphit-Kokille 5 eingeleitet. Auf diese Weise wird das flüs­ sige Metall 2, dessen Durchfluß gleichgerichtet bzw. ver­ gleichmäßigt ist, durch den Gießraum 6 in Horizontalrichtung geleitet und von dem Kühlwassermantel 8 gekühlt unter Erzeu­ gung des Gußblocks 7. Während der Gußblock 7 in Horizontal­ richtung weggeführt wird, wird das flüssige Metall 2 aus dem Warmhalteofen 1 in den Gießraum 6 durch den Einlaufblock 11 geleitet, so daß das Stranggußverfahren durchgeführt wird.

Das flüssige Metall 2 aus dem Warmhalteofen 1 wird dadurch gleichgerichtet, daß es die Öffnungen 12 oder die Schlitze 13 in dem Einlaufblock 11 passiert. Somit wird keine Temperatur­ änderung des in den Gießraum 6 fließenden flüssigen Metalls 2 erzeugt, und seine Temperaturverteilung wird vergleichmäßigt, und zwar auch im Fall einer Konvektion des flüssigen Metalls 2 im Warmhalteofen 1. Auf diese Weise wird die Temperaturver­ teilung im Gußblock 7 während des Gießens vergleichmäßigt, und es treten weder Kaltrisse noch ein Durchbruch in dem Gußblock 7 auf.

Es folgt eine Erläuterung von Testbeispielen.

Horizontalstranggießen einer Kupferlegierung, bestehend aus 2 Gew.-% Ni, Rest Kupfer, erfolgt in der Horizontalstrangguß­ vorrichtung gemäß den Fig. 1, 2 und 3. Der Gußblock 7 hat einen Querschnitt von 15 mm·450 mm, und die Gießrate ist 110 mm/min. Die Tabelle 1 zeigt die Gußmenge bis zum Durch­ bruch (in Tonnen), die Gußblockgüte sowie die Güte eines auf eine Dicke von 0,25 mm ausgewalzten Produkts, und zwar ein­ schließlich der Fälle, in denen das Gießen unter Verwendung des Einlaufblocks 11 durchgeführt wurde, wie in der Tabelle 1 angegeben ist.

Tabelle 1

Wie die Tabelle 1 zeigt, wird in bezug auf die Gußblockgüte und einen Durchbruch bei Verwendung des Einlaufblocks 11 eine erhebliche Verbesserung beobachtet.

Fig. 4 zeigt Ergebnisse der Temperaturmessung der Graphit- Kokille 5 in bezug auf die Tests Nr. 2 und Nr. 4. Der Meß­ punkt befindet sich an einem Bereich der oberen zentralen Wand hinsichtlich der Breite und in der Mitte ihrer Dicke, in einem Abstand von 50 mm vom Einlaß 9 für flüssiges Metall in die Graphit-Kokille 5. Gemäß dem Ergebnis von Fig. 4 wird gefunden, daß die Temperaturänderung unmittelbar nach dem Erstarren des Gußblocks durch das Vorsehen des Einlaufblocks 11 erheblich gehemmt und die Temperatur konstant wird.

Durch Verwendung des Einlaufblocks 11 aus Graphit oder Kera­ mik wird dieser außerdem durch das flüssige Metall nicht beschädigt, und seine gleichrichtende Wirkung kann über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Dabei ist Graphit besonders bevorzugt. Der Einlaufblock 11 kann aber auch aus anderen Feuerfestmaterialien bestehen. Durch gleichmäßiges Vorsehen der Öffnungen 12 oder Schlitze 13 in dem Einlauf­ block 11 kann die gleichrichtende Wirkung gleichmäßig erhal­ ten werden. Gestalt, Anordnung und dergleichen der Öffnungen ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können Gitterformen verwendet werden. Der Einlaufblock 11 kann ein einstückiger Körper sein, er kann aus geteilten Körpern bestehen, oder er kann aus verschie­ denen solchen Arten integriert sein.

Bei dem Horizontalstranggußverfahren und der entsprechenden Vorrichtung nach der Erfindung ist an der Seite des Einlaufs für flüssiges Metall ein Einlaufblock vorgesehen, durch den hindurch das Horizontalstranggießen erfolgt. Dadurch können Temperaturänderungen und eine ungleichmäßige Temperaturver­ teilung in dem flüssigen Metall in der Kokille vermieden wer­ den, wodurch wiederum die Ausbildung von Kaltrissen, eines Durchbruchs und dergleichen verhindert und ein Gußblock hoher Güte hergestellt wird.

Wenn ein Einlaufblock aus Graphit oder Keramik verwendet wird, wird er von dem flüssigen Metall nicht beschädigt, und die Wirkung kann über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Wenn die Öffnungen oder Schlitze in dem Einlaufblock gleichmäßig vorgesehen sind, erfolgt eine ausgezeichnete gleichrichtende Wirkung, wodurch die Temperaturverteilung vergleichmäßigt wird.

Claims (4)

1. Horizontalstranggußverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Halten von flüssigem Metall in einem Warmhalteofen auf einer konstanten Temperatur durch Aufheizen des flüssigen Metalls mit einer Heizquelle;
Einleiten des flüssigen Metalls aus dem Warmhalteofen in eine Kokille, indem das flüssige Metall durch einen Einlauf­ block aus Feuerfestmaterial geleitet wird; und
Leiten des flüssigen Metalls in Horizontalrichtung durch einen Gießraum, um einen Gußblock zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufblock aus Graphit oder Keramik besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufblock mit einer Vielzahl von Löchern oder Schlitzen versehen ist.

4. Horizontalstranggußvorrichtung, gekennzeichnet durch
einen Warmhalteofen (1) für flüssiges Metall (2);
eine Heizquelle (4) zum Aufheizen des flüssigen Metalls (2) in dem Warmhalteofen (1);
eine mit einer Seitenfläche des Warmhalteofens (1) verbun­ dene Kokille (5) zum Leiten des flüssigen Metalls aus dem Warmhalteofen und Führen des flüssigen Metalls in Horizontal­ richtung durch einen Gießraum (9), um einen Gußblock (7) zu erzeugen; und
einen Einlaufblock (11) aus einem Feuerfestmaterial, der an einer Metalleinlaufseite der Kokille (5) angeordnet ist.