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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen vertikalen
Gießen
von Metallbändern
und insbesondere eine Vorrichtung von der Art, wie sie folgendes
aufweist: Eine Gussform mit einem oberen und einem unteren Ende,
einen offenendigen Gussholraum mit einer Gießform-Eingangsöffnung am oberen Ende und einer
streifenförmigen
Ausgangsöffnung
am unteren Ende, eine Zwischenpfanne bzw. Gießwanne zum Halten des geschmolzenen Metalls,
welche Zwischenpfanne eine Abgabeöffnung in direkter Kommunikation
mit dem Gussholraum hat, um geschmolzenes Metall der Guss-Eingangsöffnung zuzuführen vorbei
an einer Schnittstelle zwischen der Zwischenpfanne und der Gussform, eine
Dichtvorrichtung, die eine Dichtung an der Schnittstelle von Zwischenpfanne
und Gießform
bildet, um zu verhindern, dass geschmolzenes Material in die Schnittstelle
eintritt, sowie eine Zuführvorrichtung
für geschmolzenes
Metall, um geschmolzenes Metall der Zwischenpfanne zuzuführen und
ein Niveau an geschmolzenem Material darin aufrecht zu erhalten.
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Die
US 3 797 555 A zeigt
eine kontinuierliche Gießvorrichtung
dieser Art auf. Ein wesentliches Merkmal einer Vorrichtung dieser
Art ist, dass die Gussform ein sog. "hot top" hat, was bedeutet, dass das Oberflächenniveau
des geschmolzenen Metalls innerhalb der Gießvorrichtung wesentlich höher ist, nämlich in
der Zwischenpfanne, gegenüber
dem Niveau, wo sich das geschmolzene Metall gegenüber den
Gusswänden
des Gussform-Holraums zu verfestigen beginnt.
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In
einer Hot Top-Strangguss-Vorrichtung gibt es folglich einen zusammenhängenden
Körper
aus geschmolzenem Metall, der sich von einem bestimmten Niveau innerhalb
der Zwischenpfanne nach unten auf ein Niveau unterhalb des Level
oberhalb des Guss-Holraums erstreckt, wo die Verfestigung des geschmolzenen
Metalls beginnt. Demgemäß gibt es innerhalb
des Guss-Holraums keinen Punkt, wo die Atmosphäre die Verfestigung des Metalls
stören könnte. Ein
weiterer Vorteil der Hot Top-Gusstechnik liegt
in dem höheren
metallostatischen Druck der daraus resultiert, dass das Niveau des
geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne vorliegt – und nicht
irgendwo innerhalb der Gussform.
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Für den zuverlässigen Betrieb
der Gussvorrichtung und dem Erhalt einer hohen Qualität an Gießprodukt
ist es erforderlich, eine zuverlässige Dichtung
an der Zwischenpfannen-Schnittstelle vorzusehen, d.h. an dem Punkt,
wo das in die Gießform kontinuierlich
zugeführte
geschmolzene Metall durch die Abgabeöffnung der Zwischenpfanne strömt und in
den Guss-Holraum eintritt. Das Vorsehen einer zuverlässigen Dichtung
ist insbesondere bei Gießvorrichtungen
schwierig, bei der die Gussform schwingt, um die Bewegung des verfestigten
Metalls durch den Guss-Holraum zu erleichtern. Da ist es ebenso schwierig,
große
Dichtflächen
zu schaffen, die für eine
zuverlässige
Dichtung wesentlich sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine zuverlässige Dichtung an der Zwischenpfannen-Grenzfläche bei
Gießvorrichtungen
des oben beschriebenen Typs vorzusehen.
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Gemäß der Erfindung
ist eine kontinuierliche Stranggussvorrichtung der oben beschriebenen
Art zunächst
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung ausweist:
Eine nach oben gerichtete horizontale flache Dichtelement-Trägerfläche auf der
Gussform an dessen oberen Ende, welche Dichtelement-Trägerfläche sich
um die Gießform-Eingangsöffnung erstreckt,
eine flache nach unten gerichtete Fläche auf der Zwischenpfanne,
welche nach unten gerichtete Fläche
sich um die Abgabeöffnung der
Zwischenpfanne erstreckt, sowie ein aus einer Graphitschicht gebildetes
Dichtelement, das in einem konstanten Dichteingriff mit sowohl der
horizontalen Dichtelement-Trägerfläche auf
der Gussform und der nach unten gerichteten Fläche der Zwischenpfanne steht,
wobei sich das Dichtelement um die Gussform-Eingangsöffnung und die Abgabeöffnung der Zwischenpfanne
erstreckt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Dichtung an der Zwischenpfannen-Gussform-Grenzschnittfläche mittels
einer sehr einfachen und kostengünstigen
Dichtungsvorrichtung mit einem Dichtungselement realisiert, dass
zwischen einem Paar flacher horizontaler Flächen positioniert ist, eine auf
der Zwischenpfanne und die andere auf der Gussform. Sowohl die Zwischenpfanne
als auch das Metall halten den für
die Dichtung erforderlichen Druck aufrecht. Wenn die Gussform vertikal schwingt,
kann die Zwischenpfanne einfach so angeordnet sein, dass sie zusammen
mit der Gussform schwingt. Wenn die Gussform zusätzlich horizontal oszilliert,
muss diese horizontale Oszillation nicht die Zwischenpfanne umfassen,
weil die Zwischenpfanne und die Gussform relativ zueinander auf
dem Dichtungselement horizontal gleiten können, ohne dabei die Dichtungswirkung
der Dichtungsvorrichtung zu beeinträchtigen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in größerem Detail
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strangguss-Form
anschaulich dargestellt ist.
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1 ist
eine Ansicht im vertikalen Schnitt entlang der Linie I-I aus 2 einer
Strangguss-Vorrichtungsausführung
der Erfindung, wobei die Vorrichtung eine Gussform und eine Zwischenpfanne
mit zwischengeschalteten Mitteln zum Zuführen von geschmolzenem Metall
aufweist;
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1A zeigt
einen Teil aus 1 in größerem Maßstab, um den unteren Abschnitt
der Zwischenpfanne und den oberen Abschnitt der Gussform wie auch
eine zwischenliegende Dichtungsvorrichtung deutlicher zu zeigen;
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2 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung aus 1, wobei
der Abschnitt der Zwischenpfanne über der weggelassenen Gussform
liegt; und
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3 ist
eine Ansicht im vertikalen Schnitt entlang Linie III-III aus 2.
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In
der in den Zeichnungen beispielhaft gezeigten Ausführungsform
der Erfindung wird eine Stranggussform 10 für das vertikale
Vergießen
von Metallstreifen verwendet, insbesondere Streifen aus Nichteisen-Metallen
oder Legierungen, wie beispielsweise Kupfer oder auf Kupfer basierenden
Legierungen. Das in der Gussform 10 zu gießende Schmelzmetall
wird kontinuierlich von einem Zuführkopf oder Zwischenpfanne/Gießwanne 11 in
einen sich vertikal erstreckenden Gussholkörper C durch eine rechteckig
langgestreckte Gießform-Eingangsöffnung E
am oberen Ende der Gussform eingeführt. Mit fortschreitendem Abwärtswandern
des Metalls in dem Gussholraum verfestigt sich dieses, um eine Litze
in der Form eines Streifens S zu bilden, der an einer Abgabeöffnung am
unteren Ende der Gießform
austritt. Unterhalb der Gießform 10 läuft der
verfestigte Streifen S zwischen Walzen R, die dazu dienen, den Streifen
in einer konstanten Rate aus der Gussform zu ziehen.
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Die
Zwischenpfanne 11 nimmt das geschmolzene Metall aus einem
Ofen (nicht gezeigt) über
eine Schurre 12 (nur teilweise gezeigt) auf, die eine herkömmliche
Schließ-Stange 13 aufweist,
um die Strömung
in die Zwischenpfanne zu steuern, dass im Wesentlichen ein bestimmtes
Niveau an geschmolzenem Metall in der Zwischenpfanne aufrecht erhalten
wird. Diese Strömungssteuerung
kann unter Verwendung herkömmlicher
Techniken ausgeführt werden,
und Bedarf keiner weiteren Beschreibung.
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Genauer
gesagt wird das geschmolzene Metall durch eine rechteckige Auslassöffnung 11A in
die Gießform 10 eingebracht,
welche Öffnung
an der flachen horizontalen unteren Seite 11B der Zwischenpfanne 11 gebildet
ist und sich im Wesentlichen koextensiv mit der Gießform-Eingangsöffnung E
erstreckt. Wie das in größerem Detail
nachfolgend beschrieben wird, ruht die Zwischenpfanne 11 auf
einer flachen horizontalen oberen Fläche 10A der Gießform 10 durch
die Zwischenlage einer Dichtungsvorrichtung 14. Diese Dichtungsvorrichtung
dient dazu, das geschmolzene Metall daran zu hindern, seitwärts an der Grenzfläche von
Zwischenpfanne und Gießform
auszutreten, welche Grenzfläche
durch die obere Fläche 10A der
Gießform
und durch die untere Fläche 11B der
Zwischenpfanne 11 gebildet ist, d.h. derjenigen flachen
horizontalen Fläche,
die die Auslassöffnung 11A umgibt.
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Beim
Betrieb der dargestellten Strangguss-Vorrichtung wird die Gießform 10 zwischen
einem Paar Montageblöcken
M einer Gießmaschine montiert,
die in herkömmlicher
Weise ausgeführt
sein kann. Die Gießform 10 umfasst
zweckdienlich ein Paar zueinander beabstandete breite Seitenwände, im
Allgemeinen mit 15 gekennzeichnet, und ein Paar schmale
Endwände 16,
die aus einem Paar Grafitriegeln gebildet sind, und den Zwischenraum
zwischen den einander zugewandten Innenseiten der Seitenwände 15 überbrückt, so
dass die Seiten- und Endwände 15, 16 in
verbundener Weise den Gussholraum C definieren. 2 zeigt
deutlich die rechteckige Form des Gussholraums C, wie er in derjenigen Richtung
zu sehen ist, in der das gegossene Metall den Durchgang passiert,
der durch den Gussholraum gebildet ist.
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Die
Seitenwände 15 sind
in der Ausführungsform
im Wesentlichen identisch. Jede Seitenwand umfasst zwei Hauptteile,
nämlich
eine parallelepipedische Grafitplatte oder -block 17 deren
eine Seite, die Innenseite 17A in Richtung zum Gießholraum
C ausgerichtet und die gegenüberliegende
oder Außenseite 17B von
dem Gussholraum weggerichtet ist, wobei eine Rückplatte 18, die an
den Montageblöcken
M festgelegt ist, den Grafitblock 17 unterstützt und
schützt.
Die Rückplatte 18 deckt
die gesamte Außenseite
des Grafitblocks 17 ab und greift ferner an dessen Enden
ein. Der Grafitblock 17 und seine Konstruktion sind einheitlich
und werden nachfolgend im Detail beschrieben, wohingegen die Rückplatte 18 aus
einem im Wesentlichen konventionellen Design sein kann und einer
weiteren Beschreibung nicht bedarf.
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Beim
Betrieb der dargestellten Stranggussvorrichtung schwingt die Gießform 10 zumindest
in der vertikalen Richtung, d.h. in der Bewegungsrichtung des zu
gießenden
Metalls, wie es durch einen Doppelpfeil OV in 3 aufgezeigt
ist. In bevorzugter Weise schwingt sie ferner horizontal, wie das durch
einen Doppelpfeil OH aufgezeigt ist, so dass eine horizontale oszillatorische
Relativbewegung der Gießform 10 und
der Zwischenpfanne in paralleler Längsrichtung der Gießform-Eingangsöffnung E
vorliegt. Die Schwingung oder Schwingungen können durch einen jeglich geeigneten
Mechanismus vollzogen werden. Verschiedene Typen an solchen Mechanismen
zum Versetzen der Gießform
in Schwingung sind Stranggießen
bekannt.
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Da
die Zwischenpfanne 11 auf den Dichtelement 14A konstant
ruht, benötigt
sie eine gewisse Bewegungsfreiheit in der Vertikalrichtung relativ
zu dem Rahmen der Gießvorrichtung,
um die vertikalen Schwingungen zu ermöglichen, ohne dabei die Dichtungswirkung
des Dichtungselementes 14A zu verlieren. Horizontale Schwingungen
können
durch die horizontalen Gleitbewegungen der Gießform 10 und der Zwischenpfanne
relativ zueinander aufgefangen werden, die vom Dichtungselement 14A sehr
wohl zugelassen werden.
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In
Verbindung mit einer jeden Seitenwand 15 steht ein Kühlsystem,
das mit Ausnahme eines Teils größtenteils
eine herkömmliche
Bauweise hat. Dieser Ausnahmeteil ist in dem Grafitblock 17 umfasst und
weist eine Reihen-Anordnung
paralleler Kühlrohre 19 aus
Metall auf, wie beispielsweise aus Kupfer. Andere Teile (nicht gezeigt)
des Systems weisen in den Rückplatten 18 eingearbeitete
Mittel auf, um eine Kühlflüssigkeit
durch die Kühlrohre 19 in
dem Grafitblock 17 zu führen.
Wie das in den Zeichnungen gezeigt ist, erstrecken sich die Rohre
horizontal – d.h. senkrecht
zu der Richtung, in der sich das Gießmetall durch den Gießholraum
C bewegt – zwischen
gegenüberliegenden
Enden des Grafitblocks 17 entlang einer Vertikalebene die
näherungsweise
zentral zwischen den vertikalen großen Seiten der Grafitblöcke 17 liegt.
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Der
Grafitblock 17 einer jeden Seitenwand 15 ist aus
einer großen
Anzahl dünner
streifenförmiger
rechteckiger langgestreckter dünner
(Dicke beispielsweise ca. 1 mm) Grafitschichten oder Laminat-Schichten 20 gebildet,
die mit ihren breiten Flächen
oder Stirnseiten einander eingreifend gestapelt sind, wobei ihre
schmalen Längsseiten
oder Ränder die
breiten Seiten oder Stirnflächen
des parallelepipedischen plattenförmigen geraden Stapels oder Grafitblocks 17 miteinander
verbindend so bilden. Die Innenseite 17A des in der Gießform 10 montierten
Grafitblocks 17 bildet eine dieser Seiten des Gieß-Holraums C.
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Die
Plättchen/dünne Schichten 20 sind
vorzugsweise aus schuppigem Grafit gebildet, d.h. Grafit, der aus
im Wesentlichen kompakten Schuppen gebildet ist, die so orientiert
sind, dass sie sich in Ebenen im Wesentlichen parallel zu den Seiten
der Grafitschichten erstrecken, von wo die Plättchen geschnitten werden.
Grafitschichten (Folien und Plättchen)
dieser Art sind als kommerzielle Produkte einfach zu erhalten. Ein
besonderer Vorteil dieser Grafitschichten ist, dass ihre thermische
Leitfähigkeit
in Richtungen parallel zu den Flächenseiten
beträchtlich
besser ist als ihre thermische Leitfähigkeit senkrecht zu den Seiten.
Beispiele solcher kommerziell erhältlichen Grafitschicht-Produkte,
die für
einen Grafitblock 17 geeignet sind, werden von Sigri Elektrografit
GmbH, Meitingen bei Augsburg, Deutschland unter den Bezeichnungen
SIGRAFLEX-F (Folien) und SIGRAFLEX-L (Plättchen) vertrieben.
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Um
so gute Wärmeleitfähigkeits-Eigenschaften
wie möglich
zu erhalten, ist es wünschenswert, dass
die Dichte des die Plättchen
bildenden Grafits so hoch wie möglich
ist. Es kann deshalb vorteilhaft sein, die Dichte von herkömmlich erhältlichen
Plättchen
oder Grafitschichten bzw. der daraus geschnittenen Plättchen durch
Bearbeiten der Schichten für eine
Dichtebehandlung, wie beispielsweise Walzen zu erhöhen, bevor
die Stapel gebildet werden.
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Bevor
der Grafitblock 17 durch Stapeln der Plättchen 20 gebildet
wird, werden die Öffnungen
in den Plättchen
vorgesehen, beispielsweise gestanzt, um darin die Kühlrohre 15 aufnehmen
zu können.
Die Größe der Öffnungen
sollte genau mit der Größe der Kühlrohre 19 passen,
so dass ein Passsitz der Rohre in den Öffnungen erhalten wird. Ein
solcher Sitz ist wesentlich, um einen effektiven Wärmeübertrag
von dem Grafit auf die Kühlflüssigkeit
zu erhalten, die in den Kühlrohren
strömt.
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Ein
zweckdienliches Verfahren zum Bilden des Stapels aus den mit den Öffnungen
versehenen Plättchen 20 liegt
darin, ein Ende der Kühlrohre 19 an einem
Endelement (nicht gezeigt) festzulegen, vorzugsweise eine rechteckige
Metallplatte von näherungsweise
der Länge
und Breite der Plättchen 20, so
dass sich die Rohre in exakter paralleler Beziehung erstrecken,
und dann wird das Plättchen 20 über die
gegenüberliegenden
Enden der Rohre geschoben und entlang der Rohre versetzt, bis sie Stirnseite
an Stirnseite zueinander liegen. Wenn alle Plättchen 20, die zum
Bilden des Stapels erforderlich sind, aufgezogen sind, wird ein ähnliches
Endelement an dem Stapel angeordnet und Druck in entgegengesetzten
Richtungen durch die Endelemente aufgebracht, um den Stapel und
die den Stapel bildenden Plättchen 20 zusammenzudrücken. Eine
solche Verpressung verstärkt
den Kontakt der Plättchen mit
den Kühlrohren 19,
wodurch dadurch der Wärmeübertrag
von dem Plättchen 20 auf
die Kühlflüssigkeit gesteigert
wird, die in den Rohren fließt.
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Nachfolgend
der oben beschriebenen Zusammensetzung des Grafitblocks 17 mit
den darin aufgenommen Kühlrohren 19 werden
die großen Stirnseiten 17A, 17B des
Grafitblocks maschinell bearbeitet, wie beispielsweise durch Fräsen, so
dass der Grafitblock auf die exakten geeigneten Abmessungen reduziert
wird und glatte Oberflächen
aufweist. Der so gefertigte Block 17 wird dann an seine Rückplatte 18 montiert,
woraufhin die durch den Grafitblock 17 und die Rückplatte 18 gebildete
Seitenwand in der Gussmaschine installiert wird.
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In
der installierten Position der Seiten- und Endwände 15, 16 bilden
die horizontalen oberen Endflächen
des Blocks 17 und die Endwände 16 die obere Fläche 10A,
die sich um die Gießform-Eingangsöffnung E
erstreckt. Die obere Fläche 10A unterstützt ein
flaches Dichtelement 14A, das im Betrieb der Stranggussvorrichtung
die Dichtvorrichtung 14 zusammen mit der Gießform-Fläche 10A und
der Zwischenpfannen-Fläche 11A bildet,
wobei gegenüberliegende
Seiten des Dichtelements 14 dann im dichtenden Eingriff
mit diesen Flächen
stehen.
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Das
Dichtelement 14A wird aus einem Grafit-Schichtmaterial
gefertigt ähnlich
oder identisch zu dem Grafit-Schichtmaterial, aus dem die Plättchen 20 des Grafitblocks 17 gefertigt
sind. In der dargestellten Ausführungsform
umfasst das Dichtelement 14A nur eine einzelne Schicht
oder Lage, doch kann es alternativ eine Mehrzahl von übereinander
liegenden Schichten oder Lagen aufweisen.
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Natürlich muss
das Dichtelement 14A auf den oberen Flächen 10A montiert
sein, oder alternativ auf der unteren Fläche 11B der Zwischenpfanne 11,
derart, dass im Betrieb der Stranggussvorrichtung das Dichtelement
in einer richtigen Dichtposition mit dessen Seiten in Dichtungseingriff
mit der Gießformfläche 10A und
der unteren Fläche 11B der
Zwischenpfanne 11 gehalten bleibt. Hierzu sind verschiedene
Verfahren und Mittel zum Halten des Dichtelements 14 in
der richtigen Position zweckdienlich. Die im vorliegenden Fall bevorzugten
Haltemittel sind in 1A gezeigt und umfassen einen
Rahmen 14B, beispielsweise aus Kupfer, der an der oberen
Fläche 10A der
Gießform 10 festgelegt
ist, um das Dichtelement 14A einzugrenzen und zu halten.
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Wie
das oben aufgezeigt ist, kann die Dichtvorrichtung 14 eine
Mehrzahl an Dichtungselementen aufweisen, die dem dargestellten
Dichtungselement 14A ähnlich
sind. Beispielsweise kann zusätzlich
zu dem dargestellten Dichtungselement 14A, das auf der
oberen Fläche 10A der
Gießform 10 positioniert
ist, ein ähnliches
Dichtungselement vorgesehen und an der unteren Fläche 11B der
Zwischenpfanne 11 festgelegt sein, so dass diese im Betrieb
gleitend und dichtend mit dem zuvor erwähnten Dichtungselement 14A im
Eingriff ist.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Zwischenpfanne 11 in einer Vertiefung angeordnet, die
zwischen den oberen Abschnitten der Gießform-Flächenwände 15 gebildet
ist. Diese Positionierung der Zwischenpfanne hat keine besondere
Bedeutung im Kontext der Erfindung.