DE68907029T2 - Stranggiesskokille mit direkter kuehlung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet von Kokillengußformen mit einer Flüssigkeit die durch eine innere Kammer kühlt und insbesondere derartige Formen, die eine maximale thermische Stabilität vorsehen.
Hintergrund der Erfindung
• Kokillenguß ist eine Technik, bei der Aluminium oder anderes geschmolzenes Metall in das Einlaßende einer Form mit offenem Ende gegossen wird, während ein flüssiges Kühlmittel auf die innere Peripherie der Form angewendet wird, um das Metall als einen Rohblock zu verfestigen. Außerdem wird das gleiche oder ein verschiedenes Kühlmittel normalerweise auf die freigelegte Oberfläche des Rohblocks angewendet, sowie er von dem Auslaßende der Form heraustritt, um den Kühleffekt auf dem verfestigten Metall fortzuführen.
• Die Gestalt derartiger Formen ist allgemein standarisiert worden aufgrund von Herstellungspraktiken und der besonderen Anforderungen einer inneren Oberfläche, die die Peripherie des zu gießenden Rohblocks in einer horizontalen Ebene definiert. Die vertikale Höhe der inneren Oberfläche der Form ist irgendwie begrenzt, um das Festhaften des gegossenen Rohblocks nach einer Verfestigung seiner Oberfläche zu lindern und um eine sofortige Beaufschlagung von Kühlmittel zu ermöglichen, um unerwünschte physikalische Änderungen in dem Rohblock zu verhindern. Typische Kokillengußformen des obigen Typs werden in den US-Patenten 3,688,834, 3,739,837 und 4,421,155 beschrieben.
• Bei der Verwendung derartiger Formen sind verschiedene Probleme aufgetreten. Insbesondere weist die Formkonfiguration eine Tendenz auf, sich bei einer Verwendung abzuschrägen, und ihre einzelnen Elemente weisen eine Tendenz auf, sich zu krummen, welches vorwiegend durch die thermischen Aktivitäten des Gießprozesses bewirkt wird. Ein Versuch wurde durchgeführt, das obige Problem in der in dem US-Patent 3,688,834 beschriebenen Form zu andern, indem die Formkonfiguration geändert wurde, um eine dickere, innere oder Gießoberfläche vorzusehen. Es wurde angenommen, daß diese dickere Oberfläche, die mit den anderen Formteilen zusammenarbeitet, aufgrund ihres Balkeneffekts eine Krümmung verhindern werde.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kokillengußsystem zu schaffen, bei dem die obigen Probleme vermieden werden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Formkonfiguration der vorliegenden Erfindung stellt eine wesentliche Abweichung von der traditionellen Kokillengußform dar. Somit ist die Form dieser Erfindung in der Gestalt einer schweren Platte, wobei die innere Formoberfläche eine vertikale Hohe besitzt, die wesentlich kleiner ist als die laterale Breite der Formplatte benachbart zu der inneren Formoberfläche. Eine typische, bisher bekannte Kokillengußform besaß eine vertikale Hohe von nicht weniger als ungefähr 75 bis 125 mm. Die Formplatte dieser Erfindung schafft eine innere Formoberfläche mit einer vertikalen Hohe von typischerweise weniger als 50 mm. Andererseits ist die horizontale Breite der Formplatte dieser Erfindung benachbart zu der inneren Formoberfläche, typischerweise wenigstens doppelt so breit wie die vertikale Hohe der Formstirnfläche, und ist vorzugsweise wenigstens 3 bis 4 mal so breit wie die vertikale Hohe.
• Ein wichtiges, weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Anordnung des Kühlmittelkanals innerhalb der Form. Dies liegt in der Form eines Kanals oder von Kanälen innerhalb der Formplatte, die über Einlässe mit einer Kühlmittelverzweigung oder Verzweigungen verbunden sind, die unterhalb der Formplatte positioniert sind. Wenn die Form rechteckig oder quadratisch ist, ist eine getrennte Kühlmittelkanaleinrichtung benachbart jeder Formoberfläche vorgesehen. Jeder Kühlmittelkanal umfaßt einen horizontalen Abschnitt, der sich in Richtung der Gußoberflächenkante der Formplatte erstreckt und entweder mit einer Vielzahl von relativ kleinen, beabstandet angeordneten Kühlmittel-Verteilungswegen oder einem Verteilungsschlitz in Verbindung steht, der eine Verbindung von dem Kühlmittelkanal nach unten und nach außen durch einen Auslaß oder durch Auslässe in der Bodenfläche der Formplatte benachbart zu der Formoberfläche herstellt.
• Somit betrifft die vorliegende Erfindung in ihrem breitesten Aspekt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von geschmolzenem Metall, umfassend (a) eine axial aufrechte, Kokillengußform mit offenem Ende, umfassend eine Formplatte mit einer inneren, sich axial erstreckenden Wand oder Wänden, die einen Formhohlraum definieren, eine obere ringförmige Oberfläche und eine untere ringförmige Oberfläche, wobei die horizontalen Abmessungen des Querschnitts des ringförmigen Abschnitts der Formplatte großer als die vertikale Hohe ist, (b) einen Kiihlmittelkanal oder Kanäle, die innerhalb der Form allgemein parallel zu und lateral beabstandet von der Wand oder den Wänden, die den Hohlraum definieren, gebildet sind, (c) einen Kuhlmittel-Verteilungsweg oder Wege, die sich nach unten und nach außen zwischen dem Kühlmittelkanal oder Kanälen und der unteren Oberfläche der Formplatte benachbart zu dem Formhohlraum erstrecken, und (d) eine Kühlmittelleitung oder Leitungen, die auf der unteren Oberfläche der Form unterhalb des Kühlmittelkanals oder der Kanäle montiert sind und ausgelegt sind, um Kühlmittelflüssigkeit an den Kühlmittelkanal oder die Kanale zu führen.
• Die Gießvorrichtung dieser Erfindung kann dafür ausgelegt werden, um rechteckige, quadratische oder runde Rohrblöcke herzustellen, wie sie erforderlich sind, damit sie sich zur weiteren Bearbeitung, beispielsweise Walzen, Fließpressen, Schmieden etc., eignen. Somit kann die ringförmige Oberfläche einen rechteckigen, quadratischen oder runden Formhohlraum definieren. Wenn die Form rechteckig oder quadratisch ist, wird bevorzugterweise ein getrennter Kiihlmittelkanal parallel zu und lateral beabstandet von jeder Wand zum Hohlraum definieren vorgesehen. Es wurde festgestellt, daß es unnotig ist, die Kühlmittelkanäle um die Ecken der Form herum auszuweiten.
• Die Formplatte dieser Erfindung besitzt den wichtigen Vorteil, daß sie eine sehr hohe Wärmestabilität besitzt. Der Querschnitt des kreisförmigen Abschnitts der Formplatte besitzt vorzugsweise eine horizontale Abmessung, die dreibis viermal die vertikale Hohe ist, so daß die horizontale Abmessung typischerweise in der Größenordnung von 100 bis 150 mm ist. Diese Masse von Material, die die Form horizontal in der Richtung eines Wärmeflusses bildet, erhöht die Widerstandsfähigkeit gegenüber Deformationen in dieser Richtung beträchtlich. Eine Festigkeit in der (vertikalen) Gußrichtung kann verbessert werden, indem jede Kühlmittelleitung als eine Kastenstruktur konstruiert wird, die schwere Seitenwände besitzt, die an die obere oder untere Stirnfläche der Form montiert sind. Eine weitere vertikale Festigkeit kann durch Rahmenplatten vorgesehen sein, die an der oberen Oberfläche der Form montiert sind, die ebenso nützlich sind, um einen isolierendes Kopfstück zu tragen, um geschmolzenes Metall zu halten.
• Der Kühlmittelkanal innerhalb der Form schafft ein Wasserführungssystem, das die obere Stirnfläche der Formplatte benachbart zu dem Formhohlraum sowie die Hohlraumwand kühlt. Dies reduziert den Wärmebetrag, der lateral durch die Formplatte übertragen wird, beträchtlich derart, daß die neutrale Achse der Form auf einer relativ niedrigen Temperatur bleibt. Das Ergebnis ist eine wesentlich verbesserte Formstabilität.
• Der Formaufbau dieser Erfindung erlaubt außerdem die Verwendung einer inneren Formoberfläche mit einer kleinen vertikalen Höhe, die in der Tat nur die Dicke der Formplatte ist. Dies ist ein hochst wünschenswertes Merkmal, das mit traditionellen Formaufbauen nicht möglich ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung eines ihrer Ausführungsbeispiele besser verständlich, das nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen herangezogen wird.
• In den Zeichnungen zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Formaufbaus entsprechend der Erfindung;
• Fig. 2 einen Querschnitt eines Formaufbaus entsprechend der Erfindung;
• Fig. 3 einen Querschnitt der Formplatte der Erfindung; und
• Fig. 4 Bodenansicht einer Formplatte der Erfindung.
• Der Formaufbau dieser Erfindung besitzt eine rechteckförmige ringförmige Körperkonfiguration mit offenem Ende. Die Formplatte 10 besitzt eine kurze vertikale Formstirnfläche 11, eine obere Stirnfläche 12 und eine Bodenstirnfläche 13. Diese Platte ist zweckmäßigerweise aus Aluminium hergestellt und umfaßt Kühlmittelkanäle oder Schlitze 15 mit einer Vielzahl von beabstandet angeordneten Verteilungswegen 16, die zwischen jedem Kühlmittelkanal und dem Boden der Formplatte 10 in Verbindung steht. Der Kanal oder die Kanäle 15 sind vorzugsweise ziemlich kleine Löcher mit äußeren Endstopfen 44, um eine hohe Rate eines Kühlmittelflusses vorzusehen.
• Die Kühlmittelkanäle 15 sind flußmäßig mittels der Löcher 17 mit einer Kühlmittelleitung 18 verbunden, die auf der Bodenstirnfläche 13 der Formplatte 10 montiert ist. Die Kühlmittelleitung 18 ist mit schweren Seitenwänden 19 und einer Bodenwand 20 hergestellt. Die schweren Seitenwände 19 jeder Kühlmittelleitung dienen einem wesentlichen Konstruktionszweck, indem sie eine Festigkeit für die Formplatte 10 vorsehen. Die Kühlmittelleitung 18 ist an dem Boden der Formplatte 10 mittels Stutzen oder Bolzen 23 montiert, die sich ebenso durch Rahmenelemente 27 erstrecken. Die Stirnflächen zwischen der Leitung und der Formplatte sind mit O-Ringen abgedichtet.
• Mit diesm System fließt Wasser unter Druck in ein Leitungsreservoir 40 durch einen Einlaß 21 und fließt von hier durch einen Schirm 41 und nach oben durch ein Loch 42 in der Kühlmittelregulierungsplatte 14. Diese Regulierungsplatte dient dazu, um den Fluß vom Kühlmittel nach oben durch die Löcher 17 in einer gleichmäßigen Art und Weise zu richten. Das Kühlmittel fließt dann entlang des Kanals oder Kanälen 15, die sich parallel zu der oberen Stirnfläche 12 der Formplatte 10 erstrecken. Vorzugsweise werden eine Reihe von lateral beabstandeten Löchern für die Kanäle verwendet, beispielsweise Löcher, die einen Durchmesser von ungefähr 4 mm besitzen und um einen Abstand von ungefähr 6 mm voneinander beabstandet sind. Die oberen Teile der Kanäle 15 sind vorzugsweise nur um einen geringen Abstand unterhalb der oberen Stirnfläche der Form angeordnet, beispielsweise nicht mehr als 10 mm, um einen guten Kühleffekt der äußeren Stirnfläche der Form sicherzustellen.
• Das durch die Kanäle oder Schlitze 15 fließende Wasser fließt durch Verteilungswege 16. Diese Auslaßwege 16 sind, wie in Fig. 3 gezeigt auf einem abgeschragten Bodenstirnflächenabschnitt 25 angeordnet, der von der Formstirnfläche 11 um einen schmalen, vorstehenden Ausguß 24 beabstandet ist.
• Der Einlaßabschnitt des Formaufbaus umfaßt ein isoliertes Kopfstück 33, das allgemein mit der Gestalt der Form, der es zugeordnet ist, übereinstimmt. Das isolierte Kopfstück ist aus einem wärmebeständigen und isolierenden Material, beispielsweise einem feuerfesten Material gebildet, das sich nicht verschlechtern wird, wenn es in Kontakt mit dem zu gießenden, geschmolzenen Metall gebracht wird. Das Kopfstück 33 befindet sich an einer Position angrenzend zu oder benachbart zu und um sich um die Peripherie des oberen Abschnittes der Formwandstirnfläche 11 zu erstrecken. Die Verwendung eines derartigen isolierten Kopfstückes ermöglicht eine relativ konstante Ableitung von Wärme von dem geschmolzenen Metall während der Gießoperation, wenn eine kurze Formwand verwendet wird. Das isolierende Material 33 wird durch Rahmenelemente 27 und obere Platten 35 in Stellung gehalten. Diese können aus Aluminium hergestellt sein und sind vorzugsweise mit der Formplatte 10 verschraubt. Jedes Rahmenelement 27 umfaßt Ausnehmungen 28, die O-Ringe halten, um eine Dichtung gegen die obere Stirnfläche der Form vorzusehen. Eine Ölplatte 31 ist zwischen dem Rahmenelement 27 und dem isolierenden Element 33 auf der einen Seite und der Formplatte 10 auf der anderen Seite dazwischengelegt. Die Ölplatte 31 ist an ihrer inneren Kante durch Ölkanäle 29 mit einem innerhalb des Rahmenelements 27 gebildeten Ölreservoir 30 verbunden. Öl wird vorzugsweise über ein Verbindungsstück 32 dem Reservoir zugeführt. Das Ölsystem ist ausführlicher in der kanadischen Patentanmeldung von Müller & Leblanc, Ser.Nr. 585,388, angemeldet am 8. Dezember 1988, beschrieben.
• Im Betrieb wird geschmolzenes Metall 37 in den Einlaß geführt, der aus dem isolierenden Kopfstück 33 besteht. Eine anfängliche Kühlung findet durch Kontakt mit der Formstirnfläche 11 statt und eine außere Haut wird gebildet. Die äußere Haut 36 wird mit Kühlwasser unterhalb der Formeinfassung besprüht um eine weitere Verfestigung vorzusehen, und dies bewirkt ein Schrumpfen des Rohblocks, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Richtung der Wasserbesprühung kann zweckmäßigerweise mittels eines Ablenkbleches eingestellt werden, das sich durch einen Betatigungsmechanismus 39 bewegt. Dieses Ablenkblech wird drehbar montiert und ist mittels eines Federmechanismus 43 in einer Richtung federnd vorgespannt, so daß es sich von einem Rohblock 36 weg bewegt. Die Ablenkblech-Anordnung ist ausführlicher in der kanadischen Patentanmeldung Ser.Nr. 585,386, Müller & Leblanc, angemeldet am 8. Dezember 1988, beschrieben.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von geschmolzenem Metall, umfassend:

(a) eine axial aufrechte, Kokillengußformplatte (10) mit offenem Ende mit einer inneren, sich axial erstreckenden Wand oder Wänden, die einen Formhohlraum definieren, einer oberen ringförmigen Oberfläche (12) und einer unteren ringförmigen Oberfläche (13), wobei die horizontalen Abmessungen des Querschnitts des ringförmigen Abschnitts der Formplatte größer sind als die vertikale Höhe;

(b) wenigstens einen Kühlmittelkanal (15), der innerhalb der Form allgemein parallel zu und lateral beabstandet von den Wänden, die den Hohlraum definieren, gebildet ist;

(c) eine Kühlmittelverteilungswegeinrichtung (16), die sich nach unten und nach außen zwischen dem Kühlmittelkanal und der unteren Oberfläche der Form benachbart zum Formhohlraum erstreckt; und

(d) eine Kühlmittelleitung (18), die auf der unteren Oberfläche der Form unterhalb des Kühlmittelkanals montiert ist und dafür ausgelegt ist, um Kühlmittelflüssigkeit an den Kühlmittelkanal (15) zuzuführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum so ausgebildet ist, um eine allgemein rechteckige oder quadratische Gußform zu bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Abmessung des ringförmigen Formplattenabschnitts wenigstens zweimal die vertikale Hohe der Formstirnfläche ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal (15) eine obere Stirnfläche besitzt, die sich allgemein parallel zu der oberen Formoberfläche erstreckt wobei die obere Kanalstirnfläche vertikal von der oberen Formoberfläche um einen Abstand weniger als die Hälfte der Gesamtdicke der Form beabstandet ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Hohlraum definierende Wand der Formplatte eine Höhe von nicht mehr als 50 mm besitzt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Abmessung des Querschnitts größer als 100 mm ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der oberen Stirnfläche des Kühlmittelkanals und der oberen Formoberfläche nicht mehr als 10 mm ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelleitung eine Kastenstruktur ist, mit einer schweren Seitenwand 19 und dienend als eine Verfestigungseinrichtung für die Form.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch plattenartige Rahmenelemente (27), die auf der oberen Formoberfläche (12) montiert sind, wobei das Rahmenelement allgemein parallel zu und lateral beabstandet von dem Hohlraum angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, um eine weitere Festigkeit für die Form vorzugsehen und ein isolierendes Kopfstück (33) zu stützen, um geschmolzenes Material über der Form zu halten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formplatte, die Kühlmittelleitung und die plattenartigen Rahmenelemente miteinander verschraubt sind, um einen starren Aufbau zu bilden.