DE68914609T2 - Kokillen-Oszillationsverfahren für Vertikalstranggussanlage. - Google Patents

Kokillen-Oszillationsverfahren für Vertikalstranggussanlage.

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    • B22D11/053Means for oscillating the moulds

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kontinuierlichen Metallgießprozeß und insbesondere auf ein Verfahren zum Oszillieren einer Vertikal-Stranggußkokille für die Herstellung eines Metallgusses, der frei von Ausbrüchen, Oszillationsmarken oder anderen Defekten ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Im allgemeinen wird beim Gießen von Metall in eine Vertikal- Stranggußform die Kokille in vertikale Schwingungsbewegung versetzt, während ein Formprüfer der Schmelze in der Kokille hinzugefügt wird, um die Reibung zwischen der Kokillenoberfläche und der verfestigten Metallschale zu vermindern. Die Wirkung des Formprüfers hängt eng vom Schwingungszustand der Kokille ab, und der Schwingungszustand muß in geeigneter Weise derart gesteuert werden, daß das Formpulver mit einer geeigneten Rate in die Grenzfläche zwischen der Kokille und der verfestigten Schale eingeführt wird.
  • Die Schwingung der Kokille wird gewöhnlich derart ausgeführt, daß die Geschwindigkeit Vm der Kokillenschwingung einer speziellen Sinuswelle folgt, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt. Es ist auch vorgeschlagen worden, die Kokille gemäß einer modifizierten Sinuswelle in Schwingung zu versetzen, wie in der JP-OS 60-87955 beschrieben ist.
  • Andererseits beschreibt die US-PS 3 494 411 ein Verfahren, bei dem eine in Längsrichtung geteilte, wassergekühlte Kokille mit offenen Enden verwendet wird, wobei die Kokille nicht nur in Längsrichtung in Schwingung versetzt wird, die zur Gießrichtung parallel verläuft, sondern auch in Querrichtung senkrecht zur Gießrichtung.
  • Dieses Verfahren ermöglicht jedoch keine Steuerung der Zuführrate des Formprüfers in Übereinstimmung mit den Gießbedingungen, weil die Längs- und Querschwingungen unabhängig voneinander ausgeführt werden.
  • Übersicht über die Erfindung
  • Dementsprechend sind die Ziele der vorliegenden Erfindung wie folgt:
  • 1. Die Zuführrate eines Formflußmittels soll in Abhängigkeit von der Art des zu gießenden Materials gesteuert werden können;
  • 2. Gießdefekte sollen durch Beeinflussung der Zuführrate des Formflußmittels vermindert werden;
  • 3. Ausbrüche des Gießmetalls sollen praktischer beseitigt werden, um die Erzeugung von Schwingungsmarken an der Oberfläche des Metallgusses zu vermeiden; und
  • 4. die Gießgeschwindigkeit soll erhöht werden.
  • Zur Erreichung dieser Ziele wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Oszillieren einer Vertikal-Stranggußkokille mit einem Paar längerer Seitenrahmen und einem Paar kürzerer Seitenrahmen angegeben, wobei das Verfahren umfaßt:
  • Bewegen eines Paares von Kokillenwandungen hin zum und zurück vom Gußmetall synchron mit einem vertikalen Oszillieren der Kokille, um den Zustand zum Zuführen eines Kokillenpulvers in den Spalt zwischen den Kokillenwänden und dem Gußmetall zu beeinflussen.
  • Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen hervor, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung, die zur Verwendung bei der Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
  • Fig. 2 ist ein Blockschema der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
  • Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Art und Weise, in der die Schwingungsgeschwindigkeit einer Vertikalkokille und die Extraktionsgeschwindigkeit des Gußmetalls über der Zeit verändert werden;
  • Fig. 4(a) bis 4(f) sind graphische Darstellungen, die den Schwingungsverlauf der Vertikalkukille und den zeitlichen Bewegungsablauf der Kokille auf den Gußstahl zu und von diesem weg zeigen;
  • Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Grenzbereichs zwischen der Kokillenoberfläche und einer verfestigten Schale;
  • Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Zustandes, in dem der obere Abschnitt der Kokille um ein Kipplager, das an der Unterseite der Kokille angeordnet ist, auf das Guß- Metall zu und von diesem weg schwingt; und
  • Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Schwingungsmarke und einer Seigerungsschicht.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung, die für die Verwendung bei der Ausführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist, während Fig. 2 ein Blockschema der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist. Die Vorrichtung hat ein Paar langer Seitenrahmen 1 und ein Paar kurzer Seitenrahmen 2. Die längeren Seitenrahmen 1 sind durch Seitenrahmenspannfedern 3 zusammengespannt. Einer der längeren Seitenrahmen 1 kann durch die von Seitenrahmenbetriebszylindern 4 erzeugte Kraft auf den anderen Seitenrahmen zu und und von diesem weg bewegt werden. Die Seitenrahmenbetätigungszylinder 4 werden durch ein Druckfluid angetrieben, das von einem Hydraulikmotor 7 geliefert wird, und zwar über einen Elektromagnetventil 5, das den oberen Kokillenteil betätigt, und ein Elektromagnetventil 6, das den unteren Kokillenteil betätigt. Ein Tank 8 speichert das Hydraulikfluid.
  • Die längeren und kürzeren Seitenrahmen 1 und 2 bilden zusammen eine Kokille, in die eine Schmelze, z.B. geschmolzener Stahl 11, durch eine eingetauchte Düse 15 eingeleitet wird. Die Kokille 9 wird durch eine Vertikalschwingeinrichtung 16, die von einem Motor 17 angetrieben wird, in eine auf- und abgehende Schwingungsbewegung versetzt.
  • Das Oszillationsverfahren der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Als Folge der Vertikalschwingung ändert sich die vertikale Position der Form 9 in Übereinstimmung einer sinusförmigen Kurve Z. Eine Kurve Vm zeigt die Geschwindigkeit der Vertikalschwingung an jeder der vertikalen Positionen der Kokille. Wenn die Kokille das obere Ende ihres Hubes erreicht, hat die Geschwindigkeit Vm auf Null abgenommmen. Die Geschwindigkeit Vm nimmt dann progressiv zu und nimmt dann wieder ab, um Null zu werden, wenn die Kokille das untere Ende des Schwingungshubes erreicht. Die Geschwindigkeit Vm beginnt dann wieder zuzunehmen, wenn die Kokille sich nach oben zu bewegen beginnt. Die Geschwindigkeit Vm der Schwingung der Gießform und die Geschwindigkeit Vc der Extraktion des Gußmetalls wird in einer Zeitperiode verglichen, wenn die Gießform vom oberen Punkt zum unteren Punkt auf der gestrichelten Linie Z absteigt, die die Position der Gießform während der in Fig. 3 gezeigten Vertikalschwingung angibt.
  • In diesem Falle sei angenommen, daß die Abwärtsbewegung in der Periode Tp positiv (+) ist. Die Geschwindigkeit Vm der Kokillenschwingung ist niedriger als die Geschwindigkeit Vc der Extraktion des Gießmetalls, das heißt Vm ist größer als Vc. Diese Periode Tp, die in Fig. 3 schraffiert eingezeichnet ist, wird als "positive Abstreifperiode" bezeichnet. In einer Periode TN ist die Geschwindigkeit Vm der Kokille größer als die Geschwindigkeit Vc der Extraktion des Gießmetalls, das heißt Vm ist niedriger als Vc. Diese Periode TN wird als "negative Abstreifpriode" bezeichnet.
  • a. Verhinderung von Ausbruch
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ausbruch des Gießmetalls wirksam wie folgt verhindert. Wie in den Fig. 1, 2 und 4(a) gezeigt, wird ein Paar Kokillenwände, zum Beispiel die längeren Seitenrahmen, der Vertikal-Stranggußkokille vom Gießmetall zurückgezogen während der positiven Abstreifperiode der Vertikalschwingung, um den Zwischenraum zwischen der Kokillenwand und der verfestigten Schale 12 zu vergrößern, um dadurch zu ermöglichen, daß eine ausreichend große Menge Kokillenpulver 10 in den Spalt zwischen die Kokillenwand und die verfestigte Schale einfließt, um die Reibung zwischen der Kokillenwand und der verfestigten Schale zu vermindern, um dadurch ein Anhaften der verfestigten Schale an der Kokillenwandoberfläche zu vermeiden. Die Kokillenwände werden daher in sich wiederholender Weise in der zur Extraktionsrichtung senkrechten Richtung derart bewegt, daß der Zwischenraum Xm (siehe Fig. 5) zwischen der Kokillenwand und der verfestigten Schale während der positiven Abstreifperiode der Vertikal schwingung auf Xn vergrößert wird, während in der negativen Abstreifperiode die Kokillenwände wieder in Richtung auf die verfestigte Schale bewegt werden, um den ursprünglichen Zwischenraum Xm wieder herzustellen.
  • Im allgemeinen ist eine Brammengießvorrichtung so aufgebaut, daß die kürzeren Seitenrahmen 2 zwischen den längeren Seitenrahmen 1 festgeklemmt sind, wie in Fig. 2 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die oben beschriebene Bewegung der Kokillenwände daher durch Bewegung einer der längeren Seitenrahmen 1 mittels Hydraulikzylindern 4 ausgeführt, die in geeigneter Weise von dem Hydraulikkreis gesteuert werden. Wenn übermäßig große Zwischenräume zwischen den längeren Seitenrahmen und den kürzeren Seitenrahmen ausgebildet werden, dann strömt der geschmolzene Stahl in unerwünschter Weise in die Spalten, was häufig zu Störungen, wie beispielsweise zu Gußausfällen, führt. Die Rückzugsbewegung jeder Kokillenwand, die durch (Xn-Xm) repräsentiert wird, ist daher vorzugsweise nicht größer als 1,0 mm. Andererseits kann die Reibungskraft, die zwischen der Kokillenwand und der verfestigten Schale wirkt, vermindert werden, weil die Scherkraft auf das Kokillenpulver zwischen der Kokille und der verfestigten Schale wirkt. Die Scherkraft wird durch die folgende Formel dargestellt:
  • wobei
  • A: Kontaktfläche zwischen der Kokille und der verfestigten Schale;
  • u: Viskosität des in den Spalt zwischen der Kokille und der verfestigten Schale eingeführten Pulvers;
  • v: Relativgeschwindigkeit zwischen der Kokillenoberfläche und der verfestigten Schale; und
  • x: Distanz zwischen der Kokille und der verfestigten Schale.
  • Man erkennt, daß die Reibungskraft F maximal ist, wenn sich die Kokille mit der Maximalgeschwindigkeit (innerhalb der positiven Abstreifperiode) nach oben bewegt. Gemäß der Erfindung wird die Distanz x zwischen der Kokillenwand und der verfestigten Schale während der positiven Abstreifperiode vergrößert, während der die Reibungskraft maximal würde, wenn die Distanz x konstant gehalten würde. Da die Reibungskraft F umgekehrt proportional zur Distanz x ist, kann die unerwünschte Steigerung der Reibungskraft F durch Veränderung der Distanz x vermieden werden, wodurch das Auftreten von Spannungs-Ausbruch unterdrückt wird, der speziell während des Hochgeschwindigkeitsgießvorgangs aufzutreten neigt.
  • Man kann einen ähnlichen Effekt erzielen, indem man die Distanz zwischen der Kokille und der verfestigten Schale durch schnelles oder progressives Zurückziehen der Formwände während der Aufwärtsphase der Vetikalschwingung der Kokille zurückzieht, um eine ausreichend große Menge Kokillenpulver zuzuführen, wie in den Fig. 4(b) und 4(e) gezeigt.
  • b. Verhinderung von Schwingungsmarken
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Erzeugung von Schwingungsmarken zu unterdrücken, wie man aus der nachfolgenden Beschreibung versteht.
  • Wie in Fig. 4(c) gezeigt, werden die Kokillenwände einer Vertikal-Stranggußkokillenform von der verfestigten Schale zurückgezogen, um die gegenseitige Distanz während der negativen Abstreifperiode der Vertikalschwingung der Kokille zu vergrößern, so daß eine große Menge Kokillenpulver in den Spalt zwischen der Kokille und der verfestigten Schale eingeleitet wird, um die Reibungskraft zu vermindern, die zwischen der Kokillenoberfläche und der verfestigten Schale wirksam ist, um dadurch die Biegung am Ende der verfestigten Schale zu vermindern. Die Kokillenwände der Vertikal-Stranggußkokille werden somit hin- und hergehend in einer Richtung senkrecht zur Extraktionsrichtung des Gußmetalls bewegt, so daß die Kokillenwände von der verfestigten Schale wegbewegt werden. Dieses vergrößert den Zwischenraum Xm (siehe Fig. 5) auf Xm während der negativen Abstreifperiode der Vertikalschwingung der Kokille. In der positiven Abstreifperiode werden die Kokillenwänden wände wieder in Richtung auf die verfestigte Schale bewegt, um die ursprüngliche Distanz Xm wieder einzunehmen.
  • Eine ähnliche Wirkung kann man erhalten, indem man die Distanz zwischen der Kokille und der verfestigten Schale durch schnelles oder progressives Zurückziehen der Kokille während der Abwärtsphase der Vertikalschwingung der Kokille vergrößert, um eine ausreichend große Menge Kokillenpulver zuzuführen, wie in den Fig. 4(d) und 4(f) gezeigt.
  • Die Bewegung der Kokillenwand, beispielsweise des längeren Seitenrahmens, zur Veränderung der Distanz zwischen der Kokillenwand und der verfestigten Schale kann durch gleichzeitiges Betreiben der Hydraulikzylinder 4 ausgeführt werden, die auf die oberen und unteren Abschnitte des längeren Seitenrahmens 1 einwirken, so daß der Rahmen 1 translatorisch auf die verfestigte Schale zu und von dieser weg bewegt wird. Dies ist jedoch nur beispielhaft, und die Erfindung kann auch so ausgeführt werden, daß nur der obere Abschnitt des Rahmens durch Hydraulikzylinder in Richtung auf die verfestigte Schale und von dieser weg bewegt wird. Hier schwenkt der Rahmen 1 um einen Punkt, der als an einem unteren Abschnitt der Gießvorrichtung liegend angenommen wird, um die Distanz am oberen Endabschnitt der Kokille zu verändern, wie in den Fig. 1 und 6 gezeigt ist.
  • Beispiel 1
  • Eine Bramme wurde mittels einer Vertikal-Stranggußkokille gegossen, während die Kokille in folgender Weise in Schwingung versetzt wurde. Ein Paar Kokillenwände wurden vom Gußmetall in der positiven Abstreifperiode der Vertikalschwingung der Kokille wegbewegt, um die Distanz zwischen den Kokillenwänden und dem Gußmetall zu vergrößern. In der negativen Abstreifperiode der Vertikalschwingung der Kokille wurden die beiden Kokillenwände in Richtung auf das Gußmetall bewegt, um die Distanz zu vermindern. Die Zuführrate von Kokillenpulver in den Zwischenraum zwischen der Kokille und der verfestigten Schale und der Zustand beim Auftreten von Ausbruch wurde beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 im Vergleich zu den Ergebnissen eines ähnlichen Versuchs dargestellt, der durch Oszillieren der Form nach einem konventionellen Verfahren durchgeführt wurde, das eine Sinusschwingungsform verwendet. Wie man aus dieser Tabelle sieht, kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung das Auftreten von Ausbruch merklich vermindern. Tabelle 1 Kokillenschwingungs-Bedingungen Umfang Kokillenzurückziehung Gießgeschwindigkeit (m/min) Pulverzuführrate (kg/m²) Rate Auftreten von Ausbruch Amp. (mm) Freq. (min&supmin;¹) konventionelles Verfahren Erfindung (Bezug) Anmerkung: verwendete Stahlart: SUS 304-Stahl Viskosität des verwendeten Kokillenpulvers 1,5 Poise bei 1.300ºC.
  • Eine Bramme wurde mit einer Vertikal-Stranggußkokille gegossen, während die Kokille in folgender Weise in Schwingung versetzt wurde. Ein Paar Kokillenwände wurden in Richtung auf das Gußmetall in der positiven Abstreifperiode der Vertikalschwingung der Kokille bewegt, um die Distanz zwischen den Kokillenwänden und dem Gußmetall zu vermindern. In der negativen Abstreifperiode der Vertikal Schwingung der Kokille wurden die beiden Kokillenwände vom Gußmetall wegbewegt, um die Distanz zu vergrößern. Die Tiefe d&sub1; der Schwingungsmarke 13 und die Tiefe d&sub2; (Fig. 7) der Seigerung 14 wurden beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 im Vergleich zu den Ergebnissen eines vergleichbaren Versuchs aufgezeichnet, der durch Oszillieren der Form mit einem bekannten Verfahren mit Sinusschwingungen ausgeführt wurde. Wie man aus dieser Tabelle sieht, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Tiefen von Schwingungsmarke und Seigerung merklich vermindern. Tabelle 2 Kokillenschwingungs-Bedingungen Umfang Kokillenzurückziehung Gießgeschwindigkeit (m/min) Schwingungsmarkentiefe (d&sub1;: mm) Segregationstiefe (d&sub2;: mm) Amp. (mm) Freq. (min&supmin;¹) konventionelles Verfahren Erfindung Anmerkung: verwendete Stahlart: SUS 304-Stahl Viskosität des verwendeten Kokillenpulvers 1,5 Poise bei 1.300ºC.
  • Wie man aus der vorangehenden Beschreibung versteht, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Steuerung der Zuführrate eines Kokillenpulvers in den Grenzbereich zwischen die Kokillenwand und die verfestigten Schale des Gußmetalls, wodurch es möglich wird, das Auftreten von Ausbruch und die Erzeugung von Schwingungsmarken am gegossenen Produkt zu unterdrücken.

Claims (2)

1. Verfahren zum Oszillieren einer Vertikal-Stranggußkokille mit einem Paar längerer Seitenrahmen (1) und einem Paar kürzerer Seitenrahmen (2), wobei das Verfahren umfaßt:
Bewegen eines Paars von Kokillenwandungen hin zum und zurück vom Gußmetall (11) und zwar in Synchronisation mit einem vertikalen Oszillieren der Kokille (9), so daß die Zugabe eines Kokillenpulvers in den Spalt zwischen den Kokillenwandungen und dem Gußmetall gestattet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die längeren Seitenrahmen (1) unabhängig von den kürzeren Seitenrahmen (2) vor- und zurückbewegt werden, wobei die Kokille (9) mit niedrigen Frequenzen oszilliert wird, und daß das Paar von Kokillenwandungen so zum Gußmetall (11) hinbewegt wird, daß der Abstand zwischen den Kokillenwandungen und dem Gußmetall in der positiven Stripperiode der Vertikaloszillation der Kokille vermindert wird, wohingegen in der negativen Stripperiode der Vertikaloszillation der Kokille das Paar von Kokillenwandungen von dem Gußmetall fortbewegt wird, um den Abstand zu erhöhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegung des Paars von Kokillenwandungen ausgeführt wird, indem die Kokillenwandungen veranlaßt werden, um einen an der unteren Seite der Kokille angenommenen Schwenkzapfen zu schwenken, so daß sich die oberen Endabschnitte der Kokillenwandungen hin zum und zurück vom Gußmetall bewegen.
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