DE69404832T2 - Verfahren und vorrichtung zum giessen einer metallischen hülle auf einer seele - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum giessen einer metallischen hülle auf einer seeleInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung einer metallischen Hülle auf einer Seele mit langgestreckter Form und mit einer metallurgischen Zusammensetzung, die von derjenigen der Hülle verschieden ist, um ein Bimetall-Verbundprodukt zu bilden.
- Bisher bestehen die Verfahren zur Herstellung einer metallischen Hülle auf einer langgestreckten Seele darin, daß man die Seele vertikal und koaxial in einer Kokille bewegt, deren Innenwand mit der Außenwand der Seele einen Zwischenraum bildet und deren Innenquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt der Hülle entspricht, ein geschmolzenes Auftragsmetall, das zur Bildung dieser Hülle bestimmt ist, in den Zwischenraum gießt, den oberen Teil der Kokille erhitzt und den unteren Teil dieser Kokille kühlt, um das Auftragsmetall erstarren zu lassen (siehe z.B. US-A-3 455 372).
- Diese Verfahren gestatten es, die Verbindung der metallischen Hülle mit der Seele zu erreichen, die insbesondere im Fall von Zylindern oder Rollen für Walzwerke perfekt sein sollte, angesichts der erhöhten thermischen und mechanischen Spannungen denen diese Hülle unterliegt.
- Spezieller ist aus JP-A-6 160256 ein Verfahren zur Ausbildung einer metallischen Hülle auf einer Seele bekannt, bei dem das geschmolzene Auftragsmetall, das zur Bildung der Hülle bestimmt ist, vor seiner Erstarrung in einer Kokille aus feuerfestem Material auf Temperatur gehalten wird, der ein Kristallisator aus Kupfer zugeordnet ist, der durch Umwälzung von Wasser gekühlt wird.
- Der Vorrat an geschmolzenem Auftragsmetall wird mit Hilfe einer Hochfrequenz-Induktionsspule auf Temperatur gehalten.
- Bei diesem Verfahren wird das Auftragsmetall, das den konischen oberen Teil der Kokille versorgt, vorerhitzt, und die Seele wird glasiert, um die Verbindung zwischen dem zur Bildung der Hülle bestimmten Auftragsmetall und dem die Seele bildenden Metall zu erleichtern.
- Das in dem Patent JP-A-6160256 beschriebene Verfahren hat den Hauptnachteil, daß es zu einer schweren und kostspieligen Vorbereitung der Seele und zu erhöhten Investitionen führt, insbesondere für Systeme zur Erhitzung des Auftragsmetalls durch Hochfrequenzinduktion.
- Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer metallischen Hülle auf einer langgestreckten Seele vorzuschlagen, das besonders einfach durchzuführen ist und ein Heißbeizen der Außenwand der Seele unmittelbar vor dem Auftrag des Auftragsmetalls ermöglicht.
- Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Bildung einer metallischen Hülle auf einer Seele mit langgestreckter Form und mit einer metallurgischen Zusammensetzung, die von dejenigen der Hülle verschieden ist, zur Bildung eines Bimetall-Verbundprodukts wie beispielsweise eines Walzzylinders, bei welchem Verfahren:
- - man die Seele vertikal und koaxial in einer Kokille bewegt, deren Innenwand einen Zwischenraum mit der Außenwand der Seele bildet und deren Innenquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt der Hülle entspricht,
- - ein geschmolzenes Auftragsmetall, das zur Bildung der Hülle bestimmt ist, in diesen Zwischenraum eingießt,
- - den oberen Teil der Kokille erhitzt,
- - den unteren Teil der Kokille kühlt, um das Auftragsmetall erstarren zu lassen,
- dadurch gekennzeichnet, daß man:
- - die Seele in der Kokille in der Weise bewegt, daß man ihr eine kontinuierliche vertikale Schwingung erteilt, in Verbindung mit der vertikalen Absenkbewegung der Seele,
- - das geschmolzene Auftragsmetall im Inneren der Kokille und in Höhe des oberen Teils dieser Kokille mit einer elektrisch leitenden Schlacke abdeckt,
- - die elektrisch leitende Schlacke auf eine Temperatur oberhalb von 1450ºC erhitzt,
- - und der elektrisch leitenden Schlacke eine Rotationsbewegung um die Seele herum erteilt, um die Beizung der Außenwand der Seele zu erreichen, bevor sie mit dem geschmolzenen Auftragsmetall in Berührung kommt.
- Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:
- - gießt man das geschmolzene Auftragsmetall in den zwischen der Innenwand der Kokille und der Außenwand der Seele gebildeten Zwischenraum, durch Ausgießen dieses Auftragsmetalls, das zuvor in einem der Kokille zugeordneten Ofen geschmolzen worden ist,
- - schmilzt man das Auftragsmetall in einem Induktionsofen.
- Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Bildung einer metallischen Hülle auf einer Seele in langgestreckter Form, zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, welche Vorrichtung eine Kokille aufweist, deren Innenquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt der genannten Hülle entspricht und deren Innenwand mit der Außenwand der Seele einen Zwischenraum für ein zur Bildung der Hülle bestimmtes geschmolzenes Auftragsmetall bildet, wobei die Kokille in ihrem unteren Bereich Kühlmittel für das Erstarren des Auftragsmetalls aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die der Seele eine kontinuierliche vertikale Schwingung in Verbindung mit ihrer vertikalen Abwärtsbewegung beim Gießen des Auftragsmetalls erteilen, und die Kokille gebildet wird durch einen oberen Ring, der dazu dient, eine oberhalb des Auftragsmetalls in der Kokille angeordnete elek trisch leitende Schlacke zu erhitzen und in Drehung zu versetzen, einen unteren Ring, der mit den genannten Kühlmitteln versehen ist, und eine elektrisch isolierende Ringscheibe, die die beiden Ringe trennt.
- Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:
- - ist der obere Ring vertikal geschlitzt, um eine Selbstinduktionsspule mit einer Windung und eine erste Elektrode zum Erhitzen der elektrisch leitenden Schlacke durch den Joule-Effekt zu bilden, wobei eine zweite Elektrode zum Erhitzen dieser Schlacke durch den Joule-Effekt durch die Seele gebildet wird.
- - weist die Vorrichtung einen Ofen zum Aufrechterhalten der Temperatur des geschmolzenen Auftragsmetalls auf, der der Kokille zugeordnet ist,
- - wird der Ofen zum Aufrechterhalten der Temperatur durch einen Induktionsofen gebildet.
- Die Erfindung wird besser verständlich anhand der nachfolgenden, ausschließlich als Beispiel gegebenen Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beigefügte einzige Zeichnung, die eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
- Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist dazu bestimmt, eine metallische Hülle 2 aus Hartmetall auf einer langgestreckten Seele zu bilden, beispielsweise einer Welle 1 aus Baustahl des Typs XC38 oder 35CD4, zur Bildung eines Bimetall-Verbundprodukts, insbesondere eines Walzzylinders.
- Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung eine Kokille 10 auf, die dazu bestimmt ist, ein geschmolzenes Auftragsmetall 5 aufzunehmen, das die metallische Hülle 2 bildet und das von der Welle 1 durchlaufen wird.
- Die Welle 1 wird vertikal und koaxial in der Kokille 10 bewegt, und zu diesem Zweck ist die Welle 1 einerseits an ihrem oberen Ende 1a beispielsweise mit Hilfe einer Schelle 3 an einem geeigneten, nicht gezeigten Organ aufgehängt und andererseits an ihrem unteren Ende 1b geführt.
- Im übrigen wird die Welle 1 gleichzeitig mit der vertikalen Absenkbewegung in der Kokille 10 auch in eine oszillierende vertikale Bewegung versetzt.
- Die Kokille 10 hat einen Innenquerschnitt, der im wesentlichen dem Querschnitt der Hülle 2 entspricht.
- Die Innenwand 10a der Kokille 10 bildet mit der Außenwand 1c der Welle 1 einen Zwischenraum 4 zum Eingießen des geschmolzenen Auftragsmetalls 5, das die metallische Hülle 2 bilden soll, wie später deutlich werden wird.
- Andererseits wird die Kokille 10 durch einen oberen Ring 11, einen unteren Ring 12 und eine elektrisch isolierende Ringscheibe 13 gebildet, der die beiden Ringe 11 und 12 trennt.
- Die Ringe 11 und 12 sind hohl und sind beispielsweise aus Kupfer hergestellt.
- Der obere Ring 11 ist mit einer nicht gezeigten Stromquelle verbunden, die einen Gleichstrom liefert, dem ein niederfrequenter Strom überlagert ist.
- Weiterhin weist der obere Ring 11 einen vertikalen Schlitz 11a auf, so daß eine Selbstinduktionsspule mit einer Windung und eine erste Joule-Heizelektrode gebildet wird. Eine zweite Heizelektrode wird durch die Welle 1 gebildet.
- Die Ringe 11 und 12 weisen nicht gezeigte Kühlmittel auf, die beispielsweise durch wenigstens einen Wasserkühlkreislauf gebildet werden, der in diesen Ringen ausgebildet ist.
- Der obere Ring 11 hat auch einen Trichter 14 zum Eingießen des Auftragsmetalls 5, das in einem Temperierofen 6 enthalten ist, in den Zwischenraum 4.
- Der Ofen 6 wird beispielsweise durch einen Induktionsofen gebildet.
- Nachdem man die Welle 1 vertikal und koaxial in der Kokille 10 aufgehängt hat, wobei ihr stets eine vertikale Schwingung erteilt wird, wird das geschmolzene Auftragsmetall 5, das in dem Ofen 6 enthalten ist, in aufeinanderfolgenden Schüben über den Trichter 14 in den Zwischenraum 4 eingegossen.
- Das Auftragsmetall 5 in dem Zwischenraum 4 ist in Höhe des oberen Ringes 11 der Kokille 10 von einer elektrisch leitenden Schlacke 7 bedeckt.
- Diese elektrisch leitende Schlacke 7 wird durch den Joule-Effekt auf eine Temperatur oberhalb von 1450ºC, beispielweise 1500ºC erhitzt, mit Hilfe der Heizelektroden, die durch den oberen Ring 11 und die Welle 1 gebildet werden.
- Der geschlitzte obere Ring 11, der eine Induktionswindung bildet, versetzt außerdem die elektrisch leitende Schlacke 7 in der Kokille 10 mit Hilfe des niederfrequenten Stromes in eine Drehung um die Welle 1.
- Die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen leitenden Schlacke 7 beträgt ungefähr eine Umdrehung pro Sekunde, wodurch eine Beizung oder Säuberung (decapage) der Außenwand lc der Welle 1 erreicht wird, unmittelbar bevor diese Wand mit dem geschmolzenen Auftragsmetall 5 in Berührung kommt, das zur Bildung der Hülle 2 bestimmt ist.
- Durch die Rotationsbewegung der elektrisch leitenden Schlacke 7 wird die Welle 1 in einen idealen Zustand für die Bildung einer perfekten Schweißoder Lötverbindung zwischen dem Metall der Welle 1 und dem Metall der Hülle 2 gebracht.
- Das geschmolzene Auftragsmetall 5, das in aufeinanderfolgenden Schüben in den Zwischenraum 4 eingegossen wird, durchquert die elektrisch leitende Schlacke 7 und erstarrt progressiv, wenn es mit dem gekühlten unteren Ring 12 in Berührung kommt.
- Das geschmolzene Auftragsmetall 5 wird insbesondere dank der Rotation der elektrisch leitenden Schlacke homogen um die Welle 1 verteilt.
- Aufgrund der Absenkung der Welle 1 durch die Kokille 10 hindurch bildet sich so progressiv die Hülle 2 auf der Welle 1.
- Der erstarrte Teil der Hülle 2 bildet einen beweglichen Boden der Kokille 10.
- Gemäß einer Variante kann ein nicht gezeigter Ring auf der Welle 1 montiert sein, um am Beginn des Eingießens des geschmolzenen Auftragsmetalls 5 in die Kokille 10 den beweglichen Boden dieser Kokille zu bilden.
- Andererseits ermöglicht die vertikale Absenkbewegung der Welle 1 mit kontinuierlicher Schwingung die fortschreitende Entformung des so gebildeten Verbundprodukts aus der Kokille 10.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Gießen und Erstarren von ungefähr 10kg Auftragsmetall pro Minute.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein schnelleres Gießen des Auftragsmetalls ermöglichen, doch muß in diesem Fall die Höhe des Auftragsmetalls in der Kokille 10 gering sein, um zu vermeiden, daß die beiden Erstarrungsfronten, die durch den unteren Ring 12 und die Welle 1 gebildet werden, zur Bildung von Poren an der Grenzfläche zwischen diesen Fronten führen.
- Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind perfekt angepaßt an die Herstellung von Warm- und Kaltwalzzylindern.
- Außerdem wird das geschmolzene Auftragsmetall, das während des Gießens durch einen Argonstrahl geschützt werden kann, dank der Gegenwart der elektrisch leitenden Schlacke dann durch die Wirkung dieser elektrisch leitenden Schlacke insbesondere von Oxideinschlüssen gereinigt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Bildung einer metallischen Hülle (2) auf einer Seele (1)
mit langgestreckter Form und mit einer metallurgischen Zusammensetzung,
die von derjenigen der Hülle (2) verschieden ist, zur Bildung eines Bimetall-
Verbundprodukts wie beispielsweise eines Walzzylinders, bei welchem
Verfahren:
- man die Seele (1) vertikal und koaxial in einer Kokille (10) bewegt,
deren Innenwand (10a) einen Zwischenraum (4) mit der Außenwand (1c) der
Seele (1) bildet und deren Innenquerschnitt im wesentlichen dem
Querschnitt der Hülle (2) entspricht,
- ein geschmolzenes Auftragsmetall (5), das zur Bildung der Hülle (2)
bestimmt ist, in diesen Zwischenraum (4) eingießt,
- den oberen Teil der Kokille (10) erhitzt,
- den unteren Teil der Kokille (10) kühlt, um das Auftragsmetall (5)
erstarren zu lassen,
dadurch gekennzeichnet, daß man:
- die Seele (1) in der Kokille (10) in der Weise bewegt, daß man ihr eine
kontinuierliche vertikale Schwingung erteilt, in Verbindung mit der
vertikalen Absenkbewegung der Seele (1),
- das geschmolzene Auftragsmetall (5) im Inneren der Kokille (10) und in
Höhe des oberen Teils (11) dieser Kokille mit einer elektrisch leitenden
Schlacke (7) abdeckt,
- die elektrisch leitende Schlacke (7) auf eine Temperatur oberhalb von
1450ºC erhitzt,
- und der elektrisch leitenden Schlacke (7) eine Rotationsbewegung um
die Seele (1) herum erteilt, um die Beizung der Außenwand (1c) der Seele zu
erreichen, bevor sie mit dem geschmolzenen Auftragsmetall (5) in Berührung
kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das
geschmolzene Auftragsmetall (5) in den zwischen der Innenwand (10a) der
Kokille (10) und der Außenwand (1c) der Seele (1) gebildeten Zwischenraum
(4) gießt, durch Ausgießen dieses Auftragsmetalls (5), das zuvor in einem der
Kokille (10) zugeordneten Ofen (6) geschmolzen worden ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man das Auftragsmetall (5) in einem Induktionsofen schmilzt.
4. Vorrichtung zur Bildung einer metallischen Hülle (2) auf einer Seele (1)
in langgestreckter Form, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, welche Vorrichtung eine Kokille (10) aufweist, deren
Innenquerschnitt im wesentlichen dem Querschnitt der genannten Hülle (2)
entspricht und deren Innenwand (10a) mit der Außenwand (1c) der Seele
(1) einen Zwischenraum (4) für ein zur Bildung der Hülle (2) bestimmtes ge
schmolzenes Auftragsmetall (5) bildet, wobei die Kokille (10) in ihrem
unteren Bereich Kühlmittel für das Erstarren des Auftragsmetalls (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die der Seele eine
kontinuierliche vertikale Schwingung in Verbindung mit ihrer vertikalen
Abwärtsbewegung beim Gießen des Auftragsmetalls erteilen, und die Kokille (10) gebildet
wird durch einen oberen Ring (11), der dazu dient, eine oberhalb des
Auftragsmetalls (5) in der Kokille (10) angeordnete elektrisch leitende Schlacke
(7) zu erhitzen und in Drehung zu versetzen, einen unteren Ring (12), der
mit den genannten Kühlmitteln versehen ist, und eine elektrisch isolierende
Ringscheibe (13), die die beiden Ringe (11, 12) trennt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere
Ring (11) vertikal geschlitzt ist, um eine Selbstinduktionsspule mit einer
Windung und eine erste Elektrode zum Erhitzen der elektrisch leitenden
Schlacke (7) durch den Joule-Effekt zu bilden, wobei eine zweite Elektrode
zum Erhitzen dieser Schlacke (7) durch den Joule-Effekt durch die Seele (1)
gebildet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung einen Ofen (6) zum Aufrechterhalten der Temperatur des
geschmolzenen Auftragsmetalls (5) aufweist, der der Kokille (10) zugeordnet ist
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (6)
zum Aufrechterhalten der Temperatur durch einen Induktionsofen gebildet
wird.
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