DE69914239T2

DE69914239T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Schmierung beim kontinuierlichen Giessen von Leichtmetallen

Info

Publication number: DE69914239T2
Application number: DE69914239T
Authority: DE
Inventors: Teruyuki Wako-shi Ohtani; Nobuhiro Wako-shi Saito; Takeyoshi Wako-shi Nakamura; Takashi Sayama-shi Idegomori; Kiyonobu Sayama-shi Mizoue; Yoshiyuki Sayama-shi Fujikawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: DE69914239D1; EP0941786A1; US6840303B1; EP0941786B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG,
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung und eine Vorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Ein Verfahren zur Erzeugung eines Leichtmetallbarrens unter Verwendung einer Stranggussvorrichtung, die unten beschrieben wird, ist herkömmlich als ein Verfahren zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung (einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung oder dergleichen) bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine zylindrische, wassergekühlte Gussform, die unmittelbar unterhalb eines Ausgusses angeordnet ist, der eine nach oben gewandte Metallschmelzen-Aufnahmeöffnung und einen nach unten gewandten Metallschmelzen-Auslass umfasst und der einen Innenradius größer als derjenige des Metallschmelzen-Auslasses aufweist, sowie einen Schmieröl-Auslassdurchgang, der unterhalb des Ausgusses vorgesehen ist, um ein Schmieröl einem Abschnitt zwischen der wassergekühlten Gussform und der mit der wassergekühlten Gussform in Kontakt gebrachten Metallschmelze zuzuführen. In diesem Fall ist eine Mehrzahl von Schmieröl-Auslassdurchgängen allgemein in einer Umfangsrichtung der wassergekühlten Gussform angeordnet.
Jedoch weist das obige Verfahren das folgende Problem auf: Wenn die Metallschmelze aus dem Ausguss austritt und innerhalb der wassergekühlten Gussform nach unten fließt, tritt ein solches Phänomen auf, dass gerade eine kleine Menge eines Außenumfangsabschnitts der Metallschmelze in Auslässe einiger der Auslassdurchgänge eintritt und danach von jedem der Auslässe austritt und entlang einer Innenumfangsfläche der wassergekühlten Gussform strömt. Aufgrunddessen wird eine Außenumfangsfläche eines hergestellten Barrens aufgerissen, als Gusshaut aufgeraut und dergleichen, um einen Gusshautfehler zu erzeugen. Dies wird ferner erkennbar, wenn auf die Metallschmelze eine in Umfangsrichtung wirkende elektromagnetische Rührkraft ausgeübt wird.
Andererseits wird die dynamische Viskosität des Schmieröls abhängig von der Temperatur merklich verändert und kann nicht in jedem der Auslassdurchgänge konstant sein. Aus diesem Grund wird ein Unterschied zwischen Auslasswiderständen für das Schmieröl in den Auslassdurchgängen erzeugt und im Ergebnis ist sehr wahrscheinlich die Menge von aus jedem der Auslassdurchgänge abgeführtem Schmieröl nicht gleichförmig. Dies verursacht ebenfalls den Gusshautfehler.
Es gibt auch eine herkömmlich bekannte Stranggussvorrichtung, die eine zylindrische, wassergekühlte Gussform umfasst, die eine vertikal gerichtete Achse aufweist sowie einen Schmierölzufuhrdurchgang, der eine Mehrzahl von in der Nähe eines ringförmigen oberen Endes der zylindrischen, wassergekühlten Gussform angeordneten Auslassöffnungen aufweist. In diesem Fall besitzt jede der Auslassöffnungen eine vorbestimmte Länge in einer Auslassrichtung eines Schmieröls, und die Menge von ausgestoßenem Schmieröl wird durch Verengen jeder Auslassöffnungen gesteuert/geregelt.
Wenn eine Metallschmelze der zylindrischen, wassergekühlten Gussform von oberhalb der Gussform zugeführt wird, wird in einem oberen Abschnitt der zylindrischen, wassergekühlten Gussform ein nicht verfestigter Abschnitt der Metallschmelze intermittierend in einen verfestigten Abschnitt umgewandelt. Aus diesem Grund wird im Druck der Metallschmelze eine Vibration erzeugt. Wenn die Menge von ausgestoßenem Schmieröl in den Auslassöffnungen in einer derartigen Situation gesteuert/geregelt wird, tritt das folgende Problem auf: Die Vibration des Metallschmelzendrucks wird direkt auf die Auslassöffnungen ausgeübt, wodurch verursacht wird, dass die Metallschmelze in die Auslassöffnungen eindringt und begleitend das Schmieröl zurückströmt. Im Ergebnis wird das Schmieröl nicht gleichförmig von jeder der Auslassöffnungen ausgestoßen, wodurch eine Aufrauung einer Gusshaut eines hergestellten Barrens erzeugt wird. In einem Extremfall wird ein Phänomen erzeugt, dass der verfestigte Abschnitt des Außenumfangs des Barrens bricht, um zu bewirken, dass der nicht verfestigte Abschnitt innerhalb des verfestigten Abschnitts nach außen austritt, nämlich eine Situation, dass ein Ausbrechen erzeugt wird, wodurch der Guss fehlschlägt.
Dieses Problem ist ferner bemerkbar, wenn die Rührkraft auf die Metallschmelze ausgeübt wird, weil eine die Rührkraft begleitende Vibration zu der oben beschriebenen Vibration addiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stranggussverfahren der oben beschriebenen Art bereitzustellen, bei dem die Erzeugung eines Gusshautfehlers eines Leichtmetallsbarrens aufgrund der Auslässe von Schmieröl-Auslassdurchgängen durch ein relativ einfaches Mittel vermieden werden kann.
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist gemäß einem ersten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Stranggussverfahren gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Bei dem obigen Stranggussverfahren gemäß Anspruch 1 kann das Eindringen der Metallschmelze in den Auslass durch die ringförmige Gasakkumulation verhindert werden, und folglich kann die Erzeugung eines Gusshautfehlers aufgrund des Auslasses vermieden werden. Das nicht verdampfte Schmieröl schmiert den Abschnitt zwischen der wassergekühlten Gussform und der Metallschmelze.
In diesem Fall kann die Verdampfungsrate des Schmieröls bei 300°C 100% sein. Der Grund ist, dass das Gas in einem unteren Ende der Gasakkumulation durch die wassergekühlte Gussform gekühlt und verflüssigt wird und das verflüssigte Schmieröl zur Schmierung zwischen der wassergekühlten Gussform und der Metallschmelze beiträgt. Wenn jedoch die Verdampfungsrate des Schmieröls bei 300°C geringer ist als 30%, ist es unmöglich, eine Gasakkumulation zu bilden, die einen ausreichend hohen Druck aufweist, um die Metallschmelze von dem Auslass entfernt zu halten.
Die Gasakkumulation weist die Funktion auf, das Eindringen der Metallschmelze in den Auslass sogar bei dem Stranggussverfahren, bei dem eine in Umfangsrichtung wirkende elektromagnetische Rührkraft auf die Metallschmelze ausgeübt wird, zu verhindern.
Bei dem oben beschriebenen Stranggussverfahren ist es wünschenswert, dass ein Schmiermittelgemisch eines Schmieröls und eines festen Schmiermittels verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, zu verhindern, dass die Schmierung zwischen der wassergekühlten Gussform und der Metallschmelze unzureichend wird in Antwort auf eine Verdampfung des Schmieröls. In diesem Fall wird die Menge A von eingemischtem festem Schmiermittel in einem Bereich von 1 Gew.% ≤ A ≤ 10 Gew.% festgelegt. Wenn die Menge A niedriger ist als 1 Gew.%, ist die Verwendung des festen Schmiermittels bedeutungslos. Wenn andererseits A > 10 Gew.% ist, ist die Menge des festen Schmiermittels übermäßig, wodurch ein Einbrennen des Öls an einer Außenumfangsfläche eines Barrens verursacht wird.
Ferner kann die dynamische Viskosität ν des Schmieröls in einem Einlass jedes der Schmieröldurchgänge in einem Bereich von ν ≤ 30 mm²/sec eingestellt sein. Wenn die dynamische Viskosität ν in einem solchen Bereich eingestellt ist, kann die eine Variation der Temperatur des Schmieröls begleitende Variation der Viskosität extrem reduziert werden, um die Menge von Schmieröl zu vereinheitlichen, die von jedem der Auslassdurchgänge verteilt wird. Wenn jedoch die dynamische Viskosität ν größer als 30 mm²/sec ist, wird sehr wahrscheinlich ein Gusshautfehler eines Barrens erzeugt.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stranggussvorrichtung der oben beschriebenen Art bereitzustellen, bei der das oben beschriebene Stranggussverfahren durchgeführt werden kann.
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist gemäß einem zweiten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung eine Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung gemäß Anspruch 5 vorgesehen. Eine Beschichtungslage kann an der ringförmigen oberen Endfläche vorgesehen sein, die einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient niedriger als derjenige der wassergekühlten Gussform aufweist.
Der Rückgang der Temperatur des Schmieröls durch die wassergekühlte Gussform kann nach Maßgabe der Beschichtungslage verhindert werden, wodurch die Verdampfung des Schmieröls begünstigt wird, um die angestrebte Aufgabe zu lösen.
Bei der Vorrichtung können die Schmieröl-Auslassdurchgänge durch eine Auslassdurchgang-Festlegungsplatte festgelegt sein. In diesem Fall ist die Auslassdurchgang-Festlegungsplatte aus einem Material gebildet, das einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient niedriger als derjenige der wassergekühlten Gussform aufweist, um die Verdampfungsrate des Schmieröls zu begünstigen.
Die Vorrichtung enthält einen Schmierölzufuhrdurchgang F_L, der die Auslassdurchgänge enthält, wobei derjenige Abschnitt des Schmierölzufuhrdurchgangs, der mit den Auslassdurchgängen verbunden ist, um den Ausguss herum angeordnet ist. Mit der Anordnung kann das Schmieröl durch den Ausguss erwärmt werden, wodurch die dynamische Viskosität des Schmieröls stabilisiert werden kann.
Ferner kann die Vorrichtung eine Schmierölheizung umfassen, die in der Nähe von Einlässen der Auslassdurchgänge angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann das Schmieröl durch die Heizung erwärmt werden, wodurch die dynamische Viskosität des Schmieröls stabilisiert werden kann, wie oben beschrieben.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stranggussvorrichtung der oben beschriebenen Art bereitzustellen, bei der das Schmieröl von jeder der Auslassöffnungen gleichförmig ausgestoßen werden kann.
Zur Lösung der obigen Aufgabe kann eine Stranggussvorrichtung vorgesehen sein, umfassend eine zylindrische, wassergekühlte Gussform mit einer vertikal gerichteten Achse, sowie einen Zufuhrdurchgang zum Zuführen eines Schmieröls zu einer Innenumfangsflächenseite der zylindrischen, wassergekühlten Gussform, wobei der Zufuhrdurchgang eine Mehrzahl von Auslassöffnungen umfasst, die in der Nähe eines ringförmigen oberen Endes der zylindrischen, wassergekühlten Gussform angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Verteilungsdurchgängen zum Verteilen des Schmieröls an die Auslassöffnungen umfasst, die Verengungen aufweisen, wobei die Länge L jeder der Auslassöffnungen in einer Barrenabzugsrichtung auf einen Wert festgesetzt ist, der ausreicht, um die Erzeugung eines Durchbruchs zu vermeiden, wobei die Beziehung zwischen einer Summe A₁ von Querschnittsflächen aller der Auslassöffnungen und einer Summe A₂ von Querschnittsflächen aller der Verengungen bestimmt ist, um sicherzustellen, dass A₁ > A₂, wobei das Verhältnis A₂/A₁ beider Summen A₁ und A₂ der Querschnittsflächen in einem Bereich von Lmin/L ≤ A2/A1 ≤ 1 – (1/Fmax)Fliegt, wobei Lmin ein Minimalwert der Länge der Auslassöffnung in der Barrenabzugsrichtung ist, die ausreichend ist, um das Schmieröl abzugeben, F eine Frequenz für die Vibration eines auf die Auslassöffnung ausgeübten Metallschmelzendrucks ist und einen Wert f₁ annimmt, wenn die Metallschmelze nicht gerührt wird, und einen Wert (f₁ + f₂) annimmt, der sich aus der Addition einer Rührfrequenz f₂ zu dem Wert f₁ ergibt, wenn die Metallschmelze gerührt wird, und Fmax eine Frequenz für die Vibration des auf die Auslassöffnung ausgeübten Metallschmelzendrucks ist, wenn das Verhältnis A₂/A₁ gleich 0 ist.
Mit der obigen Anordnung steigt dann, wenn die Vibration der Metallschmelze auf jede der Auslassöffnungen ausgeübt wird, der Innendruck in jeder der Auslassöffnungen aufgrund des Vorhandenseins der Verengungen an. Daher wird das Eindringen der Metallschmelze in jede der Auslassöffnungen und der begleitende Rückstrom des Schmieröls verhindert. Zusätzlich kann die Vibration der Metallschmelze nicht direkt auf jede der Verengungen ausgeübt werden und daher wird die durch jede der Verengungen gesteuerte/geregelte Menge von Schmieröl gleichförmig von jeder der Auslassöffnungen ausgestoßen. Daher ist es möglich, die Aufrauung einer Gusshaut eines Barrens, die Erzeugung eines Durchbruchs und dergleichen zu verhindern.
Wenn jedoch das Verhältnis A₂/A₁ kleiner ist als Lmin/L oder größer ist als 1 – (1/Fmax), wird ein Defekt, wie die Aufrauung einer Gusshaut eines Barrens und dergleichen erzeugt.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen.
KURZE BESCHRAIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Stranggussvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines wichtigen Abschnitts der in 1 gezeigten Vorrichtung,
3 ist eine Planansicht eines wichtigen Abschnitts, die die Beziehung zwischen einem Schichteisenkern und Spulen zeigt,
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines wichtigen Abschnitts einer Stranggussvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie 5-5 in 4,
6 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines wichtigen Abschnitts einer Stranggussvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ist eine Ansicht einer Ausslassdurchgangs-Festlegungsplatte in einer Richtung eines Pfeils 7 in 6,
8 ist eine Planansicht einer unteren ringförmigen Platte,
9 ist eine vergrößerte Ansicht in einer Richtung eines Pfeils 9 in 8,
10 ist eine Planansicht einer oberen ringförmigen Platte,
11 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines wichtigen Abschnitts einer Stranggussvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
12 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Temperatur und der dynamischen Viskosität eines Schmieröls zeigt,
13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der dynamischen Viskosität des Schmieröls und der Anzahl von Fehlstellen einer Gusshaut zeigt,
14 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Stranggussvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
15 ist eine vergrößerte Ansicht eines wichtigen Abschnitts der in 14 gezeigten Vorrichtung,
16 ist eine Querschnittsansicht eines wichtigen Abschnitts eines oberen Zylinderelements, entlang einer Linie 16-16 in 14,
17 ist eine Perspektivansicht eines wichtigen Abschnitts des oberen Zylinderelements,
18 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Frequenz F für die Vibration eines Metallschmelzendrucks und dem Verhältnis A₂/A₁ von Summen A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen zeigt,
19 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Länge L einer Auslassöffnung in einer Barrenabzugsrichtung und dem Verhältnis A₂/A₁ der Summen A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen zeigt,
20 ist ein Diagramm, das den Gradienten der Auslassöffnung bezüglich der Barrenabzugsrichtung zeigt, und
21 ist ein Diagramm, das den Gradienten der Auslassöffnung bezüglich einer Rotationsrichtung der Metallschmelze zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUFÜRUNGS FORMEN
[AUSFÜHRUNGSFORM I (1 bis 3)]
Eine erste Ausführungsform einer Stranggussvorrichtung vom Heißkopfgusstyp, die in 1 und 2 gezeigt ist, enthält einen trommelförmigen Körper 2 mit einer vertikal gerichteten Achse. Der trommelförmige Körper 2 umfasst eine Innenumfangswand 3, eine Außenumfangswand 4, die in einem vorbestimmten Abstand um den Außenumfang der Innenumfangswand 3 angeordnet ist, eine ringförmige obere Endwand 5, die an den oberen Enden beider Wände 3 und 4 angeordnet ist, und eine ringförmige untere Endwand 6, die an den unteren Enden beider Wände 3 und 4 angeordnet ist.
Die Innenumfangswand 3 umfasst einen oberen zylindrischen Abschnitt 7 und einen unteren zylindrischen Abschnitt 8. Ein nach innen gewandter, ringförmiger Abschnitt 10 einer ringförmigen Gummidichtung 9, die über einer Außenumfangsfläche eines unteren Abschnitts des oberen zylindrischen Abschnitts 7 angebracht ist, ist zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 7 und 8 angeordnet, um einen Abschnitt zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 7 und 8 abzudichten. Eine untere Hälfte des oberen zylindrischen Abschnitts 7 ist dicker ausgebildet als eine obere Hälfte, so dass eine ringförmige Abstufung innerhalb der unteren Hälfte ausgebildet ist, wodurch eine zylindrische, wassergekühlte Gussform 13 ausgebildet ist. Daher weist die zylindrische, wassergekühlte Gussform 13 einen zylindrischen Abschnitt 12 auf, der die obere Hälfte umfasst, sowie eine ringförmige obere Endfläche 11, die die ringförmige Stufe umfasst. Die zylindrische, wassergekühlte Gussform 13 ist aus einer Aluminiumlegierung (z. B. A5052) gebildet.
Der zylindrische Abschnitt 12 umgibt einen Ausguss 15, wobei zwischen denselben ein dünnes, zylindrisches Element 14 angeordnet ist, und eine ringförmige untere Endfläche 17, die einen nach unten gewandten Metallschmelzenauslass 16 des Ausgusses 15 definiert, stößt gegen die ringförmige obere Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13. Eine ringförmige Wegnahmeverhinderungsplatte 18 ist über einem Abschnitt des Ausgusses 15 angebracht, der von der oberen Endwand 5 vorsteht. Die Wegnahmeverhinderungsplatte 18 ist an der oberen Endwand 5 befestigt. Der Ausguss 15 ist aus Kalziumsilikat gebildet, das eine Wärmeisolierungsfähigkeit und Feuerbeständigkeit aufweist. Alternativ können Aluminiumoxid, Siliziumdioxid oder dergleichen als Material zur Ausbildung des Ausgusses 15 verwendet werden. Die wassergekühlte Gussform 13 weist einen Innenradius r₁ auf, der größer gewählt ist als ein Innenradius r₂ bei dem Metallschmelzenauslass 16 des Ausgusses 15. Daher stellt ein Abschnitt um den Metallschmelzenauslass 16 des Ausgusses 15 herum einen ringförmigen Vorsprung 15a dar.
Eine Metallschmelzenwanne 19 zum horizontalen Eingießen einer Metallschmelze ist oberhalb des Ausgusses 15 angeordnet und weist eine nach unten gewandte Metallschmelzenzufuhröffnung 20 auf, die mit einer nach oben gewandten Metallschmelzenaufnahmeöffnung 21 des Ausgusses 15 in Verbindung steht.
Ein elektromagnetischer Induktionsrührer 23 ist in einem zylindrischen, abgeschlossenen Raum 22 zwischen der Innen- und Außenumfangswand 3 und 4 des trommelförmigen Körpers 2 angeordnet und übt eine in Umfangsrichtung gerichtete elektromagnetische Rührkraft auf die Metallschmelze m innerhalb des Ausgusses 15 aus. Der Rührer 23 umfasst einen zylindrischen Schichteisenkern 24 und eine Mehrzahl von um den Schichteisenkern 24 gewickelten Spulen 25. Der Schichteisenkern 24 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 26 und eine Mehrzahl von Vorsprüngen 27, die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen um eine Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 26 angeordnet sind und entlang einer Generatrixlinie verlaufen, wie am besten in 3 gezeigt ist. Jede der Spulen 25 ist um die benachbarten Vorsprünge 27 gewickelt, so dass Vorsprünge von zwei Spulen 25 einander in einer Projektion 27 überlappen.
Ein dünnes, zylindrisches Spulenhalteelement 28 ist innerhalb des Schichteisenkerns 24 angebracht, so dass Spitzenendflächen der Vorsprünge 27 sich in engem Kontakt mit dem Spulenhalteelement 28 befinden. Das zylindrische Element 28 ist innerhalb des zylindrischen geschlossenen Raums 22 angebracht, wobei ein Abschnitt seiner Innenumfangsfläche sich in engem Kontakt mit der ringförmigen Gummidichtung 9 befindet. Der Schichteisenkern 24 ist auf einem ringförmigen Trägerelement 29 angeordnet und durch eine Mehrzahl von Bolzen 30 und Muttern 31 an dem Halteelement 29 befestigt.
Eine Mehrzahl von Verbindern 32 sind jeweils zwei für eine Spule 25 vorgesehen und durch die untere Endwand 6 hindurch durch ein wasserdichtes Mittel montiert.
Eine Mehrzahl von Wasserzufuhröffnungen 33 ist in der Außenumfangswand 4 definiert, so dass Kühlwasser w durch jede der Wasserzufuhröffnungen 33 dem geschlossenen Raum 22 zugeführt wird. Eine Mehrzahl von Durchbohrungen 34 ist in dem zylindrischen Element 28 innerhalb des Schichteisenkerns 24 definiert und in der Nähe eines oberen Endes des zylindrischen Elements 28 angeordnet und daher ist ein Kühlwassersumpf 35 oberhalb der ringförmigen Gummidichtung 9 vorgesehen. Die wassergekühlte Gussform 13 wird mittels des Kühlwassersumpfs 35 gekühlt und weist eine Mehrzahl von Auslassbohrungen 36 zum Auslass des Kühlwassers w in den Kühlwassersumpf 35 schräg und nach unten auf.
Um ein Schmieröl zwischen der wassergekühlten Gussform 13 und der Metallschmelze m zuzuführen, ist ein Schmierölzufuhrdurchgang F_L, der unten beschrieben wird, um den Ausgang 15 herum vorgesehen. Eine untere Platte 37 der oberen Endwand 5 ist integral an einem oberen Ende des oberen zylindrischen Abschnitts 7 der Innenumfangswand 3 vorgesehen. Zwischen einer oberen Endplatte 38 und einer unteren Platte 37 der oberen Endwand 5 sind ein ringförmiger Durchgang 39, der den Ausguss 15 umgibt, und eine Mehrzahl von geraden Durchgängen 40, die radial von dem ringförmigen Durchgang 39 verlaufen, vorgesehen. Ein in der oberen Platte 38 definierter Einführdurchgang 41 steht mit Enden der geraden Durchgänge 40 in Verbindung und ist mit einer Ölzufuhrpumpe P verbunden. Wie am besten in 2 zu sehen ist, ist ein zylindrischer Durchgang 42 um den Ausguss 15 herum definiert, z. B. zwischen einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 14 und einer inneren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 12 in der gezeigten Ausführungsform, und eine Mehrzahl von schräg gerichteten Durchbohrungen 43 ist in einer Verbindung zwischen dem zylindrischen Abschnitt 12 und der unteren Platte 37 definiert, um die Verbindung zwischen dem zylindrischen Durchgang 42 und dem ringförmigen Durchgang 39 zu ermöglichen. Ein unteres Ende des zylindrischen Durchgangs 42 steht mit einer Mehrzahl von Auslassdurchgängen 44 in Verbindung, die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen in der wassergekühlten Gussform 13 definiert sind. Jeder der Auslassdurchgänge 44 ist L-förmig und weist einen Einlass 44a auf, der an einem Spitzenende eines vertikalen Abschnitts jedes Auslassdurchgangs 44 angeordnet ist und der zu der ringförmigen oberen Endfläche 11 hin offen ist, um mit dem zylindrischen Durchgang 42 in Verbindung zu stehen, sowie einen Auslass 44b, der an einem Spitzenende eines horizontalen Abschnitts jedes Auslassdurchgangs 44 angeordnet ist und der zu einer Innenumfangsfläche offen ist. Auf diese Weise umfasst der Schmierölzufuhrdurchgang F_L den Einführdurchgang 41, die geraden Durchgänge 40, den ringförmigen Durchgang 39, die Durchbohrungen 43, den zylindrischen Durchgang (den mit den Auslassdurchgängen 44 verbundenen Abschnitt) 42 und die Auslassdurchgänge 44.
Ein Öl mit einer Verdampfungsrate von 30% oder mehr bei 300°C, z. B. Terasu-Öl #46, #32 oder #22 (welches ein Handelsname ist und von Showa Shell Co. kommerziell erhältlich ist) wird üblicherweise allein als Schmieröl Lu verwendet. Ein anderes Schmieröl kann mit diesem Öl gemischt werden. Ein festes Schmiermittel, das in das Schmieröl Lu gemischt wird, um ein Schmiermittelgemisch zu bilden, das verwendet werden kann, ist ein PTFE-Pulver, ein Graphitpulver, ein BN-Pulver, ein Molybdänpulver (z. B. Molybdändisulfid) oder dergleichen. Die Menge A von eingemischtem festem Schmiermittel ist in einem Bereich von 1 Gew.% ≤ A ≤ 10 Gew.% festgesetzt.
Bei der oben beschriebenen Anordnung wird dann, wenn die Metallschmelze m, die z. B. eine Aluminiumlegierung umfasst, von der Metallschmelzenzufuhröffnung 20 der Metallschmelzenzufuhrwanne 19 in den Ausguss 15 zugeführt wird, eine elektromagnetische Rührkraft auf die Metallschmelze m in dem Ausguss 15 durch den Rührer 23 ausgeübt, und die Metallschmelze m wird dann durch die wassergekühlte Gussform 13 gekühlt, um einen Barren I zu erzeugen.
Bei diesem Gussablauf wird in der gezeigten Ausführungsform das Schmieröl Lu, während es in dem zylindrischen Durchgang 42 fließt, durch den Ausguss 15 erwärmt, z. B. das zylindrische Element 14, das eine von dem Ausguss 15 übertragene Wärme empfangen hat, so dass die dynamische Viskosität stabilisiert wird, wodurch die Menge von Schmieröl, das von jedem der Auslassdurchgänge 44 geliefert wird, angeglichen wird. Die Temperatur der Metallschmelze m, die in der Nähe des Auslasses 44b jedes der Schmieröl-Auslassdurchgänge 44 existiert, ist in einem Bereich von 300 bis 400°C und daher wird das Schmieröl Lu, das in dem Auslass 44b und in der Nähe des Auslasses 44b existiert, ferner durch die Metallschmelze m erwärmt, wodurch 30% oder mehr des Schmieröls Lu verdampft wird. Daher wird eine ringförmige Gasakkumulation G zum Beabstanden der Metallschmelze m von jedem der Auslässe 44b unterhalb des ringförmigen Vorsprungs 15a des Ausgusses 15 ausgebildet.
Durch ein derartiges Stranggussverfahren kann das Eindringen der Metallschmelze m in jeden der Auslässe 44b durch die ringförmige Gasakkumulation G verhindert werden, und daher kann die Erzeugung eines Gusshautfehlers in einer Außenumfangsfläche des Barrens I aufgrund der Auslässe 44b vermieden werden. Das nicht verdampfte Schmieröl Lu und/oder das feste Schmiermittel schmieren einen Bereich zwischen der wassergekühlten Gussform 13 und der Metallschmelze m.
Die ringförmige Gasakkumulation G wird sogar dann ausgebildet, wenn eine elektromagnetische Rührkraft wie oben beschrieben vorgesehen ist. Daher wird die ringförmige Gasakkumulation G selbstverständlich sogar bei einem gewöhnlichen Stranggussverfahren ausgebildet, bei dem das elektromagnetische Rühren nicht vorgesehen ist. Das Einformen der kristallisierten Produkte mit einem hohen Schmelzpunkt wird durch das elektromagnetische Rühren durchgeführt, und daher kann ein für ein Thixogießverfahren optimaler Barren I erhalten werden.
Eine in 4 und 5 gezeigte zweite Ausführungsform einer Stranggussvorrichtung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich bezüglich der Struktur der Schmieröldurchgänge 44. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von geraden Auslassdurchgängen 44 zwischen der ringförmigen unteren Endfläche 17 des Ausgusses 15 und der ringförmigen oberen Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von V-Nuten 45 radial in der ringförmigen oberen Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 definiert und die Auslassöffnungen 44 sind durch Schließen von nach oben geöffneten Öffnungen der V-Nuten 45 durch die ringförmige untere Endfläche 17 des Ausgusses 15 und die untere Endfläche des zylindrischen Elements 14 gebildet. Eine Beschichtungslage 46 mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizient niedriger als derjenige [0,331 cal/(cm·s·Grad)] der wassergekühlten Gussform 13, die aus der Aluminiumlegierung (A5052) hergestellt ist, ist an der ringförmigen oberen Endfläche 11 vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform ist die Beschichtungslage 46 aus einem Film aus rostfreiem Stahl [0,0617 cal/(cm·s·Grad)] mit einer Dicke von 50 μm gebildet und der Film aus rostfreiem Stahl ist an einer Innenfläche jeder der V-Nuten 45 und einer oberen Fläche jeder von Erhebungen 47 angebracht. Mit einer derartigen Konstruktion kann die Verringerung der Temperatur des Schmieröls Lu durch die wassergekühlte Gussform 13 durch die Beschichtungslage 46 unterdrückt werden, und daher kann die Verdampfung des Schmieröls Lu mehr als bei der ersten Ausführungsform begünstigt werden.
Eine in 6 bis 10 gezeigte dritte Ausführungsform einer Stranggussvorrichtung unterscheidet sich dementsprechend von der ersten Ausführungsform lediglich hinsichtlich der Struktur der Schmieröl-Auslassdurchgänge 44. Eine Auslassdurchgang-Festlegungsplatte 48, die ein Mehrzahl von Auslassdurchgängen 44 definiert, ist zwischen der ringförmigen unteren Endfläche 17 des Ausgusses 15 und der ringförmigen oberen Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 angeordnet. Die Auslassdurchgang-Festlegungsplatte 48 ist aus einem Material gebildet, das einen niedrigeren Wärmeleitfähigkeitskoeffizient aufweist als der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient [0,331 cal/(cm·s·Grad)] der wassergekühlten Gussform 13, z. B. Phosphorbronze [0,202 cal/(cm·s·Grad)], ein rostfreier Stahl [0,0617 cal/(cm·s·Grad)] oder dergleichen.
Die Auslassdurchgang-Festlegungsplatte 48 umfasst eine dünne obere und untere ringförmige Platte 49 und 50, die in einer überlagerten Weise zwischen dem Ausguss 15 und der wassergekühlten Gussform 13 angeordnet sind. Wie am besten in 8 und 9 zu sehen ist, weist die untere ringförmige Platte 50 eine Mehrzahl von Auslassdurchgangsschlitzen auf, die radial angeordnet sind, so dass sie von ihrer Innenumfangsfläche zu ihrem Außenumfang verlaufen und Öffnungen in der Innenumfangsfläche Auslässe 44b sind. Ein Ende jedes der Schlitze 51 an der Seite ihres Außenumfangs ist als eine kreisförmige Bohrung 52 ausgebildet. Wie in 10 gezeigt ist, besitzt die obere ringförmige Platte 49 eine Mehrzahl von U-förmigen Kerbeinlässen 44a, die radial an ihrem Außenumfang angeordnet sind. Jeder der Einlässe 44a passt mit jeweils einer der kreisförmigen Bohrungen 52 zusammen, die im Außenumfang der unteren ringförmigen Platte 50 angeordnet sind, und ist mit dem ringförmigen Durchgang 42 verbunden, der an der Schmierölzufuhrseite angeordnet ist, wie am besten in 6 und 7 zu sehen ist. Jeder der Einlässe 44a besitzt eine Fläche, die ausreichend größer ist als die der kreisförmigen Bohrungen 52.
Wenn die obere ringförmige Platte 49 an der Seite der ringförmigen unteren Endfläche 17 des Ausgusses 15 angeordnet ist, wie oben beschrieben, kann die Verengung des Auslassdurchgangs 44 aufgrund der thermischen Deformation des Ausgusses 15 vermieden werden. Zusätzlich kann dann, wenn die kreisförmige Bohrung 52 in jedem der Schlitze 51 vorgesehen ist und die Fläche jedes der Einlässe 44a größer ist, das Schmieröl Lu von dem zylindrischen Durchgang 42 sanft durch die Einlässe 44a und die kreisförmigen Bohrungen 52 zu den Hauptschlitzabschnitten 54 eingeführt werden. Die untere ringförmige Platte 50 wirkt als Auslassdurchgang-Festlegungsplatte 48 nur durch sich selbst.
(Beispiel 1)
Unter Verwendung der ersten Ausführungsform der Stranggussvorrichtung, die in 1 bis 3 gezeigt ist, und unter Verwendung von JIS AC2B als Aluminiumlegierung, die ein Startmaterial war, wurden die Beispiele 1 bis 11 von Barren mit einem Durchmesser von 152 mm in einer Gussweise erzeugt mit unterschiedlichen Arten von Schmierölen (einschließlich einem Schmierungsgemisch) Lu unter Bedingungen einer Gussgeschwindigkeit von 170 mm/min, einer Menge von zugeführtem Schmieröl von 1 ccm/min, einer Menge von zugeführtem Kühlwasser von 80 l/min und wobei eine Temperatur einer Metallschmelze in einem Bereich von 650 bis 690°C in der Metallschmelzenaufnahmeöffnung 21 des Ausgusses 15 eingestellt war und unter elektromagnetischem Rühren mit 50 Hz und 30 A unter Verwendung einer Vierpolspule.
Tabelle 1 zeigt den Typ des bei der Gusserzeugung der Beispiele 1 bis 11 verwendeten Schmieröls Lu, die Verdampfungsrate des Schmieröls bei 300°C und 400°C, die Menge A von eingemischtem PTFE-Pulver und den Zustand der Gusshaut des Barrens I. In Tabelle 1 bedeutet "passabel", dass die Gusshaut des Barrens I glatt ist, und "gut" bedeutet, dass der Grad der Glattheit besser ist als im Fall von "passabel". Bei dem Ölgemisch gilt: Terasu Öl #22 (das von Showa Shell Co. kommerziell erhältlich ist): Rizinusöl = 9 : 1 (Gew.%).
Tabelle 1
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass es zur Glättung der Gusshaut des Barrens I notwendig ist, ein Schmieröl Lu zu verwenden, das eine Verdampfungsrate von 30% oder mehr bei 300° aufweist und dass die Menge A von eingemischtem, festem Schmiermittel in einem Bereich von 1 Gew.% ≤ A ≤ 10 Gew.% sein muss.
(Beispiel 2)
Unter Verwendung der in 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführungsform der Stranggussvorrichtung, der in 6 bis 10 gezeigten und die aus Phosphorbronze hergestellte obere und untere ringförmige Platte 49 und 50 umfassenden dritten Ausführungsform der Stranggussvorrichtung sowie einer vierten Ausführungsform einer Stranggussvorrichtung, die lediglich eine untere ringförmige, aus Phosphorbronze hergestellte Platte verwendet, um die Auslassdurchgang-Festlegungsplatte 48 auszubilden, wurden Beispiele 1 bis 3 von Barren I mit einem Durchmesser von 152 mm in einer Gussweise hergestellt, die JIS AC2B als Aluminiumlegierung verwendet, das ein Startmaterial war, unter den Bedingungen einer Gussgeschwindigkeit von 170 mm/min, eines Schmieröls, das Terasu-Öl #46, kommerziell erhältlich von Showa Shell Co., umfasst, einer Menge von zugeführtem Schmieröl von 1 ccm/min, einer Menge von zugeführtem Kühlwasser von 80 l/min, einer eingestellten Temperatur einer Metallschmelze in einem Bereich von 650 bis 690°C in der Metallschmelzenaufnahmeöffnung 21 des Ausgusses 15 und unter elektromagnetischem Rühren mit 50 Hz und 30 A unter Verwendung einer Vierpolspule.
Tabelle 2 zeigt die Merkmale des Schmieröl-Auslassdurchgangs 44 und den Zustand der Gusshaut des Barrens für die Beispiele 1 bis 3. In Tabelle 2 bedeutet "exzellent", dass der Grad der Glattheit der Gusshaut des Barrens I besser ist als bei "gut".
Tabelle 2
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde in den Fällen der Beispiele 1 und 2 das Zuführen des Schmieröls Lu zu dem Auslassdurchgang 44 sanfter durchgeführt, und danach wurde die Verdampfung des Schmieröls begünstigt und das Zuführen des Schmieröls Lu zu der inneren Umfangsfläche der wassergekühlten Gussform 13, nämlich zwischen die wassergekühlte Gussform 13 und die Metallschmelze m, die mit der wassergekühlten Gussform 13 in Kontakt gelangt, wurde zufriedenstellend durchgeführt. Daher ist der Zustand der Gusshaut des Barrens I exzellent. Im Fall des Beispiels 3 wurde das Zuführen des Schmieröls Lu zu dem Auslassdurchgang 44 und die Verdampfung des Schmieröls Lu und das Zuführen des Schmieröls Lu zu der inneren Umfangsfläche der wassergekühlten Gussform 13 in gewissem Ausmaß behindert aufgrund thermischer Deformation des Ausgusses 15, weil nur die untere ringförmige Platte 50 verwendet wurde. Daher ist der Zustand der Gusshaut des Barrens I geringfügig schlecht, im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2. Wenn eine Beschichtungslage 46 aus einer Kupfer(Cu)-Schicht anstelle einer Schicht aus rostfreiem Stahl, nämlich eine Beschichtungslage 46 mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizient [0,923 cal/(cm·s·Grad)] größer als der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient [0,331 cal/(cm·s·Grad)] der wassergekühlten Gussform 13 in der in 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführungsform der Stranggussvorrichtung verwendet wurde, war der Zustand der Gussfläche des Barrens I "passabel". Hieraus versteht sich für den Fachmann die Bedeutung, dass der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der Beschichtungslage 46 niedriger gewählt wird als derjenige der wassergekühlten Gussform 13.
(Beispiel 3)
Eine fünfte Ausführungsform einer Stranggussvorrichtung 1 wird nun beschrieben, bei der die Erzeugung des Gusshautfehlers in einem Leichtmetalllegierungsbarren I aufgrund des Auslasses 44b vermieden werden kann ohne Vorsehen einer Gasakkumulation wie sie oben beschrieben wurde.
Die fünfte Ausführungsform der Stranggussvorrichtung 1 besitzt eine im Wesentlichen ähnliche Struktur wie die in 6 bis 10 gezeigte und enthält einen Ausguss 15 mit einer nach oben gewandten Metallschmelzenaufnahmeöffnung 21 und einem nach unten gewandten Metallschmelzenauslass 16, eine zylindrische, wassergekühlte Gussform 13, die unmittelbar unterhalb des Ausgusses 15 angeordnet ist, um eine Metallschmelze m von dem Metallschmelzenauslass 16 zu kühlen, einen Rührer 23 zur Ausübung einer kreisförmigen, elektromagnetischen Rührkraft auf die Metallschmelze m, und eine dünne obere und untere ringförmige Platte 49 und 50, die in einer überlagerten Weise zwischen einer ringförmigen unteren Endfläche 17 des Ausgusses 15 und einer ringförmigen oberen Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 angeordnet sind, um einen Schmieröl-Auslassdurchgang 44 zu definieren, der einen Auslass 44b mit einer ausreichenden Größe, um ein Schmieröl Lu zwischen der wassergekühlten Gussform 13 und der mit der wassergekühlten Gussform 13 in Kontakt stehenden Metallschmelze m zuzuführen und das Eindringen der Metallschmelze m zu verhindern. Die untere ringförmige Platte 50 besitzt eine Mehrzahl von Ausslassschlitzen 51, die von ihrer inneren Umfangsfläche zu ihrer äußeren Umfangsfläche verlaufen und Öffnungen in der inneren Umfangsfläche aufweisen, die die Auslässe 44b sind. Andererseits besitzt die obere ringförmige Platte 49 eine Mehrzahl von U-förmigen Kerbeinlässen 44a, von denen jeder mit einem Ende jedes der Schlitze 51 zusammenpasst, die im Außenumfang der unteren ringförmigen Platte 50 angeordnet sind, d. h. einer kreisförmigen Bohrung 52, und mit einem zylindrischen Durchgang 42 verbunden ist, der an der Schmierölzufuhrseite angeordnet ist.
In diesem Fall sind die obere und die untere ringförmige Platte 49 und 50 aus einem rostfreien Stahl (JIS SUS304H) gebildet und weisen eine Dicke T (6) auf, die auf 50 μm festgesetzt ist. Jeder der Schlitze 51 weist eine Breite Wd (9) auf, die auf 0,5 mm festgesetzt ist, und die ringförmige Bohrung 52 besitzt einen Durchmesser D (9), der auf 1,0 mm festgesetzt ist. Daher ist die Größe der Öffnung des Auslasses 44b 50 μm lang und 0,5 mm weit. Wenn die longitudinale Länge der Öffnung 100 μm oder weniger ist unter den Bedingungen eines elektromagnetischen Rührens, ist es möglich, das Eindringen der Metallschmelze m in den Auslass 44b zu verhindern.
(Beispiel 4)
Eine sechste Ausführungsform einer in 11 gezeigten Stranggussvorrichtung ist ähnlich zu der Vorrichtung der dritten Ausführungsform, außer dass eine Schmierölheizung 55 in der Nähe des Einlasses 44a des Auslassdurchgangs 44 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist eine ringförmige Nut 56 unmittelbar oberhalb der den Auslassdurchgang definierenden Platte 48 am unteren Abschnitt der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 12 angeordnet, um dem zylindrischen Durchgang 42 gegenüberzuliegen, und die ringförmige elektrische Heizung 55 ist in der ringförmigen Nut 56 angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung kann das Schmieröl Lu durch die Heizung 55 positiv erwärmt werden, so dass dessen dynamische Viskosität stabilisiert werden kann, wodurch das Schmieröl Lu im Wesentlichen gleichförmig von den Auslassdurchgängen 44 geliefert erden kann. In diesem Fall muss derjenige Abschnitt des Schmierölzufuhrdurchgangs F_L, der mit den Auslassdurchgängen 44 verbunden ist, nicht unbedingt um den Ausguss 15 herum angeordnet sein.
Unter Verwendung der sechsten Ausführungsform wurde die Beziehung zwischen der dynamischen Viskosität ν des Schmieröls Lu und der Anzahl von Gusshautfehlerpunkten in dem Barren I unten betrachtet.
Tabelle 3 zeigt die Typen von Beispielen 1 bis 4 des Schmieröls Lu und die Menge A von eingemischtem PTFE. Die Beispiele 1 bis 4 entsprechen jeweils den Beispielen 1 und 5 bis 7 der Barren in Tabelle 1 und folglich ist deren Verdampfungsrate bei 300°C 30% oder mehr.
Tabelle 3
12 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur und der dynamischen Viskosität ν des Schmieröls Lu für die Beispiele 1 bis 4. Aus 12 ist ersichtlich, dass in einem Bereich der dynamischen Viskosität ν ≤ 30²/sec eine Variation der dynamischen Viskosität ν relativ zu einer Variation der Temperatur extrem klein ist.
Die Gussbedingungen wurden auf diejenigen in Beispiel 1 angewendet, außer dass die Temperatur der Metallschmelze auf 730°C gesetzt wurde und die Heizung 55 reguliert wurde, um die Temperatur des Schmieröls Lu in dem Einlass 44a jedes der Auslassdurchgänge 44 auf verschiedene Pegel zu variieren. Die oben beschriebene "Anzahl von Gusshautfehlerpunkten" wurde als eine Durchschnittsanzahl von Gusshautfehlerpunkten bestimmt, die in einem Bereich von 1 m in der AUF des Barrens angeordnet waren.
13 zeigt die Ergebnisse der obigen Betrachtung. Wie aus 13 deutlich wird, kann dann, wenn die dynamische Viskosität ν der Beispiele 1 bis 4 des Schmieröls in einem Bereich von ν ≤ 30 mm²/sec festgesetzt ist, ein Barren I mit einer guten Gusshaut erzeugt werden.
Man beachte, dass eine Heizung auch bei der ersten, zweiten, vierten und fünften Ausführungsform der Stranggussvorrichtung 1 verwendet werden kann.
[AUSFÜHRUNGSFORM II (14 bis 21))
Eine in 14 und 15 gezeigte Stranggussvorrichtung 1 vom Heißkopf-Typ weist eine ähnliche Struktur auf wie diejenige, die in der Ausführungsform I beschrieben worden ist. Insbesondere besitzt die Stranggussvorrichtung 1 vom Heißkopf-Typ einen trommelförmigen Körper 2 mit einer vertikal gewandten Achse. Der trommelförmige Körper 2 umfasst eine innere Umfangswand 3, eine äußere Umfangswand 4, die in einem vorbestimmten Abstand um einen Außenumfang der inneren Umfangswand 3 angeordnet ist, eine ringförmige obere Endwand 5, die an oberen Enden der Wände 3 und 4 angeordnet ist, und eine ringförmige untere Endwand 6, die an unteren Enden der Wände 3 und 4 angeordnet ist.
Die innere Umfangswand 3 umfasst einen oberen zylindrischen Abschnitt 7 und einen unteren zylindrischen Abschnitt 8. Ein nach innen gewandter ringförmiger Abschnitt 10 einer ringförmigen Gummidichtung 9, die über einer äußeren Umfangsfläche eines unteren Abschnitts des oberen zylindrischen Abschnitts 7 angebracht ist, ist zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 7 und 8 angeordnet, um einen Abschnitt zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 7 und 8 abzudichten. Eine untere Hälfte des oberen zylindrischen Abschnitts 7 ist mit einer größeren Dicke ausgebildet als eine obere Hälfte, so dass eine ringförmige Stufe 11 innerhalb der unteren Hälfte ausgebildet ist, wodurch eine zylindrische, wassergekühlte Gussform 13 gebildet wird, die eine vertikal gewandte Achse n aufweist. Die zylindrische, wassergekühlte Gussform 13 ist aus einer Aluminiumlegierung (z. B. A5052) gebildet.
Der zylindrische Abschnitt 12 umgibt einen Ausguss 15, wobei ein dünnes, zylindrisches Element 14 dazwischen angeordnet ist, so dass eine ringförmige untere Endfläche 17, die einen nach unten gewandten Metallschmelzenauslass 16 des Ausgusses 15 definiert, gegen die ringförmige obere Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 stößt. Eine ringförmige Wegnahmeverhinderungsplatte 18 ist über einem Abschnitt des Ausgusses 15 angebracht, der von der oberen Endwand 5 vorsteht. Die Wegnahmeverhinderungsplatte 18 ist an der oberen Endwand 5 befestigt. Der Ausguss 15 ist aus Kalziumsilikat gebildet, das eine Wärmeisolierungseigenschaft und eine Feuerbeständigkeit aufweist. Alternativ können Aluminiumoxid, Siliziumdioxid oder dgl. als Material zur Bildung des Ausgusses 15 verwendet werden. Eine Metallschmelzenzufuhrwanne 19 zum horizontalen Eingießen der Metallschmelze ist oberhalb des Ausgusses 15 angeordnet und weist eine nach unten gewandte Metallschmelzenzufuhröffnung 20 auf, die mit einer nach oben gewandten Metallschmelzenaufnahmeöffnung 21 des Ausgusses 15 in Verbindung steht.
Ein elektromagnetischer Induktionstyp-Rührer 23 ist in einem zylindrischen, abgeschlossenen Raum 22 zwischen der inneren und der äußeren Umfangswand 3 und 4 des trommelförmigen Körpers 2 angeordnet und übt eine in Umfangsrichtung wirkende elektromagnetische Rührkraft auf die Metallschmelze m innerhalb des Ausgusses 15 aus. Der Rührer 23 umfasst einen zylindrischen Schichteisenkern 24 und eine Mehrzahl von Spulen 25, die um den Schichteisenkern 24 gewickelt sind. Der Schichteisenkern 24 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 26 und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung in gleichen Abständen um eine innere Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 26 angeordnete Vorsprünge 27, die in einer Richtung einer Generatrix-Linie verlaufen, wie am besten in dem in 3 gezeigten Schichteisenkern 24 zu sehen ist. Jede der Spulen 25 ist um die benachbarten Vorsprünge 27 gewickelt, so dass Abschnitte zweier Spulen 25 einander an einem Vorsprung 27 überlappen. Eine Metallschmelzenrührzone S innerhalb des Ausgusses 15 ist ein durch eine Gruppe von Spulen 25, die eine im Wesentlichen zylindrische Form bilden, umgebener Raum und ist daher ein Bereich von einem Zwischenabschnitt innerhalb des Ausgusses 15, der auf derselben Höhe liegt wie eine obere Endfläche der Gruppe von Spulen 25 zum Metallschmelzenauslass 16.
Ein dünnes, zylindrisches Spulenhalteelement 28 ist innerhalb des Schichteisenkerns 24 angebracht, so dass Spitzenendflächen der Vorsprünge 27 sich in engem Kontakt mit dem Spulenhalteelement 28 befinden. Das zylindrische Element 28 ist innerhalb des zylindrischen geschlossenen Raums 22 befestigt, wobei ein Abschnitt seiner inneren Umfangsfläche sich in engem Kontakt mit der ringförmigen Gummidichtung 9 befindet. Der Schichteisenkern 24 ist an einem ringförmigen Trägerelement 29 angeordnet und an dem Trägerelement 29 durch eine Mehrzahl von Bolzen 30 und Muttern 31 befestigt. Eine Mehrzahl von Verbindern 32 ist jeweils zwei für eine Spule 25 hergestellt und durch die untere Endwand 6 durch ein wasserdichtes Mittel montiert.
Eine Mehrzahl von Wasserzufuhröffnungen 33 ist in der äußeren Umfangswand 4 definiert, so dass das Kühlwasser w durch jede der Wasserzufuhröffnungen 33 in den geschlossenen Raum 22 zugeführt wird. Eine Mehrzahl von Durchbohrungen 34 ist in dem zylindrischen Element 28 innerhalb des Schichteisenkerns 24 definiert und in der Nähe eines oberen Endes des zylindrischen Elements 28 angeordnet, und daher ist ein Kühlwassersumpf 35 oberhalb der ringförmigen Gummidichtung 9 vorgesehen. Die wassergekühlte Gussform 13 wird mittels des Kühlwassersumpfs 35 gekühlt und weist eine Mehrzahl von Auslassbohrungen 36 zum Auslassen des Kühlwassers w in den Kühlwassersumpf 35 schräg nach unten auf. Durchbohrungen 34 sind ebenfalls in einem unteren Abschnitt des zylindrischen Elements 28 definiert.
Um ein Schmieröl der inneren Umfangsfläche der wassergekühlten Gussform 13 zuzuführen, ist ein Schmierölzufuhrdurchgang F_L, der unten beschrieben wird, um den Ausguss 15 herum vorgesehen. Eine untere Platte 37 der oberen Endwand 5 ist integral an einem oberen Ende des oberen zylindrischen Abschnitts 7 der inneren Umfangswand 3 vorgesehen. Zwischen einer oberen Platte 38 und der unteren Platte 37 der oberen Endwand 5 sind ein ringförmiger Durchgang 39, der den Ausguss 15 umgibt, und eine Mehrzahl von geraden Durchgängen 40, die radial von dem ringförmigen Durchgang 39 verlaufen, vorgesehen. Ein in der oberen Platte 38 definierter Einlass 41 steht mit Enden der geraden Durchgänge 40 in Verbindung und ist mit einer Ölzufuhrpumpe P verbunden. Wie am besten in 15 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von, z. B. acht (in der gezeigten Ausführungsform), Verteilungsdurchgängen 42 zwischen der inneren Umfangsfläche der oberen Hälfte 12 des oberen zylindrischen Abschnitts 7 und einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 14 vorgesehen, und eine Mehrzahl von schräg gewandten Durchbohrungen 43 ist in einer Verbindung zwischen dem zylindrischen Abschnitt 12 und der unteren Platte 37 definiert, um die Verbindung zwischen dem zylindrischen Durchgang 42 und dem ringförmigen Durchgang 39 zu ermöglichen. Eine Mehrzahl von schräg nach unten gewandten Durchbohrungen 43 ist in einer Verbindung zwischen der oberen Hälfte 12 der unteren Platte 37 definiert, um die Verbindung zwischen den Verteilungsdurchgängen 57 und dem ringförmigen Durchgang 39 zu ermöglichen. Untere Enden der Verteilungsdurchgänge 57 stehen durch ringförmige Durchgänge 59 mit einer Mehrzahl von z. B. vierundsechzig (in der gezeigten Ausführungsform) Auslassöffnungen 58 in Verbindung, die radial in der Nähe der ringförmigen oberen Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 angeordnet sind, z. B. zwischen der oberen Endfläche 11 und der ringförmigen unteren Endfläche 17 des Ausgusses 15 in der Ausführungsform. Jedes Pflanzenöl, wie Rizinusöl, Rapsöl und dgl. oder eine Mischung davon und eines Mineralöls oder eines synthetischen Öls können als Schmieröl verwendet werden.
In 14 würde dann, wenn eine Metallschmelze m mit z. B. einer Aluminiumlegierungszusammensetzung von der Metallschmelzenzufuhröffnung 20 der Metallschmelzenzufuhrwanne 19 in den Ausguss 15 zugeführt wird, die Metallschmelze m in die wassergekühlte Gussform 13 eingeführt, die unmittelbar unterhalb des Ausgusses 15 angeordnet ist, während sie unter einer durch den Rührer 23 bereitgestellten elektromagnetischen Rührkraft in Umfangsrichtung gedreht wird, und wird dann in der wassergekühlten Gussform 13 gekühlt, um einen Barren I bereitzustellen. Während dieser Zeit wird das Schmieröl von jeder von Auslassöffnungen 58 ausgestoßen. In diesem Fall ist eine Richtung des Abziehens des Barrens von oben nach unten.
Bei der Stranggussvorrichtung 1 weist jeder der Verteilungsdurchgänge 57 eine Verengung 60 an seinem unteren Abschnitt auf, wie in 15 und 16 zu sehen ist. Wie am besten in 17 zu sehen ist, ist eine Ausnehmungsnut 61 zum Definieren jedes der Verteilungsdurchgänge 57 derart definiert, dass sie sich entlang einer Generatrix-Linie erstreckt, und dass der Abschnitt 62 der Ausnehmungsnut 61, der der Verengung entspricht, schmaler ist als ein Hauptabschnitt 63, der einen derartigen Abschnitt ausschließt. Ein unteres Ende jedes der der Verengung entsprechenden Abschnitte 62 öffnet sich in obere Abschnitte b₁ eines Paars von gegenüberliegenden inneren Wänden einer ringförmigen Nut 64, die im Querschnitt U-förmig ist und sich nach innen öffnet. Ein unterer Abschnitt b₂ der gegenüberliegenden Innenwände liegt auf einer Ebene, die von der ringförmigen oberen Endfläche 11 der wassergekühlten Gussform 13 verläuft.
Ausnehmungen 65 zum Definieren der Auslassöffnungen 58 sind in der ringförmigen oberen Endfläche 11 definiert, wodurch die eine vierseitige Öffnung aufweisende Auslassöffnung 58 durch Anordnen der ringförmigen unteren Endfläche 17 des Ausgusses 15 auf einer Erhebung 66 zwischen den benachbarten Ausnehmungsnuten 65 definiert wird, wie am besten in 15 gezeigt ist. Ringförmige Durchgänge 59, von denen jeder die Verbindung zwischen jeder der Verengungen 60 und jeder der Auslassöffnungen 58 ermöglicht, sind durch Zusammenwirken der ringförmigen unteren Endfläche des zylindrischen Elements 14, der äußeren Umfangsfläche des unteren Endes des Ausgusses 15 und des äußeren Umfangs der ringförmigen oberen Endfläche 11 definiert, und weisen einen Innenumfang auf, der einem äußeren Ende jeder der Auslassöffnungen 58 gegenüberliegt.
In 17 ist die Länge L (mm) jeder der Auslassöffnungen 58 in der Barrenabzugsrichtung auf einen Wert festgesetzt, der es ermöglicht, dass die Erzeugung eines Durchbruchs vermieden wird. Ferner ist die Beziehung zwischen einer Summe A₁ (d₁ × 64) der Querschnittsflächen d₁ (mm²) aller der Auslassöffnungen 58 und einer Summe A₂ (d₂ × 8) der Querschnittsflächen d₂ (mm²) aller der Verengungen 60 auf A₁ > A₂ festgesetzt, und das Verhältnis A₂/A₁ zwischen den Summen A₁ und A₂ der Querschnittsflächen ist in einem Bereich von Lmin/L ≤ A2/A1 ≤ 1 – (1/Fmax)Ffestgesetzt, wobei Lmin (mm) ein Minimalwert der Länge der Auslassöffnung 58 in der Barrenabzugsrichtung ist und abhängig von der Kapazität der Ölzufuhrpumpe P variiert; F(Hz) eine Frequenz für die Vibration eines auf die Auslassöffnung 58 ausgeübten Metallschmelzendrucks ist und einen Wert f₁ annimmt, wenn die Metallschmelze m nicht gerührt wird, und einen Wert (f₁ + f₂) annimmt, der aus der Addition einer Rührfrequenz f₂ zu dem Wert f₁ resultiert, wenn die Metallschmelze m gerührt wird; und Fmax (Hz) eine Frequenz für die Vibration des auf die Auslassöffnung 58 ausgeübten Metallschmelzendrucks ist, wenn das Verhältnis A₂/A₁ = 0 ist. Die Frequenz f₁ (Hz) im nicht gerührten Metallschmelzenzustand aufgrund des Heißkopf-Typs wird durch f₁ = (c/60 × (1/L)) repräsentiert, wobei c eine Barrenabzugsgeschwindigkeit (mm/min) repräsentiert. In diesem Fall bedeutet c/60, dass die Geschwindigkeit in eine Geschwindigkeit pro Sekunde umgewandelt wird.
Mit der obigen Anordnung der Stranggussvorrichtung steigt dann, wenn die Vibration in der Metallschmelze m auf jede der Auslassöffnungen 58 ausgeübt wird, der Innendruck in jeder der Auslassöffnungen 58 mit einer derartigen Ausübung aufgrund des Vorhandenseins der Verengung 60 an. Daher werden das Eindringen der Metallschmelze m in die Auslassöffnungen 58 und der begleitende Rückstrom des Schmieröls verhindert und die Vibration der Metallschmelze m kann nicht direkt auf jede der Verengungen 60 ausgeübt werden und folglich wird eine Menge des Schmieröls, die durch die Verengung 60 gesteuert/geregelt wird, gleichförmig von jeder der Auslassöffnungen 58 ausgestoßen. Daher ist es möglich, die Aufrauung der Gusshaut des Barrens I, die Erzeugung eines Durchbruchs und dgl. zu verhindern.
Ein besonderes Beispiel wird unten beschrieben.
Tabelle 4 zeigt die Zusammensetzung einer in diesem besonderen Beispiel verwendeten Aluminiumlegierung.
Tabelle 4
Unter Verwendung der Aluminiumlegierung wurde ein Barren I in einer Gussweise durch die oben beschriebene Stranggussvorrichtung ohne Rühren der Metallschmelze m erzeugt, wobei der elektromagnetische Induktionstyp-Rührer 23 in einem Nichtbetriebszustand war. In diesem Fall war die Schmelztemperatur 730°C, die Temperatur der Metallschmelze unmittelbar oberhalb des Ausgusses 15 war 650°C, der Durchmesser des Barrens I war 152 mm und die Barrenabzugsgeschwindigkeit c war variabel.
Tabelle 5 zeigt die Querschnittsfläche d₁ (konstant) und dergleichen der Auslassöffnung 58 und die Querschnittsfläche d₂ (variabel) der Verengung 60, und Tabelle 6 zeigt die Summe A₁ (konstant) der Querschnittsflächen, die Summe A₂ (variabel) der Querschnittsflächen und das Summenverhältnis A₂/A₁.
Tabelle 5
Tabelle 6 A₁ = d₁ × 64 A₂ = d₂ × 8
[1] Obere Grenze des Verhältnisses A₂/A₁ zwischen den Querschnittsflächen
Tabelle 7 zeigt die Beziehung zwischen der Barrenabzugsgeschwindigkeit c der Länge L der Auslassöffnung 58 in der Barrenabzugsrichtung ebenso wie die Frequenz F = f₁ für die Vibration des Metallschmelzendrucks und das Verhältnis A₂/A₁ der Summen A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen, und die Anzahl von aufgerauten Abschnitten der Gusshaut pro 1 m des Barrens I.
Tabelle 7
Tabelle 8 zeigt die Beziehung zwischen der Barrenabzugsgeschwindigkeit c, wenn die Metallschmelze m durch Betreiben des elektromagnetischen Induktionstyp-Rührers 23 gerührt wurde, die Länge L der Auslassöffnung 58 in der Barrenabzugsrichtung ebenso wie die Frequenz F = f₁ (siehe Tabelle 7) + f₂ für die Vibration des Metallschmelzendrucks, und das Verhältnis A₂/A₁ der Summen A₁ und A₂ der beiden Querschnittsflächen, und die Anzahl von aufgerauten Abschnitten (einschließlich zurückgesetzten Spuren und dgl.) der Gusshaut pro 1 m des Barrens I.
Tabelle 8
Wenn keine Verengung 60 in jedem der Verteilungsdurchgänge 57 des Schmierölzufuhrdurchgangs F_L vorgesehen ist und das Verhältnis A₂/A₁ der Summe A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen gleich 1 ist, wurde das Eindringen der Metallschmelze m in die Auslassöffnung 58 und dgl. bei dem oben beschriebenen Gussvorgang beobachtet, solange die Frequenz F 0 Hz war. Wenn nämlich F > 0 Hz war, sind die Verengungen 60 erforderlich, um das Eindringen der Metallschmelze m in die Auslassöffnungen 58 und dgl. zu verhindern.
Andererseits wurde klargemacht, dass dann, wenn das Verhältnis A₂/A₁ gleich 0 war, nämlich die Summe A₂ der Querschnittsflächen der Verengungen 60 gleich 0 mm² war, und die Frequenz F zu der Zeit, zu der die Metallschmelze m in die beispielsweise als eine Blindbohrenform ausgebildeten Auslassöffnungen 58 eindringt, durch Fmax repräsentiert wird, in dem oben beschriebenen Gussbeispiel, bei dem das Rühren der Metallschmelze m durchgeführt wurde, Fmax ≌ 200 Hz gilt. Dies bedeutet, dass dann, wenn Fmax ≥ 200 Hz ist, das Zuführen des Schmieröls durchgeführt werden kann.
18 ist ein Graph, der erzeugt wurde durch Nehmen der Frequenz F auf einer x-Achse in rechtwinkligen Koordinaten und Nehmen des Verhältnisses A₂/A₁ der Summen A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen auf einer y-Achse der rechtwinkligen Koordinaten, Verbinden eines Grenzpunktes des Verhältnisses A₂/A₁ und eines Grenzpunktes der Frequenz F jeweils miteinander und Auftragen der Beziehung zwischen dem Verhältnis A₂/A₁, wenn die Anzahl von aufgerauten Abschnitten der Gusshaut in dem Barren I null ist, und dem Maximalwert der Frequenz F auf der Basis der Tabellen 7 und 8. Ein Liniensegment, das beide Grenzpunkte (0,1.0) und (200,0) miteinander verbindet, wird als A₂/A₁ = 1 – (1/Fmax)F repräsentiert, nämlich A₂/A₁ = 1 – (1/200)F, und es wurde klargemacht, dass Punkte, die anzeigen, dass die Anzahl von aufgerauten Abschnitten der Gusshaut null ist, auf oder unterhalb des Liniensegments angeordnet sind. Um sicherzustellen, dass die Anzahl von aufgerauten Abschnitten der Gusshaut null ist, ist es daher notwendig, die Beziehung zwischen dem Verhältnis A₂/A₁ und der Frequenz F als A₂/A₁ = 1 – (1/Fmax)F zu bestimmen.
[2] Länge L der Auslassöffnung in Barrenabzugsrichtung
Der Gussvorgang wurde durchgeführt, wobei die Länge L der Auslassöffnungen 58 in der Barrenabzugsrichtung als eine Variable unter Bedingungen einer Barrenabzugsgeschwindigkeit c gleich 100 mm/min und eines Verhältnisses A₂/A₁ = 0,1 oder 0,5 und unter Bedingungen einer Barrenabzugsgeschwindigkeit c gleich 400 mm/min und eines Verhältnisses A₂/A₁ gleich 0,1 oder 0,5 bei einer Rührfrequenz f₂ der Metallschmelze m gleich 25 Hz festgesetzt war, und die Beziehung zwischen der Länge L und der Erzeugung eines Durchbruchs wurde untersucht, um die in Tabelle 9 gezeigten Ergebnisse bereitzustellen.
Tabelle 9
Aus Tabelle 9 ist ersichtlich, dass, um einen Durchbruch zu vermeiden, es notwendig ist, dass die Länge L in der Barrenabzugsrichtung in einem Bereich von 0,045 mm ≤ L ≤ 1,5 mm festgesetzt ist. Wenn jedoch L < 0,045 mm ist, ist es schwierig zu bewirken, dass das Schmieröl die Auslassöffnung 58 verlässt oder es kann wegen der geringen Länge L manchmal fehlschlagen, dass es die Auslassöffnung verlässt, was zu dem Durchbruch führt. Wenn andererseits L > 1,5 mm ist, dringt die Metallschmelze m in die Auslassöffnung 58 sogar dann ein, wenn die Verengungen 60 vorgesehen sind, wegen der großen Länge L, was zu dem Durchbruch führt.
[3] Untere Grenze des Verhältnisses A₂/A₁ der Summen A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen
Wenn der Minimalwert der Länge L der Auslassöffnung 58 in der Barrenabzugsrichtung, die ausreichend ist, um das Auslassen des Schmieröls zu ermöglichen, durch Lmin (mm) repräsentiert wird, ist der untere Grenzwert des Verhältnisses A₂/A₁ auf gleich Lmin/L festgesetzt, um sicherzustellen, dass die Aufrauung der Gusshaut des Barrens I nicht erzeugt wird. In der Ausführungsform ist der Minimalwert Lmin gleich 0,0045 mm aus der Beziehung zur Kapazität der Zuführpumpe P.
19 zeigt das Verhältnis A₂/A₁ gleich 0,0045/L, wenn die Länge L der Auslassöffnung 58 in der Barrenabzugsrichtung als eine x-Achse und das Verhältnis A₂/A₁ der Summen A₁ und A₂ beider Querschnittsflächen als eine x-Achse in rechtwinkligen Koordinaten genommen wird. Daher wird das Verhältnis A₂/A₁ in einem Bereich des Verhältnisses A₂/A₁ > Lmin/L festgesetzt.
[4] Gradient der Auslassöffnung und Qualität des Barrens
Das Schmieröl wird in einem offenen Ende jeder der Auslassöffnungen 58 verdampft um ein Gas zu erzeugen. Wenn dieses Gas in den Schmierölzufuhrdurchgang F_L eindringt und nicht von diesem sanft ausgestoßen wird, wird der Durchgang F_L mit dem Schmieröl verstopft, was zu einer Reduzierung der Qualität des Erscheinungsbilds des Barrens I aufgrund der Aufrauung der Gussfläche führt. Wenn das Gas in die Metallschmelze m eindringt, verringert sich die Qualität des Erscheinungsbilds des Barrens I aufgrund der Erzeugung von Blasen.
Ein solches Verhalten des Gases hängt von dem Gradient jeder der Auslassöffnungen 58 ab.
Daher ist der Gradient jeder der Auslassöffnungen 58 bezüglich der Barrenabzugsrichtung a₁, wie in 20 gezeigt, nämlich der Gradient in einer vertikalen Ebene, in der folgenden Weise bestimmt: Wenn eine horizontale Linie j in jeder vertikalen Ebene h gezeichnet wird, die die Mittellinie g jeder Auslassöffnung 58 enthält, wird der durch die Mittellinie g bezüglich der horizontalen Linie j gebildete Winkel α innerhalb eines Bereichs von 45° nach oben von der horizontalen Linie j und 15° nach unten von der horizontalen Linie j bestimmt. Dies gilt in dem Fall, in dem die Metallschmelze m gerührt wird, und in dem Fall, in dem die Metallschmelze m nicht gerührt wird.
Mit einer solchen Anordnung der Auslassöffnung wird dann, wenn das in dem offenen Ende der Auslassöffnung 58 durch Verdampfung des Schmieröls erzeugte Gas in den Schmierölzufuhrdurchgang F_L eindringt, das Gas sanft ausgestoßen. Andererseits wird das zu der Metallschmelze m geschickte Gas außerhalb der wassergekühlten Gussform 13 zusammen mit dem Barren I durch Abziehen des Barrens I ausgestoßen. Daher wird der Barren I mit einer guten Erscheinungsqualität und einer guten internen Qualität erzeugt. Wenn jedoch der Winkel α die Grenze von 45° oberhalb der horizontalen Linie j überschreitet, wird die interne Qualität des Barrens I verschlechtert. Wenn andererseits der Winkel α die Grenze von 15° unterhalb der horizontalen Linie j überschreitet, wird die Erscheinungsqualität des Barrens I verschlechtert.
In dem Fall, in dem die Metallschmelze m gerührt wird, wird der Gradient jeder Auslassöffnung 58 in einer Richtung a₂ der Drehung der Metallschmelze m wie in 21 gezeigt, nämlich der Gradient in der horizontalen Ebene, in der folgenden Weise bestimmt: Wenn eine Mehrzahl von Referenzlinien o, die die Achse n der zylindrischen Gussform 13 entsprechend der Mittellinie jeder Auslassöffnung 58 schneiden, in einer horizontalen Ebene k, die die Mittellinie g jeder Auslassöffnung 58 enthält, gezeichnet werden, wird aus der Sicht perspektivisch von oben der durch jede der Mittellinien g bezüglich jeder der Referenzlinien o gebildete Winkel β innerhalb eines Bereichs von 30° nach vorne in der Richtung a₂ der Drehung der Metallschmelze von der Referenzlinie o und um 15° nach hinten in der Richtung a₂ der Drehung der Metallschmelze von der Referenzlinie o bestimmt. Dies gilt für die Auslassöffnung 58, in der die Mittellinie g in der vertikalen Ebene h in 20 horizontal ist, und die Auslassöffnung 58, in der die Mittellinie g den Gradient (α) innerhalb der vertikalen Ebene h aufweist.
Mit einer solchen Anordnung wird dann, wenn das in dem offenen Ende der Auslassöffnung 58 durch die Verdampfung des Schmieröls erzeugte Gas in den Schmierölzufuhrdurchgang F_L eindringt, das Gas sanft ausgestoßen. Andererseits wird das zu der Metallschmelze m geschickte Gas außerhalb der wassergekühlten Gussform 13 zusammen mit dem Barren I durch Abziehen des Barrens I ausgestoßen. Daher wird der Barren mit einer guten Erscheinungsqualität und einer guten internen Qualität erzeugt. Wenn jedoch der Winkel β die Grenze von 30° nach vorn in der Richtung a₁ der Drehung der Metallschmelze von der Referenzlinie o überschreitet, wird die interne Qualität des Barrens I verschlechtert. Wenn andererseits der Winkel β die Grenze von 15° nach hinten in der Richtung a₁ der Drehung der Metallschmelze von der Referenzlinie o überschreitet, wird die Erscheinungsqualität des Barrens I verschlechtert.

Claims

Stranggussverfahren zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung, um einen aus einer Leichtmetalllegierung hergestellten Barren (I) zu erzeugen, unter Verwendung einer Strangussvorrichtung (1), umfassend eine zylindrische, wassergekühlte Gussform (13), die unmittelbar unterhalb eines Ausgusses (15) angeordnet ist, der eine nach oben gewandte Metallschmelzenaufnahmeöffnung (21) und einen nach unten gewandten Metallschmelzenauslass (16) aufweist und der einen Innenradius (r₁) größer als ein Innenradius (r₂) des Metallschmelzenauslasses (16) aufweist, und Schmierölauslassdurchgänge (44), die um einen Bereich herum vorgesehen sind, an dem eine ringförmige untere Endfläche (17) des Ausgusses (15) und eine ringförmige obere Endfläche (11) der wassergekühlten Gussform (13) zusammentreffen, wobei das Stranggussverfahren die folgenden Schritte aufweist: – Zuführen eines Schmieröls (Lu) von den Schmieröldurchgängen (44) zu einem Abschnitt zwischen der wassergekühlten Gussform (13) und der mit der wassergekühlten Gussform in Kontakt gebrachten Metallschmelze (m), wobei das Schmieröl eine Verdampfungsrate von 30% oder mehr bei 300°C aufweist, und – Definieren einer ringförmigen Gasakkumulation (G) unter einem ringförmigen Vorsprung (15a) des Ausgusses (15) durch Verdampfen des Schmieröls, um die Metallschmelze (m) von den Auslässen (44b) der Schmieröldurchgänge (44) fernzuhalten.
Stranggussverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausüben einer in Umfangsrichtung wirkenden elektromagnetischen Rührkraft auf die Metallschmelze (m) durch Verwendung eines Rührers (23).
Stranggussverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmiermittelgemisch des Schmieröls (Lu) und eines festen Schmiermittels verwendet wird, wobei die Menge A des eingemischten festen Schmiermittels in einem Bereich von 1 Gewichts-% ≤ A ≤ 10 Gewichts-% liegt.
Stranggussverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Viskosität ν des Schmieröls (Lu) in den Einlässen (44a) der Schmieröldurchgänge (44) bei ν ≤ 30 mm²/s liegt.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung, umfassend – einen Ausguss (15) mit einer nach oben gewandten Metallschmelzenaufnahmeöffnung (21) und einem nach unten gewandten Metallschmelzenauslass (16), – eine zylindrische, wassergekühlte Gussform (13), die unmittelbar unterhalb des Ausgusses (15) angeordnet ist, um eine Metallschmelze (m) von dem Metallschmelzenauslass (16) zu kühlen, und die einen Innenradius (r₁) größer als ein Innenradius (r₂) des Metallschmelzenauslasses (16) aufweist, – einen Rührer (23) zum Ausüben einer in Umfangsrichtung wirkenden elektromagnetischen Rührkraft auf die Metallschmelze (m), und – Schmierölauslassdurchgänge (44), die um einen Bereich herum angeordnet sind, wo eine ringförmige untere Endfläche (17) des Ausgusses (151 und eine ringförmige obere Endfläche (11) der wassergekühlten Gussform (13) aufeinandertreffen, um ein Schmieröl (Lu) einem Abschnitt zwischen der wassergekühlten Gussform (13) und der in Kontakt mit der wassergekühlten Gussform (13) gebrachten Metallschmelze (m) zuzuführen, wobei die Schmieröldurchgänge (44) zu einem Abschnitt direkt unterhalb eines ringförmigen Vorsprungs (15a) des Ausgusses hin offen sind.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmieröldurchgänge (44) dafür ausgebildet sind, das Schmieröl in einer Form abzugeben, in der 30% oder mehr des Schmieröls verdampft ist.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überzugsschicht (461 an der ringförmigen oberen Endfläche (11) vorgesehen ist, die einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient geringer als der der wassergekühlten Gussform (13) aufweist.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdurchgänge (44) durch eine Platte (48) definiert sind, die zwischen dem Ausguss (15) und der wassergekühlten Gussform (131 angeordnet ist und aus einem Material gebildet ist, das einen geringeren Wärmeleitungskoeffizient aufweist als der der wassergekühlten Gussform.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine dünne obere und eine dünne untere Platte (49, 50) in einer einander überlagerten Weise zwischen dem Ausguss (15) und der wassergekühlten Gussform (13) angeordnet sind, um die Schmierölauslassdurchgänge (44) zu definieren, die Auslässe (44b) aufweisen mit einer Größe, die ausreichend ist, um ein Schmieröl (Lu) einem Abschnitt zwischen der wassergekühlten Gussform (13) und der in Kontakt mit der wassergekühlten Gussform gebrachten Metallschmelze (m) zuzuführen, aber das Eindringen der Metallschmelze (m) zu verhindern, wobei die untere ringförmige Platte (50) eine Mehrzahl von Auslassdurchgangsschlitzen (51) aufweist, die von einer inneren Umfangsfläche zu einem Außenumfang der unteren ringförmigen Platte (50) verlaufen, wobei Öffnungen der Auslassdurchgangsschlitze an der inneren Umfangsfläche die Auslässe (44b) sind und wobei die obere ringförmige Platte (49) eine Mehrzahl von Einlässen (44a) aufweist, die mit Enden der Schlitze (51) zusammenpassen, die am Außenumfang der unteren ringförmigen Platte (50) angeordnet und mit einer Schmierölzufuhrseite verbunden sind.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassdurchgänge (44) in einem Schmierölzufuhrdurchgang (F_L) enthalten sind und dass der Abschnitt (42) des Schmierölzufuhrdurchgangs (F_L), der mit den Auslassdurchgängen (44) verbunden ist, um den Ausguss (15) herum angeordnet ist.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, ferner gekennzeichnet durch eine Schmierölheizung (35), die in der Nähe der Einlässe (44a) der Auslassdurchgänge (44) angeordnet ist.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische, wassergekühlte Gussform (13) eine vertikal gerichtete Achse (n) aufweist und dass ein Zufuhrdurchgang (F_L) zum Zuführen eines Schmieröls zu einer Innenumfangsflächenseite der zylindrischen, wassergekühlten Gussform (13) vorgesehen ist, wobei der Zufuhrdurchgang (F_L) eine Mehrzahl von Auslassöffnungen (58) aufweist, die in der Nähe eines ringförmigen oberen Endes der zylindrischen, wassergekühlten Gussform (13) angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Verengungen (60) aufweisende Verteilungsdurchgänge (57) zum Verteilen des Schmieröls auf die Auslassöffnungen (58) aufweist, wobei die Länge L jeder der Auslassöffnungen (58) in einer Barrenabzugsrichtung auf einen Wert festgesetzt ist, der ausreicht, um die Erzeugung eines Durchbruchs zu vermeiden, wobei die Beziehung zwischen einer Summe A₁ von Querschnittsflächen aller der Auslassöffnungen (58) und eine Summe A₂ von Querschnittsflächen aller der Verengungen (60) bestimmt ist, um sicherzustellen, dass A₁ > A₂, wobei das Verhältnis A₂/A₁ beider Summen A₁ und A₂ der Querschnittsflächen in einem Bereich von Lmin/L ≤ A2/A1 ≤ 1 – (1/Fmax)Fliegt, wobei Lmin ein Minimalwert der Länge der Auslassöffnung (58) in der Barrenabzugsrichtung ist, die ausreichend ist, um das Schmieröl abzugeben, F eine Frequenz für die Vibration eines auf die Auslassöffnung ausgeübten Metallschmelzendrucks ist und einen Wert f₁ annimmt, wenn die Metallschmelze (m) nicht gerührt wird, und einen Wert (f₁ + f₂) annimmt, der sich aus der Addition einer Rührfrequenz f₂ zu dem Wert f₁ ergibt, wenn die Metallschmelze (m) gerührt wird, und Fmax eine eine Frequenz für die Vibration des auf die Auslassöffnung (58) ausgeübten Metallschmelzendrucks ist, wenn das Verhältnis A₂/A₁ gleich Null ist.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn auf jeder der die Mittellinie (g) jeder der Auslassöffnungen (58) enthaltenden vertikalen Ebene (h) eine horizontale Linie (j) gezeichnet wird, der durch die Mittellinie (g) bezüglich der horizontalen Linie (j) gebildete Winkel α innerhalb eines Bereichs von 45° nach oben von der horizontalen Linie (j) und 15° nach unten von der horizontalen Linie (j) bestimmt ist.
Stranggussvorrichtung zum Stranggießen einer Leichtmetalllegierung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Mehrzahl von Bezugslinien (o), die entsprechend den Mittellinien (g) der Auslassöffnungen (58) die Achse (n) der zylindrischen Gussform (13) schneiden, auf die die Mittellinien (g) enthaltenden horizontalen Ebenen (k) gezeichnet werden, perspektivisch von oben gesehen, der durch jeder der Mittellinien (g) bezüglich jeder der Referenzlinien (o) gebildete Winkel β innerhalb eines Bereiches von 30° nach vorn zur Richtung (a₂) der Rotation der Metallschmelze und von 15° nach hinten zur Richtung (a₂) der Rotation der Metallschmelze bestimmt ist.