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Konischer Dorn zum stetigen Gießen von metallischen Rohren Beim stetigen
Gießen von metallischen Rohren oder Hohlsträngen ist zur Bildung der Höhlung in
dem Erzeugnis ein gekühlter oder ungekühlter Dorn erforderlich. Dieser kann sowohl
zylindrisch als auch konisch sein. Im praktischen Betrieb hat sich gezeigt, daß
das Gießgut bei der Erstarrung auf die Oberfläche des Dornes leicht aufschrumpft,
so daß das stetige Gießen unterbrochen werden muß, und meistens wird dabei auch
noch der gebildete Strang und/oder Dorn beschädigt.
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Es ist bereits bekannt, daß die Dornsteigung von der Schrumpfung des
erstarrenden Gießgutes abhängig ist, jedoch ist mit dieser Maßnahme allein das stetige
Gießen von Hohlsträngen nicht möglich.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Schrumpfen des Gießgutes
auf den Dorn beim stetigen Gießen von' metallischen Rohren oder Hohlsträngen unabhängig
von dem Außendurchmesser des herzustellenden Rohres und dessen Wandstärke zu vermeiden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Steigung des konisch ausgebildeten
Dornes in Einklang gebracht ist mit der Art des vergossenen Gießwerkstoffes, der
angewandten Kühlungsart für den abwandernden Strang und der Tiefe des Gießlunkers
in dem sich bildenden Strang.
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Bekanntlich schrumpfen Metalle bzw. eutektische Legierungen beim Übergang
vom flüssigen zum festen Zustand bei gleichbleibender Temperatur, so daß nach erfolgter
Erstarrung über den Querschnitt die weitere Schrumpfung nur mehr von dem Terriperaturausdehnungskoeffizienten
abhängig ist. Bei nicht eutektischen Legierungen dagegen verläuft die Erstarrung
bekanntlich bereits in einem Intervall, so daß bei solchen Werkstoffen sich ein
Kristallbrei bei der Erstarrung des Gießgutes als Übergang zwischen dem flüssigen
und dem festen Zustand bildet. In diesem Kristallbrei findet auch schon eine Schrumpfung
statt. Die Dicke des Kristallbreies bei den nicht
eutektischen Legierungen
ist also von Einfluß auf die Größe der Schrumpfung. Aber auch die Art der Kühlung
bestimmt mit die Größe der Schrumpfung des schmelzflüssig vergossenen Werkstoffes.
So zeigen metallische Stränge, die ohne direkte Kühlung, also in einer verhältnismäßig
langen Kokille, stetig vergossen und innerhalb der Gießform restlos über den Querschnitt
zur Erstarrung gebracht wurden, eine wesentlich geringere Schwindung als Stränge
gleicher Zusammensetzung, die in verhältnismäßig kurzer Kokille stetig vergossen
und nach dem Austritt des Stranges mit flüssigem Strangkern durch unmittelbar anschließende
direkte Kühlung rasch über den Strangquerschnitt zur Erstarrung gebracht wurden.
Im ersten Fall verläuft die Erstarrung und damit die in unmittelbarem Zusammenhang
stehende Schrumpfung über eine längere, im letzteren Fall über eine kürzere Strecke.
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Es wurde nun gefunden, daß sich unter Berücksichtigung aller dieser
Umstände für die erfindungsgemäße Dornsteigung x (Tangens des Steigungswinkels)
zum stetigen Gießen von metallischen Rohren oder Hohlsträngen folgende Formel ergibt
In dieser Formel bedeutet k eine Konstante, die hauptsächlich vom Dorndurchmesser,
den Abmessungen der Kokille und denGießbedingungen abhängig ist. Für die Konstante
k wurden für einen Dorndurchmesser von 1o cm aufwärts die Werte 1,4 bis i,2 ermittelt,
während die Werte für einen Dorndurchmesser von io bis i cm 1,4 bis 2,5 betragen,
D die gewünschte lichte Rohrweite in Zentimeter, d die Dicke des Kristallbreies
in Zentimeter, b das Schwindmaß in Prozent, atz den mittleren, linearen Ausdehnungskoeffizienten
für den festen Zustand des vergossenen Gießwerkstoffes im Temperaturbereich t1 bis
to in cm/cm' C, t1 Strangtemperatur bei Schmelzbeginn in °C, to Strangtemperatur
im festen Zustand bei Raumtemperatur in °C.
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Berechnet man für eine Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierung für a
= 23 - io-s cm/cm°C, b = 2,7 °/o und d = io mm die Dornsteigung in Abhängigkeit
von dem Dorndurchmesser, so liegen diese Werte auf einer Geraden, die in der Zeichnung
dargestellt ist. Aus dieser Kurve ergibt sich, daß die Steigung mit wachsendem Dorndurchmesser
zunimmt.
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Im nachfolgenden wird ein Zahlenbeispiel gegeben: Gewollte lichte
Rohrweite in MillimeterD = 5o Dicke des Kristallbreies in Millimeter (ermittelt
durch Temperaturmessung des erstarrenden Bolzens) ....... d = io Schwindungsmaß
in Prozent ...... b = 2,7 Strangtemperatur in ° C . . . . . . . . . . to = z8 Beginn
der Schmelzung (Soliduslinie) in ° C ........................ t1 - 528 Spanne t1
bis to in ° C . . . . . . . . . . . = 510
Mittlerer Ausdehnungskoeffizient
zwischen 18 und 528° C in cm/cm ° C a = 23 - 1o-8 Konstante k für
D = 50 mm ..... 1,4 bis 1,2 Setzt man die vorstehenden Daten
in die Rechnung ein, so ergibt sich:
x = 1,2 ' 2,5 " 0,0153 , x = 0,046. Die erfindungsgemäße Dornsteigung ist besonders
wichtig bei ungekühlten Dornen, da bei diesen eine Aufheizung des Dornes durch das
schmelzflüssig vergossene Gießgut stattfindet. Bei diesen erhöhten Temperaturen
ist aber die Widerstandsfähigkeit des Dornes gegen Reibung oder Zugbeanspruchung
wesentlich geringer als bei den Raumtemperaturen, so daß schon eine geringe mechanische
Beanspruchung zum Bruch des Dornes führen muß.
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Es ist besonders zweckmäßig, den Dorn mit der erfindungsgemäßen Steigung
parabolisch auf seiner Oberfläche auszubilden, weil dadurch auch größere Schwankungen
des Gießspiegels ohne nachteiligen Einfluß sind. Außerdem kann der erfindungsgemäße
Dorn auch noch Druckausgleichsöffnungen haben, die beim Absenken des Dornes in den
flüssigen Gießkopf zu Beginn des stetigen Gießens zweckmäßig verschlossen und erst
nach Beginn des Gießens wieder geöffnet werden. Die parabolische Ausbildung der
Oberfläche des erfindungsgemäßen Dornes und die Anwendung von Druckausgleichsöffnungen
bei ihm gehören nicht zur Erfindung.
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Der erfindungsgemäße Dorn hat sich beim stetigen Gießen metallischer
Rohre oder Hohlstränge sehr gut bewährt, weil keine Aufschrumpfung des erstarrenden
Gießgutes auf ihn mehr eintritt. Dadurch ist auch eine nachteilige Beschädigung
des Dornes und/oder des Gießgutes ausgeschaltet. Bei reinen Metallen oder eutektischen
metallischen Werkstoffen wird er vorzugsweise als Kühldorn ausgebildet, während
nicht eutektische Werkstoffe sowohl mit urgekühltem als auch gekühltem Dorn in der
erfindungsgemäßen Ausbildung stetig vergossen werden können. Der erfindungsgemäße
Dorn wird hierbei in einer gekühlten oder urgekühlten Gießform in der Regel konzentrisch
in bekannter Weise gehalten. Das in die Form stetig vergossene metallische Gießgut
in Hohlstrangform wird dann zweckmäßig an der Stelle des Dornes zur Erstarrung über
den ganzen Querschnitt gebracht, wo der Dorndurchmesser dem Solldurchmesser der
lichten Weite des herzustellenden Hohlstranges entspricht, so daß nur noch eine
geringe thermische Schrumpfung des Werkstückes stattfindet. Dies kann durch entsprechend
geregelte Zuführung und Kühlung des Gießgutes ohne weiteres erreicht werden.