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Verfahren zum Gießen von Strängen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Gießen von. Strängen, insbesondere aus Leichtmetall, in gekühlten.
Durcblaufkok,illen.
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Die Erfahrung hat gezeigt, d@aß ;die beste Oberfläche und die geringsten
Seigerunge:n der soge-73 nannte Tütenguß hervorbringt. Demgegenüber hat diese Gießart
dem mit stärkerem Abschrecken arbeitenden Stranggießverfahrengegenüber den Nachteil,
d.aß das Gußstück eine grobkörnigere Struktur aufweist. Aufgabe der Erfindung ist,
die Vorteile beider Verfahren zu vereinen, ohne deren Nachteile mit in: Kauf nehmen
zu müssen. Es wurde gefunden, daß eine wesentliche Voraussetzung zur Lösung dieser
Aufgabe in ,der Schaffung einer weitergehend horiizontalen Erstarrungsfront, salis
bisher .möglich -war, besteht. Demgemäß wird die Aufgabe der Erfindung in, erster
Linie daAuroh gelöst, daß das dein Gießkopf entsprechende Metallvolumen im wesentlichen
bis an die Sol.lerstarrungsebene geheizt, ein erlhebldcher Teil des unterhalb dieser
Ebene liegenden Metallvolumens dagegen im wesentlichen bis an, die Sallerstarrungsebene
istark gekühlt wird.
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Um zu erreichen, daß das Metall in der oberen Zone vollkommen, d.
h. jauch ran :den Rändern, flüssig bleibt, eist es nötig, diesen Teill der Kokille
zu beheizen. Um aber gleichzeitig die unter der beheizten Zone Iiegendestark gekühlte
Zone nicht zu stören, :ist es zunächst nötig, daß zwischen den Koki:llenteilen der
warmen und kalten Zone eine isolierende Trennwand vorgesehen wird und d:aß eine
Wärm®übertnagiung auf ,diese Trennwand mögl,
ich:st vermieden oder
jedenfalls so geleitet wird, daß der überganig an der Kokillenwand von warm auf
kalt möglichst kraß und,scharf begrenzt ist.
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Die Erzeugung der erforderlichen Wärme kann auf verschiedene Weise
geschehen: :durch elektrische Widerstandis'heizung,durch Gas- öder @sonstige Flummenheizun
g, (durch Umpumpen von heißen Flüssigkeiten, z. B. Öl oder Salzlö,sunigen, durch
Aufgabe von Salz, Idas :durch die Temperatur ides zu vergießenden Metalles schmilzt
und durch Umpumpen von heißen- Flüssigkeiten, z. B. Öl oder Salzlösungen, zur Beheizung
benutzt wind, und durch Umpumpen von flüs:sii:gem Metall, z. B. Blei.
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Die Beheizung durch Flüssigkeitenhat den Vorteil, @daß die Wärmeübertragung
auf die Kokillenwand sehrintensiv ist; insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit umgepumpt
wird, und außerdem den Vorteil, daß die Wärmeübertragung biis an die unterste Stelle
öder warmen. Zone quartiert erreicht wird. Die Gleichmäßigkeit der Wärmeübertragung
i:st außerdem durch Flüssigkeiten am ibesten sichergestellt, wie ;auch: ,die Temperaturkontrolle
bei umgepumpten Flüssigkeiten keinerlei Schwierigkeiten macht. Auf eine Trennwand
kann, unter Umständen verzichtet werden.
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Die in der unterhalb der Sollerstarrungsebene zu erfolgende :möglichst
starke Kühlurig kann durch dreierlei Arten erreicht werden: durch eine kurze Kokille
in Farm eines Kühlringes, ran Iden eich die Zone des Hauptwärmeentzuges durch Direktkühlung
unmittelbar anschließt, .durch eine längere Kokille mit sehr Iutenis:iver Kühlung;
diese wird z. B. erreicht -durch eine Kokille, bei .der zum Zwecke des Wärmeentzuges
ein im Kreislauf geführtes Kältem@ittel im Kühlmantel,der Kokille verdampft und
in einem 'höher als der Kühlmantel ungeordneten Kon-@densiator wieder verflüssigt
wird, wobei Idas System unter gleichbleibendem Druck vorzugsweise unter Vakuum gehalten
wird, durch eine .Kokille, bei der die formgebende eigentliche Kokille mit einem
oberen heizbaren und einem daran anschließenden kühlbaren Kokillenmantel :oder Kühlband
iausgehildet ist und,die formgebende Kokille im gewissen Umfange in den Heiz- bzw.
Kühlmänteln bzw. Kühlbad axial bewegt werden kann; der kontinu.ierliche Arbeitsgang
wird währenddessen aufrechterhalten.
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Die Jurch die obigen Mittel bereits erzielte Wirkung zur Lösung der
igestellten Aufgabe lann @da,-durch weiter igesteigert werden, @daß man mach einem
weiteren Merkmal der Erfindung eine Relativbewegung zwischen Metall und Kokille
entlang der Erstarrungs:strecke verhindert.
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Die Bedingung, @daß :das erstarrende Metall in Ruhe an, ider Kakillenwand
bleiben muß;damit Seilt erungen vermieden werden, @st nur für einen Teil :der Metalle
und Metallegierungen erforderlich. Überaill :dort, wo, Seigerung en nicht auftreten
können, kann auf die Ei:n,nichtung für diese Bedingungen verzichtet werden.
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Seigerun!gen können im Bedarfsfall dadurch vermieden werden, daß :man
idie Kokille nach bekannter Art eine gewisise Strecke nach unten, mit dem Gußstück
mit gleicher Geschwindigkeit bewegt, uni sie anschließend mit erhöhter Geschwindigkeit
wJeder nach oben, @d. h. entgegen der Fortbewegungsrichtung des Stranges, zu bewegen.
Eine ähnliche Gießart kann nun,dazu.benutzt werden, um eine Relat:ivbewegung zwiechen
.noch flüssigem bzw. plastischem Metall und Kokille zu verhindern. Zu diesem Zweck
wird der Hub ider Kokille 'solang gewählt, @daß die Kokille -mit dem Gußstück @so
lange nach unten wandert, bdis idie Erstarrung genügend weit fortgeschritten ist
und somit eine Schädigung des Gußstücksdurch eine Relativbewegung nichtmehr eintreten
kann. Dann bewegt sich ,die Kokille mit erhöhter Geschwindigkeit möglichst schnell
nach oben, .während, der Strang .mit der alten Geschwindigkeit .nach unten weiterwandert.
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Während der Autwärts:bewegung der Kokille trittselbstverständlich
die an eich zu vermeidende Relativbewegung zwischen Guß:stück rund, Kokille ein;
es wird folglich hier immer eine gewisse Länge .des Gusses geben, die iden Anforderungen
nicht völlig entspricht. Man. hat es aber in der Hand, -dieses Stück möglichst klein
zu machen, iindem die Aufwärtsbewegung möglichst rasch idurchigeführt wird. Soll
ein ,gewissen Fällen selbst dieser geringe Mängel behoben werden, @so kann -man
z. B. während der Aufwärtsbewegung mit .dem Gießen aufhören und erst -weitergie@ßen,
wenn die Kokille in ihrer obersten Endlage angekommen ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Kokille ungeheizten
sowie im gekühlten Teil aus einem Stückbestehen, wodurch der Vorteil erzielt wird;
@d;aß beim Übergang von wärm auf kalt keine Trennfuge entsteht.
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Die Erfiadung sei ;an Hand ider Zeichnungen. näher erläutert. In diesen
zeigt Fdg. r eine erste Aiisführuugform einer Kokille gemäß der Erfindung, Fig.
2 eine zweite Auisführungsform, 'bei der der gekühlte Teil als: Ringkokille ausgebildet
ist, Fig. 3 eine dritte, Aus:füihrungs,form mit uä:mitte.lbarer Beheizung des flüssigen
Gießkopfes mittels einer Heizflus:siigkeit, Schmelze od. d@gl., Fig. ¢ und 5 abgeäuderte
Autsführunigsformen der Anordnung nach Eig. 3 und Fig. 6 eine Ausführungsform mit
beweglicher formgebender Kokille.
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Nach Feig. i bestecht die Kokille laus einem beheizten Teil i und
aus einem gekühlten 2. Mit 3 ist eine wärmeisolierende Trennwand zwischen heißem
und kaltem Kokillenteil bezeichnet. q. Ist die elektri!s:ch:e Witdenstandsheizunig
für :den geheizten Teil, während Ziffer 5 :den zu kühlenden Kokillenteil 2 konzentrisch
umgebende, überednander angeordnete Schalen bezeichnet, die von dem Kältemittel
kaskadenar:tig @du.rchflosisen werden. 6 nst :der noch @sch:melzflüs,si@ge Metallteil,
(d. !h. :der flüssige Gießkopf, während 7 den erstarrten Strang bezeichnet. Dias
Metall wirdder Kokille,durcheine Zuführunigsrinne 8 zugeleitet. Um Aden oberen Teil
der Form .auf Temperatur zu halten, i,st noch eine Isolation 9 vorgesehen. ro und
zi :bezeic'hnen :die Zu.- und Ableitungen für das Kältemittel am Mantel 12, der
zusammen
mit dem zu kühlenden KOkillenteil a und den Verdampferschalen 5,den Verdampfer,des
oben beschriebenen Kühlsvstems bildet. Über ,die Leitung i i gelangt das verdampfte
Kältemittel in den höher gelegenen, in Fig. i nicht dargestellten Kondensator und
von diesem, verflüssigt, zurück zu der Zuführungsleitung io.
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Fig. 2 zeigt dieselbe Einrichtung, ,nur mit dem Unterschied"daß an
Stelle Idas kalten I#,'-okililenteil!s a (Fig. i) eine Ringkokilile ao mit Wasseraustritt
aoa zur direkten Kühlung des Strangteiles 7 @unmittelbar nach @seinem Austritt aus
dem Kokillenende vorgesehen Ist.
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Selbstverständlich kann im Bedarfsfall der aus der Kokille iaustretende
Strang nach zusätzlich gekühlt oder erwärmt werden, je nachdem es die Spannungsverhältnisse
im Gußstück und die Erstarriungsbedingurgen zur Erlangung der für den einzelnen
Zweck bestgeeigneten Struktur verlangen.
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Ebenso versteht es @sdch, @d@aß mit der Arbeitsweise bzw. Kokille
nach der Erfindung ,alle zusätzlichen Maßnahmen bzw. Einrichtungen gekuppelt werden
können, die In der Stranggießtechnik an sich bekannt und für die Güte des Gusses
erforderlich sind. Es sei nur ein Beispiel genannt.
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Um das Metall in der oberen. Zone auf genaue Temperatur einstellen
und halten zu können, kann auf die Metalloberfläche eine auf die gewünschte Temperatur
geheizte Flüssigkeit aufgebracht werden, z. B. eiine Salzlösung. Dias Aufbringen:
kann entweder dadurch erfolgen, d@aß die Salzlösung in einem besonderen Behälter
für sich geschmolzen, auf die Solltemperatur gebracht und dann mittels besonderer
Zu- und Abführungsleitungen a:uf die Metalloberfläche geführt -und wieder abgezogen
wird. Einfacher rund betriebssicherer ist,die Verfahrensweise, Bads Heizmittel für
den urarmen Teil der Kokillenzane eine Flüssigkeit zu nehmen und den oberen Kokillen.teil
mit entsprechenden Durchbrechungen und Zu- und Abflußlaitungen zu versehen, so daß
die Flüssigkeit gleichzeitig die Kokille !heizt und als heizende Abdeckung über
der Metalloberfläche dient,. Da die Flüssigkeit in PuMpbewegung ist, können gleichzeitig
lalle Veru.nreinIgungen, die an .die Metallwandoberfläche steigen, mitgenommen ,und
durch Reinigung der Flüssigkeit außerhalb der Kokille entfernt werden.
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Eine zu dieser Arbeitsweise geeignete VorrichtUng ü'st in Fig. 3 beispielsweise
dargestellt.
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Mit ioi ist der oberdurchbrochene heiße Teil .der Kokillenwandbezeichnet,
während. der untere nicht durchbrochene gekühlte Teil gleich wie der entsprechende
Warmteil der Vorrichtung nach Fig. i beschaffen und,daher ,auch mit den gleichen
Bezugszeichen versehen ist. Gleiche Bezugszeichen wie oben sind' auch verwendet
für Aden flüssigen Gießkopf 6, für den erstarrenden bzw. erstarrten Metallteil ?
und für die Gießgutzuführungsleitung B. Zwischen Odem kalten Teil ioi und dem warmen
Teil 2 der Vorrichtung isst die bereits beschriebene Wärmedichtung 3 eingesetzt.
Mit ioz Bist die zur Beheizung dienende Salzschmelze bezeichnet; s.ie liegt auch
über dem Gießspiegel 6a. D-ie Salzschmelze ioa wird mittels einer Pumpe 103 im Kreislauflurch
den .den Warmteil ioi der Vorrichtung umschließenden Mantel io¢, die Leitung
105, den Reiniger io6 und die Au:fheizvorrichtung 107 im Kreislauf d @urehgepwmpt.
Mit io8 sind Leitbleche bezeichnet, ,die dazu angeordnet und ;ausgebilid,et tsind,
der Salzischmelze ioa einen: hestimmten Strömungsweg im Behälter 10q. aufzuzwingen.
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Fig. q entspricht im wesentlichen ider Ausführungsform der Fig. 3,
,mit ,dem Unterschied jedoch, daß die Metallzuführung nicht durch.,die Schnauze
der Gießrinne von oben erfolgt; die Kokille erhält vielmehr einen zusätzliehen Anbau
201, der gleichfalls mit -der Salzlösung geheizt ist. Das flüssige Metall steht
so im oberen Teil der Kdksl'le, @daß kein Salz aus der Kokille in den( Fülltrichter
gelangen kann. Bei dieser Ausführungsform sind die Zuführung des flüssigen Metalls
und' die Kontrolle ,des tatsächlichen Metallstandes sehr einfach.
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Während nach, Fig. 4 ,der obere Teil der Kokille noch durch einen
vergleichsweise schmalen Kanal mit Frischmetall gespeist wird, ist nach Fig. 5 der
Gießkopf zu einem seitlichen Sumpf 301 erweitert, der aber auch innerhalb der Isolierhaube
104 untergebracht bist. D-ie Zuführung des Metalls erfolgt hier wieder :durch den
Gießtrichter B.
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Die Wärmedichtung 3 kann, verschiedene Ausbilidung erhalten. Normalerweüse
wird sie nach ,dem !heißen Kokillenteil zu, abisoliert sein. Bei Verwendung einer
Kokille, ,bei der zum Zweck intensiver Kühlung ein J.m Kreislauf geführtes Kältemittel
verdampft wird., ist die gute Abisolierung besonders einflach, da von der heißen
Kokille nur Dampf an die Isolierurig herantritt. Man kann in, diesem Hall bunter
Umständen den umgekehrten Weg einschlagen und auf jegliche Isolierung verzichten;
dann, wird der durch die Kühlung entstehende Dampf noch überhitzt und kann die abgegebene
Wärme in dem Rückkühler wieder weiterverwendet werden. Daidurch, daß keine dicken
Isolierschichten benötigt wenden, kann dann die Trennung zwischen kaltem und heißem
Kokillenteil sehr scharf gemacht werden.
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Wie bereits erwähnt, ist es anzustreben, die Kokillenwand, im geheizten
und gekühlten Teil ein,-@stückig herzustellen, um beim Übergang des Gußstückes keine
Trennfuge zu, erhalten., die dass Weitengleiter in der Kokille stören könnte. Natürlich
ist es aber .möglich, eine zweiteilige Kokille zu .benutzen, die ;beiden Teile aus
verschiedenen Werkstoffen herzustellen und diese zu verschweißen, zu verschrauben
oder durch beliebige Mittel zu verbinden. Oder aber man kann die Kokillenwand aus
einem durchgehenden, starkwandigen, einheitlichen Werkstoff fertigen und ,den oberen
geheizten Teil etwas ausdrehen und mit einem anderen schlecht wärmeleitenden Werkstoff,
z. B. Graphit, Kahlen oder feuerfeste Steinmassen, füttern.
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Der den, seitlichen Fülltrichter bzw. Sumpf einthalternde Teil der
Kokille wird sinngemäß, je nach Art das zu vergießenden. Metalls, gleichfalls mit
einem
schlecht wärmeleitenden Stoff, wie Kahle, Graphit, feuerfesten Steinen, ausgefüttert
oder aus-.geschmiert.
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In Fig. 6 ,ist eine weitere Ansfizhrungs:form des Erfindungsgedankens,
dargestellt. Es wird hier grundsätzlich der Gießkopf zusammen mit Odem formgebenden
Teil der Kokille aufs rdem geheizten in hdengekühlten Kokillenteil übergeführt.
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Mit 4or, 4o2 und 4o3 sind die Wände einer langen Kokille bezeichnet,
die auf einem nicht dargestellten Tisch gelagert ist, welcher eine auf und ab gehende
Bewegung in lotrechter Richtung ausführen kann. Der Buntere Teil der Kokille 403
führt durch eine stopfbüchhsenarfige Dichtung 404 eines Behälters, 4o5, der vom
Hubtisch :unabhängig; d. h. im Raum feststehend gelagert und. mit einem ,Kühlmittel
gefüllt ist, welches durch die Stutzen 406, 407 erneuert werden kann.
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Bei der Abwärtsbewegung des Hubtisches bewegt sich rauch :die Koki@lJe
nach unten und geht demnach durch den Behälter 405 hindurch,. Bei dieser Abwärtsbewegung
.der Kokille wandern auch ,die Kokillenwandteile 4or, 4o2 und 4o3 nach unten; während
also der (bishergekühlte) Teil 40,3 unter .den Kühlbehälter 405 -,gelangt, tritt
Oder bisher geheizte) Teil 402 ein das Kühlmittel ein und erfährt eine ,starke Kühlung.
Über der Kühlflüssigkeit befindet sich die Heizung für (den Teil der Kokille, der
sich nicht dm Kühlmittel befindet.
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Die Arbeitsweise mit rdieser Gießvorrichtung ist die folgende: Hubhöhe
sei die Strecke c-b. Dias MeW16 ist bis an die Kokillenwand heran flüssig und wird
durch 'die Heizung 4dauernd flüssig gehalten: Es ist bei rder Einführung des Metalls
nicht erforderlich, (dies mit besonderer Sorgfalt @durchzuführen, -da ein beliebig
hoher Sumpf flüssigen Metalls gehalten werden kann..
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Wird mit dem Gießen ;begonnen und der Hub, tisc' . in Betrieb gesetzt,
so fährt die Kokille um .die Strecke a-b nach unten, wodurch eine entsprechende
Länge von Metallsäule ,aus dem Heizraum in den Kühlraum 405 und eine gleichfalls
entsprechende Länge erstarrten Metalls aus dem Kühlrauem 4o-5 nach unten austritt.
Währenddessen fließt durch Iden Gießtrichter g die gleiche Menge an flüssigem Metall
nach. Das rin dein. Kühlraum eingetretene Metall erstarrt.
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Die Absenk- und Hubgeschwindigkeit sowie die Kakillenlänge wenden
so gewählt"daß sich rdie Kokille rso lange nach unten in den Kühlraum 405 bewegt,
bis die .soeben( in denKühlrau.m eingeführte Metallmenge (Länge a-b) erstarrt ist;
rdann wandert die Kokille mach oben, während rder erstarrte Strang mit der alten
Geschwindigkeit nach unkten weiterläuft. Es besteht (aber -im Bedarfsfall auch die
Möglichkeit, rdaß das Absenken: des. erstarrten Stranges absatzweise erfolgt.
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Die Verfahrensweisse nach der Erfindung hat den Vorteil, daß einer
sehr scharfe Trennung zwirschen erhitztem und gekühltem Teil ,des Metalls erreicht
wird und damit quer zum Gußstück eine ganz flache, horizontale Enstarrungäfront,
während bei den bekannten Verfahren die Erstarrung nur längs des Gußstückes mit
einem tiefen Gußlunker möglich ist, sofern ;man nicht besondere Zusatzvorrichtungen
benutzt.
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Auch wird der Vorteil erzielt, daß die früher oft !störenden, Überlappunigen
beim Nachfließen des flüssigen Metalls mit Sicherheit überwunden werden.
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Durch dieseEinrichtungen wird eine sehr scharfe Trennung zwischen
erhitzter und gekühlter Kokillenzone erreicht und die Erstarrung quer zum Gußhstück
und rdamiteine ganz flache Erstarrung erzielt im Gegensatz zu den. bisherigen Verfahren,
bei welchen die Erstarrung nur längs des Gußstückes mit einem tiefen Gußlunker möglich
ist. Diese Einrichtung überwindet auch eine bei den vorher beschriebenen Einrichtungen,
vorhandene Schwierigkeit, nämlich die Bildung von ÜberJappunhgen beim Nachfließen
:des flüssigen Metalls. Dadurch, @daß rdie Kühlflüssigkeit sozusagen an der Kokillenwand
hochsteigt, kann sich immer an der Kokillenwand eine dünne Gußhaut in Farm eines
Bechers :bilden und so die ganze übrige flüsissge Metallmasse ,aufnehmen. Das. bei
.den übrigen. Verfahren öfters eintretende Dazwischenllaufen von flüseigem Metall
zwischen erstarrendem Guß und Kokillenwand wird dadürch vermieden.