DEE0000921MA

DEE0000921MA - Device for the continuous casting of blocks and other castings

Info

Publication number: DEE0000921MA
Authority: DE
Inventors: Paul-Günther Wuppertal Erbslöh
Original assignee: Julius and August Erbsloeh GmbH and Co
Current assignee: Erbsloeh Aluminium GmbH
Publication date: 1951-03-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum ununterbrochenen Gießen von Blöcken und sonstigen Gusskörpern, vornehmlich aus Aluminium und dessen Legierungen, wobei die Metallkristalle praktisch im ganzen Blockquerschnitt parallel zur Strangachse wachsen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass sich eine ring- oder rahmenförmige Kokille an den Bereich der beginnenden Schrumpfung des am Umfang bereits erstarrten Gießblockes sich eine Zone anschließt, in der ein seitlicher Wärmeentzug weitgehend ausgeschlossen ist, so dass sich im Zusammenwirken mit daran anschließenden Kühlmitteln, die einen vornehmlich in Blockachse verlaufenden Wärmeentzug bewirken, eine weitgehend verflachte Erstarrungsfront sich ausbildet. Zu diesem Zweck kann die Kokille selbst oder deren Oberfläche aus einemThe invention relates to a device for the uninterrupted casting of blocks and other cast bodies, primarily made of aluminum and its alloys, the metal crystals growing in practically the entire block cross-section parallel to the strand axis. The essence of the invention is that a ring-shaped or frame-shaped mold adjoins the area of the incipient shrinkage of the casting block that has already solidified on the circumference, a zone in which lateral heat extraction is largely excluded, so that in cooperation with the subsequent coolants , which mainly cause a heat extraction running in the block axis, a largely flattened solidification front is formed. For this purpose, the mold itself or its surface can consist of a

Werkstoff bestehen, an dem das zu gießende Metall nicht zu haften vermag. In diesem Fall ist eine Kühlung der Kokille entbehrlich. Wenn die Gefahr des Anfrierens besteht, so empfiehlt es sich, im obersten Bereiche der Kokille, diese mit einer Kühlung zu versehen.Material to which the metal to be cast is unable to adhere. In this case, there is no need to cool the mold. If there is a risk of freezing, it is advisable to provide cooling in the uppermost area of the mold.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist so ausgebildet, dass die zuerst erstarrende Randzone des Stranges möglichst schwach, jedoch noch tragfähig genug ist, um ein Ausschwitzen des noch flüssigen Kerns zu verhindern, wodurch im Gießkopf ein Wärmefluss vorwiegend in vertikaler Richtung, also eine horizontal fortschreitende Erstarrungsfront erzielt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass sich an die Zone der Kokille, in der die Randerstarrung beginnt, eine Zone anschließt, in der zumindest keine Wärme entzogen wird. Die Wärmehaltungszone kann auch durch einen der Kokillenform angepassten Mantel gebildet sein, der aus reinem Baustoff mit schlechtem Wärmeleitvermögen besteht. Dieser Mantel kann weiterhin als Wärmespeicher ausgebildet sein.The device according to the invention is designed so that the first solidifying edge zone of the strand is as weak as possible, but still strong enough to prevent the still liquid core from exuding, whereby a heat flow in the casting head predominantly in the vertical direction, i.e. a horizontally advancing solidification front is achieved. This is achieved in that the zone of the mold in which the edge solidification begins is followed by a zone in which at least no heat is extracted. The heat retention zone can also be formed by a jacket that is adapted to the mold shape and consists of pure building material with poor thermal conductivity. This jacket can also be designed as a heat store.

Die an die Wärmezone sich anschließende Kühlung des Gussblockes kann durch das Kühlmittel verteilende Düsen oder Schlitze gebildet werden.The cooling of the cast block following the heating zone can be formed by nozzles or slots that distribute the coolant.

Es ist zweckmäßig, die Kokille, die Wärmezone und die Kühlungseinrichtung als körperliche Einheit auszubilden. Hierbei kann, falls die Kokille zu kühlen ist, das Kühlmittel zunächst der Kühlung der Kokille dienen (beispielsweise diese durchströmen) und alsdann direkt auf den Gussblock zur Einwirkung kommen.It is expedient to design the mold, the heating zone and the cooling device as a physical unit. In this case, if the mold is to be cooled, the coolant can first serve to cool the mold (for example flow through it) and then act directly on the cast block.

Beim Strangießprinzip besteht die Kokille lediglich aus einem Ring mit absenkbarem Boden. Das flüssige Gießgut wird in den durch den Boden zunächst verschlossenen Gießraum gegossen, wobei alsbald die Randpartien erstarren, so dass der Boden abgesenkt werden kann, trotzdem im Mittenbereich das Gießgut noch flüssig ist. Das Absenken des Bodens kann kontinuierlich erfolgen, wobei laufend Gießgut in einer solchen Menge nachgefüllt wird, dass der Gießspiegel ständig gleiche Höhe behält. Der so entstehende Gussblock wird laufend gekühlt. Hierbei erfolgt der Wärmeentzug vornehmlich quer zur Blockachse, wodurch sich ein tiefer "Gießsumpf" im Block ausbildet.With the continuous casting principle, the mold only consists of a ring with a bottom that can be lowered. The liquid casting material is poured into the casting space, which is initially closed by the bottom, and the edge areas soon solidify so that the bottom can be lowered, despite the fact that the casting material is still liquid in the central area. The lowering of the bottom can take place continuously, with casting material being continuously refilled in such an amount that the meniscus always remains the same height. The resulting cast block is continuously cooled. Here, the heat is extracted primarily across the block axis, which creates a deep "pouring sump" in the block.

Dieser Verlauf der Isothermen ist unerwünscht, da die Metallkristalle senkrecht zur Erstarrungsfront wachsen und demzufolge so gegossenes Metall eine Struktur aufweist, durch die beim nachfolgenden Walzen der aus den Gussblöcken gewonnene Barren die Metallkristalle in der fertigen Platine unterschiedliche Richtungen aufweisen.This course of the isotherms is undesirable because the metal crystals grow perpendicular to the solidification front and consequently the metal cast in this way has a structure that causes the metal crystals in the finished blank to have different directions during the subsequent rolling of the ingots obtained from the cast blocks.

Alle bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen für das Gießen von Blöcken im Strang weisen den Nachteil auf, und zwar gilt dies sowohl für solche Maßnahmen, bei denen lange Kokillen Anwendung finden, als auch für diejenigen Vorrichtungen, bei denen mit schmaler Kokille gearbeitet wird, an die sich unmittelbar eine direkte Kühlung anschließt.All previously known devices for casting blocks in a strand have the disadvantage, namely This applies both to measures in which long molds are used and to those devices in which a narrow mold is used which is immediately followed by direct cooling.

Der Idealfall für die Erstarrung eines Blockes, der im Stranggießverfahren hergestellt wird, besteht darin, dass zunächst überhaupt kein Wärmeentzug erfolgt, dass der eigentliche Wärmeentzug vielmehr möglichst spät durchgeführt wird.The ideal case for the solidification of a block that is manufactured using the continuous casting process is that initially no heat is extracted at all, but that the actual heat extraction is carried out as late as possible.

Beim Strangießverfahren stehen sich gewissermaßen einerseits die technologische Forderung nach langsamer Erstarrung und andererseits die wirtschaftliche Forderung nach schnellem Gießen gegenüber.In the continuous casting process, on the one hand, the technological requirement for slow solidification and, on the other hand, the economic requirement for rapid casting are in opposition.

Mit diesem Widerstreit zweier Forderungen hat sich die Fachwelt schon seit vielen Jahren auseinandergesetzt. Die eine Gruppe der Lösungen besteht in der Anwendung möglichst langer Kokillen, um sicherzustellen, dass der bereits im Gesamtquerschnitt erstarrte Block die Kokille verlässt. Die andere Lösungsgruppe verwendet extrem kurze Kokillen, mit der Maßgabe, dass unmittelbar im Anschluss an die Kokille starker Wärmeentzug bewirkt wird.The professional world has been grappling with this conflict of two demands for many years. One group of solutions consists in using the longest possible molds to ensure that the block, which has already solidified in its overall cross-section, leaves the mold. The other group of solutions uses extremely short molds, with the proviso that strong heat is extracted immediately after the mold.

Im ersteren Fall (lang gekühlte Kokille) besteht der Nachteil darin, dass der Wärmeentzug ganz überwiegend seitlich erfolgt, was zur Bildung eines sehr tiefen "Sumpfes" mit allen bekannten Nachteilen führt. Im zweiten Falle (sehr kurze Kokille mit unmittelbar anschließender direkter Kühlung) wird zwar der Sumpf flacher. Aber auch in diesem Falle lässt sich die Erstarrungsfront beliebig weitgehend abflachen, und zwar aus zwei Gründen: Man kann nicht beliebig langsam gießen, da sonst die Erstarrung bis in die Gießoberfläche vordringt. Der Wärmeentzug vollzieht sich wegen der Einwirkung des Kühlmittels unmittelbar unter der Kokille und somit unter einem verhältnismäßig großen Winkel zur Blockachse.In the first case (long-cooled mold), the disadvantage is that the heat is extracted predominantly from the side, which leads to the formation of a very deep "swamp" with all of them known disadvantages. In the second case (very short mold with direct cooling immediately afterwards) the sump becomes shallower. But even in this case, the solidification front can be flattened as much as desired, for two reasons: You cannot pour as slowly as you like, otherwise the solidification penetrates into the surface of the casting. Because of the action of the coolant, the heat is extracted directly under the mold and thus at a relatively large angle to the block axis.

Im Sinne des idealen Erstarrungsprozesses muss aber angestrebt werden, dass der Wärmefluss parallel zur Blockachse erfolgt. Dieses Ziel wird mit allen bisher bekannt gewordenen Stranggießverfahren mehr oder weniger nur unvollkommen erreicht.In terms of the ideal solidification process, however, the aim must be that the heat flow is parallel to the block axis. This goal is more or less achieved only imperfectly with all of the continuous casting processes known to date.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nähert sich der Wärmefluss weitgehend dem Idealfall, und zwar dadurch, dass in dem Bereiche, in dem ein Wärmeentzug etwa senkrecht zur Blockachse eintreten würde, eine thermische Gegenwirkung ausgeübt wird. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Kokille lediglich der Formgebung dient und dass dadurch eine an diese Form anschließende thermische Gegenwirkungszone im Zusammenwirken mit einer vom erstarrten Block herrührenden Kühlung bewirkt wird, dass eine weitgehend flache Erstarrungsfront sich ausbildet.In the method according to the invention, the heat flow largely approaches the ideal case, namely in that a thermal counteraction is exerted in the area in which heat extraction would occur approximately perpendicular to the block axis. This is achieved according to the invention in that the mold is only used for shaping and in that a thermal counteraction zone adjoining this shape in cooperation with cooling originating from the solidified block is effected so that a largely flat solidification front is formed.

Die Kokille soll im Rahmen der Erfindung möglichst nicht gekühlt sein. Es ist anzustreben, die Kokille aus einem Material herzustellen, bei dem auch ohne Kühlung ein Anfrieren (Fest- haften) des erstarrenden Metalls nicht auftritt. Wenn wegen Fehlens des geeigneten Materials Kühlung bewirkt werden muss, so soll diese nur in der obersten Zone wirksam sein.As far as possible, the mold should not be cooled in the context of the invention. The aim is to make the mold from a material that can freeze on (solid) even without cooling. stick) of the solidifying metal does not occur. If cooling has to be effected due to the lack of suitable material, this should only be effective in the uppermost zone.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels und schematisch dargestellt. In der Zeichnung bedeutet:The invention is shown schematically and in the drawing using an exemplary embodiment. In the drawing means:

Fig. 1 Schema für die Wärmeableitung bei einer bekannten Stranggießvorrichtung,Fig. 1 Scheme for the heat dissipation in a known continuous casting device,

Fig. 2 Schema für die Wärmeableitung bei der erfindungsgemäßen Stranggießvorrichtung,Fig. 2 Scheme for the heat dissipation in the continuous casting device according to the invention,

Fig. 3 Schnitt durch die Stranggießvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.Fig. 3 section through the continuous casting device in an embodiment according to the invention.

In Figur 1 ist ein Schema für die Wärmeableitung bei einer bekannten Stranggießvorrichtung, deren Kokille schmal ist und wobei die direkte Kühlung unmittelbar an die Kokille anschließt, dargestellt. Im Bereiche der schmalen wassergekühlten Kokille 1 bildet sich im Randbereich des Gießraumes eine nach unten sich stark verdickende und in den erstarrten Block 2 übergehenden Gussschale 3 aus, die das noch flüssige Metall 4 umschließt. Die Linien 5 deuten die Wärmeableitung an. Es ist erkennbar, dass zufolge der starken Kühlwirkung des aus der Kokille 1 austretenden oder unmittelbar bis an die Kokille heranreichenden Kühlwassers, die Wärmeableitung stark in Richtung Kokille 1 verläuft, so dass sich die Erstarrungsfront 6 sackartig ausbildet.FIG. 1 shows a diagram for the dissipation of heat in a known continuous casting device, the mold of which is narrow and the direct cooling immediately following the mold. In the area of the narrow, water-cooled mold 1, in the edge area of the casting space, a casting shell 3 that thickens strongly downwards and merges into the solidified block 2 is formed, which surrounds the still liquid metal 4. The lines 5 indicate the heat dissipation. It can be seen that due to the strong cooling effect of the cooling water emerging from the mold 1 or directly reaching the mold, the heat dissipation runs strongly in the direction of the mold 1, so that the solidification front 6 forms like a sack.

Das für das erfindungsgemäße Stranggießen in Figur 2 dargestellte Schema lässt erkennen, dass die Wärmeableitung mehr axial gerichtet ist. Der Grund liegt darin, dass im Bereiche der möglichst ungekühlten Kokille 7 zufolge der unterhalb der Kokille durch den Mantel 8 bewirkten thermischen Gegenwirkung (angedeutet durch die Pfeile 9) die Gussschale 10 nur schmal ist und die Erstarrungsfront 11 sich flach ausbildet. Unter der Wirkung der thermischen Einwirkung 9 verlaufen die symbolisch angedeuteten Wärmeableitlinien 12 im oberen Bereich fast parallel zur Gussblockachse. Dementsprechend sind die Metallkristalle praktisch über den gesamten Gussblockquerschnitt hinweg parallel gerichtet.The scheme shown for the continuous casting according to the invention in FIG. 2 shows that the heat dissipation is directed more axially. The reason is that in the area of the mold 7, which is as uncooled as possible, the casting shell 10 is only narrow and the solidification front 11 is flat due to the thermal counteraction caused by the shell 8 below the mold (indicated by the arrows 9). Under the effect of the thermal action 9, the symbolically indicated heat dissipation lines 12 run in the upper area almost parallel to the cast block axis. Accordingly, the metal crystals are aligned in parallel practically over the entire cast block cross-section.

Gemäß Figur 3 schließt sich an die Kokille 7 entweder ein Wärmespeicher 8 oder ein mit einer Gas-, elektrischen oder dergleichen Heizung 13 versehener Mantel 8 an, der die thermische Gegenwirkung erzeugt. Unterhalb dieses Mantels befindet sich die Kühlvorrichtung 14, beispielsweise ein Ring mit Düsen, aus dem Kühlwasser 15 austritt, das auf dem Block 2 entlang rieselt. Kokille 7, Wärmespeicher (Ofen) 8 und Düsenring 14 können eine körperliche Einheit bilden, wobei das evtl. die Kokille 7 kühlende Wasser 15 im Durchströmprinzip zum Düsenring 14 gelangen kann.According to FIG. 3, either a heat accumulator 8 or a jacket 8 provided with a gas, electrical or similar heater 13 adjoins the mold 7 and generates the thermal counteraction. Below this jacket is the cooling device 14, for example a ring with nozzles, from which the cooling water 15 exits and trickles along the block 2. Mold 7, heat accumulator (furnace) 8 and nozzle ring 14 can form a physical unit, with the water 15 that may cool the mold 7 being able to reach the nozzle ring 14 using the flow principle.

Claims

1) Device for the uninterrupted casting of blocks and other cast bodies, with the metal crystals growing parallel to the strand axis practically in the entire block cross-section, characterized in that there is a ring-shaped or frame-shaped mold that prevents the cast metal from sticking to the area of the beginning shrinkage of the on the circumference of an already solidified cast block, there is a zone in which lateral heat extraction is largely ruled out, so that a largely flattened solidification front is formed in cooperation with adjoining coolants, which mainly cause heat extraction along the axis of the block.

2) Device according to claim 1, characterized in that the mold itself or its surface consists of a material to which the metal to be cast is unable to adhere.

3) Device according to claim 1 or 2, characterized in that the mold is provided with cooling.

4) Device according to claim 1 and following, characterized in that the heat retention or heating zone upstream of the direct cooling of the solidified cast block is on the one hand so narrow that melting or exudation of the block shell does not occur and on the other hand is so wide that it becomes stronger the block shell is largely excluded, whereby a flattening of the solidification front is achieved.

5) Device according to claim 4, characterized in that the heating zone is additionally heated.

6) Device according to claim 4, characterized in that the heat zone is formed by a shell adapted to the mold shape and made of a building material with poor thermal conductivity.

7) Device according to claim 6, characterized in that the jacket is designed as a heat store.

8) Device according to claim 1 and following, characterized in that the coolant exits through distributing nozzles or slots following the heat zone.

9) Device according to claim 1 and following, characterized in that the mold, the heating zone and the cooling device form a physical unit.

10) Device according to claim 9, characterized in that the coolant first flows through the mold, then directly cools the cast block.