EP0218855B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen - Google Patents

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EP0218855B1
EP0218855B1 EP86111710A EP86111710A EP0218855B1 EP 0218855 B1 EP0218855 B1 EP 0218855B1 EP 86111710 A EP86111710 A EP 86111710A EP 86111710 A EP86111710 A EP 86111710A EP 0218855 B1 EP0218855 B1 EP 0218855B1
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continuous
casting
gas
overhang
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Wolfgang Dr. Dipl.-Ing. Schneider
Kurt Krämer
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Vereinigte Aluminium Werke AG
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Vereinigte Aluminium Werke AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/07—Lubricating the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0401—Moulds provided with a feed head

Definitions

  • the invention relates to a method for continuous casting in a continuous casting mold with a mold attachment according to the preamble of claim 1.
  • a method and a device for performing the method of the type mentioned is known from DE-OS 27 34 388 (Showa).
  • the known method leads to reasonably smooth bar surfaces only under favorable conditions.
  • monitoring and regulating the pressure of gas and lubricating oil flow rate is required, as well as ongoing temperature measurement to set the casting parameters. This often leads to difficulties in operation - which are exacerbated by fluctuations in the metal level and changes in the metallostatic pressure during the casting process.
  • the object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned at the outset and to develop a method and a device for continuous casting, with which smooth and clean ingot surfaces can be achieved independently of the respective casting conditions.
  • the special surface quality is characterized by the prevention of glue points and the reduction of surface segregation to a level that enables further processing without turning off the bar.
  • the mold tread below the overhang is absolutely smooth and free of bores, steps or grooves.
  • a laminar flow parallel to the mold running surface must be maintained so that the incoming metal does not come into contact with the mold wall.
  • This effect is reinforced by the fact that a minimum distance of 2-5 mm is provided between the start-up block and the mold running surface and a negative pressure in this intermediate space, by means of which cooling water blown out at the mold outlet end (water jet pump effect) is generated.
  • FIG. 1 shows a cross section through the mold according to the invention.
  • the mold 1 with the mold attachment which consists of a hot head 2 and a gas guide block 3 with a gas channel 13.
  • a bore 4 for the separating and / or lubricant and a channel 5 for water cooling are contained in the mold 1.
  • An annular gap 6 is formed between the mold 1, the hot head 2 and the gas guide block 3, which runs parallel to the running surface 7 at least in the vicinity of the outlet opening. It is important that there are no shoulders, bores or grooves on the tread and in the exit area of the ring channel, so that an approximately laminar flow of the mixture of separating and / or lubricant and gas is made possible.
  • the gas is blown through the annular channel 6 into the space below the overhang 8 of the meniscal cavity 9.
  • Gas / oil mists (emulsions) form, which emerge in laminar flow below the overhang 8 in the withdrawal direction and parallel to the mold running surface and extend into the space between mold 1 and the start-up block.
  • the vacuum there generated by the water jet emerging from channel 5, provides for the formation of an annular gas / oil veil which completely shields the mold wall 7 from the liquid metal.
  • FIGS. 2 to 5 show further embodiments of the invention.
  • the mold attachment 22 in FIG. 2 is made in one piece.
  • the bore for the gas channel 14 is located in the mold attachment 22 and opens into a wide antechamber 15 between the overhang 8 and the mold running surface 7. This is where the mixture formation with the separating and / or lubricant takes place, which is introduced from the bore 4 in the mold 1.
  • water 11 is blown out of the channel 5.
  • FIG. 3 A further variant of the device according to the invention is shown in FIG. 3.
  • the mold attachment is divided horizontally into two partial areas 22a, 22b.
  • the gas line 16 also extends in the upper part 22a in the direction of the strand withdrawal and is only interrupted by a chamber 22c for gas distribution.
  • the mold 1 has a support wall 12 for the secure positioning of the mold attachment 22a, b.
  • the other parts, such as lubricant bore 4 and anteroom 15 correspond to the embodiment according to FIG.
  • a differently shaped gas guide block in the form of an insert 17 is provided between the mold 1 and the hot head 2.
  • an insert 18 is arranged between the mold 1 and the hot head 2 in a corresponding manner.
  • the gas line 19 is guided horizontally through the mold 1 and that and the insert part 18 into an antechamber 20, from which the gas reaches the annular gap 6.
  • the mixture with the lubricant, which is supplied via bore 4 is variable between 2 and 10 mm before the outlet of the annular gap opening. All other features correspond to the parts described in connection with the previous figures.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen in einer Stranggießkokille mit einem Kokillenaufsatz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 27 34 388 (Showa) bekannt. das bekannte Verfahren führt nur unter günstigen Voraussetzungen zu einigermaßen glatten Barrenoberflächen. Beim Angießen ist beispielsweise eine Überwachung und Regelung des Druckes von Gas und Schmieröl-Strömungsmenge erforderlich, sowie eine laufende Temperaturmessung zur Einstellung der Gießparameter. Dies führt im Betriebsfalle häufig zu Schwierigkeiten, - die durch Schwankungen des Metallstandes und Anderungen des metallostatischen Druckes im laufenden Gießverfahren noch verstärkt werden.
  • Ferner hat sich gezeigt, daß mit dem Verfahren nach DE-OS 27 34 388 bleihaltige Legierungen mit Gehalten bis zu 2,5 % Blei nicht zufriedenstellend zu vergießen sind. Diese Legierungen sind aber für die Herstellung von spanend zu bearbeitenden Stranggußprodukten von besonderer Bedeutung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen zu entwickeln, womit unabhänig von den jeweilige-Gießbedingungen glatte und saubere Barrenoberflächen erzielt werden können. Die besondere Oberflächenqualität zeichnet sich durch Verhinderung von Klebstellen und Verringerung der Oberflächenseigerungen auf ein Maß aus, welches die Weiterverarbeitung ohne Abdrehen des Barrens ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 3 angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, daß durch die Anordnung eines Ringspaltes in Richtung der Kokillenlauffläche und durch Vormischung von Trenn-und/oder Schmiermittel und Gas eine Nachregulierung der Gießparameter, insbesondere der Gas-und Schmiermittelmenge auch bei schwankendem Metallstand nicht erforderlich ist. Versuche mit gasförmigen Schmiermitteln wie Acetylen, Butadin, Propan und Trichloräthylen haben gezeigt, daß bei den in der Kokille herrschenden Bedingungen (Druck und Temperatur) eine einwandfreie Trennwirkung durch Zersetzung der gasförmigen Schmiermittel nicht möglich ist. Bei Zugabe von konventionellen Schmiermitteln ohne Gas parallel zur Kokillenachse treten in der Startphase Verbrennungen des Schmiermittels auf und anschließend Unterdosierung. Deshalb ist die Herstellung eines optimalen Schmiermittelzustandes nur durch Schmiermitteldosierung nicht möglich.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich als wichtig herausgestellt, daß die Kokillenlauffläche unterhalb des Überhanges absolut glatt und frei von Bohrungen, Stufen oder Nuten ist. Insbesondere beim Angießen muß eine laminare Strömung parallel zur Kokillenlauffläche aufrechterhalten werden, damit das einfließende Metall nicht mit der Kokillenwand in Berührung kommt. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, daß zwischen Anfahrblock und Kokillenlauffläche ein Mindestabstand von 2-5 mm vorgesehen ist und in diesem Zwischenraum ein Unterdruck, durch das am Kokillenaustrittsende ausgeblasene Kühlwasser (Wasserstrahl-Pumpen-Effekt) erzeugt wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die erfindungsgemäße Kokille gezeigt. Man erkennt die Kokille 1 mit dem Kokillenaufsatzt der aus einem Heißkopf 2 und einem Gasführungsblock 3 mit Gaskanal 13 besteht. In der Kokille 1 ist eine Bohrung 4 für das Trenn-und/oder Schmiermittel und einen Kanal 5 für die Wasserkühlung enthalten. Zwischen Kokille 1, Heißkopf 2 und Gasführungsblock 3 wird ein Ringspalt 6 gebildet, der zumindest in der Nähe der Austrittsöffnung parallel und in Fortsetzung zur Lauffläche 7 verläuft. Wichtig ist hierbei, daß keinerlei Absätze, Bohrungen oder Nuten an der Lauffläche und im Austrittsbereich des Ringkanals vorhanden sind, damit eine annähernd laminare Strömung des Gemisches aus Trenn- und/oder Schmiermittel und Gas ermöglicht wird.
  • Im Betriebsfalle wird durch den Ringkanal 6 das Gas in den Raum unterhalb des Überhanges 8 dem Menikushohlraum 9 eingeblasen. Dabei reißt das Gas an der Schmiermittelzuführung (Bohrung 4) Teile des flüssigen Trenn- oder Schmiermittels mit, z. B. Öl. Es bilden sich Gas/Öl-Nebel (Emulsionen), die in laminare Strömung unterhalb des Überhanges 8 in Abzugsrichtung und parallel zur Kokillenlauffläche austreten und bis in den Zwischenraum von Kokille 1 und dem Anfahrblock reichen. Der dort wirksame Unterdruck, erzeugt durch den aus Kanal 5 austretenden Wasserstrahl, sorgt für Ausbildung eines ringförmigen Gas/Ol-Schleiers, der die Kokillenwand 7 vollständig gegenüber dem flüssigen Metall abschirmt.
  • In zahlreichen Versuchen hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Zugabe eines Gas/ÖI-Gemisches auch bei schwankendem Metallstand nicht durch Veränderung der Pumpendrücke oder Fördermengen geregelt werden muß. Offenbar ist die kombinierte Anwendung von Gas/Ol-Schleier und Saugwirkung entlang der Lauffläche so stark, daß auch bei Änderung des metallostatischen Druckes stets eine Pufferwirkung zwischen Metall und Lauffläche erhalten bleibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf rißempfindliche Legierungsgruppen angewendet. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für Stränge mit 10 Zoll Durchmesser gegeben, wobei das Verhältnis von Trennmittel und Gas bei 3:1000 lag.
    • AIMg5 Gießgeschwindigkeit 70 mm pro Minute
    • AICuMg2 Gießgeschwindigkeit 65 mm pro Minute
    • AIZnMgCul,5 Gießgeschwindigkeit 65 mm pro Minute
    • AICuMgPb Gießgeschwindigkeit 65 mm pro Minute
  • Diese Gießgeschwindigkeiten konnten unmittelbar nach dem Anfahren konstant gehalten werden. Weitere Gießparameter waren nicht nachzuregulieren. Die erhaltenen Barrenoberflächen zeigten eine hohe Oberflächenqualität.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Figuren 2 bis 5. Im Vergleich zu Fig. 1 ist der Kokillenaufsatz 22 in Fig. 2 einteilig ausgeführt. Die Bohrung für den Gaskanal 14 befindet sich im Kokillenaufsatz 22 und mündet in einen breiten Vorraum 15 zwischen Überhang 8 und Kokillenlauffläche 7. Hier findet die Gemischbildung mit dem Trenn-und/oder Schmiermittel statt, das aus Bohrung 4 in der Kokille 1 herangeführt wird. Zur Kühlung des Stranges 10 wird Wasser 11 aus dem Kanal 5 ausgeblasen.
  • Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt Fig. 3. Hier ist der Kokillenaufsatz horizontal geteilt in zwei Teilflächen 22a,22b. Die Gasleitung 16 verläuft auch im oberen Teil 22a in Strangabzugsrichtung und wird nur durch eine Kammer 22c zur Gasverteilung unterbrochen. Die Kokille 1 weist eine Stützwand 12 zur sicheren Positionierung des Kokillenaufsatzes 22a,b auf. Die übrigen Teile, wie Schmiermittelbohrung 4 und Vorraum 15 entsprechen der Ausführung nach Fig. 2.
  • In Fig. 4 ist zwischen der Kokille 1 und dem Heißkopf 2 ein anders geformter Gasführungsblock in Form eines Einsatzes 17 vorgesehen. In Fig. 5 ist in entsprechender Weise ein Einsatzteil 18 zwischen der Kokille 1 und dem Heißkopf 2 angeordnet. Im Unterschied zu Fig. 4 wird bei Fig. 5 die Gasleitung 19 horizontal durch die Kokille 1 und das und das Einsatzteil 18 in einen Vorraum 20 geführt, von dem aus das Gas in den Ringspalt 6 gelangt. Die Mischung mit dem Schmiermittel, das über Bohrung 4 zugeführt wird, erfolgt variabel zwischen 2 und 10 mm vor Austrittsöffnung der Ringspaltmündung. Alle übrigen Merkmale entsprechen den im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschriebenen Teilen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Stranggießen in einer Stranggießkokille mit einem Kokillenaufsatz (22), dessen Innenwandung unter Bildung eines Überhangs (8) über die Innenwandung der Stranggießkokille vorsteht, bei dem die Innenwandung der Stranggießkokille gekühlt und geschmiert wird, wobei ein unter Druck stehendes Gas wie Luft, Stickstoff oder Inertgas am Überhang (8) des Kokillenaufsatzes (22) zusammen mit Schmiermittel in den Formhohlraum in die Stranggießkokille eingeleitet und beim Gießen ein Anfahrblock verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt zwischen Anfahrblock und Kokillenlauffläche (7) ein Unterdruck erzeugt wird, daß das Trenn- und/oder Schmiermittel und das Gas vor dem Eintreten in den Formhohlraum der Stranggießkokille (1) in einem Volumenverhältnis von 1-4:1000 unter Bildung eines Gas/Ölnebels vermischt wird und diese Mischung ausgehend vom Überhang des Kokillenaufsatzes (22) in Abzugsrichtung parallel zur und entlang der Kokillenlauffläche (7) ausgeblasen wird, wobei eine laminare Strömung aufrecht erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Angießen und Stranggießen mit konstanten Mengen für Trenn- und/oder Schmiermittel sowie für das Gas gefahren wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Stranggießen nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Stranggießkokille mit einem Kokillenaufsatz (22), dessen Innenwandung unter Bildung eines Überhanges (8) über die Innenwandung der Stranggießkokille vorsteht, bei dem die Innenwandung der Stranggießkokille gekühlt und geschmiert wird, wobei ein unter Druck stehendes Gas wie Luft, Stickstoff oder Inertgas am Überhang (8) des Kokillenaufsatzes (22) in den Formhohlraum in die Stranggießkokille eingeleitet wird und wobei am Ende der Kokille Wasser in Strangabzugsrichtung austritt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Überhang (8) des sich auf der Kokille (1) befindlichen Aufsatzes (22) und der Kokille (1) kanalartige Durchtrittsöffnungen für das Gas/Ölgemisch angeordnet sind, die sich - ausgehend vom Meniskushohlraum (9) - parallel entlang der Abzugsrichtung des Stranges nach oben erstrecken und daß die Kokillenlauffläche (7) hinter dem Überhang (8) glatt und allseitig geschlossen ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Überhang (8) des Kokillenaufsatzes (22) und der Kokille (1) ein Ringspalt (6) angeordnet ist, dessen Wandung zumindest im Bereich der Austrittsöffnung im wesentlichen parallel zur Abzugsrichtung und entlang der Kokillenlauffläche (7) ausgerichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Ringspaltes (6) bis zur Austrittsöffnung 10-30 mm parallel zur Kokillenachse geführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenführung von Trenn- und/oder Schmiermittel und Gas im Bereich von 2-10 mm vor der Austrittsöffnung der Ringspaltmündung (21) erfolgt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kokillenlauffläche (7) und Anfahrblock ein Spalt von 2-5 mm vorhanden ist, und daß der Anfahrblock am oberen Rand eine umlaufende, erhöhte Kante aufweist.
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