EP2689869A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Rohren - Google Patents

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EP2689869A1
EP2689869A1 EP13177567.8A EP13177567A EP2689869A1 EP 2689869 A1 EP2689869 A1 EP 2689869A1 EP 13177567 A EP13177567 A EP 13177567A EP 2689869 A1 EP2689869 A1 EP 2689869A1
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EP
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mold
core
casting
space
molten metal
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EP13177567.8A
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Anton Hulek
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SMS Concast AG
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/006—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/0608—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by caterpillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal
    • B22D11/0642—Nozzles

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for casting tubes with a forming a ring-shaped mold space between a cylindrical core and a mold shell mold, wherein a molten metal is poured into the mold space and solidified by cooling.
  • Seamless tubes can be made in a billet casting process by means of a die made up of a cylindrical core and a tubular sheath circumferentially spaced around this core, between which and the core the molten metal is introduced.
  • the demolding of the cast pipe takes place after the solidification of the melt, which starts at the same time from inside and outside.
  • the block casting of pipes is therefore time consuming and labor intensive, so there is a need for a continuous casting process of pipes.
  • known continuous casting plants are unsuitable for the production of pipes.
  • JP 63010046 A
  • the cast strand must be divided into individual pieces of pipe, which not only increases the handling effort in connection with the removal of these pieces of pipe from the respective core sections, but also limits the continuous casting speed and excludes further processing of the tube blank in the form of a pipe string.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for continuous casting of pipes on the condition that the continuously produced tubing may optionally be processed further in the immediate following the casting process by a hot working.
  • the invention solves the task by the fact that the molten metal via a from the Core coaxially interspersed pouring tube or on the core itself conveyed in a continuous strand through the formed between the stationary core and a co-moving mold cavity and is progressively solidified during promotion on the mold from outside to inside until solidification.
  • the fixed in contrast to the co-rotating mold core is an essential prerequisite for a simple, uniform and hardly susceptible melt supply to the annular mold space between the mold shell formed by the mold and the core, because the core axially pass through a casting pipe connected to a casting or this pouring tube can self-educate.
  • the uniform removal of the solidified pipe string obstructive resistances can occur because in the area of the already solidified outer shell of the strand forming the mold shell co-runs with the strand and in the core area the still liquid inner shell of the strand allows trouble-free axial movement of the strand relative to the core. Consequently, the take-off speed of the strand and the cooling rate of the strand via the mold, taking into account the axial mold length, are to be coordinated so that the strand is thoroughly solidified shortly before reaching the outlet-side end of the mold.
  • the outlet temperature of the tubing at the outlet end of the rotating mold allows an immediate subsequent hot deformation, for example, to reshape the cross-section of the tubing optionally in several deformation stages or to reduce its diameter.
  • the continuously cast strand can be immediately subjected to further processing by hot rolling after leaving the mold.
  • tubular mold jacket of the mold connected to a casting container is designed as a peripheral, coaxial to the fixed core mold containing at least two circumferential plate chains to a circumferentially closed mold having complementary, cooled mold elements.
  • the molten metal flowing from the casting container into the annular mold space between the core and the mold is captured by the circulating mold and cooled by its mold elements, so that the molten metal progressively solidifies from outside to inside during its conveyance in the region of the surrounding mold.
  • the core which extends beyond the mold jacket through the mold secures the inner cross section of the pipe string, which is still liquid in the region of the uncooled core over a long distance and thus considerably simplifies removal from the core.
  • One way to promote the molten metal from the casting into the mold space between the core and mold is to provide between the mold and the casting a opening into the mold, from the core interspersed clearance of an annulus pouring tube, so that the molten metal already as a tubular strand flows into the mold.
  • the cylindrical core passes through the liquid-tight inlet end of the mold and has at least one melt channel between the casting container and the mold space between the core and the mold, ie forms the casting tube itself.
  • the core may for this purpose have a sleeve which closes the inlet-side end of the mold in a liquid-tight manner.
  • the molten metal flows in such an embodiment through the core directly into the mold space between the core and the mold.
  • for an automatic tracking of the molten metal in the annular mold space between the core and the mold depending on the withdrawal speed of the tubing over the hydrostatic pressure of the molten metal in the casting container worried.
  • a casting container 1 for receiving a molten metal is provided, to which the mold formed from a core 2 and a peripheral mold 3 is connected as a mold shell, wherein a casting tube 1 connected to the pouring tube 4, which is penetrated by the mandrel-shaped core 2, in the circumferential Mold 3 opens.
  • the mold 3 is composed of at least two circumferential plate chains 5 with mold elements 6, which face each other with respect to the core 2 extending through the mold 3 and complement each other to form the outline of the pipe string 7 to be produced.
  • mold elements 6 are cooled in a conventional manner, so that the molten metal flowing from the casting container 1 into the mold space between the mold 3 and the core 2 solidifies from the outside to the inside as it is conveyed through the moving mold 3, to solidify at the outlet end of the mold 3 Pull off the pipe string 7.
  • the cross-section of the mold space between the core 2 and the mold 3 does not have to be circular.
  • the cross-sectional shape of the pipe string 7 to be cast will generally be selected as a function of the end cross-section of the pipes to be produced.
  • the embodiment of the Fig. 2 is different from the after Fig. 1 essentially only by the formation of the mold and thus connected by the supply of the molten metal in the annular Mold space between the core 2 and the mold 3.
  • the molten metal from the casting container 1 is namely according to the Fig. 2 fed through a melt channel 8 through the core 2, which passes through the liquid-tight, inlet-side end of the liquid-tight through the mold 3.
  • Die Koksel 3 ist mit dem Koksel 3sky.
  • This inlet-side end of the mold 3 is closed by a non-wettable by the molten metal sleeve 9, for example, graphite.
  • the molten metal passes through passages 10 in the core 2 in the mold space between the core 2 and the mold 3 and forms a pipe string, which solidifies during its promotion by the follower mold 3 from outside to inside.
  • the invention is of course not limited to a horizontal continuous casting, because the advantages of the invention can also be used in vertical casting or casting under an arbitrarily inclined axis.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Rohren mit einem einen ringförmigen Formraum zwischen einem zylindrischen Kern (2) und einem Formmantel bildenden Formwerkzeug beschrieben, wobei eine Metallschmelze in den Formraum gegossen und durch Kühlung erstarrt wird. Um ein kontinuierliches Gießen gewährleisten zu können, wird vorgeschlagen, dass die Metallschmelze über ein vom Kern (2) koaxial durchsetztes Gießrohr (4) oder über den Kern (2) selbst in einem kontinuierlichen Strang durch den sich zwischen dem feststehenden Kern (2) und einer mitlaufenden Kokille (3) gebildeten Formraum gefördert und während der Förderung über die Kokille (3) fortschreitend von außen nach innen bis zur Durcherstarrung erstarrt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Rohren mit einem einen ringförmigen Formraum zwischen einem zylindrischen Kern und einem Formmantel bildenden Formwerkzeug, wobei eine Metallschmelze in den Formraum gegossen und durch Kühlung erstarrt wird.
  • Nahtlose Rohre können im Blockgussverfahren mit Hilfe eines Formwerkzeugs hergestellt werden, das aus einem zylindrischen Kern und einem diesen Kern mit Abstand umschließenden, rohrförmigen Formmantel aufgebaut ist, zwischen dem und dem Kern die Metallschmelze eingebracht wird. Die Entformung des gegossenen Rohrs erfolgt nach der zugleich von innen und außen einsetzenden Erstarrung der Schmelze. Das Blockgießen von Rohren ist daher zeit- und arbeitsaufwendig, sodass der Bedarf nach einem kontinuierlichen Gießverfahren von Rohren gegeben ist. Allerdings sind bekannte Stranggießanlagen zur Herstellung von Rohren ungeeignet.
  • Um dünnwandige Rohre in einem kontinuierlichen Gießverfahren herstellen zu können, wurde daher vorgeschlagen JP (63010046 A ), einen ringförmigen Formraum zu schaffen, der mit dem erstarrenden Rohrstrang mitbewegt wird. Zu diesem Zweck werden der aus einem unteren und zwei seitlichen Plattenförderern und einem an die beiden seitlichen Förderer anschließenden oberen Bandförderer gebildeten Formmantel ein aus einzelnen axialen Abschnitten zusammengesetzter Kern zugeführt und die Metallschmelze in den ringförmigen Formraum zwischen dem Kern und dem Formmantel eingebracht, sodass der Schmelzestrang zwischen dem mitlaufenden Kern und dem ebenfalls mitlaufenden Formmantel von innen und außen fortschreitend erstarrt, um nach dem Austritt aus dem Formmantel über Kühldüsen gekühlt zu werden, bevor die im Stoßbereich zwischen den Förderern des Formmantels gebildeten Grate spanabhebend beseitigt und der Rohrrohling entsprechend den axialen Abschnitten des Kerns durchtrennt wird, um die abgetrennten Rohrstücke von den zugehörigen Kernabschnitte axial abziehen zu können. Dieses Abziehen der abgetrennten Rohrstücke von den Kernabschnitten ist erforderlich, um die einzelnen Kernabschnitte in einer Umlaufbahn wieder auf die Zufuhrseite der Außenform bringen zu können. Das Mitlaufen des Kerns mit dem Gießstrang vermeidet zwar eine Gleitreibung zwischen der erstarrenden Innenschale des Gießstrangs und dem Kern, bringt aber erhebliche Schwierigkeiten mit sich, weil beispielsweise bei der Schmelzezufuhr zum Formraum zwischen dem Kern und dem Formmantel die Bewegung dieser Formteile berücksichtigt werden muss. Außerdem kann der Kern kaum innerhalb des Formmantels zentrisch geführt werden, sodass insbesondere bei einem horizontalen Stranggießen die Gefahr von über den Umfang unterschiedlichen Wanddicken des Rohrrohlings besteht. Dazu kommt, dass der Gießstrang in einzelne Rohrstücke unterteilt werden muss, was in Verbindung mit dem Abziehen dieser Rohrstücke von den jeweiligen Kernabschnitten nicht nur den Handhabungsaufwand vergrößert, sondern auch die kontinuierliche Gießgeschwindigkeit begrenzt und eine Weiterverarbeitung des Rohrrohlings in Form eines Rohrstrangs ausschließt.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Rohren auch unter der Voraussetzung zu schaffen, dass der kontinuierlich hergestellte Rohrstrang gegebenenfalls im unmittelbaren Anschluss an das Gießverfahren durch ein Warmverformen weiterverarbeitet werden kann.
  • Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Metallschmelze über ein vom Kern koaxial durchsetztes Gießrohr oder über den Kern selbst in einem kontinuierlichen Strang durch den sich zwischen dem feststehenden Kern und einer mitlaufenden Kokille gebildeten Formraum gefördert und während der Förderung über die Kokille fortschreitend von außen nach innen bis zur Durcherstarrung erstarrt wird.
  • Der im Gegensatz zur mitlaufenden Kokille feststehende Kern stellt eine wesentliche Voraussetzung für eine einfache, gleichmäßige und kaum störungsanfällige Schmelzezufuhr zum ringförmigen Formraum zwischen dem durch die Kokille gebildeten Formmantel und dem Kern dar, weil der Kern ein an einen Gießbehälter angeschlossenes Gießrohr axial durchsetzen oder dieses Gießrohr selbst bilden kann. Durch die Maßnahme, den sich zwischen der einen Formmantel bildenden Kokille und dem Kern bildenden rohrförmigen Strang aus Metallschmelze über die mitlaufende Kokille ausschließlich von außen fortschreitend zu kühlen, wird erreicht, dass weder im Kokillenbereich noch im Bereich des die Kokille durchsetzenden Kerns das gleichmäßige Abziehen des erstarrten Rohrstrangs behindernde Widerstände auftreten können, weil im Bereich der bereits erstarrten Außenschale des Strangs die den Formmantel bildende Kokille mit dem Strang mitläuft und im Kernbereich die noch flüssige Innenschale des Strangs eine störungsfreie Axialbewegung des Strangs gegenüber dem Kern ermöglicht. Es sind folglich die Abzugsgeschwindigkeit des Strangs und die Kühlungsrate des Strangs über die Kokille unter Berücksichtigung der axialen Kokillenlänge so aufeinander abzustimmen, dass der Strang kurz vor dem Erreichen des auslaufseitigen Endes des Kokille durcherstarrt ist.
  • Die Austrittstemperatur des Rohrstrangs am Auslaufende der umlaufenden Kokille ermöglicht eine unmittelbar anschließende Warmverformung, um beispielsweise den Querschnitt des Rohrstrangs gegebenenfalls in mehreren Verformungsstufen umzuformen bzw. seinen Durchmesser zu reduzieren. Zu diesem Zweck kann der kontinuierlich gegossene Strang nach dem Austritt aus der Kokille unmittelbar einer Weiterverarbeitung durch ein Warmwalzen unterzogen werden.
  • Zur Durchführung des Verfahrens können vergleichsweise einfach aufgebaute Vorrichtungen vorgesehen werden, die sich dadurch auszeichnen, dass der rohrförmige Formmantel des an einen Gießbehälter angeschlossenen Formwerkzeugs als eine umlaufende, zum feststehenden Kern koaxiale Kokille ausgebildet ist, die wenigstens zwei umlaufende Plattenketten mit sich zu einer umfangsgeschlossenen Hohlform ergänzenden, gekühlten Formelementen aufweist. Die aus dem Gießbehälter in den ringförmigen Formraum zwischen dem Kern und der Kokille fließende Metallschmelze wird von der umlaufenden Kokille erfasst und über deren Formelemente gekühlt, sodass die Metallschmelze während ihrer Förderung im Bereich der umlaufenden Kokille von außen nach innen fortschreitend erstarrt. Der sich über den Formmantel hinaus durch die Kokille erstreckende Kern sichert dabei den inneren Querschnitt des Rohrstrangs, der im Bereich des nicht gekühlten Kerns über eine weite Strecke noch flüssig ist und damit das Abziehen vom Kern erheblich vereinfacht.
  • Eine Möglichkeit, die Metallschmelze aus dem Gießbehälter in den Formraum zwischen Kern und Kokille zu fördern, besteht darin, zwischen der Kokille und dem Gießbehälter ein in die Kokille mündendes, vom Kern unter Freilassung eines Ringraums durchsetztes Gießrohr vorzusehen, sodass die Metallschmelze bereits als rohrförmiger Strang in die Kokille strömt. Betriebstechnisch ist es allerdings vorteilhafter, wenn der zylindrische Kern das flüssigkeitsdicht abgeschlossene Einlaufende der Kokille durchsetzt und wenigstens einen Schmelzekanal zwischen dem Gießbehälter und dem Formraum zwischen Kern und Kokille aufweist, also das Gießrohr selbst bildet. Der Kern kann zu diesem Zweck eine das einlaufseitige Ende der Kokille flüssigkeitsdicht verschließende Hülse aufweisen. Die Metallschmelze fließt bei einer solchen Ausführungsform durch den Kern unmittelbar in den Formraum zwischen Kern und Kokille. In beiden Ausführungsformen wird für ein automatisches Nachführen der Metallschmelze in den ringförmigen Formraum zwischen dem Kern und der Kokille in Abhängigkeit von der Abzugsgeschwindigkeit des Rohrstrangs über den hydrostatischen Druck der Metallschmelze im Gießbehälter gesorgt.
  • Anhand der Zeichnung wird der Erfindungsgegenstand näher beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen von Rohren in einem vereinfachten Längsschnitt und
    Fig. 2
    eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer unterschiedlichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Rohren.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist ein Gießbehälter 1 zur Aufnahme einer Metallschmelze vorgesehen, an den das aus einem Kern 2 und einer umlaufenden Kokille 3 als Formmantel gebildete Formwerkzeug angeschlossen ist, wobei ein an den Gießbehälter 1 angeschlossenes Gießrohr 4, das vom dornförmigen Kern 2 durchsetzt wird, in der umlaufenden Kokille 3 mündet. Die Kokille 3 ist aus wenigstens zwei umlaufenden Plattenketten 5 mit Formelementen 6 aufgebaut, die einander bezüglich des sich durch die Kokille 3 erstreckenden Kerns 2 gegenüberliegen und sich zu einer der Umrissform des herzustellenden Rohrstrangs 7 entsprechenden Hohlform ergänzen. Diese Formelemente 6 werden in an sich bekannter Weise gekühlt, sodass die aus dem Gießbehälter 1 in den Formraum zwischen Kokille 3 und Kern 2 strömende Metallschmelze während ihrer Förderung durch die mitlaufende Kokille 3 von außen nach innen erstarrt, um am Auslaufende der Kokille 3 einen durcherstarrten Rohrstrang 7 abziehen zu können. Der Querschnitt des Formraums zwischen dem Kern 2 und der Kokille 3 muss keinesfalls kreisförmig ausfallen. Die Querschnittsform des zu gießenden Rohrstrangs 7 wird im Allgemeinen in Abhängigkeit vom Endquerschnitt der herzustellenden Rohre gewählt werden.
  • Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach der Fig. 1 im Wesentlichen nur durch die Ausbildung des Formwerkzeugs und damit verbunden durch die Zuführung der Metallschmelze in den ringförmigen Formraum zwischen dem Kern 2 und der Kokille 3. Die Metallschmelze aus dem Gießbehälter 1 wird nämlich gemäß der Fig. 2 über einen Schmelzekanal 8 durch den Kern 2 zugeführt, der das flüssigkeitsdicht abgeschlossene, einlaufseitige Ende des durch die Kokille 3 flüssigkeitsdicht durchsetzt. Dieses einlaufseitige Ende der Kokille 3 wird durch eine von der Metallschmelze nicht benetzbare Büchse 9, beispielsweise aus Grafit, abgeschlossen. Die Metallschmelze tritt durch Durchtrittsöffnungen 10 im Kern 2 in den Formraum zwischen dem Kern 2 und der Kokille 3 ein und bildet einen Rohrstrang, der während seiner Förderung durch die mitlaufende Kokille 3 von außen nach innen durcherstarrt.
  • Die Lagerung des feuerfesten, nicht gekühlten Kerns 2, der fliegend gegenüber der Kokille 3 gehalten werden muss, ist aus Übersichtlichkeitsgründen weder beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 noch beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 dargestellt. Gemäß der Fig. 2 ist allerdings eine im Vergleich zu Fig. 1 einfache Befestigung am Gießbehälter 1 möglich, weil keine Rücksicht auf das Freihalten eines Ringraums zwischen dem Gießrohr 4 und dem das Gießrohr 4 durchsetzenden Kern 2 genommen werden muss.
  • Obwohl für das Gießen von Rohren horizontale Stranggießanlagen gemäß den Fig. 1 und 2 besonders vorteilhaft sind, weil keine Umlenkung des Formlings erforderlich ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf ein horizontales Stranggießen beschränkt, weil die erfindungsgemäßen Vorteile auch beim vertikalen Gießen oder beim Gießen unter einer beliebig geneigter Achse genützt werden können.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Gießen von Rohren mit einem einen ringförmigen Formraum zwischen einem zylindrischen Kern (2) und einem Formmantel bildenden Formwerkzeug, wobei eine Metallschmelze in den Formraum gegossen und durch Kühlung erstarrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze über ein vom Kern (2) koaxial durchsetztes Gießrohr (4) oder über den Kern (2) selbst in einem kontinuierlichen Strang durch den sich zwischen dem feststehenden Kern (2) und einer mitlaufenden Kokille (3) gebildeten Formraum gefördert und während der Förderung über die Kokille (3) fortschreitend von außen nach innen bis zur Durcherstarrung erstarrt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kontinuierlich gegossene Strang nach dem Austritt aus der Kokille (3) unmittelbar einer Weiterverarbeitung durch ein Warmwalzen unterzogen wird.
  3. Vorrichtung zum Gießen von Rohren nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 mit einem Formwerkzeug aus einem zylindrischen Kern (2) und einem diesen Kern (2) unter Freilassung eines ringförmigen Formraums umschließenden, rohrförmigen Formmantel, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Formmantel des an einen Gießbehälter (1) angeschlossenen Formwerkzeugs als eine umlaufende, zum feststehenden Kern (2) koaxiale Kokille (3) ausgebildet ist, die wenigstens zwei umlaufende Plattenketten (5) mit sich zu einer umfangsgeschlossenen Hohlform ergänzenden, gekühlten Formelementen (6) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kokille (3) und dem Gießbehälter (1) ein in die Kokille (3) mündendes, vom Kern (2) unter Freilassung eines Ringraums durchsetztes Gießrohr (4) vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Kern (2) das flüssigkeitsdicht abgeschlossene Einlaufende der Kokille (3) durchsetzt und wenigstens einen den Formraum zwischen Kern (2) und Kokille (3) mit dem Gießbehälter (1) verbindenden Schmelzekanal (8) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) eine das einlaufseitige Ende der Kokille (3) flüssigkeitsdicht verschließende Hülse (9) aufweist.
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