DE2457422C3 - Vorrichtung zum Stranggießen aus Schichten metallischer Schmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stranggießen aus Schichten metallischer Schmelze, mit einem Schmelzenbehälter, einer gekühlten Stranggießkokille Und einer im Winkel zur Stranglaufrichtung stehenden, in Stranglaufrichtung hin- und herbewegbaren Kühlfläche zur Steuerung des Schmelzenzuflusses.

Bei einer bekannten Einrichtung (Herrmann »Hand·' buch des Stranggießens«, S. 149 Bild 495) zum horizon* talen Stranggießen ist an einem Gießtrichter mit Mündstück eine dazu horizontal hin- und herbewegliche Stranggießkokille ähgeschlösseh und ah einem Ausleger der Kokille ein Klemmsegrflent zur Mitnahme zunächst des Anfahrbölzens und später des erstarrenden Gußstranges gelagert, während ein zweites Klemmsegment für das Festhalten des Anfahrbolzens bzw. des Stranges in der Gegenrichtung ortsfest gelagert ist Bei der gemeinsamen Bewegung der Kokille und des Anfahrbolzens bzw. Stranges vom Mundstück weg wird Raum für das Nachströmen einer gewissen Menge Metallschmelze frei, die bei Stillstand des Anfahrbolzens bzw. Stranges und Bewegung der Kokille auf das Mundstück zu zu erstarren beginnt und bei der nächsten

ίο gemeinsamen Bewegung von Kokille und Anfahrbolzen bzw. Strang vom Mundstück weg mitgenommen wird.

Hier, wie überhaupt bei den üblichen vertikalen Stranggießkokillen wird die Wärme aus der Schmelze nur an die Mantelfläche abgeführt wobei die Schmelze die Kokillenwand nur in einer schmalen Randzone direkt berührt Die aus dem Kern des sich bildenden Stranges abzuführende Wärme hat daher einen langen Weg bei geringem Temperaturgefälle und vor allem den wärmedämmenden Spalt zu überwinden, der sich zwischen dem schrumpfenden Strang und der Kokille bildet Ein weit in den Strang hineinragender Metallsumpf, der im Vergleich zu der Randzone nur langsam erstarrt und damit eine über den Strangquerschnitt ungleiche Gefügeausbildung sind die Folgen.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS 15 08 854) ist am Boden des Schmebenbehälters eine kegelförmige Stranggießkokille vorgesehen, deren Wandungen als Kühlflächen ausgebildet sind. Diese Kokille führt in Stranglaufrichtung Hin- und Herbewegungen aus, wobei in der einen Bewegungsrichtung der Strang durch die Schmelze hindurchbewegt wird, während in der anderen Bewegungsrichtung Schmelze in den Spalt zwischen Kokille und Strang fließt, die sodann erstarrt Hierbei ist nachteilig, daß die Wärmeabfuhr allein über die kegelförmigen Kühlflächen der Kokille nicht ausreichend ist, zumal die soeben gebildete erstarrte kegelförmige Schicht am Strangende durch die Schmelze geführt wird, was zu Abweichungen oder gar zu Verflüssigungen des Strangmaterials fünrt

Es besteht die Aufgabe, die vorerwähnte Vorrichtung so auszubilden, daß zur Erzielung eines einheitlichen Stranggefüges der Strang beim Erstarren der Schichten intensiv gekühlt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch, daß die Kühlfläche (12) an einem Stempel (9) angeordnet ist, der relativ zur Stranggießkokille (1) derart bewegbar ist, daß die Kühlfläche (12) bei iwrer Bewegung in Stranglaufrichtung in den Formhohlraum der Stranggießkokille (1) an deren Zuflußseite eingreift. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Mit der Vorrichtung wird erreicht, daß der sich bildende Strang einmal stirnseitig durch die Kühlfläche am Stempel zum anderen an seinem Umfang durch die Stranggießkokille gekühlt wird.

Der den Strang bildenden Schmelze wird also nicht nur an ihrem Umfang, sondern durch den Stempel aus ihrem Innern Wärme entzogen, wodurch eine schnelle Erstarrung der Schmelze und damit eine erhebliche Leistungssteigerung der Vorrichtung erzielt wird. Dabei wird die Qualität des erzeugten Stranges wesentlich verbessert, da durch diese Art der Kühlung der Schmelze ihre Temperatur über den ganzen Querschnitt mindestens annähernd gleich gehalten Werden kann, Was zu ihrer gewünscht gleichmäßigen Erstarrung und damit zu einem gleichmäßigen und dichten Gefüge unter Vermeidung nachteiliger Lunkerbildung oder Von

Entmischungen (Seigerungen) führt

Wird die auf die Querschnittsfläche des Strangendes wirkende Kühlfläche während der Abkühlungsphase entsprechend der Schwindung des Metalls nachgeführt, so wird ein ständiger Wärmeübergang zwischen dem Strang und der Kühlfläche erreicht. Zweckmäßigerweise wird dabei durch den Stempel ein Druck auf die erstarrende Schmelze ausgeübt

Liegt die Kühlfläche am Stempel im Winkel zur Stranglaufrichtung, beispielsweise bei konischer oder hyperbolischer Ausbildung der Kühlfläche, so wird der in Stranjjlaufrichtung auf die eingegossene, abkühlende Schmelze einwirkende Druck in eine der Schräge folgende und eine senkrecht dazu wirksame Komponente aufgeteilt Dabei kann die Größe des Druckes so gesteuert werden, daß insbesondere bei Legierungen mit unterschiedlicher Erstarrung einzelner Bestandteile eine Verschiebung von z. B. schon erstarrten oder in der Erstarrung befindlichen Bestandteilen gegenüber den noch in der flüssigen Phase befindlichen Bestandteilen eintritt Dadurch kann jeder Tendenz einer Seigerung bei gleichzeitiger sehr schneller Abkühlung entg'.'gengtwirkt und ein Stranggefüge optimal gleichmäßiger Zusammensetzung bei maximaler Leistung erzielt werden. Bei Legierungen mit mindestens einem Erstarrungsintervall zwischen den Bestandteilen kann durch entsprechende Druckanwendung erreicht werden, daß die zuerst erstarrte Leigerungskomponente plastisch verformt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Stempel, dessen Kühlfläche rechtwinkelig zur Stranglaufrichtung angeordnet ist;

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform mit einem Stempel, dessen Kühlfläche kegelförmig ausgebildet ist;

F i g. 3 eine dritte Ausführungsform, bei welcher das zuflußseitige Ende der Stranggießkokille kegelstumpfförmig ausgebildet ist;

F i g. 4 eine vierte Ausführungsform, bei welcher der Schmelzenbehälter und der Stempel eine Baueinheit bilden;

Fig.5 ein der Fig. 1 entsprechendes Ausführungsbeispiel in einer ersten Arbeitsstellung und

F i g. 6 in einer zweiten Arbeitsstellung.

In Fig. 1 weist die Stranggießkokille 1, deren Formhohlraum am Umfang gekühlt wird, eine zentrale öffnung 3 auf. Darüber befindet sich als Schmelzenbehälter ein Gießtrichter 4. Unterhalb der Stranggießkokille 1 ist eine hier nicht dargestellte, diskontinuierlich arbeitende Ausziehvorrichtung angeordnet. Zentral im Gießtrichter 4 ist durch ein?n Bügel 5 ein Stempel 9 geführt, dessen Stirnwand als Kühlfläche 12 mit Wasser gekühlt ist während seine Umfangsfläche einen Mantel 6 aus Schamotte mit untergelegtem wärmedämmendem Kunststoffvlies 6a trägt. Sein Querschnitt entspricht demjenigen des Formhohlraums der Stranggießkokille ϊ. Beim Anheben des Stempels 9 wird die öffnung 3 am Übergang des Gießtrichter·· 4 zur Stranggießkokille 1 freigegeben und beim Abse"ken gesperrt. Am Ausgang der Stranggießkokille 1 \H ein Kaliberring 10 fest «gebracht

Beim Anheben des St°mpels 9 fließt aus dem Gießtrichter 4 durch die öffnung 3 die Schmelze in die Stranggießkokille 1 nach, t'Hd zwar in dem Maße, wie der Stempel 9 Kaum in def Stranggießkokille freigibt. Hierauf wird der Stempel 9 auf die eingeflossene Schmelzeschicht abgesenkt, Wobei die Öffnung 3 gesperrt wird. Die Schmelzeschicht wird an ihrer Stirnseite und an ihrem Umfang gekühlt und zweckmäßigerweise während der Erstarrung verdichtet Vorteilhafterweise wird der nur die jeweilige Schicht erfassende Verdichtungsdruck so groß bemessen, daß das Gefüge aus den zuerst erstarrenden Legierungskomponenten zusammengedrückt wird. Als Gegenhalter für den Druck dient der schon erstarrte Strang bzw. der Kaliberring 10, der gleichzeitig die Umfangsflächen

ι ο des Stranges 7, der beim Absenken des Stempels 9 durch ihn hindurchgeschoben wird, glättet und die Randzonsn des Stranges verdichtet

Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform einer solchen Stranggießvorrichtung. Auch hier ist wieder auf die wassergekühlte Stranggießkokille 1 der als Schmelzenbehälter dienende Gießtrichter 4 aufgesetzt und der Stempel 9 in einem Bügel 5 zentral heb- und senkbar geführt Auch ist er wieder mit einem wänr.edämmenden Mantel 6 versehen. Jedoch ist sein Außendurchmessern, den Mantel 6 eingerechnet, etwas geringer als der Innendurchmesser des Formhohlraum» der Stranggießkokille 1. Das Wesentliche ist hierbei, daß die als Kühlfläche 12 dienende Stempelstirnwand nicht eben, sondern kegelig vorspringend ausgebildet ist wodurch die Kontaktkühlfläche 12 vergrößert wird.

Sie wild von innen her durch Wasser gekühlt das durch das Rohr 8 zugeführt und nach Druckströmen des Stempelhohlraumes durch eine nicht dargestellte weitere Leitung abgeführt wird.

Durch den Kontakt mit der großen kegeligen Kühlfläche 12 wird die beim Anheben des Stempels 9 eingeströmte Schmelzenmenge von innen her stark gekühlt und beginnt so rasch zu erstarren, daß beim folgenden Absenken des Stempels 9 nur ein unwesentli-

eher Teil der Schmelze durch die Öffnung 3 wieder in den Gießtrichter 4 zurückkehren kann. Vielmehr wird unter fortgesetzter Kühlung die verbleibende erstarrende Schmelzeschicht verdichtet und schließlieh der Strang um einen Schritt weiter ausgeschoben.

Beim erneuten Anheben des Stempels 9 füllt die aus dem Gießtrichter 4 nachströmende Schmelze wieder den kegeligen Raum zwischen Kühlfläche 12 und dem erstarrten Strang aus und das Arbeitsspiel beginnt von neuem.

Dem weiteren Beispiel nach Fig. 3 zu'olge tritt der Stempel 9 in die öffnung 3a zwischen Gießtrichter 4 und Stranggießkokille 1 passend ein. Eine kegelstumpfförmige Kühlfläche 12a ist hier an der Stranggießkokille 1 vorgesehen, die zusammen mit der zylindrischen Kokillenwand la gekühlt wird. Beim Hochgehen des Stempels 9a gelangt die Schmelze aus dem Gießtrichter 4 in die öffnung 3a. Beim folgenden Niedergang des Stempels 9a wird sie daraus in den Formhohlraum der Kckillt 1 verdrängt, wo sie den Strang 7 verschiebt, dabei als neue Schicht mit ihm verschweißt und durch Kühlung, vor allem an der Kühlfläche 12a, erstarrt Beim nächsten Hochgehen des Stempels 9a gelangt wieder Schmelze in die öffnung 3a.

F i g. 4 gibt eine ähnliche Vorrichtung, ebenfalls für wechselweises Gießen und Kühlen bzw. Verdichten des sich aufbauenden Stranges 7 wieder. Hier ist der Gießtrichter 14 mit dem Stempel 9 vereinigt Die einzige öffnung 13 ist zentral angeordnet Und die Kühlfläche 12 am Stempel 9 geht z. B- hyperboloidför*

mig in den Formhohlrium der Stranggießkokille 1 über. Die Kühlfläche 12 kann grundsätzlich jede gewünschte Neigung zur Längsachse des zu bildenden Stranges einnehmen und den Querschnitt ganz oder teilweise

erfassen. Beim Afiheben des Stempels 9 sehäfft dessen Bewegung Kaum für das Nachströmen einer neuen Schmelzeschicht durch die Gießöffnung 13. Durch das Absenken des Stempels 9 für den Kühl-, Erstarrungsund Verdichtungsvorgang wird der Strang 7 ausgeschoben, wobei die hierfür notwendige Kraft durch die bereits erstarrte Schicht übertragen wird. Durch die hyperboloidartige Ausbildung der Kühlfläche 12 wird erreicht, daß die Dicke der Schmelzeschicht zur Egalisierung der Kühlwirkung über den Strangquersdfnitt von innen nach außen bzw. von oben nach unten zunimmt. Wie leicht einzusehen ist, ist die Kühlwirkung äußer* am Übergang der Kühlfläche 12 zur Wandung der Stranggießkokille 1 am größten, und man kann durch die beschriebene Gestalt der Kühlfläche 12 die größere Dicke der Schmelzeschicht der auftretenden stärkeren Kühlwirkung anpassen und so eine Vergleichmäßigung der Erstarrung über den Strangquerschnitt erzielen.

Die Form der Kühlfläche 12 in den vorbeschriebenen Beispielen kann nach Bedarf variiert werden; sie kann, wie dargestellt, eben oder hyperbolidarlig, aber auch konvex oder konkav gewölbt oder kegelig ausgebildet sein.

Die F i g. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 5 den Zustand darstellt, bei dem der Stempel sich zur Kühlung auf die Schmelze absenkt, während Fig.6 den Zustand darstellt, bei dem bei hochgehendem Stempel die Schmelze in die Kokille einströmt.

Auf die Kokille 1 ist der Gießtrichter 4 aufgesetzt. In ihm taucht der Stempel 9 zentral ein, wobei er mit seiner Kühlfläche 12 auf die Schmelze innerhalb der Stranggießkokille 1 abgesenkt werden kann.

Der Stempel 9 besteht aus einem Außenstempel 15 und einem darin begrenzt längsbeweglichen Innenstempel 16. Der Innenstempel 16 steht mit einem Druckzylinder 17 in Verbindung und ist durch diesen heb- und senkbar. Die Begrenzung der Längsbeweglichkeit des Innenstempels 16 im Außenstempel 15 ist bedingt einerseits durch die Anlage seiner Stirnfläche 18 gegen die Innenseite der als Kühlfläche 12 dienenden Stirnwand des Auüensiempeis lä und auren Anscniag seiner Schulter 19 gegen die obere Begrenzungsfläche 20 des Außenstempels 15. Die Mantelfläche 21 des Außenstempels 15 weist innen spiralig verlaufende Kühlrillen 22 auf. durch die der Rückfluß des durch die Längsbohrung 16' des Innenstempels 16 zugeführten und die in dessen Stirnfläche 18 strahlenförmig angeordneten Kühlrillen 18' durchströmenden Kühlwassers erfolgt

Auf dem Mantel l\ des Außenstempels 15 ist ein besonderer Isoliermantel 23 aus wärmedämmendem Stoff geführt. Er wird vom Außenstempel 15 durch einen Mitnehmerbund 24, der in eine ringförmige Ausnehmung 25 mit Längsspiel eingreift, beim Anheben nach einem entsprechenden Leerweg mitgenommen. Die Stirnfläche 26 des Isoliermantels ist als Dichtfläche konisch ausgeführt und korrespondiert mit einer konischen Anschlagfläche 27 an der Ausmündung des Gießtrichters 4. Der Isoliermantel 23 weist innerhalb seiner äußeren Umfläche Heizspiralen 28 und in seiner inneren, dem Stempel 9 zugekehrten Fläche Kühlspiralen 29 auf.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Bei dem in F i g. 5 gezeigten Zustand ist der Stempel 9 fast in seiner tiefsten Stellung angelangt und der Isoliermantel 23 hat den Gießtrichter 4 von der Stranggießkokille 1 abgeschlossen. Eine Abkühlung der Schmelze im Gießtrichler4 soll durch die Heizspirale 28 im Isoliermantel 23 vermieden werden. Andererseits wird der Mantel 21 des Außenstempels 15 sowohl durch die Kühlspiralc 29 im Isoliermantel 23 als auch durch das längs der Kühlrillen 22 in seinem Innern strömende Kühlwasser dauernd gekühlt und der Außenstempel 15 kühlt seinerseits mit seiner Kühlfläche 12 die Querschnittsfläche der in die Kokille eingebrachten Schmelzeschicht. Bei seinem weiteren Abwärtsgang Verdichtet der Stempel 9 mit der Kühfläche 12 des Außenstempels 15 die erstarrende Schmelze in der Stranggießkokille 1 und schiebt anschließend den Strang vor.

Wird hernach der Innenstempel 16 durch den Druckzylinder 17 angehoben, nimmt er nach einem gewissen Leerweg durch Anschlag der Schulter 19 gegen die obere Begrenzungsfläche 20 den Außenstempel 15 nach oben mit. In dem sich bildenden freien Raum zwischen der Stirnfläche 1R Hes Innenslemnnls lfi iinrl der Kühfläche 12 des Außenstempels 15 strömt das Kühlwasser beschleunigt ein und kühlt die beiden von ihm bespülten Flächen intensiv, wobei es von besonderem Vorteil ist, daß die Kühlfläche 12 des Außenstempels 15 bereits von der zwar erstarrten, aber noch heißen Schmelzeschicht abgehoben ist Das einströmende Kühlwasser beaufschlagt unmittelbar die zwecks rascher Wärmeableitung besonders dünn gehaltene Wand der Kühlfläche 12 des Außenstempels 15, wodurch diese rasch abgekühlt wird. Gleichzeitig wird aber auch die Bodenfläche des Innenstempels 16 direkt vom einströmenden Kühlwasser beaufschlagt. Somit wird auch der Innenstempel 16 relativ schnell abgekühlt.

Bei der weiteren Aufwärtsbewegung wird der

Isoliermantel 23 durch den Bund 24 mitgenommen und

is ebenfalls angehoben. Dadurch wird, wie dies F i g. 6 zeigt, der Eintritt in die Stranggießkokille 1 frei und die Schmelze strömt in den freien Raum zwischen der oberen erstarrten Metallschicht in die Stranggießkokille 1 und der Kühlfläche 12.

Nunmehr wird durch den Zylinder Yl der Innenstempel 16 abgesenkt. Dabei wird der Übertritt aus dem Gießtrichter 4 in die Stranggießkokiile l_gesperrt und scniieiincn auren au)treffen der Stirnfläche 2ö des Isoliermantels 23 auf die Gegenfläche 27 am Gießtrichter 4 dichtend abgeschlossen.

Beim Absenken des Innenstempels 16 wird bis zur Verdrängung des zwischen den Flächen 18 und 12 befindlichen Kühlwassers die Kühlfläche 12 des Außenstempels, die sich bereits wieder auf die neu eingeflossene Schmelze aufgelegt hat zunächst durch das hinter ihr strömende Kühlwasser so intepHv gekühlt, daß kein Anschweißen der Schmelze an der Kühlfläche 12 erfolgt Beim weiteren Absenken des Innenstempels 16 bis in die Endlage legt sich dieser über seine Stirnfläche 18 mit seiner großen gekühlten Masse unmittelbar wärmeleitend auf die Kühlfläche 12 auf und leitet dadurch zusätzlich eine größere Wärmemenge von dieser und der erstarrenden Schmelze ab.

Währenddessen hat der Stempel 9 den Strang 7 ein Stück nach unten aus der Stranggießkokille geschoben, denn durch die unmittelbare Anlage der Stirnfläche 18 des Innenstempels 16 an der aus wärmetechnischen Gründen dünnen Wand der Kühlfläche 12 ist diese gleichzeitig mechanisch verstärkt worden und konnte den Vorschubdruck und/oder den zur Verdichtung der erstarrenden Schmelze aufgewandten Druck ohne weiteres übertragen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungea

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stranggießen aus Schichten metallischer Schmelze, mit einem Schmelzenbehälter, einer gekohlten Stranggießkokille und einer im Winkel zur Stranglaufrichtung stehenden, in Stranglaufrichtung hin- und herbewegbaren Kühlfläche zur Steuerung des Schmelzenzuflusses, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche (12) an einem Stempel (9) angeordnet ist, der relativ zur Stranggießkokille (1) derart bewegbar ist, daß die Kühlfläche (12) bei ihrer Bewegung in Stranglaufrichtung in den Formhohlraum der Stranggießkokille (1) an deren Zuflußseite eingreift

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zentral auf die Stranggießkokille (1) ein Gießtrichter (4), in dem der Stempel (9) zentral geführt ist, derart aufgesetzt ist, daß der Stempel (9) bei seiner Hin- und Herbewegung die Öffnung (3) der Zuflußse^e der Stranggießkokille (1) freigibt und sperrt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (9) den unteren Teil eines Gießtrichters (14) bildet

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (9) zweiteilig ist, derart daß in einem Außenstempel (IS) mit einer dünnen, die Kühlfläche (12) bildenden Stirnwand ein Innenstempel (16) begrenzt längsbeweglich ist, so daß er sich bei seiner Bewegung entgegen der Richtung der Gußstrangbewegung mit seiner Stirnfläche (18) von der Innenseite der Stirnwand des Außenstempels (15) eiiifernt ..nd umgekehrt bei seiner Bewegung in Richtung der Strangbewegung mit seiner Stirnfläche (18) an d t Gegenseite der Stirnwand des Außenstempels (15) zur Anlage kommt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Stirnwand des Stempeis (9) noch dessen Mantelfläche (21) von innen her wassergekühlt ist wobei Mittel zur Bewegung des Kühlwassers längs den zu kühlenden Flächen vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenstempel (16) zur Hin- und Herbewegung angetrieben ist und den Außenstempel (15) mitnimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Mantelfläche (21) des Außenstempels (15) mit schraubenförmig verlaufenden Kühlrillen (22) versehen ist.