DE1758491A1

DE1758491A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Metallen

Info

Publication number: DE1758491A1
Application number: DE19681758491
Authority: DE
Inventors: Yearley Douglas Cain
Original assignee: Phelps Dodge Copper Products Corp
Current assignee: Phelps Dodge Copper Products Corp
Priority date: 1967-06-21
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1972-03-02
Also published as: DK118422B; NL6808824A; AT292936B; SE328375B; GB1180339A; FR1569367A; BE716741A; US3603378A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE β MÜNCHEN 2. HILBLESTRASSE 2O

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 MOndtwi 2, Hilblttmfl· »

17 360 d.i.. 1 2 MAl 1970

Anwaltsakten Hr. 17 360

PHELPS DODGB COPPüiR PRODUCTS CORPORATION
New York N.Y. / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Metall.

Die Erfindung bezieht sich auf das Stranggießen von Metall wie es mit einer Vorricntung erfolgen kann, in welcher das geschmolzene Metall aus einer Zuführungsstation kontinuierlich einer Kokille zugeführt wird, die im wesentlichen

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aus einer sich um ihre im wesentlichen vertikale Achse drehenden Ring-Rinne besteht, wobei das Metall während seiner Förderung in der rotierenden Kinne zu einer Entnahmestation erstarrt, an welcher es in der Form eines Stabes oder dergl. kontinuierlich entfernt wird.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der USA-Patentschrift Nr. 3 284 859 beschrieben.

Gemäß der Erfindung wird eine kreisförmige Kokille um eine im wesentlichen vertikale Zentralachse gedreht, geschmolzenes Metall wird in einer Zuführungszone in die Kokille zugeführt, die Kokille wird in einer Kühlzone gekühlt, damit das Metall aus der Zuführungszone erstarrt, ein Strom von nichtoxydierendem Gas wird auf die obere Oberfläche des flüssigen Metalls in einem Bereich der Kühlzone, in dem das Metall unter dieser Oberfläche im wesentlichen noch nicht erstarrt ist, mit einer Strömungsgeschwindigkeit gerichtet, die genügend groß ist, um eine erstarrte ^ruste auf der oberen Überfläche zu bilden und dadurch die im Metall während dessen fortschreitender Erstarrung in der Kühlzone ausgeschiedenen Gasblasen einzufangen, und das erstarrte Metall wird aus der rotierenden Kokille entfernt.

Die Vorrichtung zur Durchführung,des Verfahrens gemäß

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Erfindung besitzt eine im wesentlichen horizontale ringförmige Rinne oder Mulde, die eine oben offene kreisförmige Kokille zur Aufnahme des geschmolzenen Uetalis bildet, eine Zuführung.sstation an der Rinne mit Einrichtungen z^: r kontinuierlichen Zuführung von geschmolzenen; IJetall in die Kokille, eine Einrichtung zum Drehen der Rinne um eine im wesentlichen vertikale Achse in einer Richtung relativ zu der Zuführunrsstation, eine Ent·".:-j'inestation ^

an der Rinne mit Einricni ungen zur /.ontinuier] iehen Entfernung des erstarrten Metalls nur der Kokille bei::; Drehen der Rinne, eine Kühlstation, durch wo 1ehe sich die Rinne bei ihrer Drehung von uer Zuful.runiriiEt.vti on zu uer Entnahmestation bewegt, wobei die Kühlstation eine Einrichtung" zur Kontinuierlichen Kühlung der Rinne aufweist, .um das geschmolzene LIetall in der Kokille zun. erstarren zu bringen, eine zumindest über einen Teil der Kühlstation liegende Haube, die einen im wesentlichen geschlossenen Raun: über der Kokille bildet, eine QuelLe ν,οη nicht oxydierenden; Druckgas, Düseneinrichtungen in dem Raum, die ar*-Ä,i? Quelle angeschlossen und so angeordnet sind, daß sie einen Strom dieses Gases auf die obere Oberfläche des Metalls in der Kokille richten, wobei die Düseneinrichtungen

so bemessen und angeordnet sind, daiB sie den Strom mit einer solchen Durchflußgeschwindi, keit und in einer solchen Laire richten, daß die ober» Oberfläche vor der vollständigen Erstarrung des IvIetails in der Kokille erstarrt.

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In der in der erwähnten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung wird das Metall in einer Kühlzone oder Kühlstation zum Erstarren gebracht, durch welche sich die Kokille dreht und eine darüber liegende Haube einen im wesentlichen geschlossenen Raum bildet, in dem eine Schutzatmosphäre aus einem nichtoxydierenden Gas aufrechterhalten wird, um die Sauerstoffaufnähme durch das erstarrende Metall auf ^ ein Wiiiidestmaß zu beschränken. Diese Art der lirstarrung aber läßt vieles zu wünschen übrig, wenn das Metall von der A t ist, bei welcher die Gasauscheidung während der Erstarrung gesteuert werden kann, um der Schwiudung entgegenzuwirken. Insbesondere führt bei einer solchen Metallart die Erstarrung zur Ausbildung einer konkaven oberen Oberfläche des entnommenen Stranges, die ihn für das warmwalzen völlig ungeeignet macht.

Die Erfindung schafft.ein Stranggußverfahren und eine Ψ Stranggußvorrichtung, mit deren Hilfe eine flache obere Oberfläche des entnommenen Stranges erhalten wird, so daß sich der Strang gut zum Warmwalzen eignet.

Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich auf Metalle (einschließlich Metallegierungen)von der Art,die während der Erstarrung in regelbarem Umfang Gas entwickelt,um die Erstarrungsschwindung aufzuheben, z.B.sauerstoffhaltiges Kupfer

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allgemein als "Zähkupfer" bekannt. Man hat festgestellt, daß beim Gießen solcher Metalle auf der vorher erwähnten früheren Vorrichtung die eingeschlossene Schutzatmosphäre über der rotierenden Kokille die konvektive Kühlung der oberen Oberfläche des Metalls verhindert, so daß die Erstarrung m Richtung vom unteren zum oberen Ende
fortschreitet und das ganze ausgeschiedene Gas durch die Schmelze in die Atmosphäre entweicht. Die dabei resul- λ tierende Schwindung führt dann zu der unerwünschten konkaven Form der oberen oberfläche des Stranges»

Die Düseneinrichtungen sind so bemessen und angeordnet,
daß sie den Gasstrahl mit einem solchen Strömungsumfang
und in einer solchen Lage richten, daß eine erstarrte
Kruste auf dieser oberen Oberfläche durch konvektive Kühlung gebildet wird, welche die während der fortschreitenden Erstarrung des darunter liegenden Metalls ausgeschiedenen Gasblasen einfängt. Die so eingefangenen Gasblasen " bilden getrennte Poren innerhalb des Stranges, vorwiegend in der Nähe seiner oberen Oberfläche. Das Volumen dieser Poren trägt zur Aufhebung der Erstarrungsschwindung bei, so daß die gewünschte flache obere Oberfläche des Stranges erhalten wird.

Um beste Ergebnisse zu erzielen, weisen die Düseneinrich-

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tungen zumindest eine zu der Zuführungsstation hin gerichtete Düse auf und die Haube hat eine zwischen der Düse und der Zuführungsstation angeordnete Austrittsöffnung, zu welcher der Strom im Gegenstrom zu ier durch die rotierende Kokille erzeugte Bewegung dea geschmolzenen Metalls fließt.

Die Erfindung wird nun ahhand der Zeichnungen eingehend beschrieben.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der neuen Vorrichtung.

Pig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung nach Pig. 1, die Einzelheiten der Zuführungseinrichtung für das geschmolzene Metall und einen 'i'eil der Haube über der Kühlzone zeigt.

Pig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der, wie in **ig. 2, die jedoch einen anderen Teil der Haube und der darin angeordneten Düseneinrichtungen zeigt.

Pig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 in Pig. 3. Die in Pig. I gezeigte Stranggußvorrichtung besitzt eine

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feststehende vertikale Achse 20, die sich durch eine Nabe 21 erstreckt. Die Kabe 21 sitzt mit einem engen Laufsitz auf der Achse 20. Die i\'abe 21 wird auf der Achse durch einen Motor 22 mit konstanter Geschwindigkeit gedreht.Der Motor 22 ist mittels eines regelbaren Getriebes 23 und einer Welle 24 mit einem Kegelzahnrad 25 verbunden, welches mit einem großen Kegelzahnrad 26 in Eingriff steht. Das Kegelzahnrad 26 ist auf der liabe 21 befestigt.

Die «abe 21 trägt Speichen 28, die mit ihrem äußeren Ende auf einer ringförmigen Rinne 29 wie durch Schweltten befestigt sind. Die Rinne 29 weist einen kreisförmigen Kokillenhohlraum 29a auf, der oben offen ist. Die ringförmige Rinne 29 wird von horiso- talen Rollen 30 getragen, die in Abständen um die vertikale Achse 20 herum angeordnet und an geeigneten feststehenoen Stützen (nicht gezeigt) angebracht sind. {

Vermittels der Labe 21 und der Speicnen 28 dreht der Motor 22 die ringförmige Rinne 29 um die vertikale Achse 22 als Drehachse. Der Einfachheit halber, und um Wiederholung zu vermeiden, sind nur einige der Rollen 30 dargestellt.

Es versteht sich aber, daß die Rollen in genügender Anzahl vorgesehen sind, um die ringförmige Rinne 29 in einer

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horizontalen Lage zu tragen, wenn diese beladen mit dem eingegossenen Metall gedreht wird.

Das geschmolzene Metall wird kontinuierlich dem rotierenden Kokillenhohlraum 29a über eine Zuführungseinrichtung zugeführt, die in ihrer Gesamtheit bei 32 in Pig. I gezeigt ist. Die Kokille dreht sich in der Ansicht nach Fig. 1 gegen den Uhrzeigersinn und transportiert dadurch das Metall von der Zuführungseinrichtung 32 durch eine darüber liegende Gasaufblasstation 33» in welcher das Metall an seiner freiliegenden oberen Oberfläche einem nicht oxydierenden Gas ausgesetzt wird, während es durch auf die Außenseite der Rinne 29 aus feststehenden, längs der Rinne in Abständen angeordneten Düsen 65 gespritztes Wasser gekühlt wird. Die Düsen bilden eine Kühlstation oder -Zone und werden kontinuierlich mit Kühlwasser aus einer Vorratsquelle (nicht gezeigt) über Rohre 66 gespeist, wobei das von der Rinne herabfließende verbrauchte Kühlwasser auf beliebige geeignete Art gesammelt wird. Durch fqrtschreiten-r de Rotation der Kokille wird das erstarrte Metall zu einer Entnahmestation 34 für den Strang befördert, wo es kontinuierlich von der Kokille entfernt wird. Bei weiterer Drehung von der Entnahmestation 34 kann die Kokille Stationen für das Vorwärmen und Schlichten der Kokille (nicht gezeigt) durchlaufen, bevor sie die Zuführungseinrichtung

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32 erreicht. Die Einzelheiten der Entnahmestation 34 und der Vorwärin- und Schlichtatationen können so sein, wie sie in der erwännten USA-Patentschrift Nr. j» 284 859 beschrieben sind.

Die in Pig. 2 und 3 gezeigte Zuführungseinrichtung 32 besitzt einen Gießtümpel 36, der vorzugsweise mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Der Gießtümpel 36 bildet eine oben offene Hauptkammer t>l zur Aufnahme von geschmolzenem Metali aus einer Gießrinne 38 oder einer anderen Quelle. Der Gießtümpel besitzt ferner ein Überfallwehr 39» über welches die Hauptkammer 37 mit einer Ausfluß tulle 40 des Gieutümpels verbunden ist. Die Tülle 40 hat ein Bintrittsende 40a, welches das flüssige Metali von dem Überfallwehr 39 über eine Nebenkammer 37a des Gießtumpels empfängt. Die Tülle erstreckt sich von ihrem üJintrittsende 40a nach unten und nach vorn m der Drehrichtung des darunter liegenden Kokillenhohlraumes 29a, wobei die Tülle außerhalb des Gießtümpelkörpers 36 mit einem Ausflußende 40b ausmündet. Das letztere wird im oberen i'eii des Kokillenhohlraums 29a mit einem geringen Spiel beiderseits des Ausflußendes aufgenommen. Der Durchflußquerschnitt des Auslaufendes hat eine Breite, die im wesentlichen der Breite des KokillenhohlraumB 29a gleich ist. Der Gießtümpel 36 wird von einer Einrichtung getragen, die ein

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Paar Graphitgleitschuhe 42 und 43 aufweist. Die Gleitschuhe sitzen auf dem Boden des Kokillenhohlraums 29a mit einem Gleitsitz in diesem Hohlraum, Die Gleitschuhe sind am Boden des Gießtümpels 36 mit Hilfe von Schraubenbolzen 42a bzw. 43a befestigt, welche die Gleitschuhe mit nach unten ragenden Flanschen 36a des Gießtümpels verbinden. Der vordere Gleitschuh 42 ist dicht am Auslaufende 40b der Tülle angeordnet, und sitzt mit einem knappen Gleitsitz in dem Kokillenhohlraum 29a. Somit bildet er einen Damm gegen das Rückwärtsfließen des aus der Tülle 40 in den Kokillenhohlraum eintretenden geschmolzenen Metalls. Die Gleitschuheinrichtungen 42, 43 tragen somit schwimmend den Gießtümpel 36 samt der Tülle 40, um deren freie vertikale und Seitenbewegungen bei der Rotation der Rinne 29 zu gestatten. Ein Element 45 dient zur Verhinderung der Rotation des Gießtümpels 36 mit der Rinne 29. Dieses Element ist, wie gezeigt, ein feststehender Anschlag, an den das Vorderende des Gieütümpels 36 angreifen kann und dadurch den GieQtümpel an durch die Rotation der Rinne bewirkten Bewegung hindert, dabei aber freie vertikale und seitliche Bewegungen des Gieutümpele gestattet.

Wie in Pig. 2 gezeigt, ist der Gießtümpel 36 dicht an der Gasaufblasstation 33 anliegend angeordnet, die eine von einer geeigneten Stütze 51 (Pig· 1) über der Rinne

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feststehend getragene Haube 50 besitzt. Die Haube 50 hat herabhängende Seitenwände, die an den gegenüberliegenden Seitenwänden der liinne 29 eng anliegen (Fig. 4), wodurch die Haube einen im wesentlichen geschlossenen Raum 50a über dem Kokillenhohlraum 29a bildet.

Innerhalb des Haubenraumes 50a ist ein Verteilerrrohr 53, das sich in der Längsrichtung des Kokilienhohlraums 29a ύ

und unmittelbar über demselben erstreckt, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt. Das Verteilerrohr ist mit Düseneinrichtungen versehen, die eine Mehrzahl von nach unten weisenden Düsen 54 besitzen, deren Austrittsenden nahe der oberen oberfläche des Metalls in der Kokille angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsforni sind vier solche Düsen 54 längs des darunter liegenden Aokillenhohlraums in Abständen angeordnet, die sich nach unten und nach hinten zu der Zuführungsstation 32 hin erstrecken, so daß das aus jeder Düse austretende Gas auf die obere Oberfläche des Metalls im Gegenstrom zu dessen Bewegungsrichtung in der Kokille gerichtet ist.

Das Verteilerrohr 53 ist am unteren Ende eines durch den Deckel der Haube 50 führenden Rohres 55 befestigt und wird von diesem gespeist. Das Rohr 55 ist in einer geeigneten Halterung 56 auf der Haube angebracht. Oberhalb

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der Haube 50 ist das Rohr 55 mit einem Ventil 57 versehen, mittels dessen es an ein Zuführungsrohr 58 angeschlossen ist, das eine Quelle von nichtoxydierendem Druckgas bildet. Das über das Rohr 58 zugeführte Gas ist vorzugsweise ein Inertgas, wie Stickstoff oder Argon. Mit Hilfe des Ventils 57 kann die Geschwindigkeit eingestellt werden, mit welcher das Oae aus den Düsen 54 austritt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Deckel der Haube 50 mit einem Beobachtungsfenster versehen, das mit einem Schauglas 60 verdeckt ist. Das letztere ist nahe dem Gießtümpel 36 angeordnet, um die Beobachtung des geschmolzenen Metalls bei dessen Zuführung in die Kokille aus der Hülle 40, die sich in das hintere Ende der Haube erstreckt, zu gestatten. Zwischen dem Schauglas 60 und dem Giefltümpel 36 ist der Deckel der Haube 50 mit einer Auslaßöffnung 61 zur Abführung des durch die Düsen 54 zugeführten Gases versehen.

Die Düsen 54 sind in einer genügenden Entfernung hinter der Zuführungetülle 40 angeordnet, damit sich das geschmolzene Metall in der Kokille beruhigen kann, bevor seine obere Oberfläche den Strömen von nichtoxydierendem Gas aus den Düsen ausgesetzt wird. Die Düsen 54 sind aber so in bezug

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auf die Kühleinrichtungen 65, 66 angeordnet, daß die Masse des geschmolzenen Metalls bis zu dem Zeitpunkt noch nicht erstarrt ist, wenn seine obere Oberfläche der Wirkung der Ströme aus den Düsen 54 ausgesetzt wird. Die Abmessungen der Düsen 54 und die Einstellung des Ventils sind derart, daß die Ströme des nichtoxydierenden Gases auf die obere Oberfläche des geschmolzenen Metalls mit einer Durchflußgeschwindigkeit konzentriert sind, die genügend ist, um diese obere Oberfläche vor der vollständigen Erstarrung des Metalls in der Kokille zum Erstarren zu bringen. So wird eine feste, ebene Metallkruste auf der oberen °berfläche des Metalls durch konvektive Kühlung gebildet. Die Erstarrung des Metalls schreitet dann von dem Boden und den Seiten wie auch von der oberen Fläche fort, mit dem Ergebnis, daß der an der Station 34 (3?ig.l) entnommene Metallstrang eine flache obere Oberfläche aufweist, und auch an den Seiten und auf der unteren Fläche eben ist. Ein solcher Strang ist gut für das Warmwalzen geeignet.

Die oben erwähnte konvektive Kühlung bewirkt unter den beschriebenen Bedingungen, daß die obere freiliegende Oberfläche des nicht vollständig erstarrten Metalls gasundurchlässig wird, und dadurch das Entweichen des Grases aus dem Inneren des Metalls verhindert, welches dazu führen würde,

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daß die obere Fläche bei fortschreitender Erstarrung des Metalls eine konkave Form annehmen würde.

Als ein Beispiel der Anordnung der Düeeneinrichtungen t?4 zur Erzielung der oben beschriebenen Ergebnisse können solche Einrichtungen etwa 60 cm hinter dem Ausflußende 40b der ZuführungshülIe 40 angeordnet sein, wenn der kreisförmige Kokillenhohlraum 29a einen Durchmesser von 4,5m hat. Ebenfalls als Beispiel kann das Ventil 57 so eingestellt werden, daß ein Gasdruok von ca. 0,7 kp/cm in dem Verteilerrohr 53 aufrecht erhalten wird.

Selbstverständlich hält das aus den Düsen i>4 zwecks der oben beschriebenen konvektiven Kühlung zugeführte Gas auch eine nichtoxydierende Atmosphäre in dem Haubenraum 50a aufrecht, um eine Sauerstoffaufnähme durch das Metall während dessen Erstarrung zu verhindern. Diese Atmosphäre bewegt sich als Ganzes langsam entgegen der Bewegung der Kokille, d.h. zu der Gasauslaßöffnung 61. Die Gasdüsen 54 sind vorzugsweise geneigt, wie in Fig. 3 gezeigt» Si· können aber auch gerade nach unten oder anders gerichtet sein, vorausgesetzt, daß sie die Gasstrom· auf die obere Oberfläche des Metalls in der Kokille konzentrieren, um diese Oberfläche durch konvektive Kühlung zum Erstarren zu bringen.

Um die Wirkung der vorliegenden Erfindung «u veranschaulichen

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wurde "Zähkupfer" zu einem Knüppel mit einer Querschnitts-

fläche von 25»8 cm mit einer Geschwindigkeit von 9»14 m pro Minute kontinuierlich gegossen. Wenn die Gasströmung durch die Düseneinrichtungen 54- unterbrochen wurde, so bildete sich sofort eine konkave-obere Fläche des Stranges aus. Wenn aber die Gasströmung wieder eingeschaltet wurde, so kehrte diese Gießfläche zu ihrer flachen oder ebenen Form zurück.

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Claims

- 16 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Metall» welches während der Verfestigung Gas in regelbarer Menge entwickelt, um dem Schrumpfen entgegenzuwirken, wobei eine kreisringförmige Form um eine im wesentlichen vertikale Zentralachse gedreht, geschmolzenes Metall in die Form in einem Zufuhrbereich eingeführt, und die Form in einem Kühlbereich bis zum Erstarren des im Zufuhrbereich zugeführten Metalls gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die obere Oberfläche des Metalls ein oder mehrere Strahlen nicht oxydierenden Grases mittels einer oder mehrerer Düsen gerichtet werden, mit deren Hilfe die abgegebene Grasmenge derart eingestellt werden kann, daß die obere Oberfläche des geschmolzenen Metalls erstarrt, bevor das vollständige Erstarren des Metalls aufgrund der Kühlung der Form im Kühlungsbereich erfolgt ist und bevor der erstarrte Metallstrang aus der rotierenden Form abgezogen wird.

2. . Vorrichtung zum Stranggießen nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, mit einer im wesentlichen ringförmigen, waagerecht angeordneten Rinne, welche eine oben offene Form bildet und das geschmolzene Metall aufnimmt, einer Zuführstation nahe der Rinne mit einer Einrichtung zum kontinuierlichen Zuführen geschmolzenen Metalls in die Rinne, einem Antrieb zum Drehen der Rinne um eine im wesentlichen

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Neue Unterlagen (Art. V § I Abe. 2 Nr. I Satz 3 '.« Anderuußaaca.*.«. »-'* '■

vertikale Achse in einer Richtung relativ zu der Zuführstation einer an der Rinne angeordneten Entnahmestation mit einer Einrichtung zum fortlaufenden Entfernen verfestigten Metalls aus der Rinne bei fortlaufender Drehung derselben, einer Kühlstation mit einer Einrichtung zum fortlaufenden Kühlen der Rinne zum Verfestigen der Schmelze in dieser Rinne, sowie mit einer mindestens einen Teil der Kühlungsstation überdeckenden Haube, welche einen im wesentlichen geschlossenen Raum oberhalb der Rinne umgibt, und einer Quelle für nichtoxydierendes Druckgas, dadurch gekennzeichnet , daß eine Düseneinrichtung (54) in dem Raum (50a) an die Quelle angeschlossen und so angeordnet ist, daß sie einen Strom des Gases in geregelter Menge (Ventil 57) auf die obere Oberfläche des Metalls in der Form (29) richtet, um so diese Oberfläche .des Metalls zu verfestigen, bevor das Metall in der Rinne vollständig durch die Kühleinrichtung (65-66) verfestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinrichtung mindestens eine zu der Zuführstation (40) hin gerichtete Düse (54) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinrichtung eine Mehrzahl von Düsen (54) aufweist, welche im Abstand voneinander längs der Rinne (29) angeordnet sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» daß die Haube (50) einen Gasauslaß zwischen
der Düse (54) und der Zuführstation (40) aufweist und zu welchem der Gasstrom in einer Richtung geführt wird, die der Bewegungsrichtung der rotierenden Rinne (29) mit dem geschmolzenen Metall entgegengesetzt ist.

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