DE3303484C2

DE3303484C2 - Vertikal-Stranggießkokille

Info

Publication number: DE3303484C2
Application number: DE3303484A
Authority: DE
Inventors: Susumu Nagoyo Aichi Inumaru; Masahiro Yoshida
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1987-04-02
Also published as: JPS58196146A; DE3303484A1; FR2526689B1; GB2122522A; FR2526689A1; US4558730A; GB2122522B; JPS6146231B2; GB8300560D0

Abstract

Bei diesem Verfahren zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießen von Blöcken mit rechteckigem Querschnitt in einer vertikal am Ende offenen Fallend-Gießform (Direkt-Abkühlform) mit einem Durchgang für ein Kühlmittel, in welchem ein Kühlmittelstrom zirkuliert und vom unteren Ende der Form abgegeben wird, wird ein geschmolzenes Metall in die Form eingegossen und das Metall erstarrt, indem der abgegebene Strom des Kühlmittels direkt auf die Umfangsfläche des Metalls aufgebracht wird, welches aus dem unteren Ende der Form austritt. Das Verfahren beinhaltet eine Stufe, in welcher ein direkter Kontakt des eingegossenen geschmolzenen Metalls mit einem oberen Teil der Innenwände der Form verhindert wird und in welcher die Kühlung des geschmolzenen Metalls durch den Kühlmittelstrom, der in dem Durchgang über die inneren Wände zirkuliert, geregelt wird. In dieser Stufe werden wärmeisolierende Platten zwischen dem oberen Teil der Innenwände der Form und der Umfangsfläche des eingegossenen geschmolzenen Metalls innerhalb der Form angeordnet. Jede der wärmeisolierenden Platten oder Schichten ist so dimensioniert, daß sie vorbestimmte Gleichungen oder Formeln entsprechend der Gießgeschwindigkeit, der Formgröße und anderen Gießbedingungen, erfüllt, so daß ein mittlerer Bereich der Platte über horizontale Endabschnitte hinaus nach unten in der Form sich erstreckt. Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend geschilderten Verfahrens ist entsprechend ausgebildet. Die Vorrichtung

Description

Die Erfindung betrifft eine Vertikal-Stranggießkokille mit vier Innenwänden, die einen Kokillenhohlraum mit rechteckigem Querschnitt begrenzen, wobei wärmeisolierende Schichten die jeweils oberen Abschnitte der vier Innenwände bedecken, wobei die Schichten von den Ecken her nach unten verlaufende Endabschnitte aufweisen.
Aus der JP-OS 53-16 323 ist eine derartige Vertikal-Stranggießkokille bekannt, in welcher geschmolzenes Metall teilweise durch eine erste oder indirekte Kühlung durch indirekten Kontakt mit einem Kühlmittel verfestigt wird, welches in der Stranggießkokille zirkuliert, und wobei das geschmolzene Metall ferner durch eine sekundäre oder direkte Kühlung verfestigt wird durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel.
Aus dieser Patentanmeldung ist die Verwendung von wärmeisolierenden Schichten bekannt, die an der Innenseite der Kokillenwände angeordnet sind, um die bekannte Ausbildung einer dünnen unvollständig verfestigten Außenhaut angrenzend an die Kokilleninnenwand zu verhindern oder zu begrenzen. Eine derartige wärmeisolierende Schicht ist in der Stranggießkokille im wesentlichen als rechteckige Schicht 12 an den vier Seiten der Kokille vorgesehen. Bei einer dort beschriebenen Ausführungsform ist zu erkennen, daß jede Schicht einen mittleren Bereich aufweist, der sich wenig mehr als die Endbereiche nach unten erstreckt. Durch diese bekannte wärmeisolierende Schicht ist eine unvollständig verfestigte Außenhaut oder eine brüchige Schicht der Erstarrungsaußenhaut nicht auszuschließen.
Es ist bekannt, daß der sekundäre oder direkte Kühlungseffekt des Metalls an den Ecken der Stranggießkokille größer ist als in den mittleren Bereichen zwischen den Ecken. Daraus ergibt sich, daß das obere Niveau des vollständig verfestigten Metalls an den Ecken der Kokille größer ist als an den mittleren Abschnitten.
Um eine unvollständige oder unentwickelte Außenhaut gleichmäßig an allen Bereichen jeder Wandoberfläche einer Stranggießkokille zu verringern, sind zwei unterschiedliche Verfahren möglich. Das eine Verfahren besteht darin, das obere Niveau des vollständig verfestigten Metalls in den mittleren Bereichen der Kokillenwände durch Kühlung dieser mittleren Bereiche im gleichen Ausmaß wie an den Eckbereichen durch die direkte Kühlung anzuheben. Dieses Verfahren ist jedoch infolge der strukturell bedingten Zwänge der Stranggießkokille nicht möglich. Das andere Verfahren liegt darin, das obere Niveau der unvollständigen Außenhaut durch Beschränkung der indirekten Kühlung in den mittleren Bereichen abzusenken.
Obgleich aus der JP-OS 53-16 323 bekannt ist, die isolierenden Schichten in ihrem mittleren Bereich geringfügig nach unten hin zu verlängern, reicht eine derartige Schicht nicht aus, um zufriedenstellend das vertikale Ausmaß der unvollständigen Außenhaut gleichmäßig an allen Bereichen der Kokillenwand zu verringern oder so klein wie möglich zu halten. Die bekannte isolierende Platte oder Schicht ist nicht ausreichend, da ihre Abmessungen und insbesondere ihre Unterkante nicht dem Profil oder der Kontur des oberen Niveaus des vollständig verfestigten Metalls (Grenzlinie zwischen der unvollständigen Außenhaut und dem verfestigten Metall) angrenzend an die Innenwandfläche der Stranggießkokille folgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vertikal-Stranggießkokille zu schaffen, mit welcher Stränge mit qualitativ hochwertiger Oberfläche hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schichten einen nach unten horizontal begrenzten mittleren Abschnitt aufweisen, und daß für die Abmessungen des mittleren Schichtbereichs gilt: &udf53;vu10&udf54;0,2 &udf58;t&udf56; °KV°k¤´¤°KH°kÉ &udf58;t&udf56; 0,7@,(I)&udf50;°=b:1&udf54;@W:°KV°k+0,2:°KV°k&udf54; &udf58;t&udf56; °KH°kÊ &udf58;t&udf56; @W:4°KV°k+0,7:°KV°k&udf54;@,(II)&udf50;°=b:1&udf54;°KL°k^1,2°KT°k &udf58;t&udf56; °KL°kÉ &udf58;t&udf56; °KL°k^0,6°KT°k@,(III)&udf50;&udf53;vu10&udf54;mit

V = Gießgeschwindigkeit [cm/s],
H&sub1; = Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und dem unteren Ende der wärmeisolierenden Schicht (8) in der Stranggießkokille (1) im mittleren Bereich jeder Innenwand [cm],
H&sub2; = Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und dem unteren Ende der Schicht (8) in der Stranggießkokille (1) an jeder Ecke [cm],
L = Länge der Längsseiten der Stranggießkokille (1) [cm],
T = Länge der Schmalseiten der Stranggießkokille (1) [cm],
L&sub1; = Länge eines unteren mittleren Bereichs der Innenwand an der Längsseite der Stranggießkokille (1), der nicht mit der Schicht (8) bedeckt ist, der sich in Horizontalrichtung mit einer Höhe H&sub1; von seiner Mitte aus zu seinen Enden hin über im wesentlichen gleiche Längen erstreckt [cm].

Bei der erfindungsgemäßen Stranggießkokille sind der mittlere Bereich und die horizontalen Eckbereiche der wärmeisolierenden Schichten, die den oberen Teil jeder Innenseite der Stranggießkokille bedecken, in ihrer Geometrie oder Dimension entsprechend der spezifischen Gießgeschwindigkeit und anderen Gießbedingungen bestimmt, wobei die Ausbildung einer dünnen Schicht einer Erstarrungsaußenhaut in der Form wirksam gleichzeitig und gleichmäßig sowohl an dem mittleren Bereich und den Endabschnitten des geschmolzenen Metalls verhindert wird, das in Kontakt ist mit dem mittleren Bereich jeder Seite und den Eckbereichen der Stranggießkokille. Daraus resultiert, daß eine derartige Schicht einer Erstarrungsaußenhaut im wesentlichen ausgeschlossen ist. Ferner erlaubt die Anordnung der Schicht mit dem nach unten gerichteten mittleren Abschnitt, dessen untere Endkante über einen ausgewählten Abstand sich horizontal in der Stranggießkokille erstreckt, die wirksame Ausschaltung der Erstarrungsaußenhaut in der Kokille gleichmäßig an den Längsseiten der Stranggießkokille. Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen optimale, unveränderliche und wirtschaftliche Verfahren zum Gießen rechteckiger Stränge unterschiedlichen Querschnittes bei verschiedenen Gießbedingungen, während sie feine und glatte Oberflächen der gegossenen Stränge gewährleisten.
Die rechteckigen Stränge, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden, weisen eine gleichmäßige Oberflächenqualität über den gesamten Umfang auf und ihre Hautstruktur ist verbessert, so daß sie feiner ist, da eine Schicht aus grobem Kristallkorn, die sonst in der Haut ausgebildet ist, nur in den äußeren Hautbereichen vorliegt, wodurch die Menge des Metalls, welche maschinell entfernt werden muß, wenn der Strang anschließend bearbeitet wird, reduziert wird.
Zusätzlich ergeben sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Vorteile eines reduzierten Schrumpffaktors des Stranges, wodurch eine verbesserte Dimensionsgenauigkeit des Stranges geschaffen wird, sowie eine Verminderung in der Zellgröße der Dendritstruktur in der Hautschicht in einer Tiefe bis etwa 50 mm von der Oberfläche.
Bevorzugte ausgestaltete Merkmale der erfindungsgemäßen Vertikal-Stranggießkokille sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen perspektivischen Querschnitt durch einen Eckbereich einer Vertikal-Stranggießkokille mit einem darin z. T. erstarren Metallstrang mit rechteckigem Querschnitt,
Fig. 2 einen perspektivischen Querschnitt mit wärmeisolierenden Schichten, die Bereiche der inneren Wandflächen einer Vertikal-Stranggießkokille abdecken,
Fig. 3 und 4 Lupenphotographien, die die Makrostruktur über die Dicke der Hauptbereiche rechteckiger Stränge zeigen, die mit einer in Beispiel 1 beschriebenen bekannten Vorrichtung bzw. mit einer Vorrichtung nach Fig. 2 hergestellt worden sind,
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Verteilung der Zellgrößen zellularer Dendritstrukturen von rechteckigen Strängen, die mit einer in Beispiel 1 beschriebenen bekannten Vorrichtung bzw. mit einer Vorrichtung nach Fig. 2 hergestellt worden sind, und
Fig. 6(a) und (b) grafische Darstellungen, die die Veränderungen der Schrumpffaktoren der Kopf- bzw. Bodenbereiche zeigen, die entlang der Längsseiten der Form gemessen worden sind und von rechteckigen Strängen stammen, die mit einer in Beispiel 1 beschriebenen bekannten Vorrichtung bzw. mit einer Vorrichtung nach Fig. 2 hergestellt worden sind.
Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung einen Querschnitt eines Eckviertels einer Vertikal-Stranggießkokille 1 zum kontinuierlichen (oder halbkontinuierlichen) Gießen und einen verfestigten oder erstarrten Aluminiumstrang von rechteckigem Querschnitt, der durch Gießen des geschmolzenen Metalls 5 in die Form 1 erzeugt wurde. Die an den Enden offene Stranggießkokille 1 mit rechteckigem Querschnitt ist derart ausgebildet, daß sie im Inneren eine Wasserkammer 2 bildet, durch welche eine Wasserstrom, der als Kühlmittel dient, zirkuliert. Das Kühlwasser, das innerhalb der Wasserkammer 2 zirkuliert, wird von der Kammer 2 durch einen Schlitz 3, der an der inneren Kante des unteren offenen Endes der Stranggießkokille 1 ausgebildet ist, abgegeben. Das geschmolzene Metall 5 wird kontinuierlich in einen inneren Hohlraum 4 mit rechteckigem Querschnitt eingegossen, der durch die inneren Wandflächen der Stranggießkokille 1 gebildet wird, und das eingegossene geschmolzene Metall 5 wird einer ersten Kühlung in Kontakt mit den inneren Wandflächen der Stranggießkokille 1 unterzogen, wobei eine dünne, noch unentwickelte Erstarrungsaußenhaut 6 in der Schmelze ausgebildet wird. Der teilweise verfestigte oder erstarrte Strang wird nach unten aus der Stranggießkokille 1 abgezogen und dabei einer direkten Wasserkühlung (sekundäre Kühlung) unterzogen durch Spritzen des Kühlwassers, das durch den Schlitz 3 am Boden der Stranggießkokille 1 abgegeben wird, wodurch ein festes erstarrtes Metall 7 in der direkten Kühlzone ausgebildet wird. Der vollständig erstarrte Strang wird nach unten aus der Stranggießkokille 1 herausgenommen.
Beim Kühlen derartiger rechteckiger Stränge wird während deren Ausbildung in der Vertikal-Stranggießkokille 1, welche einen rechteckigen inneren Hohlraum 4 aufweist, jeder Eckbereich des gegossenen Metalls stärker gekühlt als die zwischen den Eckbereichen liegenden Bereiche während der sekundären Stufe der direkten Kühlung durch das Kühlwasser aus dem Schlitz 3.
Daraus ergibt sich, daß das erstarrte Metall 7 an den Eckbereichen stärker ist als an den dazwischen liegenden Bereichen, wenn man die Ausdehnung dieser Bereiche in Vertikalrichtung der Stranggießkokille 1 oder des Blockes mißt. Im Gegensatz dazu ist der primäre Kühleffekt durch die Wandflächen der Stranggießkokille 1 an den Eckabschnitten geringer, womit die vorstehend angesprochene vertikale Ausdehnung der Erstarrungsaußenhaut 6 in den Eckbereichen kleiner ist als in den dazwischen liegenden Bereichen.
In Fig. 2 sind wärmeisolierende Schichten 8 gezeigt, welche die Kühlwirkung des geschmolzenen Metalls durch die inneren Wandflächen der Stranggießkokille 1 regeln, indem sie obere Teile dieser Wandflächen abdecken. Die Erfindung ist darauf gerichtet, wärmeisolierende Schichten 8 vorzusehen, welche geeignete Formen oder Dimensionen aufweisen, welche im Hinblick auf die Daten ausgewählt sind, die sich aus verschiedenen grundlegenden Versuchen und tatsächlichen Gießvorgängen ergeben, um eine Differenz in der Bildung der Erstarrungsaußenhaut infolge der verschiedenen Kühlbedingungen an verschiedenen Positionen der Stranggießkokille 1 zu beseitigen, oder gleichmäßige Erstarrungsstrukturen überall im Strang zu erhalten und gleichzeitig die Bildung der Erstarrungsaußenhaut 6 einzuschränken oder wesentlich auszuschalten und verbesserte Oberflächen oder Hautstrukturen des Stranges zu erhalten.
Es wurde gefunden, daß es erforderlich ist, daß die Dimensionen der wärmeisolierenden Schichten 8 so bestimmt werden, daß die folgenden Gleichungen (I), (II) und (III) erfüllt sind: &udf53;vu10&udf54;0,2 &udf58;t&udf56; °KV°k¤´¤°KH°kÉ &udf58;t&udf56; 0,7@,(I)&udf50;°=b:1&udf54;@W:°KV°k+0,2:°KV°k&udf54; &udf58;t&udf56; °KH°kÊ &udf58;t&udf56; @W:4°KV°k+0,7:°KV°k&udf54;@,(II)&udf50;°=b:1&udf54;°KL°k^1,2°KT°k &udf58;t&udf56; °KL°kÉ &udf58;t&udf56; °KL°k^0,6°KT°k@,(III)&udf50;&udf53;vu10&udf54;mit

V = Gießgeschwindigkeit [cm/s],
H&sub1; = Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und dem unteren Ende der wärmeisolierenden Schicht 8, in der Stranggießkokille 1 im mittleren Bereich jeder Innenwand [cm],
H&sub2; = Abstand zwischen dem unteren Ende der Innenwand und dem unteren Ende der Schicht 8, in der Stranggießkokille 1 an jeder Ecke [cm],
L = Länge der Längsseiten der Stranggießkokille 1 [cm],
T = Länge der Schmalseiten der Stranggießkokille 1 [cm],
L&sub1; = Länge eines unteren mittleren Bereichs der Innenwand an der Längsseite der Stranggießkokille 1, der nicht mit der Schicht 8 bedeckt ist, der sich in Horizontalrichtung mit einer Höhe H&sub1; von seiner Mitte aus zu seinen Enden hin über im wesentlichen gleiche Längen erstreckt [cm].

Gemäß den obigen Gleichungen ist jede der Schichten 8 derart ausgebildet, daß die Abmessung, die vertikal in der Stranggießkokille 1 gemessen wird, von den Enden zu dem mittleren Bereich zunimmt, so daß das untere Ende der Schicht 8 geneigt oder im wesentlichen schräg nach unten verläuft von gegenüberliegenden Enden jeder Seite der Stranggießkokille 1. Zusätzlich hat der mittlere Bereich der Schicht 8 an der Längsseite der Stranggießkokille 1 eine konstante Höhe über die Länge L&sub1;.
Durch Abdecken der inneren Wändflächen der Stranggießkokille 1 mit den wärmeisolierenden Schichten 8, welche nach den vorstehenden Gleichungen dimensioniert sind, wird die Ausbildung von möglichen Sinterungen, Spannungsrissen und anderen Oberflächendefekten gleichmäßig über die ganze Oberfläche des erstarrten Gießkörpers eingeschränkt, wodurch eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit gewährleistet ist, d. h. sie erbringen einen fehlerfreien Guß von geschmolzenem Metall in einem festen Strang mit einer ebenen und qualitativ akzeptablen Oberfläche. Die wärmeisolierenden Schichten 8 erbringen Verbesserungen in der Haut- oder Randschichtstruktur des Stranges und eine Reduzierung der Zellgröße der Dendritstruktur und des Schrumpffaktors.
Die wärmeisolierenden Schichten 8, die einen Teil der inneren Wandflächen der Stranggießkokille 1 abdecken, um einen direkten Kontakt des geschmolzenen Metalls 5 mit den Wandoberflächen zu verhindern, sind normalerweise aus Aluminiumoxidfasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern, Asbest, Schichten aus einer Asbest-Siliciumoxid-Zusammensetzung, die unter dem Namen "Marinite" verkauft wird, oder aus anderem anorganischen Fasermaterial ausgebildet und haben gewöhnlicherweise eine Stärke im Bereich von 0,5 bis 10 mm. Während die Werte T, L und V in den vorstehenden Gleichungen in Abhängigkeit vom gewünschten Strangquerschnitt und Gießbedingungen geeignetermaßen bestimmt werden, werden diese Werte in der Praxis jeweils aus den folgenden Bereichen ausgewählt:
T = 300 bis 700 mm,
L = 500 bis 1600 mm,
V = 30 bis 100 mm/min.
Natürlich ist T kleiner als L.
Obwohl aus Gründen der einfacheren Schnittführung der Schicht 8 vorzuziehen ist, daß das untere Ende der Schicht 8 an beiden horizontalen Endbereichen angrenzend an die Ecken der Stranggießkokille 1 von den Ecken ausgehend nach unten jeweils über eine Strecke L&sub2; (Abstand vom Ende L&sub1; zur Ecke), geneigt ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, so daß die vertikal gemessene Höhe des entsprechend unbedeckten Bereichs der Wandoberfläche linear von H&sub1; zu H&sub2; zu der Ecke hin zunimmt, ist es möglich, die Schicht 8 derart auszubilden, daß die vorstehend genannten Endabschnitte über die Strecke L&sub2; geeignetermaßen an ihrem unteren Ende kurvenartig ausgebildet sind.
Ähnlich der Schicht 8 an den Längsseiten der Stranggießkokille 1 weist die Schicht 8 an den Schmalseiten eine Strecke T&sub1; auf, welche dem mittleren Bereich der inneren Wandfläche entspricht, der nicht durch die Schicht abgedeckt ist, welche sich horizontal von der Mitte der Schmalseite T mit der Höhe H&sub1; zu den Ecken hin über eine im wesentlichen gleiche Länge erstreckt. Vorzugsweise wird diese Länge T&sub1; derart ausgewählt, daß sie im wesentlichen ein Drittel der Länge T der Schmalseite beträgt. Weiterhin ist vorzugsweise das unter Ende der Schicht 8 an beiden horizontalen Endbereichen von den Ecken der Stranggießkokille 1 ausgehend nach unten geneigt über jeweils eine Strecke T&sub2;, so daß die vertikal gemessene Höhe des entsprechenden unbedeckten Abschnitts der Wandfläche zu den Ecken hin von H&sub1; zu H&sub2; linear ansteigt. Diese nach unten geneigte Anordnung der Schicht 8 an den Schmalseiten der Stranggießkokille 1 ist insbesondere wirkungsvoll, wenn die Länge T der Schmalseite nicht kleiner ist als etwa 500 mm, aber es ist in gewissen Fällen möglich, daß die Endbereiche über die Längen T&sub2; an ihrer unteren Kante geeignet gekrümmt sind, solange die Abstände H&sub1; und H&sub2; innerhalb der Bereiche der Gleichungen (I) und (II) ausgewählt sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Breite L&sub2; des unbedeckten Bereichs der Wandoberfläche an der Längsseite der Stranggießkokille 1 (in welcher die vertikale Ausdehnung gegen die Ecke hin von H&sub1; auf H&sub2; ansteigt) derart ausgewählt wird, daß sie im wesentlichen 1/2 der Länge T der Schmalseite ist.
Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Verdeutlichung der Erfindung. Diese Beispiele sind jedoch nicht einschränkend für den Bereich der Erfindung auszulegen.

Beispiel 1

Rechteckige Stränge aus reinem Aluminium wurden halbkontinuierlich in einer Vertikal-Stranggießkokille mit Schmalseiten (T) von 500 mm und Längsseiten (L) von 1080 mm gegossen. Einige der Stränge wurden mit einem herkömmlichen Gießverfahren erstellt, wobei die inneren Wandoberflächen der Stranggießkokille nicht mit irgendwelchen wärmeisolierenden Schichten bedeckt waren, und einige Stränge wurden hergestellt, wobei die Wandoberflächen mit wärmeisolierenden Schichten (wie in Fig. 2 gezeigt) bedeckt und die Dimensionen und Formen der Schichten entsprechend der Erfindung ausgebildet waren. Die wärmeisolierenden Schichten, die verwendet worden sind, bestanden aus Keramikfasern und wiesen eine Dicke von 3 mm und nachstehende Abmessungen auf:
H&sub1; = 50 mm,
H&sub2; = 70 mm,
L&sub1; = 580 mm,
L&sub2; = 250 mm,
T&sub1; = T&sub2; = 167 mm.
Jede der Schichten wurde an der inneren Wandfläche angeordnet, um einen vorbestimmten oberen Teil der Wandflächen zu bedecken, so daß die horizontalen Endabschnitte der Schicht von den Enden nach unten zu dem mittleren Bereich der Platte gehend geneigt waren, wodurch ein direkter Kontakt des eingegossenen geschmolzenen Aluminiums mit diesem oberen Teil der inneren Wandoberfläche verhindert worden ist. Der Gießvorgang wurde mit einer Geschwindigkeit von 55 mm/min durchgeführt.
Der Vergleich dieser erfindungsgemäß hergestellten Stränge mit Strängen, die auf herkömmliche Art und Weise erstellt worden sind, zeigte, daß die herkömmlich hergestellten Stränge Seigerungen und Spannungsrisse über die ganze Oberfläche aufwiesen und dementsprechend eine geringe Oberflächenqualität hatten. Andererseits zeigten die erfindungsgemäß hergestellten Stränge eine gleichmäßig glatte Gußoberfläche hoher Qualität ohne irgendwelche Seigerungsspuren, Spannungsrisse oder andere Oberflächendefekte außer winziger Wellen von weniger als 3 mm, welche bei einem Warmhauben-Gießverfahren unvermeidbar sind.
Die zwei Gruppen von Strängen, die mit herkömmlichen bzw. erfindungsgemäßen Vorrichtungen hergestellt worden sind, zeigten folgendes Bild: Makrostrukturen im Durchmesser ihrer Hautbereiche, wie in den Lupenphotographien von Fig. 3 bzw. 4 gezeigt; Veränderungen in den Zellgrößen der zellularen Dendritstrukturen in Richtung entlang der Schmalseite der Stranggießkokille von der Strangoberfläche zum Kern oder Mittelpunkt der Stränge wie in Fig. 5 gezeigt und Veränderungen des Schrumpffaktors der Kopf- und Bodenabschnitte der Stränge gemessen entlang der Längsseiten der Stranggießkokille wie in Fig. 6(a) bzw. 6(b) gezeigt.
Wie aus den Lupenphotographien der Fig. 3 bzw. 4 zu sehen ist, weist die Haut- oder Oberflächenstruktur der auf herkömmliche Weise hergestellten Stränge, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Bandschicht unter der Oberfläche auf von einer groben Struktur, welche 8 bis 10 mm einwärts von der Gußoberfläche vorhanden ist. Im Gegensatz dazu weist die Bandschicht unter der Oberfläche der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Stränge eine feine Struktur auf und ist in äußerster Nähe der Gußoberfläche angeordnet, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Deshalb ist an den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Stränge eine geringere Metallmenge vorhanden, welche entfernt oder abgearbeitet werden muß, um die erforderte Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, haben die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Stränge eine zellulare Dendritstruktur von äußerst verringerter Zellgröße in einem Bereich bis zu 50 mm Tiefe von der Oberfläche im Vergleich zu den auf herkömmliche Weise hergestellten Strängen. Ein anderer Vorteil der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Stränge gegenüber den herkömmlich hergestellten ist aus der graphischen Darstellung der Fig. 6(a) und 6(b) zu ersehen, welche zeigen, daß die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Stränge einen geringeren Schrumpffaktor (%) sowohl im Kopf- als auch im Bodenbereich aufweisen als die herkömmlich hergestellten.
Eine andere Gruppe von Strängen wurde mit der mit wärmeisolierenden Schichten ausgebildeten Stranggießkokille (an den Längsseiten der Kokille) gegossen, wobei die Schichten durch wärmeisolierende Schichten ersetzt worden sind, deren untere Endkanten gekrümmt ausgebildet sind, so daß sie insgesamt vertikal nach unten konvex sind (während nur die Größen H&sub1; und H&sub2; innerhalb der vorstehend aufgezeigten Bereiche verblieben). Diese Gruppe der auf diese Weise hergestellten Stränge zeigte ein nicht geringes Ausschwitzen und Spannungsrisse an den Längsseitenflächen und erbrachten deshalb Schwierigkeiten bei der Ausbildung einer verbesserten Oberflächenqualität, d. h. von glatten und sauberen Gußflächen an allen Seiten des Stranges. Die teilweise Ausbildung von Ausschwitzungen und Spannungsrissen erbringt eine ungleichmäßige Qualität in den Umfangsrichtungen. In Anbetracht dieser Oberflächendefekte oder Schäden wurden die Stränge dieser Gruppe, die mit den wärmeisolierenden Schichten, die nicht erfindungsgemäß ausgebildet waren, äquivalent oder leicht verbessert in der Qualität zu den Strängen eingeschätzt, welche mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind.

Beispiel 2

In einem anderen Fall wurden Stränge aus reinem Aluminium halbkontinuierlich in einer Vertikal-Stranggießkokille mit Schmalseiten (T) von 500 mm und Längsseiten (L) von 1230 mm gegossen. Die oberen Bereiche der inneren Wandflächen der Stranggießkokille wurden mit verschiedenen wärmeisolierenden Schichten bedeckt, deren Abmessungen in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt sind. Der Gießvorgang wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min durchgeführt.
Die ausgewerteten Oberflächenqualitäten der verschiedenen Stränge, die mit den verschiedenen wärmeisolierenden Schichten hergestellt worden sind, sind ebenfalls in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz23&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Die in Tabelle 1 aufgelisteten Bewertungen zeigen deutlich, daß die Verwendung von wärmeisolierenden Schichten, welche derart dimensioniert sind, daß die Bedingungen der vorliegenden Erfindung erfüllt sind, ermöglichen, Stränge ausgezeichneter Qualität mit feiner Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten.

Claims

1. Vertikal-Stranggießkokille mit vier Innenwänden, die einen Kokillenhohlraum mit rechteckigem Querschnitt begrenzen, wobei wärmeisolierende Schichten die jeweils oberen Abschnitte der vier Innenwände bedecken, wobei die Schichten von den Ecken her nach unten verlaufende Endabschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten einen nach unten horizontal begrenzten mittleren Abschnitt aufweisen, und daß für die Abmessungen des mittleren Schichtbereichs gilt: &udf53;vu10&udf54;0,2 &udf58;t&udf56; °KV°k¤´¤°KH°kÉ &udf58;t&udf56; 0,7@,(I)&udf50;°=b:1&udf54;@W:°KV°k+0,2:°KV°k&udf54; &udf58;t&udf56; °KH°kÊ &udf58;t&udf56; @W:4°KV°k+0,7:°KV°k&udf54;@,(II)&udf50;°=b:1&udf54;°KL°k^1,2°KT°k &udf58;t&udf56; °KL°kÉ &udf58;t&udf56; °KL°k^0,6°KT°k@,(III)&udf50;&udf53;vu10&udf54;mit

2. Vertikal-Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte der Schichten (8) der Längsseiten und/oder der Schmalseiten der Stranggießkokille (1) jeweils von der unteren äußeren Schichtecke geradlinig zur Ecke des Mittelabschnitts verlaufen.

3. Vertikal-Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mittelbereich der Schicht (8) auf den Schmalseiten der Stranggießkokille (1) mittig mit einer Länge von 1/3 T erstreckt.

4. Vertikal-Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionslänge der geneigten Endabschnitte der Schichten (8) auf den Längsseiten der Stranggießkokille (1) 1/2 T beträgt.

5. Vertikal-Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte T und L in den Bereichen liegen von 300 mm bis 700 mm, bzw. von 500 mm bis 1600 mm bei V von 30 mm/min ≤ V ≤ 100 mm/min.

6. Vertikal-Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge T der Schmalseite nicht kürzer ist als 500 mm.

7. Vertikal-Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierenden Schichten (8) eine Dicke von 0,5 bis 10 mm aufweisen.

8. Vertikal-Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung zum Vergießen von Aluminium oder einer Legierung auf Aluminium-Basis.