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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 zum Druckgießen von Metallflachzeugen, wie
Brammen, ausgehend von einer Flüssigmetallpfanne, und eine
Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 zur
Durchführung des Verfahrens. Ein solches Verfahren und eine
solche Vorrichtung sind bekannt.
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In an sich bekannter Weise wird das in dieser Pfanne
enthaltene flüssige Metall durch den Druck von Druckluft in eine
Form gegossen, die zwei mit Graphitblöcken versehene Seitenwände
sowie Abstandsteile, die einen Hohlraum zur Aufnahme des
flüssigen Metalls begrenzen, und zwei nach oben und unten offene,
komplementäre und über einem Schacht angeordnete Halbkokillen
aufweist. Dieser wird durch ein vorderes, das heißt auf der
Seite, durch welche das flüssige Metall in die Form eintritt,
gelegenes Abstandsteil und durch ein Ende eines oberen
Abstandsteils begrenzt und bildet einen Zutritt für das flüssige Metall
in das Innere des Hohlvolumens der Halbkokillen, damit dort ein
Flüssigmetallspeiser ausgebildet werden kann.
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Der Speiser spielt beim Druckgießen eine wichtige Rolle in
dem Sinne, daß er einen großen Anteil am Ergebnis, d.h. der
Qualitat der Bramme, hat. Dieser Speiser hat im wesentlichen die
Aufgabe, ein Reservoir an flüssigem Stahl zu bilden, der die
Bramme während ihres Schrumpfens und Abkühlens zwischen den
Graphitblöcken und Abstandsteilen nachspeist. Der Speiser bildet
eine Stahlmasse, die ausreicht, nach dem Ende des Gießens und der
Erstarrung des Bades die bei Güssen in Blockformen praktisch
unvermeidbare Einsinkung aufzunehmen, so daß diese das
Fertigprodukt nicht beeinträchtigt.
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Eine weitere Funktion des Speisers besteht darin, die
Kontraktion der Bramme beim Abkühlen freizugeben, um Risse zu
vermeiden, die bei zu starrer Blockade unweigerlich entstehen.
Hierzu ist die Form des Speisers aus den beiden vorgenannten
Halbkokillen, allgemein aus Gußeisen, gebildet, die sich unter
der Wirkung von elastischen Anpreßeinrichtungen, die auf jeder
Seite der Halbkokillen angeordnet sind, einerseits gegen das
vordere Abstandsteil und andererseits gegen das obere
Abstandsteil legen.
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Die Anlagekraft der Halbkokillen an den Abstandsteilen muß
erheblich über der ferrostatischen Kraft liegen, um die
Dichtigkeit gegenüber Flüssigmetall zu gewährleisten. Diese Kraft, die
für die Bekämpfung des Durchsickerns von Stahl, das im Falle
eines schlechten Anpressens einträte, unabdingbar ist, wirkt dem
freien Schrumpfen des flüssigen Stahls des Speisers durch die
Basis des Schachtes zur eigentlichen Bramme entgegen, und dieses
Entgegenwirken ist der Qualität der gewonnenen Bramme abträglich.
Die von den elastischen Einrichtungen auf die Halbkokillen
ausgeübte Anpreßkraft behindert nämlich das Schrumpfen der
Bramme durch die Basis des Schachts zum zwischen den
Graphitblöcken eingeschlossenen Hohlraum. Wenn so die Anpreßkraft der
Halbkokillen über der Kraft liegt, zu der die Haut des flüssigen
Metalls im Laufe der Erstarrung fähig ist, entstehen unweigerlich
erhebliche Risse am Übergang zwischen der eigentlichen Bramme und
dem Speiser.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung desselben vorzuschlagen, welche
obige Nachteile vermeiden.
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Gemäß der Erfindung ist das Druckgießverfahren dadurch
gekennzeichnet, daß während des Gießens des flüssigen Metalls in
die Halbkokillen und am Anfang seiner Erstarrung eine erhöhte
Anpreßkraft für die Halbkokillen aufrechterhalten, dann, sobald
die Oberflächenhaut des Speisers ausreichend erstarrt ist, die
Anpreßkraft vermindert wird, um den Widerstand gegen das
Zusammenziehen des Flachzeugs zu unterdrücken.
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Unter diesen Bedingungen bieten die Wände der Halbkokillen
der Schrumpfung der Bramme einen geringeren Widerstand nach
Verminderung der Anpreßkraft. Auf diese Weise beobachtet man
praktisch keine nennenswerte Risse am Übergang Bramme-Speiser
mehr.
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Gemäß der Erfindung umfaßt die Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens auf jeder Seite der Halbkokillen Mittel zur
wesentlichen Verminderung der Anpreßkraft der elastischen
Einrichtungen nach dem Gießen und zu Beginn der Erstarrung des
flüssigen Metalls.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung umfassen die
vorgenannten Mittel für jede Halbkokille einen an ihr angelenkten
und von einem festen Teil der Form gehaltenen Arbeitszylinder so,
daß dieser auf die zugehörige Halbkokille eine Querzugkraft
entgegengesetzt zur Anpreßkraft der elastischen Einrichtungen
ausüben kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen, die als nicht einschränkendes Beispiel
eine Ausführungsform veranschaulichen.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt langs einer vertikalen
Mittelebene und ein Teilaufriß einer Druckgießform für metallische
Flachzeuge, die mit einer nicht dargestellten Kokille zur
Ausbildung des Speisers der Bramme versehen werden kann.
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Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht der Form der
Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine Aufrißansicht, in einer zur vertikalen
Mittellängsebene der Fig. 1 senkrechten Ebene, der einen der
Halbkokillen, mit denen die Form der Fig. 1 ausgestattet werden
kann, und welche mit einer Anpreßvorrichtung gemäß der Erfindung
versehen ist.
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Fig. 4 ist eine Halbschnitt-Halbaufrißansicht entsprechend
Fig. 3 der zu derjenigen der Fig. 3 komplemtären zweiten
Halbkokille.
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Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Kraft der Anpressung
der Halbkokillen gegeneinander durch eine der elastischen
Anpreßeinrichtungen in Abhangigkeit von der Durchbiegung der
elastischen Einrichtungen zeigt.
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Die Druckgießanlage, zu der die Erfindung Bezug hat, weist
(Fig. 1 und 2) eine Pfanne 1 mit flüssigem Metall 2, die in einem
auf einem Wagen 10 sitzenden Behälter 4 angeordnet ist, sowie
eine Form 5 auf, die auf einem Rahmen 6 ruht, der seinerseits von
Säulen 7 und einem Hydraulikzylinder 8 abgestüztz wird.
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Der Behälter 4 ist mit einem dichten Deckel 9 versehen, der
von einem hochschmelzenden Rohr 11 durchsetzt wird, dessen
unteres Ende in das flüssige Metall 2 eintaucht. Das obere Ende
des Rohres 11 durchsetzt den Deckel 9 auf Höhe einer an sich
bekannten Vorrichtung, mit der eine dichte Verbindung zwischen
einer Füllöffnung der Form 5 und dem Rohr 11 hergestellt werden
kann. Mit einer Apparatur 70 kann in das Innere der Pfanne 1
Druckluft eines geeigneten Drucks geleitet werden, welche das
flüssige Metall 2 in das Rohr 11 treibt und in das Innere der
Form 5 eindringen läßt, so daß in dieser das gewünschte
metallische Flachzeug gegossen wird.
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In Fig. 1 ist der durch die Form 5 und ihren Trägerrahmen
6 gebildete Aufbau horizontal dargestellt. Der Hydraulikzylinder
8 gesattet ein Kippenlassen des Rahmens 6 und der Form 5 auf den
Säulen 7 um eine quer zur Zeichenebene verlaufende horizontale
Achse 40, die die Anlenkung dieses Aufbaus an den Säulen 7
bildet. Dieses Kippen gestattet eine leichte Neigung der Form 5,
damit sie in eine Stellung geführt werden kann, in der das Gießen
des flüssigen Metalls 2 in an sich bekannter Weise möglich ist.
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Die Form 5 weist zwei parallele Seitenwände 25 auf, die
jeweils durch eine Halterung 30 und einen Graphitblock 31
gebildet sind, der teilweise in der einen Graphitträgerrahmen
bildenden Halterung 30 aufgenommen ist.
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Der Halterungsrahmen 30 hat im dargestellten Beispiel einen
C- oder U-förmigen Querschnitt, dessen oberer und unterer
Schenkel zwischen sich teilweise den entsprechenden Block 31
einschließen.
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Die Blocke 31 werden von Kanälen 33 (Fig. 2) durchsetzt, die
die Aufnahme von Systemen zur Kühlung der Blöcke 31 durch
Wasserbesprengung gestatten.
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Die Form 5 weist auch, angeordnet zwischen den
gegenüberliegenden Innenflächen 32 zweier Blöcken 31, vier
Abstandsteile (20, 21, 22, 23) auf, die zwischen den Blocken 31
angeordnet
sind, welche während des Gießens des Metalls durch nicht
dargestellte Einrichtungen (Hydraulikzylinder und elastische
Vorrichtungen, die seitlich der Wände 25 angeordnet sind) gegen
diese Abstandsteile gepreßt gehalten werden, um zu verhindern,
daß flüssiges Metall beim Gießen nach außerhalb der Abstandsteile
dringt. Diese Mittel zum Anpressen der Wände 25 gegen die
Abstandsteile und zur transversalen Verschiebung derselben sind
in einer Patentanmeldung beschrieben, die am gleichen Tag wie die
vorliegende Anmeldung durch die Anmelderinnen hinterlegt worden
ist und den Titel "Gießform für metallische Flachzeuge, wie etwa
Brammen" trägt. Die Beschreibung dieser Anpreßmittel sowie
anderer die Gießanlage der Fig. 1 bildenden Teile ist in dieser
Patentanmeldung erfolgt und betrifft nicht die vorliegende
Erfindung.
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Hier werden nur die Elemente der Anlage beschrieben, die zum
Verständnis der Erfindung nützlich sind.
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Die Form 5 weist die folgenden Abstandsteile auf:
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Ein unteres Längsabstandsteil 21, das sich im wesentlichen
über die Gesamtlänge der Wände 25 erstreckt und auf dem
Mittelteil des Rahmens 6 aufliegt.
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Ein vorderes Abstandsteil 22, das im wesentlichen vertikal
verläuft, wenn sich die Form 5 in horizontaler Stellung befindet
(Fig. 1), und dessen unteres Ende mit dem benachbarten Ende des
unteren Abstandsteils 21 die Eintrittsöffnung 12 für das flüssige
Metall in den die Form 5 bildenden Hohlraum zwischen den Blöcken
31 begrenzt.
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Ein hinteres Abstandsteil 23 senkrecht zum unteren
Abstandsteil 21, auf welchem es durch eine auf dem Rahmen 6 sitzende
Antriebsvorrichtung 17 gleitend verschoben werden kann.
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Ein oberes Abstandsteil 20, welches geringfügig unter der
Oberkante des Blocks 31 liegt und parallel zum Abstandsteil 21
ist. Das obere Abstandsteils 20 ist über dem unteren Abstandsteil
21 in einer Hohe angeordnet, die gleich derjenigen des hinteren
Abstandsteils 23 ist und der Breite des zu gießenden Flachzeugs
entspricht. Die Abstandsteile 20 bis 23 haben alle die gleiche
Dicke, die die Dicke des Flachzeugs bestimmt.
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Die Lage des hinteren Abstandsteils 23 in Längsrichtung, die
durch die Vorrichtung 17 eingestellt wird, bestimmt die Länge des
zu gießenden Flachzeugs.
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Das obere Abstandsteil 20 wird von einer
Aufhängungsvorrichtung 27 getragen, die ihrerseits durch einen in den
Zeichnungen nicht sichtbaren Längsträger gehalten wird. Diese
Aufhängungsvorrichtung 27 wird im einzelnen in einer Patentanmeldung
beschrieben, die am gleichen Tage wie die vorliegende
Patentanmeldung durch die Anmelderinnen hinterlegt worden ist und den
Titel "Vorrichtung zur Halterung und Regulierung der Lage eines
oberen Abstandsteils einer Druckgießvorrichtung" trägt. Diese
Beschreibung ist für die vorliegende Erfindung nicht von
Interesse. Es wird also einfach angegeben, daß die
Aufhängungsvorrichtung 27 mehrere Hebel 51 aufweist, die um Achsen
schwenkbar sind, welche auf dem vorgenannten Träger sitzen, und daß
jeder Hebel 51 an seinem Ende eine Schraubenwinde 61 trägt, wobei
das obere Abstandsteil 20 an den Schraubenwinden 61 aufgehängt
ist.
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Es wird nun der Teil der Druckgießeinrichtung der Fig. 1 und
2 genauer beschrieben, auf den die Erfindung abzielt.
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Das obere Abstandsteil 20 weist dem oberen Ende des vorderen
Abstandsteils 22 zugekehrt einen rechtwinklig nach oben
abgewinkelten Endabschnitt 20b auf. Dieser abgewinkelte Abschnitt 20b
erstreckt sich wie das obere Ende des Abstandsteils 22, mit
welchem er einen ansteigenden Kanal 15 bildet, in welchem das
gegossene Metall am Ende des Füllens der Form 5 eindringen kann,
über eine gewisse Höhe vertikal nach oben. Dieser Kanal 15 setzt
das Innenvolumen der Form 5 mit einer in den Fig. 3 und 4
dargestellten Kokille in Verbindung, die durch zwei komplementäre
Halbkokillen 41 und 42 gebildet ist, die nach oben und unten
offen sind und zwischen sich an ihrer Basis eine Einführöffnung
für das flüssige Metall begrenzen. Jede Halbkokille 41, 42 ruht
auf dem Ende des Graphitblocks 31 auf. Diese Kokille 41, 42 kann
am Ende des Gießens teilweise durch einen Speiser 60 aus
flüssigem
Metall gefüllt sein, in welchem sich nach dem Erstarren der
Bramme eine Einsinkung ausbilden kann.
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Die beiden Halbkokillen 41 und 42 werden gegen den oberen
Endabschnitt 20b des Abstandsteils 20 sowie gegen das obere Ende
des vorderen Abstandsteils 22 in gegenüber dem flüssigen Metall
dichter Weise durch elastische Anpreßeinrichtungen angelegt
gehalten. Letztere sind im beschriebenen Beispiel in einer Anzahl
von zwei 43 und 44 jeweils einer entsprechenden Halbkokille 41,
42 zugeordnet. Jedes Paar von Anpreßeinrichtungen 43, 44 ist in
einem auf der Halterung 30 der entsprechenden Seitenwand 25
sitzenden Gehäuse 45 aufgenommen. Jede Anpreßeinrichtung 43, 44
weist eine Schraubenfeder 46 auf, die koaxial um eine Stange 47
gelegt ist, welche in einem mit dem Gehäuse 45, das seinerseits
an der Halterung 30 befestigt ist, fest verbundenen Zylinder 48
angeordnet ist. Jede Stange 47 durchsetzt den Boden des
entsprechenden Zylinders 48, in dem sie in einer zur vertikalen
Längsmittelebene der Kokille 41, 42 und der Form 5 senkrechten
Richtung gleiten kann. Jede Feder 46 liegt am feststehenden Boden
des Zylinders 48 an, in dem sie um die Stange 47 herum in
Stellung gehalten wird, während ihr entgegengesetztes Ende an
einem seitlichen Lappen 49 der zugeordneten Halbkokille 42 bzw.
41 anliegt, auf die auf diese Weise eine transversale Anpreßkraft
gegen die Abstandsteile 20 und 22 nach geeigneter Abgleichung der
Federn 46 ausgeübt wird.
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Die Basen 41a, 42a der Halbkokillen 41 und 42 ruhen mit
einem leichten seitlichen Spiel auf Ausfütterungen 71 auf, die
auf den Blöcken 31 befestigt sind, damit ein leichter Querabstand
der Halbkokillen 41, 42 zugelassen wird.
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Jeder Halbkokille 41 und 42 ist ein Arbeitszylinder 52
(hydraulisch oder pneumatisch) zugeordnet, der so montiert ist,
daß seine Stange 53 auf die entsprechende Halbkokille 41, 42 eine
Querkraft in Richtung parallel zu den Kräften ausüben kann, die
durch die elastischen Einrichtungen 43 und 44 ausgeübt werden.
Jede Stange 53 ist also an der zugeordneten Halbkokille 41, 42
angelenkt, während der Körper des Arbeitszylinders 52 von einem
feststehenden Teil der Form 5 gehalten wird, beispielsweise, wie
dargestellt, der entsprechenden Halterung 30 einer Seitenwand 25.
Jeder Körper des Arbeitszylinders 52 ist dort auf einem Flansch
54 angelenkt, der am oberen Teil der Halterung 30 befestigt ist,
wobei der Arbeitszylinder in einer im wesentlichen horizontalen
Richtung senkrecht zur vertikalen Mittellängsebene der Form 5 und
der Kokille 41, 42 und vorzugsweise auf einer solchen Höhe, daß
er zwischen den Anpreßeinrichtungen 43 und 44 liegt, angeordnet
ist.
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Ein auf einem der Gehäuse 45 (Fig. 4) montierter
Arbeitszylinder ermöglicht die Bewegung eines Behälters 56, welcher ein
Abdeckpulver für das Stahlbad 60 enthält.
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Ein Ausleger 57 trägt an seinem Ende einen vertikalen Stab
58, der in die Kokille 41, 42 eintaucht. Das Inberührungtreten
seines unteren Endes mit dem Bad 60 entspricht dem Ende des
Gießens in die Form 5 und löst in bekannter Weise einen
elektrischen Kontakt aus.
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Das Arbeiten der gerade beschriebenen Anpreßvorrichtung für
die Halbkokillen 41, 42 ist entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren folgendes:
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Während des Gießens des flüssigen Metalls 2 in die
Halbkokillen 41, 42 und des Beginns der Erstarrung hält man eine
erhöhte Anpreßkraft für die Halbkokillen 41, 42 durch die
elastischen Einrichtungen 43, 44 aufrecht, während die beiden
Arbeitszylinder 52 vollständig "entspannt" sind und selbst
keinerlei Kraft auf die Halbkokillen 41 und 42 ausüben.
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Sobald die Oberflächenhaut des in der Kokille 41, 42
enthaltenen Speisers aus flüssigen Stahl ausreichend erstarrt
ist, vermindert man leicht die Anpreßkraft der elastischen
Einrichtungen 43 und 44, indem man die Arbeitszylinder 52 so
auslöst, daß sie auf die zugeordneten Halbkokillen 41, 42
Zugkräfte ausüben, die den Anpreßkräften der Vorrichtungen 43,
44 entgegengesetzt sind. Diese Kräfte werden also dementsprechend
vermindert.
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Die Kraft der Arbeitszylinder 52 wird auf einem Wert im
Bereich der Relaxation der Federn 46 während der Erstarrung des
flüssigen Metalls eingestellt. Diese Relaxationskraft entspricht
der leicht abgefallenen Kraft der Federn 46. Während also während
des Gießens in die Form 5 ein maximales Anpressen der
Halbkokillen 41, 42 gegen die Abstandsteile 20, 22 die Dichtigkeit
garantiert, gestattet die leichte Verminderung der transversalen
Anpreßkraft nach dem Beginn der Erstarrung die Aufrechterhaltung
der notwendigen Dichtigkeit. Die von den Arbeitszylindern 52
ausgeübte Kraft wird also so eingestellt, daß sie einen festen
statischen Halt für die erstarrte Oberflächenschicht des Speisers
60 gestattet und dabei praktisch die Schrumpfungskräfte der
Bramme unterdrückt, was das Nicht-Auftreten von Rissen am
Übergang Bramme-Speiser gewährleistet.
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Das Diagramm der Fig. 5 zeigt als nicht einschränkendes
Beispiel die Anpreßkraft, in daN, der Halbkokillen 41, 42 in
Abhängigkeit von der Durchbiegung, in Millimeter, der
Anpreßeinrichtungen 46. Dieser Wert entspricht der Gesamtkraft der
elastischen Einrichtungen 43 und 44. Der Wert F1 ist die
Gesamtanpreßkraft der elastischen Einrichtungen 43 und 44, der
Wert F1-F2 die effektiv an die Halbkokillen 41, 42 nach dem
Auslösen der Arbeitszylinder 52 angelegte Kraft.
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Das Verfahren und die Einrichtungen zu seiner Durchführung,
die die Erfindung vorsieht, gestatten die Vermeidung langer,
heikler und wenig zuverlässiger Einstellungen, die in
Abhängigkeit von den verschiedenen Formaten der Brammen und den in den
verschiedenen Fällen notwendigen verschiedenen Höhen der Speiser
notwendig wären. Die Höhe des Speisers variiert wesentlich in
Abhängigkeit vom gegossenen Stahlvolumen, der Isolation der
Speiserkokille und ggf. von der gegossenen Stahlsorte.
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Mittels der Erfindung ist es also möglich, außer einer
einfachen Anfangseinstellung, die nach dem Extremfall beim
Inbetriebnehmen der Form 5 vorgenommen wird, andere Einstellungen
zu unterdrücken. Die Relaxation der elastischen
Anpreßeinrichtungen 43 und 44 durch die Arbeitszylinder 52 ist von den
verschiedenen für den Speiser möglichen Konfigurationen unabhängig.
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Die Erfindung kann verschiedene Ausführungsvarianten
annehmen. So können insbesondere die elastischen Einrichtungen
43 und 44 durch Stapel von elastischen Scheiben ersetzt sein, die
wie die in Fig. 3 dargestellten Vorrichtungen eine aktive
mechanische Anpressung mit aller Sicherheit während des Gießens
gewährleisten. Gegebenenfalls könnte eine einzige
Anpreßeinrichtung 43 oder 44 auf jeder Seite der Kokille angeordnet sein.