Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen in einer Stranggießkokille (1) mit einem Kokillenaufsatz (22) dessen Innenwandung unter Bildung eines Überhanges (8) über die Innenwandung der Stranggießkokille vorsteht, bie dem die Innenwandung der Stranggießkokille gekühlt und geschmiert wird, wobei ein unter Druck stehendes Gas wie Luft, Stickstoff oder Inertgas am Übergang des Kokillenaufsatzes in den Formhohlraum (15) in die Stranggißkokille eingeleitet wird. Das Trenn- und/oder Schmiermittel und das Gas wird vor dem Eintreten in den Formhohlraum der Stranggießkokille in eimen Volumen-Verhältnis von 1 - 4 : 1000 vermischt und diese Mischung wird ausgehend vom Überhang des Kokillenaufsatzes in Abzugsrichtung parallel zur und entlang der Kokillenlauffläche (7) ausgeblasen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen in einer Stranggießkokille mit einem Kokillenaufsatz, dessen Innenwandung unter Bildung eines Überhanges über die Innen­wandung der Stranggießkokille vorsteht, bei dem die Innen­wandung der Stranggießkokille gekühlt und geschmiert wird, wobei ein unter Druck stehendes Gas wie Luft, Stickstoff oder Inertgas am Übergang des Kokillenaufsatzes in den Formhohlraum in die Stranggießkokille eingeleitet wird.

[0002] Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 27 34 388 (Showa) bekannt. das bekann­te Verfahren führt nur unter günstigen Voraussetzungen zu einigermaßen glatten Barrenoberflächen. Beim Angießen ist beispielsweise eine Überwachung und Regelung des Druckes von Gas und Schmieröl-Strömungsmenge erforderlich, sowie eine laufende Temperaturmessung zur Einstellung der Gieß­parameter. Dies führt im Betriebsfalle häufig zu Schwierig­keiten, die durch Schwankungen des Metallstandes und Ände­rungen des metallostatischen Druckes im laufenden Gießver­fahren noch verstärkt werden.

[0003] Ferner hat sich gezeigt, daß mit dem Verfahren nach DE-OS 27 34 388 bleihaltige Legierungen mit Gehalten bis zu 2,5 % Blei nicht zufriedenstellend zu vergießen sind. Diese Legierungen sind aber für die Herstellung von spanend zu bearbeitenden Stranggußprodukten von besonderer Bedeutung.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs ge­nannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggießen zu entwickeln, womit unabhänig von den jeweilige- Gießbedingungen glatte und saubere Barren­oberflächen erzielt werden können. Die besondere Oberflächen­qualität zeichnet sich durch Verhinderung von Klebstellen und Verringerung der Oberflächenseigerungen auf ein Maß aus, welches die Weiterverarbeitung ohne Abdrehen des Barrens ermöglicht.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Patent­ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, daß durch die Anordnung eines Ringspaltes in Richtung der Kokillenlauffläche und durch Vormischung von Trenn- und/oder Schmiermittel und Gas eine Nachregulierung der Gießparameter, insbesondere der Gas- und Schmiermittelmenge auch bei schwan­kendem Metallstand nicht erforderlich ist. Versuche mit gas­förmigen Schmiermitteln wie Acetylen, Butadin, Propan und Trichloräthylen haben gezeigt, daß bei den in der Kokille herrschenden Bedingungen (Druck und Temperatur) eine ein­wandfreie Trennwirkung durch Zersetzung der gasförmigen Schmiermittel nicht möglich ist. Bei Zugabe von konventio­nellen Schmiermitteln ohne Gas parallel zur Kokillenachse treten in der Startphase Verbrennungen des Schmiermittels auf und anschließend Unterdosierung. Deshalb ist die Her­stellung eines optimalen Schmiermittelzustandes nur durch Schmiermitteldosierung nicht möglich.

[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich als wichtig herausgestellt, daß die Kokillenlauffläche unterhalb des Überhanges absolut glatt und frei von Bohrungen, Stufen oder Nuten ist. Insbesondere beim Angießen muß eine laminare Strömung parallel zur Kokillenlauffläche aufrechterhalten werden, damit das einfließende Metall nicht mit der Kokillen­wand in Berührung kommt. Dieser Effekt wird dadurch ver­stärkt, daß zwischen Anfahrblock und Kokillenlauffläche ein Mindestabstand von 2-5 mm vorgesehen ist und in diesem Zwischenraum ein Unterdruck, vorzugsweise durch das am Ko­killenaustrittsende ausgeblasene Kühlwasser (Wasserstrahl-­Pumpen-Effekt) erzeugt wird.

[0007] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­beispieles näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die erfindungsgemäße Kokille gezeigt. Man erkennt die Kokille 1 mit dem Kokil­lenaufsatzt der aus einem Heißkopf 2 und einem Gasführungs­block 3 mit Gaskanal 13 besteht. In der Kokille 1 ist eine Bohrung 4 für das Trenn- und/oder Schmiermittel und einen Kanal 5 für die Wasserkühlung enthalten. Zwischen Kokille 1, Heiß­kopf 2 und Gasführungsblock 3 wird ein Ringspalt 6 gebil­det, der zumindest in der Nähe der Austrittsöffnung parallel und in Fortsetzung zur Lauffläche 7 verläuft. Wichtig ist hierbei, daß keinerlei Absätze, Bohrungen oder Nuten an der Lauffläche und im Austrittsbereich des Ringkanals vor­handen sind, damit eine annähernd laminare Strömung des Gemisches aus Trenn- und/oder Schmiermittel und Gas ermög­licht wird.

[0008] Im Betriebsfalle wird durch den Ringkanal 6 das Gas in den Raum unterhalb des Überhanges 8 dem Menikushohlraum 9 ein­geblasen. Dabei reißt das Gas an der Schmiermittelzufüh­rung (Bohrung 4) Teile des flüssigen Trenn- oder Schmier­mittels mit, z. B. Öl. Es bilden sich Ga/Öl-Nebel (Emulsi­onen), die in laminare Strömung unterhalb des Überhanges 8 in Abzugsrichtung und parallel zur Kokillenlauffläche aus­treten und bis in den Zwischenraum von Kokille 1 und dem Anfahrblock reichen. Der dort wirksame Unterdruck, er­zeugt durch den aus Kanal 5 austretenden Wasserstrahl, sorgt für Ausbildung eines ringförmigen Gas/Öl-Schleiers, der die Kokillenwand 7 vollständig gegenüber dem flüssigen Metall abschirmt.

[0009] In zahlreichen Versuchen hat sich gezeigt, daß die erfin­dungsgemäße Zugabe eines Gas/Öl-Gemisches auch bei schwan­kendem Metallstand nicht durch Veränderung der Pumpendrücke oder Fördermengen geregelt werden muß. Offenbar ist die kombinierte Anwendung von Gas/Öl-Schleier und Saugwirkung entlang der Lauffläche so stark, daß auch bei Änderung des metallostatischen Druckes stets eine Pufferwirkung zwischen Metall und Lauffläche erhalten bleibt.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise auf riß­empfindliche Legierungsgruppen angewendet. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für Stränge mit 10 Zoll Durch­messer gegeben, wobei das Verhältnis von Trennmittel und Gas bei 3:1000 lag.
AlMg5 Gießgeschwindigkeit 70 mm pro Minute
AlCuMg2 Gießgeschwindigkeit 65 mm pro Minute
AlZnMgCu1,5 Gießgeschwindigkeit 65 mm pro Minute
AlCuMgPb Gießgeschwindigkeit 65 mm pro Minute

[0011] Diese Gießgeschwindigkeiten konnten unmittelbar nach dem An­fahren konstant gehalten werden. Weitere Gießparameter waren nicht nachzuregulieren. Die erhaltenen Barrenoberflächen zeig­ten eine hohe Oberflächenqualität.

[0012] Weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Figu­ren 2 bis 5. Im Vergleich zu Fig. 1 ist der Kokillenaufsatz 22 in Fig. 2 einteilig ausgeführt. Die Bohrung für den Gaskanal 14 befindet sich im Kokillenaufsatz 22 und mündet in einen breiten Vorraum 15 zwischen Überhang 8 und Kokillenlauffläche 7. Hier findet die Gemischbildung mit dem Trenn- und/oder Schmiermittel statt, das aus Bohrung 4 in der Kokille 1 herangeführt wird. Zur Kühlung des Stranges 10 wird Wasser 11 aus dem Kanal 5 ausgeblasen.

[0013] Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt Fig. 3. Hier ist der Kokillenaufsatz horizontal geteilt in zwei Teilflächen 22a,22b. Die Gasleitung 16 verläuft auch im oberen Teil 22a in Strangabzugsrichtung und wird nur durch eine Kammer 22c zur Gasverteilung unterbrochen. Die Kokille 1 weist eine Stützwand 12 zur sicheren Positionierung des Ko­killenaufsatzes 22a,b auf. Die übrigen Teile, wie Schmier­mittelbohrung 4 und Vorraum 15 entsprechen der Ausführung nach Fig. 2.

[0014] In Fig. 4 ist zwischen der Kokille 1 und dem Heißkopf 2 ein anders geformter Gasführungsblock in Form eines Ein­satzes 17 vorgesehen. In Fig. 5 ist in entsprechender Weise ein Einsatzteil 18 zwischen der Kokille 1 und dem Heißkopf 2 angeordnet. Im Unterschied zu Fig. 4 wird bei Fig. 5 die Gasleitung 19 horizontal durch die Kokille 1 und das und das Einsatzteil 18 in einen Vorraum 20 geführt, von dem aus das Gas in den Ringspalt 6 gelangt. Die Mischung mit dem Schmiermittel, das über Bohrung 4 zugeführt wird, erfolgt variabel zwischen 2 und 10 mm vor Austrittsöffnung der Ringspaltmündung. Alle übrigen Merkmale entsprechen den im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschrie­benen Teilen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Stranggießen in einer Stranggießkokille mit einem Kokillenaufsatz, dessen Innenwandung unter Bildung eines Überhanges über die Innenwandung der Stranggießkokille vorsteht, bei dem die Innenwandung der Stranggießkokille gekühlt und geschmiert wird, wo­bei ein unter Druck stehendes Gas wie Luft, Stickstoff oder Inertgas am Übergang des Kokillenaufsatzes in den Formhohlraum in die Stranggießkokille eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenn- und/oder Schmier­mittel und das Gas vor dem Eintreten in den Formhohlraum der Stranggießkokille in einem Volumen-Verhältnis von 1-4:1000 vermischt wird und diese Mischung, ausgehend vom Überhang des Kokillenaufsatzes in Abzugsrichtung parallel zur und entlang der Kokillenlauffläche ausge­blasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt zwischen Anfahrblock und Kokillenlauffläche ein Unterdruck erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Angießen und Stranggießen mit konstanten Mengen für Trenn- und/oder Schmiermittel sowie für Gas gefahren wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Strang­gießen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem auf der Kokille (1) befind­lichen Aufsatz (22) kanalartige Durchtrittsöffnungen an­geordnet sind, die sich - ausgehend vom Meniskushohlraum (9) parallel und entlang der Abzugsrichtung des Stranges er­strecken.

5.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Überhang (8) des Kokillenaufsatzes (22) ein Ringspalt (6) angeordnet ist, dessen Wandungen zumindest im Bereich der Austrittsöffnung im wesentlichen parallel zur Abzugsrich­tung und entlang der Kokillenlauffläche (7) ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gkennzeichnet, daß die Mündung des Ringspaltes (6) bis zur Austrittsöffnung 10-30 mm parallel zur Kokillenachse geführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß die Zusammenführung von Trenn- und/oder Schmiermittel und Gas im Bereich von 2-10 mm vor der Austrittsöffnung der Ringspaltmündung (21) erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenlauffläche (7) hinter dem Überhang (8) glatt und allseitig geschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß zwischen Kokillenlauffläche (7) und Anfahrblock ein Spalt von 2-5 mm vorhanden ist, und daß der Anfahrblock am oberen Rand eine umlaufende, erhöhte Kante aufweist.

Zeichnung