Metalleinlauf in Stranggiessvorrichtungen mit bewegten Kokillenwänden

Abstract

 Bei Stranggießvorrichtungen, die einen feststehenden feuerfesten Eingußkörper und eine diesen teilweise umschließende Kokille mit in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen, entstehen Schwierigkeiten im Bereich des Eingußkörpers dann, wenn dieser - beispielsweise zur Erzielung ausreichend guter Strangqualitäten - gegen die in Gießrichtung bewegten Kokillenwände abgedichtet sein muß. Um insbesondere bei hohen Gießtemperaturen und Werkstoffen mit hoher chemischer Aggressivität eine ausreichende Betriebssicherheit im Bereich des Metalleinlaufs sicherzustellen, ist zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände (2) und des Eingußkörpers (3) zumindest an dessen Austrittsbereich (4) bewußt ein Spalt (9) eingestellt, wobei die Kokillenwände (2) derart beschichtet sind und eine derartige Geschwindigkeit aufweisen, daß in dem Spalt (9) zwischen dem von ihnen ausgehenden Erstarrungsbereich (8) und dem Eingußkörper (3) ein mit flüssigem Metall angefüllter Flüssigbereich (8') vorhanden ist.
Vorzugsweise ist der Spalt - insbesondere bei der Verarbeitung von Stahl - nicht größer als zwei Millimeter.
Falls der Spalt Werte zwischen 0,5 bis 1 Millimeter aufweist, liegt die Geschwindigkeit der Kokillenwände (2) zwischen 10 bis 20 Meter pro Minute.

Beschreibung

[0001] Metall einlauf in Stranggießvorrichtungen mit bewegten Kokillenwänden

[0002] Die Erfindung bezieht sich auf einen Metalleinlauf in Stranggießvorrichtungen, die einen feststehenden feuerfesten Eingußkörper und eine diesen teilweise umschlie-Bende Kokille mit in Gießrichtung bewegten Kokillenwän_- den aufweisen.

[0003] Derartige bekannte Stranggießvorrichtungen lassen sich insbesondere bei nach außen hin abgeschlossenem Metalleinlauf mit gutem Ergebnis betreiben, da der Zutritt von Luft zum flüssigen Metall verhinderbar und die Regelung der zugeführten Metallmenge insbesondere bei hohen Gießgeschwindigkeiten beherrschbar ist. Schwierigkeiten entstehen im Bereich des feststehenden Eingußkörpers dadurch, daß dieser.gegen die in Gießrichtung bewegten Kokillenwände abgedichtet sein muß, um das Austreten flüssigen Metalls nach außen zu vermeiden.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metalleinlauf zu entwickeln, welcher mit verhältnismäßig geringem technischen Aufwand über längere Zeiträume im Übergangsbereich.zwischen dem Eingußkörper und den bewegten Kokillehwänden - die insbesondere als Bänder ausgebildet sein können - eine ausreichende Dichtheit aufweist. Der Metalleinlauf soll dabei insbesondere in Stranggießvorrichtungen zum Einsatz gelangen, in denen Metalle wie Aluminium, Kupfer, Stahl und Zink verarbeitet werden.

[0005] Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, daß die zwischen Metallschmelze und Kokillenwerkstoff bzw. Eingußkörperwerkstoff wirkenden Kräfte für eine rein mechanische Abdichtung sehr kleine Spaltabmessungen erforderlich machen; diese lassen sich bei den hohen Gißtemperaturen insbesondere für Kupfer und Stahl und deren hoher Aggressivität für feuerfeste Werkstoffe nicht über den notwendigen Zeitraum von einigen Stunden aufrechterhalten. Das in den Spalt zwischen den Kokillenwänden und dem Eingußkörper gelangende flüssige Metall könnte zwar bei seiner vollständigen Erstarrung abdichtend wirken; dieser Erstarrungsvorgang ist jedoch unerwünscht und nachteilig, da das gerade erstarrte Metall fortlaufend aus dem Spalt herausgerissen oder aber auf den bewegten Kokillenwänden schleifen und somit deren Oberfläche beschädigen würde. Dies hätte eine Zerstörung der gerade entstandenen Metallhaut, eine schlechte Oberfläche des Gießerzeugnisses sowie gegebenenfalls eine Beschädigung der Stranggießvorrichtung zur Folge.

[0006] Die gestellte Aufgabe wird durch einen Metalleinlauf der eingangs genannten Gattung gelöst, der im wesentlichen zumindest die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Erfindung beinhaltet danach die Erkenntnis, daß ein kontinuierlicher Gießprozeß unter stationären Bedingungen nur dann möglich ist, wenn im Spalt zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände und des Eingußkörpers keine Brücke aus erstarrtem Metall gebildet wird. Es kommt daher darauf an, die Erstarrung des Metalls am Eingußkörper zu verhindern, da andernfalls die Gefahr einer Brückenbildung zur Kokille besteht. Damit die beginnende Erstarrung nicht den Eingußkörper erreicht, also zwischen diesem und den Kokillenwänden ein mit flüssigem Metall angefüllter Flüssigbereich aufrechterhalten bleibt, sind die Kokillenwände mit einer geeigneten wärmedämmenden Beschichtung ausgestattet und bewegen sich relativ zum Eingußkörper so schnell, daß in den mit flüssigem Metall angefüllten Spaltbereich nur soviel Metall fließt, wie durch Erstarren verbraucht und durch die Bewegung der Kokillenwände abgeführt wird: Zwischen den Kokillenwänden und zumindest dem Austrittsbereich des Eingußkörpers ist also stets ein Zweiphasenbereich vorhanden, in dem das in den Spalt einströmende Metall durch Erstarrung im Erstarrungsbereich gerade aufgezehrt wird.

[0007] Die Erfindung vermittelt also die Lehre, daß der bewußt zwischen dem Eingußkörper und den bewegten Kokillenwänden eingestellte Spalt selbsttätig durch erstarrendes Metall abdichtbar ist, sofern die Materialeigenschaften und geometrischen Verhältnisse der gegeneinander abzudichtenden Bestandteile sowie die Geschwindigkeit der Kokillenwände gerade so aufeinander abgestimmt sind, daß die in den Spalt einströmende Metallmenge der mit den Kokillenwänden aus dem Spalt herausgeförderten erstarrten Metallmenge entspricht. Als Beschichtswerkstoffe kommen insbesondere Pulver und alkoholische Suspensionen auf Glas-, Schlacke-, Graphit-, Keramik-Graphit-Basis zur Anwendung; die Beschichtung kann jedoch auch unter Verwendung geeigneter Salze, Fette und Öle hergestellt sein.

[0008] Bei bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ist der Spalt so eingestellt, daß er nicht größer ist als zwei Millimeter, vorzugsweise 1,5 bzw. 1 Millimeter (Ansprüche 2 bis 4). Bei entsprechender gegenseitiger Abstimmung der Materialeigenschaften und geometrischen Verhältnisse der gegeneinander abzudichtenden Bestandteile unter Berücksichtigung des Gießmetalls ist es jedoch möglich, den Spalt auh größer als zwei Millimeter einzustellen. Die einander zugewandten

[0009] Wände der Kokille und des Eingußkörpers sind vorteilhafterweise so ausgebildet und angeordnet, daß sie zumindest im Austrittsbereich des Eingußkörpers parallel zueinander verlaufen.

[0010] Vorzugsweise ist der Spalt zwischen dem Eingußkörper und den bewegten Kokillenwänden auf einen Wert zwischen 0,5 bis 1 Millimeter eingestellt, wobei die Geschwindigkeit der Kokillenwände zwischen 10 bis 20 Meter pro Minute beträgt (Anspruch 5). Eine derartig ausgebildete Ausführungsform ist insbesondere zum Vergießen von Stahl geeignet.

[0011] Infolge der hohen Wärmebelastung der Kokillenwände stellt deren Verwerfung, durch welche der Abstand zum Eingußkörper verändert wird, ein besonderes Problem dar. Um diesen Abstand, das heißt die Spaltbreite, möglichst konstant auf dem gewünschten Wert zu halten, ist es zweckmäßig, Führungsschienen vorzusehen, an denen sich die Kokillenwände mit geringer Vorspannung abstützen (Anspruch 6). Die vorteilhaft aus dem Werkstoff des Eingußkörpers bestehenden Führungsschienen (Anspruch12) können fest mit dem Eingußkörper verbunden sein, sind aber zweckmäßigerweise derart beweglich (Anspruch 11) in diesem gehalten, daß entweder ein gewünschter Abstand zwischen Kokille und Eingußkörper während des Gießvorgangs erhalten bleibt oder daß der Abstand zwischen den beiden genannten Bestandteilen in dem gewünschten Umfang verändert werden kann.

[0012] Die Führungsschienen können insbesondere auch unter Verwendung von Federelementen beweglich im Eingußkörper geführt sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist es möglich, die Lage der Führungsschienen bezüglich der Kokillenwände von au-Ben zu verstellen; zu diesem Zweck können die Führungsschienen insbesondere durch Verstellkeile oder ähnliche fernbedienbare Hubeinrichtungen innerhalb des Eingußkörpers höhenverstellbar sein.

[0013] Zweckmäßigerweise sind die Führungsschienen auf der den Kokillenwänden zugewandten Seite verhältnismäßig schmal ausgebildet; ihre Breite quer zur Längsrichtung des E4ngußkörpers beträgt vorzugsweise nicht mehr als fünf Millimeter (Anspruch 8)

[0014] Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Führungsschienen so anzuordnen, daß ihr Größtabstand voneinander quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers zweihundert Millimeter beträgt (Anspruch 7). Um eine Brückenbildung zwischen den Kokillenwänden und dem Eingußkörper zu vermeiden, nähern sich die Führungsschienen der Austrittkante des Eingußkörpers allenfalls bis auf dreißig (Anspruch 9) bzw. bis auf fünfzig Millimeter (Anspruch 10).

[0015] Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist der Austrittsbereich des Eingußkörpers mit einer sich in Gießrichtung trichterförmig erweiternden Bohrung ausgestattet; die Bohrungswandung verläuft vorteilhaft konvex-gekrümmt, unter Umständen jedoch auch geradlinig oder konkav-gekrümmt. Durch die auf das Gießproblem abgestimmte Krümmung des Austrittsbereiches werden die folgenden Ziele optimal erreicht: Hohe mechanische Stabilität des Eingußbereiches des Eingußkörpers, ausreichend hohe Wärmekapazität und Wärmeleitung nach außen, das heißt in Richtung Kokille, und weitgehende Beruhigung der turbulenten Strömung.

[0016] Der Austrittsbereich und der Restbereich des Eingußkörpers sind zweckmäßig in einer Weise miteinander verbunden, die thermisch bedingte Abmessungsänderungen zuläßt (Anspruch 14); insbesondere können die beiden Bereiche des Eingußkörpers durch Steckverbindungen aneinander befestigt sein. Als geeignete Werkstoffe für den Austrittsbereich kommen insbesondere Si_SN₄, BN oder Cermet zur Anwendung; der Restbereich des Eingußkörpers kann insbesondere aus feuerfester hochtonerdehaltiger Keramik hergestellt sein, wie beispielsweise Silimanitstein. Die erwähnte, Verschiebungen zulassende Verbindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Austrittsbereich des Eingußkörpers - im Gegensatz zu dessen Restbereich - aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht (Anspruch 17).

[0017] Um zu verhindern, daß das flüssige Metall zu weit in den Spalt zwischen der Kokille und dem Eingußkörper eindringt, ist der Spalt im Austrittsbereich des Eingußkörpers vorteilhaft mit Inertgas gefüllt; der Inertgasdruck ist dabei so gewählt, daß seine Größe geringfügig unterhalb derjenigen des metallostatischen Drucks der Schmelze im Austrittsbereich liegt (Anspruch 15). Da der Inertgasdruck stets kleiner ist als der bereits erwähnte metallostatische Druck der Schmelze, kann das Inertgas nicht in das flüssige Metall und in den Gießstrang gelangen. Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit Inertgas-Abdichtung weist vorzugsweise zusätzlich die Merkmale des Anspruchs 16 auf.

[0018] Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.

[0019] Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Längs-Teilschnitt durch den erfindungsgemäßen Metalleinlauf im Austrittsbereich des Eingußkörpers,

Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Maßstab einen Teilschnitt durch den mit mehreren nebeneinander liegenden Führungsschienen ausgestatteten Eingußkörper quer zu dessen Längserstreckung und

Fig.3 schematisch einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Metalleinlauf, dessen Eingußkörper im Austrittsbereich mit einem Inertgaskanal ausgestattet ist.

[0020] Der errindungsgemäße Metalleinlauf weist als wesentliche Bestandteile in Richtung des Pfeiles 1 bewegte bandförmige Kokillenwände 2 und einen feststehenden Eingußkörper 3 auf, der seinerseits aus einem Austrittsbereich 4 und einem rückwärtigen Restbereich 5 zusammengesetzt ist. Die Bereiche 4 und 5 bestehen aus einem Werkstoff mit guter (Bereich 4) bzw. mit geringer (Bereich 5) Wärmeleitfähigkeit.

[0021] Das zu vergießende flüssige Metall wird in Richtung des Pfeiles 6 durch eine Bohrung 7 im Eingußkörper 3 zwischen die sich bewegenden Kokillenwände 2 eingeleitet; der von diesen ausgehende Erstarrungsbereich ist mit 8 bezeichnet. Die Bohrung 7 mit der Längsache 7' erweitert sich im Austrittsbereich 4 mit der Außenfläche 4' und der Austrittskante 4" in Gießrichtung (Pfeil 6) trichterförmig.

[0022] Zur Abdichtung des Spaltes 9 zwischen den Kokillenwänden 1 und der Außenfläche 4' bzw. 5' der Bereiche 4 und 5 des Eingußkörpers 3 wird dafür Sorge getragen, daß der Abstand zwischen den Bestandteilen 2 und 3 stets etwa 0,7 Millimeter beträgt. Darüber hinaus sind die Kokillenwände 2 - die sich mit einer_Geschwindigkeit von etwa 17 Meter pro Minute bewegen - so beschichtet, daß die beginnende Erstarrung (Erstarrungsbereich 8) nicht den Eingußkörper 3 bzw. dessen Austrittsbereich 4 erreicht, sondern ein mit flüssigem Metall angefüllter spaltförmiger Flüssigbereich 8' aufrechterhalten bleibt. Die Aufrechterhaltung dieses Flüssigbereiches 8' hat zur Folge, daß im Spalt 9 zwischen den Bestandteilen 2 und 3 keine Brücke aus erstarrtem Metall gebildet wird. Die während des Gießvorgangs herrschenden Betriebsbedingungen (Spaltbreite, Beschichtung der Kokillenwände, Geschwindigkeit der Kokillenwände) sind also derart gewählt, daß durch den spaltförmigen Flüssigbereich 8' immer gerade so viel flüssiges Metall nach links nachströmt, wie nach dem Erstarren an den Kokillenwänden 2 durch deren Bewegung nach rechts (Pfeil 1) abgeführt wird.

[0023] Um sicherzustellen, daß die Spaltbreite in der gewünschten Größe ständig erhalten bleibt, ist der Eingußkörper 3 auf der den Kokillenwänden 2 zugewandten Seite (das heißt im Bereich der Außenflächen 4' und 5' in Fig. 1) mit Führungsschienen 10 ausgestattet, an denen sich die Kokillenwände 2 mit geringer Vorspannung abstützen (vgl. Fig. 2). Die Breite b dieser Führungsschienen . beträgt vorzugsweise nicht mehr als fünf Millimeter, ihr gegenseitiger Abstand a quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers 3 nicht mehr als zweihundert Millimeter.

[0024] Um die Führungswirkung der Führungsschienen 10 gegebenenfalls verändern zu können, können diese - in Abänderung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform - verstellbar im Eingußkörper 3 gehalten sein; darüber hinaus ist es möglich, die Führungsschienen 10 unter Zwischenschaltung von Federelementen beweglich im Eingußkörper 3 anzuordnen. Die Mittelebene des Eingußkörpers 3 quer zur Längsachse 7' ist in Fig. 2 mit 7" bezeichnet.

[0025] Zweckmäßigerweise reichen die Führungsschienen 10 - in Richtung der Längsachse 7' (bzw. in Richtung der Pfeile 1 und 6) gesehen - so nah wie möglich an die Austrittskante 4" des Austrittsbereichs 4 heran; ihr Abstand von dieser Austrittskante muß jedoch so bemessen sein, daß sie in jedem Falle außerhalb des in Fig. 1 angedeuteten Erstarrungsbereiches 8 - der in den Spalt 9 hineinreicht - liegen. - Der Abstand c der Vorderkanten der Führungsschienen 10 von der Austrittskante 4" ist daher nicht kleiner als dreißig Millimeter (vgl. Fig. 1).

[0026] Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Austrittsbereich 4 des Eingußkörpers 3 mit einem Ringkanal 11 ausgestattet, durch welchen Inertgas in den Spalt zwischen den Bestandteilen 2 und 4 geführt wird. Der Ringkanal 11 steht über eine Zuführleitung 12 mit einer nicht dargestellten Inertgasquelle in V_er-bindung.

[0027] Der Druck des Inertgases ist dabei so bemessen, daß er ständig geringfügig unter dem Wert des metallostatischen Druckes in der Schmelze im Bereich der Austrittskante 4" des Austrittsbereiches 4 liegt. Das vorhandene Inertgas verhindert das zu weite Eindringen von Schmelze in den Spalt zwischen den Bestandteilen 2 und 4, ohne daß die Gefahr des Einlagerns von Inertgas in den Gießstrang besteht.

[0028] Auf der von der Austrittskante 4" abgewandten rückwär- .tigen Seite ist der Ringkanal 11 durch eine gleichzeitig. an den Kokillenwänden 2 anliegende Dichtung 13 verschlossen.

[0029] Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf die Verwendung im Zusammenhang mit bandförmigen Kokillenwänden beschränkt; er kann auch mit andersartig aufgebauten Kokillenwänden zusammenwirken.

Ansprüche

j. Metalleinlauf in Stranggießvorrichtungen, die einen feststehenden feuerfesten Eingußkörper und eine diesen teilweise umschließende Kokille mit in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände (2) und des Eingußkörpers (3) zumindest an dessen Austrittsbereich (4) ein Spalt (9) eingestellt ist, und daß die Kokillenwände (2) derart beschichtet sind und eine derartige Geschwindigkeit aufweisen, daß in dem Spalt (9) zwischen dem von ihnen ausgehenden Erstarrungsbereich (8) und dem Eingußkörper (3) ein mit flüssigem Metall angefüllter Flüssigbereich (8') vorhanden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) allenfalls bis zu zwei Millimeter beträgt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) allenfalls bis zu 1,5 Millimeter beträgt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) allenfalls bis zu einem Millimeter beträgt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) auf einen Wert zwischen 0,5 bis 1 Millimeter eingestellt ist und daß die Geschwindigkeit der Kokillenwände (2) zwischen 10 bis 20 Meter pro Minute beträgt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) zwischen den Kokillenwänden (2) und dem Eingußkörper (3) durch an diesen angeordnete Führungsschienen (10) eingestellt ist, die sich mit geringer Vorspannung an den Kokillenwänden abstützen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Größtabstand der Führungsschienen (10) voneinander - quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers (3) gesehen - zweihundert Millimeter beträgt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Führungsschienen (10) quer zur Längsrichtung des Eingußkörpers (3) höchstens fünf Millimeter beträgt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) sich der Austrittskante (4") des Eingußkörpers (3) - in dessen Längsrichtung gesehen - allenfalls bis auf dreißig Millimeter nähern.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) sich der Austrittskante (4") des Eingußkörpers (3) - in dessen Längsrichtung gesehen - allenfalls bis auf fünfzig Millimeter nähern.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche- 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) beweglich im Eingußkörper (3) gehalten sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (10) aus dem Werkstoff des Eingußkörpers (3) bestehen.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) eine sich in Gießrichtung (Pfeil 6) trichterförmig erweiternde Bohrung (7) aufweist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (4) und der Restbereich (5) des Eingußkörpers (3) in einer Weise miteinander verbunden sind, die thermisch bedingte unterschiedliche Abmessungsänderungen zuläßt.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (9) im Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) Inertgas mit einem Druck enthält, dessen Größe geringfügig unterhalb derjenigen des metallostatischen Drucks der Schmelze im Austrittsbereich (4) liegt.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingußkörper (3) auf der den Kokillenwänden (2) zugewandten Außenseite einen Ringkanal (11) aufweist, der außerhalb der Kokille an eine Inertgasquelle angeschlossen und auf der vom Austrittsbereich (4) abgewandten Seite gegenüber den Kokillenwänden (2) abgedichtet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich (4) des Eingußkörpers (3) - im Gegensatz zu dessen Restbereich (5) - aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht.

Zeichnung