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Verfahren zum Stranggiessen von Metallen, insbesondere von Stahl
In Stranggiessanlagen wird die Schmelze aus der Pfanne oder der Verteilerrinne dem Schmelzspiegel in der Kokille durch ein Zuflussrohr zugeführt, dessen nach abwärts oder seitlich gerichtete Ausflussöffnung unter dem Spiegel des Schmelzbades liegt. Durch diese Anordnung soll eine Wirbelbildung auf dem Badspiegel verhindert werden, die immer dann eintritt, wenn der Strahl im freien Fall auf dem Schmelzspiegel auftrifftund dabei tief in die Schmelze eindringt. Die erwähnten Zuflussrohre vermeiden auch ein Mitreissen von Luftteilchen in die Schmelze. Beim Giessen schwer schmelzender Metalle, wie Stahl, können sie aber nicht verwendet werden,. weil wegen der hohen Temperatur Teile des Rohres ausbrechen und das Gefüge des Stranges verschlechtern.
Beim Stranggiessen, insbesondere von Stahl, wird daher, trotz der bekannten Vorteile der Zuflussrohre, die Schmelze gewöhnlich im freien Fall in die Kokille gegossen.
Um die Nachteile der Wirbelbildung innerhalb des Schmelzsumpfes durch den tief eindringenden freien Giessstrahl zu vermeiden, wurden etwa in der Mitte des Schmelzspiegels schwimmende Zwischengefässe angeordnet, aus denen die Schmelze über seitliche Kanäle in die Kokille fliesst. Mit dieser Art der Zuführung soll eine raschere Regelung der Zuflussmenge erzielt und eine gerichtete Strömung auf dem Schmelzspiegel vermieden werden. Für Jas Stahlstranggiessen sind aber diese schwimmenden Gefässe nicht geeignet.
Die Strömung, die beim freien Fall des Giessstrahles auf dem Schmelzspiegel verursacht wird, stört das gleichmässige Wachstum der an der Kokillenwand erstarrenden Randschichte. Die Wachstumszunahme dieser Randschichte wird nämlich an der Stelle, an welcher sich die Strömung bis zum Rande hin auswirkt, verringert, wodurcn ein Aufbrechen durch den ferrostatischen Druck begünstigt wird.
Das Giessen grosser Strangquerschnitte erfordert einen starken Giessstrahl, um die notwendige Giessleistung zu erzielen. Solche dicke Giessstrahlen verursachen eine verstärkte Wirbelung der Schmelze in der Kokille. Um sie zu vermeiden, wurde bisher die Schmelze dem Bad in mehreren Strahlen zugeführt. Die grössere Zahl von Giessstrahlen erfordert jedoch umfangreiche Einrichtungen zur Regelung der Zuflussmenge und verursacht unkontrollierte Strömungen.
Zum Giessen von langgestreckten Querschnittsformen wurde zur gleichmässigen Verteilung der Schmelze über den ganzen Querschnitt und zur Verhinderung einer stets gleichgerichteten Strömung im Schmelzbad bereits vorgeschlagen, den Giessstrahl während des Giessvorganges über den Querschnitt wandern zu lassen. Es hat sich aber gezeigt, dass hiedurch noch grössere Wirbel entstehen, die ihrerseits unkontrollierte, an verschiedenen Stellen das Wachstum der erstarrten Schichte störende Strömungen verursachen.
Um alle diese Nachteile zu vermeiden, soll gemäss der Erfindung die Schmelze nahe der Kokillenwand so in die Kokille eingeführt werden, dass sie bei Kokillen mit langgestrecktem Horizontalquerschnitt parallel zur Symmetrielinie oder entlang der Diagonalen dieses Querschnittes bzw. bei runden Kokillen in Richtung eines Durchmessers des Horizontalschnittes ausströmt.
Der wegen des hohen spezifischen Gewichtes der Schmelze mit grossem Druck austretende Giessstrahl streicht über den Schmelzspiegel in Richtung zum entgegengesetzten Querschnittsende und verliert dadurch an Temperatur, so dass keine wesentliche Wachstumshemmung der erstarrten Schichte an dieser Stelle auftritt. Beim Giessen von hochschmelzenden Metallen mit Legierungselementen, die eine besondere Affinität zum Sauerstoff haben, bietet das Verfahren gemäss der Erfindung auch noch den Vorteil, dass durch die Strömung am Giessspiegel die Bildung von Häuten und Deckeln verhindert wird.
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Der Gegenstand der'Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine langgestreckte Kokille im Aufriss, Fig. 2 im Grundriss und Fig. 3 den Strömungsverlauf bei einem besonders langgestreckten Kokillenquerschnitt.
Nahe dem Umfang der Kokille 1 ist ein Rohr 2 aus einem keramischen Werkstoff mit einer seitlich angeordneten Ausflussöffnung 3 vorgesehen. Die Ausflussöffnung liegt knapp über dem Schmelzspiegel 4 und weist nach der gegenüberliegenden Umfangsstelle der Kokille.
Die Schmelze muss gemäss der Erfindung so austreten, dass sich eine horizontale Strömung ausbildet.
Die Strömungsenergie ist durch den ferrostatischen Druck der Schmelzsäule in dem Rohr und in dem dar- über befindlichen Gefäss sehr bedeutend und verursacht in Kokillen grossen Querschnittes wegen des nötigen dicken Giessstrahles eine gerichtete Strömung. Um die vertikale Komponente der Ausflussenergie möglichst klein zu halten, ist es zweckmässig, an das vertikale Rohr ein hinreichend langes horizontales Rohr anzuschliessen.
Durch die Vernichtung der vertikalen Strömungskomponente dringt die zufliessende Schmelze nicht in das Bad ein und verursacht im wesentlichen keine vertikale Kreisbewegung der Schmelze. Durch eine vertikale Kreisbewegung würden nämlich die Schmelzteilchen abermals auf den Badspiegel gehoben und kämen wieder mit der Atmosphäre in Berührung.
Beirunden oder vieleckigen Querschnittsformen kann die vertikale Strömungskomponente der Schmelze dadurch unterdrückt und eine kreisende Strömung in einigem Abstand von der Kokillenwand erzwungen werden, dass die Schmelze durch ein Zuflussrohr dem Schmelzspiegel in einem geringen Abstand von der Kokillenwand zugeführt wird, wobei die Ausflussöffnung des Rohres in eine Richtung parallel zur Tangente des zunächst liegenden Kokillenwandteiles weist und überdies noch die Schmelze in der Kokille etwa durch ein gebogenes, horizontales Ausflussrohr oder durch ein Drehfeld in eine kreisende Bewegung versetzt wird.
Die Strömung der in besonders langgestreckte Kokillenquerschnitte einfliessenden Schmelze (Fig. 3) wird vor Erreichen der gegenüberliegenden Kokillenwand so stark abgebremst und auch abgekühlt, dass das Wachstum der erstarrten Schichte auch an dieser Seite im wesentlichen nicht gestört ist. Sollte jedoch dennoch eine Wachstumsverringerung befürchtet werden, kann an dieser Stelle eine stärkere Kühlung dieses Kokillenwandteiles vorgesehen werden.