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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen eines
Metallbarrens mit die Länge einer Giesskokille übersteigender Länge, in die flüssiges Metall von einem
Giessbehälter eingebracht wird. Die Erfindung geht damit von einem Giessverfahren aus, wie es z. B. als sogenanntes Stranggussverfahren allgemein bekannt ist, und bei welchem der in der Kokille erstarrende Barren nach Massgabe seiner Erstarrung fortlaufend aus der Kokille herausbewegt wird. Bei den bekannten
Stranggussverfahren wird der in der Kokille erstarrende Strang in Giessrichtung, d. h. an dem vom Giessbehälter, z. B. einer Giesspfanne abgekehrten Ende aus der Kokille herausbewegt, zu welchem Zweck die Kokille an beiden
Enden offen ist.
Dabei konzentriert sich das gesamte Temperaturgefälle von der durch die Giesspfanne bedingten
Eingusstemperatur an über den Erstarrungspunkt bis auf eine Temperatur ausreichender Strangfestigkeit auf den von der Kokille umschlossenen Strangbereich, und dies erfordert zum Zwecke ausreichender Wärmeabfuhr entsprechend dem Durchsatz eine Kokille mit verhältnismässig grosser Umschliessungslänge. Daraus ergeben sich hohe Reibungskräfte beim Ausbringen des Stranges, hoher Kokillenverschleiss, dadurch bedingte Abnahme der möglichen Wärmeabfuhr und damit der zulässigen Giessgeschwindigkeit.
Da bei horizontalem Stranggiessen die gleitbare Unterstützung des über seine Länge ungleich abgekühlten
Stranges grosse Schwierigkeiten bereiten würde, wird zumeist vertikal bzw. mit Bogenstrang gegossen, wobei sich grosse Bauhöhen der Giessanlage und besondere Förderprobleme für das flüssige Metall ergeben. In jedem Fall liefert das bekannte Stranggussverfahren auch dann, wenn die Meta1Izufuhr und die Strangbewegung zeitweilig unterbrochen werden, stets einen endlosen Strang, der erst nach dem Erstarren auf die gewünschten Barrenlängen zerschnitten wird. An eine Gussunterbrechung durch Entfernung des Stranges aus der Kokille ist wegen der damit verbundenen Schwierigkeiten kaum zu denken.
Ziel der Erfindung ist es, Metallbarren bestimmter Länge, bis 30 m und mehr, besonders in niedrigeren Giessanlagen mit geringem Aufwand und geringem Verschleiss einwandfrei giessen zu können. Das erfindungsgemässe Kokillengiessverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Giessvorganges die Kokille vom Giessbehälter oder der Giessbehälter von der Kokille längs einer vorzugsweise horizontalen oder leicht geneigten Bahn zur Bildung eines Metallbarrens mit einer erstarrten Gussschale und einem flüssigen Kern wegbewegt wird und dass von dem Giessbehälter flüssiges Metall durch die erstarrte Gussschale in Richtung zur
Kokille nachgegossen wird.
Der durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise bedingte Vorgang besteht praktisch darin, dass sich der um den Giessstrom herum in Mantelform erstarrende Barren gegen die Giessrichtung aus der
Kokille herausbewegt. Dabei ergibt sich zwischen dem heissen Giessstrom und dem gekühlten Erstarrungsmantel eine Art Gegenstrom, der besonders bei direkter Intensivkühlung des Barrenmantels zu einer erheblichen Abkühlung des pfannenheissen Giessstromes noch vor dessen Eintritt in die Kokille führt. Die Kokille braucht daher nicht mehr an Wärmemenge abführen, als zur blossen Erstarrung und unabdingbaren Verfestigung des Barrenmantels nötig ist. Damit kann die Kokille wesentlich kürzer als bisher ausgeführt sein, Reibung und Verschleiss bleiben niedrig, und die volle Kühlwirkung bleibt länger erhalten.
Wie sich zeigt, nimmt diese Gegenstromwirkung mit der Länge des aus der Kokille ausgebrachten Barrens zu, und man kann die Giessgeschwindigkeit bei gleichbleibender Kühlleistung der Kokille sogar noch steigern. Ist die gewünschte Barrenlänge erreicht, so kann man ohne Schwierigkeit die Metallzufuhr unterbrechen, den Barrenkem erstarren lassen und den erhaltenen starren Barren entfernen. Da der Barren von Anfang an nur geringe Temperaturunterschiede aufweist, bereitet seine Lagerung beim Giessen und Entfernen auch dann keine Schwierigkeit, wenn horizontal gegossen wird.
Um die Reibung zwischen Kokille und Barrenmantel noch weiter zu verringern, wird zweckmässig der Barren schrittweise, z. B. in 10 Schritten je Minute, aus der Kokille herausbewegt. Diese Massnahme wäre beim bekannten Stranggiessverfahren wegen der grossen Massenträgheit des endlosen Stranges und der überlangen Kokille undenkbar. Diese Schritte können durch periodische Geschwindigkeitsänderungen ersetzt sein, indem die Kokille vom Giessbehälter unter Ausführung von in Bewegungsrichtung der Kokille verlaufenden Schwingungen wegbewegt wird. In diesem Fall wird die dünne Erstarrungshaut, die sich am gekühlten Kokillenabschluss bilden kann, durch die häufigen Druckentlastungen laufend aufgebrochen und wieder eingeschmolzen.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird von einer bekannten Giessvorrichtung ausgegangen, wie sie beispielsweise beim üblichen Stranggiessen verwendet wird. Eine derartige Giessvorrichtung ist mit einem Giessbehälter, einer am Ende geschlossenen Giesskokille und einem Anfahrstück ausgerüstet. Dabei ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Anfahrstück mit dem Auslass der Giessbehälter lösbar verbunden ist und einen hohlen Innenraum aufweist, durch welchen das flüssige Metall während des Giessvorganges strömt, wobei eine Fördereinrichtung die Kokille vom Giessbehälter wegbewegt. Da der Kokillenabschluss, z. B. ein Boden, eine zusätzliche Kühlung des flüssigen Metalles ermöglicht, ist eine weitere Kürzung der Kokillenlänge möglich.
Die bewegliche Anordnung der leichteren Kokille erlaubt es, den wesentlich schwereren Barren mit dem Giessbehälter feststehend anzuordnen, womit sich der Aufbau der ganzen Vorrichtung sehr vereinfacht.
So kann die Fördereinrichtung ein üblicher, mit Rädern ausgerüsteter Wagen sein, auf welchem die Kokille gelagert ist. Da sich das erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich auch mit geneigter oder senkrechter Giessrichtung bzw. Kokillenbewegung ausführen lässt, kann der Wagen auch als schräg- oder Vertikalaufzug ausgebildet sein.
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Zur Durchführung der Verfahrensweise, bei der die Kokille vom Giessbehälter unter Ausführung von in Bewegungsrichtung der Kokille verlaufenden Schwingungen wegbewegt wird, ist zweckmässig auf dem Wagen ein mit der Giesskokille gekoppelter Oszillator befestigt.
Zum weiteren Verständnis wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher beschrieben. Hiebei zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine kontinuierlich arbeitende Giessvorrichtung zu Beginn eines Giessvorganges gemäss der Erfindung ; Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der Austrittsdüse eines Giessbehälters, eines Anfahrstücks, eines gerade gegossenen Barrens und eine andersartig gekühlte Kokille ; die Fig. 3 und 4 Längsschnitte durch verschiedene Ausführungen einer wassergekühlten Kokille ; Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Kokille und einen Teil eines gerade gegossenen Blockes, wobei die Kokille so ausgeführt ist, dass ein Schmiermittel zugeführt werden kann ;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Kokille und einen Teil eines gerade gegossenen Blockes, dessen Seitenwände beim Austritt aus der Kokille mit Wasser besprüht werden und dessen Endwand erstarrt ist, Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Kokille und einen Teil eines Barrens, wobei die erstarrte Metallwand am Ende des Barrens berührungsfrei mit der Endwand der Kokille kurz vor dem Aufbrechen und Wiederschmelzen der Barrenendwand dargestellt ist ;
Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Giessbehälter, einen gerade gegossenen Barren und eine Kokille, der eine Abwandlung der Erfindung zeigt, bei der ein Barren unter einem Winkel zur Horizontalen gegossen wird, und Fig. 9 eine Seitenansicht eines Giessbehälters und einen Längsschnitt durch ein nicht befestigtes Anfahrstück und einen Teil eines Barrens mit geschmolzenem Metall, das von dem Giessbehälter in das obere Ende des Anfahrstücks strömend dargestellt ist, wenn der Barren gerade gegossen wird.
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und weist ein sich verjüngendes Aussenende --18-- auf, das um seinen Umfang Einkerbungen-19besitzt. Das sich verjüngende Ende --18-- des Anfahrstücks --17-- ist in einer am Ende geschlossenen Kokille--20--angeordnet, die aus Kupfer besteht und wassergekühlt ist.
Der Giessbehälter--12-ruht auf einem Fundament-19'--, von dem aus Schienen--21verlaufen, auf denen ein Kokillentransportwagen --22-- auf Rädern --23-- rollt. Auf dem Wagen--22-- befindet sich die Kokille-20--, die mit einem Kokillenoszillator --24-- über eine Stange-25-
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Das Kühlwasser-28-gelangt durch einen Schlauch --29-- in die Kokille --20-- und verlässt diese durch einen Schlauch-30--.
Aus den Fig. l, 6 und 7 geht im einzelnen hervor, wie ein Barren --32-- gegossen wird. Geschmolzener
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Erstarrung des darin befindlichen Stahls zu verhindern, wodurch das Nachfliessen geschmolzenen Stahls durch das Anfahrstück blockiert würde. Der die wassergekühlte Kokille --20-- berührende flüssige Stahl erstarrt um das sich verjüngende Ende --18-- des Anfahrstückes --17-- und bleibt durch die Einkerbungen--19-unterstützt an dem Anfahrstück --17-- haften. An dem Anfahrstück können abwechselnd Aushöhlungen oder Erhebungen vorgesehen sein, damit eine sich erhärtende Stahlschale daran haften kann. Es kann auch Abkühlschrott vorgesehen sein, um eine schnelle und positive Erstarrung um das sich verjüngende Ende --18-des Anfahrstückes--17--sicherzustellen.
Sobald der Kokillenraum --33-- mit geschmolzenem Stahl gefüllt ist, wird der Transportwagen-22-mit der Kokille--20--nach rechts bewegt. Wie aus den Fig. 6 und 7 entnommen werden kann, wird eine
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Ende des Barrens. Obgleich sich am Ende des Barrens eine dünne Gusshaut-36-bilden kann, wenn der geschmolzene Stahl die gekühlte Endwand-37-, wie in Fig. 6 dargestellt ist, berührt, wird bei von dem Giessbehälter-12-weggerichteter Weiterbewegung der Kokille --20-- die Endwand --37-- von der dünnen Gusshaut-36--, wie in Fig. 7 dargestellt, fortbewegt, und der geschmolzene Stahl des Kerns-35- wird sodann die erstarrte Gusshaut-36-aufbrechen und aufschmelzen.
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widerstehen.
Wenn sich die Kokille --20-- von dem Giessbehälter --12-- fortbewegt, richten Düsen - 40-- einen Wassersprühkegel --41-- in erforderlichem Masse auf die Gussschale --34--. Wie beim herkömmlichen kontinuierlichen Giessen schrumpft die Guss schale --34-- beim Erhärten von den Kokillenwänden --38-- weg. Falls erforderlich, können die Kokillenwände--38--sich in Richtung des
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offenen Endes der Kokille --20-- verjüngen, so dass sie sich der schrumpfenden Gussschale enger anpassen.
Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, kann ein Kokillenoszillator--24--mit der Kokille --20-- verbunden werden. Bei einer kontinuierlichen Wegbewegung des Wagens --22-- von dem Giessbehälter--12--bewirkt der Kokillenoszillator-24--, dass die Kokille--20--absatzweise von dem Giessbehälter weggezogen wird, damit zwischen der gekühlten Endwand --37-- und der Gusshaut--36--am Ende des erstarrten Stahlbarrens ein Spalt entsteht. Die Gusshaut --36-- befindet sich in einem plastischen Zustand und ist daher nicht in der Lage, dem kleinen auf sie wirkenden ferrostatischen Druck zu widerstehen. Darüber hinaus ist die Masse der Gusshaut--36--, verglichen mit dem Volumen des flüssigen Metalls, das mit ihr in Kontakt steht, sehr gering.
Die gemeinsamen Wirkungen dieses Druckes und der Wärme bewirken, dass die Gusshaut aufbricht und nahezu unmittelbar wieder schmilzt. Das flüssige Metall wird nun den zwischen der Gusshaut-36-und der Endwand--37--in Fig. 7 gezeigten Spalt füllen.
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bei einer vorgegebenen Frequenz, beispielsweise 10 Schwingungen pro sec, in Schwingungen versetzt werden.
Wenn der Kokillenoszillator --24-- die Kokille --20-- auf dem Wagen --22-- mit einer Geschwindigkeit von 92 cm/min bewegt, so bleibt die Kokille -20- eine kurze Zeit lang relativ zum Barren--32--stehen und bewegt sich dann mit einer kurzzeitig bis auf 184 cm/min ansteigenden Geschwindigkeit vom Giessbehälter - 12-weg. Während die Kokille --20-- relativ zum Barren-32-stationär ist, bildet sich die Gusshaut --36--. Wenn die Kokille--20--von dem Glessbehälter --12-- wegbewegt wird, schmilzt die Gusshaut - 36-wieder.
Die Amplitude und die Frequenz der Schwingungen der Kokille --20-- kann, falls dies erforderlich ist, durch die Zeit bestimmt werden, die zur Bildung und zum erneuten Schmelzen der Gusshaut 36benötigt wird.
Gewisse empirische Formeln haben sich als ziemlich genau herausgestellt, um die Zeit zu bestimmen, die für eine kontinuierlich gegossene Metallplatte oder einen Barren benötigt wird, um vollständig zu erstarren. Eine
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Teil der Metallplattendicke in einer kontinuierlich gegossenen Kokille erstarrt ist und dass eine maximale äussere
Kühlung durch Besprühen mit Wasser vorgesehen ist. Die Annahme erscheint vernünftig, dass bei einer geringeren
Sprühkühlung, ausgenommen dort, wo es absolut erforderlich ist, wie am Kokilleneingang und bei kontinuierlicher Wärmezufuhr durch das nachfliessende geschmolzene Metall im Kern --35--, eine Erstarrung auf über 60 min im Kern--35--über die Länge einer Metallplatte oder eines Barrens, der gemäss der Erfindung gegossen wird, ausgedehnt werden kann.
Bezogen auf die Grösse der Geschwindigkeiten beim herkömmlichen kontinuierlichen Giessverfahren bedeuten 60 min eine angemessene Zeit, um eine Giesspfanne einer mittleren Grösse vollständig zu entleeren. Das Verfahren nach der Erfindung ist daher thermodynamisch durchführbar.
Fig. 2 zeigt einen Barren --32-- mit einer erstarrten Schale-34-und einem geschmolzenen Kern --35--, der in einer Kokille --20'-- gegossen wird, die eine unterschiedliche Kühlung besitzt. Wie durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet, sind die Barrenstützen --27-- hochgefahren, um den Barren --32-entlang seiner Länge während des Giessens zu unterstützen. Wassersprühdüsen --43- richten einen Sprühstrahl --44-- auf die gegossene Schale-34-, wenn diese aus der Kokille--20'--hervortritt.
Die Kokille --20'-- ist in zwei Wasserkühlungsabteilungen --45 und 46-aufgeteilt, welche die Kokillenseitenwände kühlen, und in eine Wasserkühlungsabteilung--48--, die die Endwand --49-- kühlt.
Ein Kühlwassereinlassrohr --29'-- teilt sich in die Röhren --50, 51 und 52-- auf, die zu den entsprechenden Abteilungen--45, 46 und 48-führen. Mit Hilfe der Ventile-53, 54 und 55-kann die Kühlung in verschiedenen Teilen der Kokille -20'-- je nach Bedarf erhöht oder verringert werden. Das Wasser verlässt die Kokille --20'-- durch die Rohren-56, 57 und 58--.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Abwandlungen der Kokille gemäss der Erfindung. Die Kokille --60- weist eine Endwand -61-- auf, die von den Seitenwänden-62-her voll ausgewölbt ist. Die Kokille-63weist eine Endwand --64-- auf, welche nur leicht konkav ausgebildet ist. Die Kokille --65-- besitzt einen Einlasskanal --66-- in ihrer Endwand-67-, durch den ein Kokillenschmiermittel von dem Rohr - 67'-aus eingespritzt werden kann, wenn sich die Kokille --65-- nach rechts bewegt, und ein Spalt zwischen der Gusshaut --36-- und der Kokillenwand --67-- entsteht.
Es sei bemerkt, dass bei dem kontinuierlichen Giessverfahren gemäss der Erfindung der ferrostatische Druck in der gegossenen Schale --34-- sehr niedrig ist und die gegossene Schale --34-- nur gekühlt werden muss, um genügend zu erstarren, so dass sie dem geringen ferrostatischen Druck standhalten kann. Gemäss der Erfindung können Barren mit einem Querschnitt von 30 X 38 cm mit einer Länge von etwa 30 m oder mehr kontinuierlich gegossen werden. Nach Beendigung des Giessens eines Barrens --32-- wird die Kokille eine Zeitlang angehalten, um die Endwand --36-- des Barrens dick genug erstarren zu lassen, um dem
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ferrostatischen Druck in dem geschmolzenen Kern--35--zu widerstehen. Der Barren wird dann zur endgültigen Erstarrung weiter gekühlt.
Bei herkömmlichen kontinuierlich arbeitenden Giessvorrichtungen ist es besonders schwierig, einen unberuhigten Stahl zu giessen, da ein flüssiger unberuhigter Stahl ausserordentlich gashaltig ist. Die herkömmlichen Vorrichtungen erlauben es nicht, dass diese Gase bei der Erstarrung entweichen können. Die nicht entwichenen Gase verursachen Mängel, die das Produkt nach dem Walzen für ein hochqualitatives Blech unbrauchbar machen.
Wie aus Fig. 8 zu entnehmen ist, weist der Giessbehälter --12'-- eine Absperrvorrichtung --14'-- und
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--70-- unterPfeil--72--angedeutet. Während des kontinuierlichen Giessens unter einem Winkel zur Horizontalen steigt der ferrostatische Druck an, der auf die erhärtete Barrenwand-73-wirkt, wodurch die Gase nach oben entweichen können. Die Kokille --71-- wird in Richtung des Pfeiles--72--bewegt.
Eine weitere Abwandlung ist in Fig. 9 dargestellt, in der ein Giessbehälter-12"-einen Ausguss --75-- aufweist, aus dem geschmolzenes Metall-76, 77-in das obere Ende eines offenen Anfahrstücks - -78-- gesteuert fliesst. Das obere Ende des Anfahrstücks --78-- kann von einer Isolation-79- umgeben sein, um darin eine Erstarrung des geschmolzenen Metalls zu verhindern. Wie zuvor beschrieben, wird auf diese Weise ein Barren --70-- unter einem Winkel zur Horizontalen gegossen, der ein vollständiges Entweichen der Gase erlaubt, wenn ein unberuhigter Stahl vergossen wird. Dem oberen Ende des Barrens --70-- kann nach dem Giessen Wärme zugeführt werden, um die Zeit zu verlängern, in der die Gase aus dem geschmolzenen Kern entweichen können.
Falls erforderlich, kann die Kokille --20-- auf dem Wagen--22--federgelagert sein, um schnell von dem Giessbehälter --12-- entlang der Barrenrichtung --32-- weggezogen zu werden, wenn sich die Kokille plötzlich an dem Barren festfrisst. Das Verfahren und die Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen, die hier beschrieben wurden, können auch auf andere Metalle als Stahl Anwendung finden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Giessen eines Metallbarrens mit die Länge einer Giesskokille übersteigender Länge, in die flüssiges Metall von einem Giessbehälter eingebracht wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass während des Giessvorganges die Kokille vom Giessbehälter oder der Giessbehälter von der Kokille längs einer vorzugsweise horizontalen oder leicht geneigten Bahn zur Bildung eines Metallbarrens mit einer erstarrten Gussschale und einem flüssigen Kern wegbewegt wird und dass von dem Giessbehälter flüssiges Metall durch die erstarrte Gussschale in Richtung zur Kokille nachgegossen wird.
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