DE2202134A1

DE2202134A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggiessen von Metall

Info

Publication number: DE2202134A1
Application number: DE19722202134
Authority: DE
Inventors: Gamble Peter Charles David; John Marsh
Original assignee: Davy Ashmore Ltd
Current assignee: Davy Ashmore Ltd
Priority date: 1971-01-19
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1972-08-03
Also published as: GB1380582A; US3817313A; FR2122516A1; FR2122516B1; IT946673B

Description

DIPL-INQ. GÜNTHER EISENFÜHR

DIPL-INQ. DIETER K.SPEISER 2202134

PATENTANWÄLTE Aktenzeichen: Neuantiteldung 28 BREMEN 1 BORQERMEISTER-SMIDT-STR. M

Anmeldername: Davy-AshiTiore Limited itrihidao-hausi

TELEFON: (0421)113177 TELEGRAMME: FERROPAT

BREMER BANK 1009072 POSTSCHECK HAMBURG 2S57B7 UNS. ZEICHEN: D 131

datum: 17. Januar 19 72

DAVY-ASHMORE LIMITED, 15 Portland Place, London WlA 4DD (England)

Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Metall

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nebst Vorrichtung zum Stränggießen von Metall, bei dem der Gießkörper durch ein oder mehrere Greifrollen-Paare mit mindestens einer angetriebenen Greifrolle in jedem Paar aus einer ortsfesten horizontalen Gießform intermittierend herausgezogen wird, und bei dem nach jeder Zugphase über die Greifrollen eine Rückschubkraft auf den Gießkörper übertragen wird, um diesen in Richtung auf die Gießform zurückzudrücken.

Beim Stranggießen fließt üblicherweise ein geschmolzenes Metall aus einem Vorratsbehälter, der trichterförmig ausgebildet sein kann, durch eine Gießform hindurch, wo es soweit abgekühlt wird, daß es die Form als Gießkörper verläßt, welcher die Querschnittsabmessungen der Gießform aufweist. Der Gießkörper wird gewöhnlich mittels eines oder mehrerer Greifrollen von

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OfrfGWAL INSPECTED

der Form abgefördert; diese Greifrollen, von denen mindestens eine in jedem Paar angetrieben ist, erfassen den Gießkörper an entgegengesetzten Seiten.

In der Vergangenheit wurden zunächst vertikale Stranggießmaschinen benutzt, aber es hat sich gezeigt, daß man Anlagen- und Betriebskosten einsparen kann, wenn man eine horizontal ausgerichtete Gießform benutzt und den Gießkörper horizontal abfördert. Es hat sich gezeigt, daß es bei horizontalen Stranggießmaschinen notwendig ist, die Gießform fest gegenüber dem Schmelzbehälter anzuordnen und das Einlaßende der Gießform gegenüber dem Auslaß des Schmelzbehälters abzudichten. So wird eine zusätzliche Oxydation des in die Gießform fließenden Metallstromes verhindert. Bei "Geradeaus"-Systemen in Bezug auf den Schmelzbehälter-Trichterauslaß und die Gießform, bei denen der Trichterausgang im Querschnitt mit der Gießform übereinstimmt, hat man herausgefunden, daß sich eine solche Vorrichtung nur in Betrieb nehmen läßt, wenn man zumindest am trichterseitigen Ende der Gießform Graphit verwendet. Wie der Fachmann weiß, schließt die Verwendung von Graphit in der Gießform jedoch das Gießen von Metallen aus, in denen Graphit löslich ist, also beispielsweise Stahl. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ist bereits vorgeschlagen worden, mindestens ein feuerfestes und mit einer Öffnung versehenes Bauteil,welches in dem zu vergießenden Metall nicht löslich ist, zwischen dem Trichterauslaß und dem Gießform-Einlaß anzuordnen; die Öffnung dieses Bauteiles ist kleiner als der Innendurchmesser der Gießform. Dieses Bauteil bildet ein Hindernis am Eingang zur Gießform, und das gesamte Trichter- und Gießform-System ist kein "Geradeaus"-System mehr.

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Will man hohe Gießgeschwindigkeiten erzielen, so ist es nicht möglich, den Gießkörper kontinuierlich aus einer stationären horizontalen Gießform herauszuziehen, da alle Unterbrechungen in der sich verfestigenden Gießhaut, als Resultat von Verklemmungen in der Gießform, nicht genügend schnell zurückgebildet werden, und weil festgewordenes Metall in der Gießform zurückgeblieben ist. Diese Erscheinungen führen häufig zur Rißbildung auf der Gießhaut außerhalb der Gießform und zu Ausbrüchen von geschmolzenem Metall. In manchen Fällen lassen sich diese Schwierigkeiten überwinden, indem nan über die Greifrollen auf den Gießkörper eine intermittierende Bewegung überträgt. Zieht man das Gießteil aus dem zuvor erwähnten nicht geradlinigen System von Trichterauslaß und Gießform in einen Zug— und Pausenzyklus heraus, so weist der Gießkörper diesem Zyklus entsprechende Hitzerisse auf seinem Umfang auf, wie sich gezeigt hat. Untersuchungen haben ergeben, daß der Grund für diese Erscheinung darin zu suchen ist, daß während der Zugphase flüssiges Metall in die Gießform fließt und vor dem feuerfesten Element an der Gießformwandung erstarrt. Das geschmolzene Metall erstarrt auch an dem Teil der festen Gießhaut, welches beim vorherigen Zyklus das feuerfeste Bauteil berührt hatte. Zwischen diesen beiden verfestigten Abschnitten ist die Dicke der Gießhaut äußerst klein und bildet nur eine schwache Brücke zwischen den beiden anderen Teilen der Gießhaut. Während der Pausenphase des Gießzyklus führt eine Schrumpfung des Gießkörpers dazu, daß sich diese schwache Brücke öffnet und einen Hitzeriß bildet.

In dem britischen Patent 1 087 026 ist bereits vorgeschlagen worden, Metallschmelze aus einem Vorratsbehälter durch eine Stranggießform hindurchzuziehen, das

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hindurchgezogene Metall während des Ziehvorganges durch Abkühlung zum Erstarren zu bringen, anschließend die Bewegungsrichtung des abgekühlten Gießkörpers durch Rotationsumkehr der Förderrollen umzukehren, so daß dieser zumindest teilweise wieder in die Gießform eintritt, und schließlich den verfestigten Gießkörper durch Bewegung in der ursprünglichen Richtung weiter herauszieht. Dieses Verfahren, bei dem der Gießkörper herausgezogen und anschließend in die Gießform zurückgeschoben wird, läßt sich nur bei einem Geradeaus-System bezüglich Gießform , und Trichter anwenden, während seine Benutzung bei einer Vorrichtung, die am Gießform-Eingang ein Hindernis aufweist, nicht möglich ist_t Würde man versuchen, den Gießfcörper in die Gießform zurückzuschieben, so würde dieser am Hindernis anstoßen und entweder das Hindernis aus seinem Sitz an der Gießform verschieben oder die Gießhaut in der Nähe des Hindernisses durch Gewalt so verformen, daß ein Gießkörper mit schlechter Oberflächertbeschaffenheit erzeugt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten bei einem im Bereich zwischen Trichter und Gießform nicht geradlinigen System zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig dadurch gelöst, daß die Rückschubkraft zwar so groß eingestellt wird, daß der Gießkörper in Richtung auf die Gießform zusammengedrückt Wird, daß diese Kraft jedoch nicht groß genug ist, um eine Verschiebung des Gießkörpers gegenüber dem Eingangsende der Gießform zu bewirken. Vorrichtungsseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine erste Einrichtung zur intermittierenden Betätigung der Antriebseinrichtung in Abförderrichtung der Greifrollen bezüglich des Gießkörpers gegenüber der Gießform vorhanden ist; und daß eine zweite Einrichtung

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zur Betätigung der Antriebseinrichtung nach jeder Abförderphase in der Weise, daß die Greifrollen in entgegengesetzter Richtung umlaufen und auf den Gießkörper eine Rückschubkraft übertragen, vorhanden ist.

Es kann vorteilhaft sein, innerhalb jedes Greifrollenpaares beide Greifrollen anzutreiben; in diesem Falle werden sie durch separate Antriebseinrichtungen angetrieben. Als Antriebseinrichtung für jede angetriebene Rolle kann mit Vorteil ein Hydromotor verwendet werden.

Anschließend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf eine Zeich- · nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus einer nicht-geradlinigen Stranggießvorrichtung ;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Schaltung für eine erfindungsgemäße Fördereinrichtung zur Stranggießvorrichtung;

Fig. 3A ein Zeit-Weg-Diagramm zur Bewegung des Gießkörpers im Bereich eines Greifrollen-Paares; und

Fig. 3B ein Zeit-Weg-Diagramm des gleichen Gießkörpers, jedoch diesmal an einer anderen Stelle, nämlich am Einlaß-Ende der Gießform.

In Fig. 1 ist der Trichter-Gießform-Bereich einer horizontalen Stranggießvorrichtung dargestellt. Wie insbesondere zum Stranggießen von Stahl üblich, besteht die Gießform dieser Vorrichtung aus einer rohrförmigen Buchse 1 und aus einem Stahlmantel 2, der die Buchse 1 mit einem Abstand umschließt. Abweichend von dieser Ausführung kann die gesamte Gießform aber auch aus Kupfer hergestellt sein. Durch den Zwischenraum zwischen der Buchse 1 und dem Stahlmantel 2 fließt zum Zwecke der Kühlung für die

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Gießform ein flüssiges Kühlmittel. Die Buchse 1 bildet auf ihrer Innenseite einen Fomkanal 3, dessen Längsachse horizontal ausgerichtet 1st.

Das in Fig. 1 linke Ende der Gießform wird als Einlaßende bezeichnet; dort 1st eine feuerfester Körper 4 eingesetzt, der üblicherweise aus Silizium-Nitrit besteht, wenn Stahl vergossen wird. Dieser feuerfeste Körper 4 hat die Form einer in der Mitte durchbrochenen Platte und liegt koaxial zur Längsachse des Formkanals 3 an der einlaßseitigen Stirnfläche der Buchse 1 an, wobei ein Abschnitt 5 in den Forakanal 3 hineinragt. Ein feuerfestes Einlaßrohr 10 bildet den Auslaß eines Trichters 11 und ist Mit feuerfesten Zement gegenüber dem feuerfesten Körper 4 abgedichtet, so daß flüssiges Eisen nicht zwischen Einlaßrohr 10 und Körper 4 hindurchfließen kann. Bei den in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich nicht um ein sogenanntes Gerade— aus-Trichtersystetn, weil der feuerfeste Körper 4 in den Formkanal 3 hineinragt.

Während des Stranggießens bildet sich im Formkanal 3 ein Gießkörper, der vom offenen Ende bzw. der Einlaßseite der Gießform her durch eine Sekundär—Kühlzone hindurchbefördert wird und an Ende der Gießform von mindestens einem Greifrollen-Paar (in Fig. 1 nicht dargestellt) erfaßt wird, welches sich hinter den Austrittsende der Gießform befindet. Die Greifrollen haben sonlt einen bestimmten Abstand von der Gießform. Mindestens eine Greifrolle des Greifrollen-Paares ist angetrieben, vorzugsweise werden aber beide Rollen in jeden Grelfrollen-Paar angetrieben.

Das Abfördern des Gießkörpers aus der Gießform vollzieht sich in wiederholten Abförder-Zyklen; jeder dieser Zyklen besteht aus einer Zugphase, der eine Schubphase folgt,

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in deren Verlauf eine begrenzte Kraft auf den Gießkörper übertragen wird, der ihn in Richtung auf die Gießform zurückdrängt. Während dieser Schubphase wird die auf den Gießkörper übertragene Bewegung so begrenzt, daß nur eine Schrumpfung des Gießkörpers stattfindet, jedoch kein Wiedereindringen in die Gießform. Es erfolgt also keine Relativbewegung zwischen Gießkörper und dem Einlaßende der Gießform; folglich besteht auch keine Gefahr, daß der plattenförmige feuerfeste Körper 4 von seinem Sitz am Einlaßende der Gießform verdrängt wird. Somit kann auch keine bewegungsbedingte Faltung der Haut des Gießkörpers am Einlaßende der Gießform auftreten.

In Fig. 3A der Zeichnung ist in Form eines Zeit-Weg-Diagrammes der Bewegungsablauf für einen Abschnitt des Gießkörpers dargestellt, der sich zwischen den Greifrollen befindet. Demnach bewegt sich der Gießkörper während der Zugphase A in seiner Längsrichtung von der Gießform hinweg, und während der Schubphase B ein kurzes Stück zurück in Richtung auf die Gießform. Dieser Rückhub wird in der Weise auf den Gießkörper übertragen, daß man auf die Greifrollen ein begrenztes Drehmoment in Rückwärtsrichtung überträgt; dadurch wird der Gießkörper gerade so viel zurückgedrückt, daß seine Längen-Kontraktion zwischen Gießform und Greifrollen kompensiert wird. Aus einer ähnlichen graphischen Darstellung in Fig. 3B läßt sich ersehen, daß sich diese Rückwärtsbewegung nicht bis an das Einlaßende der Gießform fortsetzt; diese Figur 3B zeigt nämlich den Bewegungsablauf am Einlaßende der Gießform, wo während des Rückhubes B ein Stillstand des Gießkörpers vorliegt. Während der Zugphase wird zwar der Gießkörper aus der Gießform herausgezogen, während im Verlauf der Schubphase B der Gießkörper gegenüber der Form keine Rückbewegung durchführt.

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In Pig. 2 der Zeichnung ist ein hydraulisches System zur Steuerung von zwei Hydromotoren dargestellt, mit denen zwei Greifrollen angetrieben werden. Ein Paar Greifrollen 20 und 21 ist schematisch im oberen Teil der Fig. 2 dargestellt; zu jeder Greifrolle 20 bzw. 21 gehört je ein Hydromotor 22 bzw. 23, welche in Serienschaltung an zwei Hydraulikleitungen 24 und 25 angeschlossen sind. Selbstverständlich könnten die Hydromotoren 22 und 23 auch parallel geschaltet sein. Die Hydraulikleitungen 24 und 25 sind an verschiedene Abschnitte eines Steuerventils 26 angeschlossen. Ferner sind weitere Hydraulikleitungen 27, 28 und 29 an das Steuerventil 26 angeschlossen, und dieses besitzt einen Ventilkörper, der durch Elektromagneten verschoben werden kann. Der Ventilkörper von Steuerventil 26 ist mechanisch mit einem Ventilkörper eines **y-?pass-Ventils 30 verbunden,welches als Brücke mit den Hydraulikleitungen 27 und 28 verbunden ist. Eine Pumpe 31 mit einem überdruckventil 32 in einem parallelen Leitungszweig stellt eine Verbindung zwischen den Hydraulik-Leitungen 27 und 28 dar, und eine Förderpumpe 33 versorgt den Eingang der Pumpe 31 mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 34. Eine weitere Pumpe 35 saugt Hydraulikflüssigkeit aus. dem Vorratsbehälter 34 und drückt sie über ein Rückschlagventil 36 sowie eine Drossel 37 in die Hydraulikleitung 29. Die Drossel 37 ist durch ein By^pass-Ventil 38 überbrückt, und ein einstellbares Überdruckventil 39 verbindet den Auslaßanschluß der Pumpe 35 mit dem Vorratsbehälter

Im Betrieb der Stranggieß-Vorrichtung sind alle Pumpen 31, 33 und 35 fortlaufend in Tätigkeit. Um eine AbfOrder-Zugkraft an den Gießkörper anzulegen, wird der Ventilkörper des Steuerventils 26 in eine Stellung bewegt, in der die beiden. Hydromotoren 22 und 23* über Hydraulikleitung 27 von der Pumpe 31 mit HydraulIk-

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flüssigkeit versorgt werden. Das By«pass-Ventil 30 ist geschlossen, und die von der Pumpe 35 in Richtung auf das Steuerventil 26 Geförderte Hydraulikflüssigkeit fließt über Steuerventil 26 in die Hydraulikleitung 28 zurück. Somit laufen die beiden Hydromotoren 22 und 23 in der Richtung um, welche der Abförderrichtung des Gießkörpers aus der Gießform entspricht. Nach Beendigung der Zugphase wird das Steuerventil 26 so umgeschaltet, daß die über die Hydraulikleitung 29 ankommende Hydraulikflüssigkeit in die Hydromotoren 22 und 23 gelangt und diese in umgekehrter Drehrichtung rotieren läßt. Die jetzt auf diesem Wege zu den Hydromotoren gelangende Hydraulikflüssigkeit ist jedpch nach Druck und Menge durch die Drossel 37 und das einstellbare Überdruckventil 39 begrenzt. Das By-*pass-Ventil 30 ist jetzt geöffnet, so daß die von der Pumpe 31 geförderte Hydraulikflüssigkeit auf diesem Wege abfließt und nicht an die Hydromotoren 22 und 23 gelangen kann.

Das By_pass-Ventil 38 kann zur Erhöhung der Drehzahl der Hydromotoren 22 und 23 in Rückwärtsrichtung geöffnet werden, wenn es notwendig ist, einen Hilfskörper in die Gießform zu fördern, bevor der Gießvorgang beginnt.

Als Alternative zum Hydraulikantrieb könnten die Greifrollen 20 und 21 auch elektrisch angetrieben werden. In diesem Falle würden für ihren Antrieb Elektromotoren verwendet werden, deren Drehmoment man beim Rückhub mittels Wirbelstrom-Kupplungen begrenzen könnte, wobei der Strom im Kupplungskreis einstellbar wäre. Ein veränderlicher Widerstand in der Stromversorgung für die Wirbelstrom-Kupplungsschaltung erlaubt eine wirksamere Steuerung des darin fließenden Stromes.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Stranggießen von Metall, bei dem der Gießkörper durch ein oder mehrere Greifrollen-Paare mit mindestens einer angetriebenen Greifrolle in jedem Paar aus einer ortsfesten horizontalen Gießform intermittierend herausgezogen wird, und bei dem nach jeder Zugphase über die Greifrollen eine RückschubJcraft auf den Gießkörper übertragen wird, um diesen in Richtung auf die Gießform zurückzudrücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschubkraft so groß eingestellt wird, daß der Gießkörper in Richtung auf die Gießform zusammengedrückt wird, jedoch nicht groß genug ist, um eine Verschiebung des Gießkörpers gegenüber dem Eingangsende der Gießform zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebenen Greifrollen durch je einen Hydromotor angetrieben werden.

3. Vorrichtung zum Stranggießen, mit einer ortsfesten horizontalen Gießform, einem oder mehreren Greifrollen-Paaren zum Erfassen des in der Gießform gebildeten Gießkörpers, und mit einer Antriebseinrichtung für eine Greifrolle in jedem Paar, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (26, 31...) zur intermittierenden Betätigung der Antriebseinrichtung (22, 23) in Abförderrichtung der Greifrollen (20, 21) bezüglich des Gießkörpers gegenüber der Gießform vorhanden ist; und daß eine zweite Einrichtung (26, 30, 35, 36, 37...) zur Betätigung der Antriebseinrichtung (22, 23) nach jeder Zugphase in der Weise, daß die Greifrollen (20, 21) in entgegengesetzter Richtung umlaufen und auf den

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Gießkörper eine Riickschubkraft übertragen, vorhanden ist·

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Greifrollen (20, 21) jedes Greifrollen-Paares angetrieben sind«

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Greifrolle (20. 21) durch einen separaten Hydromotor (22 bzw. 23) angetrieben ist.

6· Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hydromotor (22, 23) von einer ersten Pumpe (31) so mit Druckflüssigkeit versorgt wird, daß die Greifrollen'(20, 21) in der Richtung umlaufen, in welcher der Gießkörper herausgezogen wird; und daß die Greifrollen (20, 21) mittels einer zweiten Pumpe (35) in umgekehrter Richtung angetrieben werden, um eine Schubkraft auf den Gießkörper zu übertragen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpen(31, 35) ihre Druckflüssigkeit einem Steuerventil (26) zuführen, welches so betätigbar ist, daß die beiden Pumpen abwechselnd an die Hydromotoren (22, 23) angeschlossen sind.

8· Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs-Fördermenge der zweiten Pumpe (35) so einstellbar ist, daß die über die Hydromotoren (22, 23) auf den Gießkörper übertragene Rückschubkraft einstellbar ist.

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9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaßende der Gießform (1) ein mit einer Öffnung versehenes feuerfestes Bauteil (4) angeordnet ist, dessen Offnungsquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Gießformkanals (3), so daß eine Verengung am Einlaßende der Gießform vorhanden ist.

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