DE2921708A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hohlen rohlingen - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hohlen Rohlingen

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hohlen Rohlingen, insbesondere zur Herstellung von Stahlrohren.

Der Grundgedanke dieser Erfindung besteht darin, die kontinuierliche oder halbkontinuierliche Gießtechnik von geschmolzenem Metall auszunutzen, die auf dem Abziehen des Metalls nach oben beruht, und die Verfestigung während des Abziehens zu bewirken.

Das kontinuierliche oder halbkontinuierliche Gießen, das von einem Abziehen nach oben begleitet wird, kann im Prinzip auf zwei Arten betrachtet werden.

Nach der einen Technik kann man entweder einen Ofen, der vorzugsweise elektrisch ist, oder eine Metallpfanne benützen, die flüssiges Metall enthalten und die sich ihrerseits im Innern eines hermetisch abschließbaren Raumes befinden. Der Raum

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umfaßt die notwendigen Teile für eine Gaseinleitung, die dazu dient, den Druck im Innern des Raumes zu erhöhen, ebenso wie eine Steigleitung, durch die das Metall aufgrund des entstandenen Druckes austritt, um dann in einer Gußform zu erstarren und nach der Erstarrung kontinuia"! ich abgezogen zu werden.

Nach einer anderen Technik wird das flüssige Metall kontinuierlich durch eine Leitung ins Innere einer Metallpfanne geleitet, die sich in einem hermetisch abgeschlossenen Raum befindet, der eine zweite Leitung umfaßt, durch welche das Metall aufgrund des erzeugten ferrostatischen Druckes austritt, um dann in einer Gußform zu erstarren und kontinuierlich abgezogen zu werden.

Nach ausreichender Verfestigung in der Gußform, wird die Abziehung des Produktes vorgenommen, was in beiden Fällen nach oben geschieht.

Um vollständig von den Vorteilen, die durch die Verbindung von der kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Gießtechnik und der Abziehung nach oben der gegossenen Produkte entstanden sind profitieren zu können, müssen die Probleme, die während der Verfestigung des Metalls im Innern der Gußform auftreten gelöst werden. Diese Probleme sind noch größer, wenn es darum geht, nach diesem Prinzip hohle Rohlinge mit gleichbleibender Wandstärke herzustellen,

Die Anmelderin hat festgestelIt,daß das Abziehen von hohlen Rohlingen nach oben, eine Verbesserung der Qualität hinsichtlich der Verringerung des Gehalts an Unreinheiten in den Wänden dieser Produkte mit sich bringen kann. Nichtsdestoweniger ist diese Verbesserung nicht ausreichend ausgeprägt und wiederholbar, vor allem bei der Herstellung von legierten Stahlrohren oder Rohren aus Inox, wo das Vermeiden von Unreinheiten ein wichtigeres Kriterium ist als bei nicht legierten Stahlrohren.

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Das Ziel dieser Erfindung ist also ein Verfahren aufzuzeigen, das die kontinuierliche oder halbkontinuierliche Herstellung von Stahlrohren durch ein Abziehen nach oben (Steiggießverfahren) erlaubt, indem sowohl einerseits viel weniger in das verfestigte Metall eingeschlossene Unreinheiten und andererseits eine erhöhte Flexibilität des Verfahrens, sowie die Einrichtung zu seiner Durchführung garantiert werden.

Nach der Erfindung wird dieses Ziel durch ein Verfahren erreicht, das vorsieht kontinuierlich oder diskontinuierlich flüssiges Metall in einen dichten Behälter zu leiten, im Innern dieses Behälters einen ausreichenden Druck zu erzeugen, um das Metall in eine Gußform für kontinuierlichen Guß zu drücken, wo sich das Metall nach und nach verfestigt, und nach oben einen hohlen Rohling abzuziehen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man den vollen, aufsteigenden flüssigen Metallstrom auf elektromagnetische Weise einer Drehbewegung um die Achse der Gußform unterwirft. Die Drehbewegung wird vorzugsweise in dem Bereich, wo die Verfestigung des Metalls beginnt, am stärksten sein.

Dadurch, daß das flüssige Metall bei der Verfestigung in eine Drehung versetzt wird, werden zwei unterschiedliche Wirkungen hervorgerufen, nämlich eine dynamische Wirkung, die aufgrund der Zentrifugalkraft eine Konzentration der Unreinheiten in der Mitte des rotierenden Metalls bewirkt und eine geometrische Wirkung, die in einer überhöhung der Oberflächenränder des flüssigen Metalls besteht.

Die dynamische Wirkung dank der man eine Konzentration der leichteren Verunreinigungen des zu verfestigenden Metalls um die Drehachse herum bewirkt und dank der man ihre Mitnahme vermeidet, ist für die ausgezeichneten Ergebnisse hinsichtlich des Gehalts an Einschlüssen bei Rohren, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, verantwortlich.

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Die geometrische Wirkung, die sich in einer Überhöhung der Ränder der sich drehenden Metalloberfläche zeigt, äußert sich in einer beschleunigten und kontrollierbaren Verfestigung des Metalls, das die Form des aus der Gußform abzuziehenden Rohres annimmt.

Geht man in herkömmlicher Weise bei der diskontinuierlichen und nach oben gehenden Abziehung eines Vollkörpers außerhalb einer Gußform vor, ohne daß das flüssige Metall in Drehung versetzt wird, muß sich,ausgehend von den Wänden der Gußform auf eine bestimmte Distanz auf die Mitte zu, eine beachtliche Masse von flüssigem Metall in Form eines VoIlzylinders zunehmend verfestigen. Dies erfordert eine intensive Kühlung ebenso wie eine genaue Kontrolle der Temperatur des flüssigen Metalls und des Kühlmittels.

Dagegen ist es völlig anders, wenn man nach der Erfindung das flüssige Metall in Drehung versetzt. Es handelt sich nun nicht mehr um das Abkühlen eines flüssigen Metalls in Form eines Vollzylinder, sondern um das Abkühlen eines Metallkragens einer reduzierten Masse, die, nachdem sie an den abgekühlten Wänden der Gußform hochgestiegen ist, sich schnell, gleichmäßig und leicht kontrollierbar verfestigt.

Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt die Geschwindigkeit des Abziehens des hohlen Rohlings zu bestimmen, indem man die Drehgeschwindigkeit, welcher das flüssige Metall unterworfen ist, verändert.

Eine Knderunq der Drehgeschwindigkeit des Metalls wirkt sich sofort auf die Form des flüssiqen MetalIkraqens aus, der an den Wänden entlanq der Gußform aufsteiqt. So stellt man fest, daß eine höhere Drehgeschwindigkeit sich so auswirkt, daß der Kragen dünner und ausgeprägter wird, und ermöglicht aufgrund der beschleunigten Verfestigung die Steigerung der Abziehgeschwindigkeit.

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Außerdem ist es nach der Erfindung möglich,die Wandstärke des hohlen Rohlings zu regeln und zu kontrollieren, indem man nach Bedarf entweder die Drehgeschwindigkeit, der das flüssige Metall ausgesetzt ist, oder die Abziehgeschwindigkeit verändert.

Auf diese Weise ist es einfach, die Wandstärke des hohlen Rohlings zu regeln, da es z.B. ausreicht die Drehgeschwindigkeit zu erhöhen, um den Kragen und dadurch die Wand des hohlen Rohlings bei einer bestimmten Abziehgeschwindigkeit dünner zu machen.

Die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens besteht ganz allgemein aus einem dicht abgeschlossenen, unter Druck setzbaren Raum, der einen Behälter mit flüssigem Metall enthält, ebenso wie eine Steigleitung für das Austreten des flüssigen Metalls, über der eine Gußform angeordnet ist, der geeignete Abziehorgane folgen, und ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Induktionseinrichtung um den aufsteigenden flüssigen Metallstrom, nahe des Bereiches, wo die Verfestigung beginnt, angeordnet ist, damit auf elektromagnetischem Wege eine Drehung um die Achse der Gußform in Richtung des zu verfestigenden flüssigen Metailstromes hervorgerufen werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Induktionseinrichtung im Kühlwasserkreislauf der Gußform angeordnet und mit Strom, mit einer Frequenz von weniger als 15 Hz gespeist. Wenn es der Aufbau der Anlage erlaubt, ist es ebenfalls möglich, die Induktionseinrichtung auf dem Niveau der hitzebeständigen Leitung anzuordnen, an welche die Gußform angeschlossen ist oder um das Gehäuse der Gußform herum. Ebenso kann man die Stärke und die Frequenz des Speisestromes der Induktionseinrichtung an die gewünschte Drehgeschwindigkeit anpassen oder letztere durch Änderung der vorhergenannten Parameter regeln.

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Die Gußform ist vorzugsweise aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus einer amagnetischen Eisenlegierung oder aus Graphit.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - 3 entsprechende Schnitte durch die

Profile eines flüssigen Metalls in einer Gußform

Fig. 4 eine Vorrichtung, die zur Rotation des aufsteigenden flüssigen Metallstromes ausgebildet ist.

Fig. 1 zeigt eine im wesentlichen ebene Oberfläche eines sich in Ruhe befindlichen flüssigen Metalls, d.h. ohne Rotation. Es ist festzustellen, daß sich bei Änderung der Abziehgeschwindigkei t des hohlen Rohlings, entweder um die Produktionsgeschwindigkeit oder um die Stärke der Wand des Rohlings zu ändern, eine schwer kontrollierbare Änderung der thermischen Bedingungen im Kühlbereich ergibt. Eine Erhöhung der Abziehgeschwindigkeit, sollte begleitet sein von einer Erhöhung der Intensität der Kühlung, um die Erstarrungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalls zu steigern. Da die abzukühlende Metallmasse relativ groß ist, wird die Reaktion des Systems langsam sein, so daß die Änderungen der Abziehgeschwindigkeit langsam vorgenommen werden müssen. Dies ist besonders nachteilig, wenn schnell die Stärke der Körperwandungen durch Änderung der Abziehgeschwindigkeit geregelt werden soll.

Fig. 2 zeigt dagegen den Verlauf des Profils des flüssigen Metalls, das einer Drehbewegung ausgesetzt wird. Es ist zu erkennen, daß eine verhältnismäßig geringere Abkühlungsintensität genügt als vorher, damit das Metall erstarrt. Das

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Drehen des Metalls bewirkt die Bildung eines Kragens (C) mit reduzierter Masse, deren Kühlung besser zu kontrollieren ist.

Fig. 3 zeigt das Ergebnis, das durch die gegenüber Fig. 2 erhöhte Drehgeschwindigkeit erreicht wird. Dieses Ergebnis besteht in der Ausbildung eines noch dünneren Kragens (C), und in einer entsprechenden Verbesserung der Reguliermöglichkeiten.

Es läßt sich leicht und schnell jede gewünschte Änderung der Produktionsgeschwindigkeit oder der Wandstärke des hohlen Rohlings verwirklichen, wenn die dazu notwendigen Schritte durch das Regulieren der Drehgeschwindigkeit des flüssigen Metalls unterstützt werden. Gegebenenfalls kann auf ein kostspieliges,regulierbares Kühlsystem der Gußform verzichtet werden, ohne deswegen eine konstante Kühlung von der Intensität her gesehen auszuschließen. Diese Besonderheit wirkt sich günstig auf die Kosten der gesamten Anlage aus.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, das im wesentlichen einen dichtabgeschlossenen Raum (1) umfaßt, der mit einer Leitung (7) versehen ist, durch die ein vorzugsweise neutrales Gas in sein Inneres mit Hilfe einer Pumpe (8) geleitet werden kann, ebenso enthält er ein Druckmessgerät (10). Eine Metallpfanne (2) befindet sich in dem dichtabgeschlossenen Raum (1). Dieser Pfanne (2) wird das flüssige Metall durch eine mit einem Schieber oder Ventil (9) ausgestatteten Speiseleitung (3) zugeführt und aus ihr heraus führt eine Abfließleitung (4), die in eine mit Wasser gekühlte Gußform für kontinuierliches Gießen führt. Die Gußform (5), die schwenkbar sein kann, ist mit einer elektromagnetischen, äußeren Induktionseinrichtung (6) versehen. Ihr folgt ein Antriebssystem (11), das zum Abziehen des hohlen Rohlings dient. Kontrollorgane der Induktionseinrichtung (6), der Pumpe (8) und des Meßgerätes (10), die an einen Mikro-

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prozessor (13) angeschlossen sind, können vorgesehen werden.

Die Anlage kann auch ein Meßsystem (IE) umfassen, das zur ständigen Bestimmung der Wandstärke (14) des hohlen Rohlings dient und das seinerseits an den Mikroprozessor (13) angeschlossen ist.

Aufgrund eines nach Erfahrungswerten, die im Verlauf von Versuchen gewonnen wurden, aufgestellten Programms, erhält der Mikroprozessor (13) vom Meßsystem (12) für die Wandstärke (14) Signale, die er dazu verwendet, entweder den Durchsatz der Pumpe (8) oder die Drehgeschwindigkeit der Induktionseinrichtung (6) oder auch die Antriebsgeschwindigkeit des Abzugsystems (11) zu regeln.

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Claims (9)

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von hohlen Rohlingen, insbesondere von Stahlrohren, bei dem flüssiges Metall einem dichten Behälter kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeleitet wird, wobei im Innern des Behälters ein ausreichender Druck erzeugt wird, um das Metall in Richtung einer Gußform für kontinuierliches Gießen zu drücken, wo es nach und nach verfestigt wird, wobei der aufsteigende hohle Rohling abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der volle aufsteigende flüssige Metallstrom elektromagnetisch einer Drehbewegung um die Achse der Gußform unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abziehgeschwindigkeit des hohlen Rohlings reguliert und zugleich die auf das flüssige Metall ausge-

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übte Drehgeschwindigkeit ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wandstärke des hohlen Rohlings durch Änderung der Abziehgeschwindigkeit und der auf das flüssige Metall übertragenen Drehgeschwindigkeit reguliert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Bereich, wo die Verfestigung beginnt die höchste Drehgeschwindigkeit wählt.

5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der Ansprüche 1 bis 4, das im wesentlichen aus einem unter Druck zu setzenden dichten Raum besteht, der einen Behälter mit flüssigem Metall und eine Austritts-Steigleitung für das flüssige Metall enthält, über der sich eine Gußform befindet, der Abzieheinrichtungen folgen, gekennzeichnet durch mindestens eine Induktionseinrichtung (6), die um den flüssigen Metallstrom in der Nähe des Bereiches, wo die Verfestigung begi nnt, herum angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionseinrichtung (6) innerhalb des Kühlwasserkreislaufes der Gußform (5) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionseinrichtung mit Strom gespeist wird, deren Frequenz kleiner als 15 Hz ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kontrollorgane für die Induktionseinrichtung, die Pumpe (8) und für das Meßgerät für das Niveau des Metalls in der Pfanne mit einem Mikroprozessor (13) verbunden sind.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Meßsystem (12) umfaßt, das zur ständigen Bestimmung der Wandstärke des Hohlkörpers dient, wobei dieses Meßsystem mit einem Mikroprozessor (13) verbunden ist.

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