DE3227132A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von aluminiumhaltigen stahl- und legierungsschmelzen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von aluminiumhaltigen stahl- und legierungsschmelzen

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DE3227132A1
DE3227132A1 DE19823227132 DE3227132A DE3227132A1 DE 3227132 A1 DE3227132 A1 DE 3227132A1 DE 19823227132 DE19823227132 DE 19823227132 DE 3227132 A DE3227132 A DE 3227132A DE 3227132 A1 DE3227132 A1 DE 3227132A1
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
  • zum kontinuierlichen oder Endlosgießen geschmolzener aluminiumhaltiger Stähle und Legierungen.
  • Es ist in der Technologie von Stahl-Strangguß- oder -Endlosgußverfahren seit langem bekannt, daß sich hier drei Hauptprobleme ergeben. Diese Probleme betreffen die Unzuverlässigkeit der zur Steuerung des Schmelzenstromes von der Zwischenpfanne oder Schmelzenpfanne zur Form benutzten Keramik-Zumeßdüse, das Ausfallen des passiven Schmiersystems, das zur Verhinderung des Anklebens des gegossenen Barrens an der Formwand benutzt wird und schließlich die Reoxidierung der Stahlschmelze, wenn sie frei von der Zumeßdüse durch die Luft in die Form strömt.
  • Mit Bezug auf den ersten Problembereich ist es bekannt, beim Stahlstrangguß oder beim kontinuierlichen Stahlguß den Schmelzenfluß von einem Gefäß zur Form dadurch zu steuern, daß eine Meßdüse bestimmter Größe in den Boden des Vorratsgefäßes eingefügt wird und daß daraufhin der Schmelzenstrom durch diese Düse so gesteuert wird, daß der auf diese Düse einwirkende Gefällhöhendruck sehr streng überwacht wird, d.h. die Höhe der Schmelze im Gefäß genau gesteuert wird, und daß die Temperatur der Metallschmelze im Gefäß gleichfalis in sehr engen Grenzen gesteuert wird. Bei der industriellen Anwendung sind in so gut wie allen -bekannten Fällen die Zumeß- oder Steuerdüsen ein zugehöriger Teil der Anlage für Strangguß oder kontinuierlichen Guß und sie werden aus hitzefesten Materialien hergestellt, deren physikalische, chemische und geometrische Auslegung kritisch für den erfolgreichen Betrieb der Anlage sind.
  • Dadurch ergeben sich manche Nachteile, und unter diesen ist als schwierigster Nachteil die Wahrscheinlichkeit bekannt, daß die Düsenöffnung sich während des Betriebs verändern kann, so daß die Zuströmrate der Metallschmelze in die Form und in gleicher Weise die Abzugsrate des fertigen Produkts aus der Form geändert wird. Die Düsen- oder Mundstückgröße der Meßdüse kann infolge Erosion ansteigen, die durch die rasch durchtretende Metallschmelze hervorgerufen wird. Dadurch wird die Verwendung relativ kostenaufwendiger erosionsbeständiger hitzefester Materialien-nötig, und da es keine vollständig erosionsbeständigen Materialien gibt, wird auch hier eine Erhbhung'der Zufuhrrate der Metallschmelze zur Form nach längerer Zeit eintreten, und es ergibt sich eine erhöhte Gießrate aus der Form,bis schließlich die verringerte Verfestigungszeit in der Formzone einen Metallschmelzendurchbruch unterhalb der Form wahrscheinlich macht, so daß der Gußvorgang eingestellt werden muß. Die Größe des Mundstückes in der Meßdüse kann unter anderen Umständen auch abnehmen durch Ablagerung von Oxidmaterialien an der Innenfläche. Es ist dabei zu erkennen, daß die Quelle für diese die Düse blockierenden Ablagerungen in den Bestandteilen der Metallschmelze in dem Vorratsgefäß selbst zu finden ist. Bei Stahl ist bekannt, daß aluminiumhaltige Stahlsorten im Vorratsgefäß eine Blockierung oder ein Zusetzen der Meßdüse mit der Zeit verursachen, so daß in der Praxis es als unmöglich gefunden wurde, einen Strangguß oder Endlosguß von derartigen Stahlsorten mittels Meßdüsen zu erreichen, die ausgelegt sind für die Herstellung von üblichen Stranggrößen. Eine weitere Schwierigkeit bei der Verwendung von Meßdüsen entsteht durch die Tatsache, daß die tatsächliche Mundstück- oder Düsengröße so ausgewählt wird, daß sie für eine besondere Produktgröße und den zugehörigen Legierungstyp innerhalb eines engen Zustandsbereiches der Metalltemperatur und der Flüssigkeitshöhe im Vorratsgefäß geeignet ist. Von diesen Variablen kann nur die Schmelzenhöhe oder Flüssigkeitshöhe durch die Bedienungsperson während des Gießvorganges beeinflußt werden, so daß die Gießrate grob durch Änderung der Legierungshöhe im Vorratsgefäß gesteuert wird. Damit kann die Bedienungsperson des Gießgerätes nur in sehr begrenztem Ausmaß auf eine Erosion oder ein Verstopfen der Meßdüse reagieren, da ja gleichzeitig auch die zu hohen oder zu niedrigen Metalltemperaturen berücksichtigt werden müssen. Jenseits der genannten Ansprechgrenzen ist das Gießverfahren nicht mehr zufriedenstellend zu betreiben.
  • Dem Fachmann ist bekannt, daß Meßdüsen mit einem ausgewählten Mündungsdurchmesser von weniger als z.B. 31,7 mm sehr leicht verstopfen, wenn sie beim Gießen von aluminiumhaltigen Stahlsorten verwendet werden. Diese Erscheinung ist zeitabhängig, so daß einsetzbare Meßdurchgangszeiten mit Düsen erreicht werden können, deren Durchmesser größer als z.B. 31,7 mm sind, d.h. mit großen Düsen, die für große Barren oder Stränge bei Stranggußverfahren gebraucht werden können. Zur Herstellung von kleineren Strängen, Walzblöcken oder Barren wird der Meß-Mündungsdurchmesser unter z.B. 31,7 mm reduziert, und die Wahrscheinlichkeit von Störungen nimmt mit abnehmendem Düsendurchmesser stark zu.
  • Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um das Zusetzen der Düse gering zu halten, und dabei die Meßfunktion bei aluminiumhaltigen Stahlschmelzen aufrechtzuerhalten. So wurde beispielsweise versucht, die Form der Düse komplizierter auszulegen, so daß beispielsweise ein inertes Gas wie Argon die Düsenwand durchdringen kann und so die Oxidierung der Stahlbestandteile verzögert wird, so daß auch die Abscheidung von Oxiden in der Bohrung des Mundstückes sich verringert. Weiter wurde versucht, Düsen mit sehr kleinem Verhältnis von Düsenlänge zu Durchmesser zu verwenden, so daß sich scheibenähnliche Zumeßmundstücke ergeben, die nur eine minimale Wandstärke zum Anhängen von Ablagerungen aufweisen. Eine weitere Möglichkeit besteht nach US-PS 4 313 975 darin, die Innenfläche der Düse mit einem Material'zu beschichten, das das Anwachsen von Oxidablagerungen hindert. Diese und andere komplizierte Düsenauslegungen ergeben den gemeinsamen Nachteil, daß kostenaufwendige und schwierig zu wartende Düsen benutzt werden müssen, deren Zuverlässigkeit trotzdem unsicher bleibt. Es ist demnach notwendig, die Meßfunktion nicht mehr durch die Düsengröße auslegen zu lassen, damit es möglich ist, einen weiten Bereich von verschiedenen aluminiumbehandelten Stahlsorten in unterschiedlichen Stranggrößen herzustellen.
  • Soweit das Problem des Anhaftens des sich bewegenden Gußstranges an die Formwand betroffen ist, so ist bei den Stahl-Stranggußverfahren bekannt, beispielsweise entspannungsverdampfende Schmieröle (flash evaporatable lubricating oil), wie z.B. Pflanzen- oder Mineralöle auf die freiliegende Formfläche längs einer Linie in der Nähe der Formoberseite einige Zentimeter über der auf- und abgehenden Berührungslinie zwischen dem Schmelzen-Meniskus und der Wand aufzubringen. Bei diesem üblichen Verfahren wird eine passive Schmierung insoweit verwendet, als das Schmiermittel frei von der Auftragstelle die Formwand herunterfließt, so daß die Formfläche in einer unkontrollierten Weise benetzt wird.
  • Bei jedem Abwärtshub der auf- und abwärtsgehenden Form wird dieser unbestiinmt benetzte Abschnitt der Formwand in Berührung mit der sich bewegenden Haut des sich verfestigenden Strangs gebracht, die eine hohe Temperatur aufweist, so daß der Schmierstoff von der Formwand rasch abdampft. So ist es bei dem nachfolgenden Aufwärtshub der Form unwahrscheinlich, daß sich in dem Bereich der engen Berührung von Form und Strang Schmierstoff befindet, so daß ein teilweises Anhängen auftritt und der sich verfestigende Mantel des Gußstranges ist schädlichen Zugspannungen unterworfen, die zu Mantelrissen führen kann. Es besteht deshalb das Ziel, eine aktive Schmierung der Zwischenfläche zwischen Formwand und Gießstrang in allen Verarbeitungsstufen beim Hin- und Hergehen zu erreichen. Bei einem anderen üblichen Verfahren, z.B. nach US-PS 3 888 294, wird als Schmierstoff aufgeschmolzene Schlacke oder ein fließfähiges Mittel verwendet, das durch Aufschmelzen eines Gußpulvers (casting powder) erhalten wird und der Berührungsfläche zwischen Form und Stahl zugeführt wird. Wiederum gibt es beim Aufwärtshub der hin- und hergehenden Form keine Möglichkeit, aktiv die Zwischenfläche von Form und Strang zu schmieren, um ein Anhängen und einen Mantelriß zuverlässig zu vermeiden.
  • Es besteht der Wunsch, diese Unzulänglichkeiten der passiven Schmierung zu überwinden, dadurch, daß der Schmierstoff zwangsweise an die Zwischenfläche zwischen Form und Strang bei allen Stufen des Hin-und Herganges gebracht wird, so daß die Möglichkeit des Anhängens verringert und die Oberflächenqualität des Metallgusses erhöht wird. Passive Schmierung vermindert auch die möglichen Gußmengen, und so kann, wenn sie vermieden wird, eine Erhöhung des Gußausstoßes- erzielt werden.
  • Der dritte Problembereich, die Reoxidierung des Stahls bei seinem freien Fall zur Meniskusfläche des Stranges, wurde schon von vielen Fachleuten behandelt. Es sind viele Einrichtungen bekannt, um den aus der Zumeßdüse austretenden Metallstrom in einen Schutzmantel aus inertem Gas, z.B.
  • Argon oder Stickstoff einzuhüllen, um Luft von der Nähe der Metallschmelze fernzuhalten . So werden beispielsweise Führungsrohre verwendet, die mit dem Metallstrom in Berührung oder von diesem abgesetzt sind und es werden balgartige Bauteile eingesetzt, die eine Schutzatmosphäre enthalten, um die Hin- und Herbewegung der Form aufzunehmen und gleichzeitig eine abgedichtete Hülle zu schaffen. Derartige Möglichkeiten sind in den US-PS 3 402 757,3 840 062, 3 563 299, 4 023 614, 3 833 050 und 3 572 422 beschrieben.
  • Bei allen diesen Verfahren zur Beeinflussung der Reoxidation ist der Druckunterschied zwischen Schutz gas und Umgebungsluft entweder Null oder sehr gering. Dadurch wird die Schutzwirkung begrenzt, da Luft entweder mit dem Schutzgas mitgerissen werden oder in dieses eindiffundieren kann, so daß trotzdem eine Oxidierung des Metall stromes oder der Meniskus schicht erfolgen kann.
  • Aus der US-PS 3 788 383 ist der Versuch bekannt, bei der Reinigung von Elektroschlacke eine unter hohem Druck stehende Hülle aus nichtoxidierendem Gas einzuführen, und in der CA-PS 934 121 wird eine Gaszuführvorrichtung für eine dehnbare Hülle für Stranggußzwecke beschrieben, die zum Abstützen einer Metallschmelzen-Säule in einem Gießrohr derart-verwendet werden kann, wie sie in der US-PS 3 888 294.
  • beschrieben ist. In der SU-PS 0597500 wird auf die Verwendung einer Druckgashülle um eine Längengußform Bezug genommen, die mit einem elektropneumatischen System zur Drucksteuerung verbunden ist, um der Wirkung der Stahlschmelzensäule und des daraus entstehenden Druckes über der Form entgegenzuwirken. Diese Beispiele der Verwendung von Gashüllen mit relativ hohem Druck ergeben jedoch weder einzeln noch in Kombination zufriedenstellende Lösungen für das Problem der Oxidationsveränderung beim Strangguß von Stahl mit hin-und hergehender Form. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind derartige Nachteile vorhanden, daß Fachleute es für unmöglich halten, sie für industrielle Zwecke einzuführen.
  • Diese Nachteile rühren von der Schwierigkeit des Betriebs einer Stahl-Stranggußvorrichtung her, bei der die kritische Zone zwischen dem Zwischengefäß und der Form total umschlossen ist, so daß die Bedienungsperson den Gußvorgang nicht überblicken und dadurch die optimalen Betriebszustände für nicht die Ausrüstung/einhalten kann. Ein weiterer schwerer Nachteil der bekannten Hochdruck-Umhüllungen besteht darin, daß keine Dichtmittel vorgesehen sind für den Teil des umschlossenen Volumens, der sich in der Form selbst befindet, so daß Schutzgas längs, der Zwischenfläche zwischen Form und Gußstrang in beträchtlichem Maße unkontrolliert entweichen kann, so daß eine Steuerung des Überdruckes relativ schwierig wird.
  • Jede Verbesserung des Standes der Technik, soweit er Niederdruck- und Hochdruck-Umhüllungen betrifft, muß notwendigerweise auch auf die Betriebsbedürfnisse zusätzlich zur Begrenzung der Reoxidation Rücksicht nehmen. So ist es wichtig, daß in der Form eine Abdichtung vorgesehen ist, daß die Betriebsperson das Führungsrohr, die Formwände und die Oberfläche der Metalschmelze beobachten kann und daß Vorkehrungen getroffen werden, daß nichtmetallische Verunreinigungen, die sich an der Schmelzenoberfläche ansammeln können, erfaßt und entfernt werden können, was vom Fachmann als "fischen" bezeichnet wird, und daß Einrichtungen vorgesehen werden, um Schmierstoff an die Formwand zu bringen, um den wirksamen Betrieb aufrechterhalten zu können. Damit ergeben sich die Ziele der Erfindung im Erreichen der aufgeführten Betriebserfordernisse.
  • Zusammengefaßt ergibt sich im Licht der vorangehenden Besprechung des Standes der Technik und der drei Hauptprobleme beim kontinuierlichen Stahlguß oder Strangstahlguß als Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Stahlstranggußverfahrens, bei dem keine erosions- oder zusetzungs-gefährdete Meßdüse eingesetzt werden muß, bei dem eine aktive Zwangsschmierung des Berührungsbereiches von Strang und Form erreicht wird, und bei dem eine vollständig abgedichtete Gasumhüllung das Metall gegen Oxidation schützt, wobei trotzdem die erforderlichen Eingriffe der Bedienungsperson und die Uberwachungsmöglichkeit von Vorgängen innerhalb der Schutzgashülle möglich sind.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen oder Stranggießen von aluminiumhaltigen Stählen und Legierungen geschaffen, bei dem a) das geschmolzene Metall durch Einwirkung eines statischen Flüssigkeitsdruckes durch die Höhe der Metallschmelze in einem Gefäß aus einem nicht für Zumeßzwecke ausgelegten Auslaßmundstück ausgegossen wird durch ein Rohr aus hitzebeständigem Material, wobei dieses Rohr eine bestimmte -Schmelzenhöhe enthält, als eine Metallschmelzensäule, die das Rohr füllt, und das geschmolzene Metall in dem Gefäß mit einem Meniskus von Metallschmelze in einer auf- und abgehenden Form und um-das Rohr herum in Verbindung gebracht wird, b) die Oberflächentemperatur des Metallgusses in Nachbarschaft zum rormaustritt innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird durch Regulierung der Auszugsrate des Metallgusses aus der Form, c) der freiliegende Metallschmelzen-Meniskus mit unter Druck stehendem inerten Gas in einer dehnbaren Kammer geschützt wird, die das Rohr mit der Form abdichtet, d) der Druck des inerten Gases auf den Meniskus reguliert wird, um die Säulenhöhe der Metallschmelze in dem Gefäß und dem Rohr zu stützen und das Rohr mit Metallschmelze gefüllt zu halten, welche mit im wesentlichen der gleichen Volumengeschwindigkeit fließt, wie die Gießrate in der Form, e) kontinuierlich ein Formschmiermittel zwischen dem Meniskus und der Formwand am Formeingang eingebracht wird, so daß f) der Formschmierstoff eine Dichtung für das inerte Gas zwischen Metall und Form bildet, und g) das unter Druck stehende inerte Gas den Formschmierstoff zwischen dem Metall und der Form vorschiebt, um eine Flächenreibung zwischen den beiden zu vermindern.
  • Weiter wird erfindungsgemäß eine Stranggußvorrichtung für aluminiumhaltige Stahlschmelzen und Legierungen geschaffen, die folgende Teile enthält: a) ein Gefäß für die Metallschmelze mit einem nicht für Zumeßzwecke ausgelegten Auslaßmundstück für die Metallschmelze, b) eine auf- und abgehende Form zur Aufnahme von Metallschmelze aus dem Gefäß, c) ein Rohr aus wärmebeständigem Material, das Metallschmelze in einer bestimmten Höhe enthält, so daß im Betrieb eine Metallschmelzensäule das Rohr füllt und eine Verbindung zwischen der Metallschmelze im Gefäß mit einem Meniskus der Metallschmelze in der Form um das Rohr herum geschaffen wird, d) eine Einrichtung zur Regelung der Oberflächentemperatur des Metallgusses an dem Formaustritt in einem vorbestimmten Bereich durch Steuerung der Auszugsrate des Metallgusses aus der Form, e) eine den Meniskus umgebende, ausdehnbare Kammer, die das Rohr mit der Form abdichtet, f) eine Einrichtung zum Zuführen unter Druck stehenden inerten Gases in die dehnbare Kammer über dem Meniskus, g) Einrichtungen zur Druckregulierung für das inerte Gas über dem-Meniskustum im Betrieb die Druckhöhe der Metallschmelze in dem Gefäß und dem Rohr abzustützen und das Rohr mit Metallschmelze gefüllt zu halten, die mit der gleichen Volumenrate wie die Gußrate in der Form fließt, und h) eine Einrichtung zur Schaffung eines kontinuierlichen Schmierstoffnachschubes zwischen den Meniskus und die Formwand am Formeingang.
  • Bei einigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird als Formschmierstoff ein entspannungsverdampfbares ül (flash evaporatable oil) eingesetzt. Bei anderen Ausführungen ist der Formschmierstoff ein Gußpulver.
  • Vorzugsweise sind Vorkehrungen getroffen, um Oxidansammlungen an dem Meniskus zu erfassen und sie zu entfernen.
  • Die Erfindung erlaubt es, die .zusetz- und erosionsgefährdete Meßdüse fortzulassen, so daß recht große Mundstücke verwendet werden können, deren Flächengröße einen beträchtlichen Anteil der Querschnittsfläche des fertigen Gußteiles beträgt. Das wird dadurch erreicht, daß die Strömungsrate der Stahlschmelze durch den Gießapparat nur durch Messen der Oberflächentemperatur des erzeugten Stranges beim Verlassen der Form gesteuert wird. Daneben wird unter hohem Druck stehendes inertes Gas in einer dehnbaren Kammer zwischen dem die Metallschmelze enthaltenden Gefäß und der Form verwendet, um eine Metallschmelzensäule in dem Rohrfür die Metallschmelzensäule abzustützen und aufrechtzuerhalten, und zwar durch den Druck des inerten Gases, der auf dem-Meniskus der Metallschmelze in der auf- und abgehenden Form lastet und auf die Metallschmelze einwirkt, die um den aus dem Rohr austretenden Schmelzenanteil vorhanden ist. Dadurch wird es erforderlich, daß eine Dichtung zwischen dem Strang und der Form geschaffen wird, um den dazu nötigen Druck des inerten Gases aufrechtzuerhalten. Das wird dadurch erreicht, daß der Schmierstoff, der sich an der Formwand um den entstehenden Strang befindet, gleichzeitig als Dichtung wirkt. Der Schmierstoff kann diese beiden Funktionen dadurch ausführen, daß er in den bisher so genannten Form-Strang-Luftspalt hineingedrückt wird, so daß die Flächenreibung der Form an der sich bewegenden Stranghaut vermindert und gleichzeitig eine Abdichtung für das inerte Gas gebildet wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt: Figur 1 eine schematische Seitenschnittansicht von Teilen üblicher Vorrichtungen zum Stranggießen von Metallschmelzen, Figur 2 und 3 schematische Seitenschnittansichten von Abschnitten von Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art zum Stranggießen aluminiumhaltiger Stähle und Legierungen, Figur 4 und 5 vergrößerte Ausschnittsdarstellungen von Teilen der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, zur Verdeutlichung der verbesserten Schmierwirksamkeit, und Figur 6 eine schematische Teilschnittansicht von Abschnitten der in Fig. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung, die sich insbesondere auf die Nachführung von Schmierstoff zum Abdichten des unter Druck stehenden Inneren der dehnbaren Kammer bezieht.
  • In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen oder Stranggießen von Metallschmelze gezeigt mit einem Gefäß f zur Aufnahme der Metallschmelze 2, das eine Auslaßöffnung oder ein Auslaßmundstück 4 besitzt, durch die sich ein Strom 6 von Metallschmelze unter dem Einfluß eines statischen, durch die Metallschmelzenhöhe erzeugten Druckes ergibt, mit einer auf- und abbewegbaren, gekühlten Form 8 bekannter Art, die die Metallschmelze 6 auffängt, mit einer dehnbaren Kammer 10, die den Fallweg der Metallschmelze 6 abschirmt und mit dem Gefäß 1 und der Form 8 dicht verbunden ist und mit Einrichtungen 12 und 13, um inertes Druckgas der Kammer 10 zuzuführen bzw. aus ihr zu entfernen.
  • Im Betrieb fließt Metallschmelze aus dem Gefäß 1 durch das Auslaßmundstück oder die Auslaßdüse 4 als ein freifallender Metallschmelzestrom 6 in die Form 8 und wird dort kontinuierlich zu einem Strangbarren gegossen und durch eine übliche (nicht gezeigte) Abzugvorrichtung aus dieser abgezogen.
  • Unter Druck stehendes inertes Gas, z.B. Stickstoff mit leicht erhöhtem Druck wird-indie Kammer 10 eingeführt, um den Metallschmelzenstrom 6 gegenüber dem aus der Umgebungsluft stammenden Sauerstoff abzuschirmen und dadurch eine Re-oxidierung der Metallschmelze 6 möglichst gering zu halten.
  • Der freifallende Metallschmelzestrom 6 tritt aus dem Gefäß 1 durch das Mundstück oder die Düse 4 aus, dessen Querschnittsflächengröße die Metallströmungsmenge bestimmt und so die Gußrate in der Form 8 steuert. Daraus folgt, daß die Querschnittsfläche des Mundstücks oder der Düse 4 so klein ist, daß durch Ablagerung von Oxiden ein Zusetzen erfolgen kann.
  • In Fig. 2 und 3 werden gleiche Bezugszeichen wie in Fig.1 für entsprechende Bauteile benutzt, so daß insoweit auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann.
  • Bei diesen Ausführungen wird ein Auslaßmundstück 4 mit einem größeren Durchmesser eingesetzt, so daß die Querschnittsfläche des Mundstückes 4 ein wesentlicher Bruchteil der Querschnittsfläche des Formhohlraums ist. Beispielsweise wird, falls der Hohlraum der Form 8 zur Erzeugung eines Barrens der Querschnittsfläche 127 mm x 127 mm (5 in. x 5 in.) dient, bei den bekannten Anlagen eine Meßdüsengröße von ca.
  • 15 mm Durchmesser bei den meisten Stahlsorten und Betriebsbedingungen verwendet. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung kann die entsprechende Größe des Mundstückes 4 mehr als 60 mm Durchmesser betragen, so daß die Wahrscheinlichkeit eines Verstopfens des Mundstückes 4 vernachlässigbar wird, so daß aluminiumhaltige Stahlschmelze durchfließen kann. Unter dem Mundstück 4 befindet sich eine keramische Gleitplatte 14, die als Schieber eines Schieberventils 16 dient, wie es in der Technik anderweitig bekannt ist.
  • Die grundlegende Funktion des Schieberventils 16 besteht darin, den Gießweg von dem Mundstück 4 zur Form 8 abzuschließen bzw. zu öffnen. Der Gleitschieber 16 kann also benutzt werden, um den Gießvorgang rasch anzuhalten und der Schieber kann gleichfalls sehr rasch von der Schließstellung in die öffnungsstellung beim Beginn des Gießvorgangs bewegt werden. Es kann auch in ansich bekannter Weise eine Mehrzahl von (nicht dargestellten) Öffnungen unterschiedlichen Durchmessers in der Keramikplatte 14 vorgesehen werden, so daß durch entsprechendes Ausrichten des Schieberventils 16 jeweils eine der Öffnungen für den Durchfluß zur Verfügung steht. So kann vorteilhafterweise am Gießanfangeine kleine Bohrung der Platte 14 die Geschwindigkeit des Füllvorganges der Form bis zum unteren Ende des wärmebeständigen Rohrs 18 begrenzen, und anschließend eine große Öffnung in der Platte 14 entsprechend der Größe des Mundstückes 4 eingestellt werden.
  • In der dehnbaren Kammer 10 befindet sich das genannte hitzebeständige Rohr 18 und enthält Schmelze mit einem bestimmten, durch die Füllhöhe h festgelegten Druck. Das Rohr 18 ist mit seinem einen Ende 20 gegenüber einem die Öffnung 4 umgebenden Abschnitt des Gefäßes 1 um den Gleitschieber 16 herum abgedichtet , um Metallschmelze 6 aufzunehmen, wenn diese durch das Mundstück 4 ausfließt.
  • Das andere Ende 22 ist so angeordnet, daß im Betrieb eine Metallschmelzensäule das Rohr 18 anfüllt und die Schmelze im Gefäß 1 mit einem Meniskus 28 der Metallschmelze im Eingangsabschnitt 26 der Form 8 verbindet.
  • Die dehnbare Kammer 10 weist einen flexiblen Balg 50 auf, der durch Ringdichtungen 30 bzw. 32 mit dem Gefäß 1 bzw. der Form 8 abgedichtet ist. Die zum Zuführen unter Druck stehenden inerten Gases in die Kammer 10 dienende Einrichtung 12 ist hier mit einem Magnetventil 34 versehen. Ein Inert-Gas-Auslaß 36 ist für die Kammer 10 vorgesehen und enthält ein Magnetventil 38.
  • Das Rohr 18 besteht vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material mit hoher thermischer Stoßfestigkeit, beispielsweise Urngesclzenem Quarzglas oder graphitiertem Aluminiumoxid, wie letzteres durch die Firma Vesuvius Crucible Company in Pittsburg, USA, in den Handel gebracht wird. Das Ende 22 des Rohrs 18 kann sich etwa 25 bis 50 mm tief in die Metallschmelze 24 am Eingang 26 der Form 8 erstrecken.
  • Die Höhe des Meniskus 28 kann durch bekannte Erfassungseinrichtungen festgestellt werden, beispielsweise durch Verwendung einer t -Strahlquelle.40und zu 40 uns eines Detektors 42, die außerhalb der Form 8 angebracht sind, oder durch in die Form 8 eingebettete Thermoelemente 44. Diese Pegelerfassungseinrichtungen werden benutzt, um automatisch über die Magnetventile 34 und 38 den absoluten Gasdruck in der dehnbaren Kammer 10 dadurch zu regeln, daß inertes Gas durch das Ventil 34 von einer (nicht gezeigten) Quelle für das inerte Gas zugelassen wird, sobald der Meniskus 28 zu hoch ansteigt, und daß das Ventil 38 zum Ablassen inerten Gases aus der dehnbaren Kammer 10 in eine (nicht dargestellte) Niederdruckkammer oder an die Atmosphäre benutzt wird, wenn der Meniskus unter den Sollstand abgesunken ist.
  • Auf diese Weise wird die ferrostatische Druckhöhe "h" der Metallschmelze 6 im Gefäß 1 und der Röhre 18 kontinuierlich und selbsttätig geregelt durch die Druckregelung des eingeschlossenen Gases, dessen Druck auf den Meniskus 28 so einwirkt, daß die Füllhöhe "h" der ;Ctallschmelze im Gefäß 1 und der Röhre 18 abgestützt wird und die Röhre 18 mit Metallschmelze gefüllt gehalten wird, wobei diese mit im wesentlichen der gleichen Volumenrate wie'die Gießrate in der Form 8 aus fließt.
  • Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Art können die Ventile 34 und 38 so ausgelegt sein, daß sie eine konstante Einleit- bzw. Ablaßgeschwindigkeit des Gases in die Kammer 10 bzw. aus dieser zulassen, wobei die Einleit- und Ablaßgeschwindigkeiten getrennt durch das Signal von den Detektoren für den Meniskuspegel beeinflußt werden, um so den erforderlichen Druck in der Kammer 10 zu halten und gleichzeitig einen Austausch des Schutzgases während des Gießvorganges zu ermöglichen.
  • Bei der praktischen Ausführung ist der beeinflußte Druck des inerten Gases in der dehnbaren Kammer 10 Störungen unterworfen durch das Aufheizen des inerten Gases durch die Metallschmelze 6, die das Rohr 18 durchfließt, und durch die Volumen-Verringerungs- bzw.-Dehnungswirkungen, die durch die auf- und abbewegbare Form 8 erzeugt werden.
  • Bei dieser Ausführung werden diese Störungen dadurch korrigiert, daß das Druckregelsystem einen empfindlichen Druckumsetzer 46 enthält, der ein zeitabhängiges Signal ddP abgibt, das zur Betätigung der Ventile 34 oder 38 bedt nutzt wird unter Vorwegnahme von Druckschwankungen des inerten Gases gegenüber dem durch die Meniskuspegel-Erfassungseinrichtung bestimmten Gasdruck. Auf diese Weise wird jede zyklische Abweichung des Gasdruckes des inerten Gases gegenüber dem angestrebten mittleren Druck oder ein Abtriften des Druckwertes von dem angestrebten Mitteldruck.
  • wert in zureichender Weise ausgeglichen. In ähnlicher Weise stellt das beschriebene Druckregelsystem selbsttätig den Absolutdruck des auf den Meniskus einwirkenden Gasdruckes zum Ausgleich von Änderungen der Füllhöhe "h" nach, die sich dann ergeben, wenn die Pegelhöhe der Metallschmelze 2 im Gefäß 1 sich im Verlauf des Gießvorganges ändert, d.h.
  • abnimmt, oder wenn diese Höhe durch Zugabe von Schmelze zu dem Gefäß 1 ansteigt.
  • Wie bereits festgestellt, wird das Rohr 18 mit Schmelze gefüllt gehalten, wobei diese mit der gleichen Volumenrate fließt, wie die Gießrate in der Form 8 beträgt, und diese Strömung wird nur durch die Volumenrate-bestimst, mit der der fertige. Gußstrang aus der Form 8 abgezogen wird, und diese Abziehrate wird, wie später beschrieben dazu benutzt um die Oberflächentemperatur des gegossenen Metalls in Nachbarschaft zum Ausgang der Form 8 in einem vorbestimmten Bereich zu halten.
  • Die auf- und abbewegbare Form 8 ist von bekannter Art, und die Auf- und Abbewegung wird bezogen auf den Gußvorgang während des Betriebs durchgeführt. Eine Schmierung in Form eines Öls 53 oder einer flüssigen Schlacke 54 wird durch entsprechende Zuführöffnungen zur Berührungslinie zwischen Meniskus und Formwand gebracht, um das Druckgas in dem Formeingangsbereich 26 abzudichten.
  • Die dehnbare Kammer 10 besteht aus einem zylindrischen Abschnitt 48, dem Balgabschnitt 50 und einer scheibenförmigen Endwand 52, die jeweils mit Dichtflanschen aneinanderstoßen.
  • In der in Fig. 2 dargestellten Ausführung ist das Rohr 18 mit konstantem Innendurchmesser versehen, jedoch können auch bei anderen Ausführungen Rohre 18 verwendet werden, die der Größe und der Form des zu gießenden Produktes angemessene Gestalt besitzen. Damit soll gesagt sein, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Rohren 18 mit konstanten Innenquerschnitten beschränktist, sondern daß auch Rohre 18 verwendet werden können, die in später zu beschreibender Weise z.B. trichterförmig ausgeführt sein können mit rundem, aber auch mit rechtwinkligem Querschnitt.
  • Im Betrieb wird die Metallschmelze, z.B. die Stahlschmelze, kontinuierlich durch Einführen des geschmolzenen Metalls 2 durch den durch die Füllhöhe "h" ausgeübten Druck von der Auslaßöffnung 4 im Gefäß 1 in die auf- und abbewegbare Form 8 geleitet, durch das Rohr 18 in der dehnbaren Kammer 10 , die der Weg der Metallschmelze 6 umhüllt oder ummantelt und das Gefäß 1 mit der Form 8 dicht verbindet , während ein inertes Gas, z.B. Stickstoff, über die Zuführleitung 12 mit einem bestimmten Druck in die dehnbare Kammer 10 eingeführt wird, um den Gasdruck "P" auf den Meniskus 28 einwirken zu lassen, so daß das Rohr 18 mit Metallschmelze 6 gefüllt gehalten wird, welche im wesentlichen mit der gleichen Volumenrate fließt, wie die Gießrate in der Form 8.
  • Um den Meniskus 28 der Metallschmelze im Eingangsabschnitt 26 der Form8 um das Ende des Rohrs 18 zu halten, während die Form 8 um eine Mittellage auf- und abbewegt wird, werden die Druckschwankungen in der dehnbaren Kammer 10, die diese Auf- und Abbewegung der Form 8 erzeugt, durch Betätigung der Magnetventile 34 und 38 in Abhängigkeit von den Bewegungen der Form 8 ausgeglichen.
  • Als unterschiedliches Mittel zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Gasdruckes in der dehnbaren Kammer 10 kann auch die Auslegung der Wand dienen, bei der statt des Faltenbalges 50 der in Fig. 2 dargestellten Art eine andere Bauart eingesetzt wird . Diese andere Balgbauart besitzt die Eigenschaft, daß das vom Balg eingeschlossene Volumen immer konstant bleibt unabhängig von der Längsdehnung oder -pressung des Balges in den durch die Hin- und Herbewegung der Form 8 gesetzten Grenzen. Diese Konstantvolumeneigenschaft kann so erreicht werden, daß dreieckförmige Segmente der Balgwand aus einem elastischen, wärmebeständigen Material, z.B. aus einem bestimmten, hochtemperaturbeständigen Polymermaterial aufgebaut werden. Dadurch, und möglicherweise auch durch andere dem Fachmann bekannte Mittel können die Druckschwankungen in der Kammer, die durch die kolbenartige Bewegung der Form 8-erzeugt werden, wesentlich so reduziert werden, daß eine annehmbar kleine Schwankung des Meniskus 28 erzielt wird.
  • Im praktischen Betrieb liegen die zulässigen Veränderungen des Pegels des Meniskus 28 im Bereich von + 3 mm bis + 6mm (+ 0,125 bis + 0,25 in).
  • Der nötige Druck wird durch das spezifische Gewicht der Schmelze bestimmt, und bei Stahlschmelze kann der Druck p in bar in Abhängigkeit von der Höhe "h" in cm durch die Formel P-= 1,0135 + 0,00733.h ausgedrückt werden, wobei der Druck auf + 0,007 bar geregelt wird (P = 14,7 + 0,27.h in psi, h in "in" und Regelung auf +-0,1 psi).
  • Bei bestehenden Auslegungen von Stranggußvorrichtungen für Stahlstrangguß, die-mit relativ geringem Aufwand zu einer erfindungsgemäßen Stranggußvorrichtung umgebaut werden kann, liegt die Höhe "h in der Größenordnung von 63,5 bis 127 cm (25 bis 50 in). Damit erfordert der Ausbau zu dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Absolutdruckwert des inerten Gases innerhalb der dehnbaren Kammer 10 im Bereich von 1,38 bis 1,93 bar (20 bis 28 psi).
  • Aus dieser Beschreibung ergibt sich nun für den Fachmann, daß die Rate, mit der der Guß aus der Form abgezogen wird, die Nachfließrate der Metallschmelze 6 durch das Mundstück 4 bestimmt, so daß das erfindungsgemäße Verfahren geradezu eine Umkehr des bekannten Verfahrens bedeutet, bei dem eine Meßdüse 4 (Fig. 1) die Gießrate bestimmt. Weiter wird klar, daß durch die Abtrennung der Gießate von den Einflüssen des Meßmundstückes die Freiheitsgrade beim Betrieb der Stranggußvorrichtung beträchtlich vergrößert, so daß die Gießrate durch die Bedienungsperson bei jedem angemessenen Wert festgesetzt werden kann. Bei der praktischen Ausführung wird bevorzugt die Gießrate so gesteuert, daß die Produktionsrate möglichst groß, gleichzeitig aber die Wahrscheinlichkeit des Ausbrechens von Schmelze unter der Form sehr klein gehalten wird. Damit bestimmt in einer Ausführung der Erfindung die Wärmetausch- oder Wärmeabgabegeschwindigkeit in der Form die maximale Gießrate. Es hat sich als nötig erwiesen, auf den Wärmetauschvorgang in der Form durch Messen der Oberflächentemperatur des Gußmetalls an dem Formaustritt zu schließen. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für diese Messung dargestellt, und zwar ist ein Temperaturmeßgerät 56, beispielsweise eine optische Faser eingefügt, die Spektraldaten von der strahlenden Oberfläche 57 des Gußstückes an ein Instrument 58 überträgt. Dieses Instrument vergleicht die erfaßte Strangtemperatur mit einem durch die Bedienungsperson festgesetzten Temperaturbereich und signalisiert einer Steuerung 59, ob die Geschwindigkeit der (nicht dargestellten) üblichen Auszugswalzen erhöht oder verringert werden muß. Damit hängt die Gußgeschwindigkeit davon ab, ob die Temperatur der Oberfläche 57 größer oder kleiner als ein vorbestimmter Bereich ist. Bei verschiedenen Ausführungen wird der Temperatursensor an der Form 8 angebracht und bewegt sich mit dieser und enthält ein (nicht dargestelltes) Kratzwerkzeug, um von der Oberfläche 57 anhaftenden Zunder und dergl. abzuschaben und so die wahre Metalloberfläche für den Temperatursensor 56 freizulegen. Ein typischer Temperaturbereich für den Austritt von aluminiumhaltigen Stählen liegt zwischen 11100 C bis 11250 C.
  • Durch eine Magnetventilöffnung des Magnetventils 34 oder durch mehrere solche Magnetventilöffnungen kann eine druckdichte Durchführung eine einstellbare optische Faser 61 enthalten, um einen Einblick in das Innere der Kammer zu erlauben, so daß der Zustand des Rohres 18 und die Sauberkeit der Schmelzoberfläche 28 überwacht werden können, um beispielsweise den Metallschmelzenmeniskus 28 zu "fischen und darauf schwimmende Oxidansammlungen zu entfernen. Derartige Einblick- und "Fisch"geräte können auch an der auf- und abbewegbaren Form 8 angebracht oder durch einen stationären Teil der Hülle eingeführt werden, wie beispielsweise das durch den Flansch 52 eingeführte Einblick- und Säuberungsgerät 63. Die Geräte 61 und 63 können mit einem Signalaufnehmer 63a verbunden sein, der im Sichtbetrieb arbeiten kann oder der das Lichtsignal in ein remperatursignal für das Sichtfeld wandelt. Es können andere Hilfen für die Betriebsperson eingebaut werden, um die Funktionen in der Druckhülle zu überwachen und zu beeinflussen, beispielsweise kann ein Gasanalyse-Sensor 64 verwendet werden, um den Gehalt an Gasverunreinigungen, wie z.B. Sauerstoff, zu erfassen. Das Einrichten der Vorrichtung vor und während des Gußbeginns kann durch Einblicköffnungen in den Flanschen 48 und 52 erleichtert werden. Bei anderen Ausführungen der Erfindung können beispielsweise die Relativlagen und die Höhen der Flansche 48, 52 und des Balges 10 geändert werden, um das Öffnen von gelenkig angebrachten Abschnitten (nicht dargestellt) an den Bereichen 48 und 52 zu ermöglichen, so daß Zugang zu dem Führungsrohr 20 (Fig'. 3) und den Schmierkanälen 66 und 70 möglich ist.
  • In Fig. 4 und 5 sind Einrichtungen gezeigt, um Schmier- und Dichtmittel zu der Schmelzenoberfläche zuzuführen. In Fig. 4 enthält ein Verteilerrohr 65 ein Dichtmittel in einem Kanal 66, das unter Druck der Formwand 67 und von da dem Meniskus 68 zugeführt wird. Der Zuführdruck wird so gesteuert, daß er leicht über dem gemessenen Innendruck P in der Kammer liegt. In Fig. 5 ist eine Einrichtung zum Zuführen eines Gießpulvers gezeigt, um eine Dichtung mit einer aufgeschmolzenen Schlacke zu bilden. Das Pulver kann pneumatisch zugeführt werden mittels Röhren 69, die mit unter Druck stehendem Argon gefüllt sind, oder es kann in den Formeingangsbereich 26 mittels eines durchbohrten Flansches 70 eingeblasen werden, wozu ein Vorratsgefäß 71 dient. Ebenfalls in Fig. 5 ist ein bereits erwähntes trichterförmiges wärme festes Rohr 72 gezeigt, bei dessen Verwendung die Tendenz zur Bildung von Brücken aus erstarrtem Metall zwischen dem Ende 22 des Rohrs und der Formwand 67 unterbunden wird.
  • In Fig. 6 ist die zweifache Verwendung eines Materials als Dicht- wie als Schmiermittel schematisch gezeigt. In der linken Hälfte der Fig. 6 ist die Verwendung eines Öls dargestellt, und in der rechten Hälfte die Verwendung eines Gießpulvers zur Ausbildung einer flüssigen Schlacke. In beiden Fällen ist in der Zeichnung schematisch die Stellung dargestellt, die beim Ende des Abwärtshubs der sich auf-und abbewegenden Form 8 eingenommen wird. Ein dicker Ölfilm wird durch den in der Kammer herrschenden Innendruck P in den Luftspalt zwischen Form und Gußstrang hineingedrückt, da das Schutz gas durch seinen Druck an die Umgebung 73 abblasen möchte. Der im unteren Teil der rorm 8 entstehende Luftspalt wird durch das nachdringende Öl geschlossen und abgesperrt. Bei der Verwendung von Gießpulver, das über einen Kanal 70 in der gezeigten Weise zugeführt wird, aber auch gemäß Fig. 5 durch ein Rohr 69 zugeführt werden kann, ergibt sich die in der Zeichnung dargestellte Lage oder Schicht aus teilweise gesintertem Pulver 74, das dort, wo es in Berührung mit der Oberfläche der Stahlschmelze steht, einen Film 75 aus flüssiger Schlacke ausbildet, so daß diese flüssige Schlacke den Innenraum 76 der dehnbaren'Kammer gegen die Umgebung. abdichtet und dabei zwischen der Form und dem Gußstrang unter Einwirkung des Druckes P in der dehnbaren Kammer in den entstehenden Spalt nach unten gedrückt wird. Das aus flüssiger Schlacke bestehende Dichtmittel bildet gleichzeitig eine Schutzschicht an der Außenfläche des Gußteiles, so daß sich sowohl eine wirksame Schmierung als. auch ein erhöhter Wärmeübergang zwischen der Gußhaut und der Formwand einstellt.
  • Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, aus dem Gefäß 1 Stahlsorten und Legierungen zu gießen, die mit Aluminium beruhigt oder deoxidiert sind, und bei denen das Aluminium in einem Vorzustand der Legierungsaufbereitung zugegeben wurde, so daß es nicht mehr notwendig ist, das Aluminium direkt in die Form 8 einzubringen. Der Grund, warum eine Schmelze aus aluminiumberuhigtem Stahl mit Hilfe der vorliegenden Erfindung auf diese Weise gegossen werden kann,besteht darin, daß viel größere Öffnungen oder Mundstücke 4 Verwendung finden können, d.h. ein Mundstück 4 mit einer solchen Größe kann eingesetzt werden, daß keine Verstopfung durch Ablagerung durch Aluminiumoxideinschlüsse an den Wänden erfolgen kann. Beispielsweise ist es bekannt, daß ein aluminiumbehandelter Stahl im Gefäß 1 mit einem Restaluminiumpegel von 0,04 Gew% bereits eine Verstopfung des Mundstückes 4 während eines Gießdurchlaufs von ca. 60 Minuten erfährt, wenn der Durchmesser des Mundstückes nicht -mehr als 31,7 mm (1 1/4 in) beträgt. Die freifließende Nachströmrate des unter eigenem Gewicht fliessenden geschmolzenen Stahls ist bei einem solchen Mundstück derart groß, daß, bevor diese Erfindung eingesetzt wurde, nur sehr große Stränge oder Knüppel aus aluminiumhaltigen Stählen gegossen werden konnten. Zum Gießen von kleinen Barren mit Größen von beispielsweise 10,2 x 10,2 cm (4 x 4 in) oder 15,2 x 15,2 cm (6 x 6 in) wurden kleinere nüsenmundstücke mit einem Durchmesser von 15,9 mm (0,625 in) verwendet, und beim Einsatz von aluminiumbehandeltem Stahl im Gefäß 1 setzt eine solche Düsenöffnung 4 schnell zu. Da bei der vorliegenden Erfindung weder die Größe des Mundstückes 4 noch der Gasdruck in der dehnbaren Kammer 10 die Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze beeinflußt, ist es möglich, eine größere Offn-ung 4 in der Düse oder im Mundstück zu benutzen, als es vorher der Fall war, so daß keine Ansammlung von Aluminium-oiden an der Mundstückwand auch in längeren Zeitabschnitten -zu befürchten ist, so daß ein Folgeguß möglich ist, ünd auch nach lEngerer Zeit noch kein so schwerer Ansatz von Aluminiumoxiden vorkommt, daß dieses größere Mundstück 4 vollständig zugese-tzt wird.
  • Ein teilweises Zusetzen der Öffnung 4, wodurch vorher in oft recht schlimmer Weise die Durchflußrate' der Metallschmelze von dem Gefäß 1 durch das Mundstück 4 zur Form 8 behindert wurde, bleibt nun- folgenlos, da die Strömung der Metallschmelze durch ein teilweise blockiertes größeres Mundstück 4 immer noch für kleine bis mittlere Knüppel oder Stränge ausreicht, da der Durchfluß nur durch das Abziehen des halberstarrten Gußteiles aus der Form 8 bestimmt wird.
  • Man kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Stränge, Knüppel und Barren in' allen möglichen Großen aus aluminiumhaltigen Stählen und Le-gierungen gießen, aber gleichzeitig ergibt sich noch eine Einrichtung zur Erhöhung der Schmierwirksamkeit für die Zwischenfläche zwischen Form und Strang dadurch, daß Öle oder Schl-acken für den doppelten Zweck der Abdichtung des einen erhohten Druck haltenden Innenraumes, der die Verwendung großer Mundstücke gestattet, eingesetzt werden, und durch Verwendung dieser Dichtmittel als aktive Formwandschmiermittel, die ihre Wirksamkeit bei dem Aufwärtshub der Form behalten durch den unter Druck stattfindenden Fluß des Schmiermittels die Zwischenfläche zwischen Form und GuBmetall hinab. Diese letztere Wirkung kann noch dadurch verbessert werden, daß in bekannter Weise vertikale Nuten-Q6er-Kerben oder flache Kanäle in die Formwand eingearbeitet werden.
  • Zusätzlich dazu, daß die Erfindung ein Mittel zum Gießen aluminiumbehandelter Stähle unter verbesserter Formschmierung ergibt, kann auch noch eine Reoxidationsbeeinflussung in einer Form erhalten werden, die sich bekannten Versuchen gegenüber als überlegeneerweist, und es kann die Beeinflussung der zu bestimmenden Gußgeschwindigkeit nicht durch zweit- oder drittrangige Eingriffe in das System erzielt werden, sondern durch das wichtigste Phänomen beim Stranggießen, nämlich durch den Wärmeaustausch zwischen dem sich -verfestigenden Mantel des Metallgusses und der Form.
  • Durch Benutzung nur dieses Parameters und seine Bestimmung durch Messung der Austrittstemperatur der Oberfläche des Metallgußteils kann der Gießvorgang direkt so gesteuert werden, daß die Gußrate so groß wie möglich gehalten werden kann bei gleichzeitiger Verringerung der Wahrscheinlichkeit von-Ausbrechfehlern auf das geringstmögliche Maß.
  • Zusätzlich zur Verbesserung der Betriebseigenschaften des Stranggußverfahrens für aluminiumber,uhigte Stähle durch Verbessern der Gußrate und Verringern der Risse und anderer Schäden an dem geformten Strang ergibt die vorliegende Erfindung den zusätzlichen Vorteil, daß der verwendbare Bereich von Gießtemperaturen weitestgehend erhöht werden kann, da die Gußrate nicht mehr von dieser abhängt. Das kann durch die folgende allgemein gehaltene Beschreibung des Standes der Technik und der durch die vorliegende Erfindung sich ergebenden Möglichkeiten gezeigt werden. Nach dem Stand der Technik ist die optimale Gußrate VO verbunden mit und bestimmt durch die Wäremübertragungseigenschafte Ho der Form 8 und die optimale Schmelzentemperatur TO des Metalls.
  • Der Durchmesser des eingesetzten Mundstücks 4 muß genau so bestimmt werden, daß die Metallschmelze mit einer volumetrischen Fließgeschwindigkeit V0 bei der optimalen Gießtemperatur T0 aus fließt. Der zugehörige Durchmesser des Mundstücks 4 sei dabei Dg. Alle diese Parameter hängen nach dem Stand der Technik voneinander ab und eine Veränderung eines dieser Parameter über die relativ eng gehaltenen Grenzen hinaus läßt den ganzen Vorgang fehllaufen. Wenn beispielsweise die Schmelztemperatur Tg auf T abfällt, wobei T0> T, wird die Fließfähigkeit der Stahlschmelze durch das Mundstück 4 mit dem Durchmesser Do verringert, d.h. Vo nimmt nach V1 ab. Wenn beispielsweise Tt TQ, z . B. wenn bei Stahl die Temperaturdifferenz T0-T? 100° C, können diethermischen Verluste am Mundstück 4 dazu führen, daß dieses vollständig zusetzt, so daß kein Ausströmen, also kein Gußvorgang mehr erfolgen kann. Im anderen Extrem, falls die Temperatur T über die optimale Gießtemperatur steigt, Tf Tor wird die Strömungsrate durch das Mundstück 4 mit dem Durchmesser Dg etwas vergrößert, aber in schwerwiegenderer Weise wird die Verweilzeit des Metalls in der Wärmetauschzone der Form 8, die nun mit der Wärmeübergangsmenge Ho oder ein wenig mehr arbeitet,-nicht ausreichen, die zusätzliche Wärme abzuführen, damit wird eine geringere Verfestigung eintreten und der Strangmantel unzureichend verfestigt sein, so daß am Ausgang aus der Form 8 Risse zum Ausbrechen von'Metallschmelze führen. Das kann nicht durch Verringerung der Ausströmrate Vo verhindert werden, da diese ja nur von Do abhängt. So können bei-der praktischen Ausführung Abweichungen der Schmelzentemperatur von T0 den ganzen Vorgang beim Stand der Technik unterbrechen oder es kann sogar ein Schaden entstehen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Werte für Tot Do und Ho sowie V0 in einem weiten Bereich kombiniert werden, so daß sich Haltezeiten oder ein Versagen des Systems vermeiden lassen können. VO kann unabhängig von Dg verändert werden, so daß z.B. bei einer Überhitzung der Metallschmelze die Durchflußgeschwindigkeit V gegenüber VO reduziert werden kann, um dem'Metallstrang eine ausreichende Verweilzeit in der Form 8 zur Ausbildung eines sicher verfestigten Mantels am Ausgang der Form 8 zur Verfügung zu stellen, so daß der Mantel nicht reißt. Falls die Schmelztemperatur geringer als der Optimalwert T0 ist, dann führt keineswegs ein kleines Mundstück 4 zu einem Anhalten des Durchflusses, da der Mundstückdurchmesser Do bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vielfach größer gehalten werden kann, als es beim Stand der Technik der Fall ist.
  • Zusammengefaßt ergibt sich als nützlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, erfolgreich Stranggüsse von Schmelzenlmit einem größeren Gießtemperaturbereich durchzuführen, als es bisher der Fall war. Ferner sind nach dem Stand der Technik nur sehr geringfügige Veränderungen des Mundstückdurchmessers Do zulässig, da eine Verringerung der Querschnittsfläche durch Zusetzen der Düse oder eine -Erhöhung der Querschnittsfläche durch Erosion der Düse in beiden Fällen direkt die Gußgeschwindigkeit beeinflussen und die Kontinuität des Gießverfahrens stören. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Düsengröße von Dg von geringer oder vernachlässigbarer Bedeutung für das Gießverfahren.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Wärmeübertragung weit höhere Werte annehmen kann. Der durch das inerte Gas in der dehnbaren Kammer 10 auf den darunterliegenden Meniskus 28 ausgeübte Druck verbessert die Wärmeübertragung zwischen der Außenfläche des sich Verfestigenden Gußteiles und der Wand der Form 8. Dieser Vorteil rührt daher, daß die natürliche Tendenz des heißen verfestigten Gußteilmantels, sich zusammenzuziehen und von der Wand der Form 8 wegzuschrumpfen, durch die erhöhten hydrostatischen Kräfte der Metallschmelze ausgeglichen wird, welche auf die an der Wand der Form 8 anliegende Metallschicht von dem noch flüssigen Inneren her einwirkt, so daß der sich verfestigende Mantel zunächst nach außen zur Wand der Form hin ausbeult. Wie es dem Fachmann bekannt ist, verbessert jede Verringerung des Luftspaltes zwischen der Formwand und der Oberfläche des gegossenen Metallteils, wie es sich erfindungsgemäß durch die Druckeinwirkung auf den flüssigen Kern ergibt, oder durch das Mitziehen des aus -Schlacke bestehenden Schmierstoffes in dem Luftspalt, eine Vergrößerung der Wärmeübertragung zwischen dem Gießteil und der Form 8 erzeugt, so daß schnellere Verfestigung im Gußteil staEtfindet. Damit erlaubt die vorliegende Erfindung beträchtliche vorteilhafte Erhöhungen der Gußausbeute bei allen Erzeugnissen, seien sie nun aluminiumbehandelt oder nicht.
  • Als weiterer Vorteil kann noch angeführt werden, wenn auch der Einfluß auf das Verfahren selbst nicht so groß erscheint, daß die Standhöhe der Schmelze im Gefäß 1 keinen so großen Einfluß mehr auf den Durchfluß durch das Mundstück 4 besitzt, d.h.
  • daß tiefere oder-flachere Schmelzenstände ohne weiteres hingenommen werden können. Größere Metalltiefen im Zwischengefäß erleichtern ein Abschwemmen von Einschlüssen, während flachere Tiefen der Metallschmelze Folgegußvorgänge erleichtern.
  • Da die Gießrate nun willentlich bis zu einem Maximalwert beeinflußt werden kann, der durch den Wärmeaustausch in der Form bestimmt wird, kann nötigenfalls der Gießvorgang so verlangsamt werden, daß, falls nicht rechtzeitig neue Metallschmelze als Nachschub vorhanden ist, eine Unterbrechung des Gießvorganges,d.h. eine-En-tleerung des Gefäßes 1 vermieden werden kann. Die Herstellko$ten können dadurch abgesenkt werden, daß ein billigeres wärmebeständiges Material für die Düse eingesetzt werden kann, und nur eine Düsengröße für alle Schmelzensorten und Produktgrößen verwendet wird.

Claims (6)

  1. Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von aluminiumhaltigen Stahl- und Legierungsschmelzen Patentansprüche: 1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von aluminiumhaltigen Stahl- und-Legierungsschmelzen, dadurch g e k e n n -zeichnet, a) daß die Metallschmelze durch das Eigengewicht der Schmelzensäule in einem Gefäß aus einem nicht zumessenden Auslaßmundstück durch ein eine Schmelzensäule enthaltendes Rohr aus hitzebeständigem Material als das Rohr ausfüllende und die Metallschmelze in dem Gefäß mit einem Metallschmelzen-Meniskus verbindende Metallschmelzensäule in eine linear zyklisch bewegbare Form und um das Rohr herum gegossen wird, b) daß die Oberflächentemperatur des Metailgusses benachbart dem Formauslaß durch Steuern der Abziehrate des Metallgusses von der Form in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird, c) daß der freiliegende Metallschmelzen-Meniskus mit unter Druck stehendem inerten Gas in einer das Rohr mit der Form dicht verbindenden dehnbaren Kammer bedeckt wird, d) daß der auf den Meniskus einwirkende Gasdruck des inerten Gases geregelt wird, um das statische Gewicht der Metallschmelzensäule in dem Gefäß und in dem Rohr abzustützen und das Rohr mit Metallschmelze gefüllt zu halten, die mit im wesentlichen der gleichen Volumenrate wie die Gußrate aus der Form fließt, e) daß kontinuierlich ein Formschmierstoff zwischen Meniskus und Formwand an dem Formeinlaß zugeführt wird, wodurch f) der Formschmierstoff als Dichtung für das inerte Gas zwischen dem Metall und der Form dient, und g) daß unter Druck stehendes inertes Gas den Formschmierstoff zwischen das Metall und die Form preßt, um die Flächenreibung zu vermindern.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Formschmierstoff ein schnell verdampfbares (flash evaporatable) Schmieröl ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Formschmierstoff ein Gießpulver (casting powder) ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Oxidanhäufungen an den Schmelzen-Meniskus erfaßt und entfernt werden.
  5. 5. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von aluminiumhaltigen Stahl- und Legierungsschmelzen, g e k e n n -z e i c h n e t durch a) ein Gefäß (1) für die Metallschmelze mit einem nicht messenden Auslaßmundstück (4) für die Metallschmelze, b) eine zyklisch linear bewegbare Form (8) zur Aufnahme von Metallschmelze aus dem Gefäß (1), c) ein eine Metallschmelzensäule (6) enthaltendes Rohr (18) aus einem hitzebeständigen Material, das im Betrieb eine das Rohr (8) füllende Metallschmelzensäule (6) enthält, die die Metallschmelze (2) in dem Gefäß (1) mit einem in der Form (8) das untere Ende (22)-des Rohres umgebenden Metallschmelze-Meniskus (28) verbindet, d) eine Einrichtung (56, 58, 59) zum Aufrechterhalten der Oberflächentemperatur des Metallgusses (57) in Nachbarschaft zum Auslaß der Form (8) in einem vorbestimmten Bereich durch Regelung der Abziehrate des Metallgusses von der Form, e) eine den Meniskus (28) abschirmende und das Rohr (18) mit der Form (8) abdichtende dehnbare Kammer (10), f) Einrichtungen (12, 36) zum kontinuierlichen Einführen von unter Druck stehendem inerten Gas In die dehnbare Kammer (10) über den Meniskus (28), g) Einrichtungen (34, 38, 46) zum Regeln des Druckes des inerten Gases auf den Meniskus in der Weise, daß im Betrieb die Schmelzensäule (2, 6) in dem Gefäß (1) und in dem Rohr (18) abgestützt und das Rohr (18) mit Metallschmelze gefüllt gehalten wird, wobei die Metallschmelze mit im wesentlichen der gleichen Volumenrate wie die Gußrate in der Form (8) fließt, und h) Einrichtungen (65, 66; 70, 71) zum kontinuierlichen Zuführen von Schmiermittel zwischen den Meniskus (28) und die Wand der Form (8) an dem Formeingang (26).
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t durch Einrichtungen (60, 61, 63a; 62, 63, 63a) zum Erfassen der Bildung von Oxidanhäufungen an dem Meniskus (28) und zum Entfernen derselben von dem Meniskus.
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