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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
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zum kontinuierlichen oder Endlosgießen geschmolzener aluminiumhaltiger
Stähle und Legierungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei einigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird als Formschmierstoff
ein entspannungsverdampfbares ül (flash evaporatable oil) eingesetzt. Bei anderen
Ausführungen ist der Formschmierstoff ein Gußpulver.
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Vorzugsweise sind Vorkehrungen getroffen, um Oxidansammlungen an dem
Meniskus zu erfassen und sie zu entfernen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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abnimmt, oder wenn diese Höhe durch Zugabe von Schmelze zu dem Gefäß
1 ansteigt.
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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.
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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.
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Die dehnbare Kammer 10 besteht aus einem zylindrischen Abschnitt 48,
dem Balgabschnitt 50 und einer scheibenförmigen Endwand 52, die jeweils mit Dichtflanschen
aneinanderstoßen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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).
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.