DE3590377T

DE3590377T - Verfahren zum Stranggießen von Metall

Info

Publication number: DE3590377T
Application number: DE19853590377
Authority: DE
Inventors: Ryota Yokohama Kanagawa Mitamura; Shigeru Yanagimoto
Original assignee: Showa Aluminum Industries KK
Current assignee: Showa Aluminum Industries KK
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1986-09-18
Also published as: JPS6137352A; US4664175A; AU4637985A; GB8606478D0; DE3590377C2; WO1986000839A1; GB2178351A; EP0192774B1; JPH052416B2; EP0192774A1; EP0192774A4; AU568950B2; NO861260L; GB2178351B; NO165746B; NO165746C

Description

Beschreibung Titel der Erfindung

Verfahren zum Stranggießen von Metall 15

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggießen von Metall, insbesondere auf ein Verfahren zum Stranggießen vom Typ der Gasdruck-Übertragung für Nichteisenmetall.

Technischer Hintergrund

Das Gußstück (hier weiter als Block bzw. Rohblock bezeichnet), das ein Ausgangsmaterial zur Verwendung bei Walzen, Strangpressen usw. von Metall (einschließlich

gO von Legierung) ist, wird hauptsächlich durch Stranggießen hergestellt. Besonders für Nichteisenmetalle wird das Stranggießen unter Verwendung einer senkrechten Festform im allgemeinen übernommen. Dieses Verfahren schließt das Schwimmverfahren, Blockaufsatzverfahren,

g₅ Gießrinnenverfahren und andere Verfahren mit Veränderungen in der Einrichtung zur Zufuhr des Gießmetalls ein. In dem Schwimmverfahren schwimmt ein schwimmender Verteiler auf der Oberfläche einer Schmelze, um das

Niveau des Gießmetalls konstant zu halten, den Strom der Schmelze einheitlich zu verteilen, usw., das Gießmetall wird über den schwimmenden Verteiler aus einer Gießrinne zu einer senkrechten Festform zugeführt. In dem Blockaufsatzverfahren ist ein Aufnahmebehälter für die Schmelze aus wärmeisolierenden, feuerfesten Materialien auf dem oberen Abschnitt einer senkrechten Festform vom offenen Typ vorgesehen, so daß ein hoher hydrostatischer Druck des Gießmetalls an der verfestigten Schicht in einem Metallblock beibehalten wird. In dem Gießrinnenverfahren sind die einzelnen schwimmenden Verteiler und Gießrinnen nicht paarweise, sondern statt dessen ist eine Gießrinne für verschiedene schwimmende Verteiler vorgesehen und der Gießmetalleinfluß daraus in die senkrechte Festform vom offenen Typ wird mittels eines Verschlußstückes zurückgehalten und freigegeben, so daß die gewünschte Einflußmenge des Gießmetalls erhalten wird.

Für die obengenannten Verfahren zum Stranggießen ist das Gasdruck-Ubertragungsverfahren eine neuere Verbesserung. Damit ist hauptsächlich beabsichtigt, die gegossene Haut oder Oberflächenqualität des Blockes zu verbessern. Dieses Verfahren verwendet die Gasdruck-Übertragung in dem Blockaufsatz-Stranggießen. Zum Beispiel wurde entsprechend den Erfindungen, die in den japanischen, geprüften Patentveröffentlichungen Nr. 54-42847, 55-18585 und 55-18586 beschrieben sind, in dem sogenannten Blockaufsatzverfahren, in dem ein Aufnahmebehälter für die

QQ Schmelze aus feuerfestem Material an einem oberen Abschnitt einer zylindrischen Form vorgesehen ist, ein Verfahren vorgeschlagen, in dem sich die innere Oberfläche am unteren Ende des Aufnahmebehälters für die Schmelze einwärts der inneren Wand der Form erstreckt, so daß ein überhängender Abschnitt gebildet wird, das Gießmetall wird in die Form und den Aufnahmebehälter für die Schmelze gegossen und Gas wird gerade unter dem überhängenden Abschnitt eingelassen, so daß ein Gas-

druck auf eine äußere ümfangsoberflache des Gießmetalls angewendet wird.

In diesem Verfahren schiebt die Anwendung des Gasdruckes den Abschnitt, an dem das Gießmetall in Kontakt mit der Form steht, abwärts der zwangsgekühlten Form, was die axiale Kontaktlänge zwischen der Schmelze und der Form verkürzt und wodurch insbesondere eine Gießoberfläche mit einer ausgezeichneten Glätte und eine dünne Schicht der umgekehrten Segregation vorteilhaft erhalten wird. In den obengenannten Erfindungen sind die Verfahrensbedingungen, um einen erwarteten Effekt zu erreichen, in bezug auf das Wechselverhältnis und die Bereiche der drei Faktoren beschrieben, und zwar der Gasflußgeschwindigkeit, der Fließgeschwindigkeit des Schmieröles und dem Niveau der Schmelze in dem Aufnahmebehälter für die Schmelze. Entsprechend der von der Anmelderin durchgeführten Untersuchungen wurde beobachtet, daß die obengenannten Erfindungen am geeignetesten für das Stranggießen von Barren mit mittlerer und geringer Größe sind und in der Lage sind, ausgezeichnete Barren ständig herzustellen, aber es ist schwierig einen erwarteten Effekt für das Stranggießen von Barren großer Größe mit einem großen Querschnitt und Blechplatten zur Verwendung beim Walzen zu erhalten.

Das zweite Verfahren ist die Gasdruck-Übertragung in einer abgetrennten Kammer einer Form.

Das heißt, wie es in US-Patent Nr. 3 533 462 und der japanischen, ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 54-132430 beschrieben ist, es wird ein Stranggießen vom Typ der Gasdruck-Übertragung beschrieben, worin eine Eingußbuchse konzentrisch an dem oberen Abschnitt der

g₅ inneren Umfangsoberflache der zwangsgekühlten Form vorgesehen ist", ein Gasdruck auf die Gießspiegeloberfläche des Gießmetalls angewendet wird, das in eine getrennte Kammer eintritt, die durch die innere Umfangsoberflache

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der Form und die äußere Umfangsoberflache der Eingußbuchse gebildet wird und wodurch die axiale Kontaktlänge der Schmelze mit der Form unabhängig von der Veränderung der Menge des Gießmetalls innerhalb der Form eingestellt wird. In dem Verfahren dieser Erfindung wird die Verringerung der obengenannten Kontaktlänge durch die Anwendung eines Gasdruckes so erwartet, daß, selbst für Barren großer Größe, und zwar von einem Durchmesser von 14 inches oder mehr und für Platten, und zwar mit einem Querschnitt von etwa 200 cm² oder mehr, eine Verbesserung der Gießhaut erreicht wird. Zusätzlich drückten die obengenannten Erfindungen als einstellbare Faktoren beim Stranggießen von Nichteisenmetall unter Verwendung einer senkrechten Form die Temperatur des Gießmetalls, die Geschwindigkeit des Gießmetallflusses, die Geschwindigkeit des Kühlwasserflusses, die Gießgeschwindigkeit, das Niveau des Gießmetalls in der Form und die obengenannte Kontaktlänge aus und betrachteten es als besonderen Vorteil vom Standpunkt der Verbesserung der Gießhaut des Blockes, daß die Kontaktlänge unabhängig von anderen einstellbaren Faktoren umfassend eingestellt werden kann. In dieser Erfindung ist als ein Verfahren zur Optimierung der Anwendungsbedingung des Gasdruckes ein sogenanntes Zurückbeschickungsverfahren (feed-back method) gezeigt, worin die optimale Bedingung des Gasdruckes entsprechend der Qualität der Blöcke gefunden wurde, die durch das Gießen gebildet wurden. Es wurde jedoch entsprechend der Untersuchung durch die Anmelder und andere beobachtet, daß es für das stabile

go Auftreten einer erwarteten Wirkung schwierig ist, sogar durch Kombination der obengenannten einstellbaren Faktoren. Folglich wurde gefunden, daß ein hydrostatischer Druck usw. der Schmelze, aufgebracht durch einen Gasdruck auf den Abschnitt der Schmelze mit Kontakt mit der

gc zwangsgekühlten Form, auch stark wirksam ist, genauso wie die Kontaktlänge zwischen der zwangsgekühlten Form und der Schmelze. Es sind Probleme eingeschlossen, d. h. die manuelle Hilfe für die Regelung ist notwendig, ins-

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besondere für die Realisierung der vorübergehend optimierten Regelung für die Schwankung der Gießbedingung und für den Gießbeginn oder das Ende ist die Automatisierung schwierig, und Blöcke mit einer guten Gießhaut werden nicht ständig erhalten.

Beschreibung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Stranggießen vom Typ der Gasdruck-übertraqen von Nichteisenmetall, wie es oben genannt ist, worin eine Wirkung der Verringerung der axialen Kontaktlänge des Gießmetalls mit einer zwangsgekühlten Form direkt beobachtet werden kann. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, worin die Blöcke eine glatte Gießhaut und eine ausgezeichnete Oberflächenschichtstruktur im Stranggießen von Barren großer Größe und Platten für Walzzwecke haben.

In verschiedenen Untersuchungen des Stranggießens vom Gasdruck-Ubertragungstyp fanden die Anmelder, daß, wenn Licht auf die äußere Umfangsoberflache eines Barrens gerichtet wird, der nach unten von einer offenen Form herausgezogen wird, ein Lichtschwund über der Form von der inneren Oberfläche der Form gerade über der äußeren Oberfläche des Blockes, auf die so Licht gerichtet ist, beobachtet wird, und die Intensität des so geschwundenen

go Lichtes ist ein Barometer, das den Grad des Kontaktes (Kontaktlänge, Kontaktdruck usw.) des Gießmetalls mit einer inneren Oberfläche der Form anzeigt. Dann wurde, um dieses Phänomen weiter zu bestätigen, eine Lichtquelle mit verschiedener Intensität unter der offenen

₃g Form und seitlich zu dem Block vorgesehen, Licht aus der Lichtquelle wurde auf die äußere umfangsoberflache des Blockes gerichetet, ein Lichtsensor wurde von oben auf eine innere Oberfläche der Form orientiert, wobei die

-αϊ innere Oberfläche gerade über der äußeren Oberfläche war, auf die so Licht gerichtet war. So beobachtete die Anmelderin das Verhältnis zwischen der erreichten Menge des Lichtschwundes nach unten, dem Grad der Gasdruckanwendung und der Qualität (Gießhaut, Oberflächenschichtstruktur) des so erhaltenen Blockes. Als ein Ergebnis wurde gefunden, daß die Gasdruck-Übertragung einen ausreichenden Effekt hat und das Gießmetall virtuell nicht in Kontakt mit der inneren Oberfläche einer Form kommt, !O wenn ein Block von ausgezeichneter Qualität beobachtet wurde. Wenn der Effekt der Gasdruck-Übertragung unzureichend war, wurde nämlich Licht von der Lichtquelle schwach oder überhaupt nicht beobachtet.

]_5 Die vorliegende Erfindung basiert auf den obengenannten Erkenntnissen.

In einem Verfahren zum Stranggießen eines Nichteisenmetalles, worin ein Gasdruck auf einen peripheren Abschnitt des Gießmetalls übertragen wird, die in Kontakt mit einer seitlichen Innenwand einer offenen Form steht, und dadurch zwangsgekühlt wird, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet , daß eine Lichtquelle unterhalb der offenen Form und seitlich eines Blockes angeordnet ist, die übertragung von Gasdruck bei einem solchen Grad durchgeführt wird, daß das Licht von der Lichtquelle eine abgetrennte Kammer überhalb des peripheren Abschnittes erreicht, wobei in diese Kammer Gas fließt, und die Menge des Gaseinflusses entsprechend

QQ der Menge des so angekommenen Lichtes eingestellt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird nun beschrieben.

Beim Stranggießen, worin Gasdruck auf einen peripheren Abschnitt des Gießmetalles innerhalb einer zwangsgekühlten offenen Form übertragen wird, ist ein Raum, der durch die Gasübertragung gebildet wird, nicht gasdicht. Entsprechend der bereits genannten japanischen geprüf-

-ΜΙ ten Patentveröffentlichung Nr. 54-42847 ist es bekannt, daß das kontinuierliche Eingeben eines Gases bei einer bestimmten Fließgeschwindigkeit in den oberen Raum notwendig ist, um einen konstanten Gasdruck in dem oberen Raum aufrechtzuerhalten. Dieses Phänomen wurde so erklärt, daß die Schmelze durch Kontakt mit einer inneren Oberfläche einer zwangsgekühlten Form schnell gekühlt wird, ein dünner verfestigter Mantel an der äußeren Oberfläche der Schmelze mit einer gleichzeitigen Entstehung einer Verfestigungskontraktion gebildet wird, welche bewirkt, daß sich der verfestigte Mantel von der inneren Oberfläche der Form abtrennt und Gas nach unten durch den (die) so geformten sehr kleinen Spalt(en) an der in Kontakt stehenden Grenzfläche zwischen der inneren Oberfläche der Form und dem verfestigten Mantel ausfließt.

Die Anmelderin hat gefunden, daß unter einer Gießbedingung, die bevorzugte Ergebnisse bringt, die Schmelze nahe der inneren Oberfläche der Form ist, aber sie scheint aus optischer Beobachtung nicht in Kontakt damit zu sein. Nachdem der notwendige Druck zu einem Gasdruck-Ubertragungsraum zugegeben ist, entlädt sich darüber hinaus übermäßig Gas nach unten durch den sehr kleinen Spalt zwischen der inneren Wand der Form und dem verfestigten Mantel (in Form eines Films) an der äußeren Oberfläche der Schmelze. In diesem Falle wurde auch beobachtet, daß der Spalt beträchtlich einheitlich entlang der Umfangsrichtung der Form gebildet wird.

In der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der Photometer, die zur Messung der Lichtmenge vorgesehen sind, die die separate Kammer für den Gaseinfluß erreicht, eins oder eine beliebige Anzahl an beliebigen Positionen

gg in der ümfangsrichtung der Form sowohl für einen zylindrischen Barren als auch eine prismatische Platte. Für Platten ist es bevorzugt, ein Photometer an der breiten Seite vorzusehen, und es ist noch bevorzugter, ein

Photometer an jeder der breiten und schmalen Seiten vorzusehen. Die Größe der Fenster für die Photometer ist
nicht besonders begrenzt, wenn es ausreichend fähig ist, das Licht von der Lichtquelle aufzuzeigen und die

Leuchtkraft zu messen. Da das Licht von der Lichtquelle in einer Abbildungsbox als ein Dunkel/Hell-Kontrast in
einer Bogen- oder Linienform aufgezeigt ist, ist deshalb, wenn eine Lichtquelle vorgesehen ist, die Größe
des Fensters so bestimmt, daß der bogen- oder liniengeformte Lichtstrahl quer durch das Bildfeld des Fensters usw. verläuft.

Die Lichtquelle der vorliegenden Erfindung ist unterhalb der Unterseite einer offenen Form und benachtbart zu dem Block angeordnet. Die Abstände von der offenen Form und dem Block zur Lichtquelle können nicht exakt ausgewählt sein, da eine Streuung möglicherweise das Licht zu dem
abgedichteten Fenster leitet. Zusätzlich können als Art der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung bekannte Licht emittierende Einrichtungen, die eine sichtbare Strahlung, eine ultraviolette Strahlung usw. emittieren, verwendet werden.

Als Verfahren zur erfindungsgemäßen Regelung des Effektes der Gasdruck-Übertragung wird im allgemeinen ein

Verfahren durchgeführt, indem die Gießfaktoren geregelt sind, um die Leuchtkraft innerhalb eines bestimmten Bereiches beizubehalten. Die obere Grenze der Leuchtkraft wird so bestimmt, daß das Gießmetall durch den verfestigten Mantel in einer bestimmten Form gehalten wird,
d. h. es gibt eine geringe Gefahr des Auftretens von
Aufbrüchen.

Weiterhin können als erfindungsgemäßes Regelungsverfah-Q5 ren verschiedene Arten von Verfahren angewendet werden, die allgemein in der Regeltechnik bekannt sind. Zum Beispiel kann die Regelung so durchgeführt werden, daß das Integral der Leuchtkraft mit der Zeit im Bereich von den

oberen zu den unteren Grenzen ist.

Darüber hinaus sind die Lichtintensitäten der Lichtquelle bei verschiedenen Niveaus festgesetzt, und verschiedene Niveaus sind geeignet ausgewählt, entsprechend der Zeitfolge der Gießfolge usw., so daß die Bedingung der Grenzfläche zwischen der Form und dem Gießmetall direkt aufgezeigt werden kann.

Wenn die Metallart und die Blockgröße gegeben sind, sind die üblichen Gießfaktoren, und zwar die Gasflußgeschwindigkeit, die Viskosität und die Menge des zugeführten Schmieröles, die Fallgeschwindigkeit des Blockes (Gießgeschwindigkeit) und die Mengen des primären (in der zwangsgekühlten Form) und sekundären (die direkte Wassereinspritzung außerhalb und unterhalb der Form) Kühlwassers der Regelung als Betriebsfaktoren zur Regelung der obengenannten Leuchtkraft unterzogen, die innerhalb des bestimmten Bereiches sein muß. Zusätzlich ist es im stationären Verfahren des Stranggießens vom Gasdruck-Ubertragungstyp am korrektesten, nur die Menge des Gasflusses als variablen Verfahrensfaktor zu nehmen und die Optimalwerte der anderen Faktoren vorzugeben. Da die Regelbarkeit des Gießens ausgezeichnet ist, wenn z. B.

die Lichtmenge (die Leuchtkraft) annähernd an die untere Grenze kommt oder diese übersteigt, wird in diesem Falle bewirkt, daß die Gasflußgeschwindigkeit sich erhöht und dadurch das Gießmetall wieder ausreichend von der Innenwandoberfläche der Form abgetrennt wird, und folglich

₃Q wird der optimale Gasübertragungseffekt erhalten.

Entsprechend dem obengenannten erfindungsgemäßen Verfahren kann die Grenzflächenbedingung zwischen der Form und dem Gießmetall direkt virtuell aufgezeigt werden, ge was zu Erzeugung von Blöcken mit einer guten Gießhaut bei einer höheren Stabilität und Reproduzierbarkeit führt,im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren des Stranggießens vom Gasdruck-Ubertragungstyp. Es wurde

bisher angenommen, daß eine Milderung des Abschreckeffektes der Form bevorzugt ist, um einen Block mit einer guten Gießhaut zu erzielen. Es gab jedoch bisher keine geeignete Einrichtung zur Regelung, und eine merkliche Milderung des Abschreckeffektes enthielt die Gefahr, daß das Gießen selbst nicht durchführbar wurde.

Die vorliegende Erfindung hilft der Beschränkung in diesem Punkt völlig ab und ermöglicht die Unterdrückung des Abschreckeffektes der Form soweit wie möglich durch Regelung des Stranggießens, sogar für ein Verfahren, bei dem die Gießbedingungen augenblicklich variieren.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein senkrechter Querschnitt des Hauptabschnittes eines Vorrichtungstyps zum Stranggießen, der verwendet werden kann, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, mit einem Blockdiagramm seiner Regelvorrichtung;

Fig. 2 ist ein senkrechter Querschnitt des Hauptteiles eines anderen Vorrichtungstypes zum Stranggießen, der ge verwendet werden kann, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, mit einem Blockdiagramm seiner Regelvorrichtung;

Fig. 3 und 4 sind Mikrophotographien der Strukturen _on gerade unter den Oberflächen für Blöcke der Legierung 2217 (AA-Standard) von Beispiel 1 bzw. Vergleichsbeispiel 1 und

Fig. 5 und 6 sind Mikrophotographien der Strukturen gerade unter den Oberflächen für Blöcke der Legierung 5182 (AA-Standard) von Beispiel 3 bzw. Vergleichsbeispiel 3;

Fig. 7, 8, 9 und 10 sind Photographien, die die Gießhaut für Blöcke von Beispiel 1, Vergleichsbeispiel 1, Beispiel 3 bzw. Vergleichsbeispiel 3 zeigen.

Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung

Unten wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezug auf die Fig. beschrieben, die ein Gießverfahren unter Verwendung einer Stranggießvorrichtung des obengenannten zweiten Typs mit einer abgetrennten Kammer, die durch eine Eingußbuchse gebildet wird, zeigt.

In Fig. 1 ist 1 das Gießmetall, das (primär) durch Kühlwasser 16 in einer offenen Form 3 zwangsgekühlt wird, und dann durch direkte Wassereinspritzung (sekundäres Kühlen) 26 außerhalb und unter der Form gekühlt wird und in einen Block 2 geformt wird, der dann von der offenen Form 3 bei einer optimalen Gießgeschwindigkeit fällt, die durch die Wirksamkeit und Produktqualität bestimmt ist. Um eine separate Kammer 17 zur Durchführung des Stranggießens vom Gasdruck-Ubertragungstyp zu bilden, wird eine Eingußbuchse 4 an die offene Form 3 befestigt, so daß die abgetrennte Kammer konzentrisch für Barrengießen oder mit einem quadratischen Profil für Plattengießen geformt ist.

Schmierölernlässe 23, über die Schmieröl eingegeben QQ wird, sind durch Bohren der offenen Form 3 vorgesehen. Eine Anzahl von Schlitzen 18, die ermöglichen, daß das Schmieröl in die abgetrennte Kammer 17 fließt, sind radial an dem oberen Abschnitt der offenen Form 3 gebildet (Fig. 1 zeigt nur einen Schlitz 18). Bezugsziffer 19A ist ein Dichtungsring, der den Schlitz 18 unter flüssigkeitsdichter Bedingung hält. Um Gas in die obengenannte abgetrennte Kammer 17 einzugeben, ist ein Gaseinlaß 20 durch Bohren an einem Abschnitt der Einguß-

buchse 4 vorgesehen. Urn den Schmierölausfluß aus dem Schlitz 18 zu homogenisieren und zu verhindern, daß ein Beobachtungsloch 15 in das Schmieröl getaucht wird, ist ein Abstandsstück 26 zwischen der Eingußbuchse 4 und der oberen Oberfläche der Form 3 vorgesehen. 19B ist ein Dichtungsring, der die abgetrennte Kammer unter gasdichter Bedingung hält. Auf der anderen Seite ist eine Lichtquelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens an dem sekundär gekühlten Bereich angeordnet, das durch Kühlwassereinspritzung 21 gekühlt ist, und an eine Stromquelle mit konstant oder variabel gesetzter Spannung angeschlossen. Licht in Form eines Schlitzes oder Bandes aus der Lichtquelle 13, das durch die Grenzfläche Form/Schmelze 24 passiert und die abgetrennte Kammer 17 erreicht, wird durch ein Photometer 6 aufgezeigt, das Funktionen zur Aufnahme von Licht und zur Messung dessen Leuchtkraft hat. Ein Beobachtungsloch 15 ist an einem Abschnitt der Eingußbuchse 4 gebildet. Genau oberhalb des Loches 15 ist eine Abdeckung 25 an die Eingußbuchse 4 befestigt, um die abgetrennte Kammer 17 unter gasdichter Bedingung zu halten. Um das Photometer 6 vor direktem Ausgesetztsein gegenüber Strahlungswärme von der Oberfläche der Schmelze in der abgetrennten Kammer 17 zu schützen, kann ein wärmebeständiges Glas zwischen der abgetrennten Kammer 17 und dem Photometer 6 vorgesehen sein.

Ein erfindungsgemäßes Regelverfahren kann leicht durchgeführt werden, indem die obengenannten Bauteile der

QQ Vorrichtung zum Stranggießen mit geeigneten Regeleinrichtungen kombiniert werden, und zwar einem Gerät zum Messen der plötzlichen und integralen Werte der Leuchtintensität, einem Zeitgeber zum Festsetzen der Zeit, einem Gerät zum Festsetzen des Standards oder der oberen/unteren Werte der Leuchtkraft in bezug auf die Gießfaktoren, einem Gerät zum Vergleich der gemessenen Werte mit vorgegebenen Werten, ein Betriebsregelgerät zur Veränderung der Gießfaktoren (Menge des Gasein-

flusses usw.), wenn ein Vergleichswert einen bestimmten Wert erreicht, einem Auswertungskreis zur Speicherung der Anzahl und Art der Operationen, einem Kreis zur Kontrolle und Anzeige der Anfangs- und Endzeiten des Gießens und zur Veränderung der vorgegebenen Werte und anderen Einrichtungen, Kreisen, Geräten usw., die im allgemeinen oder in der Regelung des Stranggießens bekannt sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist 7 eine Anzeigevorrichtung für Gasflußgeschwindigkeit und Gasdruck, 8 ein Regelventil für die Gasflußgeschwindigkeit, 9 ein elektromagnetisches Ventil zum Abschalten des Gasflusses, das mit einer nichtgezeigten Gaszu- !5 fuhrquelle verbunden ist und den Gasfluß zu Gießbeginn, Ende oder bei Notfall abschaltet, 10 ist eine Regelvorrichtung für die Fließgeschwindigkeit des Schmiermittels, 11 ist ein elektromagnetisches Ventil zum Abschalten des Schmiermittelflusses, das mit einer Schmiermittelzufuhrquelle verbunden ist, und den Schmiermittelfluß bei Gießbeginn, Ende oder bei Notfall abschaltet, und 12 ist eine Regelvorrichtung für die Lichtmenge. Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen, insbesondere beim stationären Gießen, durchgeführt, indem die Leuchtkraft als Regelfaktor und die Gasflußgeschwindigkeit als Betriebsfaktor genommen wird, und das Regelventil 8 für die Gasflußgeschwindigkeit wird zur Regelung durch die Regelvorrichtung 12 der Lichtmenge geöffnet und geschlossen. Weiterhin ermög-OQ licht folglich die Beobachtung des Gasdruckes, die

gleichzeitig mit der obengenannten Einstellung erfolgt, die Regelung der Leuchtkraft, das Gießen selbst muß unmittelbar durch Kontrolle oder Anzeige einer ungewöhnlichen Gießbedingung des kompletten Verlustes des Effekte tes der Gasdruck-Übertragung gestoppt werden.

Die vorliegende Erfindung zeigt auch einen ausgezeichneten Effekt auf den vorher genannten ersten Typ, und

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zwar das Blockaufsatz-Stranggießen unter Verwendung der Gasdruck-Übertragung. Es wird nun eine in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform beschrieben.

In Fig. 2 ist 27 ein Aufnahmebehälter für die Schmelze (Blockaufsatz), hergestellt aus wärmeisolierendem Material, der an einen oberen Abschnitt einer Form 3 befestigt ist, die durch Kühlwasser 16 gekühlt wird. Innerhalb und unterhalb des Behälters zur Aufnahme der Schmelze zieht sich eine Eintjußbuchse 5 nach unten und ist innerhalb der Form einstückig gebildet, mit einem Spalt an der inneren Oberfläche der Form 3, um eine abgetrennte Kammer 17 zu bilden. Zwei Löcher sind vorgesehen, senkrecht und nach unten den Aufnahmebehälter für die Schmelze durchbohrend und in Verbindung mit der abgetrennten Kammer 17, ein Loch ist ein zylindrischer Körper 28, der ein Photometer an seiner Unterseite einschließt, und das andere ist ein Einlaßrohr 23 zum Einlassen von Gas in die abgetrennte Kammer 17. Das Photometer 6 ist so vorgesehen, daß es auf einen Abschnitt gerade über der inneren Oberfläche der Form innerhalb der abgetrennten Kammer 17 gerichtet ist, wie es in der Figur gezeigt ist. Der zylindrische Körper 28 und das Einlaßrohr 23 sind aus Metall oder Keramik gemacht.

Die rechte Hälfte der Fig. 12 zeigt einen senkrechten Abschnitt eines Schmelzeinlaßabschnittes vom Blockaufsatz. Die Schmelze, die über eine Schmelzgießleitung eingelassen wird, fließt über einen Schmelzeinlaßabschnitt

QQ 33 eines Aufnahmebehälters für Schmelze durch die Innenseite einer Eingußbuchse 5 in die Form 3 und füllt die Innenseite der Form. Die Höhe der Oberfläche der Schmelze in der abgetrennten Kammer 17 wird durch den Druck des eingegebenen Gases unter Druck gesetzt. Das

gc eingegebene Gas stellt die Höhe der Oberfläche der Schmelze in der abgetrennten Kammer 17 ein, wo der Überschuß des Gases von einem sehr kleinen Spalt zwischen der Innenwand der Form und dem verfestigten Mantel der

Schmelze nach unten ausströmt.

Kühlwasser für die Form fließt über 32, kühlt die Form und wird dann das sekundäre Kühlwasser, welches aus einem Schlitz an dem unteren Abschnitt der Form direkt auf die äußere Oberfläche des verfestigten Metalles strömt, wodurch sie gekühlt wird.

Die Konstruktionen und Funktionen, verschieden von den obengenannten, sind die gleichen im Falle der voher genannten Fig. 1. Nachfolgend werden nun die Beispiele entsprechend der vorliegenden Erfindung auf der Basis der obengenannten ersten und zweiten Typen beschrieben.

Beispiel 1

In der in Fig. 1 gezeigten Gießvorrichtung wurde eine Projektionslampe vom Reflektortyp mit einer Leuchtkraft von 6000 cd (Candela) als Lichtquelle 13 verwendet, die die Oberfläche eines gegossenen Stückes während des Gießens bestrahlte. Eine Photodiode (Ando Electric Co. Type AQ-1976) wurde als Photometer 6 verwendet, das das Licht, das durch die abgetrennte Kammer dringt, empfängt. Diese Photodiode ist durch eine effektive Lichtaufnahmefläche von etwa 18 mm Durchmesser, ein sensibles Wellenlängenbereich von 450 bis 1100 nm, eine Standardwellenlänge von 633 nm und ein Lichtempfangsleistungsbereich von 10 nW bis 10 mW (für Standard-

QQ Wellenlänge) usw. gekennzeichnet.

Ein Licht-Leistungsmesser vom gleichen Hersteller (Typ AQ-1135) wurde als Meßinstrument für die Lichtleistung verwendet, durch das die absolute Leistung des Lichtes gemessen wurde. Darüber hinaus wurde der Ausgangswert der Photodiode mit dem Regelsystem für die Gasflußgeschwindigkeit und die Schmiermittelfließgeschwindigkeit verbunden.

Unter Verwendung dieser Vorrichtungen wurde eine Al-Legierung 2017 (AA-Standard) unter den folgenden Gießbedingungen gegossen:

Barrengröße: 14 inches Durchmesser

Spalt zwischen der offenen Form 3 und der Eingußbuchse 4: 40 mm

Gießgeschwindigkeit: 50 mm/min Gasflußgeschwindigkeit: 2,5 Z /min (Bezugswert) Gasdruck etwa 500 Pa (Bezugswert) und Schmierölfließgeschwindigkeit: 10 cm³/min (konstant).

Im obengenannten stationären Gießen, in dem das Gas beständig an den Bezugswerten fließt, wurde das Licht aus der Lichtquelle nahezu immer angezeigt, in der der Durchschnitt der auftreffenden Lichtmenge in das Photometer 6 UW betrug.

Danach wurde die Gasflußgeschwindigkeit verändert, so daß der integrale Wert der Lichtmenge für 10 s bei einem Bezugswert von 60 mW χ s gehalten wurde. Danach wurde das Gießen beständig fortgesetzt, ohne Rücksicht auf die sich verändernden Gießbedingungen, wie die Schwankung der Schmelzenoberfläche, der Temperatur der gegossenen Schmelze usw. Der Block, der durch dieses Regelverfahren erhalten wurde, war so ausgezeichnet entlang der gesamten Länge von 6 m, so daß die Gießhaut glatt war und keine Defekte enthielt. Dies ist in Fig. 7 gezeigt.

3Q Zusätzlich ist bezüglich der MikroStruktur gerade unter der Gießhaut eine Mikrophotographie bei einer Vergrößerung von 130 in Fig. 3 gezeigt. Die durchschnittliche Dicke der Segregationsschicht gerade unter der Gießhaut ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Dicke der Segregationsschicht war gleich 90 pm.

Wenn jedoch der Bezugswert der auftreffenden Lichtmenge auf 45 UW χ s festgesetzt wurde, wurde die durchschnitt-

is

liehe Gasfließgeschwindigkeit 1,5 £ /min und der Gasdruck wurde 300 Pa. Dies resultierte in einer Gießhaut mit verschmolzener Durchdringung mit konvexer Form eines Rohrstranges. Wenn auf der anderen Seite der Bezugswert der auftreffenden Lichtmenge auf 75 uW χ s festgesetzt wurde, wurde das Gas, das in der abgetrennten Kammer gesammelt wurde, kontinuierlich um das untere Ende der Eingußbuchse herumgeblasen, in die Schmelze in der Form. Dies bewirkte starke Schwankungen in der Gasflußgeschwindigkeit um 3,5 Jl /min und dem Gasdruck um 700 Pa. Schließlich brach der verfestigte Mantel durch, mit dem Ergebenis, daß es schwer wurde, das Gießen fortzusetzen.

Vergleichsbeispiel 1

Die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel 1 wurde verwendet, außer daß die Lichtquelle 13 und das Photometer 6 nicht betrieben wurden. Die gleiche Legierung 2017 (AA-Standard) wie in Beispiel 1 wurde entsprechend den Betriebseinrichtungen, die in der bereits genannten japanischen, ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 54-132430 beschrieben sind, und unter den folgenden Gießbedingungen gegossen:

Barrengröße: 14 inches Durchmesser,

Spalt zwischen der offenen Form 3 und der Eingußbuchse 4: 50 mm,
OQ Gießgeschwindigkeit: 50 mm/min

Gasflußgeschwindigkeit: 3,0 Ji /min (Bezugswert) und

Schmierölfließgeschwindigkeit: 20 cmVmin

Wenn die obengenannte Gasflußgeschwindigkeit verringert wurde, verfestigte sich die Schmelze, die in die Eingußbuchse eintrat, mit dem Ergebnis, daß das Gießen beendet werden mußte. Wenn die Gasflußgeschwindigkeit über den

obengenannten Wert erhöht wurde, drang das Gas entlang der Unterseite der Eingußbuchse und blies kräftig in die Schmelze in der Form, und darüber hinaus spritzte die Schmelze aus der Form heraus. Gleichzeitig verfestigte sich die Schmelze in der abgetrennten Kammer zwischen den Schlitzen und der Form mit dem Ergebnis, daß es unmöglich wurde, das Gießen fortzusetzen.

Bezüglich des so erhaltenen Blockes hatte die Gießhaut eine geringwertige Glätte, wie in Fig. 8 gezeigt, die Oberflächenschichtstruktur war wie in Fig. 4 gezeigt, die Segregationsschicht war so dick wie es Tabelle 1 gezeigt ist, und folglich war die Qualität des Blockes geringwertig, im Vergleich zu dem nach Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 2

Die iⁿ Fig. 1 gezeigte Vorrichtung und die gleiche Lichtquelle 13 und das Photometer 6 wie in Beispiel 1 wurden verwendet. Eine Al-Legierung 7075 (AA-Standard) wurde unter den folgenden Gießbedingungen gegosssen:

Barrengröße: 14 inches Durchmesser,

Spalt zwischen der offenen Form 3 und der Eingußbuchse 4: 50 mm,
Gießgeschwindigkeit 70 mm/min, Gasflußgeschwindigkeit: 3,5 t /min (Bezugswert),

3Q Gasdruck: etwa 650 Pa (Bezugswert) und Schmierölflußgeschwindigkeit: 20 cmVmin (konstant).

In dem obengenannten stationären Gießen, in dem das Gas beständig zu den Bezugswerten floß, wurde irmer Licht von der Lichtquelle aufgezeichnet, wobei der Durchschnitt der aufgetroffenen Lichtmenge in dem Photometer 6,5 uW betrug. Dann wurde die Gasflußgeschwindigkeit verändert,

so daß der integrale Wert der Lichtmenge für 10 s bei einem Bezugswert von 60 uW χ s gehalten wurde. Danach wurde das Gießen beständig fortgesetzt, ohne Rücksicht auf die Veränderung der Gießbedingungen, wie die Schwankung der Oberfläche der Schmelze, der Temperatur der gegossenen Schmelze usw. Der durch dieses Regelverfahren erhaltene Block war ausgezeichnet, und die Gießhaut war glatt und enthielt keine Defekte. Die durchschnittliche Dicke der Segregationsschicht gerade unter der Gießhaut ^w^r gleich 80 um (Tabelle 1).

Wenn jedoch der Bezugswert der aufgetroffenen Lichtmenge bei 45 uW χ s festgesetzt wurde, betrug die durchschnittliche Gasflußgeschwindigkeit 1,6 £, /m , und der Gasdruck betrug 300 Pa. Dies resultierte in einer Gießhaut mit geschmolzener Durchdringung, mit der konvexen Form eines Rohrstranges. Wenn auf der anderen Seite der Bezugswert der auftreffenden Lichtmenge bei 75 pW χ s festgesetzt wurde, wurde das Gas, das in der abgetrennten Kammer angesammelt wurde, kontinuierlich um die Unterseite der Eingußbuchse herum in die Schmelze in der Form herausgeblasen· Dies bewirkte starke Schwankungen in der Gasflußgeschwindigkeit um 4,5 2. /min und dem Gasdruck um 850 Pa. Abschließend brach der verfestigte Mantel auf, mit dem Ergebnis, daß es schwer wurde, das Gießen fortzusetzen.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Legierung 7075 (AA-Standard) wurde entsprechend dem gleichen Verfahren wie im Vergleichsbeispiel 1 gegossen. Die Gießbedingungen waren ebenfalls die gleichen wie im Vergleichsbeispiel 1. Die Instabilität der Verfahrensbe-

__ dingungen während des Gießens war ähnlich jenen im Ver-35

gleichsbeispiel 1. Die Gießhaut des erhaltenen Blockes war unbefriedigend, da es viele Hohlräume und Konvexitäten auf der Haut gab. Die Segregationsschicht war

augenscheinlich geringwertig im Vergleich zu der von Beispiel 2, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist.

Beispiel 3

Eine Al-Legierung 5056 (AA-Standard) wurde in eine Platte mit einer Dicke 350 mm und einer Breite von 700 mm für Walzzwecke und Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Gießvorrichtung gegossen. Die Lichtquelle 13 und das Photometer 6 waren die gleichen, wie sie in den Beispielen 1 und 2 verwendet wurden. Zwei Punkte wurden als Regelpunkte an den Regelabschnitten der breiten und der schmalen Seiten ausgewählt, an die die Lichtquelle

!5 13 bzw. das Photometer 6 gesetzt wurden.

Die Gießbedingungen waren wie folgt:

Spalt zwischen der offenen Form 3 und der Eingußbuchse 5: 50 mm,

Gießgeschwindigkeit: 60 mm/min, Gasflußgeschwindigkeit: 6 £ /min (Bezugswert), Gasdruck: 2,5 kPa (Bezugswert) und Schmierölflußgeschwindigkeit: 30 cm³/min (konstant)

Einstellung der Photometer:

eins an den zentralen Abschnitt entsprechend der breiten Seite,

eins an den zentralen Abschnitt entsprechend der schmalen Seite und

eins an einem Abschnitt entsprechend der Ecke.

_g5 In dem obengenannten stationären Gießen, in dem das Gas beständig an den Bezugswerten strömte, wurde Licht von der Lichtquelle nahezu immer angezeigt, obwohl es nicht augenblicklich angezeigt wurde. In diesem Falle betrug

die auftreffende Lichtmenge 5,5 mW für die breite Seite und 6 MW für die schmale Seite. Danach wurde die Regelung der Gasflußgeschwindigkeit verändert, so daß die integralen Werte der auftreffenden Lichtmengen für 10 s bei den Bezugswerten für die breite Seite von 55 uW χ s und für die schmale Seite von 60 uW χ s gehalten wurden. Als Ergebnis konnte das Gießen beständig fortgesetzt werden, ohne Rücksicht auf Veränderung der Gießbedin- " gungen, wie Schwankung der Oberfläche der Schmelze, der ;" Temperatur der gegossenen Schmelze, der Veränderung der Gießgeschwindigkeit mit der Veränderung der Gießlänge usw. Der durch dieses Regelverfahren erhaltene Block war ausgezeichnet entlang der gesamten Länge von 4,5 m, und die Gießhaut war glatt und enthielt keine Defekte. Die Gießhaut einschließlich des Eckenabschnittes ist in Fig. 9 gezeigt. Zusätzlich ist bezüglich der Mikrostruktur gerade unter der Gießhaut eine Mikrophotographie mit einer Vergrößerung von 130 in Fig. 5 gezeigt. Die durchschnittliche Dicke der Segregationsschicht gerade unter der Gießhaut ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Dicke der Segregationsschicht betrug 95 um. Eine Platte für Walzzwecke mit einer ausgezeichneten Qualität wurde erhalten.

Wenn jedoch die Bezugswerte der aufgetroffenen Lichtmenge bei 40 und 45 uW χ s für die breite bzw. enge Seite festgesetzt wurden, betrug die durchschnittliche Gasflußgeschwindigkeit 3,5 £- /min, und der Gasdruck betrug 1,5 kPa. Dies resultierte in einer Gießhaut

QQ mit einer Absonderungsoberfläche.

Wenn auf der anderen Seite die Bezugswerte der aufgetroffenen Lichtmenge bei 70 und 75 uW für die breite bzw. schmale Seite festgesetzt wurden, wurde das Gas, das in der abgetrennten Kammer gesammelt wurde, kontinuierlich um die Unterseite der Eingußbuchse in die Schmelze in der Form ausgeblasen. Dies bewirkte eine starke Schwankung in der Gasflußgeschwindigkeit um

is

8 /,/min und dem Gasdruck um 3,3 kPa. Schließlich brach der verfestigte Mantel an dem Eckenabschnitt auf, mit dem Ergebnis, daß es schwer wurde, das Gießen fortzusetzen.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Legierung 5182 (AA-Standard), ähnlich der des obengenannten Beispiels, wurde in eine Platte für Walzzwecke mit derselben Größe wie oben entsprechend dem Blockaufsatzgießverfahren vom Gasdruck-Ubertragungstyp gegossen, wie es in der bereits genannten japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 54-42847 beschrieben ist.

Die Gießbedingungen waren wie folgt:

Gießgeschwindigkeit: 60 mm/min, Gasflußgeschwindigkeit: 8 jt, /min und Schmierölflußgeschwindigkeit: 40 cmVmin.

Der so erhaltene Block zeigte eine sogenannte Absonderungsoberfläche entlang der gesamten Länge. Eine repräsentative Probe dieser Gießhaut ist in Fig. 10 gezeigt, und die MikroStruktur der Oberflächenschicht ist in Fig. 6 gezeigt. Der Block war unbefriedigend, da die Segregationsschicht beträchtlich dick ist im Vergleich mit dem obengenannten Beispiel 3, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist.

Tabelle 1

Durchschnittliche Dicke der Segregationsschicht an der Oberflächenschicht des Blockes

Legierung AA2017 AA7075 AA5182

Beispiel (1) 90 um (2) 80 um (3) 95 um

Vergleichsbeispiel (1) 450 um (2) 400 um (3) 700 um

ZH

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Bemerkungen:

1) Die Zahlen in Klammern sind die Nummern der Beispiele und Vergleichsbeispiele.

2) Die Dicke der Segregationsschicht wurde auf der Oberfläche entlang der Gießrichtung unter mikroskopischer Vergrößerung von 60 gemessen. Die Werte in der Tabelle sind die Durchschnittswerte der repräsentativen fünf Punkte.

Möglichkeit der industriellen Nutzung

Es wird deutlich, daß entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Barren von hoher Qualität und großer Größe (mehr als 14 inches Durchmesser) und eine Platte von großem Querschnitt (mehr als etwa 200 cm²) beständig mit einer gleichzeitig bemerkenswerten Ab-Schwächung des Abschreckeffektes der Form geliefert werden kann.

Tabelle der Bezugsnummern und Teile

5 1 Gießmetall (Metallschmelze)

2 Block

3 offene Form 4, 5 Eingußbuchse

7 Anzeigevorrichtung für Glasflußgeschwindig-

10 keit und Gasdruck

9 Magnetventil zur Gasabschaltung

10 Regelvorrichtung für die Schmiermittelflußgeschwindigkeit

12 Regelvorrichtung für die Lichtmenge

15 13 Lichtquelle

17 abgetrennte Kammer

27 Schmelze aus wärmeisolierenden feuerfesten Materialien

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Stranggießen eines Nichteisenmetalls, worin der Druck von Gas auf einen Umfangsabschnitt des Gießmetalls übertragen wird, der in Kontakt mit einer seitlichen Innenwand einer offenen Form steht, und wodurch er zwangsgekühlt wird, ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Nichteisenmetall, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (13) unter der offenen Form (3) und seitlich zu einend Block (2) angeordnet ist, wobei die übertragung des Gasdruckes mit einem Ausmaß durchgeführt wird, so daß das Licht von der Lichtquelle (13) eine abgetrennte

j5 Kammer (17) über dem Umfangsabschnitt erreicht, wobei das Gas in die Kammer fließt, und eine Menge des Gaseinflusses entprechend einer Menge des so eintreffenden Lichtes eingestellt wird.

2. Verfahren zum Stranggießen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine abgetrennte Kammer (17) mit einer Form, konzentrisch zur inneren Oberfläche der offenen Form (3) oder einer Form von quadratischem Profil, definiert durch die innere Oberfläche und diese selbst, vorgesehen ist.

3. Verfahren zum Stranggießen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine abgetrennte Kammer (17) an einem Zwischenraum zwischen einer Eingußbuchse (5) „Q und der inneren Oberfläche der offenen Form vorgesehen ist, wobei sich die Eingußbuchse nach unten unter einen überhängenden Abschnitt streckt, der durch ein inneres unteres Ende eines Aufnahmebehälters für Schmelze aus feuerfestem Material gebildet

_oc wird, der an dem oberen Abschnitt der offenen Form ob

(3) vorgesehen ist und sich das innere untere Ende einwärts der inneren Oberfläche der offenen Form (3) erstreckt.

4. Verfahren zum Stranggießen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennte Kammer (17) durch eine Eingußbuchse (5) gebildet wird, die an die offene Form (3) befestigt ist.

5. Verfahren zum Stranggießen nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Emittieren von Licht, die eine sichtbare Strah- : lung oder eine ultraviolette Strahlung emittiert, als:

Lichtquelle (13) verwendet wird.

6. Verfahren zum Stranggießen nach einem der Ansprüche 3: und 4, worin die Gasflußgeschwindigkeit verringert und erhöht wird, wenn eine ankommende Lichtmenge sichim Vergleich mit einer bestimmten Bezugslichtmenge _: erhöht bzw. verringert.

7. Verfahren zum Stranggießen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (2) ein Barren mit einem Durchmesser von 14 inches oder mehr ist.

8. Verfahren zum Stranggießen nach Anspruch 2, worin der Block (2) eine Platte mit einer Querschnittsfläche von etwa 200 cm² oder mehr ist.