EP0560061B1 - Verfahren und Anordnung zum Vertikalstranggiessen von Metall - Google Patents

Verfahren und Anordnung zum Vertikalstranggiessen von Metall Download PDF

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EP0560061B1
EP0560061B1 EP93101931A EP93101931A EP0560061B1 EP 0560061 B1 EP0560061 B1 EP 0560061B1 EP 93101931 A EP93101931 A EP 93101931A EP 93101931 A EP93101931 A EP 93101931A EP 0560061 B1 EP0560061 B1 EP 0560061B1
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EP
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metal
hot head
casting
level
hot
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Wolfgang Dr. Schneider
Hans Peter Dr. Krug
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/103—Distributing the molten metal, e.g. using runners, floats, distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14—Plants for continuous casting
    • B22D11/147—Multi-strand plants

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for vertical continuous casting of metal in a hot-head mold with a level metal supply according to the preamble of claims 1 and 5, respectively.
  • Level metal feeds for hot-head molds are known.
  • a so-called hot-top casting process is described in the aluminum paperback (14th edition, 1984, p.23).
  • the feed metering of the metal melt does not take place, as is generally customary, via a nozzle-float system, which allows the melt to flow after the solidified metal, in particular aluminum, discharged downwards after the melt level has dropped, but instead by producing a continuous metal melt level through the Arranging the molds and melt feeds on one level.
  • a level connection of the melt up to the melting furnace is possible.
  • the liquid metal is fed to the continuous casting by simply adding water laterally from openings in the side wall of the metal feed trough arranged next to the molds and openings in a side wall of the mold. In this way, four or more molds can be supplied with molten metal at the same time.
  • the method described there and the associated arrangement have various disadvantages.
  • the one-sided, asymmetrical feeding of the molten metal can lead to turbulence, especially when starting up the plant.
  • the occurrence of temperature gradients from the feed trough to the opposite wall of the mold cannot be ruled out, so that the solidification behavior of the metal can be adversely affected.
  • Another disadvantage is the metal volume located in the feed trough, which does not flow off via the side wall, which in particular can no longer be supplied to the mold at the end of the casting process.
  • the object of the invention is to create a method and an arrangement which make it possible to avoid asymmetrical temperature gradients, turbulence and unusable metal volume when the metal supply is at the same level.
  • this object is achieved in a method of the generic type in that the level of a molten metal is produced in a hot-head mold and at the outlet opening of a melting furnace with a pouring channel which is guided symmetrically through the upper region of the hot-head mold and symmetrically through on its two side walls arranged outlet openings connects to the molten metal in the hot-head mold, the bottom of the trough being in a plane below the level of the outlet opening of the melting furnace and below the upper edge of the hot-head mold.
  • the pouring trough is advantageously guided through a plurality of hot-head molds located in the same plane.
  • the post-flow of metal is brought about by the vertical downward movement of the solidified metal molded body in the hot-head mold.
  • the arrangement according to the invention is characterized in that a casting trough, which conducts a metal flow into a hot-head mold open at the top, is guided symmetrically in and out through an insulation collar which closes off the upper region of the hot-head mold, in such a way that the bottom of the casting trough is below the intended level in the insulation collar the hot-head mold is located melt and that in the inner region of the insulation collar, the side walls of the launder have symmetrically arranged openings for the passage of the metal stream into the mold.
  • the trough Due to the direct symmetrical implementation of the trough with the symmetrically arranged openings for the passage of the metal flow, a largely laminar flow regime in the mold can be achieved. With this arrangement it is possible to distribute the metal flow evenly from the center of the molds to the circumference of the molds. The solidification zones of the resulting molded metal body are flowed directly onto, and a fine-celled, particularly uniform metal structure is achieved. This leads to an error-free edge zone of the shaped metal body, so that the previously required milling before further processing can be restricted to a substantially reduced edge area of the metal block. There are hardly any undesirable, asymmetrical temperature gradients, so that symmetrical solidification is possible. At the end of the casting process, the entire molten metal flows, practically quantitatively, into the molds. The trough can be connected to other hot-head molds. It is connected to the furnace.
  • the pouring channel with its outlet openings in the area of the insulation collar is surrounded on all sides by aluminum metal, it should preferably be made of ceramic material can be made in one piece.
  • the ceramic components should be strung together in a form-fitting manner.
  • a ceramic terminating element is used at the end to interrupt the metal flow. This consists of an end wall, which is preferably made of ceramic material and of the same height as the surrounding side walls of the trough. Should an extension of the trough become necessary later, the end element can be replaced as desired and attached to the new end of the trough.
  • the hot-head rolling ingot mold with a rectangular cross-section shown in FIG. 1 consists of the mold frame 4 provided with the cooling channels 6 and the insulation collar 2.
  • a hot-head strip 3, on which an insulation collar 2 is seated, is placed on a support surface 7 running around the mold frame 4.
  • the insulation collar 2 consists of an insert box 13 and is provided with an insulating lining.
  • the insulating collar 2 which closes the rolling ingot mold is broken through by a casting trough 1, the side wall 8 being flush with the end edge 9 of the insulating collar 2 upwards.
  • the trough 1 has symmetrically on its two side walls 8 discharge openings 10, which serve to supply the melt.
  • the metal stream 5, which comes from the furnace, not shown here, is by the Outflow openings 10 passed into the ingot die.
  • the extension 11 of the trough 1 leads to the next rolled ingot mold.
  • the metal level in the casting trough 1 and in the insert box 2 is the same.
  • the metal stream 5 arises from the vertical downward movement of the solidified rolling ingot in the rolling ingot mold.
  • Fig. 2 the hot-head rolled ingot mold is shown filled with melt. It can be seen that there is only one metal level in the entire casting system. The metal level in pouring channel 1 and insulation collar 2 extends just below the upper edge of channel 1 or collar 2. A simple level sensor 14 can be used in all molds to regulate the metal level. This controls the pouring furnace tilting movement in a known manner when pouring the molten metal into the channel 1. The flow pattern to be achieved with the invention can also be seen from FIG. 2. The main flow 5 is directed towards the far away narrow sides of the mold and brings about a uniform flow against the solidification front of the resulting metal block.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Vertikalstranggießen von Metall in einer Heißkopfkokille mit niveaugleicher Metallzuführung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 5.
  • Niveaugleiche Metallzuführungen für Heißkopfkokillen sind bekannt. Im Aluminium-Taschenbuch (14.Auflage, 1984, S.23) wird ein sogenanntes Hot-Top-Gießverfahren beschrieben. Bei diesem Verfahren erfolgt die Zulaufdosierung der Metallschmelze nicht wie sonst allgemein üblich über ein Düse-Schwimmer-System, die nach Absinken des Schmelzeniveaus durch das nach unten abgeführte erstarrte Metall, insbesondere Aluminium, Schmelze nachströmen läßt, sondern durch die Erzeugung eines durchgängigen Metallschmelzeniveaus durch das Anordnen der Kokillen und Schmelzezuführungen auf einer Ebene. Nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren ist dadurch ein Niveauverbund der Schmelze bis hin zum Schmelzofen möglich. Aufgrund der vertikalen Abwärtsbewegung des erstarrten Metalls in der Heißkopfkokille wird das flüssige Metall durch einfaches seitliches Nachspeisen aus Öffnungen in der Seitenwandung der neben den Kokillen angeordneten Metallzuführungsrinne und Öffnungen in einer seitliche Wandung der Kokille dem Strangguß zugeführt. Auf diese Weise können vier oder mehr Kokillen gleichzeitig mit Metallschmelze versorgt werden.
  • Das dort beschriebene Verfahren und die dazugehörende Anordnung haben verschiedene Nachteile. Die einseitige, unsymmetrische Zuführung der Metallschmelze kann zu Turbulenzen insbesondere beim Anfahren der Anlage führen. Auch ist das Entstehen von Temperaturgradienten von der Zuführungsrinne bis zur gegenüberliegenden Wandung der Kokille nicht auszuschließen, so daß das Erstarrungsverhalten des Metalls ungünstig beeinflußt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist das in der Zuführungsrinne befindliche, nicht über die Seitenwandung abfließende Metallvolumen, das insbesondere zum Ende des Gießprozesses der Kokille nicht mehr zugeführt werden kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglichen, bei niveaugleicher Metallzuführung unsymmetrische Temperaturgradienten, Turbulenzen und nicht verwertbares Metallvolumen zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die Niveaugleichheit einer Metallschmelze in einer Heißkopfkokille und an der Austrittsöffnung eines Schmelzofens mit einer Gießrinne hergestellt wird, die symmetrisch durch den oberen Bereich der Heißkopfkokille hindurchgeführt wird und durch auf ihren beiden Seitenwänden symmetrisch angeordneten Austrittsöffnungen eine Verbindung mit der Metallschmelze in der Heißkopfkokille herstellt, wobei der Boden der Gießrinne sich in einer Ebene unterhalb des Niveaus der Austrittsöffnung des Schmelzofens und unterhalb der oberen Kante der Heißkopfkokille befindet.
  • Die Gießrinne wird vorteilhaft durch mehrere, sich in der gleichen Ebene befindliche Heißkopfkokillen geführt.Die Metallnachströmung wird durch die vertikale Abwärtsbewegung des erstarrten Metallformkörpers in der Heißkopfkokille herbeigeführt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch charakterisiert, daß eine Gießrinne, die einen Metallstrom in eine oben offene Heißkopfkokille leitet, so durch einen den oberen Bereich der Heißkopfkokille abschließenden Isolationskragen symmetrisch hinein- und herausgeführt ist, daß der Boden der Gießrinne unter dem vorgesehenen Niveau der im Isolationskragen der Heißkopfkokille befindlichen Schmelze liegt und daß im inneren Bereich des Isolationskragens die Seitenwände der Gießrinne symmetrisch angebrachte Öffnungen für den Durchtritt des Metallstromes in die Kokille aufweisen.
  • Aufgrund der direkten symmetrischen Durchführung der Gießrinne mit den symmetrisch angebrachten Öffnungen für den Durchtritt der Metallströmung ist ein weitestgehend, laminares Strömungsregime in der Kokille zu erreichen. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Metallstrom von der Mitte der Kokillen gleichmäßig auf den Umfang der Kokillen zu verteilen. Dabei werden die Erstarrungszonen des entstehenden Metallformkörpers direkt angeströmt, und ein feinzelliges, besonders gleichmäßiges Metallgefüge erzielt. Dieses führt zu einer fehlerfreien Randzone des Metallformkörpers, so daß das bisher notwendige Abfräsen vor der Weiterverarbeitung auf einen wesentlich verkleinerten Randbereich des Metallblocks beschränkt werden kann. Es treten kaum unerwünschte, unsymmetrische Temperaturgradienten auf, so daß eine symmetrische Erstarrung möglich ist. Zum Ende des Gießprozesses fließt die gesamte Metallschmelze, praktisch quantitativ, in die Kokillen. Die Gießrinne kann mit weiteren Heißkopfkokillen verbunden werden. Sie steht mit dem Schmelzofen in Verbindung.
  • Da die Gießrinne mit ihren Auslaßöffnungen im Bereich des Isolationskragens innerhalb der Kokille allseitig von Aluminiummetall umgeben ist, sollte sie bevorzugt aus keramischem Material einteilig hergestellt werden. Bei mehreren durch eine Gießrinne versorgte Kokillen sollten die keramischen Bauteile formschlüssig aneinandergereiht werden. Zur Unterbrechung des Metallstroms wird am Ende ein keramisches Abschlußelement eingesetzt. Dieses besteht aus einer Abschlußwand, die vorzugsweise aus keramischem Werkstoff und von gleicher Höhe wie die umgebenden Seitenwände der Gießrinne ist. Sollte später eine Verlängerung der Gießrinne erforderlich werden, kann das Abschlußelement beliebig ausgewechselt und an dem neuen Endstück der Gießrinne befestigt werden.
  • Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
    • Fig.1
    eine Heißkopf-Walzbarrenkokille mit niveaugleicher Metallzuführung;
    Fig. 2
    die Heißkopf-Walzbarrenkokille nach Fig. 1 mit Schmelze gefüllt.
  • Die in der Fig. 1 dargestellte Heißkopf-Walzbarrenkokille mit rechteckigem Querschnitt besteht aus dem mit den Kühlkanälen 6 versehenen Kokillenrahmen 4 und dem Isolationskragen 2. Auf einer an dem Kokillenrahmen 4 umlaufenden Auflagefläche 7 ist eine Heißkopfleiste 3 aufgelegt, auf der ein Isolationskragen 2 aufsitzt. Der Isolationskragen 2 besteht aus einem Einsatzkasten 13 und ist mit einer Isolierauskleidung versehen. Der die Walzbarrenkokille nach oben abschließende Isolationskragen 2 ist durch eine Gießrinne 1 durchbrochen, wobei die Seitenwandung 8 mit der Abschlußkante 9 des Isolationskragens 2 nach oben hin bündig ist. Die Gießrinne 1 weist symmetrisch auf ihren beiden Seitenwandungen 8 Ausflußöffnungen 10 auf, die der Zuführung der Schmelze dienen. Der Metallstrom 5, der vom hier nicht dargestellten Schmelzofen kommt, wird durch die Ausflußöffnungen 10 in die Walzbarrenkokille geleitet. Die Verlängerung 11 der Gießrinne 1 führt zur nächsten Walzbarrenkokille. Während des Stranggießens ist das Metallniveau in der Gießrinne 1 und im Einsatzkasten 2 gleich. Der Metallstrom 5 entsteht durch die vertikale Abwärtsbewegung des erstarrten Walzbarren in der Walzbarrenkokille.
  • In Fig. 2 ist die Heißkopf-Walzbarrenkokille mit Schmelze gefüllt dargestellt. Man erkennt, daß im gesamten Gießsystem nur ein Metallniveau existiert. Der Metallstand reicht in Gießrinne 1 und Isolationskragen 2 bis knapp unter die Oberkante von Rinne 1 bzw. Kragen 2. Für die Regelung des Metallniveaus kann in allen Kokillen ein einfacher Niveaufühler 14 verwendet werden. Dieser steuert in bekannter Weise die Gießofenkippbewegung beim Abgießen der Metallschmelze in die Rinne 1. Aus Fig. 2 ist ferner das mit der Erfindung zu erzielende Strömungsbild ersichtlich. Die Hauptströmung 5 ist auf die weit entfernten Kokillenschmalseiten gerichtet und bewirkt die gleichmäßige Anströmung der Erstarrungsfront des entstehenden Metallblocks. Eine weitestgehend gleichförmige Anströmung der Erstarrungsfront insbesondere in den für die Qualität des Gusses sehr wichtigen Bereichen der sich bildenden Randschale des zu erzeugenden Metallformkörpers ist für die Optimierung des Vertikalstranggießens von entscheidender Bedeutung. Damit lassen sich sog. "Kaltläufe" auch in den Eckenbereichen der Kokille sicher vermeiden, so daß die Oberflächenqualität des fertigen Metallblocks wesentlich glatter und gleichförmiger ist als beim bisherigen Verfahren mit einseitiger Metallzuführung.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gießrinne
    2
    Isolationskragen
    3
    Heißkopfleiste
    4
    Kokillenrahmen
    5
    Metallströmung
    6
    Kühkanal
    7
    Auflagefläche
    8
    Seitenwandung
    9
    Abschlußkante
    10
    Auslaßöffnung
    11
    Verlängerung
    12
    Boden
    13
    Einsatzkasten
    14
    Niveaufühler

Claims (10)

  1. Verfahren zum Vertikalstranggießen von Metall in einer Heißkopfkokille mit niveaugleicher Metallzuführung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Niveaugleichheit einer Metallschmelze in einer Heißkopfkokille und an der Austrittsöffnung eines Schmelzofens mit einer Gießrinne (1) hergestellt wird, die symmetrisch durch den oberen Bereich der Heißkopfkokille hindurchgeführt wird und durch auf ihren beiden Seitenwänden (8) symmetrisch angeordneten Austrittsöffnungen (10) eine Verbindung mit der Metallschmelze in der Heißkopfkokille herstellt, wobei der Boden (12) der Gießrinne (1) sich in einer Ebene unterhalb des Niveaus der Austrittsöffnung des Schmelzofens und unterhalb der oberen Kante der Heißkopfkokille befindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gießrinne (1) durch mehrere, sich in der gleichen Ebene befindliche Heißkopfkokillen geführt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Metallnachströmung durch die vertikale Abwärtsbewegung des erstarrten Metallformkörpers in der Heißkopfkokille herbeigeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Regelung der Niveaugleichheit ein einziger Niveaufühler (14) an der Austrittsöffnung des Schmelzofens verwendet wird.
  5. Anordnung für das Vertikalstranggießen mit niveaugleicher Metallzuführung in einer Heißkopfkokille,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Gießrinne (1), die einen Metallstrom (5) in eine oben offene Heißkopfkokille leitet, so durch einen den oberen Bereich der Heißkopfkokille abschließenden Isolationskragen (2) symmetrisch hinein- und herausgeführt ist, daß der Boden (12) der Gießrinne (1) unter dem vorgesehenen Niveau der im Isolationskragen (2) der Heißkopfkokille befindlichen Schmelze liegt und
    daß im inneren Bereich des Isolationskragens (2) die Seitenwände (8) der Gießrinne (1) symmetrisch angebrachte Öffnungen (10) für den Durchtritt der Metallströmung (5) aufweisen.
  6. Anordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gießrinne (1) mit weiteren Heißkopfkokillen verbunden ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gießrinne (1) mit dem Schmelzofen in Verbindung steht.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß innerhalb der Heißkopfkokille die Gießrinne (1) aus einem aus keramischem Material gefertigten Formkörper besteht.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei mehreren Kokillen die gemeinsame Gießrinne (1) aus keramischen Formteilen zusammengesetzt ist.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Ende der Gießrinne (1) ein Abschlußelement zur Unterbrechung des Metallstroms aus keramischem Material angesetzt wird.
EP93101931A 1992-03-12 1993-02-08 Verfahren und Anordnung zum Vertikalstranggiessen von Metall Expired - Lifetime EP0560061B1 (de)

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AT (1) ATE128394T1 (de)
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