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Vollkontinuierliches Stranggiessverfahren, insbesondere zur
Herstellung von Aluminiumsträngen, deren Reinheitsgrad in gleichbleibendem Masse grösser als derjenige der Einsatzschmelze ist und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein vollkontinuierliches Stranggiessverfahren, insbesondere zur Herstellung von Aluminiumsträngen, deren Reinheitsgrad in gleichbleibendem Masse grösser als derjenige der Einsatzschmelze ist.
Für handelsübliche Aluminiumgussblocke hohen Reinheitsgrades besteht, eine grosse Nachfrage, insbesondere auf den Gebieten der Herstellung elektrischer Leiter und Kondensatoren, der Herstellung von Katalysator-Trägermassen für die Ölaufbereitung, der Herstellung korrosionsbeständiger chemischer Apparate, der Herstellung von Metallwaren aller Art, der Herstellung von Kraftfahrzeug-Ausrüstungsteilen und seit kurzem auch der Herstellung von Kernreaktoren. Das bekannteste Verfahren zur Befriedigung dieser grossen Nachfrage ist das Raffinationsverfahren der sogenannten Dreischichten-Elektrolyse, von dem es zahlreiche Abwandlungen gibt.
Dieses Verfahren besteht in der elektrolytischen Raffination einer Kupfer-Aluminiumlegierung in einer Salzschmelze bei einer Temperatur zwischen etwa 730 und 7800C und ist trotz des Umstandes, dass die Raffinationskosten ausserordentlich hoch sind, allgemein in Anwendung. Es gibt zwar Verfahren, die theoretisch an die Stelle des bekannten Verfahrens treten könnten, doch hat sich gezeigt, dass die diesbezüglichen Vorschläge sich nur in laboratoriumsmässigem Rahmen bewährt haben bzw. sich nur zur Herstellung von Metallen hohen Reinheitsgrades in geringer Menge eignen.
Ausserdem sind die Verfahrenskosten bei diesen vorgeschlagenen Ersatzverfahren ebenfalls ausserordentlich hoch, weil entweder komplizierte Apparaturen benötigt werden oder aber eine Vielzahl von Verfahrensschritten durchlaufen werden muss. All diese Ersatzverfahren eignen sich daher nicht für die kontinuierliche Fertigung, ergeben wegen der starken Schwankungen des Reinheitsgrades in den seltensten Fällen ein Erzeugnis von gleichbleibender Güte und sind weder in physikalischer noch in wirtschaftlicher Hinsicht für die Erzeugung grosser Mengen billigen Metalls grossen Reinheitsgrades, wie z. B. von Aluminium hohen Reinheitsgrades, geeignet.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die Nachteile der oben beschriebenen Verfahren zu vermeiden.
Die Erfindung geht hiebei aus von einem vollkontinuierlichen Stranggiessverfahren, bei dem der erzeugte Strang in der Nähe des Austritts einer Durchgangsform erstarrt, aus der er kontinuierlich entnommen wird.
Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass die über dem bereits erstarrten Strang befindliche, ständig aus der Einsatzschmelze ergänzte Metallschmelze schnell über das erstarrende Ende des Stranges hinweggeführt wird und dass die über das Strangende hinweggeführten, die Verunreinigungen enthaltenden Schmelzenanteile in gleichbleibendem Masse während des Stranggusses abgeführt werden. Auf diese Weise wird ein gleichbleibender Reinheitsgrad über die ganze Länge des Gussstranges gesichert, welcher Reinheitsgrad durch Wahl der Einflussgrössen, insbesondere der Geschwindigkeit, mit der die Metallschmelze über das erstarrende Ende des Stranges hinweggeführt wird, innerhalb weiter Grenzen beliebig gewählt werden kann.
In allen Fällen liegt jedoch der Reinheitsgrad des erstarrten Stranges über dem Reinheitsgrad des verschmolzenen Einsatzmetalls. Hiebei ist die Herstellung von in sich homogenen Strängen handelsüblicher Abmessungen und hohen Reinheitsgrades mit dem erfindungsgemässen Verfahren zu Kosten möglich, die nur einen Bruchteil der Kosten betragen, die beim elektrolytischen Raffinadonsverfahren auftreten. Selbstverständlich sind die Kosten vom gewünschten Reinheitsgrad abhängig, der, wie erwähnt, durch Änderung der Fertigungsgeschwindigkeit bzw. der Zufuhrgeschwindigkeit des Einsatzmetalls geändert werden kann.
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Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung so vorgegangen, dass die Metallschmelze in der Nähe des erstarrenden Strangendes beschleunigt wird. Auf diese Weise ergibt sich der grösstmöglichste Effekt hinsichtlich der Schnelligkeit, mit der die Metallschmelze über das erstarrende Ende des Stranges hinweggeführt wird.
Um zu vermeiden, dass die vom erstarrenden Strangende hinweggeführten, stark verunreinigten Schmelzenaateile mit der ständig nachgeführten Einsatzschmelze in Berührung kommen, wird gemäss einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens so vorgegangen, dass die Metallschmelze in einer spiralförmigen Bahn in Richtung auf das erstarrende Ende des Stranges nach abwärts, anschliessend nach innen in Richtung auf die Stranglängsachse geführt und sodann wieder zum Teil vom erstarrenden Strangende weg nach oben abgezogen wird.
Eine besondere Konstanz des Reinheitsgrades des Stranges kann dadurch erzielt werden, dass erfindungsgemäss das gegenseitige Verhältnis der in der Zeiteinheit zugeführten Einsatzschmelze, der in der Zeiteinheit in fester Form als Strang kontinuierlich abgezogenen Metallmenge und der in der Zeiteinheit aus der Kokille wieder abgeführten geschmolzenen Metallmenge konstant gehalten wird. Die in der Zeiteinheit zu-bzw. abgeführten Metallmengen können jedoch je nach Wunsch erhöht bzw. vermindert werden, in welchem Falle sich der Reinheitsgrad des Erzeugnisses in umgekehrtem Verhältnis zur Herstellungsgeschwindigkeit ändert.
Der Reinheitsgrad des erzeugten Aluminiumstranges wird hiebei einerseits durch dieAusschubgeschwindigkeit und anderseits durch die Geschwindigkeit, mit der die Metallschmelze an dem erstarrenden Ende des Stranges vorbeigeführt wird, beeinflusst.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein Förder- bzw. Rührwerk zur schnellen Vorbeiführung der Metallschmelze am erstarrenden Ende des Stranges vorgesehen ist und dass von der Kokille ein Kanal zur Abfuhr geschmolzenen Metalls, insbesondere der einen höheren Verunreinigungsgrad'als das Einsatzmetall aufweisenden, bereits am erstarrenden Ende des Stranges vorbeigeführten Schmelze wegführt. Die Geschwindigkeit, mit der die Metallschmelze über das erstarrende Ende des Stranges hinweggeführt wird, kann hiebei leicht durch die Geschwindigkeit, mit der das Förder- bzw. Rührwerk umläuft, und durch den Abstand, in dem dieses Förder- bzw.
Rlührwerk über der Grenzfläche zwischen der flüssigen Metallschmelze und dem bereits erstarrten Strangende angeordnet ist, geregelt werden. Im Sinne der Erfindung kann hiebei das Förder- bzw. Rührwerk ganz oder teilweise in die in der Kokille befindliche Metallschmelze eintauchen. Eine teilweise Eintauchung des Förder- bzw. Rührwerkes in die Metallschmelze kommt dann in Frage, wenn die Menge geschmolzenen Metalls über der Erstarrungsfläche nicht sehr tief ist, da ja stets ein gewisser Sicherheitsabstand zwischen der Erstarrungsfläche und dem unteren Ende des Förder- bzw. Rührwerkes eingehalten werden muss. Um hiebei wechselnden Betriebsbedingungen Rechnung tragen zu können, ist die Anordnung erfindungsgemäss so getroffen, dass das Förder- bzw.
Rührwerk in der Nähe oberhalb des erstarrenden Strangendes verschiebbar angeordnet ist.
Eine besonders günstige Führung der Metallschmelze ergibt sich dann, wenn erfindungsgemäss das Förder- bzw. Rührwerk in der Achse der Kokille angeordnet und mit entlang einer Schraubenlinie verlaufenden Flügeln versehen ist, so dass die Metallschmelze in einer spiralförmigen Bahn in Richtung auf das erstarrende Ende des Stranges nach abwärts, anschliessend nach innen in Richtung auf die Stranglängs- achse und sodann vom erstarrenden Strangende weg nach oben geführt wird.
Die Änderung des Reinheitsgrades mit der Herstellungsgeschwindigkeit geht aus folgender Tabelle hervor, die für Stränge gilt, die einen Durchmesser von 200 mm aufwiesen und aus Metalleinsätzen ver-
EMI2.1
EMI2.2
<tb>
<tb> Schmelze <SEP> Erzeugte <SEP> Menge <SEP> Zusammensetzung <SEP> (Prozent <SEP> Reinaluminium)
<tb> Nr. <SEP> pro <SEP> Zeiteinheit <SEP> Einsatzmetall <SEP> Erzeugnis
<tb> kg/h
<tb> 1 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 99, <SEP> 90 <SEP> 99, <SEP> 983 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 20, <SEP> 4 <SEP> 99, <SEP> 90 <SEP> 99, <SEP> 97 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 3.
<SEP> 4 <SEP> 99, <SEP> 87 <SEP> 99, <SEP> 976 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> 99, <SEP> 87 <SEP> 99, <SEP> 966 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP> 99, <SEP> 87 <SEP> 99, <SEP> 961 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 99, <SEP> 87 <SEP> 99, <SEP> 956 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 99, <SEP> 78 <SEP> 99, <SEP> 93 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 96, <SEP> 1 <SEP> 98, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
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Die Herstellung eines beispielsweise mit der Schmelze Nr. 2 gleichwertigen Erzeugnisses würde bei Anwendung des Dreischichten-Elektrolyten-Raffinationsverfahrens eine besonders konstruierte elektrolytische Zelle mit Salzschmelze, einen Stromaufwand von 62000 A Gleichstrom, den entsprechenden installationsmässigen Aufwand für Gleichrichtung und Stromverteilung und ausserdem eine vollkontinuierlich arbeitende Kokillengiessanlage erfordern.
In der Zeichnung ist die Erfindung anHand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt einer Stranggiessanlage, wogegen Fig. 2 die Gesamtanlage in Seitenansicht, teilweise im Schnitt zeigt. Fig. 3 stellt eine perspektivische Ansicht des Förder- bzw. Rührwerkes in auseinandergenommenem Zustand dar. Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das für eine bestimmte Schmelze die Prozentsätze verschiedener metallischer Verunreinigungen angibt, die mittels des erfindungsgemässen Verfahrens entfernbar sind. Die Fig. 5 und 6 zeigen in Diagrammform die Verteilung der Verunreinigungen über die Länge bzw. Breite des Stranges.
Die vollkontinuierlich arbeitende Stranggiessanlage nach der Erfindung, mit der das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann, weist eine Durchgangsform 10 auf. Das geschmolzene Einsatzmetall wird über eine beheizte Röhre 11 oben am Einlass eingeführt, wogegen unterhalb der Form ein Sprühring 12 angeordnet ist, mittels welchem die Abkuhlung des aus dem Auslass der Form austretenden Stranges beschleunigt wird. Der kontinuierlich erzeugte Strang wird mittels einer Absenkeinrichtung 13 aus dem Auslass der Form herausgezogen.
Mittels eines gleichzeitig als Pumpe wirkenden Rührwerks 14 wird der geschmolzene Teil des Einsatzmetalls rasch über die Grenzfläche zwischen der geschmolzenen und der erstarrten Metallphase hinweggeführt. Über ein beheiztes Überlaufrohr 15 wird geschmolzenes Metall kontinuierlich aus der Giessform abgezogen, einschliesslich desjenigen Metalls, das bereits über die Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase hinweggeführt wurde und das einen höheren Verunreinigungsgrad aufweist als das Einsatzmetall.
Das Umrühren des geschmolzenen Metalls wird mittels des Rührwerkes 14 so ausgeführt, dass das in der Nähe der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase befindliche geschmolzene Metall um die Längsachse des erzeugten Gussblockes kreist, während es gleichzeitig nach unten in Richtung auf die Aussenbereiche dieser Grenzfläche gezogen wird, um von da zur Strangachse und aus dem Mittelbereich der Grenzfläche nach oben abgezogen zu werden. Dies ist durch die in Fig. 1 der Zeichnungen eingetragenen Pfeile angedeutet.
EMI3.1
Reinheitsgrad des erzeugten Gussstranges über seine gesamte Länge ergab.
Beis piee l : Aluminium-Rohblöcke mit einem Gewicht von je 22,7 kg und einer Abmessung von je 127 x 152 x 710 mm wurden mittels Reinaluminiumdrähten 18 (Fig. 2) mit einem Durchmesser von 10 mm an einer endlosen Kette 17 aufgehängt. Die endlose Kette wurde über ein Kettenrad 20 über einen Schmelztiegel 19 geführt, wobei der Antrieb des Kettenrades 20 über ein Getriebe 21 von veränderlicher Drehzahl derart erfolgte, dass die Drehzahl des Kettenrades und folglich die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Kette 17 genau eingehalten werden konnte.
Die an der Kette 17 aufgehängten Rohblöcke 16 wurden also durch die Drehung des Kettenrades 20 langsam mit konstanter Geschwindigkeit in ein in dem Schmelztiegel befindliches Bad von geschmolzenem Aluminium 22 abgesenkt, wodurch der Pegel des geschmolzenen Aluminiums über den Einlass 23 eines Überlaufrohres 11 anstieg, so dass das flüssige Aluminium durch dieses Überlaufrohr in die Form 10 der vollkontinuierlichen Giessanlage übertrat. In dem Masse, in dem die Rohblöcke 16 in die in dem Schmelztiegel befindliche Metallschmelze eintauchten, wurden sie an ihrem unteren Ende fortschreitend abgeschmolzen. Der Rest jedes Rohblockes 16 löste sich durch Abschmelzen des 10 mm starkenAluminiumstabes von der Kette 17.
Sobald jeweils ein Rohblock 16 teilweise in die Metallschmelze eingetaucht war, wurde jeweils ein weiterer Rohblock an der Kette aufgehängt, wobei die Abstände aufeinanderfolgender Rohblöcke so, gewählt wurden, dass das mit der Kette 17 in der Zeiteinheit zugeführte Aluminiumvolumen im wesentlichen konstant blieb. Auf diese Weise wurde auch erreicht, dass die in der Zeiteinheit über das Überlaufrohr 11 in die Form hinein verdrängte Aluminiummenge im wesentlichen konstant blieb.
Der kippbare Schmelztiegel 19 war innerhalb eines gasbefeuerten Ofens angeordnet, der aus einer Brennkammer 25, einem äusseren, stählernen Gehäuse 26 und einer dazwischen angeordneten Wärmeisolationsschicht 27 bestand. Der Ofen hatte ausserdem eine Bodenplatte 28 und eine'Deckplatte 29. Zwischen dem Boden 28 und der Wärmeisolationsschicht 27 war in der aus der Zeichnung ersichtlichen Stellung ein Thermoelement 30 angeordnet. Die von dem Thermoelement gelieferte Spannung wurde an einem Potentiometer-Spannungsschreiber üblicher Bauart abgelesen, der ein Signal an einen nicht dargestellten, handelsüblichen Regel-Stellgeber gab, welch letzterer seinerseits einen üblichen Servomotor
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betätigte, der das Regelventil eines Gasbrenners 31 jeweils entsprechend der Abweichung der Ofentemperatur vom Sollwert : einregelte.
Das Überlaufrohr 11 war innerhalb eines Rohres 32 angeordnet, das von einer Wärmeisolation umgeben war. Die heissen Verbrennungsgase des Giessofens 33 konnten durch den Ringraum 34 zwischen diesen beiden Rohren entweichen und hielten dadurch die Temperatur des Überlaufrohres 11 über dem Schmelzpunkt des Einsatzmetalls. Das Überlaufrohr 11 und der Schmelztiegel 19 waren an ihrer Verbindungstelle als Kugelgelenk 35 ausgebildet, so dass diese Verbindungsstelle dicht war. Das andere Ende des Überlaufrohres hing über dem Oberteil der Giesseinrichtung, so dass das aus dem Schmelzofen über das Überlaufrohr in die Giesseinrichtung gelangende Einsatzmetall am Einlass 36 der Giesseinrichtung in die Form 10 einfloss.
Die als Durchgangsform ausgebildete Giessform 10 bestand aus einem vertikal angeordneten Graphitrohr mit einem Innendurchmesser von 200 mm und war innerhalb eines röhrenförmigen Tongraphitkörpers 37 angeordnet, der seinerseits wieder innerhalb des gasbeheizten Giessofens 33 angeordnet war. Innerhalb der Giessform 10 war ein Rührwerk 14 angeordnet. Der Flansch des glockenförmigen Oberteils der Giessform 10 war mit einer Tonerde-Gussmischung 38 ausgekleidet, um zu verhindern, dass infolge der oberhalb des Pegels des geschmolzenen Aluminiums vorhandenen Luft Verbrennungen auftraten. Mittels einer Kugelgelenkverbindung 39 war ein Überlaufrohr 15 an die Giessform angeschlossen.
Das geschmolzene Aluminium lief durch dieses Überlaufrohr 15 in einen Giesstiegel 40, der ausserhalb der Giessanlage angeordnet war und das Überlauferzeugnis aufnahm. Das untere Ende 41 des Tongraphitkörpers 37 ver- jungte sich nach unten und ragte durch eine Öffnung 42 in einer Stahlplatte 43 nach unten hervor. Der obere Teil des Tongraphitkörpers 37 war mit Graphitzement an dem Rohrkörper 10 befestigt, so dass sich ein guter Wärmeüberzug ergab. Das untere Ende des Tongraphitkörpers 37 hatte einen geringen Abstand von der Giessform 10 ; der dadurch entstehende Zwischenraum war mit wärmeisolierendem Material ausgefüllt. Der Schmelzofen 33 wurde mittels eines Gasbrenners 44 beheizt.
In einer Bohrung des Tongraphitkörpers 37 war in der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Lage ein Thermoelement 74 angeordnet, das eine sehr empfindliche Regelung der Temperatur des Giessofens gestattete. Die von dem Thermoelement gelieferte Spannung wurde mittels eines auf Null einstellbaren Spannungsschreibers in Potentiometerbauart abgelesen, der auf einen Messbereich von 2mV eingestellt war. Die von dem Spannungsschreiber gelieferte Spannung wurde einem Regelstellgeber zugeführt, der seinerseits einen Servomotor betätigte, der wieder ein Gasregelventil entsprechend der jeweiligen Abweichung der gemessenen Temperatur vom Sollwert einstellte. Die während des normalen Betriebes des Schmelzofens an der Lötstelle des Thermoelementes gemessene Temperaturabweichung war A-= C.
Das gemäss der Erfindung vorgesehene Förder- bzw. Rührwerk 14 bestand aus einem Rührkopf 45 aus handelsüblichem Graphit, einer Welle 46 aus Tongraphit, einer Antriebseinrichtung 47 zum Antrieb der Welle und des Rührkopfes mit einer bestimmten, gleichbleibenden Drehzahl und einer Einrichtung ! 48 zur Einstellung der vertikalen Lage des Rührwerkes. Der in Fig.'3 dargestellte Rührkopf war aus einem Block aus handelsüblichem Graphit ausgeschnitten worden, so dass sich ein massiver Mittelschaft 49 mit vier Rührflügeln 50 am Unterende ergab. Jeder Rührflügel 50 hatte mit Bezug auf die vertikale Welle eine Neigung von 450 und war etwa 25 mm dick.
Die Rührflügel waren jeweils in Winkeln von 00, 900, 1800 und 2700 mit Bezug auf die Nabe angeordnet. An den Aussenenden der Rührflügel war eine Graphitmuffe 51 angeschlossen, die an den Rührflügeln mittels Graphitstiften befestigt war, deren Aussenfläche mit der Aussenfläche der Graphitmuffe bündig verlief. Das obere Ende der Welle 49 war mittels eines Gewindes an eine Tongtaphitwelle 46 angeschlossen, die ihrerseits in einer Stahlbüchse 52 gehalten war. Die Stahlbuch- se war an eine Stahlwelle 53 angeschweisst, die eine in Längsrichtung verlaufende Keilnut 54 aufwies. Die Welle 53 war in Lagern 55 gehalten und an einem Seil 56 aufgehängt, das derart über eine Umlenkrolle 57 geführt war, dass das Rührwerk über der Mittelachse der Giessform 10 hing.
Zwischen der Welle 53 und der Riemenscheibe 58 bestand eine Keilverbindung, die eine Vertikalbewegung der Welle mit Bezug auf die Riemenscheibe gestattete. Die Riemenscheibe war über einen Keilriemen an einen Antriebsmotor 59 mit veränderbarer Drehzahl angeschlossen, der zwischen 55 U/min und 550 U/min stufenlos regelbar war.
Der Gussblock 60 wurde vom unteren Ende der Giessform 10 mittels einer hydraulisch betätigten Strangabsenkvorrichtung 13 abgezogen. Der Durchmesser'des Stranges unterlag selbstverständlich von der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase bis zu seinem völlig abgekühlten Ende einer zunehmenden Schrumpfung. Die Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase befand sich zumeist etwa 400 mm oberhalb des Bodens der Giessform.
Der 250 mm unterhalb des Bodens der Giessform angeordnete Sprühring 12 bestand aus einer kreisförmig gebogenen Röhre mit vierundsechzig, in gleichen Abständen angeordneten Durchtrittsbohrungen, deren Achsen etwa unter 300 gegen die Hori-
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zontalebene geneigt waren, so dass die Wasserstrahlen unter diesem Winkel auf den zu kühlenden Gussblock auftrafen. Die Wasserdurchtrittsmenge durch den SprUhring konnte entsprechend eingestellt werden.
Die Strangabsenkvorrichtung 13 bestand aus zwei Dreibackenklemmfuttern, die beide jeweils in horizontalen, stählernen Plattformen 61, 62 aufgehängt waren, auf denen Pressenzylinder 63, 64 zwecks Öffnung und Schliessung der Dreibackenfutter angeordnet waren. Die beiden Plattformen wurden von vertikal angeordneten Pressenzylindern 65, 66 gehalten, mittels welchen die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Dreibackenfutter eingestellt bzw. konstant gehalten werden konnte, indem in entsprechendem koa- stanten'Masse Druckflüssigkeit aus den Pressenzylindern mittels einer Pumpe abgeführt wurde.
Druckschalterbetätigte Druckmittelventile 67, 68 waren so angeordnet, dass sie entsprechend den jeweiligen Stellungen der beiden Plattformen in der Nähe der Grenzlagen der Plattformen die Strömungsrichtung des Druckmittels von einer nicht dargestellten Hilfspumpe und einem nicht dargestellten Vorratsbehälter so regelten, dass mindestens eines der Dreibackenfutter den Strang fasste und ihn stetig absenkte. Wenn die untere Plattform in der Nähe ihrer unteren Grenzlage angekommen war, betätigte sie den einen Endschalter, durch den der Ablauf des Absenkvorganges erneut ausgelöst wurde, so dass sich die obere und die untere Plattform jeweils im Zuge der kontinuierlichen Absenkung des Stranges gegenseitig abwechselten.
Die Absenkgeschwindigkeit konnte dadurch geregelt werden, dass der Hub der Druckmittelpumpe ver- ändert wurde.
Eine Bandsäge 69 zur Abtrennung des Gussblockes bestand aus zwei Rädern 72, die auf parallelen Achsen 73 befestigt waren, die ihrerseits unter 40 gegen die Horizontale nach oben geneigt waren, wobei die eine Achse in ihren Lagern frei drehbar war, wogegen die andere Achse mit einem die Bandsäge antreibenden Antriebsmotor gekuppelt war. Die ganze Anordnung war an einer Plattform angeordnet, die längs eines ortsfest angeordneten Geleises so verschiebbar war, dass das Sägeblatt, das durch entsprechende Bandführungen an den Sägerändern 72 geführt war, bei C durch den Gussblock hindurchgeführt werden konnte. Der Schnitt konnte durchgeführt werden, ohne dass ein Anhalten der Absenkbewegung des Gussblockes notwendig war.
Zu Beginn des Gusses wurde ein Gussblock von einem Durchmesser von etwa 198 mm in die, einen Innendurchmesser von 200 mm aufweisende Giessform 10 eingeführt und in der Absenkeinrichtung 13 so eingespannt, dass der Oberteil des Gussblockes ungefähr bündig mit dem Überlaufrohr 15 verlief. Sodann wurde der Gasbrenner 44 des Schmelzofens gezündet und der Temperaturregler auf die gewünschte Tem-
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eingebracht, worauf der Gasbrenner 31 gezündet wurde und der Temperaturregler des Schmelzofens auf eine Betriebstemperatur von 7750C eingestellt wurde. Der Drehzahlregler des Antriebsmotors der Rohblock-Absenkeinrichtung wurde so eingestellt, dass die Einsatz-Rohblöcke 16 mit einer Geschwindigkeit von 285 mm/h in die Schmelze hinein abgesenkt wurden.
Der Hub der Druckmittelpumpe der Strangabsenkeinrichtung war zuvor so eingestellt worden, dass sich für den fertigen Strang 60 eine Absenkgeschwindigkeit von 25 mm/h ergab. Nach etwa 8 Stunden war der Schmelztiegel 19 des Schmelzofens mit geschmolzenemAluminium gefüllt und der in die Giessform hineinragende Strang 60 an seinem oberen Ende auf einen Abstand von etwa 250 mm unterhalb des Überlaufrohres 15 abgeschmolzen. Sodann wurde die Wasserkühlung eingeschaltet und auf eine Liefermenge von 337 l/h eingestellt. Gleichzeitig wurde das Rührwerk 14 in die Aluminiumschmelze abgelassen und höhenmässig so eingestellt, dass die Unterkante des Rührkopfes 45 etwa 76 mm oberhalb der Grenzfläche 70 zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase lag. Die Drehzahl des Rührkopfes wurde auf 200 Umdr/min eingestellt.
Die Temperatur der in der Giessform befindlichen Metallschmelze betrug zu diesem Zeitpunkt etwa 6650C. Sodann wurde mit einem weiteren Absenken der Rohblöcke 16 begonnen. Sobald das geschmolzene Aluminium über das Überlaufrohr 15 in den Überlauf-Schmelztiegel 40 einströmte, wurde die Strangabsenkeinrichtung 13 in Gang gesetzt.
Während dieser Zeitspanne wurde der Stand der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase 70 mit Bezug auf die Giessform 10 alle fünfzehn Minuten dadurch gemessen, dass zwischen den Ruhrkopfschaufeln des Rührkopfes 45 bei stillgesetztem Rührkopf ein Graphitstab von 12 mm Durchmesser in die Schmelze eingetaucht wurde. Etwa eine halbe Stunde nach Beginn der Absenkung des fertigen Stranges wurde das Rührwerk wieder abgesenkt, so dass die Unterkante des Rührkopfes 45 sich'etwa 25 mm oberhalb der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase befand. Die Höhenlage dieser Grenzfläche wurde sodann stündlich mittels des Graphit-Messstabes gemessen.
Der RUhrkopf wurde, falls erforderlich, jeweils von Fall zu Fall abgesenkt oder angehoben, um sicherzustellen, dass sein Abstand von der genannten Grenzfläche möglichst gleichbleibend etwa 25 mm betrug. Es hat sich
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Auftreten von Störungen, auf Grund welcher der Rührkopf unmittelbar auf der genannten Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase schleife, kam es nicht zu einem Bruch im Rtihrkopf und es fror der Rührkopf in der erstarrenden Aluminiummasse nicht ein.
Die Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase blieb während des ganzen Versuches im wesentlichen unverändert etwa inHöhe des Schmelztiegelbodens. Weitere Einsatz-Rohblöcke 16 wurden jeweils in der Menge an die Einsatz-Zufuhrkette angehängt, die erforderlich war, um eine Schmelzbadverdrängung in die Giesseinheit von etwa 18, 1 kg/h aufrechtzuerhalten. Das in die Überlauftiegel 40 abfliessende Überlaufprodukt floss in einer Menge von etwa 15,9 kg/h ab. Falls erforderlich, wurden die Überlauf-Schmelztiegel 40 von Fall zu Fall ausgewechselt.
Als der Strang 60 um 25 - 38 mm unterhalb der Schnittlinie der Trennsäge 69 abgesenkt war, wurde ein Abschnitt 71 des Gussblockes abgetrennt, indem der Trennsägenwagen von Hand verschoben wurde, so dass die in Betrieb gesetzte Bandsäge vollständig durch den Gussblock hindurchlaufen konnte.
Nach vierundzwanzig Stunden Betriebsdauer unter den oben beschriebenen Bedingungen betrug die Temperatur der aus dem Schmelzofen überlaufende Aluminiumschmelze etwa 728 C, die Temperatur der in der Giesseinheit befindlichen Schmelze 6720C. Die Temperatur des in den Sprtihring 12 einströmenden Wassers betrug 150C, während die Temperatur des vom Gussblock ablaufenden Kühlwassers etwa 300C betrug.
Als gewünscht wurde, den Betrieb der Anlage abzustoppen, wurde eine weitere Absenkung der Einsatz-Rohblöcke unterbrochen und die Absenkeinrichtung 13 abgestellt. Das Rührwerk 14 wurde aus der Giesseinheit herausgehoben und der Kühlwasserzulauf unterbrochen. Zuletzt wurden die Gasbrenner 31 und 44 abgestellt. Das in der Giessform befindliche geschmolzene Aluminium liess man an Ort und Stelle erstarren, so dass sich ein Teil eines Stranganfanges für eine darauffolgende Schmelze bildete. Auch das in dem Schmelzofen 24 befindliche Aluminium liess man an Ort und Stelle erstarren.
Im Zuge des oben beschriebenen Schmelzvorganges wurde ein Strang mit einer Länge von 2100 mm und einem sehr hohen Reinheitsgrad erzeugt. Vorgenommene Analysen zeigten, dass der Verunreinigungspegel des Erzeugnisses wesentlich unter demjenigen des Einsatzes lag. Die Verunreinigungen an Silizium lagen um 87% niedriger, die an Eisen um 94%, die an Kupfer um 84%, die an Magnesium um 67%, die an Zink um 45% und die an Gallium um 55%. In diesem Zusammenhang wird auf Fig. 4 verwiesen.
Durchschnittsanalysen des Erzeugnisses, des Einsatzes und des Überlaufes ergaben folgende Werte :
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<tb>
<tb> Verunreinigungs-Einsatz <SEP> Erzeugnis <SEP> Überlauf
<tb> element <SEP> o <SEP> % <SEP> ! <SEP> o <SEP> c
<tb> Silizium <SEP> 348 <SEP> 46 <SEP> 395
<tb> Eisen <SEP> 420 <SEP> 25 <SEP> 469
<tb> Kupfer <SEP> 18 <SEP> 3 <SEP> 19
<tb> Magnesium <SEP> 9 <SEP> 3 <SEP> 7
<tb> Zink <SEP> 68 <SEP> 37 <SEP> 71
<tb> Gallium <SEP> 71 <SEP> 32 <SEP> 86
<tb>
Die Verteilung der Gesamtverunreinigungen in dem erzeugten Strang längs des 2100 mm langen Abschnittes 1 ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Diagramm stellen die einzelnen wiedergegebenen Diagrammpunkte die Durchschnittswerte der spektographischen Analysen zwischen jeweils zehn bis siebzehn Punkten dar, die jeweils in derselben Querebene des Stranges lagen.
Fig. 6 zeigt die Verteilung der Gesamtverunreinigungen über die Breite b quer zur Längsachse des Stranges. In diesem Diagramm stellt jeder wiedergegebene Diagrammpunkt die Durchschnittswerte der spektographischen Analysen von etwa zweiundzwanzig Messpunkten dar, die jeweils in gleichem Abstand von der Strangmittellinie lagen. Die in Fig. 5 und 6 angegebenen schraffierten Bereiche erstrecken sich zwischen bei den Abweichungsgrell- zen (2 o) beiderseits der Kurve der jeweiligen Durchschnittswerte und bezeichnen diejenigen Bereiche
EMI6.3
EMI6.4
(" ei die den einzelnen Analysen entsprechenden Abweichungen vom wirklichen Wert sind.
Beispiel 2 : Eine Menge von 9, 4 kg/h eines Aluminiumeinsatzes mit einem Reinheitsgrad von 96% wurde in analoger Weise zu Beispiel 1 durch die Giessanlage geschickt und in eine Menge von 3,2 kg/h
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eines vollkontinuierlich hergestellten Stranges von einem Durchmesser von etwa 198 mm und in eine Menge von 6,2 kg/h Überlaufprodukt aufgespalten.
Die Strangabsenkgeschwindigkeit betrug 35 mm/h, die Rlihrkopf-Drehzahl 204 Umdr/min, der Abstand zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase und der Unterkante des Rührkopfes 172 mm und die Regeltemperatur der Giesseinheit 8780C. Dabei ergaben sich über eine Länge von 1400 mm des vollkontinuierlich hergestellten Stranges folgende Analysenwerte :
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<tb>
<tb> Verunreinigungs-Einsatz <SEP> Erzeugnis <SEP> Überlauf
<tb> element <SEP> % <SEP> 0 <SEP> % <SEP> 0 <SEP> 1. <SEP>
<tb>
Silizium <SEP> 16, <SEP> 50 <SEP> 7,40 <SEP> 21, <SEP> 80 <SEP>
<tb> Eisen <SEP> 16, <SEP> 20 <SEP> 5,50 <SEP> 19, <SEP> 90 <SEP>
<tb> Kupfer <SEP> 5, <SEP> 70 <SEP> 2, <SEP> 40 <SEP> 6, <SEP> 90 <SEP>
<tb> Zink <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP>
<tb>
Beispiel 3 : Eine Menge von 16, 5 kg/h eines Aluminiumeinsatzes von einem Reinheitsgrad von 99, 78% wurde in analoger Weise zu Beispiel 1 durch die Giessanlage geschickt und in eine Menge von 2, 5 kg/h eines vollkontinuierlich hergestellten Stranges von 198 mm Durchmesser und in eine Menge von 13, 5 kg/h Überlaufprodukt aufgespalten. Die Strangabsenkgeschwindigkeit betrug 28 mm/h, die Rührkopfdrehzahl 200 Umdr/min und der Abstand zwischen der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase und der Unterkante des Rührkopfes 73 mm.
Auf eine Länge von 2350 mm des vollkontinuierlich hergestellten Stranges ergaben sich folgende Analysenwerte :
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<tb>
<tb> Verunreinigungs-Einsatz <SEP> Erzeugnis <SEP> Überlauf
<tb> element <SEP> % <SEP> o <SEP> % <SEP> o <SEP>
<tb> Silizium <SEP> 917 <SEP> 199 <SEP> 967
<tb> Eisen <SEP> 934 <SEP> 112 <SEP> 1035
<tb> Kupfer <SEP> 19 <SEP> 8 <SEP> 28
<tb> Magnesium <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 2
<tb> Zink <SEP> 257 <SEP> 169 <SEP> 235
<tb> Gallium <SEP> 38 <SEP> 16 <SEP> 43
<tb>
Beispiel 4 : Der Schmelzofen wurde mit zusätzlichen Gasbrennern ausgerüstet, um eine Schmelzgeschwindigkeit von 113, 4 kg/h zu erzielen.
Der aus Aluminium eines Reinheitsgrades von 99, 90/0 bestehende Einsatz wurde sodann mit einer Menge von 113, 4 kg/h durch die Giessanlage getrieben und dabei in eine Menge von 20,4 kg/h eines Stranges von etwa 198 mm Durchmesser und eine Menge von 93,4 kg/h Überlaufprodukt aufgespalten.
Die Strangabsenkgeschwindigkeit schwankte zwischen 205 mm/h und 254 mm/h, der Abstand zwischen der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase und der Unterkante des Rührkopfes betrug 214 mm, die Regeltemperatur der Giesseinrichtung 7780C und die Temperatur des geschmolzenen Einsatzes in der Giesseinheit etwa 670OC, wobei sich die Grenzfläche zwischen der flüssigen und der festen Metallphase etwa 610 mm unterhalb des Überlaufrohres 15 befand und der Rührkopf mit einer Drehzahl von 200 Umdr/min umlief. Über eine Länge von 760 mm des vollkontinuierlich hergestellten Stranges ergaben sich folgende Analysenwerte :
EMI7.3
<tb>
<tb> Verunreinigungs-Einsatz <SEP> Erzeugnis <SEP> Überlauf
<tb> element <SEP> % <SEP> o <SEP> % <SEP> o <SEP> % <SEP> o <SEP>
<tb> Eisen <SEP> 350 <SEP> 116 <SEP> 390
<tb> Silizium <SEP> 400 <SEP> 91 <SEP> 410
<tb> Kupfer <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 18
<tb> Zink <SEP> 120 <SEP> 40 <SEP> 140 <SEP>
<tb> Gallium <SEP> 90 <SEP> 38 <SEP> 100
<tb>
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
5 s Eine99,87% wurde in analoger Weise zu Beispiel 1 durch die Giessanlage getrieben und dabei in eine Menge von 2, 3 kg/h eines vollkontinuierlichen Stranges von 198 mm Durchmesser und in eine Menge von f. ;, 8 kg/h Überlaufprodukt aufgespalten.
Die Strangabsenkgeschwindigkeit betrug 25 mm/h, die Ruhrkopfdrehzahl 43 Umdr/min, der Abstand zwischen der Grenzfläche zwischen der flüssigen und der erstarrten Metallphase und der Unterkante des Rührkopfes 25 mm. Bei dem vollkontinuierlich hergestellten Strang ergaben sich folgende Analysenwerte :
EMI8.2
<tb>
<tb> Verunreinigungs-Einsatz <SEP> Erzeugnis <SEP> Überlauf
<tb> elemente <SEP> % <SEP> f) <SEP> ym <SEP> % <SEP> o <SEP>
<tb> Silizium <SEP> 540 <SEP> 200 <SEP> 700
<tb> Eisen <SEP> 600 <SEP> 200 <SEP> 800
<tb>
Die fünf oben im einzelnen beschriebenen Beispiele wurden ausgewählt, um einen ausreichend gro- ssen Bereich der verschiedenen Betriebsbedingungen (Verunreinigungen des Einsatzmetalls, Herstellungsgeschwindigkeit des Erzeugnisses, Reinheitsgrad des vollkontinuierlich hergestellten Stranges) darzulegen.
Es ergibt sich ohne weiteres, dass zwischen dem Reinheitsgrad des Einsatzes und dem Reinheitsgrad des Erzeugnisses die Beziehung besteht, dass ein höherer Reinheitsgrad des Einsatzes selbstverständlich auch einen höheren Reinheitsgrad des vollkontinuierlich erzeugten Stranges ergibt. Bei einem bestimmten Reinheitsgrad des Einsatzmetalls (Aluminium) wird der Reinheitsgrad des Erzeugnisses auch in gewissem Masse durch die Herstellungsgeschwindigkeit beeinflusst.
Im Rahmen des Beispieles 1 wurden Aluminiumrohblöcke höchsten handelsüblichen Reinheitsgrades als Einsatzmetall verwendet, wobei eine niedrige Herstellungsgeschwindigkeit angewendet wurde und sich ein Erzeugnis von verhältnismässig hohem Reinheitsgrad. ergab. Beispiel 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf den vollkontinuierlichen Guss eines Stranges von verhältnismässig hohem Reinheitsgrad aus einem Einsatzmetall, dessen Reinheitsgrad unter den handelsüblich zugelassenen Werten liegt. Beispiel 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Fall, in dem als Einsatzmetall ein Tiegelmetall von durchschnittlicher Qualität verwendet wurde. Beispiel 4 bezieht sich auf einen Fall, in dem der Reinheitsgrad des Einsatzmetalls ebenso wie im Falle des Beispieles 1 war, in dem jedoch die Herstellungsgeschwindigkeit um ein Vielfaches erhöht wurde.
Beispiel 5 entspricht hinsichtlich seiner Betriebsbedingungen im wesentlichen denjenigen von Beispiel 1.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vollkontinuierliches Stranggiessverfahren, insbesondere zur Herstellung von Aluminiumsträngen, deren Reinheitsgrad in gleichbleibendem Masse grösser als derjenige der Einsatzschmelze ist, wobei der erzeugte Strang in der Nähe des Austritts einer Durchgangsform erstarrt, aus der er kontinuierlich entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die über dem bereits erstarrten Strang befindliche, ständig aus der Einsatzschmelze ergänzte Metallschmelze schnell über das erstarrende Ende des Stranges hinweggeführt wird und dass die über das Strangende hinweggeführten, die Verunreinigungen enthaltenden Schmelzenanteile in gleichbleibendem Masse während des Stranggusses abgeführt werden.