CH642575A5

CH642575A5 - Giessform zum kontinuierlichen stranggiessen.

Info

Publication number: CH642575A5
Application number: CH1010179A
Authority: CH
Inventors: Robert Wilson
Original assignee: Timex Corp
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-12
Publication date: 1984-04-30
Also published as: FR2441447A1; FR2441447B3; DE2945577A1; JPS5568158A; GB2034215A; GB2034215B

Description

Die Erfindung betrifft eine Giessform zum kontinuierlichen Stranggiessen von Metall mit einem inneren Formteil mit einem länglichen, durchgehenden Formkanal, dessen Einlassende das schmelzflüssige Metall zuführbar ist und an dessen Auslassende der gegossene Metallstrang abziehbar ist, mit einer dem inneren Formteil in Längsrichtung umgebenden Kühlmittelkammer und mit Einlass- und Auslassanschlüssen für ein Kühlmittel.

Das kontinuierliche Stranggiessen von Eisen- und Nichteisenmetallen und -legierungen ist in der Metallbearbeitung bekannt, beispielsweise aus der US-PS 3 399 716. Bei einem dynamischen Verfahren, wie beim Stranggiessen, bei dem ein heisses geschmolzenes Metall zu einem festen metallischen Element ausgeformt wird, spielt die Giessform, in der die Erstarrung des Materials eintritt, eine sehr bedeutende Rolle.

Beim kontinuierlichen Giessen bzw. Stranggiessen von Eisenlegierungen wurden wassergekühlte Kupfer-Giessformen erfolgreich eingesetzt. Anderseits haben für das Stranggiessen von Nichteisenmetallen und -legierungen, wie z.B. Kupfer und Kupferlegierungen sowie Aluminium und Aluminiumlegierungen, wassergekühlte Graphitformen verbreitete Anwendung gefunden, wie es beispielsweise in den US-PSen 3 459 255 und 3 592 259 beschrieben ist. Weiterhin ist in der US-PS 3 590 904 die Möglichkeit beschrieben wassergekühlte Graphitformen in diskontinuierlicher Weise zum Giessen von Stäben oder Barren von Metallen und deren Legierungen zu verwenden.

Beim kontinuierlichen Stranggiessen von Nichteisenmetallen, insbesondere von Messing und Aluminium, in wassergekühlten Graphitformen, besteht aus zwei Gründen die ernsthafte Gefahr einer Explosion. Zum einen besteht die Möglichkeit, dass das als Kühlmittel verwendete Wasser, welches in der Form zirkuliert mit dem heissen geschmolzenen Metall in Kontakt kommt, wenn Lecks oder dergleichen vorhanden sind. Zum anderen besteht dann die Möglichkeit einer Graphit-Dampf-Reaktion, bei der als Reaktionsprodukt explosives Wasserstoffgas entsteht. Die Gra-phit-Dampf-Reaktion kann auftreten, wenn mit Graphit, welcher auf eine Temperatur zwischen 1000 und 1100 °C erhitzt ist, eine grössere Wassermenge in Kontakt gelangt. Gemäss der oben zitierten US-PS 3 459 255 wird vorgeschlagen, dass alle freiliegenden Flächen der Form mit einer dünnen Silberschicht beschichtet werden, um Betriebsbedingungen zu vermeiden, die zu den vorstehend beschriebenen Gefahren führen. Eine solche Beschichtung ist dabei dann besonders wichtig, wenn für die Herstellung der Giessform ein Graphitmaterial geringerer Dichte verwendet wird.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Giessform für ein kontinuierliches Stranggiessen anzugeben, die einerseits gut gekühlt werden kann und bei der anderseits die Gefahr von Explosionen auf ein Minimum reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Giessform der eingangs beschriebenen Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Kühlmittelkammer als innere, auf ihrer Aussenseite durch einen mittleren Formteil begrenzte Kühlmittelkammer ausgebildet ist, dass zwischen dem mittleren Formteil und einem äusseren Formteil eine zweite, äussere Kühlmittelkammer vorgesehen ist, welche die innere Kühlmittelkammer umgibt, dass erste Einlasseinrichtungen für das Kühlmittel derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel der äusseren Kühlmittelkammer zuführbar ist, dass zweite Einlasseinrichtungen für das Kühlmittel derart an dem mittleren Formteil vorgesehen sind, dass das Kühlmittel aus der äusseren Kühlmittelkammer der inneren Kühlmittelkammer nahe dem einlassseitigen Ende des Formkanals in Umfangsrichtung gleichmässig verteilt zuführbar ist und dass nahe dem auslassseitigen Ende des Formkanals mindestens ein Kühlmittelauslass vorgesehen ist.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Giessform einen inneren Formteil auf, der einen in Längsrichtung durchgehenden Formkanal mit einem einlassseitigen Ende zum Aufnehmen des geschmolzenen Metalls und mit einem auslassseitigen Ende zum Abziehen des verfestigten Metalls aufweist. Ausserdem ist ein mittlerer Formteil vorgesehen, welcher den inneren Formteil im Abstand umgibt, so dass sich zwischen dem inneren und dem äusseren Formteil eine im Querschnitt ringförmige Kühlmittelkammer ergibt, die sich in Längsrichtung der Giessform erstreckt. Weiterhin ist ein äusserer Formteil vorgesehen, der den mittleren Formteil im Abstand umgibt, so dass sich zwischen dem mittleren und dem äusseren Formteil wieder eine im Querschnitt ringförmige Kühlmittelkammer ergibt. Vor5

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zugsweise bestehen die Formteile aus getrennt gefertigten, rohrförmigen Graphitelementen mit von innen nach aussen zunehmendem Durchmesser, die konzentrisch zueinander angeordnet werden. Der äussere Formteil besitzt dabei vorzugsweise Einlasseinrichtungen, über die der äusseren Kühlmittelkammer ein Kühlmittel zugeführt werden kann, welches weder mit dem geschmolzenen Metall noch mit dem Material der Form reagiert, wobei sich als Kühlmittel flüssiger oder gasförmiger Stickstoff besonders bewährt hat. Weiterhin besitzt der mittlere Formteil Kühlmittel-Einlasseinrichtungen an dem einen Ende der Form, vorzugsweise an deren einlasseitigem Ende, und Kühlmittelauslasseinrichtungen am anderen Ende, vorzugsweise am auslasseitigen Ende, wobei die Kühlmitteleinlasseinrichtungen derart im Abstand voneinander um den Umfang des inneren Formteils herum angeordnet sind, dass das Kühlmittel der inneren Kühlmittelkammer über den Umfang verteilt im wesentlichen gleichmässig zugeführt werden kann. Auf diese Weise tritt das Kühlmittel in die innere Kühlkammer an dem einen Ende der Form ein und fliesst längs der Mantelfläche des inneren Formteils zum anderen Ende der Form, wo das Kühlmittel die innere Kühlmittelkammer verlässt. Das Kühlmittel absorbiert dabei die Wärme von dem inneren Formteil, so dass das Metall im Formkanal verfestigt wird, ohne dass die Gefahr bestünde, dass aufgrund des Kontaktes zwischen dem Kühlmittel und dem geschmolzenen Metall oder dem erhitzten Material der Form eine Explosion eintreten könnte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Giessform gemäss der Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit einem verdampfbaren Kühlmittel definieren der mittlere und der äussere Formteil eine ringförmige, als Sammelkanal und Verdampfungskammer dienende Kühlmittelkammer, die sich in Längsrichtung der Giessform erstreckt. In diese äussere Kühlmittelkammer wird am auslasseitigen Ende der Giessform vorzugsweise flüssiger Stickstoff als Kühlmittel eingeleitet, welcher verdampft, während er zum einlassseitigen Ende der Form fliesst, von wo er über Kühlmittel-Zuführeinrichtungen, die dem mittleren Formteil zugeordnet sind, in die innere Kühlmittelkammer strömt. Nach dem Umströmen des inneren Formteils in Längsrichtung der Form tritt der verdampfte, als Kühlmittel verwendete Stickstoff dann über eine Kühlmittelauslassöffnung am auslassseitigen Ende der Form vorzugsweise einfach in die Atmosphäre aus.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Giessform gemäss der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Giessform gemäss Fig. 1 längs der Linie A-A in dieser Figur.

Eine typische Giessform gemäss der Erfindung ist in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigt. Während Graphit als Material für die Giessform bevorzugt wird, können auch andere hochfeuerfeste Materialien verwendet und im Hinblick auf das zu giessende Metall bzw. die zu giessende Legierung in geeigneter Weise ausgewählt werden. Die nachstehend näher beschriebene aus Graphit bestehende Giessform hat sich als besonders vorteilhaft für das kontinuierliche Stranggiessen von Messing (60 Gewichtsprozent Cu, 40 Gewichtsprozent Zn, 2 Gewichtsprozent Pb) mit einerErstarrungstemperatur zwischen 870 und 880 °C erwiesen. Die Giessform 2 besitzt einen inneren Formteil 4, einen mittleren Formteil 6 und einen äusseren Formteil 8, wobei die Formteile 4 bis 8 als zueinander konzentrische Graphitrohre ausgebildet sind. Wie die Zeichnung zeigt, umgibt der mittlere Formteil 6 den inneren Formteil 4 in Umfangsrichtung mit Abstand, so dass zwischen den Formteilen 4 und 6 eine innere Kühlmittelkammer 10 definiert wird, die sich in Längsrichtung der Form erstreckt. In entsprechender Weise definieren der mittlere und der äussere Formteil 6 bzw. 8 zwischen sich eine äussere Kühlmittelkammer 12 mit ringförmigem Querschnitt, welche sich ebenfalls über die Länge der Giessform 2 erstreckt. Ringförmige Endkappen 14a und 14b aus Graphit dienen nicht nur der Abdichtung an den Enden der Graphitrohre sondern gleichzeitig als Distanzelemente, welche die Rohre bzw. die Formteile 4, 6, 8 im gewünschten Abstand voneinander halten. Der innere Formteil 4 besitzt eine Innenwand 4a, welche einen zylindrischen Formkanal 16 definiert, der sich durch die Giessform erstreckt und ein einlass-seitiges Ende 16a aufweist, das mit dem Auslass eines üblichen Schmelztiegels (nicht dargestellt) verbunden werden kann oder mit einem anderen Gefäss, welches das kontinuierlich zu giessende geschmolzene Metall enthält, und ein auslassseitiges Ende 16b, durch welches das erstarrte Material austritt bzw. abgezogen wird.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt der äussere Formteil 8 eine Öffnung 18 oder eine andere Einlasseinrichtung, durch welche ein verdampfbares Kühlmittel, welches weder mit dem geschmolzenen Metall noch mit dem Material der Giessform reagiert, in die äussere Kühlmittelkammer 12, angrenzend an das auslasseitige Ende der Form eintreten kann. Wie erwähnt, wird flüssiger Stickstoff als Kühlmittel bevorzugt, da er die geforderte Reaktionsträgheit besitzt. Es versteht sich, dass der flüssige Stickstoff aus einem üblichen Stahlzylinder abgezogen und unter Druck über geeignete Druckleitungen (nicht dargestellt) in die äussere Kühlmittelkammer 12 eingeleitet werden kann. Wenn der flüssige Stickstoff oder ein anderes verdampfbares Kühlmittel in Verbindung mit der erfindungsgemässen Giessform verwendet werden, dann dient die äussere Kühlmittelkammer 12 gleichzeitig, wie dies nachstehend beschrieben wird, als Verdampferkammer. Wie dies in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist, tritt der flüssige Stickstoff in der Nähe des auslasseitigen Endes 16b der Giessform 2 ein und fliesst von dort längs der Kühlmittelkammer 12 in Richtung auf das einlasseitige Ende 16a. Bei dieser Längsbewegung nimmt der Stickstoff aus dem mittleren und dem äusseren Formteil 6 bzw. 8 eine ausreichende Wärmemenge auf, so dass er verdampft, wenn er in die Nähe des einlasseitigen Endes 16a gelangt. Typischerweise dehnt sich der Stickstoff beim Verdampfen in der äusseren Kühlmittelkammer 12 in seinem Volumen in einem Verhältnis von etwa 1 : 800 aus. Der verdampfte Stickstoff fliesst nunmehr über im Abstand voneinander angeordnete radiale Öffnungen 20 (Fig. 2) am einlasseitigen Ende, wo das geschmolzene Metall in die Giessform 2 eintritt, in die innere Kühlmittelkammer 10. Die Öffnungen 20 oder dergleichen sind dabei in Umfangsrichtung des inneren Formteils 6 bzw. des inneren Graphitrohrs so, wie in der Zeichnung gezeigt, angeordnet, so dass sich am äusseren Umfang des inneren Formteils in Umfangsrichtung eine gleichmässige Kühlmittelströmung ergibt. Der innere Formteil 4 ist angrenzend an das auslasseitige Ende 14b der Form mit einer Auslassöffnung 22 oder dergleichen für das gasförmige Kühlmittel versehen, so dass der verdampfte Stickstoff nach Durchlaufen der inneren Kühlmittelkammer 10 in die Atmosphäre austreten kann. Man erkennt, dass die gasförmige Stickstoffströmung vom einlasseitigen zum auslasseitigen Ende der inneren Kühlmittelkammer 10 zu einer beträchtlichen Wärmeabfuhr aus dem inneren Formteil 4 und zu einer Verfestigung des darin befindlichen Metalls führt.

Obwohl vorstehend die Vorteile von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel besonders dargestellt wurden, versteht es sich, dass auch andere Kühlmittel, wie z.B. flüssiges Helium, flüssiges Kohlendioxid oder dergleichen in Verbindung mit einer erfindungsgemässen Giessform eingesetzt werden können.

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Weiterhin ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Stickstoff oder ein anderes Kühlmittel in flüssiger Form in die äussere Kühlmitt ikammer 12 eingeleitet werden, obwohl diese Ausführungsform bevorzugt wird. Beispielsweise wurde auch gasförmiger Stickstoff in die äussere Kühlmittelkammer 12 eingeleitet, der dann über die Öffnungen 20 in die innere Kühlmittelkammer 10 gelangte, wobei es sich zeigte, dass eine ausreichende Kühlwirkung hinsichtlich einer Verfestigung des geschmolzenen Metalls im Formkanal 16 erreicht wurde. Da das Metall in der Giessform 2 erstarrt und beträchtlich abgekühlt wird, ist es möglich, das erstarrte Metall, wenn es das auslasseitige Ende 16b der Form ver-lässt, mit Hilfe einer weiteren wassergekühlten Graphitform noch weiter abzukühlen. An dieser Stelle kann nämlich eine wassergekühlte Form ohne das Risiko einer Explosion eingesetzt werden, da das Metall bereits erstarrt und beträchtlich abgekühlt ist.

Es versteht sich, dass dem Fachmann, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zahlrei-5 che Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste. Beispielsweise kann die Kühlmitteleinlassöffnung 18 im äusseren Formteil näher am einlasseitigen Ende der Form 2 liegen, wie dies mit der gestri-lo chelt eingezeichneten Öffnung 18' angedeutet ist. Ausserdem können die Formteile 4, 6 und 8 nicht nur rohrförmige ausgebildet sein; die Querschnittsform des Formkanals kann vielmehr variiert werden, um praktisch beliebige Strangprofile zu erzeugen.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Giessform zum kontinuierlichen Stranggiessen von Metall mit einem inneren Formteil mit einem länglichen, durchgehenden Formkanal, dessen Einlassende das schmelzflüssige Metall zuführbar ist und an dessen Auslassende der gegossene Metallstrang abziehbar ist, mit einer dem inneren Formteil in Längsrichtung umgebenden Kühlmittelkammer und mit Einlass- und Auslassanschlüssen für ein Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkammer als innere, auf ihrer Aussenseite durch einen mittleren Form teil (6) begrenzte Kühlmittelkammer (10) ausgebildet ist, dass zwischen dem mittleren Formteil (6) und einem äusseren Formteil (8) eine zweite, äussere Kühlmittelkammer (12) vorgesehen ist, welche die innere Kühlmittelkammer (10) umgibt, dass erste Einlasseinrichtungen (18) für das Kühlmittel derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel der äusseren Kühlmittelkammer (12) zuführbar ist, dass zweite Einlasseinrichtungen (20) für das Kühlmittel derart an dem mittleren Formteil (6) vorgesehen sind, dass das Kühlmittel aus der äusseren Kühlmittelkammer (12) der inneren Kühlmittelkammer nahe dem einlassseitigen Ende (16a) des Formkanals (16) in Umfangsrichtung gleichmässig verteilt zuführbar ist, und dass nahe dem auslassseitigen Ende (16b) des Formkanals mindestens ein Kühlmittelauslass (22) vorgesehen ist.

2. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Formteil (4), der mittlere Formteil (6) und der äussere Formteil (8) als konzentrisch zueinander angeordnete rohrförmige Elemente mit von innen nach aussen zunehmendem Durchmesser ausgebildet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Giessform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (4, 6, 8) als getrennt hergestellte rohrförmige Bauelemente ausgebildet sind.

4. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Einlasseinrichtungen mehrere Einlassanschlüsse (20) aufweisen, die als Kanäle ausgebildet sind, welche durch den mittleren Formteil (6) hindurchgehen und deren dem inneren Formteil (4) zugewandte Öffnungen in Umfangsrichtung gleichmässig verteilt sind.

5. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelauslass (22) als in die Umgebung mündender, durch den mittleren und äusseren Formteil (6 bzw. 8) hindurchgehender Kanal ausgebildet ist.

6. Giessform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einlasseinrichtungen für das Kühlmittel als Einlassanschluss (18) für ein verflüssigtes inertes Gas ausgebildet sind.