DE2854311C3 - Gießnut für eine Gießrad-Stranggießkokille - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießnut für eine Gießrad-Stranggießkokille, deren seitliche Flansche auf der Umfangswand der Flansche des Gießrades zu dessen Achse parallel verschieblich ruhen, und die aus einem Werkstoff besteht, dessen Warmformänderung gestattet, daß die Gießnut, soweit der Strang sich in ihr befindet, stets mit dem Strang in Kontakt steht Sie findet insbesondere ihre Anwendung beim Gießen von Blöcken aus Nichteisenmetallen, wie z. B. Aluminium und seinen Legierungen, die direkt kontinuierlich durch Walzen und Abschrecken zum Erhalten von Draht für technische Zwecke behandelt werden.

Bei den bekannten Gießrad-Stranggießkokillen wurden zahlreiche Abwandlungen vorgenommen, um die Leistungen zu steigern oder die dabei auftretenden Probleme zu lösen. Insbesondere versuchte man, die Bedingungen zur Abkühlung des gegossenen Metalls zu verbessern, indem man den Wärmeaustausch entweder zwischen der Form und den Kühlkreisen oder zwischen der Form und dem gegossenen Metall beeinflußte, was zu einer ganzen Anzahl von Ausführungsformen geführt hat, die sich durch die Art und die Form der Gießnut, das Abkühlungssystem oder ihre gegenseitige Beeinflussung unterscheiden.

So verwendet man nach dem gegenwärtigen Stand der Technik am meisten Gießnuten aus Kupferlegierungen, da diese Werkstoffe eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Jedoch müssen diese Gießnuten aus Gründen mechanischer Haltbarkeit eine dicke Wand in der Größenordnung von etwa 10 mm haben, und daher sind sie steif und halten schlecht die erheblichen Wärmebeanspruchungen aus, denen sie zyklisch ausgesetzt werden, wenn sie in Kontakt mit der Metallschmelze kommen.

So ist man, um diese Belastungen zu mildern und zu versuchen, eine mit einer industriellen Ausnutzung kompatible Lebensdauer zu haben, gezwungen, die Gießnut im Überfluß zu kühlen, was eine relativ niedrige Temperatur des Stranges am Austritt aus der Form mit sich bringt. Andererseits umgibt sich, da die Abkühlung im Kontakt mit der Form erfolgt, die Metallschmelze zunächst mit einer festen Kruste, was aufgrund des Unterschiedes der spezifischen Volumina in diesen beiden Zuständen von einem Schrumpfen und folglich von einem Ablösen des Stranges von der Wand der Form begleitet wird, woraus sich eine Verringerung des Wärmeaustausches Gießnut-Metall ergibt; da der Kern des Stranges sehr warm geblieben ist, diffundiert diese Wärme zur Kruste und ruft deren Ausdehnung hervor, so daß der Strang erneut in Kontakt mit der Gießnut

ίο kommt, mit der Oberfläche der letzteren Wärme austauscht und schrumpft; es ergibt sich so ein zyklischer Prozeß im Lauf der Erstarrung, dessen Ablauf man nicht genau kennen kann. Daraus folgt eine völlig unbestimmte und zufällige und infolgedessen unkontrollierbare Abkühlung. Weiter tritt wenn sich der Strang von der Form löst aufgrund der Diffusion der Wärme zur Kruste eine Bildung von Blasen an der Oberfläche auf, die die Quelle von Seigerungen zwischen den Zusatzelementen sind, wenn das gegossene Erzeugnis eine Legierung ist

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Gießnut auf Kupferbasis nach dem Stand der Technik die drei folgenden wesentlichen Nachteile aufweist: Eine unkontrollierbare Abkühlung des Stranges, eine relativ niedrige Temperatur und das Auftreten von Blasen an der Oberfläche.

Die Tatsache, daß man die Abkühlung nicht steuern kann und daß man eine verhältnismäßig niedrige Temperatur hat, zieht als Konsequenz die Notwendigkeit nach sich, Einrichtungen zur Wiederaufheizung und zur Regulierung vorzusehen, wenn man den Strang kontinuierlich Dimensions- oder Wärmebehandlungen unterwerfen will. Eine unzureichende Temperatur erfordert nämlich beim Walzen größere Kräfte und dies umso mehr, je höher die mechanischen Warmeigenschaften des gewalzten Metalls sind; eine ungenügende Temperatur läßt keine geeignete Abschreckung im Fall von Gefügeaushärtungslegierungen mehr zu, da dann die Lösung der Zusatzelemente nicht vollständig ist. Die Zuhilfenahme solcher Einrichtungen führt zu kostspieligen Investitionen, Energieverbrauch und mittlerer Wirksamkeit, was die Temperatursteuerung betrifft.

Weiter bringt die Gegenwart von Blasen auf den Strängen Oberflächenfehler auf dem gewalzten Draht mit sich, die für die Drähte, die auf übliche Durchmesser gezogen werden, störend und für solche zum Ziehen von feinen Drähten mit Durchmessern unter 1 mm völlig unannehmbar sind. Man ist daher gezwungen, den Strang vor oder im Lauf des Walzens maschinell

so abzuarbeiten, um ihn zum Ziehen geeignet zu machen, ein Vorgang, der ebenfalls den Gestehungspreis der Endprodukte erhöht.

Alle diese Nachteile stammen letzten Endes von der Verwendung einer Gießnut mit dicker und starrer Wand. Daher wurden einige Untersuchungen in der Richtung durchgeführt, diese Gießnut durch eine solche mit verformbarer Wand zu ersetzen, jedoch konnte keines dieser entwickelten Systeme bisher industriell zur Anwendung gelangen, ohne die oben erwähnten

ω Fehler aufzuweisen, da sie noch nicht die Probleme der

Wärme- und mechanischen Belastungen lösen konnten. Dies gilt auch für eine Gießnut der eingangs

vorausgesetzten Art, wie sie aus der DE-OS 24 49 608 bekannt ist; denn die Gießnut ist im Vergleich mit den sie tragenden Flanschen noch relativ massiv, und die Gießnutflansche sind zwar auf der Umfangswand der Gießradflansche achsparallel verschiebbar, haben aber keine völlige Bewegungsfreiheit, die vielmehr bewußt

vermieden wird, da eine Vielzahl von Keilen eine Relativdrehung zwischen der Gießnut und den Gießradflanschen verhindert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gießnut so zu verbessern, daß eine unkontrollierbare Abkühlung des Stranges, eine zu niedrige Temperatur desselben und das Auftreten von Blasen an seiner Oberfläche mit Sicherheit vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der eingangs genannten Gießnut dadurch gelöst, daß die Gießnut eine Stärke von unter 2 mm aufweist und mit ihren Flanschen auf der Umfangswand der Flansche des Gießrades über nachgiebige Dichtungsringe gelagert ist

Die Stärke der Gießnut unter 2 mm und die Einfügung der nachgiebigen Dichtungsringe zwischen den Gießnutflanschen und der Umfangswand der Gießradflansche bewirken, daß die Gießnut unter Beibehaltung des Kontakts des Strange., mit dem Band in der Wärmeaustauschzone mit dem Metall die Gesamtheit ihrer Innenoberfläche im Kontakt mit dem gegossenen Strang während der gesamten Abkühldauer aufweist, so daß eine kontrollierte Abkühlung des Stranges ohne zu große Temperatursenkung und ohne Blasenbildung gesichert ist

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

Man sieht im Schnitt nach der Figur die Gießnut 16, die mit dem Endlosband 3 eine Form 4 bildet Diese Gießnut ruht auf zwei nachgiebigen Dichtungsringen 17, die auf der Umfangswand der beiden Flansche 18 des Gießrades 1 angeordnet sind, die untereinander starr durch Spannstangen 19 verbunden sind, die mit dem Gießrad 1 fest verbunden sind. Diese Gießnut wird an ihrer ganzen Oberfläche mittels des Kreises 6 gekühlt, der entweder einen Umlauf oder eine Zersprühung des wärmeübertragenden Fluids ermöglicht, wobei die Abdichtung dieses Kreises gegenüber dem Außenraum der Stranggießkokille mittels der Dichtungsringe 17 gesichert ist

Aufgrund ihrer gedrungenen Form, die aus einem Teil 20 im Kontakt mit dem Strang und aus zwei sehr engen Flanschen 21 zusammengesetzt ist, mittels deren sie auf den Dichtungsringen 17 ruht, weist diese Gießnut wenn sie sich in der Wärmeaustauschzone mit dem Metall befindet die Gesamtheit ihrer inneren Oberfläche, d. h. innerhalb der Form, im Kontakt mit dem gegossenen Strang auf. Daher ist der Wärmegradient in jedem Bereich der Gießnut 16 sehr gering und begrenzt so in höchstem Grad die Wärmebeanspruchungen.

Aufgrund ihrer Montage bleibt die Gießnut völlig frei; die einzigen Kontaktpunkte mit dem Rad sind die Dichtungsringe, die, da sie aus nachgiebigen Materialien bestehen, keine merkliche mechanische Beanspruchung ausüben. Auch kann die Gießnut nach ihrer Art als Funktion der Wärmeausdehnungs- oder -kontraktionsbelastungen nachgeben.

Diese Form und diese Montage verleihen so dieser Gießnut aufgrund der geringen Beanspruchungen, denen sie ausgesetzt ist, die Eigenschaft, sich homothetisch zu verformen: Wenn sie durch die Metallschmelze erhitzt wird, senkt sich der Boden, und die Flanken spreizen sich, was nach der Schrumpfung des Ganzen ermöglicht den Kontakt Strang/Gießnut auf dem gesamten Umfang des Profils der Form beizubehalten. Dabei ergibt sich eine Unmöglichkeit, daß die Bildung einer Ablösung auftritt und infolgedessen der Wärmeaustausch gestört wird; daher ist die Abkühlung nicht mehr zufällig und kann vollkommen gesteuert werden. Außerdem können die bei den bekannten Systemen aufgetretenen abwechselnden Abkühlungs- und Wideraufheizungserscheinungen der Kruste nicht mehr auftreten, was das Entstehen von Blasen unterdrückt

Es sei noch hinzugefügt daß die weitestgehende Verringerung der Wärme- und mechanischen Belastungen gleichzeitig die Wirkung hat die Lebensdauer der Gießnut stark zu vergrößern.

Ein anderes Merkmal dieser Gießnut ist eine geringe Dicke unter 2 mm aufzuweisen, was den Wärmegradient in ihrer Masse begrenzt und so höhere Gießtemperaturen ermöglicht

Unter den für ihre Herstellung verwendeten Werkstoffen eignen sich alle die Metalle, die gute Warmeigenschaften, nämlich hohe Elastizitätsgrenze, hohe Wärmeleitfähigkeit großen Ausdehnungskoeffizient haben; daher verwendet man Berylliumbronzen, Nickellegierungen, jedoch vorzugsweise schwach legierte. Elemente wie Vanadin und Chrom enthaltende Stähle, beispielsweise den dem Typ des Werkstoffs 1.7734 (deutsche Werkstoffnummer) entsprechenden Stahl.

Eine erfindungsgemäß ausgerüstete Stranggießkokille ermöglichte, mehrere Zehner von Tonnen zusammenhängenden Stranges aus einer Aluminium-Magnesium-Siliziumlegierung zu gießen: Der Strang wurde zu Draht mit einem Durchmesser von 9,5 mm gewalzt kontinuierlich abgeschreckt und gezogen. Durch Regulieren der Abkühlung der Gießnut und bei einer gegebenen Geschwindigkeit konnte man die Temperatur des Stranges am Ausgang der Form zwischen 480 und 56O⁰C variieren. Die Oberfläche des erstarrten Metalls wies keine Blase im Gegensatz zu dem Zustand auf, den man mit bekannten Gießnuten feststellt

So gestattet diese Gießnut also eine genaue Steuerung der Abkühlung und der Erstarrung des gegossenen Metalls und die Möglichkeit, die Stränge bei höhreren Temperaturen ohne jegliche Oberflächenfehler austreten zu lassen. Diese Ergebnisse führen zu folgenden Vorteilen:

Steigerung der Kapazität der Anlage,

Walzen von zusatzreicheren Legierungen auf einem Walzwerk gegebener Leistung,

Verbesserung der Oberflächenqualität der erhaltenen Erzeugnisse und außerdem Möglichkeit im Lauf des Ziehens geringere Querschnitte bei verringerter Bruchgefahr zu erhalten,

möglicher Einsatz von kontinuierlichen Walz- und Abschreckeinrichtungen im Anschluß an die Anlage ohne Zuhilfenahme von Wiederaufheizüfen und damit Ersparnis an Material, Energie und Zeit

Diese Gießnut findet ihre Anwendung insbesondere beim Gießen von Aluminium- oder Aluminiumlegierungsblöcken, die kontinuierlich gewalzt und abgeschreckt werden,

Fertigen von Maschinendraht der zum Ziehen von feinem Draht (Telephonic Wicklungen) bestimmt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gießnut für eine Gießrad-Stranggießkokille, deren seitliche Flansche auf der Umfangswand der Flansche des Gießrades zu dessen Achse parallel verschieblich ruhen, und die aus einem Werkstoff besteht, dessen Warmformänderung gestattet, daß die Gießnut, soweit der Strang sich in ihr befindet, stets mit dem Strang in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießnut (16) eine Stärke von unter 2 mm aufweist und mit ihren Flanschen (21) auf der Umfangswand der Flansche (18) des Gießrades (1) über nachgiebige Dichtungsringe (17) gelagert ist

2. Verwendung von Stahl als Werkstoff für die Gießnut nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines schwach legierten Chrom-Vanadin-Stahls als Werkstoff für die Gießnut nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer BeryJIiumbronze als Werkstoff für die Gießnut nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Nickellegierung als Werkstoff für die Gießnut nach Anspruch 1.