MOLD FOR CONTINUOUS CASTING

Abstract: 1. Continuous-casting mould with a wall (21, 37, 40) which is permeable to gases and through which compressed gas issues laterally towards the melt (26), and with a hot top (16, 28, 33) which is located above the mould wall, the wall of this hot-top (18, 28, 33) being inwardly offset in relation to the wall (21, 37, 40) which is permeable to gases and the lower region of this hot-top (18, 28, 33) forming a hot-top overhang (22, 31, 34), characterized in that the hot-top (18, 28, 33) is connected to the wall (21, 37, 40) which is permeable to gases, and in that the wall (21, 37, 40) which is permeable to gases is arranged independently of a liquid-cooling system which provides the primary cooling.

Description: Verfahren zum Herstellen von Halbzeug aus einem Nichteisen-Metall durch Stranggiessen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbzeug aus einem Nichteisen-Metall durch Strang giessen mittels einer Kokille, wobei durch Zuführen von Gas zwischen der Schmelze einerseits und der Heisskopfbzw. Kokillenwandung andererseits ein stabiles Druckgaspolster als Trennschicht aufgebaut wird. Im Rahmen eines derartigen Verfahrens wird im allgemeinen eine Durchlaufkokille zur Herstellung von Rundbarren, Walzbarren und Bändern beliebiger Form und beliebiger Legierungszusammensetzung verwendet. Die durch das Gaspolster gebildete Trennschicht soll eine Berührung der Strangoberfläche mit der Wandung des Heisskopfes und der übrigen Kokillenwandung verhindern. Obwohl sich Halbzeugfabrikate mit dem Stranggiessverfahren wirtschaftlicher herstellen lassen als mit der Verwendung von Standkokillen und auch eine bessere Qualität erreichbar ist, treten beim Stranggiessen immer noch Fehlerscheinuno gen auf, die einer sofortigen Weiterverarbeitung aus dem Gu#zustand entgegenstehen. Neben inneren Fehlern wie Rissen und gegebenenfalls auch Porosität gehören hierzu Oberflächen- fehler, die als Welligkeit der Stranggussoberfläche, als Aufreissen derselben, als Kaltläufe, als Oberflächenseigerung oder auch als Reiblinien an der Stra#goberfläche in Erseheib nung treten können Deshalb müssen die Gussprodukte vor einer Weiterverarbeitung nachbehandelt werden, zum Beispiel durch Fräsen oder durch Abdrehen. Ausser dem Zweck, eine Berührung zwischen der Wandung des Heisskopfes und der Kokillenwand einerseits sowie der Strangoberfläche andererseits zu verhindern, soll das Druckgaspolster gleichzeitig dem Zweck der Wärmeabfuhr bzw. einer Kühlung dienen, damit es zu dem sogenannten.Randschaleneffekt kommt. Dies bedeutet die Bildung einer Erstarrungszone im Randbereich des Stranges in Höhe der Kokillenwandung. Diese Wärmeabfuhr bzw. Kühlung im Bereich der Kokille selbst bezeichnet man als Primärkühlung. Unmittelbar vom Verlassen der Kokille an wird der Strang von aussen durch Wasser weiter abgekühlt. Dies bezeichnet man als Sekundärkühlung. Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten der obengenannten Fehler, insbesondere der Oberflächenfehler, am Gussprodukt zu verhindern und eine notwendige Nachbearbeitung zu vermeiden oder zumindest das Ausmass dieser Fehlerhaftigkeit und das Ausmass der erforderlichen. Nachbearbeitung soweit wie möglich herabzusetzen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das das Druckpolster bildende Gas mit einer Temperatur zugeleitet wird, die mindestens 1000 C über der Raumtemperatur liegt, und dass die Kokillenwand ungekühlt bleibt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich die genannten Fehler vermeiden bzw. in ihrem Ausmass herabsetzen lassen, wenn entgegen den bisher für gültig erachteten Erkenntnissen im Bereich der Kokille möglichst wenig Wärme in radialer Richtung nach aussen abgeführt wird und wenn somit die grobe Randschalenzone weitgehend vermieden wird. Gleichzeitig wird durch die Verhinderung einer direkten Berührung zwischen der Schmelze und dem erstarrenden Teil des Stranges einerseits und der Kokillenwand andererseits eine wesentlich bessere Oberflächenbeschaffenheit des Guss stranges gewährleistet. Dies wiederum hat den Vorteil, dass das Ausmass der notwendigen Nachbearbeitung entsprechend herabgesetzt wird. Hierdurch lassen sich erhebliche -Kosten einsparen. Zur Bildung des Druckgaspolsters wird man vorteilhaft Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Luft oder Mischungen aus diesen Gasen verwenden, # zumal diese Gase in beson- ders geringem Masse wärme leitend slnde Damit auch eine anfängliche Wärmeabfuhr in radialer Richtung zu Beginn des Giessvorganges weitgehend oder sogar vollständig vermieden werden kann, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Kokillenwand bereits vor Beginn des Giessvorganges beheizt wird. Entsprechend kann auch die Heisskopfwand bereits vor Beginn des Giessvor- ganges beheizt werden. Das Beheizen kann entweder elektrisch oder durch das Druckgas selbst erfolgen, wobei auch eine Kombination dieser beiden Beheizungsarten denkbar ist. Weiterhin wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das Gas mit einer so hohen Temperatur zugeleitet wird, dass im Bereich des Druckgaspolsters ein radial nach aussen gerichteter Transport von Wärme aus der Schmelze und damit ein Rands chalenwachs tum weitgehend unterbunden werden Wenn nur die Gastemperatur ausreichend hoch ist, dient das Druckgaspolster nicht nur zur Verhinderung einer unmittelbaren Berührung zwischen der Schmelze und dem erstarrenden Teil des Stranges einerseits und der Kokille wand andererseits, sondern gleichzeitig auch als thermi- sche Trennschicht, das heisst als Abschirmung gegenüber einer Kokillenwand, die eine niedrigere Temperatur hat als die Schmelze und der erstarrende Teil des Strangese Dies bedeutet mit anderen Worten, dass man die Differenz zwischen der Temperatur des Gases und der Liquidustempera- tur auf einem möglichst niedrigen Wert hält oder sogar zu null werden lässt. Ferner ist es erfindungsgemäss vorteilhaft, wenn das zugeführte Gas nach unten entweicht und wenn das Gas unter einem solchen Druck und in'einer solchen Menge zugeführt wird, dass der Druck des Gases im Druckgaspolster gleich oder grösser ist als die Summe aus dem Atmosphärendruck und dem metallostatischen Druck der Schmelze im Bereich des Druckgaspolsters. Für die Zuführung des zum Aufbau des Druckgaspolster dienenden Gases gibt es mehrere Möglichkeiten. Das Gas kann auch gleichzeitig an mehreren Stellen des Heisskopfguerschnittes zugeführt werden. So ist es erfindungsgemäss vorteilhaft, dass das erhitzte Druckgas sowohl an der Unterseite des Heisskopfes als auch an der Kokillenwand selbst zugeführt wird. Somit kann der Gasdruck teilweise in etwa senkrechter Richtung von oben her und teilweise von der darunterliegenden Ko- killenwandung aus in etwa horizontaler Richtung aufgebaut werden. Eine obere Grenze für die zu wählende Gastemperatur wird im allgemeinen durch die Liquidustemperatur oder eine allenfalls nur wenige Grade über dieser liegende Temperatur gegeben sein. Da die Schmelze beim Giessen eine Temperatur hat, die höher ist als die Liquidustemperatur, kann ohne Nachteile eine solche Wärmemenge von der Schmelze an das Gas abgegeben werden, die dieser Temperaturdifferenz entspricht. Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Kokille; Fig. 2 in einer der Darstellung nach Figur 1 entsprechende Darstellung einen Teil schnitt durch eine andere Ausführungs- form der Kokille. Fig. 3 einen Teilbereich aus einem solchen Teilschnitt, der eine andere Form des Heisskopfüberhanges darstellt. Für alle Ausführungsformen gilt gemeinsam, dass jeweils der links einer Mittelachse lo befindliche Teil einer Kokille dargestellt ist, wobei diese einen kreisförmigen Querschnitt hat. Selbstverständlich ist die Erfindung auch für Kokillen anwendbar, die, eine andere Querschnittsform haben Die in Figur 1 dargestellte Stranggiesskokille hat einen äusseren Mantelteil 11 und einen Einsatzteil 12. Diese bilden zusammen mit einem Bodenteil 13 und einem Wand teil 14 einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring- raum 15, in dem das für die direkte Kühlung benötigte Wasser enthalten ist. Zwischen dem Einsatzteil 12 einerseits und dem Bodenteil 13 und dem Wandteil 14 andererseits ist ein ringspaltförmiger Kanal 16 gebildet, durch den über den Umfang eines Giessstranges 17 verteilt Wasser an die äussere Umfangsfläche desselben herangeführt wird. Der Wandteil 14 gewÅahrlelw stet über den Umfang hin eine gleichmässige Zuführung des an beliebiger Stelle in den Ringraum 15 einge- speisten Wassers. Die Kokille hat einen Heisskopf 18 aus wärmeisolieren- dem Material, der unter anderem auch dazu dient, eine Abkühlung der in die Kokille eingebrachten flüssigen Schmelze zu verhindern. Der Heizkopf 18 hat eine nach innen ragende und mit der Schmelze in Berührung stehende Wandung 19, die an ihrem tiefsten Punkt in eine schräg nach oben und geneigt verlauf ende Unterseite 20 übergeht. Gegenüber der Wandung 19 nach aussen versetzt schliesst eine poröse Wand 21 an. Der von dieser aus nach innen hervorstehende Teil des Heisskopfes 18 stellt den Heisskopfüberhang 22 dar. An der Rückseite der Wand 21 ist durch den Einsatzteil 12, den Heisskopf 18 und durch die Wand 21 selbst ein Ringraum 23 gebildet, dem über mindestens einen Kanal 24 Gas unter Druck zugeführt wird. Die Zuführung kann alternativ ganz oder teilweise auch über Hohlräume erfolgen, die hier in Form eines Netzwerkes 25 im Heizkopf 18 ausgebildet sind und in denen Wärme zwischen dem Gas und dem Heisskopf 18 getauscht werden kann. Gegebenenfalls können die Kokille und insbesondere ihr durch den Heizkopf 18 gebildeter Bereich zusätzlich beheizt werden, zum Beispiel mittels einer hier nicht dargestellten elektrischen Heizung. Zwischen der flüssigen Schmelze, die hier mit der Bezugsziffer 26 bezeichnet ist, und dem aus bereits erstarrtem Material bestehenden Giessstrang 17 verläuft eine mit der Bezugsziffer 27 bezeichnete Erstarrungsfront. Während des Giessens wird der Giessstrang 17 entsprechend dem Fortschritt der Erstarrung abgesenkt, wobei gleichzeitig neue Schmelze 26 hinzugegeben wird. Das dem Ringraum 23 zugeführte Gas hat eine Temperatur, die etwa der Liquidustemperatur entspricht und somit nur wenig niedriger ist als die Temperatur der zugeführten Schmelze 26. Der Druck sowie die zugeführte Menge des Gases im Ringraum 23 sind so bemessen, dass der Gasdruck im Druckgaspolster etwa der Summe aus dem Atmosphärendruck und dem metallostatischen Druck der Schmelze 26 im Bereich der Wand 21 entspricht. Somit kann, das aus dieser austretende Druckgas eine Berührung zwischen der Wand 21 und dem an diese angrenzenden Teil der Unterseite 20 des Heisskopfes 18 einerseits und der Oxydhaut an der Aussenseite des Giessstranges 17 und im Bereich der noch nicht erstarrten Schmelze 26 andererseits durch Bildung eines entsprechenden Druckgaspolsters verhindern. Durch die Temperatur des Gases wird eine Wärmeabfuhr in radialer Richtung nach aussen unterbunden. Die Er starrungsfront 27 hat deshalb auch im äusseren Bereich einen verhältnismässig' flachen Verlauf, der erkennen lässt, dass der sonst durch Primärkühlung bewirkte Randschaleneffekt nicht oder zumindest kaum mehr vorhanden ist Wie Figur 1 ferner erkennen lässt, kann das Gas nur nach unten entweichen, da der tiefste Punkt der Wandung 19 tiefer liegt, als der höchste Punkt des unterhalb des Heisskopfübe¯rhanges 22 befindlichen Querschnittsteils der Schmelze. Erst unterhalb der porösen Wand 21 und damit unterhalb der Erstarrungsfront 27 erfolgt eine Kühlung durch das aus dem ringspaltförmigen Kanal 16 austretende Wasser. Ummittelbar im Austrittsbereich des Kanals 16 wird die Kühiwirkung an der Aussenfläche des Giessstranges 17 zunächst noch dadurch etwas herabgesetzt, dass das Druck gas dort mit einer verhältnismässig hohen Temperatur austritt. Für Alumlnlum Strangguss zum Beispiel gilt eine Temperatur in der Grössenordnung von 7000 c. Gegenüber der Ausführungsform nach Figur 1 enthält die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform nur einen unterschiedlich ausgebildeten Heisskopf 28 mit einer in die Schmelze 26 hineinragenden seitlichen Wandung 29. Eine nach unten offene ringförmige Aussparung 30 von etwa U-förmigem Querschnitt bildet die Unterseite des Heiss kopfüberhanges 31. Die Zuführung des erwärmten und unter Druck stehenden Gases erfolgt durch ein oder mehrere Kanäle 32. Wie Figur 2 erkennen lässt, liegt auch hier der tiefste Punkt der Wandung 29 unterhalb des höchsten Punktes des im Bereich der Aussparung 30 befindlichen Querschnittsbereiches der Schmelze 26. Der untere Bereich des Heisskopfes 28 ist als poröse Wand 37 ausgebildet, hinter der sich ein Ringraum 38 befindet. In diesen münden Kanäle 39, durch die ebenso wie durch die Kanäle 32 erhitztes Druckgas zugeführt werden kann. Wie Figur 2 erkennen lässt, kann das zugeführte Gas nur an der Aussenseite des Giessstranges 17 entlang nach unten entweichen und nicht entlang der Wandung 29 nach oben austreten. Figur 3 schliesslich zeigt eine weitere Ausführungsform nur für einen Heisskopf 33, dessen Heisskopf-Überhang 34 jetzt eine schräg nach unten gerichtete Nase hat, von der aus sich die in die Schmelze 26 hineinragende Wandung 35 nach oben erstreckt. Ein Teil des erwärmten und unter entsprechendem Druck stehenden Gases wird über Kanäle 36 an der Unterseite des Heisskopf überganges 34 zugeführt. Im übrigen ist auch hier der untere Bereich des Heisskopfes 33 als poröse Wand 40ausgebildet, hinter der sich ein Ringraum 41 befindet. Letzterer wird über Kanäle 42 ebenfalls mit erhitztem Druckgas versorgt. Im übrigen gilt, soweit es hier nicht ausdrücklich unter Bezug auf die Figuren 2 und/oder 3 anders beschrieben ist, dass im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Figur 1 Gesagte. Das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren ist nicht nur zum Stranggiessen von Aluminium und Almm nium-Legierungen mit Vorteil anwendbar, sondern allw gemein für Nichteisen-Metalle, zum Beispiel für Kupfer und Magnesium, sowie deren Legierungen Durch die Unterbringung von Kühlwasser in dem Ringraum 15 und durch die Ableitung desselben über den ringspaltförmigen Kanal 16 wird in keinem Fall eine indirekte Kühlung der Schmelze auf dem Weg über die Kokillenwand bewirkt. Ein Wärmefluss bestimmter Grösse durch den Heisskopf insbesondere in Richtung auf das Kühlwasser ist unvermeidbar, im übrigen aber für das Verfahren ohne Bedeutung. Es ist aber vorteilhaft, das Kühlsystem so auszubilden und mit Hilfe des ringspaltförmigen Kanals 16 die Kühlung in einer genau definierten und scharf be- grenzten Zone des Gussstranges zur Wirkung zu bringen, um eine möglichst gleichmässige Schrumpfung des Gussstranges über dem Umfang zu erzielen. B e z u g s z i f f e r n l i s t e 10 Mittelachse 11 Mantelteil 12 Einsatzteil 13 Bodenteil 14 Wandteil 15 Ringraum 16 Kanal 17 Giessstrang 18 Heisskopf 19 Wandung 20 Unterseite 21 Wand 22 Heisskopfüberhang 23 Ringraum Kanal 25 Netzwerk 26 Schmelze 27 Erstarrungsfront 28 Heisskopf 29 Wandung 30 Aussparung 31 Heisskopfüberhang 32 Kanal 33 Heisskopf 34 ¯ Heisskopfüberhang 35 Wandung 36 Kanal 37 Wand 38 Ringraum 39 Kanal 40 Wand 41 Ringraum 42 Kanal

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Halbzeug aus einem Nichteisen-Metall durch Stranggiessen mittels ei ner Kokille, wobei durch Zuführung von Gas zwi schen der Schmelze einerseits und der HeiBkopf bzw. Kokillenwandung andererseits ein stabiles Druckgaspolster als Trennschicht aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit einer Tem- peratur zugeleitet wird, die mindestens 100 Cüber der Raumtemperatur liegt, und dass die Kokillenwand ungekühlt bleibt. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenwand bereits vor Beginn des Giess- vorganges beheizt wird 30 Verfahren nach Anspruch 1 oder #, 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Heisskopfwand bereits vor Beginn des Giessvorganges beheizt wird. 4 Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Beheizen elektrisch erfolgt. 5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beheizen durch das Druckgas selbst erfolgt. 6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Gas mit einer so hohen Temperatur zugeleitet wird, dass im Bereich des Druckgaspolsters ein radial nach aussen gerichteter Transport von Wärme aus der Schmelze und damit ein Randschalenwachstum weit gehend unterbunden werden. 7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das zugeführte Gas nach unten entweicht und dass das Gas unter einem solchen Druck und in einer solchen Menge zugeführt wird, dass der Druck des Gases im Druckgaspolster gleich oder grösser ist als die Summe aus dem Atmosphärendruck und dem metallostatischen Druck der Schmelze im Bereich des Druckgaspolsters. 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Druckgaspolsters Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Luft oder Mischungen aus diesen Gasen dienen. 9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das erhitzte Druckgas so wohl an der Unterseite des Heisskopfes als auch an der Kokillenwand selbst zugeführt wird. 10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das erhitzte Druckgas durch poröse Wan dungsteile dem Druckgaspolster zugeführt wird.

Inventors: ENGLER, SIEGFRIED, PROF. DR.ING., WOITHE, HERBERT, DIPL.-ING.
Applicants: WOITHE, HERBERT, DIPL.-ING.
Application year: 1981
Main classification: B22D11
IPC codes: B22D27, B22D11