DE10115999C2 - Mold with functional ring - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Heißkopfkokille für eine Stranggießanlage bestehend aus einem Heißkopf, der auf der Oberseite eines Trennmittelverteilers aufliegt und diesen mit seiner Unterseite gegen die Oberfläche einer Kokille drückt, wobei an der radial innenliegenden Fläche des Heißkopfes ein Überhang ausgebildet ist, der über den Trennmittelverteiler in Strangabzugsrichtung hinausragt und mit der Kokillenlauffläche einen Ringspalt bildet.The invention relates to a hot head mold for a Continuous caster consisting of a hot head on rests on the top of a release agent distributor and this with its underside against the surface of one Chill presses, being on the radially inner surface an overhang is formed over the Release agent distributor protrudes in the strand withdrawal direction and forms an annular gap with the mold tread.
Eine Heißkopfkokille der eingangs genannten Art ist aus der EP 0566 865 A1 (VAW) bekannt, über den Trennmittelverteiler gelangt Trennmittel zur Oberfläche des Gussstranges, wobei auch zwei verschiedene Trennmittel separat oder als Trennmittelgemisch von zum Beispiel flüssigem Trennöl und gasförmigem Trennmedium zugeführt werden können. Es wurde bereits erkannt, dass es besonders günstig ist, wenn das Öl-Gasgemisch erst im Bereich der Kokille gebildet wird.A hot head mold of the type mentioned is out EP 0566 865 A1 (VAW) known, about the Release agent distributor gets release agent to the surface of the cast strand, with two different ones Release agent separately or as a release agent mixture from to Example liquid separation oil and gaseous separation medium can be supplied. It has already been recognized that it is particularly favorable if the oil-gas mixture only in the Area of the mold is formed.
Aus der DE 29 06 261 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für den direkten Kokillenguss von Nichteisenmetallen bekannt, bei der eine in axialer Richtung bewegliche Hülse 4 in der Kokille angeordnet ist, um während des Gießvorganges die Kontaktfläche zwischen Metallschmelze und Kokilleninnenwand zu verringern. Ferner ist im direkten Kühlbereich unterhalb der Kokille eine ringförmige, durchlässige Membran angeordnet, durch die Druckluft über Kanäle senkrecht gegen denn Metallstrang geblasen wird. Hierdurch soll der Metallstrang seitlich gestützt werden, während über ein unterhalb der Membran 11 angeordnetes Wasserrohr Kühlwasser auf das austretende Gussstück gerichtet ist.From DE 29 06 261 A1 a method and a device for the direct mold casting of non-ferrous metals is known, in which an axially movable sleeve 4 is arranged in the mold in order to reduce the contact area between the molten metal and the mold inner wall during the casting process. Furthermore, an annular, permeable membrane is arranged in the direct cooling area below the mold, through which compressed air is blown vertically against the metal strand via channels. This is intended to support the metal strand laterally, while cooling water is directed at the emerging casting via a water pipe arranged below the membrane 11 .
Zur Vermeidung einer Berührung zwischen flüssigen Metall und wassergekühlter Kokille wird ein Streifen aus Fiberfrax über den Spalt zwischen Hülse und Kokille gelegt. Ferner werden Steuerungsanordnungen beschrieben, um entweder bei ortsfester Hülse die Kokille anheben und absenken zu können oder bei beweglicher Hülse diese über pneumatisch gesteuerte Kolben- und Zylindermotoren auf die jeweilige Kontaktflächenlänge einstellen zu können. Derartige Vorrichtungen sind kompliziert und wurden bisher nur bei geringen Legierungszusätzen, z. B. bei den 1200-Legierungen, eingesetzt.To avoid contact between liquid metal and water-cooled mold becomes a streak Fiberfrax over the gap between the sleeve and the mold placed. Control arrangements are also described, to either raise the mold with a stationary sleeve and to be able to lower it or with a movable sleeve pneumatically controlled piston and cylinder motors to be able to set the respective contact surface length. Such devices are complicated and have been so far only with low alloy additives, e.g. B. at the 1200 alloys.
Nach wie vor bestehen aber Probleme hinsichtlich der Gießbarkeit von sogenannten schwer gießbaren Legierungen, da hier die Oberflächengüte oftmals nicht ausreichend ist. Dies trifft insbesondere für die Blei-, Zink-, Zinn- und Kupferhaltigen Aluminiumlegierungen zu. Diese haben in letzter Zeit an Bedeutung zugenommen für die Herstellung von Sonderlegierungen und Automatenlegierungen, die bei hoher Schnittgeschwindigkeit eingesetzt werden sollen.But there are still problems with the Castability of so-called difficult-to-cast alloys because here the surface quality is often not sufficient is. This is particularly true for the lead, zinc, tin and copper-containing aluminum alloys. Have this has grown in importance for the Manufacture of special alloys and Automatic alloys that are used at high Cutting speed should be used.
Ein anderes Problem ist die genaue Steuerung des Gasdruckes, der ausschlaggebend dafür ist, ob das Trennmittel die gesamte Oberfläche des Metallstranges erreicht. Bei Druckschwankungen kann es leicht zu Oberflächenfehlern kommen und bei zu hohem Druck besteht die Gefahr, dass Gas über das flüssige Metall entweicht.Another problem is the precise control of the Gas pressure, which is decisive for whether that Release agent the entire surface of the metal strand reached. With pressure fluctuations, it can easily Surface defects come and there is too high pressure the risk of gas escaping through the liquid metal.
Zur Lösung dieses Problems wird in der US-Patentschrift 4 732 209 (Pechiney) vorgeschlagen, einen Graphitring an der Kokilleninnenseite zu verwenden, dessen Porosität so eingestellt ist, dass ein unter Druck stehendes Gas von außen durch die offenen Poren des Graphitmaterials bis an die Innenseite der Kokille gedrückt wird und dort als Trennmittel zwischen der Oberfläche des entstehenden Metall Stranges und der Kokillenlauffläche wirkt. Nach unseren Erfahrungen können aber hiermit nicht die Probleme beim Herstellen von schwergießbaren Legierungen gelöst werden.To solve this problem is in the US patent 4,732,209 (Pechiney) proposed a graphite ring to use the mold inside, its porosity so is set that a pressurized gas from outside through the open pores of the graphite material the inside of the mold is pressed and there as Release agent between the surface of the emerging Metal strands and the mold tread works. To our experience cannot with this Problems in the manufacture of heavy cast alloys be solved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Heißkopfkokille der eingangs genannten Art derart
weiterzuentwickeln, dass damit verschiedene
Legierungstypen, insbesondere auch schwergießbare
Legierungen mit befriedigender Oberflächenqualität
hergestellt werden können. Zur Lösung wird vorgeschlagen,
dass:
The object of the present invention is to further develop a hot-head mold of the type mentioned at the outset in such a way that it can be used to produce various types of alloys, in particular also heavy-alloys with satisfactory surface quality. As a solution, it is proposed that:
- a) dass die Kokille 3 zur Kokillenlauffläche hin einen Funktionsring 5 umschließt, der zusammen mit dem Trennmittelverteiler 2 an den Oberflächen Funktionsflächen mit einstellbaren Rauhigkeiten bildet, wobei in den Trennmittelverteiler 2 radiale Kanäle an der Oberseite und Unterseite eingearbeitet sind,a) that the mold 3 encloses a functional ring 5 towards the mold running surface, which together with the separating agent distributor 2 forms functional surfaces with adjustable roughness on the surfaces, two radial channels being worked into the separating agent distributor on the top and bottom,
- b) dass an der Oberseite 2a des Trennmittelverteilers 2 radiale Gaskanäle für ein unter Druck stehendes Gasmedium angeordnet sind, während an der Unterseite 2b des Trennmittelverteilers 2 radiale Flüssigkeitskanäle ausgebildet sind, die an ein unter Druck stehendes Flüssigkeitsreservoir angeschlossen sind, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Ober- und Unterseite sich verhalten wie 1 : 3-1 : 5,b) that on the top 2 a of the release agent distributor 2 radial gas channels are arranged for a pressurized gas medium, while on the bottom 2 b of the release agent distributor 2 radial liquid channels are formed, which are connected to a pressurized liquid reservoir, the channel cross sections between Top and bottom behave like 1: 3-1: 5,
- c) dass in der Kokille 3 Kühlkanäle angeordnet sind, die bis in den Bereich unterhalb des Trennmittelverteilers 2 und des Funktionsringes 5 reichen zur Wärmeabfuhr im Ringspalt 14 und zur Ausbildung einer in Strangabzugsrichtung auftretenden, vom Gas- und Flüssigkeitsmedium erzeugten Schaumlage 16 undc) that 3 cooling channels are arranged in the mold, which extend into the area below the separating agent distributor 2 and the functional ring 5 for heat dissipation in the annular gap 14 and for the formation of a foam layer 16 and which occurs in the strand withdrawal direction and is generated by the gas and liquid medium
- d) dass der Heißkopf 1a, 1b von einem Außenring 4 zentriert und über einen Klemmring 6 mit der Kokille 3 verspannt wird, wobei der Außenring 4 an der Kokille 3 zum Austausch des Trennmittelverteilers 2 und des Funktionsringes 5 lösbar befestigt ist.d) that the hot head 1 a, 1 b is centered by an outer ring 4 and clamped to the mold 3 via a clamping ring 6 , the outer ring 4 being detachably attached to the mold 3 for exchanging the separating agent distributor 2 and the functional ring 5 .
Gemäß Merkmal a) besteht die Erfindung in der Anwendung eines Funktionsringes 5 mit Funktionsflächen zum Trennmittelverteiler und zur Kokillenlauffläche hin. Die Funktionsflächen bilden Wandseiten mit definierter Rauhigkeit für die durch den Trennmittelverteiler geformten Kanäle, wobei es hier besonders günstig ist, wenn die Funktionsfläche eine Wandseite für den Flüssigkeitsführenden Kanalquerschnitt bildet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass mit einer genau eingestellten Oberflächenrauhigkeit und -temperatur der Funktionsflächen eine definierte Viskositätsänderung des flüssigen Trennmittels zur Erzeugung einer stabilen Schaumlage erreicht werden kann.According to feature a), the invention consists in the use of a functional ring 5 with functional surfaces for the release agent distributor and for the mold running surface. The functional surfaces form wall sides with a defined roughness for the channels formed by the release agent distributor, it being particularly advantageous here if the functional surface forms a wall side for the liquid-carrying channel cross section. It has been shown that with a precisely set surface roughness and temperature of the functional surfaces, a defined change in viscosity of the liquid release agent can be achieved to produce a stable foam layer.
Gemäß Merkmal b) wird der Trennmittelverteiler 2 auf der Oberseite 2a für die Ausbildung von gasführenden Kanälen und auf der Unterseite 2b für ein flüssiges Trennmittel verwendet. Die Kanäle müssen mit sehr hoher Präzision gefertigt werden, was beispielsweise durch Laserbearbeitung oder durch einen chemischen Ätzvorgang erreichbar ist.According to feature b), the release agent distributor 2 is used on the top 2 a for the formation of gas-carrying channels and on the bottom 2 b for a liquid release agent. The channels have to be manufactured with very high precision, which can be achieved, for example, by laser processing or by a chemical etching process.
Dabei kommt es bei dem Trennmittelverteiler auf das Verhältnis der Kanalquerschnitte zur Regelung der Zusammensetzung des Trennmittelgemisches an. Durch Kombination der Merkmale a) und b) kann eine Schaumbildung erreicht werden, die als hochviskoses Trennmittel besonders wirksam ist und insbesondere bei schwer gießbaren Legierungen eine sehr gute Oberflächenqualität ermöglicht.It comes down to that with the release agent distributor Ratio of the channel cross sections for the regulation of the Composition of the release agent mixture. By A combination of features a) and b) can be used Foaming can be achieved as a highly viscous Release agent is particularly effective and in particular difficult to cast alloys a very good one Surface quality enables.
Die Kühlung des Funktionsringes 5 erfolgt gemäß Merkmal c) durch in der Kokille 3 angeordnete Kühlkanäle, die bis in den Bereich des Funktionsringes reichen. In dieser Primärkühlzone wird eine Temperatur für die optimale Wirkung des Trennmittels eingestellt. In der anschließenden Sekundar-Kühlzone ist für eine schnelle Wärmeabfuhr gesorgt, da die Kühlkanäle hier in Strangabzugsrichtung verlaufen und in eine Schlitzsdüse münden. Hier wird der Druck des Kühlmittels abgebaut, so dass sich das Kühlmedium an den Aluminiumstrang anlegt und diesen so weiter abkühlt.The function ring 5 is cooled according to feature c) by cooling channels arranged in the mold 3 , which extend into the area of the function ring. A temperature is set in this primary cooling zone for the optimal action of the release agent. Rapid heat dissipation is ensured in the subsequent secondary cooling zone, since the cooling channels here run in the direction of the strand withdrawal and open into a slot nozzle. Here the pressure of the coolant is reduced so that the cooling medium contacts the aluminum strand and cools it down further.
Gemäß Merkmal d) wird vorgeschlagen, den Heißkopf 1a, 1b durch einen Außenring 4 zu zentrieren und den Außenring 4 über einen Klemmring 6 mit dem Heißkopf 1a, 1b, dem Trennmittelverteiler 2 und der Kokille 3 zu verspannen. Nach Lösen des Klemmringes 6 und des Außenringes 4 können der Trennmittelverteiler 2 und Funktionsring 5 leicht ausgetauscht werden. Damit ist eine Anpassung der für die Schaumbildung verantwortlichen Oberflächen- und Kanalquerschnitte leicht möglich. Dadurch ist es möglich verschiedene Trennmittelverteiler und Funktionsringe je nach gewünschtem Legierungstyp schnell auszuwechseln.According to feature d), it is proposed to center the hot head 1 a, 1 b by an outer ring 4 and to clamp the outer ring 4 via a clamping ring 6 with the hot head 1 a, 1 b, the release agent distributor 2 and the mold 3 . After loosening the clamping ring 6 and the outer ring 4 , the release agent distributor 2 and the functional ring 5 can be easily replaced. This makes it easy to adapt the surface and channel cross sections responsible for foam formation. This makes it possible to quickly replace different release agent distributors and functional rings depending on the desired alloy type.
Ferner ist es gemäß Anspruch 5 vorteilhaft, wenn für den Funktionsring 5 eine definierte, geschlossene Porosität und eine spezifische Dichte innerhalb enger Grenzen gewählt wird. Zusätzliche Verbesserungen in der Stabilität des Trennmittelschaums konnten durch weitere Versuche erzielt werden, wobei eine Kühlung des Funktionsringes 5 vorgenommen wurde, um die Viscositätseigenschaften an den Funktionsflächen konstant zu halten. Aufbau und Wirkungsweise der Funktionsflächen und der Kühlung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.Furthermore, it is advantageous according to claim 5 if a defined, closed porosity and a specific density are selected within narrow limits for the functional ring 5 . Additional improvements in the stability of the release agent foam could be achieved by further tests, wherein the functional ring 5 was cooled in order to keep the viscosity properties on the functional surfaces constant. The structure and mode of operation of the functional surfaces and the cooling is explained in more detail in the following exemplary embodiments.
Gemäß Anspruch 6 kommt es für den Luftanteil im Trennmittelschaum auch auf die Querschnittform der radialen Kanäle des Trennmittelverteilers und auf das Flächenverhältnis der Kanäle zur Ausbildung eines gleichmäßig über den Umfang verteilten Trennmittelschaumes an. Unter diesen Verhältnissen wird das Trennmittel besonders feinzellig und damit tragfähig ausgebildet, sodass die flüssige Komponente des Trennmittels reduziert werden kann.According to claim 6, it comes for the air content in the Release agent foam also on the cross-sectional shape of the radial channels of the release agent distributor and on the Area ratio of the channels to form a evenly distributed over the circumference Release agent foam. Under these circumstances the release agent is particularly fine-celled and therefore stable trained so that the liquid component of the Release agent can be reduced.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following, the invention is explained using several Exemplary embodiments explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Heißkopfkokille in Explosions-Darstellung Fig. 1 General view of a hot head mold according to the invention in an exploded view
Fig. 2 Darstellung der erfindungsgemäßen
Heißkopfkokille beim Stranggießen (Prinzipbild)
In der Gesamtdarstellung nach Fig. 1 sind folgende
Systemteile der erfindungsgemäßen Heißkopfkokille angegeben,
die ineinander gefügt sind:
1a Heißkopf
1b Heißkopf
2 Trennmittelverteiler
2a Oberseite
2b Unterseite
3 Kokille
3a Oberfläche
4 Außenring
5 Funktionsring
6 Klemmring
7 Aktivatorring
8 Bodenteil
9 Druckblech
10 Metallstrang
11 Ringspalt
12 Trennmittelschaum
13 -
14 Ringspalt
15 Kühlkanäle
16 Schaumlage
Fig. 2 Representation of the hot-head mold according to the invention during continuous casting (schematic diagram) The overall system according to Fig. 1 shows the following system parts of the hot-head mold according to the invention, which are joined together: 1 a hot head
1 b hot head
2 release agent distributors
2 a top
2 b bottom
3 mold
3 a surface
4 outer ring
5 functional ring
6 clamping ring
7 activator ring
8 bottom part
9 pressure plate
10 metal strands
11 annular gap
12 release agent foam
13 -
14 annular gap
15 cooling channels
16 foam layer
Wie aus den Patentansprüchen hervorgeht ist die Ausbildung bestimmter Funktionsflächen von entscheidender Bedeutung für die Bildung eines stabilen Trennmittelschaums. Die Funktionsflächen befinden sich oberhalb und unterhalb desAs can be seen from the patent claims, the training is certain functional areas crucial for the formation of a stable release agent foam. The Functional areas are located above and below the
Claims (8)
- a) dass die Kokille (3) zur Kokillenlauffläche hin einen Funktionsring (5) umschließt, der zusammen mit dem Trenn mittelverteiler (2) an den Oberflächen Funktionsflächen mit einstellbaren Rauhigkeiten bildet, wobei in den Trenn mittelverteiler radiale Kanäle an der Oberseite und Unter seite eingearbeitet sind,
- b) dass an der Oberseite (2a) des Trennmittelverteilers (2) radiale Gaskanäle für ein unter Druck stehendes Gasmedium angeordnet sind während an der Unterseite (2b) des Trenn mittelverteilers (2,) radiale Flüssigkeitskanäle ausgebil det sind, die an ein unter Druck stehendes Flüssigkeitsre servoir angeschlossen sind, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Ober- und Unterseite sich verhalten wie 1 : 3-1 : 5
- c) dass in der Kokille (3) Kühlkanäle (15) angeordnet sind, die bis in den Bereich unterhalb des Trennmittelverteilers (2) und des Funktionsringes (5) reichen zur Wärmeabfuhr im Ringspalt (14) und zur Ausbildung einer in Strangabzug richtung auftretenden, vom Gas- und Flüssigkeitsmedium er zeugten Schaumlage (16)
- d) und dass der Heißkopf (1a, 1b) von einem Außenring (4) zentriert und über einen Klemmring (6) mit der Kokille (3) verspannt wird, wobei der Außenring (4) an der Kokille (3) zum Austausch des Trennmittelverteilers (2) und des Funk tionsringes (5) lösbar befestigt ist,
- a) that the mold ( 3 ) encloses a functional ring ( 5 ) towards the mold running surface, which, together with the separating medium distributor ( 2 ), forms functional surfaces with adjustable roughness on the surfaces, radial channels being worked into the separating medium distributor on the top and bottom are,
- b) that on the top ( 2 a) of the release agent distributor ( 2 ) radial gas channels for a pressurized gas medium are arranged while on the underside ( 2 b) of the release agent distributor ( 2 ,) radial liquid channels are formed, which are connected to an under Pressurized liquid reservoir are connected, the channel cross-sections between the top and bottom behave like 1: 3-1: 5
- c) that cooling channels ( 15 ) are arranged in the mold ( 3 ), which extend into the area below the separating agent distributor ( 2 ) and the functional ring ( 5 ) for heat dissipation in the annular gap ( 14 ) and for the formation of a direction occurring in the strand withdrawal, from the gas and liquid medium he generated foam layer ( 16 )
- d) and that the hot head ( 1 a, 1 b) is centered by an outer ring ( 4 ) and clamped to the mold ( 3 ) via a clamping ring ( 6 ), the outer ring ( 4 ) on the mold ( 3 ) for exchange the release agent distributor ( 2 ) and the func tion ring ( 5 ) is detachably fastened,
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