DE19581547C2

DE19581547C2 - Stranggießverfahren für Knüppel und Gießform dafür

Info

Publication number: DE19581547C2
Application number: DE19581547T
Authority: DE
Inventors: Masatsugu Uehara; Toshiki Sato; Teruo Fujinaga; Kazutoki Nakao
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: TW290484B; MY115456A; US6024162A; KR970701111A; KR100253135B1; CN1077818C; DE19581547T1; US6112805A; CN1142207A; WO1996020054A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Stranggießverfahren, insbesondere für einen Vierkant mit geringerer Rhomboidizitätsverformung oder einen Rundknüppel mit Seitenbegrenzungsverformung, sowie eine Gieß form, die für das Verfahren verwendet wird.

Zum Stranggießen eines Knüppels wird gemäß Fig. 18 ein schmelzflüssiger Stahl 51 in eine Gießform 50, die einen im wesentlichen quadratischen Innenquerschnitt hat und nach oben und unten schwingt, aus einer Zwischenpfanne oberhalb der Gießform eingeleitet, und eine erstarrte Schale 52 bildet sich an der Innenfläche der Gießform, während Wärme von den Seiten flächen der Gießform 50 absorbiert wird, die wassergekühlt ist. Anschließend wird die erstarrte Schale 52 allmählich ab gezogen, und der schmelzflüssige Stahl 51 erstarrt allmählich auch am Kernabschnitt, um einen Knüppel zu bilden.

Zur Schmierung zwischen der Innenfläche der Gießform und der erstarrten Schale wird (als Beispiel für ein Schmiermit tel) Rapsöl nach und nach von oberhalb der Gießform 50 einge leitet und verkohlt anschließend, um ein Schmiermittel zu erhalten.

Wird jedoch der Knüppel mit hoher Geschwindigkeit (z. B. 3 m/min) gegossen, tritt eine Differenz im Erstarrungsschwund auf, da der Spalt zwischen der erstarrten Schale 52 um die vier Außenbegrenzungsflächen des Knüppels und der Gießform 50 nicht gleichmäßig ist, und der Querschnitt des Produkts wird ein Rhomboid. Bei einem Rundknüppel kommt es zu einer Seiten begrenzungsverformung, z. B. einem ovalen Querschnitt des Produkts oder dem Auftreten einer Aussparung. Aus diesem Grund erfolgte das Stranggießverfahren des Knüppels nach dem Stand der Technik in einem zulässigen Geschwindigkeitsbe reich, in dem diese Rhomboidizität, d. h., die Rhomboidver formung, nicht auftritt, und die Probleme relativ geringer Gießgeschwindigkeit und geringer Produktivität sind bisher noch ungelöst.

Für das Stranggießen von Brammen mit rechtwinkligem Querschnitt schlägt andererseits die JP 57-11735 B2 eine Gieß form zum Stranggießen vor, die Längsrisse einer Brannte und solche Schäden wie Schlackenangriff verhindern soll, indem gleichmäßig eine große Anzahl von Aussparungen mit höchstens 2,5 mm Breite oder Durchmesser an einem Teil der Innenfläche oder der gesamten Innenfläche der Gießform angeordnet sind. Festgestellt wurde, daß bei Anwendung dieser Technologie auf das Stranggießen von Knüppeln die ausgesparten Abschnitte allmählich mit Kohlepulver als Schmiermittel gefüllt werden, da der Durchmesser der ausgesparten Abschnitte höchstens 2,5 mm beträgt, und ein stabiles Gießen nicht erfolgen kann.

Die DE 28 56 427 A1 betrifft eine Kokille zum Gießen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die einen Luftabtransport von der Oberfläche der Kokille dadurch bewirkt, daß Unebenheiten auf der Innenfläche der Kokille vorgesehen sind. Die Abkühlung wird dadurch beschleunigt, daß das geschmolzene Metall mit der unebenen Kokillenoberfläche in Berührung ist bzw. Gaseinschlüsse vermieden werden. Der Abstand benachbarter Rauhigkeitsspitzen beträgt 0,05 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm. Die Unebenheiten werden durch Foto-Ätzen hergestellt.

Vor dem vorstehend beschriebenen technischen Hintergrund zielt die Erfindung darauf ab, ein Stranggießverfahren für ei nen Knüppel bzw. Block oder Barren, mit dem ein stabiles Gießen bei hoher Geschwin digkeit erfolgen kann, ohne durch Stranggießen erzeugte Rhom boidizität im Knüppel zu verursachen, sowie eine Gießform be reitzustellen, die für dieses Verfahren verwendet wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1(a) ist ein Diagramm der Beziehung zwischen Wärme stromdichtendifferenz zwischen Oberflächen eines Knüppels und Rhomboidizität, und Fig. 1(b) ist eine Ansicht der Rhomboidi zität eines Knüppels.

Fig. 2 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen mittlerer Luftspalttiefe und Wärmestromdichte.

Fig. 3 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen Quernut- oder Einsenkungstiefe und Wärmestromdichte.

Fig. 4(a) ist ein Diagramm der Beziehung zwischen Ab stand vom Gießspiegel und Wärmestromdichte, Fig. 4(b) eine Ansicht eines Erstarrungsschwundprofils gemäß dem Stand der Technik und Fig. 4(c) gemäß der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen Anfangs position der Nuten- oder Einsenkungsausbildung und Häufig keitsverhältnis von Oberflächenfehlern.

Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht eines aussparungs bildenden Abschnitts der Formoberfläche.

Fig. 7 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen mittlerer Luftspalttiefe und Rhomboidizitätswinkel.

Fig. 8 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen Nuten- oder Einsenkungsdurchmesser und Rhomboidizitätswinkel.

Fig. 9(a) ist eine erläuternde Ansicht einer Formschwin gung, und Fig. 9(b) eine Ansicht der Schwingung.

Fig. 10 ist eine Querschnittansicht einer zum Stranggie ßen eines Knüppels verwendeten Gießform gemäß einem Beispiel der Erfindung.

Fig. 11 ist eine teilweise Perspektivansicht von Fig. 10.

Fig. 12 ist eine teilweise Detailansicht von Fig. 10.

Fig. 13 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 10.

Fig. 14 ist ein Diagramm von Oberflächentemperaturdiffe renzen einer Gießform gemäß der Erfindung und dem Stand der Technik.

Fig. 15 ist ein Diagramm einer Eckentemperaturdifferenz einer Gießform gemäß einem Beispiel der Erfindung und dem Stand der Technik.

Fig. 16(a) ist eine Ansicht runder Einsenkungen, Fig. 16(b) winkliger Einsenkungen und Fig. 16(c) sechseckiger Ein senkungen.

Fig. 17 ist eine erläuternde Ansicht eines nutzbaren Be reichs einer Gießform gemäß einem Beispiel der Erfindung und dem Stand der Technik.

Fig. 18 ist eine erläuternde Ansicht einer Gießform gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 19 (a) ist eine Perspektivansicht einer Rundgießform gemäß einem Beispiel der Erfindung, und Fig. 19(b) eine er läuternde Ansicht eines Aussparungsabschnitts auf der Form oberfläche in auseinandergezogenen Einzelheiten.

Fig. 20 ist ein Diagramm von Oberflächentemperaturdiffe renz einer Gießform gemäß einem Beispiel der Erfindung und dem Stand der Technik.

Fig. 21 ist eine erläuternde Ansicht eines nutzbaren Be reichs einer Gießform gemäß einem Beispiel der Erfindung und dem Stand der Technik.

In der Gießform zum Stranggießen eines Knüppels gemäß der Erfindung sind die Aussparungsabschnitte mit mindestens einer Quernut oder einer großen Anzahl von Einsenkungen im wesent lichen gleichmäßig an der Innenfläche der Gießform angeordnet. Daher bilden sich zwangsläufig Spalte zwischen dem Knüppel und der Gießform. Da die Innenfläche der Gießform so verjüngt ist, daß sich ihr Innenflächenabstand zunehmend nach unten verringert, läßt sich eine Exzentrizität des Knüppels in der Gießform verhindern. Da ferner die Wärmestromdichte im wesent lichen gleichmäßig verringert wird, kommt nur eine spezifi sche Oberfläche der erstarrten Schale nicht in enge Berührung mit der Gießform und wird folglich abgekühlt. Dadurch schwin det die erstarrte Schale im wesentlichen gleichmäßig, und ein Knüppel mit geringerer Rhomboidizität kann auch dann herge stellt werden, wenn mit hoher Geschwindigkeit gegossen wird. Nachstehend werden die technischen Merkmale der Erfindung nä her beschrieben.

Die Wärmestromdichte, die vom schmelzflüssigem Metall zur Gießform geführt wird, ist an Positionen unterhalb der tiefsten Position eines Gießspiegels innerhalb eines Bereichs von 200 mm von der tiefsten Gießspiegelposition am größten. Hauptsächlich hängt die Größe dieser Wärmestromdichte von den Luftspalten zwischen der erstarrten Schale und der Gießform ab, wobei die Beziehung in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei den herkömmlichen Knüppelgießverfahren kommt es zur Exzentrizität im Knüppel infolge des Spalts zwischen dem Knüppel und der Innenfläche der Gießform, so daß der Luftspalt zwischen der Gießform und der erstarrten Schale zwischen den Knüppeloberflächen ungleichmäßig wird, und es tritt eine Dif ferenz ΔQ₁ in der Wärmestromdichte zwischen den Knüppelober flächen auf. Dadurch entsteht eine Unausgeglichenheit im Er starrungsschwund an der Knüppelseitenfläche, und im Produkt tritt Rhomboidizität auf. Fig. 1 ist ein Diagramm der Bezie hung zwischen der Differenz der Wärmestromdichte zwischen Oberflächen eines Knüppels und der Rhomboidizität, und Fig. 1(b) ist eine Ansicht der Rhomboidizität eines Knüppels. Fig. 1(a) zeigt das Ergebnis einer experimentellen Bestimmung der Beziehung zwischen der Wärmestromdichtendifferenz der Knüp peloberfläche und der Rhomboidizität; und um die Rhomboidizi tät im Bereich von 3° zu halten, zeigt das Diagramm, daß die Beziehung ΔQ ≦ 1.000.000 kcal/m² h erfüllt sein muß. Bei einem Rundknüppel entspricht dies einer Seitenbegrenzungsverformung im Bereich von 3%.

Daher kommen die folgenden Möglichkeiten zur Verringe rung der Differenz ΔQ der Wärmestromdichte zum Einsatz:

1. Erstens sind die Luftspaltabschnitte (Aussparungsab schnitte) mit vorbestimmter Tiefe gleichmäßig unterhalb des Gießspiegels angeordnet, um die Wärmestromdichte von z. B. 4.000.000 kcal/m² h auf 3.000.000 kcal/m² h zu verringern.
2. Die Formverjüngung ist auf eine Verjüngung mit ge eignetem Wert eingestellt, um den Spalt zwischen dem Knüppel und der Gießform zu verringern (z. B. zum Verringern der mitt leren Luftspaltdifferenz Δd₁ von 20 µm auf 10 µm).

Bei kombinierter Verwendung dieser Möglichkeiten (1) und (2) läßt sich die Differenz der Wärmestromdichte zwischen den Oberflächen des Knüppels verringern. Folglich wird der Knüp pel durch die Gießform gleichmäßig abgekühlt. Dadurch können Knüppel mit weniger Fehlern auch bei hoher Gießgeschwindig keit hergestellt werden (z. B. 3,4 m/min).

Ferner wurde in der Untersuchung durch die Erfinder festgestellt, das ein allmählicher Abkühlungseffekt infolge eines künstlichen Luftspaltabschnitts (Aussparungsabschnitts) die Differenz der Wärmestromdichte ausreichend verringert, die Differenz der Wärmestromdichte aber nicht reduziert wer den kann, wenn die Exzentrizität des Gießstücks (Knüppels) groß ist. Daher ist in der Erfindung bevorzugt, die Formver jüngung zu optimieren.

Der allmähliche Abkühlungseffekt durch den Luftspaltab schnitt des Nutenabschnitts ändert sich je nach Aussparungs flächenverhältnis und Nutentiefe gemäß Fig. 3. Wirksam zur Rhomboidizitätsverhinderung ist ein Aussparungsflächenver hältnis von etwa 2 bis etwa 84%. Liegt dieses Aussparungs flächenverhältnis unter 2%, wird die Wärmestromdichte so groß, daß die Temperaturdifferenz der Innenfläche der Gießform wie beim bekannten Ansatz groß wird. Übersteigt es 84%, ver ringert sich der Berührungsabschnitt der erstarrten Schale mit der Gießform, was zu größerem Verschleiß an der Innenflä che der Gießform und kürzerer Standzeit führt.

Im Zusammenhang mit der Nutentiefe wird der Grad der allmählichen Abkühlung bei einer Tiefe von mindestens 0,1 bis 0,2 mm für ein Aussparungsflächenverhältnis von mehreren Dut zend Prozent im wesentlichen konstant. Daher kann kein we sentlicher Effekt erreicht werden, wenn die Nutentiefe über diesen Wert hinaus erhöht wird. Im folgenden wird die Wär mestromdichte der Gießform gemäß der Erfindung und dem Stand der Technik erläutert.

Bei den herkömmlichen Stranggießverfahren fällt die Wär mestromdichte drastisch an Posi tionen unterhalb des Gießspiegels ab, während beim erfin dungsgemäßen Stranggießverfahren die Wärmestromdichte von 4 × 10⁶ auf 3 × 10⁶ kcal/m² h infolge der Quernuten mit einem Aus sparungsflächenverhältnis von z. B. 50% und einer Tiefe von 0,2 mm gemäß Fig. 3 abfällt und einen im wesentlichen kon stanten Wert erreicht, der durch eine Strichlinie a auf der linken Seite von Fig. 4(a) dargestellt ist. Während gemäß dem in Fig. 4(b) gezeigten Stand der Technik das Schwundprofil der erstarrten Schale eine komplizierte Kurve entsprechend der drastischen Wärmestromdichtenänderung hat, kann das Schwundprofil erfindungsgemäß einer einfachen Geraden gemäß Fig. 4(c) stark angenähert werden. In der Erfindung sinkt auch der Erstarrungsschwund mit abnehmender Wärmestromdichte infolge des Luftspalts des Nutenabschnitts, wodurch der Spalt (Luftspalt) zwischen Erstarrungsschale und Gießform klein wird. Folglich läßt sich der Spalt zwischen Knüppel und Gieß form leicht verringern, und die Exzentrizität des Gießstücks (Knüppels) kann minimiert werden, indem der Gießforminnenflä che die Form einer geradlinigen Verjüngung mit geeignetem Winkel verliehen wird. (z. B. 0,3 bis 1,2%/m).

Mindestens eine Nut oder eine große Anzahl von Einsen kungen als Ausbildung der vorstehend beschriebenen Ausspa rungsabschnitte sind innerhalb eines Abstands von 200 mm von der untersten Position des sich auf- und abwärts bewegenden Gießspiegels im stabilen Betriebszustand ausgebildet. Die er starrte Schale bildet sich an diesem Abschnitt, und das schmelzflüssige Metall und die Aussparungsabschnitte kommen über diese erstarrte Schale miteinander in Berührung. Somit dringt kein schmelzflüssiges Metall ein, und ausreichend breitere Nuten oder Einsenkungen mit ausreichend größeren Durchmessern als die Aussparungen nach dem Stand der Technik können ausgebildet werden. Als Folge läßt sich auch Verstop fung infolge der Verwendung von Kohlepulver als Schmiermittel ausschließen. Fig. 5 zeigt praktische Betriebsdaten. Der vor stehend beschriebene Luftspaltabschnitt ist vorzugsweise an einer Position gebildet, die sich etwa 15 mm (und bevorzugt etwa 20 mm) unterhalb des Gießspiegels befindet und 200 mm nicht übersteigt. Auf diese Weise lassen sich solche Gießfeh ler wie Doppelschalen und Ausbrüche ausschließen, und die Gießgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden. Ist im übrigen der Aussparungsabschnitt mehr als 200 mm vom Gießspiegel ent fernt, ist die Wirkung zur Rhomboidizitätsverhinderung kaum gegeben, da die Dicke der erstarrten Schale zu groß ist. Fer ner fallen bei einer Rundgußform die eine Seitenbegrenzungs verformung verhindernden Effekte ebenfalls nahezu weg. Natür lich kann die Erfindung auf Pulvergießen unter Verwendung ei nes Pulvers als Schmiermittel angewendet werden.

Insbesondere sind bei der zum Stranggießen des Knüppels gemäß der Erfindung verwendeten Gießform die Quernuten (Schlitze) mit einer mittleren Luftspalttiefe (Aussparungs tiefe) von mindestens 20 µm an der Innenfläche der Gießform ausgebildet. Grund dafür ist, daß der Rhomboidizitätswinkel 3 Grad übersteigt, wenn die mittlere Luftspalttiefe (Ausspa rungstiefe) kleiner als 20 µm ist, was aus den Daten in Fig. 7 hervorgeht. Beträgt übrigens die Tiefe der Quernut minde stens 0,1 mm, wird die Wärmestromdichte stabil und die Rhom boidizität sinkt unter 1 Grad, so daß der Betrieb vorzugs weise unter dieser Bedingung durchgeführt wird.

Die Breite (W) der Quernut ist durch die vorgenannte Formel (1) festgelegt. Ist die Breite kleiner als 3 mm, füllt gemäß der vorstehenden Beschreibung Kohlepulver als Schmier mittel die Quernut im stabilen Betrieb, so daß die Quernut nicht mehr existiert, der Rhomboidizitätswinkel größer als 3 Grad gemäß Fig. 8 wird, und das Produkt ein fehlerhaftes Pro dukt wird. Fig. 9(a) ist eine erläuternde Ansicht einer Form schwingung, und Fig. 9(b) ist eine Ansicht der Schwingung. Da in diesen Darstellungen die Gießform 10 in die senkrechte Richtung gemäß Fig. 10 in Schwingung versetzt wird, bewegt sich der Abschnitt der Quernut 11 nach oben und unten, und die Breite (x), bei der die Quernut stets gebildet ist, wird (W - 2a). Ist die auf der Innenfläche der Gießform 10 gebil dete Quernut 11 breit, wird die erstarrte Schale 13 durch das in die erstarrte Schale 13 eingeleitete schmelzflüssige Me tall 12 in die Nut gedrückt, und es treten Fehler im Produkt auf. Übersteigt gemäß Fig. 8 der durch Subtrahieren des Schwingungshubs (a) erhaltene Rest 10 mm, wird der Rhomboidi zitätswinkel größer als 3 Grad. Wird daher die Breite gemäß Formel (1) bestimmt, kann ein Knüppel mit einem Rhomboidizi tätswinkel von höchstens 3 Grad stranggegossen werden. Bei einer Rundgießform entspricht dies einem Abweichungsgrad von einem vollkommenen Kreis von höchstens 3%.

In der Gießform zum Stranggießen eines Knüppels gemäß der Erfindung kann auch eine große Anzahl von Einsenkungen, die eine mittlere Aussparungstiefe von mindestens 20 µm haben und deren Durchmesser (D) die vorgenannte Formel (2) erfüllt, an Positionen unterhalb der untersten Position des Gießspiegels im stabilen Betriebszustand und innerhalb eines Abstands von 200 mm gebildet sein. Dieser Zahlenwert ist aus dem gleichen Grund wie im vorgenannten Fall eingeschränkt.

Als nächstes wird der Fall untersucht, in dem der Aus sparungsabschnitt durch eine Längsnut gebildet ist. Da die Längsnut durchgehend an der Innenfläche der Gießform in Vor wärtsrichtung der erstarrten Schale gebildet ist, dringt die durch das schmelzflüssige Metall gedrückte Schale in die Nut ein, wodurch sich die Nut auf die Oberfläche des Knüppels überträgt. Dadurch verschlechtern sich die Oberflächeneigen schaften extrem, und Produktfehler, z. B. Oberflächenrisse des Knüppels oder dessen Bruch beim Walzen, treten leicht auf. Außerdem kommt es zum Problem von Ausbrüchen infolge ei nes in der Erstarrung verzögerten Abschnitts entsprechend der Längsnut unterhalb der Form beim Gießen mit hoher Geschwin digkeit.

Da andererseits der Aussparungsabschnitt die Quernut oder die Einsenkungen aufweist, werden deren Formen nicht auf die Knüppeloberfläche übertragen, und es kommt nicht zu den vorstehend beschriebenen Fehlern.

BEISPIELE Beispiel 1

Im folgenden wird die Erfindung näher anhand der beige fügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer Gießform, die zum Stranggießen eines Knüppels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, Fig. 11 eine teilweise Perspektiv ansicht von Fig. 10, Fig. 12 eine teilweise Detailansicht von Fig. 10 und Fig. 13 eine teilweise erläuternde Ansicht von Fig. 10 in aufgelösten Einzelheiten. Fig. 14 ist ein Diagramm der Oberflächentemperaturdifferenz einer Gießform gemäß der Erfindung und dem Stand der Technik, Fig. 15 ein Diagramm der Eckentemperaturdifferenz einer Gießform gemäß einem Beispiel der Erfindung und dem Stand der Technik, Fig. 16(a) eine An sicht runder Einsenkungen, Fig. 16(b) winkliger Einsenkungen und Fig. 16(c) sechseckiger Einsenkungen. Fig. 17 ist eine erläuternde Ansicht der nutzbaren Bereiche der Gießform gemäß der Erfindung und der Gießform gemäß dem Stand der Technik.

Wie in Fig. 10 bis 12 dargestellt ist, beträgt die Form verjüngung der Gießform 15 zum Stranggießen eines Knüppels ge mäß einer Ausführungsform der Erfindung 0,6%/m, und ihre obere Innenbegrenzung hat die Form eines Quadrats mit 133 mm Seitenlänge. Der Abstand h vom oberen Ende der Gießform 15 bis zur untersten Position M des sich im stabilen Zustand bilden den Gießspiegels (nachstehend lediglich als "Gießspiegel" be zeichnet) beträgt etwa 100 mm.

Aussparungsabschnitte 17 sind durch Anordnen von vier äquivalent angeordneten Quernuten 16 mit jeweils einer Breite δ (= 12 mm), einer Länge K (= 70 mm) und einer Tiefe d (= 1 mm) mit einer Teilung p (= 25 mm) an Positionen in einem Abstand g (= 20 mm) vom Gießspiegel M ausgebildet (siehe Fig. 13). Vierkantknüppel mit 130 mm Seitenlänge wurden durch Stranggießen schmelzflüssiger Stähle mit den in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten und Eigenschaften unter Verwendung dieser Gießform 15 hergestellt.

Tabelle 1

Fig. 14 und 15 zeigen die Meßergebnisse der Temperatur differenz (Maximaltemperatur - Minimaltemperatur) an den Mit tel- und Eckenabschnitten des Kupferblechs der Form an einer Position in einem Abstand von etwa 150 mm vom oberen Ende der Gießform 15 im Vergleich zum Wert der Gießform gemäß dem Stand der Technik (d. h., der Gießform ohne die Aussparungsab schnitte). Deutlich wird, daß die Ausführungsform der Erfin dung eine kleinere Temperaturdifferenz als die Gießform nach dem Stand der Technik hatte. Folglich verringerte sich die Differenz des Spalts zwischen der Gießform 15 und der erstarr ten Schale 18 gemäß Fig. 14 und 15, eine ungleichmäßige Ab kühlung an der Begrenzungsfläche der erstarrten Schale 18 konnte gemildert werden, und die Rhomboidizität des Knüppels wurde klein (höchstens 1 Grad).

Da die erstarrte Schale ausreichend am Aussparungsab schnitt 17 ausgebildet war, drang die erstarrte Schale 18 auch dann nicht in die Quernut 16 ein, wenn sie durch den schmelzflüssigen Stahl 19 gedrückt wurde, und auch bei lang zeitiger Verwendung der Gießform 15 trat keine Verstopfung durch die Carbide des Rapsöls als Beispiel für das Schmier mittel auf, das von oberhalb der Gießform 15 eingeleitet wurde.

Tabelle 2 zeigt die Rhomboidizitätsgrade der Knüppel, die durch Ändern der Nutentiefe (d), des Aussparungsflächen verhältnisses, der Nutenbreite (δ), der Bankbreite (A) und der Nutenteilung (p) auf verschiedene Weise hergestellt wur den, und in allen Fällen war der Rhomboidizitätsgrad zufrie denstellend.

Tabelle 2

Fig. 16(a) bis 16(c) zeigen die Art der Ausbildung des Aussparungsabschnitts in der Gießform gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 16(a) zeigt eine große Anzahl runder Einsenkungen 21, Fig. 16(b) eine große Anzahl quadratischer Einsenkungen 22 und Fig. 16(c) eine große An zahl sechseckiger Einsenkungen 23. In all diesen Fällen be trägt die mittlere Aussparungstiefe (ein Mittelwert des Bank abschnitts und der Nuten- oder Einsenkungstiefe) etwa 0,1 bis etwa 0,5 mm, die Nutenbreite oder der Einsenkungsdurchmesser mindestens 3 mm und höchstens (Schwingungsamplitude) × 2 + 10 mm und das mittlere Flächenverhältnis der Nuten oder Aus sparungen 15 bis 80%. Bei Einhaltung dieser Bereiche betrug die Rhomboidizität der hergestellten Knüppel auch bei einer Gießgeschwindigkeit von etwa 3 m/min höchstens 1 Grad.

Fig. 17 vergleicht den Fall, in dem die Knüppel mit der Gießformen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform herge stellt wurden, mit dem Fall, in dem die Knüppel mit der Gieß form nach dem Stand der Technik hergestellt wurden. Anhand der Schraffurlinien wird deutlich, daß die Rhomboidizität höchstens 1 Grad auch innerhalb des Bereichs hoher Gießge schwindigkeit betrug, wenn die Gießform gemäß der Ausführungs form der Erfindung verwendet wurde.

Im übrigen ist die geradlinige Verjüngung in der vorste hend beschriebenen Ausführungsform nur einstufig, wobei je doch die Erfindung auch auf eine zweistufige Verjüngung, eine mehrstufige Verjüngung oder eine parabolische Verjüngung an gewendet werden kann.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Anwendung der Erfindung auf das Stranggießen eines Rundknüppels. Fig. 19 ist eine erläuternde Ansicht eines in der Gießform ausge bildeten Aussparungsabschnitts in aufgelösten Einzelheiten.

Gemäß Fig. 19 beträgt die Formverjüngung der Gießform 15 zum Stranggießen eines Rundknüppels gemäß einer Ausführungs form der Erfindung 0,6%/m, und ihre obere Innenbegrenzung hat die Form eines Kreises mit 133 mm Durchmesser. Der Ab stand h vom oberen Ende der Gießform 15 zur untersten Position des im stabilen Zustand gebildeten Gießspiegels (im folgenden lediglich als "Gießspiegel" bezeichnet) beträgt etwa 100 mm.

Aussparungsabschnitte 17 sind durch Anordnung von drei im wesentlichen zickzackförmigen Quernuten 16 mit jeweils ei ner Breite δ (= 12 mm), einer Länge L (= 100 mm) und einer Tiefe d (= 1 mm) mit einer Teilung p (= 25 mm) an Positionen mit einem Abstand g (= 20 mm) vom Gießspiegel M ausgebildet (siehe Fig. 19). Rundknüppel mit einem Durchmesser von etwa 130 mm wurden durch Stranggießen schmelzflüssiger Stähle mit den in Tabelle 3 aufgeführten Komponenten und Eigenschaften unter Verwendung dieser Gießform 15 hergestellt.

Tabelle 3

Im übrigen ist der Abweichungsgrad von einem vollkomme nen Kreis bzw. Kreisvollkommenheitsgrad (%) durch die nach folgende Formel festgelegt, worin der maximale Durchmesser des Kreises D_max und sein minimaler Durchmesser D_min sind.

Kreisvollkommenheitsgrad = 200 × (D_max - D_min)/(D_max + D_min)

Fig. 20 zeigt die Meßergebnisse der Temperaturdifferenz der Oberfläche (Maximaltemperatur - Minimaltemperatur) am Mittelabschnitt des Kupferblechs der Form an einer Position in einem Abstand von etwa 150 mm vom oberen Ende der Gießform 15 im Vergleich zum Wert der Gießform gemäß dem Stand der Technik (d. h., der Gießform ohne die Aussparungsabschnitte). Deutlich wird, daß die Ausführungsform der Erfindung eine kleinere Temperaturdifferenz als die Gießform nach dem Stand der Technik hatte. Folglich verringerte sich die Differenz des Spalts zwischen der Gießform und der erstarrten Schale ge mäß Fig. 20, eine ungleichmäßige Abkühlung der Begrenzungs fläche der erstarrten Schale konnte gemildert werden, und der Kreisvollkommenheitsgrad des Rundknüppels wurde klein (höchstens 1 Grad).

Da die erstarrte Schale ausreichend an Aussparungsab schnitt ausgebildet war, drang die erstarrte Schale auch dann nicht in die Quernut ein, wenn sie durch den schmelzflüssigen Stahl gedrückt wurde, und auch bei langzeitiger Verwendung der Gießform trat keine Verstopfung durch die Carbide des Rapsöls als Beispiel für das Schmiermittel auf, das von ober halb der Gießform eingeleitet wurde.

Tabelle 4 zeigt die Kreisvollkommenheitsgrade der Rund knüppel, die durch Ändern der Nutentiefe (d), des Ausspa rungsflächenverhältnisses, der Nutenbreite (δ), der Bank breite (A) und der Nutenteilung (p) auf verschiedene Weise hergestellt wurden, und in allen Fällen war der Kreisvollkom menheitsgrad zufriedenstellend.

Tabelle 4

Fig. 21 vergleicht den Fall, in dem die Rundknüppel mit den Gießformen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hergestellt wurden, mit dem Fall, in dem die Rundknüppel mit der Gießform nach dem Stand der Technik hergestellt wurden. Anhand der Schraffurlinien wird deutlich, daß der Kreisvoll kommenheitsgrad höchstens 1 Grad auch innerhalb des Bereichs hoher Gießgeschwindigkeit betrug, wenn die Gießform gemäß der Ausführungsform der Erfindung verwendet wurde.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Anwendung der Erfindung auf eine Gießform mit einer zweistufigen gerad linigen Verjüngung. Die Formverjüngungen der Gießform zum Stranggießen eines Knüppels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betrugen 1,5%/m in der ersten Stufe und 0,6%/m in der zweiten Stufe. In diesem Beispiel glichen andere Gießbe dingungen denen von Beispiel 1. Vierkantknüppel mit 130 mm Seitenlänge von wurden in diesem Beispiel durch Stranggießen schmelzflüssiger Stähle mit den in Tabelle 5 auf geführten Komponenten und Eigenschaften hergestellt.

Tabelle 5

Da die erstarrte Schale ausreichend auch am Aussparungs abschnitt gebildet war, drang die erstarrte Schale auch dann nicht in die Quernut ein, wenn sie durch den schmelzflüssigen Stahl gedrückt wurde, und auch bei langzeitiger Verwendung der Gießform trat keine Verstopfung durch die Carbide des Rapsöls als Beispiel für das Schmiermittel auf, das von ober halb der Gießform eingeleitet wurde.

Tabelle 6 zeigt die Rhomboidizitätsgrade der Knüppel, die durch Ändern der Nutentiefe (d), des Aussparungsflächen verhältnisses, der Nutenbreite (δ), der Bankbreite (A) und der Nutenteilung (p) auf verschiedene Weise hergestellt wur den, und in allen Fällen war der Rhomboidizitätsgrad zufrie denstellend.

Tabelle 6

Erfindungsgemäß kann die zum Stranggießen des Knüppels verwendete Gießform den Knüppel mit geringerer Rhomboidizität und Seitenbegrenzungsverformung bei einem Rundknüppel auch beim Gießen mit hoher Geschwindigkeit herstellen sowie die Produktivität in der Herstellung hochqualitativer Erzeugnisse verbessern.

Drastisch verlängern läßt sich ferner die Standzeit der Gießform infolge einer allmählichen Abkühlung durch die Bil dung der Aussparungsabschnitte, und außerdem kann das Auftre ten von Vertiefungen (Aussparungsverformungen) verhindert werden.

Claims

1. Verfahren zum Stranggießen für einen Knüppel mittels einer senkrecht oszillierenden Stranggießkokille, auf deren Innenfläche Aussparungen und/oder Einsenkungen vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

- Bereitstellen der Stranggießkokille, wobei die Aussparungen durch mindestens eine Quernut mit einem Aussparungsflächenverhältnis von 2 bis 84% und die Einsenkungen einen Einsenkungsdurchmesser von nicht weniger als 3 mm aufweisen und die Aussparungen und Einsenkungen in einem Abstand von 15 bis 200 mm unterhalb eines in einem stabilen Betriebszustand erfaßten Gießspiegels angeordnet sind;
- Einleiten eines schmelzflüssigen Metalls aus einem oberen Abschnitt in die Gießform; und
- im wesentlichen gleichmäßiges Kühlen der Gießform, wobei aufgrund einer allmählichen Abkühlung bei gleichzeitig hoher Gießgeschwindigkeit eine vorherbestimmte Formstabilität für den Knüppel erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine geringe Menge eines Schmiermittels in die Gießform gegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießgeschwindigkeit ungefähr 3 m/min beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gießform mit vier Innenbegrenzungsflächen zum Gießen eines Knüppels bereitgestellt wird, deren vorbestimmte Formstabilität einen Rhomboidizitätswinkel von nicht mehr als 3° hat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform mit einem runden Innenquerschnitt bereitgestellt wird, so daß die vorherbestimmte Formstabilität einen Abweichungsgrad von einem vollkommenen Kreis von höchstens 3% hat.

6. Gießform zum Gießen eines Knüppels mittels einer senkrecht oszillierenden Stranggießkokille, auf deren Innenfläche Aussparungen und/oder Einsenkungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen jeweils mindestens eine Quernut mit einem Aussparungsflächenverhältnis von 2 bis 84% und die Einsenkungen einen Einsenkungsdurchmesser von nicht weniger als 3 mm aufweisen und die Aussparungen und Einsenkungen in einem Abstand von 15 bis 200 mm unterhalb eines in einem stabilen Betriebszustand erfaßten Gießspiegels ausgebildet sind.

7. Gießform nach Anspruch 6, wobei die Gießform vier Innenbegrenzungsflächen aufweist.

8. Gießform nach Anspruch 6, die einen runden Querschnitt aufweist.

9. Gießform nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Quernuten eine mittlere Aussparungstiefe von mindestens 20 µm haben und deren Breite (W) die folgende Formel erfüllt:
3 mm ≦ W ≦ (Schwingungsamplitude der Gießform) × 2 + 10 mm.

10. Gießform nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Einsenkungen eine mittlere Aussparungstiefe von mindestens 20 µm haben und deren Durchmesser (D) die folgende Formel erfüllt:
3 mm ≦ D ≦ (Schwingungsamplitude der Gießform) × 2 + 10 mm.

11. Gießform nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Innenfläche der Gießform verjüngt ist.