DE2162977A1

DE2162977A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von metallstangen im strangguss sowie nach diesem verfahren hergestellte stranggussmetallstange

Info

Publication number: DE2162977A1
Application number: DE2162977A
Authority: DE
Inventors: Raffaele Dr Ing Tovini
Original assignee: Dalmine SpA
Current assignee: Dalmine SpA
Priority date: 1971-11-13
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1973-05-30
Also published as: FR2159515A1; US3833047A; JPS4857829A; IT940586B; JPS5123372B2; GB1389430A; ES408526A1

Description

PATENTANWALT DIPL INQ. RAINER VIETHEN

K O LN-Lindcnthal

BachemeT Straße 54-56

Köln, den 16. Dez. 1971 V/Re

Mein Zeichens D 24/2 Anmelderin i D A LM IN E S.p.A.

Via Brera, 19

20121 Mi 1 a η ο / Italien

Bezeichnung»

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallstangen im Strangguß sowie nach diesem Verfahren hergestellte Stranggußmetallstange -

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen, d.h. im Strangguß erfolgenden Gießen von Metallstäben, bei dem ein Metall, wie etwa Stahl, während des Durchganges durch eine gekühlte Form vom flüssigen in den festen Zustand überführt wird. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Metallstäben im Strangguß, bei dem das flüssige Metall in eine Form mit gerader, im wesentlichen senkrechter Achse eingeführt wird. Gegenstand der Erfindung sind ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie die mit diesem Verfahren hergestellten Stranggußmetallstäbe.

Es ist bekannt, daß Metallstäbe, die mit irgendeinem: der herkömmlichen Stranggußverfahren hergestellt worden sind,

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in ihrer Mitte eine poröse Zone haben, die normalerweise kein Problem darstellt, wenn der Stab zu einem Walzprodukt oder Walzprofil weiterverarbeitet wird, weil dann die kleinen, inneren Hohlräume infolge des Walzdruckes verschmelzen. Diese poröse Zone kann jedoch große Schwierigkeiten bereiten, wenn der Stab, insbesondere bei rundem Querschnitt, zur Herstellung von Rohren bestimmt ist. In diesem Falle besteht die erste, an diesem Stab durchgeführte Bearbeitung darin, daß die Mitte des Stabes in einem Perforierwalzwerk mit schrägen Bohrstangen aufge- |f bohrt wird, wobei Spannungen in der Mitte des Werkstückes verursacht werden, bei denen es sich nicht nur um Druckspannungen handelt und die daher die kleinen, inneren Hohlräume aufweiten können, so daß hierdurch Schäden (Zunder) auf der Innenseite des hergestellten Rohres verursacht werden.

Bekannt 1st ferner, daß sich im Inneren des erstarrenden Stabes ein Körper aus flüssigem Metall befindet, der im wesentlichen die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden Kegels hat und dessen Tiefe bestimmt wird durch die Ab- |) messungen des Stabes, durch die Umstände und Bedingungen, mit denen das geschmolzene Metall eingegossen wird und durch die verschiedenen Parameter der Erstarrung, wie . etwa die Auszugsgeschwindigkeit, die Intensität der primären und sekundären Kühlung usw. Je größer die Tiefe dieses Körpers aus geschmolzenem Metall oder die Höhe seines Kegels ist, desto spitzer ist der Spitzenwinkel des Kegels bei einem gegebenen Stabquerschnitt im geschmolzenen Zustand an der Eintrittsöffnung der Form. Es wurde gefunden, daß nahe der Kegelspitze die von den WÄN-den des Stabes zur Mitte hin wachsenden Kristalle aufein-

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andertreffend Brücken bilden, die den Strom des flüssigen Metalls in die darunterliegenden Bereiche behindern, wenn sich in diesen Bereichen durch Schrumpfung Hohlräume bilden. Die übermäßige Tiefe dieses Körpers aus flüssigem Metall erweist sich daher als der Hauptgrund für die Entstehung der obenerwähnten Porosität in der Mitte des im Stranggußverfahren hergestellten Stabes.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues, verbessertes Verfahren zum Herstellen von Metallstäben im Strangguß, mit dem die obenerwähnten Nachteile vermieden werden und bei dem zusätzlich zur Kühlung des Stabes von der Außenseite der Form her im flüssigen Metall während des Erstarrungsvorganges in der Mitte des Stabes eine Anfangskühlung hervorgerufen oder bewirkt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zielt darauf ab, die Kühlbedingungen und die Erstarrung des Stabes während seiner Bildung beim Durchgang durch die gekühlte Form und durch die anschließende Sekundärkühlzone zu verbessern. Insbesondere schlägt das verbesserte Verfahren vor, die Porosität in der Mitte des im Strangpreßverfahren hergestellten Stabes wesentlich zu verringern, wobei die Tiefe des im Inneren des Stabes gebildeten Körpers aus flüssigem Metall durch Absenkung der Temperatur im Mittelbereich selbst verringert wird. ,

Diese Aufgabe wird beim Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man In die Masse aus flüssigem Metall während des Erstarrungevorganges kontinuierlich von oben entlang der Achse der Form einen festen Metallstab eln-

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führt, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das in der Form erstarrende Metall.

Während bei den herkömmlichen Stranggußverfahren der Guß* strahl aus flüssigem Metall mittig in die Form eintritt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Gußstrahl außermittig in die Form eingeführt oder es werden zwei oder mehr Gußstrahlen symmetrisch zur Mitte der Form eingeführt, damit in der Mitte freier Raum für den festen Metallstab bleibt, der entlang der Formachse eingeführt wird.

Die Abmessungen des axial eingeführten festen Metallstabes und die Geschwindigkeit, mit der dieser eingeführt wird, werden so berechnet, daß die Menge des eingeführten Metalles so g«8 ist, daß das Metall ganz aufgeschmolzen werden kann, bevor es wieder erstarrt, wobei zur Aufschmelzung des Metallstabes die Enthalpie der überhitzung der Masse des umgebenden Metalles benutzt wird, das auf diese Weise gekühlt wird.

Gemäß einer unter den Erfindungegedanken fallenden Variante des Verfahrens kann der in die Mitte der Form eingeführte feste Metallstab ein Rohr sein. Auf diese Welse erreicht man eine schnellere Aufschmelzung des festen Metalles, da eine größere Oberfläche zum Wärmeübergang zwischen dem festen Stab und der Flüssigkeit vorhanden ist.

Eine weitere Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß das Metallrohr, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das Metall dar erstarrenden Stange, kontinuierlich von oben entlang der Achse dar Form ein-

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geführt und gleichzeitig vom oberen Ende dieses Rohres her ein inertes Gas eingeleitet wird) d.h. ein Gas, das mit dem flüssigen Metall weder so weit reagiert noch so weit in diesem diffundiert, daß die Eigenschaften des Metalls hierdurch verändert werden. Durch die Einleitung des Inertgases wird ein gesteuerter Rühreffekt in der Metallschmelze erzielt, durch den die AufSchmelzung möglicherweise vorhandener fester Bruchstücke erleichtert wird, wobei gleichzeitig die Kühlung der Mittelzone der Schmelze noch verstärkt wird.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Einzelbeschreibung einiger Ausführungsbeispiele, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigtt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine herkömmliche Stranggußvorrlchtung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung durch eine Stranggußvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. S in einem Teilschnitt eine Variante der erfindungsgemäften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 4 und 5 jeweils einen Teilschnitt durch eine herkömmliche und eine erfindungsgemäße Stranggußvorrichtung mit einem Temperaturdiagramm für zwei im Erstarrungsbereich des Stranges liegende Querschnitte.

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Gemäß der Darstellung in den Zeichnungen wird flüssiges Metall, insbesondere Stahl, das in einem Tiegel 1 enthalten ist, in einen Füllbehälter 2 überführt, von dem ein Strahl 3 in eine Form 4 eintritt, in der es einen Flüssigkeitskörper 5 bildet. Walzen 6 führen die teilweise erstarrte Stange 7 durch einen Schleier aus Wasserstrahlen, der von einer Reihe Düsen 8 erzeugt wird, die auf einer Sammelleitung 9 montiert sind. Der aus geschmolzenem Metall bestehende Flüssigkeitskörper 5 hat im wesentlichen die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden Kegels, dessen Grundfläche die freie Oberfläche des geschmolzenen Metalls bildet und dessen untenliegende Spitze 10 dort liegt, wo die Erstarrung des Metalls abgeschlossen ist. Walzen 11 ziehen die Stange 7 aus der Form 4 heraus, woraufhin die Stange 7 einer zweiten oder sekundären Kühlung unterworfen wird.

In Flg. 2, die eine erste, grundsätzliche Aufführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt, ist der Füllbehälter 2 derart verschoben, daß der Strahl 3 außermittig in die Form 4 eintritt; man könnte jedoch auch zwei oder mehr Strahlen 3 symmetrisch zur Achse der Form vorsehen* Ein fester Metallstab 13, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das geschmolzene Metall und folglich das Metall der Stange 7, wird kontinuierlich durch Förderwalzen 12 in die Mitte des Flüssigkeitskörpers 5 aus geschmolzenem Metall eingeführt. Wie oben bereits erwähnt wurde, schmilzt auch der Metallstab 13 und absorbiert dabei Hitze aus dem umgebenden, geschmolzenen Metall im Flüssigkeitskörper 5, das infolgedessen gekühlt wird. Die Herabsetzung der Temperatur in der Mitte der erstarrenden Stange 7 führt zu einer Schrumpfung des

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Flüssigkeitskörpers 5,dessen Spitze 10 nun höher liegt als bei der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Vorrichtung und Verfahrensweise, wobei auch der Scheitelwinkel des Flüssigkeitskörpers 5 in Fig. 2 größer ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante der Erfindung wird anstelle des in Fig. 2 vorgesehenen Metalletabes ein Metallrohr 14 von Rollen 12 kontinuierlich in die Mitte des Flüssigkeitskörpers 5 eingeführt. Unter der Voraussetzung, daß in beiden Fällen die eingeführte Metall menge gleich ist, ist beim Metallrohr 14 die mit der Metallschmelze in Berührung befindliche Oberfläche größer als beim Metallstab 13, so daß beim Metallrohr 14 der Wärmeaustausch und folglich die Aufschmelzung des Metalls leichter ist, was wiederum zu einer stärkeren Herabsetzung der Temperatur entlang der Achse der Stange 7 führt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung!form dieser Variante wird in das Innere des Metallrohres 14 in Richtung des Pfeiles 15 ein im obenbeschriebenen Sinne inertes Gas eingeleitet, das unten dort, wo das Metallrohr schmilzt, austritt und durch den Flüssigkeitskörper 5 aufsteigt, wodurch die vollständige Aufschmelzung des Metallrohres 14 noch verbessert und eine unmittelbare Kühlung der Mitte des Flüssigkeitskörpers 5 erreicht wird.

In Fig. 4 sind fluchtend unter einem schematischen Längsschnitt durch eine in einer herkömmlichen Stranggußform 4 Bach dem herkömmlichen Verfahren erstarrenden Stange die Temperaturdiagramae für ewei mit A-A und B-B bezeichnete Querschnitte dargestellt.

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Fig. 5 zeigt eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In den beiden Figuren 4 und 5 ist bei Ts diejenige Temperatur angegeben, bei der das Metall vom flüssigen Zustand in den festen Zustand übergeht.

Aus dem Diagramm in Fig. 5 ist zu ersehen, daß im mittleren Punkt M des Querschnittes B-B die Temperatur niedriger 1st als an der etwas außerhalb der Mitte liegenden Stelle N, wodurch eine schnellere Erstarrung im axialen Bereich der Stange 7 verursacht wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht an die Einzelheiten der nur zur Erläuterung und nicht etwa zur Abgrenzung des Erfindungsgedankens dienenden obigen Ausführungsbeispiele gebunden. Sie kann vielmehr im Rahmen des fachmännischen Könnens vielfältig abgewandelt werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

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Claims

- 9 PATENTANWALT DIPL. INQ. RAINER VIETHEN Bachemer Straße 54-56 16. Dezember 1971 V/Re Mein Zeichen! D 24/2 Anmelder In ιD A LM INE S.p.A. Via Brera, 19 2Θ121 M 1 1 a η ο / Italien Ansprüche

1) Verfahren zum Herstellen von Metallstangen im Strangguß mit einer Form mit gerader, im wesentlichen senkrechter Achse, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Masse aus flüssigem Metall während des Erstarrungsvorganges kontinuierlich von oben entlang der Achse der Form einen festen Metallstab einführt, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das in der Form erstarrende Metall.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Metallstab ein Rohr ist.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Innere des in das flüssige Metall eingeführten Metallrohres von oben ein inertes Gas einführt, das mit dem flüssigen Metall weder soweit reagiert noch soweit in diesem diffundiert, daß die mechanischen Eigenschaften des Metalls hierdurch verändert werden. '

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4) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallraasse des eingeführten Metal Is tabes vollständig geschmolzen wird durch die Enthalpie der Überhitzung der umgebenden Metallmasse, deren Temperatur dann abgesenkt wird, bevor die Metallmasse wieder in der Masse der hergestellten Stange erstarrt.

5) Stranggußmetallstange, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Metall eines axial in den noch flüssigen Teil (5) seiner Metallmasse kontinuierlich eingeführten Metallstabes (13,14) enthält, dessen Metall die gleiche Zusammensetzung hat wie das Metall der Stranggußmetal!stange (7).

6) Stranggußmetal!stange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlich eingeführte Metallstab ein Metallrohr (14) ist.

7) Stranggußmetallstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (14) an eine Inertgasquelle (15) angeschlossen ist.

8) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Stranggußform mit gerader, im wesentlichen senkrechter Achse, dadurch gekennzeichnet, daß über der Stranggußform (4) ein Metallstab (13,14) in Verlängerung der Fonsachse in einer Fördervorrichtung (12) zur kontinuierlichen Einführung des Metallstabes von oben in die Stranggußform (4) angeordnet ist.

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9) Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einem Füllbehälter zum Einleiten der Metallschmelze in die Stranggußform, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (3) des Füllbehälters (2) außermittig zur Achse der Stranggußform (4) angeordnet ist.

10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllbehälter (2) mehrere, symmetrisch zur Achse der Stranggußfona (4) angeordnete Ausläufe (3) aufweist.

11) Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstab ein Metallrohr (14) ist.

12) Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Anschluß (15) zur Einleitung eines Inertgases in das Metallrohr (14).

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