DE2321064A1

DE2321064A1 - Verfahren und vorrichtung zum giessen metallischer rohre

Info

Publication number: DE2321064A1
Application number: DE19732321064
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl In Pleschiutschnigg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1974-12-12
Also published as: DE2321064B2; DE2321064C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Gießen metallischer Rohre Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen metallischer Rohre in einer gekühlten Durchlaufkokille unter Verwendung eines in diese hineinragenden, gekühlten Dornes. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.
Verfahren der erwähnten Art sind bekannt und beispielsweise in den DP-PS 843 138, 844 802 und 844 805 beschrieben. Dabei ist es einerseits möglich, unter Verwendung der Durchlaufkokille Rohre in einem Stranggießprozeß zu schaffen, jedoch bereitet die Lösung der Rohre vom Dorn beträchtliche Schwierigkeiten. Man sieht deshalb vor, einen gekühlten Dorn konisch derart auszubilden, daß er sich in Richtung des erstarrenden Rohres verjüngt; Die Rohrinnenwandung löst sich jedoch trotzdem nur sehr schwer vom Dorn, da sie einerseits hinreichend lange mit dem Dorn in Berührung stehen muß, um durch Wärmeentzug zu erstarren, und da sie andererseits weiterhin die Neigung hat, auf dem Dorn aufzuschrumpfen oder sogar mit ihm zu verschweißen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung zu schaffen, um die Nachteile, die mit den Schwierigkeiten der Trennung von Dorn und Rohrinnenwandung verbunden sind, zu beheben. Die Lösung dieses Probiems sowie weitere Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß zwischen dem Dorn und der anfanqs flüssigen und dann zur Rohrinnenwandung erstarrenden Metallschicht eine Strömung mittels eines kühlenden Fluides erzeugt wird, dessen Druck im Bereich des noch flüssigen Metalls wenigstens so groß wie dessen statischer Druck ist. Bei diesem Verfahren wird in Abkehr des vom Kokillenguß her bekannten Wärmeentzuges durch Leitung, die durch Berührung flüssigen Metalls an der Kokillenwandung geschaffen wird, die Wärme durch Konvektion mittels des kühlenden Fluides entzogen. Dies hat weiterhin zur Folge, daß eine unmittelbare Berührung- zwischen dem Dorn und der Innenwandung des Rohres überhaupt nicht zustande kommt. Somit haftet die Innenwand des Rohres nicht am Dorn an und kann bei Absenkung des erstarrten Rohres dessen Bewegung völlig frei mitmachen, sofern nur durch eine hinreichende Bemessung der -Kühlwirkung des Fluides dafür Sorge getragen wird, daß am Ende des Dornes die Strangschale der Rohrinnenwandung genügend stark ist, um dem Rohr einen Halt zu geben. Da weiterhin der Druck des Fluides im Bereich des Dornes dem Gegendruck des flüssigen Metalles wenigstens das Gleichgewicht hält, kann es auch im Dornbereich nicht zu einen Durchbruch der Strangschale kommen. Letztere wird also im Dornbereich im wesentlichen durch das Fluid abgestützt, während sie außerhalb des Dornbereiches selbsttragend ist.
Von besonderem Vorteil ist-es, die Strömungsmenge des Fluides derart zu wählen, daß das in der Kokille befindliche, flüssige Metall im wesentlichen ruhig bleibt.
Somit wird nicht nur ein Auswurf an flüssigem Metall verhindert, sondern gleichfalls gewährleistet, daß sich innerhalb des zunächst noch flüssigen Metalls in horizontaler Richtung ein Temperaturgradient ausbilden kann, dem die Erstarrung zu folgen vermag.
Wenngleich grundsätzlich zahlreiche Fluide für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, so läßt sich letzteres dennoch besonders vorteilhaft unter Verwendung inerter Gase, und zwar insbesondere unter Verwendung von Edelgasen, wie Argon, ausführen.
Weiterhin kann man die Ablösung der Rohraußenwandung von der Innenwandung der gekühlten Kokille dadurch verbessern, daß man zwischen den erwähnten beiden Wandungen ebenfalls eine Strömung eines kühlenden Fluides schafft.
Als Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich ein Stopfen, der mittels des der Kühlung dienenden Fluides beaufschlagbar ist und außen im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Zweckmäßig ist er unten abgerundet. Wesentlich ist dabei, daß er einen radial-symmetrischen Austritt des Fluides ermöglicht. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Besonderes vorteilhaft läßt sich dies dadurch erreichen, daß der Stopfen aus porösem Material hergestellt wird.
Mit Rücksicht auf die für den einwandfreien Ablauf des Verfahrens genau einzuhaltenden Druckverhältnisse wird der Stopfen weiterhin mit einem im Innern konischen Hohlraum derart ausgeführt, daß sich eine nach unten verjüngende Wandung ergibt, wobei der Hohlraum mit dem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Fluid aus dem unteren Teil des Stopfens mit dem größten Druck austreten kann, wohingegen der Druck des ausströmenden Fluides im oberen Teil, dem eine dickere Wandung zugeordnet ist, kleiner ist. Man kann also mit -einem derartigen Stopfen den Bedingungen, wie sie sich insbesondere beim Herstellen von Rohren aus Eisenwerkstoffen infolge des nach unten stark zunehmenden ferrostatischen Druckes ergeben, Rechnung tragen. Um mit Sicherheit die Erstarrungsbedingungen so zu beeinflussen, daß sich eine gleichmäßige Innenschicht des Rohres bildet, wird der Stopfen weiterhin noch mit Vorteil in eine Verstelleinrichtung eingesetzt, durch die seine Höhenlage in Bezug auf die Kokille bzw. den darin bestehenden Spiegel des flüssigen Metalles eingestellt werden kann. Selbstverständlich läßt sich eine derartige Verstelleinrichtung gleichfalls in eine Regeleinrichtung einbeziehen.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung sei auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen, jeweils in schematischer Darstellung, Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer konzentrischen Fluidbeaufschlagung, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit zentraler Fluidbeaufschlagung, Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Stopfen unterschiedlicher wandstärke, Fig. 4 eine Ausführungsform mit Verstelleinrichtung für die Höhenlage des Stopfens in Bezug auf die Kokille und Fig. 5 eine Ausführunqsform mit gleichzeitiger Fluidbeaufschlagung zwischen der Kokilleninnenwandung und der Rohraußenwandung.
Man erkennt gemäß Fig. 1 zunächst den schematisch veranschaulichten Kokillentisch 1, der die gekühlte Kokille 2 trägt und beispielsweise in an sich bekannter Form eine auf- und abwärtsgehende Bewegung auf die Kokille 2'übertragen kann, damit sich die äußere Strangschale 3 des in Erstarrung begriffenen Rohres von der Kokilleninnenwandung lösen kann. Das Rohr erstarrt dann während des weiteren Verlaufes vollständig und wird der weiteren Verarbeitunq, bei welcher an sich bekannte Mittel Verwendung finden, zugeführt. Die vollständige Erstarrung ist erreicht, wenn nicht nur die äußere Strangschale 3, sondern auch die innere Strangschale 4 so stark angewachsen sind, daß auch die zwischen den beiden Strangschalen befindliche, flüssige Phase 5 erstarrt ist.
In den zentralen Bereich der rund ausgeführten Kokille 2 ist der gleichfalls mit rundem Querschnitt ausgebildete Stopfen 6 eingesetzt. In Richtung der Pfeile 7 ist er mit einem Fluid beaufschlagbar, wohingegen er in Richtung des Doppelpfeiles 8 in seiner Höhenlage geregelt werden kann.
Die Beaufschlagung mittels eines Fluides erfolgt in einer inneren, ringförmigen Kammer 9 des Stopfens 6, die am unteren Ende offen ist. Die Strömung des Fluides wird mit Hilfe der den unteren Teil des Stopfens 6 abschließenden Umlenkkappe 10 umgelenkt, so daß das Fluid in Richtung der Pfeile 11 aus der Kokille austreten kann. Die Umlenkkappe ist zu diesem Zweck nach unten derart abqerundet, daß sie tangential in die Innenwandfläche 12 des in Herstellung befindlichen Rohres übergeht.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform findet ein abgewandelter Stopfen 12 Verwendung, der eine zentrale Öffnung 13 hat, die in Richtung des Pfeiles 7 mit dem Fluid beaufschlagt wird. In diesem Falle ist die Wandung des Stopfens porös. Ein Teil der aus der Wandung austretenden Gase kann in Richtung des Pfeiles 14 nach außen gelangen, wohingegen ein anderer Teil der Gase in Richtung des Pfeiles 15 ins Innere des in Herstellung befindlichen Rohres gelangt.
Bei dem in Fig, 3 zur Verwendung gelangenden Stopfen 16 besteht ein innerer, konischer Hohlraum 17, der gleichfalls in Richtung des Pfeiles 7 mit dem Fluid beaufschlagt wird, welches sodann den Zwischenraum zwischen dem Stopfen und der in Erstarrung befindlichen Innenwand des herzustellenden Rohres ausfüllt, um in Richtung der Pfeile 14 bzw. 15 zu entweichen.
Bei den Ausführungsformen, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, kann man zur Vermeidung unnötigen Fluidaustrittes den nicht in die Schmelze eintauchenden Teil des Stopfens 12 bzw. 16 mit einer Blechmanschette oder dergleichen verkleiden.
Da es in besonderem Maße darauf ankommt, dem statischen Druck des flüssigen Metalls in erforderlichem Maße das Gleichgewicht zu halten, sind die Stopfen 6, 12 bzw. 16 gemäß Fig. 4 in einer Verstelleinrichtung 18 angeordnet.
Letztere besteht aus einem in beiden Richtungen des Pfeiles 19 antreibbaren Einstellrad 20, welches mit einer Zahnstange 21 kämmt, die ihrerseits den Stopfen 6, 12 bzw. 16 hält. Neben dem Stopfen erkennt man in Fig. 4 noch einen Zwischenbehälter 21 für flüssiges Metall, welches aus diesem Zwischenbehälter in die Kokille 2 gelangt. In zeichnerisch nicht dargestellter Weise kann die Verstelleinrichtung 18 Bestandteil eines Regelkreises sein, wobei die möglichst gleichmäßige Bildung einer inneren Strangschale die Zielgröße ist. Messtechnisch bieten sich Möglichkeiten dadurch an, daß das aus dem Stopfen austretende Fluid einen anderen Gegendruck zu überwinden hat, wenn es unmittelbar vor das flüssige Metall trifft, als wenn es vor eine ggfls. auch nur sehr dünne Strangschale trifft.
Wie Fig. 5 zeigt, kann man zusätzlich zu einem Stopfen 6, 12 bzw. 16 die Innenwandung einer wassergekühlten Kokille 2 mit einem auf Abstand gehaltenen porösen Mantel 23 versehen, der in Richtung der Pfeile 7 mit einem Fluid beauf schlagt wird. Letzteres kann durch die Kühlung der Kokille 2 noch abgekühlt werden, bevor es durch die poröse Schicht 24 austritt, um einerseits einen Abstand zwischen der Innenwand der Kokille und der Außenwand des in Erstarrung befindlichen RohreS zu schaffen und andererseits dem in Erstarrung befindlichen Rohr im erforderlichen Ausmaß Wärme zu entziehen.
Abweichend von den vorstehend-beschriebenen Ausführungsformen, bei denen der Stopfen 6, 12, 16 von zylindrischem Querschnitt war, kann letzterer auch einen polygonalen Querschnitt haben, so daß sich Rohre mit anderen als runden Innenquerschnitten erzeugen lassen.

Claims

PATENTANSPRUCHE :

1. Verfahren zum Gießen metallischer Rohre in einer gekühlten Durchlaufkokille unter Verwendung eines in diese hineinragenden, gekühlten Dornes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dorn und der anfangs flüssigen und dann zur Rohrinnenwandung erstarrenden Metailschicht eine Strömung mittels eines kühlenden Fluides erzeugt wird, dessen Druck im Bereich des noch flüssigen Metalls wenigstens so groß wie dessen statischer Druck ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmenge des Fluides derart gewählt wird, daß das flüssige, in der Kokille befindliche Metall im wesentlichen ruhig bleibt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid ein bezüglich des Metalles inertes Gas, insbesondere ein Edelgas, verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kokilleninnenwandung und der Außenwand des Rohres eine Strömung eines kühlenden Fluides erzeugt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels eines der Kühlung dienenden Fluides beaufschlagbare Stopfen(6, 12, 16) zylinderförmig und unten abgerundet ist sowie Mittel für einen radialsymmetrischen Austritt des Fluides aufweist.

6. Vorrichtung.nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnEt, daß der Stopfen (12,16) aus porösem Material besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen im Innern einen konischen Hohlraum (17) derart hat, daß sich eine nach unten verjüngende Wandstärke ergibt, und daß der Hohlraum (17) mit dem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagbar ist.

8. Vorrichtun8 nachdem Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Kokille (2) herausragende Teil des Stopfens (6, 12, 16) in eine Verstelleinrichtung (18) für seine Höhenlage in Bezug auf die Kokille (2) eingebaut ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels eines der Kühlung dienenden Fluides beaufschlagbare Stopfen einen im wesentlichen über seine Gesamtlänge gleichbleibenden, polygonalen Querschnitt hat und Mittel für einen radial symetrischen Austritt des Fluides aufweist.

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