DE2945577A1

DE2945577A1 - Giessform zum kontinuierlichen stranggiessen

Info

Publication number: DE2945577A1
Application number: DE19792945577
Authority: DE
Inventors: Robert Wilson
Original assignee: Timex Corp
Current assignee: Timex Group USA Inc
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1980-05-22
Also published as: GB2034215B; GB2034215A; FR2441447A1; JPS5568158A; FR2441447B3; CH642575A5

Description

OR-INQ. DIPL.-ING. M. SC. bli>L.-PHVS. DR. OinL-TMYS. DtPL.-THYS. Oft. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER BOEHME PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 43 741 b Anmelder: Timex Corp.

k - 177 Waterbury, Conn. 067

24. September 1979 USA

Giessform zum kontinuierlichen Stranggiessen

Die Erfindung betrifft eine Giessform zum kontinuierlichen Stranggiessen von Metall mit einem inneren Formteil mit einem länglichen, durchgehenden Formkanal, dessen Einlassende das schmelzflüssige Metall zuführbar ist und an dessen Auslassende der gegossene Metallstrang abziehbar ist, mit einer dem inneren Formteil in Längsrichtung umgebenden Kühlmittelkammer und mit Einlass- und Auslassanschlüssen für ein Kühlmittel.

Das kontinuierliche Stranggiessen von Eisen- und Nichteisenmetallen und -legierungen ist in der Metallbearbeitung bekannt, beispielsweise aus der US-PS 3 399 716. Bei einem dynamischen Verfahren, wie beim Stranggiessen, bei dem ein heisses geschmolzenes Metall zu einem festen metallischen Element ausgeformt wird, spielt die Giessform,in der die Erstarrung des Materials eintritt, eine sehr bedeutende Rolle. Beim kontinuierlichen Giessen bzw. Stranggiessen von Eisenlegierungen wurden wassergekühlte Kupfer-Giessformen erfolgreich eingesetzt. Andererseits haben für das Stranggiessen von Nichteisenmetallen und -legierungen, wie z. B. Kupfer und Kupferlegierungen sowie Aluminium und Aluminiumlegierungen,, wassergekühlte Graphitformen verbreitete Anwendung gefunden* wie es beispielsweise in den US-PSen 3 459 255 und 3 592 259 beschrieben ist. Vieiterhin ist in der US-PS 3 590 904 die Möglichkeit beschrieben wassergekühlte Graphitformen in diskontinuierlicher V7eise zum Gies-

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sen von Stäben oder Barren von Metallen und deren Legierungen zu verwenden.

Beim kontinuierlichen Stranggiessen von Nichteisenmetallen, insbesondere von Messing und Aluminium, in wassergekühlten Graphitformen, besteht aus zwei Gründen die ernsthafte Gefahr einer Explosion. Zum einen besteht die Möglichkeit, dass das als Kühlmittel verwendete Wasser, welches in der Form zirkuliert mit dem heissen geschmolzenen Metall in Kontakt kommt, wenn Lecks oder dergleichen vorhanden sind. Zum anderen besteht dann die Möglichkeit einer Graphit-Dampf-Reaktion, bei der als Reaktionsprodukt explosives Wasserstoffgas entsteht. Die Graphit-Dampf-Reaktion kann auftreten, wenn mit Graphit, welcher auf eine Temperatur zwischen 1000 und 1100°C erhitzt ist, eine größere Wassermenge in Kontakt gelangt. Gemäß der oben zitierten US-PS 3 4 59 255 wird vorgeschlagen, dass alle freiliegenden Flächen der Form mit einer dünnen Silberschicht beschichtet werden, um Betriebsbedingungen zu vermeiden, die zu den vorstehend beschriebenen Gefahren führen. Eine solche Beschichtung ist dabei dann besonders wichtig, wenn für die Herstellung der Giessform ein Graphitmaterial geringerer Dichte verwendet wird.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Giessform für ein kontinuierliches Stranggiessen anzugeben, die einerseits gut gekühlt werden kann und bei der andererseits die Gefahr von Explosionen auf ein Minimum reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Giessform der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass

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die Kühlmittelkammer als innere, auf ihrer Aussenseite durch einen mittleren Formteil begrenzte Kühlmittelkammer ausge bildet ist, dass zwischen dem mittleren Formteil und einem äusseren Formteil eine zweite, äussere Kühlmittelkammer vorge sehen ist, welche die innere Kühlmittelkammer umgibt, dass mindestens ein Einlassanschluß für das Kühlmittel an dem äus seren und/oder mittleren Formteil derart vorgesehen ist, dass das Kühlmittel der äusseren Kühlmittelkammer zuführbar ist, dass mind, ein zweiter Einlassanschluss für das Kühlmittel derart an dem mittleren Formteil vorgesehen ist, dass das Kühlmittel aus der äusseren Kühlmittelkammer der inneren Kühlmittelkammer angrenzend an das einlasseitige Ende des Formkanals in Um- fangsrichtung gleichmäßig verteilt zuführbar ist und dass an grenzend an das auslasseitige Ende des Formkanals mindestens ein Kühlmittelauslass vorgesehen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Giessform einen inneren Formteil auf, der einen in Längsrichtung durchgehenden Formkanal mit einem einlasseitigen Ende zum Aufnehmen des geschmolzenen Metalls und mit einem auslasseitigen Ende zum Abziehen des verfestigten Metalls aufweist. Ausserdem ist ein mittlerer Formteil vorgesehen,

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welcher den inneren Formteil im Abstand umgibt, dass sich zwischen dem inneren und dem äusseren Formteil eine im Querschnitt ringförmige Kühlmittelkammer ergibt, die sich in Längsrichtung der Giessform erstreckt. Weiterhin ist ein äusserer Formteil vorgesehen, der den mittleren Formteil im Abstand umgibt, so dass sich zwischen dem mittleren und dem äusseren Formteil wieder eine im Querschnitt ringförmige Kühlmittelkammer ergibt. Vorzugsweise bestehen die Form-

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teile aus getrennt gefertigten, rohrförmigen Graphitelementen mit von innen nach aussen zunehmendem Durchmesser, die konzentrisch zueinander angeordnet werden. Der äussere Formteil besitzt dabei vorzugsweise Einlasseinrichtungen,über die der äusseren Kühlmittelkammer ein Kühlmittel zugeführt werden kann, welches weder mit dem geschmolzenen Metall noch mit dem Material der Form reagiert, wobei sich als Kühlmittel flüssiger oder gasförmiger Stickstoff besonders bewährt hat. Weiterhin besitzt der mittlere Formteil Kühlmittel-Einlasseinrichtungen an dem einen Ende der Form, vorzugsweise an deren einlasseitigem Ende,und Kühlmittelauslasseinrichtungen am anderen Ende, vorzugsweise am auslasseitigen Ende, wobei die Kühlmitteleinlasseinrichtungen derart im Abstand voneinander um den Umfang des inneren Formteils herum angeordnet sind, dass das Kühlmittel der inneren Kühlm±±elkamraer über den Umfang verteilt im wesentlichen gleichmäßig zugeführtjwerden kann. Auf diese Weise tritt das Kühlmittel in die innere Kühlkammer an dem einen Ende der Form ein und fließt längs der Mantelfläche des inneren Formteils zum anderen Ende der Form, wo das Kühlmittel die innere Kühlmittelkamnier verläßt. Das Kühlmittel absorbiert dabei die Wärme von dem inneren Formteil, so dass das Metall im Formkanal verfestigt wird, ohne dass die Gefahr bestünde, dass aufgrund des Kontaktes zwischen dem Kühlmittel und dem geschmolzenen Metall oder dem erhitzten Material der Form eine Explosion eintreten könnte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforin einer Giessform gemäß der Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit einem verdampfbaren Kühlmittel definieren der mittlere und der äussere Formteil eine ringförmige, als Sammelkanal und Verdampfungskammer dienende Kühlmittelkammer, die sich in Längsrichtung der Giessform erntreckt. In diese äussere Kühl-

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mittelkammer wird am auslasseitigen Ende der Giessform vorzugsweise flüssiger Stickstoff als Kühlmittel eingeleitet, welcher verdampft, während er zum einlasseitigen Ende der Form fließt, von wo er über Kühlmittel-Zuführeinrichtungen, die dem mittleren Formteil zugeordnet sind, in die innere Kühlmittelkammer strömt. Nach dem Umströmen des innerenJFormteils in Längsrichtung der Form tritt der verdampfte, als Kühlmittel verwendete Stickstoff dann über eine Kühlmittelauslassöffnung am auslassseitigen Ende der Form vorzugsweise einfach in die Atmosphäre aus.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Giessform gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Giessform gemäß Fig. 1 längs der Linie A-A in dieser Figur.

Eine typische Giessform gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigt. Während Graphit als Material für die Giessform bevorzugt wird, können auch andere hochfeuerfeste Materialien verwendet und im Hinblick auf das zu glessende Metall bzw. die zu giessende Legierung in geeigneter Weise ausgewählt werden. Die nachstehend näher beschriebene aus Graphit bestehende Giessform hat sich als besonders vorteilhaft für das kontinuierliche Stranggiessen von Messing (60 Gewichtsprozent Cu, 40 Gewichtsprozent Zn, 2 Gewichtsprozent Pb) mit einer Erstarrungstemperatur zwischen 870 und 88O°C erwiesen. Die Giessform 2 besitzt einen inneren Form-

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teil 4, einen mittleren Formteil 6 und einen Susseren Formteil 8, wobei die Formteile 4 bis 8 als zueinander konzentrische Graphitrohre ausgebildet sind. Wie die Zeichnung zeigt, umgibt der mittlere Formteil 6 den inneren Formteil 4 in Umfangsrichtung mit Abstand, so dass zwischen den Formteilen 4 und 6 eine innere Kühlmittelkammer 10 definiert wird, die sich in Längsrichtung der Form erstreckt. In entsprechender V.'eise definieren der mittlere und der äussere Formteil 6 bzw. 8 zwischen sich eine äussere Kühlmittelkammer 12 mit ringförmigem Querschnitt, welche sich ebenfalls über die Länge der Gießform 2 erstreckt. Ringförmige Endkappen 14a und 14b aus Graphit dienen nicht nur der Abdichtung an den Enden der Graphitrohre sondern gleichzeitig als Distanzelemente, welche die Rohre bzw. die Formteile 4, 6, 8 im gewünschten Abstand voneinander halten. Der innere Formteil 4 besitzt eine Innenwand 4a, welche einen zylindrischen Formkanal 16 definiert, der sich durch die Giessform erstreckt und ein einlasseitiges Ende 16a aufweist, das mit dem Auslass eines üblichen Schmelztiegels (nicht dargestellt) verbunden v/erden kann oder mit einem anderen Gefäß, wdches das kontinuierlich zu giessende geschmolzene Metall enthält, und ein aus-'lasseitiges Ende 16b, durch welches das erstarrte Material austritt bzw. abgezogen wird.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt der äussere Formteil 8 eine Öffnung 18 oder eine andere Einlasseinrichtung, durch welche ein verdampfbares Kühlmittel, welches weder mit dem geschmolzenen Metall noch mit dem Material der Giessform reagiert, in die äussere Kühlmittelkammer 12, angrenzend an das auslasseitige Ende der Form eintreten kann. Wie erwähnt, wird flüssiger Stickstoff als Kühlmittel bevorzugt, da er die ge-

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forderte Reaktionsträgheit besitzt. Es verteht sich, dass der flüssige Stickstoff aus einem üblichen Stahlzylinder abgezogen und unter Druck über geeignete Druckleitungen (nicht dargestellt) in die äussere Kühlmittelkammer 12 eingeleitet werden kann. Wenn der flüssige Stickstoff oder ein anderes verdampfbares Kühlmittel in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Giessform verwendet werden, dann dient die äussere Kühlmittelkammer 12 gleichzeitig, wie dies nachstehend beschrieben wird, als Verdampferkammer. Wie dies in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist, tritt der flüssige Stickstoff in der Nähe des auslasseitigen Endes 16b der Giessform

von

2 ein und fließt/dort längs der Kühlmittelkammer 12 in Richtung auf das einlasseitige Ende 16a. Bei dieser Längsbewegung nimmt der Stickstoff aus dem mittleren und dem äusseren Formteil 6 bzv/. 8 eine ausreichende Wärmemenge auf, so dass er verdampft, wenn er in die Nähe des einlasseitigen Endes 16a gelangt. Typischerweise dehnt sich der Stickstoff beim Verdampfen in der äusseren Kühlmittelkammer 12 in seinen Volumen in einem Verhältnis von etwa 1 : 800 aus. Der verdampfte Stickstoff fließt nunmehr über im Abstand voneinander angeordnete radiale Öffnungen 20 (Fig. 2) am einlasseitigen Ende, wo das geschmolzene Metall in die Giessform 2 eintritt, in die innere Kühlmittelkammer 10. Die Öffnungen 20 oder dergleichen sind dabei in Umfangsrichtung des inneren Formteils 6 bzw. des inneren Graphitrohrs so, wie in der Zeichnung gezeigt, angeordnet, so dass sich am äusseren Umfang des inneren Formteils in Umfangsrichtung eine gleichmäßige Kühlmittelströmung ergibt. Der innere Formteil 4 ist angrenzend an das auslasseitige Ende 14b der Form mit einer Auslassöffnung 22 oder dergleichen für das gasförmige Kühlmittel versehen, so dass der verdampfte Stickstoff nach Durchlaufen der inneren Kühlmittelkammer 10 in die Atmosphäre austreten kann. Man erkennt, dass die gasförmige Stickstoffströ-

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mung vom einlasseitigen zum auslasseitigen Ende der inneren Kühlmittelkammer 10 zu einer beträchtlichen Wärmeabfuhr aus dem inneren Formteil 4 und zu einer Verfestigung des darin befindlichen Metalls führt.

Obwohl vorstehend die Vorteile von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel besonders dargestellt wurden, verstört es sich, dass auch andere Kühlmittel, wie z. B. flüssiges Helium, flüssiges Kohlendioxid oder dergleichen in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Giessform eingesetzt werden können. Weiterhin ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Stickstoff oder ein anderes Kühlmittel in flüssiger Form in die äussere Kühlmittelkammer 12 eingeleitet werden, obwohl diese Ausführungsform bevorzugt wird. Beispielsweise wurde auch gasförmiger Stickstoff in die äussere Kühlmittelkammer 12 eingeleitet, der dann über die öffnungen 20 in die innere Kühlmittelkammer 1O gelangte, wobei es sich zeigte, dass eine ausreichende Kühlwirkung hinsichtlich einer Verfestigung des geschmolzenen Metalls im Formkanal 16 erreicht wurde. Da das Metall in der Giessform 12 erstarrt und beträchtlich abgekühlt wirdt^S£s möglich, das erstarrte Metall, wenn es das auslasseitige Ende 16b der Form verläßt, mit Hilfe einer weiteren wassergekühlten Graphitform noch weiter abzukühlen. An dieser Stelle kann nämlich eine wassergekühlte Form ohne das Risiko einer Explosion eingesetzt werden, da das Metall bereits erstarrt und beträchtlich abgekühlt ist.

Es versteht sich, dass dem Fachmann, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

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Beispielsweise kann die Kühlmitteleinlassöffnung 18 im äusseren Formteil näher am einlasseitigen Ende der Form 2 liegen, wie dies mit der gestrichelt eingezeichneten Öffnung 18· angedeutet ist. Ausserdem können die Formteile 4,6 und 8 nicht nur rohrförmige ausgebildet sein; die Querschnittsform des Formkanals kann vielmehr variiert werden, um praktisch beliebige Strangprofile zu erzeugen.

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Claims

OR.-ING. OIPL.-ΙΝβ.Μ. SC. Cl PL.-PHY S. DR. DIPL-PHVS. DOT.-«*«. ON. HÖGER - STELLRECHT - GRIFSSBACH - HAECKER BOEHME PATENTANWÄLTE IN STUTTGART A 43 741 b Anmelder: Timex Corp. 29 A 5577 k - 177 V7aterbury, Conn. 067 20 24. September 1979 USA Patentansprüche

1. Giessform zum kontinuierlichen Stranggiessen von Metall mit einem inneren Formteil mit einem länglichen, durchgehenden Formkanal, dessen Einlassende das schmelzflüssige Metall zuführbar ist und an dessen Auslassende der gegossene Metallstrang abziehbar ist, mit einer dem inneren Formteil in Längsrichtung umgebenden Kühlmittelkammer und mit Einlass- und Auslassanschlüssen für ein Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmdttelkammer als innere, auf ihrer Aussenseite durch einen mittleren Formteil (5)begrenzte Kühlmittelkammer (10) ausgebildet ist, dass zwischen dem mittleren Formteil (6) und einem äusseren Formteil (8) eine zweite, äussere Kühlmittelkammer (12) vorgesehen ist, welche die innere Kühlmittelkammer (10) umgibt, dass mindestens ein Einlassanschluß (18) für das Kühlmittel an dem äusseren und/oder mittleren Formteil (8 bzw. 6) derart vorgesehen ist, dass das Kühlmittel der äusseren Kühlmittelkammer (12) zuführbar ist, dass mind, ein zweiter Einlassanschluss (2o) für das Kühlmittel derart an dem mittleren Formteil (6) vorgesehen ist , dass das Kühlmittel aus der äusseren Kühlmitelkammer (12) der inneren Kühlmittelkammer (1o) angrenzend an das einlasseitige Ende (16a) des Formkanals (16) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt zuführbar ist und dass angrenzend an das auslasseitige Ende (16b) des Formkanals mindestens ein Kühlmittelauslass (22) vorgesehen ist.

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2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innere Formteil (4), der mittlere Formteil (6) und der äussere Formteil (8) als konzentrisch zueinander angeordnete rohrförmige Elemente mit von innen nach aussen zunehmendem Durchmesser ausgebildet sind.

3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (4, 6, 8) als getrennte hergestellte, rohrförmige Bauelemente ausgebildet sind.

4. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Einlassanschlüsse (20) als Kanäle ausgebildet sind, welche durch den mittleren Formteil (6) hindurchgehen und deren dem inneren Formteil (4) zugewandte Öffnungen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.

5. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelauslass (22) als in die Umgebung mündender, durch den mittleren und äusseren Formteil (6 bzw. 8) hindurchgehender Kanal ausgebildet ist.

6. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einlassanschluß für das Kühlmittel an dem äusseren und/oder mittleren Formteil (6 bzw. 8) mit einer Quelle für ein verflüssigtes,inertes Gas verbunden ist.

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