DE2065613A1 - CONTINUOUS METAL CASTING PROCESS - Google Patents
CONTINUOUS METAL CASTING PROCESSInfo
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Description
SOUTHWIRE COMPANY, 126 Fertilla Street, Carrollton,SOUTHWIRE COMPANY, 126 Fertilla Street, Carrollton,
Georgia/V.St.A.Georgia / V.St.A.
Metallstranggießverfahren Ausscheidung aus der Patentanmeldung P 20 65 137.0-2'JContinuous metal casting process separation from patent application P 20 65 137.0-2'J
Die Erfindung betrifft ein Metallstranggießverfahren, bei dem die Umfangsnut eines sich drehenden Gießrades zur Bildung einer Form mit einem kontinuierlichen, flexiblen Band abgedeckt und Metall im geschmolzenen Zustand eingegeben und in der Form, vienn sich das Metall mit dem Gießi'ad bewegt, bis zur teilweisen Verfestigung gekühlt wird.The invention relates to a metal continuous casting process, in which the circumferential groove of a rotating casting wheel to form a Mold covered with a continuous, flexible tape and metal in the molten state entered and in the mold, vienn the metal with the casting i'ad moves, up to the partial Solidification is cooled.
Das kontinuierliche Gießen von geschmolzenem Metall in einer Umfangsnut um ein rotierendes Gießrad herum ist in der Metallgießtechnik allgemein bekannt. Es wurde gefunden, daß beim Gießen von geschmolzenem Metall in einem rotierenden Gießrad, wenn das Metall gekühlt wird, dieses in drei Phasen erstarrt. Die erste Phase beginnt, wenn das Metall in die Umfangsnut des Gießrades eingeleitet wird und umfaßt denjenigen Abschnitt des Gießprozesses, währenddessen das Metall abgekühlt wird, aber in dem Gießrad vollständig flüssig ist, so daß es mit dem Gießrad in vollständiger Berührung steht. Die zweite Phase ist derjenige Abschnitt des Gießprozesses, währenddessen dasThe continuous casting of molten metal in a circumferential groove around a rotating casting wheel is well known in the metal casting art. It was found that the Pouring molten metal in a rotating casting wheel, when the metal is cooled, it solidifies in three phases. The first phase begins when the metal is introduced into the circumferential groove of the casting wheel and includes that section of the casting process, during which the metal is cooled, but is completely liquid in the casting wheel, so that it is with is in full contact with the casting wheel. The second phase is that part of the casting process during which the
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fortgesetzte Abkühlen des Metalles verursacht, daß eine äußere Kruste aus verfestigtem Metall sich in der Nähe des Gießrades bildet, währenddessen das Metall aber immer noch im wesentlichen in vollständiger Berührung mit dem Gießrad steht. Die dritte Phase ist derjenige Abschnitt des Gießverfahrens, der im wesentlichen am oder in der Nähe des Punktes der Verfestigung des geschmolzenen Metalles beginnt, an dem das fortgesetzte Kühlen des Metalles und das Dickerwerden der äußeren Kruste von erstarrtem Metall verursachen, daß das Metall von dem Gießrad fortschrumpft, und derjenige Abschnitt, währenddessen sich ein Luftspalt zwischen dem Metall und dem Gießrad bildet.Continued cooling of the metal causes an outer crust of solidified metal is formed in the vicinity of the casting wheel, but the metal while still substantially in full contact with the casting wheel is. The third phase is that portion of the casting process which begins substantially at or near the point of solidification of the molten metal at which continued cooling of the metal and thickening of the outer crust of solidified metal cause the metal to come off the casting wheel shrinks away, and the section during which an air gap is formed between the metal and the casting wheel.
Die dritte Erstarrungsphase ist die unangenehmste beim Gießen von geschmolzenem Metall in einem herkömmlichen rotierenden Gießrad, da der Luftspalt zwischen dem Metall und dem Gießrad die Größe der Wärmeübertragung von dem Metall zu dem Gießrad während der endgültigen Erstarrung des Metalles beträchtlich verringert. Das ist der Fall, da die Wärme von dem gegossenen Metall zu dem Gießrad in der dritten Erstarrungsphase hauptsächlich durch Strahlung über die Luft in dem Spalt und auch durch eine direkte Metal'l-Metall-Leitung erfolgen muß, statt nur durch direkte Metall-Metall-Leitung, wie im Fall der ersten und zweiten Erstarrungsphasen. Natürlich kann in einer Zeiteinheit weniger Wärme durch Strahlung als durch Leitung bei derselben relativen Temperatur übertragen werden. The third solidification phase is the most troublesome in the casting of molten metal in a conventional rotating casting wheel, since the air gap between the metal and the casting wheel considerably reduces the size of heat transfer from the metal to the casting wheel during the final solidification of the metal. This is the case because the heat from the cast metal to the casting wheel in the third solidification phase must take place mainly through radiation via the air in the gap and also through direct metal-to-metal conduction, instead of just direct metal-to-metal Conduction, as in the case of the first and second solidification phases. Of course, less heat can be transferred by radiation than by conduction in a unit of time at the same relative temperature.
Außerdem begrenzt die geringe Wärmeübertragungsgeschwindigkeit während der dritten Erstarrungsphase in einem Gießrad der herkömmlichen Art die Drehgeschwindigkeit des Gießrades und die zu erzielende Gießgeschwindigkeit. Die Drehgeschviindigkeit des herkömmlichen Gießrades muß ausreichend niedrig sein, um eine genügende Verweilzeit des Metalles in der dritten Erstarrungsphase vorzusehen, damit das Metall in dem Gießrad vollständig erstarren kann.In addition, the low heat transfer rate limits during the third solidification phase in a conventional casting wheel Type the speed of rotation of the casting wheel and the casting speed to be achieved. The speed of rotation of the The conventional casting wheel must be sufficiently low to provide sufficient residence time of the metal in the third solidification phase so that the metal is completely in the casting wheel can freeze.
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Aus der US-PS 3 261 059 ist ein Stranggießverfahren bekannt, bei dem, nachdem das Band um eine kurze Strecke vom Rand der Gießnut entfernt ist, der Gußstrang sich aus der Form löst und nicht weiterhin mittels einer Wärmeleitung über die Form gekühlt wird. Die einzige wesentliche Kühlung erfolgt mittels Wasser, das in die schmalen Spalte zwischen dem Band' und dem Rand der Gießnut gespritzt wird. Das Wasser, welches auf den Gießstrang auftrifft, bildet Dampf, der eine thermische Sperre gegen eine zusätzliche- Kühlung bildet.A continuous casting process is known from US Pat. No. 3,261,059 in which, after the strip has been removed a short distance from the edge of the casting groove, the cast strand is released from the mold and is no longer cooled by means of heat conduction through the mold. The only essential cooling is by means of water which is injected into the narrow gaps between the band and the edge of the casting groove. The water that hits the cast strand forms steam, which forms a thermal barrier against additional cooling.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die hier aufgeführten Probleme und Nachteile der üblichen Gießräder zu lösen.The present invention is based on the object that to solve the problems and disadvantages of the usual casting wheels listed here.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß zur öffnung der Form und zur Freilegung des teilweise verfestigten Metalles in der Gießnut das flexible Band vom Gießrad abgehoben wird, daß das freiliegende, teilweise verfestigte Metall weiter im Gießrad so geführt wird, daß das Metall kontinuierlich von der Gießnut getragen wird, daß ein Kühlmittel direkt der freiliegenden Oberfläche des teilweise verfestigten Metalls zur Vollendung der Verfestigung zugeführt wird, während das Metall in der Gießnut verbleibt und daß das Metall nach vollständiger Ver-. ■ festigung aus der Gießnut entnommen wird.According to the invention, this is done in that to open the mold and to expose the partially solidified metal in the Casting groove, the flexible band is lifted from the casting wheel, so that the exposed, partially solidified metal continues in the casting wheel is guided so that the metal is continuously carried by the casting groove that a coolant directly to the exposed Surface of the partially solidified metal is fed to complete solidification while the metal is in the Casting groove remains and that the metal after complete Ver. ■ Fortification is removed from the casting groove.
In vorteilhafter Weise wird die Kühlung des erzeugten Stranges nach Abheben des dieGießnut verschließenden Abdeckbandes außerordentlich intensiviert, wobei gleichzeitig der noch nicht vollständig verfestigte Strang bis zu seiner vollständigen Verfestigung abgestützt und geführt wird, über diese Abstützung und Führung ist eine Kühlung mittels Wärmeleitung möglich.In an advantageous manner, the cooling of the strand produced is extraordinary after the cover strip closing the casting groove has been lifted off intensified, at the same time the not yet fully solidified strand until its complete solidification is supported and guided over this support and Cooling by means of heat conduction is possible.
Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigenThe invention is to be explained in the following description with reference to the figures of the drawing. Show it
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Pig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung,Pig. 1 is a side view of an apparatus for carrying out the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrungsform,Fig. 2 is a schematic representation of the operation of the embodiment shown in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise eines herkömmlichen Gießrades3 shows a schematic representation of the mode of operation of a conventional casting wheel
und
Fig. 4 eine grafische Darstellung, die das Verhältnis zwischen den Wärmeübertragungen eines üblichen Gießrades und
beim erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht.and
4 is a graph illustrating the relationship between the heat transfers of a conventional casting wheel and the method of the invention.
Wie es am besten in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, die ein Gießrad 40, ein flexibles Band 41 und Bandstützräder 42, 44 und einschließt. Ein Gießtiegel 46 ist angeordnet, um geschmolzenes Metall in die Umfangsnut des Gießrades 40 einzugießen. Zur Kühlung ist ein Wassersprühverteiler 48 vorgesehen, und der gegossene Metallstrang C kann in dem Gießrad bleiben, bis er an der üblichen Stelle herausgezogen wird. Der Wassersprühverteiler 48 ist bogenförmig und erstreckt sich um das Gießrad herum von einer Stelle, wo das Band 41 von der Umfangsnut des Gießrades durch das Stützrad 45 entfernt wird, bis zu der Stelle, wo der gegossene Metallstrang C herausgezogen wird. Der Wassersprühverteiler 48 dient dazu, Wasser oder irgendein anderes Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des gegossenen Metallstranges C zu sprühen, wenn sich der Metallstrang der Stelle nähert, wo er aus dem Gießrad 40 herausgezogen wird. Der gegossene Metallstrang wird zwischen Klemmrollen 49 geführt, nachdem er aus dem Gießrad 40 herausgezogen worden ist, und er wird anschließend zu einem Walzwerk o. dgl. zur Weiterbearbeitung geleitet. Der teilweise erstarrte gegossene Metallstrang, der von dem Band 41 fort austritt, kann in dem Gießrad bleiben, während er weiter direkt durch die Wasserstrahlen gekühlt wird.As best shown in Figures 1 and 2, there is one device provided for carrying out the method, which includes a casting wheel 40, a flexible belt 41 and belt support wheels 42, 44 and includes. A ladle 46 is arranged to pour molten metal into the circumferential groove of the casting wheel 40. For cooling a water spray manifold 48 is provided and the cast metal strand C can remain in the casting wheel until it stops the usual place. The water spray manifold 48 is arcuate and extends around the casting wheel from a point where the band 41 is removed from the circumferential groove of the casting wheel by the support wheel 45 to the point where the cast metal strand C is pulled out. The water spray distributor 48 serves to spray water or some other coolant directly onto the surface of the cast metal strand C when the metal strand is in place approaches where it is withdrawn from the casting wheel 40. The cast metal strand is guided between pinch rollers 49, after it has been withdrawn from the casting wheel 40, and it then becomes a rolling mill or the like for further processing directed. The partially solidified cast metal strand emerging from the strip 41 can be in the casting wheel remain while it continues to be cooled directly by the water jets.
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Beim Betrieb beginnt das Gießen damit, daß eine Drehung des Gießrades, der Bandstützräder und des flexiblen Bandes in bekannter Weise beginnt. Dann wird das geschmolzene Metall in die Gießform M aus dem Gießtiegel her eingefüllt, woraufhin das Metall in der Form M durch Besprühen der Außenseite der Form M von herkömmlichen Sprühanordnungen S gekühlt wird, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Während sich das geschmolzene Metall mit der Form M bewegt, wird es während seiner ersten Erstarrungsphase ausreichend gekühlt, um eine teilweise Verfestigung des Metalles zu beginnen. Das bildet eine Metallkruste in der Nähe der Seiten der Form M, während das Metall in der Mitte der Form M noch unverfestigt ist. Das ist am besten aus Fig. 2 zu sehen, wo die Form M und das erstarrende Metall schematisch gezeigt sind.In operation, casting begins with a rotation of the Casting wheel, the band support wheels and the flexible band begins in a known manner. Then the molten metal poured into the mold M from the ladle forth, whereupon the metal in the mold M by spraying the outside the mold M is cooled by conventional spray assemblies S, as can be seen from FIG. While the melted Moving metal with the M shape, it is cooled sufficiently during its first solidification phase to partially Solidification of the metal to begin. That forms a metal crust near the sides of the M shape while the metal is still unconsolidated in the middle of the M shape. This can best be seen from Fig. 2, where the shape M and the solidifying Metal are shown schematically.
Diese Kruste wird während der zweiten Erstarrungsphase kontinuierlich dicker, und die Drehgeschwindigkeit des Gießrades ist derart, daß zum Zeitpunkt, wo das Metall das Ende der Phase 2 erreicht hat, die Kruste, die das geschmolzene Innere einschließt, ausreichend dick ist, um das geschmolzene Innere ohne zusammenzubrechen zu tragen. Wie es in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gezeigt ist, wird das Metall aus dem Gießrad HO bei oder in der Nähe des Beginns seiner dritten Erstarrungsphase abgegeben und von dem Band 1Il weitergetragen.This crust becomes continuously thicker during the second solidification phase and the speed of rotation of the casting wheel is such that by the time the metal has reached the end of phase 2, the crust enclosing the molten interior is sufficiently thick to surround the molten interior to bear without collapsing. As shown in the embodiment of FIG. 2, the metal from the casting wheel HO at or near the beginning is discharged its third solidification phase and carried further by the belt 1 Il.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß bei einem herkömmlichen Gießrad 10' das geschmolzene Metall in die Form M1 im Gießrad 10' eingegossen wird. Unmittelbar nach dem Eintritt in die Form M1 wird das Metall während seiner ersten Erstarrungsphase durch die Wärmeübertragung vom Metall zu der Form M' abgekühlt. Anschließend kühlt das Metall in seiner zweiten Erstarrungsphase mit einer dünnen Kruste ab, wobei sich aber das Metall immer noch im wesentlichen in vollständiger direkter Berührung mit der Form M1 befindet.From Fig. 3 it can be seen that in a conventional casting wheel 10 ', the molten metal is poured into the mold M 1 in the casting wheel 10'. Immediately after entering the mold M 1 , the metal is cooled during its first solidification phase by the heat transfer from the metal to the mold M '. The metal then cools in its second solidification phase with a thin crust, but the metal is still essentially in complete direct contact with the mold M 1 .
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Wenn die Kruste des erstarrten Metalles ausreichend dick wird, zieht sich das Metall von der Form M1 fort, und die Verfestigung des Metalles tritt in ihre dritte Phase ein. In der dritten Phase in der Form M1 verringert jedoch der Spalt G' zwischen der Form M1 und dem Metall C weitgehend das Ausmaß, in dem Wärme von dem Metall C zu der Form M1 übertragen wird. Die grafische Darstellung in Fig. 3 zeigt die Menge der Wärmeübertragung zu der Form während der Erstarrung des Metalles in der Form bei einem herkömmlichen Gießrad durch die gestrichelte Linie. Die beträchtlich verringerte Abkühlung während der dritten Phase der Erstarrungscharakteristik der Form M' begrenzt die maximale Geschwindigkeit des Gießrades 10' auf fe diejenige Geschwindigkeit, die sicherstellt, daß eine vollständige Verfestigung des Metalles C stattfindet, während sich das Metall C· in der Form M' des Gießrades 10' befindet.When the solidified metal crust becomes sufficiently thick, the metal pulls away from the mold M 1 and solidification of the metal enters its third phase. In the third phase in mold M 1 , however, the gap G 'between mold M 1 and metal C largely reduces the extent to which heat is transferred from metal C to mold M 1 . The graph in Fig. 3 shows the amount of heat transfer to the mold during the solidification of the metal in the mold in a conventional casting wheel by the dashed line. The considerably reduced cooling during the third phase of the solidification characteristic of the shape M 'limits the maximum speed of the casting wheel 10' to that speed which ensures that complete solidification of the metal C takes place while the metal C is in the shape M ' of the casting wheel 10 'is located.
In Fig. 2 sind die Erstarrungsphasen des gemäß der Erfindung gegossenen Metalles schematisch dargestellt, xvobei gezeigt ist, daß das Metall aus dem Gießrad 10 entfernt wird, wenn die Ausbildung der äußeren Kruste die Stelle erreicht hat, an der das Metall geschrumpft ist und sich von der Form M fortgezogen hat. Diese Stelle befindet sich in der Nähe des Beginns der dritten Erstarrungsphase, und das Metall C hat immer noch einen flüssigen Kern, wie es in Fig. 4 zu sehen ist, wenn es aus dem Gießrad 10 austritt. Es wird jedoch er-P sichtlich sein, daß irgendein herkömmliches Kühlmittel über das Metall C geleitet werden kann, um dessen Erstarrung mit einer viel größeren Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zu vollenden, als es in der dritten Phase bei dem herkömmlichen Gießrad 10' gemäß Fig. 3 möglich ist.In Fig. 2 the solidification phases of the metal cast according to the invention are shown schematically, xvobei shown is that the metal is removed from the casting wheel 10 when the formation of the outer crust has reached the point where the metal has shrunk and pulled away from shape M. This location is near the Beginning of the third solidification phase, and the metal C still has a liquid core, as can be seen in FIG is when it emerges from the casting wheel 10. It will be apparent, however, that some conventional coolant is available the metal C can be conducted to solidify it with a much greater rate of heat transfer than is possible in the third phase with the conventional casting wheel 10 'according to FIG. 3.
Die Wärmeübertragung oder Abkühlung in der dritten Erstarrungsphase gemäß der Erfindung im Verhältnis zur Abkühlung in der Form M1 ist am besten aus Fig. k zu sehen, die zeigt, daß dieThe heat transfer or cooling in the third solidification phase according to the invention in relation to the cooling in the form M 1 can best be seen from Fig. K , which shows that the
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Wärmeübertragung gemäß der Erfindung in der dritten Phase viel größer ist als diejenige eines herkömmlichen Gießrades 10', wie sie durch die gestrichelte Linie gezeigt ist. Somit ist es jetzt verständlich, daß die Erfindung den Betrieb der Gießmaschine mit einer solchen Drehgeschwindigkeit ermöglicht, die dazu führt, daß das Metall in der dritten Erstarrungsphase zu dem Kühlabschnitt 48 gelangt. Es ist auch verständlich, daß diese Anforderung größere Gießgesehwindigkeiten mit sich bringt, als sie mit herkömmlichen Gießrädern üblich waren. Es wird weiterhin verständlich sein, daß, obwohl der Kühlabschnitt 48 ein Kühlmittel auf das Metall C sprüht, andere Arten von Kühlung verwendet werden können.Heat transfer according to the invention in the third phase is much greater than that of a conventional casting wheel 10 ', as shown by the dashed line. Thus, it can now be understood that the invention includes the operation of the casting machine with such a rotation speed that leads to the fact that the metal reaches the cooling section 48 in the third solidification phase. It is also understandable that this requirement has greater casting speeds than they were common with conventional casting wheels. It will be further understood that although the cooling section 48 a coolant sprays onto the metal C, other types of cooling can be used.
Der teilweise erstarrte Strang kann in dem Gießrad während der dritten Erstarrungsphase bleiben. Wenn das flexible Band 41 vom Umfang des Gießrades entfernt worden ist, wird der teilweise erstarrte Strang freigelegt und Kühlmittel wird von dem Verteiler 48 direkt auf die Außenfläche des gegossenen Stranges gesprüht.The partially solidified strand can remain in the casting wheel during the third solidification phase. When the flexible tape 41 has been removed from the periphery of the casting wheel, the partially solidified strand is exposed and coolant is removed from the Manifold 48 sprayed directly onto the exterior surface of the cast strand.
Der teilweise erstarrte gegossene Strang wird nicht gebogen, sondern es wird gewartet, bis der Strang vollständig erstarrt ist, bevor er geradegerichtet und aus dem Gießrad herausgezogen, wird. Bei dieser Anordnung wird der Strang nicht während eines Teils seiner Ausbildung aus dem Gießrad heraus abgebogen oder geradegerichtet, wenn seine Pestigkeitseigenschaften als kritisch betrachtet werden können, oder wenn nur die rohrförmige Kruste in Phase drei der Kühlung ausgebildet worden ist. Der vollständige Querschnitt des Stranges wird hergestellt sein, und der Strand wird eine höhere Festigkeitseigenschaft erreicht haben, selbst wenn er an der Stelle des Herausziehens aus dem Gießrad relativ heiß bleibt und zum Ausrichten biegsam genug ist.The partially solidified cast strand is not bent, but it is waited until the strand completely solidifies before it is straightened and pulled out of the casting wheel. With this arrangement, the strand is not during a Part of its training bent or straightened out of the casting wheel, if its pestability properties are critical can be viewed, or if only the tubular crust has been formed in phase three of the cooling. Of the full cross-section of the strand will be made and the strand will have a higher strength property even if it remains relatively hot at the point of withdrawal from the casting wheel and flexible enough to align is.
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Um den Nachteil des Festhaltens des Stranges in dem Gießrad zu beseitigen, kann der Verteiler *I8 in Aufwärtsrichtung entlang des Weges des Stranges verlängert werden, während er aus dem Gießrad herausgezogen wird, um Kühlwasser dem Strang zuzuführen, nachdem der Strang aus dem Gießrad herausgezogen worden ist, und die Geschwindigkeit der Gießmaschine kann dadurch erhöht werden. Der Strang wird aus dem Gießrad herausgezogen, bevor er vollständig erstarrt ist, aber der langgestreckte Verteiler 48 wird das Aufbringen von Kühlmittel auf den Strang fortsetzen, so daß der Strang vollständig verfestigt ist, wenn er die Nähe der Gießmaschine verläßt.To the disadvantage of the strand being trapped in the casting wheel To eliminate, the distributor can * I8 in an upward direction along the path of the strand can be extended as it is withdrawn from the casting wheel to supply cooling water to the strand, after the strand has been withdrawn from the casting wheel, and the speed of the casting machine can thereby increase. The strand is pulled out of the casting wheel before it is completely solidified, but the elongated one Manifold 48 is applying coolant to it continue the strand so that the strand is completely solidified when it leaves the vicinity of the caster.
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