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Dokumentenidentifikation DE10394261T5 09.08.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zum horizontalen Direktstranggießen
Anmelder Alcoa Inc., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder Brock, James A., Massena, N.Y., US;
Yost, Sara J., Lafayette, Ind., US;
Sheets, Dmitri C., Cressona, Pa., US;
Almand, Jefferey D., Magnolia, Ariz., US;
Scherbak, Michael, Knoxville, Tenn., US;
Drieling, Heather C., Magnolia, Ariz., US;
Dyson, Rodney L., Magnolia, Ariz., US;
Critton, George, Magnolia, Ariz., US
Vertreter Kluin, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 40597 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 10394261
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, CZ, DE, DE, DK, DK, DM, DZ, EC, EE, EE, EG, ES, FI, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, AP, EA, EP, OA
WO-Anmeldetag 11.09.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/US03/28520
WO-Veröffentlichungsnummer 2005011898
WO-Veröffentlichungsdatum 10.02.2005
Date of publication of WO application in German translation 09.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.08.2007
IPC-Hauptklasse B22D 11/124(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Direktstranggießmaschinen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung allgemein auf horizontal orientierte Direktstranggießmaschinen, die zur Produktion von Metallgegenständen von undefinierter Länge geeignet sind. Darüber hinaus richtet sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zum Direktstranggießen von Metallen, beispielsweise Aluminium in lang gestreckte Metallgegenstände, wie beispielsweise Barren, Stäbe, Brammen, etc.

Beschreibung verwandten Standes der Technik

Das Direktstranggießen ist wohlbekannter Stand der Technik zum Gießen von Metallen, wie beispielsweise Aluminium, in lang gestreckte Metallprodukte wie beispielsweise Barren. Wenn geschmolzenes Metall in einer solchen Weise gegossen wird, wird das geschmolzene Metall im allgemeinen in einem vertikal orientierten und offen endenden Gussformhohlraum eingebracht, der eine an dem Abgabeende angeordnete Stütze umfasst. Die Stütze, oder Fußblock, wird langsam abgesenkt, während das geschmolzene Metall in dem Hohlraum nach unten fließt. Die Wand der Durchlaufkokille wird kontinuierlich gekühlt, so dass sich eine feste Metallhaut in Kontakt mit der Wand bildet. Das Metall wird weiter stromabwärts in dem Gussformhohlraum verfestigt, um so den lang gestreckten Metallgegenstand zu bilden.

Eine kürzliche Verbesserung in Direktstranggusstechniken ist die Verwendung eines Graphit- oder graphitähnlichen Ringes in der Wand der Durchlaufkokille. Der Graphitring bildet im Allgemeinen einen festen, jedoch flüssigkeitsdurchlässigen Wandbereich in dem Gussformhohlraum. Ein Beispiel einer Direktstranggussvorrichtung oder einer Kokille mit einem Graphit- oder graphitartigen Ring ist in dem US Patent Nr. 4,598,763 von Wagstaff et al. offenbart.

In dem Wagstaff '763 Patent ist der Graphitring unterhalb einer peripheren Wand in einem vertikal orientierten Gussformhohlraum der Kokille angeordnet. Die periphere Wand ist gebildet aus einem Ring aus isolierendem feuerfestem Material. Die periphere Wand begrenzt eine scharfe Ecke oder einen Überhang unmittelbar stromaufwärts von dem Graphitring. Der Graphitring ist fluiddurchlässig. Während der Verwendung der Kokille wird der Graphitring mit schmierendem Öl und Gas beaufschlagt, das zumindest teilweise das in dem Gussformhohlraum nach unten fließende Metall zumindest teilweise verfestigt (d.h. eine feste Haut von Metall bildet). Der fluiddurchlässige Graphitring erlaubt es dem schmierenden Öl und Gas hindurchzudiffundieren. Etliche andere Wagstaff et al. Patente sind bekannt in diesem Feld, die jeweils grundsätzlich den Gebrauch eines Graphitrings in einer Durchlaufkokille offenbaren und, insbesondere, eine vertikal orientierte Durchlaufkokille. Weiterhin einschlägige Wagstaff et al. Patente in diesem Feld umfassen die US Patente Nr. 5,582,230; 5,323,841; 5,318,098; und 4,947,925. Jedes der vorgenannten Wagstaff et al. Patente ist hierin durch Zitat eingearbeitet.

Das Wagstaff '098 Patent offenbart eine konventionelle, vertikal orientierte Durchlaufkokille, in die ein Graphitring eingearbeitet ist. Diese Referenz offenbart darüber hinaus eine Flüssigkühlmittelabgabeeinrichtung zum Verfestigen des geschmolzenen Metalls stromabwärts von dem Graphitring. Die Kühleinrichtung ist in der Form einer Flüssigkühlbox, welche eine Vielzahl von Löchern begrenzt, um flüssiges Kühlmittel der Oberfläche des Metalls, das von dem Graphitring nach unten durchströmt, zuzuleiten. Die Löcher sind nach unten ausgerichtet (d.h. angewinkelt), um das Kühlmittel auf den Metallkörper abzugeben, der sich im Wesentlichen an dem Graphitring bildet.

Das US Patent Nr. 4,947.925 von Wagstaff et al. offenbart eine Durchlaufkokille, die im Allgemeinen konfiguriert ist, um Barren und Ähnlichem mit einem rechteckigen Querschnitt zu bilden. Der in der Kokille verwendete Gussring, der in dieser Referenz offenbart ist, ist unterteilt in vier (4) im Allgemeinen geradlinigen Wandsegmenten, die mit mechanischen Befestigungsmitteln aneinander befestigt sind.

Das US Patent Nr. 5,582,230 von Wagstaff et al. offenbart eine Durchlaufkokille, die stromvorwärts eine ähnliche Kühleinrichtung beinhaltet, wie jene, die in dem Wagstaff '098 Patent offenbart ist. Die Kühleinrichtung ist geeignet ein flüssiges Kühlmittel direkt auf die äußere Oberfläche des halb erstarrten Metalls, das von dem Graphitring nach unten strömt, aufzubringen, wenn sich die Kokille in Gebrauch befindet. Der Gussformhohlraum ist mit einer Mehrzahl von Fluidabgabeöffnungen ausgestattet, durch welche unter Druck befindliche Strahle von Flüssigkeit auf die Oberfläche des halb erstarrten Metalls abgegeben werden. Die Flüssigkeitsfühlströme oder -strahle werden abgegeben durch zwei Gruppen von Öffnungen.

Während Durchlaufkokillen, die einen Graphit- oder einen graphitähnlichen Ring umfassen, im Stand der Technik bekannt sind, verbleibt noch Raum für Verbesserungen in diesem Feld, insbesondere im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Graphitring und dem geschmolzenen Metall in dem Gussformhohlraum der Durchlaufkokille während der Benutzung der Kokille.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Gießvorrichtung zum Direktstranggießen von Metall entlang einer horizontalen Achse. Die Gießvorrichtung umfasst einen Zwischenbehälter zum Aufnehmen eines Vorrats von geschmolzenem Metall, eine Kokille und einen Starterblock in Verbindung mit der Kokille. Die Kokille befindet sich in Flüssigkeitskommunikation mit dem Zwischenbehälter über einen in der Zwischenbehälterwand begrenzten Durchlass. Die Kokille umfasst im Allgemeinen eine Kopfplatte, einen Gießring und einen Einspeisering. Die Kopfplatte begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung verbunden mit dem Durchlass. Die Kopfplatte hat eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite. Die Stromabwärtsseite begrenzt eine Aussparung mit einer konischen Seitenwand. Der Gießring ist verbunden mit der Stromabwärtsseite der Kopfplatte und begrenzt eine Furche benachbart zur Seitenwand der Kopfplatte. Der Einspeisering ist in der Furche angeordnet, um das geschmolzene Metall, das durch die Kokille fließt zu kühlen und zumindest teilweise zu verfestigen. Der Starterblock ist im Allgemeinen innerhalb des Gießrings angeordnet.

Die Seitenwand der Kopfplatte erweitert sich vorzugsweise nach außen von einer zentralen Achse der Kokille. Die Seitenwand kann sich direkt zu dem Einspeisering erstrecken. Der Einspeisering ist vorzugsweise aus Graphit hergestellt und der Einspeisering kann fluiddurchlässig sein und der Gießring kann derart ausgestaltet sind, dass Kühl- und Schmierflüssigkeit durch den Einspeisering zugeführt werden kann. Ein Kühlring kann mit dem Gießring verbunden sein. Der Kühlring kann eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen umfassen. Der Kühlring kann mit dem Gießring derart zusammenwirken, dass die Zähne eine Mehrzahl von Sprühdüsen zur Abgabe von Kühlflüssigkeitsprays während der Verwendung der Kokille zumindest an den Gießring abgeben. Der Kühlring kann eine ringförmige Kammer begrenzen, die sich in Kommunikation mit den Sprühdüsen befindet. Die ringförmige Kammer kann geeignet sein, um Kühlflüssigkeit den Sprühdüsen zur Aufbringung zumindest auf den Gießring während der Verwendung der Kokille bereitzustellen.

Der Einspeisering kann mit dem Gießring über eine Gewindeverbindung verbunden sein. Die bogenförmig geformte Öffnung kann eine auseinander laufende Öffnung umfassen. Der in der Zwischenbehälterwand begrenzte Durchlass kann zumindest teilweise konvergent sein.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls allgemein auf Kokillen zum Direktstranggießen von Metall. Die Kokille der vorliegenden Erfindung umfasst üblicherweise in Kopfplatte, einen Gießring und einen Einspeisering. Die Kopfplatte begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung. Die Kopfplatte hat eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite. Die Stromabwärtsseite begrenzt eine Aussparung mit einer verjüngten Seitenwand. Der Gießring ist verbunden mit der Stromabwärtsseite der Kopfplatte und begrenzt eine Furche benachbart zu der Seitenwand der Kopfplatte. Der Einspeisering ist in der Furche zur Kühlung und zur zumindest teilweisen Verfestigung des flüssigen durch die Kokille fließenden Metalls angeordnet.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum direkten Stranggießen von Metallen. In dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Direktstranggussvorrichtung üblicherweise einen Zwischenbehälter, eine Kokille und einen Starterblock in Verbindung mit der Kokille. Der Zwischenbehälter umfasst einen Vorrat von geschmolzenem Metall. Die Kokille befindet sich in fluider Kommunikation mit dem Zwischenbehälter über einen in der Behälterwand begrenzten Durchlass. Die Kokille umfasst üblicherweise eine Kopfplatte, einen Gießring und einen Einspeisering. Die Kopfplatte begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung verbunden mit dem Durchlass. Die Kopfplatte hat eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite. Die Stromabwärtsseite begrenzt eine Furche mit einer konischen Seitenwand. Ein Gießring ist verbunden mit der Flussabwärtsseite der Kopfplatte und begrenzt eine Furche benachbart zu der Seitenwand der Kopfplatte. Der Einspeisering ist in der Furche zum Kühlen und zumindest teilweisen Verfestigen des durch die Kokille fließenden geschmolzenen Metalls angeordnet.

Das Verfahren umfasst im Allgemeinen Zurückziehen des Starterblocks in den Gießring, Abgabe des geschmolzenen Metalls an die Kokille durch den Zwischenbehälterdurchlass in der Zwischenbehälterwand und die bogenförmig geformte Öffnung in der Kopfplatte, und Kühlen und zumindest teilweise Verfestigen des geschmolzenen Metalls an dem Einspeisering zum Formen des Metallgegenstands. Der Schritt der Abgabe geschmolzenen Metalls kann das nach außen Auseinanderlaufen des geschmolzenen Metalls in der Kokille entlang der Seitenwand der Kopfplatte vor Inkontaktkommen mit dem Einspeisering umfassen. Der Einspeisering kann fluiddurchlässig und der Gießring kann konfiguriert sein, um Kühl- und Schmierflüssigkeit an dem Einspeisering bereitzustellen. Das Verfahren kann umfassen dem Einspeisering Kühl- und Schmierflüssigkeit beizustellen, um das geschmolzene Metall an dem Einspeisering zu kühlen und zumindest teilweise zu verfestigen.

Ein Kühlring kann mit dem Einspeisering verbunden sein. Der Kühlring kann eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen umfassen und mit dem Gießring zusammenwirken, so dass die Zähne eine Mehrzahl von Sprühdüsen bilden. Das Verfahren kann des Weiteren die Abgabe von Kühlflüssigkeit mit Sprays zumindest an den Gießring durch die Sprühdüsen umfassen, um den Gießring während der Verwendung der Kokille zu kühlen. Der Kühlring kann eine ringförmige Kammer in Fluidkommunikation mit den Sprühdüsen definieren. Das Verfahren kann des Weiteren die Bereitstellung von Kühlflüssigkeit von der kegelförmigen Kammer an die Sprühdüsen umfassen.

Weitere Details und Vorteile der Gießvorrichtung und des Direktstranggießverfahrens der vorliegenden Erfindung werden sich beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Figuren erschließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Schnittansicht einer horizontalen Direktstranggussvorrichtung mit einem Zwischenbehälter und einer Kokille gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 ist eine Schnittansicht der in der Gießvorrichtung von 1 verwendeten Kokille;

3 ist eine Vorderansicht der Kokille in 2;

4 ist eine Schnittansicht der in der in 1 und 2 gezeigten Kokille verwendeten Kopfplatte;

5 ist eine Vorderansicht der Kopfplatte in 4;

6 ist eine Schnittansicht eines in der 1 und 2 gezeigten Kokille verwendeten Gießrings;

7 ist eine Vorderansicht des Gießrings in 6;

8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 in 7;

9 ist eine ebene Ansicht eines in einer in 1 und 2 dargestellten Kokille verwendeten Einspeiserings;

10 ist eine Schnittansicht entlang Linie 10-10 in 9;

11 ist eine Ansicht des Abgabeendes der Kokille in 2, die einen in den Kokillen in 1 und 2 verwendeten Kühlring zeigt;

12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in 11;

13 ist eine zwischenbehälterseitige Ansicht einer Zwischenbehälteröffnung, die den Zwischenbehälter und die Kokille in der Gussvorrichtung in 1 verbindet;

14 ist eine Schnittansicht entlang einer vertikalen Achse der Zwischenbehälteröffnung in 13;

15 ist eine Schnittansicht entlang einer horizontalen Achse der Zwischenbehälteröffnung in 13; und

16 ist eine kokillenseitige Ansicht der Zwischenbehälteröffnung der 13 bis 15.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zum Zwecke der nachfolgenden Beschreibung sollen die Begriffe „obere", „untere", „rechts", „links", „vertikal", „horizontal", „oberes Ende", „unteres Ende", und Derivate hiervon sich auf die Erfindung beziehen, wie sie in den Figuren orientiert ist. Dazu muss jedoch verstanden werden, dass die Erfindung unterschiedliche alternative Varianten und Schrittfolgen annehmen kann, sofern dies nicht ausdrücklich gegenteilig spezifiziert ist. Es muss darüber hinaus verstanden werden, dass die spezifischen Einrichtungen und Methoden, die in den beigefügten Zeichnungen illustriert und in dem folgenden Text beschrieben sind, lediglich einfache beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Daher sind spezifische Größen und andere physikalische Eigenschaften verbunden mit den nachfolgend offenbarten Ausführungsformen nicht als limitierend aufzufassen.

Bezug nehmend auf 1 ist die vorliegende Erfindung eine Gießvorrichtung 10, die geeignet ist, Metallprodukte mit einem massiven Querschnitt direktstrangzugießen. Die Gießvorrichtung 10 wird im Allgemeinen einen Zwischenbehälter 12 und eine Kokille 14, die sich in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälter 12 befindet, umfassen. Der Zwischenbehälter 12 ist geeignet, einen Vorrat von geschmolzenem Metall, beispielsweise geschmolzenem Aluminium oder Magnesium, aufzunehmen, welcher an die Kokille 14 abgegeben wird. Andere typische Metalle, die in der Gießvorrichtung 10 verwendet werden können, umfassen Zink, Bronze oder Kupfer oder andere Nichteisenmetalle.

Der Zwischenbehälter 12 umfasst im Allgemeinen eine äußere Hülle 16, die vorzugsweise aus einem Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt ist, und eine isolierende Schicht 18, die die äußere Schicht 16 auskleidet. Die isolierende Schicht 18 ist vorzugsweise ein feuerfestes Material, das geeignet zur Verwendung mit Aluminium- oder Magnesium-Legierungen oder dergleichen geeignet ist. Die isolierende Schicht 18 begrenzt eine Aufnahmekammer 20 für geschmolzenes Metall, die einen fertigen Vorrat von geschmolzenem Metall zur Abgabe an die Kokille 14 während der Verwendung der Gießvorrichtung 10 enthält. Wie in 1 dargestellt ist, ist ein Durchlass 22 (hiernach „Zwischenbehälterdurchlass 22") in der Isolierschicht 18 und der äußeren Hülle 16 ausgebildet, um die Kokille 14 mit geschmolzenem Metall zu versorgen. Der Zwischenbehälterdurchlass 22 ist, wie dargestellt, zumindest teilweise konvergent, um die Zufuhr von geschmolzenem Metall an die Kokille 14 zu erleichtern. Weitere Details des Zwischenbehälterdurchlasses werden weiter unten in Verbindung mit den 13 bis 16 diskutiert. Der Zwischenbehälterdurchlass 22 hat im Allgemeinen zwei Funktionen. Der Zwischenbehälterdurchlass 22 erlaubt erstens einen nicht turbulenten Durchfluss von geschmolzenem Metall in die Kokille 14 und verhindert zweitens Oberflächendefekte durch das Richten des heißen geschmolzenen Metalls zum Boden der Kokille 14.

Bezug nehmend auf 1 bis 3 ist die Kokille 14 vorzugsweise fest mit der äußeren Hülle 16 verbunden. Die Kokille 14 umfasst im Allgemeinen eine Kopfplatte 24, einen mit der Kopfplatte 24 verbundenen Gießring 26, einen mit dem Gießring 26 verbundenen Einspeisering 28 und, bevorzugt, einen mit dem Gießring 26 verbunden Kühlring 30. Die Kopfplatte 24 ist vorzugsweise fest verbunden mit der äußeren Hülle 16 mittels einer Kopfklemme 32 und mechanischen Befestigungsmitteln 34. Die Kopfplatte 24 begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung 36, die sich in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälterdurchlass 22 in dem Zwischenbehälter 12 befindet. Die Öffnung 36 erlaubt es geschmolzenem Metall in die Kokille 14 während der Verwendung der Gießvorrichtung 10 zu strömen. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, ist die Öffnung 36 vorzugsweise als eine divergierende Öffnung ausgebildet.

Bezug nehmend auf 1 bis 5 hat die Kopfplatte 24 eine erste oder Stromaufwärtsseite 38 und eine zweite oder Stromabwärtsseite 40. Die Stromabwärtsseite 40 zeigt nach innen in Richtung eines Gussformhohlraums 42 der Kokille 14. Der Gussformhohlraum 42 ist im Allgemeinen begrenzt durch die Stromabwärtsseite 40 der Kopfplatte 24 durch den Gießring 26 und einem Fuß- oder Starterblock 44. Während der Verwendung der Gießvorrichtung 10 und der Kokille 14 ist der Starterblock 44 zunächst innerhalb des Gießrings 26 positioniert oder eingesetzt und wird langsam zurückgezogen von dem Gießring 26 während geschmolzenes Material zeitgleich in den Gussformhohlraum 42 durch die Öffnung 36 in der Kopfplatte 24 und den Zwischenbehälterdurchlass 22 fließt, wie dies im Stand der Technik konventionell bekannt ist.

Die Flußabwärtsseite 40 der Kopfplatte 24 begrenzt eine Furche oder Aussparung 46. Die Aussparung 46 hat eine konische Seitenwand 28 wie in 1 und 2 dargestellt. Die konische Seitenwand 28 erweitert sich im Allgemeinen nach außen von einer zentralen Achse L der Kokille 14. Vorzugsweise erweitert sich die Seitenwand 28 von der bogenförmigen Öffnung 36 in der Kopfplatte 24 im Wesentlichen bis zum Einspeisering 28, so dass das während der Verwendung der Kokille 14 von dem Gussformhohlraum 42 empfangene Metall fließend von der Kopfplatte 24 zu dem Einspeisering 28 übergeht, wo das geschmolzene Metall zumindest teilweise verfestigt wird, um einen langgestreckten Metallgegenstand zu bilden. Die verjüngte Seitenwand 48 bewirkt einen gleichmäßigen Fluss von geschmolzenem Metall und gibt das geschmolzene Metall gleichmäßig an die Zone der Verfestigung ab, welche im Wesentlichen an dem Einspeisering 28 entsteht.

Bezug nehmend auf 1 bis 10 ist der Gießring 26 benachbart zur Kopfplatte 24 angeordnet und ist vorzugsweise mit der Kopfplatte 24 beispielsweise mit mechanischen Befestigungsmitteln befestigt. Der Gießring 26 kann aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Stahl hergestellt sein. Der Gießring 26 hat eine langgestreckte innere Wand 50, die eine ringförmige Aussparung 52 begrenzt, welche im Allgemeinen dem Gussformhohlraum 44 gegenübersteht. Wie dargestellt ist die Aussparung 52 vorzugsweise unmittelbar angrenzend und flussabwärts von der Kopfplatte 24 angeordnet. Der Einspeisering 28 ist in der Aussparung 52 angeordnet und vorzugsweise fest zum Gießring 26 angebracht, beispielsweise durch eine Gewindeverbindung. Der Einspeisering 28 ist vorzugsweise ein fluiddurchlässiger Graphitring und wird verwendet um zumindest teilweise das geschmolzene Metall, das fließend den Gussformhohlraum 42 während der Verwendung der Gießvorrichtung 10 und der Kokille 14 passiert, zumindest teilweise zu verfestigen, wie dies nachfolgend weiter beschrieben wird. Die Verwendung von Graphitringen in Direktstranggießvorrichtungen ist wohlbekannt im Stand der Technik wie vorab in Verbindung mit dem Wagstaff Patenten, die vorab durch Referenz eingearbeitet wurden, diskutiert worden ist.

Bezug nehmend auf 1 bis 12 ist der Kühlring 30 benachbart zu dem Gießring 26 angeordnet. Der Kühlring 30 ist vorgesehen, um den Gießring 26 zu kühlen und das zumindest teilweise verfestigte Metall, das den Einspeisering 28 passiert, wenn die Kokille 14 sich in Benutzung befindet, vollständig zu verfestigen. Die Kühlung ist zur Abgabe von Kühlungsfluidsprays auf die äußere Oberfläche 54 der lang gestreckten Wand 50 des Gießrings 26 und, bevorzugt, auf die Oberfläche des zumindest teilweise verfestigten Metalls, das den Gießring 26 passiert, ausgestaltet. Der Kühlring 30 ist vorzugsweise fest an dem Gießring 26 montiert, beispielsweise durch mechanische Befestigungsmittel. Der Kühlring 30 kann aus Metall wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Stahl oder rostfreiem Stahl, oder einem nichtmetallischen Material wie beispielsweise aus Polymer mit geeigneten Eigenschaften, hergestellt sein.

Der Kühlring 30 begrenzt eine ringförmige Kammer 28. Die ringförmige Kammer 28 ist geeignet, einen Vorrat an Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, aufzunehmen, welche an die äußere Oberfläche 54 der lang gestreckten Wand 50 des Gießrings 26 und an das zumindest teilweise verfestigte Metall, das den Einspeisering 28 mit dem Gießring 26 während der Verwendung der Kokille 14 passiert, abzugeben ist. Vorzugsweise wird die Kühlflüssigkeit (d.h. Wasser) an die äußere Oberfläche 54 und an das halb verfestigte Metall in Form von Kühlsprays abgegeben. Zu diesem Zwecke begrenzt der Kühlring 30 eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen 60. Der Kühlring 30 ist verbunden mit oder wirkt zusammen mit dem Gießring 26 derart, dass die vorstehenden Zähne 60 eine Mehrzahl von Sprühdüsen 62 begrenzen oder formen, um die Kühlsprays auf die äußere Wand 54 von dem Gießring 26 bereitzustellen. Die Sprühdüsen 62 befinden sich in Fluidkommunikation mit der ringförmigen Kammer 58, welche die Kühlflüssigkeit den Sprühdüsen 62 abgibt. Die Sprühdüsen 62 sind im Allgemeinen einwärts von der zentralen Achse L der Kokille 14 ausgerichtet. Die vorstehenden Zähne 60 und somit die Sprühdüsen 62 sind vorzugsweise gleichmäßig beabstandet um den Gießring 26 herum angeordnet um im Wesentlichen gleichförmige Kühlflüssigkeitssprays auf die äußere Wand 54 des Gießrings 26 und auf das von dem Gießring 26 passierende, halb verfestigte Metall bereitzustellen.

Der Einspeisering 28 wird gespeist mit einer Kühl- und Schmierflüssigkeit oder einer Kombination von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Öl, Rapsöl, Erdnussöl oder geeignete synthetische Schmiermittel, um das der Kokille 14von dem Zwischenbehälter 12 zugeführte und durch den Gussformhohlraum 44 während der Verwendung der Kokille 14 fließende geschmolzene Metall zu verfestigen. Die Kühl- und Schmierflüssigkeit wird dem Einspeisering 28 durch ein System von in dem Gießring 26 begrenzter Kanäle zugeführt. Das System von Kanälen umfasst einen sich umlaufend erstreckenden Zufuhrkanal 64, der die Kühl- und Schmierflüssigkeit umlaufend durch den Gießring 26 zirkuliert und eine Mehrzahl von sich quer erstreckenden Abzweigkanälen 66, welche die Kühl- und Schmierflüssigkeit direkt an den fluiddurchlässigen Einspeisering 28 abgeben. Der fluiddurchlässige Einspeisering 28 erlaubt es der Kühl- und Schmierflüssigkeit die Oberfläche des Einspeiserings 28 zu erreichen, um das geschmolzene, durch den Gussformhohlraum 42 von dem Zwischenbehälter 12 fließende geschmolzene Material zu kühlen oder zumindest teilweise zu verfestigen. Der Einspeisering 28 arbeitet hier im Wesentlichen in analoger Weise wie die aus dem Stand der Technik bekannten Graphitringe, die beispielsweise in den vorab diskutierten Wagstaff Patenten offenbart sind.

Bezug nehmend auf 13 bis 16 ist der in der Seitenwand des Zwischenbehälters 12 gebildete Zwischenbehälterdurchlass 22 dargestellt. Der Zwischenbehälterdurchlass 22 ermöglicht die Bewegung des geschmolzenen Metalls von dem Zwischenbehälter 12 zu der Kokille 14. Das geschmolzene Metall fließt durch Gravitation von der geschmolzenen Metallaufnahmekammer 20 durch den Zwischenbehälterdurchlass 22 (d.h. Spiegeldifferenzen zwischen der Kammer 20 und dem Zwischenbehälterdurchlass 22). Der Zwischenbehälterdurchlass 22 ist ein im Wesentlichen konvergenter Durchlass, der unterteilt ist in zwei Teile oder Bereiche. Insbesondere umfasst der Zwischenbehälterdurchlass 22 einen ersten Teil 70, der einen konvergenten Bereich in dem Zwischenbehälterdurchlass 22 bildet, und einen zweiten Teil 42, welcher im Wesentlichen zylindrisch geformt ist. Der erste Teil 70 bildet den Eingangsbereich bzw. die Öffnung zu dem Zwischenbehälterdurchlass 22 und erlaubt geschmolzenes Metall gleichmäßig in den Zwischenbehälterdurchlass 22 von der Aufnahmekammer 20 überzutreten. Der zweite Teil 72 bildet den Auslass des Zwischenbehälterdurchlasses 22 und leitet geschmolzenes Material der bogenförmigen Öffnung 36 in der Kopfplatte 24 zu. Die bogenförmige Öffnung 36 ist im Allgemeinen divergent über ihre Länge und erlaubt es dem in den Gussformhohlraum 42 fließenden geschmolzenen Metall gleichmäßig in Kontakt mit der Stromabwärtsseite 40 der Kopfplatte 24 überzugehen.

Bezug nehmend auf 1 bis 16, die allgemein vorab beschriebene Gießvorrichtung 10 arbeitet im Wesentlichen wie folgt: Zunächst wird der Starterblock 44 in den Gießring 26 benachbart der Kopfplatte 24 eingesetzt. Wenn der Starterblock 44 von dem Gießring 26 zurückgezogen wird, fließt geschmolzenes Metall von der Aufnahmekammer 20 in den Zwischenbehälterdurchlass 22. Der erste Teil 70 des Zwischenbehälterdurchlasses 22 trichtert das geschmolzene Metall in den zweiten Teil 72. Das geschmolzene Metall fließt dann in den Gussformhohlraum 42 der Kokille 14 durch die divergent kreisbogenförmige Öffnung 36. Wenn das geschmolzene Metall in den Gussformhohlraum 42 einfließt, läuft das geschmolzene Metall auswärts, entlang der in der Stromabwärtsseite 40 der Kopfplatte 24 gebildeten Seitenwand 48. Das geschmolzene Metall fließt auswärts bis es den Einspeisering 28 kontaktiert. Der Einspeisering 28 kühlt das geschmolzene Metall um eine feste äußere Haut von verfestigtem Metall in Kontakt mit dem Einspeisering 28 zu bilden. Das nun zumindest teilweise verfestigte Metall passiert zum Gießring 26, an dem es vollständig verfestigt wird in den gewünschten Metallgegenstand, wie beispielsweise einen Barren. Das zumindest teilweise verfestigte Metall fließt entlang der verlängerten Wand 50 des Gießrings 26, wo es gekühlt und verfestigt wird. Der Gießring 26 und zumindest teilweise verfestigtes Metall werden gekühlt durch die Applikation von Kühlflüssigkeitssprays wie weiter oben erwähnt, die durch die Sprühdüsen 62, die durch die an dem Kühlring 30 gebildeten vorstehenden Zähne 60 begrenzt sind, abgegeben werden. Die Kühlflüssigkeit für die Kühlsprays wird von der ringförmigen Kammer 58, die durch den Kühlring 30 gebildet ist, bereitgestellt. Die ringförmige Kammer 58 ist vorzugsweise in Fluidkommunikation mit einer externen Quelle von Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen der Gießvorrichtung und der Kokille beschrieben worden ist, mögen Fachleute Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindungen durchführen ohne den Geist und den Umfang der Erfindung zu verlassen. Demgemäß ist die vorstehende detaillierte Beschreibung gedacht illustrativ, jedoch nicht restriktiv zu sein. Die Erfindung ist begrenzt durch die beigefügten Ansprüche und sämtliche Änderungen an der Erfindung, die unter den Wortsinn und in den Äquivalenzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, müssen als von deren Umfang erfasst angesehen werden.

Zusammenfassung:

Eine Gießvorrichtung (10) zum Direktstranggießen von Metall umfasst einen Zwischenbehälter (12), der einen Vorrat von geschmolzenem Metall enthält, eine Kokille (14) und einen Starterblock (44) verbunden mit der Kokille (14). Die Kokille (14) befindet sich in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälter (12) über einen Durchlass (22), der in der Zwischenbehälterwand ausgebildet ist. Die Kokille (14) umfasst eine Kopfplatte (24), einen Gießring (26) und einen Einspeisering (28). Die Kopfplatte (24) begrenzt eine bogenförmig geformte Öffnung (36), die mit dem Durchlass (22) verbunden ist. Die Kopfplatte (24) hat eine Stromaufwärtsseite (38) und eine Stromabwärtsseite (40). Der Gießring (26) ist mit der Stromabwärtsseite (40) der Kopfplatte (24) verbunden und begrenzt eine Furche (52) benachbart der Seitenwand (48) der Kopfplatte (24) und der Einspeisering (28) ist in der Furche angeordnet.


Anspruch[de]
Kokille zum Direktstranggießen von Metall, umfassend:

eine eine bogenförmig geformte Öffnung begrenzende Kopfplatte, die eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite umfasst, wobei die Stromabwärtsseite eine Aussparung mit einer konischen Seitenwand umfasst;

einen mit der Stromabwärtsseite der Kopfplatte verbundenen und eine Furche benachbart zu der Seitenwand der Kopfplatte begrenzenden Gießring; und

einen in der Furche angeordneten Einspeisering zum Kühlen und zumindest teilweisen Verfestigen geschmolzenen Metalls, das durch die Kokille fließt.
Kokille nach Anspruch 1, nach der sich die Seitenwand auswärts von einer zentralen Achse der Kokille erweitert. Kokille nach Anspruch 2, bei der sich die Seitenwand zum Einspeisering erweitert. Kokille nach Anspruch 1, bei der der Einspeisering aus Graphit hergestellt ist. Kokille nach Anspruch 1, bei der der Einspeisering flüssigkeitsdurchlässig und der Gießring ausgestaltet ist, um Kühl- und Schmierflüssigkeit dem Einspeisering zuzuführen. Kokille nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen mit dem Gießring verbundenen Kühlring. Kokille nach Anspruch 6, bei der der Kühlring eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen begrenzt und mit dem Gießring derart zusammenwirkt, dass die Zähne eine Mehrzahl von Sprühdüsen zur Abgabe von Kühlflüssigkeitssprays zumindest an den Gießring während der Verwendung der Kokille formen. Kokille nach Anspruch 7, bei der der Kühlring eine in Fluidkommunikation mit den Sprühdüsen befindliche Ringkammer begrenzt, wobei die Ringkammer geeignet ist, um Kühlflüssigkeit den Sprühdüsen zur Abgabe zumindest an den Gießring während der Verwendung der Kokille bereitzustellen. Kokille nach Anspruch 1, wobei der Einströmring mit dem Gießring über eine Gewindeverbindung verbunden ist. Kokille nach Anspruch 1, wobei die bogenförmige Öffnung eine divergierende Öffnung umfasst. Gießvorrichtung zum Direktstranggießen von Metallen, umfassend:

einen Zwischenbehälter zur Aufnahme eines Vorrats von geschmolzenem Metall;

eine Kokille, die sich über einen in der Zwischenbehälterwand begrenzten Durchlass in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälter befindet, wobei die Kokille des Weiteren umfasst:

eine eine bogenförmig geformte Öffnung begrenzende und mit dem Durchlass verbundene Kopfplatte, die eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite umfasst, wobei die Stromabwärtsseite eine Aussparung mit einer konischen Seitenwand umfasst;

einen mit der Stromabwärtsseite der Kopfplatte verbundenen und eine Furche benachbart zu der Seitenwand der Kopfplatte begrenzenden Gießring;

einen in der Furche angeordneten Einspeisering zum Kühlen und zumindest teilweisen Verfestigen geschmolzenen Metalls, das durch die Kokille fließt; und

einen mit dem Gießring verbunden Starterblock.
Gießvorrichtung nach Anspruch 11, nach der sich die Seitenwand auswärts von einer zentralen Achse der Kokille erweitert. Gießvorrichtung nach Anspruch 12, bei der sich die Seitenwand zum Einspeisering erweitert. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Einspeisering aus Graphit hergestellt ist. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Einspeisering flüssigkeitsdurchlässig und der Gießring ausgestaltet ist, um Kühl- und Schmierflüssigkeit dem Einspeisering zuzuführen. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend einen mit dem Gießring verbundenen Kühlring. Gießvorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Kühlring eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen begrenzt und mit dem Gießring derart zusammenwirkt, dass die Zähne eine Mehrzahl von Sprühdüsen zur Abgabe von Kühlflüssigkeitssprays zumindest an den Gießring während der Verwendung der Kokille formen. Gießvorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Kühlring eine in Fluidkommunikation mit den Sprühdüsen befindliche Ringkammer begrenzt, wobei die Ringkammer geeignet ist, um Kühlflüssigkeit den Sprühdüsen zur Abgabe zumindest an den Gießring während der Verwendung der Kokille bereitzustellen. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Einströmring mit dem Gießring über eine Gewindeverbindung verbunden ist. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die bogenförmige Öffnung eine divergierende Öffnung umfasst. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der in der Zwischenbehälterwand begrenzte Durchlass zumindest teilweise konvergent ist. Verfahren zum Gießen von Metall in einer Direktstranggießvorrichtung, umfassend:

einen Zwischenbehälter zur Aufnahme eines Vorrats von geschmolzenem Metall;

einer Kokille, die sich über einen in der Zwischenbehälterwand begrenzten Durchlass in Fluidkommunikation mit dem Zwischenbehälter befindet, wobei die Kokille des Weiteren umfasst:

eine eine bogenförmig geformte Öffnung begrenzende und mit dem Durchlass verbundene Kopfplatte, die eine Stromaufwärtsseite und eine Stromabwärtsseite umfasst, wobei die Stromabwärtsseite eine Aussparung mit einer konischen Seitenwand umfasst;

einen mit der Stromabwärtsseite der Kopfplatte verbundenen und eine Furche benachbart zu der Seitenwand der Kopfplatte begrenzenden Gießring;

einen in der Furche angeordneten Einspeisering zum Kühlen und zumindest teilweisen Verfestigen geschmolzenen Metalls, das durch die Kokille fließt;

einen mit dem Gießring verbunden Starterblock,

wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Zurückziehen des Starterblocks in dem Gießring;

Zuführen von geschmolzenem Metall in die Kokille durch den Durchlass in der Zwischenbehälterwand und die bogenförmig geformte Öffnung in der Kopfplatte und

Kühlen und zumindest teilweises Verfestigen des geschmolzenen Metalls an dem Einspeisering um einen Metallgegenstand zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt der Zufuhr des geschmolzenen Metalls umfasst, dass das geschmolzene Metall in der Kokille nach außen auseinanderläuft entlang der Seitenwand der Kopfplatte bevor es den Einspeisering kontaktiert. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Einspeisering fluiddurchlässig ist und der Gießring ausgebildet ist um Kühl- und Schmierflüssigkeit dem Einspeisering zuzuführen, wobei das Verfahren weiterhin Zuführen der Kühl- und Schmierflüssigkeit zu dem Einspeisering umfasst, um das geschmolzene Metall an dem Einspeisering zu kühlen und zumindest teilweise zu verfestigen. Verfahren nach Anspruch 22, weiterhin umfassend einen mit dem Gießring verbundenen Kühlring, wobei der Kühlring eine Mehrzahl von vorstehenden Zähnen begrenzt und mit dem Gießring derart zusammenwirkt, dass die Zähne eine Mehrzahl von Sprühdüsen bilden, wobei das Verfahren weiterhin die Zufuhr von Kühlflüssigkeitsprays zumindest zu dem Gießring über die Sprühdüsen umfasst, um den Gießring während der Verwendung der Kokille zu kühlen. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Kühlring eine ringförmige Kammer begrenzt, die sich in Fluidkommunikation mit den Sprühdüsen befindet, wobei das Verfahren darüber hinaus die Zufuhr von Kühlflüssigkeit von der ringförmigen Kammer zu den Sprühdüsen umfasst.






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