DE20109670U1

DE20109670U1 - Selbstzentrierender Heißkopfring

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Publication number: DE20109670U1
Application number: DE20109670U
Authority: DE
Original assignee: SILCA SERVICE und VERTRIEBSGES
Current assignee: SILCA SERVICE und VERTRIEBSGES
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2011-06-13
Also published as: WO2002100572A1; WO2002100572A8

Description

Süca, Jungen !.!*!!!

Selbstzentrierender Heißkopfring

Die Erfindung betrifft eine mit hitzebeständigen Bauteilen ausgekleidete Form und zwar insbesondere eine Kokille für ein Stranggussverfahren. 5

Das Stranggussverfahren im Vertikalguss erfolgt auf einem feststehenden Gießtisch oberhalb eines sogenannten Gießbrunnen. Auf einem Gießtisch sind Kokillen für den Strangguss montiert. Über ein Rinnensystem wird den Kokillen das flüssige NE-Metall, z.B. Aluminiumlegierungen, zugeleitet.

Unterhalb der Kokillen befinden sich Angussplatten, die mit einem Hydrauliksystem während des Gießvorganges in den Brunnen abgesenkt werden und den sich bildenden Metallbolzen oder Barren über die gesamte Gießstrecke, d. h. Bolzenlänge von bis zu über 7 m tragen. Die Kokille ist im Bereich des flüssigen NE-Metalls durch ein spezielles Bauteil, bestehend aus einem keramischen Dämmstoff überwiegend auf Basis von Calciumsilicat oder hitzebeständigen Werkstoff, wie z.B. Graphit, zum Schutz der Kokille und zur Steigerung der Erstarrungsgeschwindigkeit und Gefügeausbildung wärmegedämmt. An der Unterkante des Bauteils wird durch einen Ringspalt, je nach Kokillensystem und Gießverfahren, nach jeweiligem Stand der Technik ein Luft-, Ölgleitfilm zwischen Kokillenwand und der erstarrenden Außenhaut des NE-Metallbolzen gepresst.

Unterhalb dieses Ölaustritt-Ringspaltes befindet sich ein zweiter Ringspalt zum Austritt eines Wasserkühlschleiers. Je nach Verfahren und Stand der Technik werden die Kokillen auch nur mit einem Ölgleitfilm und einer Kühlwassereindüsung betrieben.
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Für die Qualität der erstarrenden Außenhaut des NE-Metallbolzens ist das Dämmverhalten des verwendeten keramischen Dämmstoffes,

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insbesondere die gleichmäßige Verteilung von Luft und Öl am gesamten Ringspalt von ausschlaggebender Bedeutung. Geringste exzentrische Abweichungen der Sitzpassung zwischen Kokille und Bauteil im Bereich des Ringspaltes führen zur ungleichmäßigen Ausbildung des anstehenden Luftpolsters und ölgleitfilmdicke, und verändern hierdurch die erstarrende Randzone der Bolzenoberfläche.

Nach derzeitigem Stand der Technik wird der gleichförmige Ringspalt im Bereich des Luft-, Ölaustrittes dadurch erzielt, dass die keramischen Bauteile mit einer extrem engen Toleranz von z.B. max. 0,1 mm zur äußeren Kokillenwand toleriert sind.

Für ein Stranggussverfahren der eingangs genannten Art wird also zunächst eine senkrechte Bohrung bereitgestellt, die beispielsweise 1.4 Meter tief sein kann. In dieser Bohrung befindet sich ein Stempel von z. B. sieben Meter Länge. Am oberen Ende der senkrechten Bohrung befindet sich die Kokille, also eine Metallform. Über die Kokille wird flüssiges Metall wie beispielsweise flüssiges Aluminium in die Bohrung eingeleitet. Der Stempel wird von oben nach unten verfahren. Das flüssige Aluminium gelangt so nach und nach in die senkrechte Bohrung hinein. Die Bohrung wird auf diese Weise bis zu einer Tiefe von sieben Meter vollständig mit Aluminium gefüllt. Die Bohrung wird beispielsweise von außen mit Wasser gekühlt. Das flüssige Aluminium kühlt so von außen nach innen ab und verfestigt sich. Schließlich liegt ein Strang aus Aluminium vor, der zu Profilen weiterverarbeitet werden kann.

Eine Kokille gemäß dem durch offenkundige Benutzung bekannten Stand der Technik weist einen unteren ringförmigen Teil auf, der auf die Bohrung aufgesetzt wird. Nach oben geht die Kokille stufenförmig in einen mittleren ringartigen Abschnitt über. Der mittlere ringartige Abschnitt weist einen kleineren Innendurchmesser gegenüber dem unteren Abschnitt auf. Am oberen Ende des mittleren ringartigen Abschnitts gibt es eine Vielzahl

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gleichmäßig verteilter Öffnungen. Über die Öffnungen wird eine Luft-Öl-Mischung in die Bohrung eingeleitet. Die Öffnungen weisen in das Innere des Ringes. Die Öffnungen befinden sich unmittelbar unterhalb des oberen Endes des mittleren ringförmigen Teils der Kokille. Nach oben hin werden die Öffnungen durch eine Folie begrenzt, die lediglich 42 &mgr;&eegr;&eegr; dick ist. Ein oberer ringförmiger Abschnitt befindet sich oberhalb des mittleren ringförmigen Abschnitts. Der obere Abschnitt ist vom mittleren Abschnitt durch eine Stufe getrennt. Der obere Abschnitt weist einen größeren Innendurchmesser im Vergleich zum mittleren Abschnitt und zum unteren Abschnitt auf. Die Ringform des oberen Abschnitts ist seitlich durch eine Ausnehmung unterbrochen. Über die seitliche Ausnehmung wird das flüssige Aluminium eingeleitet. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Kokille besteht aus Aluminium.

In den oberen Abschnitt der ringförmigen Kokille werden zwei aus Keramik bestehende Bauteile eingesetzt. Das untere Bauteile ist ein flacher Ring. Der Außendurchmesser dieses Ringes weist zum Innendurchmesser des oberen Abschnitts der Kokille einen Abstand von 1/10 Millimeter auf. Der Innendurchmesser des keramischen Bauteils ist kleiner als der Innendurchmesser des mittleren ringförmigen Abschnitts der Kokille. An der Unterseite weist das keramische Bauteil einen ringförmigen Vorsprung auf. Der Außendurchmesser des Vorsprungs ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts der Kokille. Wird dieses erste keramische Bauteil in den oberen Abschnitt der Kokille eingesetzt, so beträgt der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs und dem Innendurchmesser des mittleren Abschnitts der Kokille 5/10 Millimeter. Es entsteht so ein ringförmiger Spalt, über den die Mischung, die das Öl enthält, in die Bohrung gelangt.

Der Außendurchmesser des keramischen Ringes weist zum Innendurchmesser des oberen Abschnitts der Kokille lediglich einen sehr kleinen Abstand auf, damit der keramische Ring zentriert sich im Inneren

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des oberen Abschnitts der Kokille befindet. Hierdurch wird erreicht, dass der Spalt sehr gleichmäßig dick ist. Ein gleichmäßiger Spalt sorgt dafür, dass die Bohrung gleichmäßig mit Öl beziehungsweise einem Ölfilm versorgt wird. Die gleichmäßige Versorgung mit Öl ist erforderlich, um zu einem qualitativ brauchbaren Produkt zu gelangen. Ein ungleichmäßiger Ölfilm hätte zur Folge, dass die Oberfläche des gegossenen Aluminiumstrangs Schaden nehmen würde. Ein qualitativ minderwertiges Produkt wäre die Folge. Dabei ist zu bedenken, dass bei einer spiegelnden Oberfläche schon minimale Dellen und dergleichen sichtbar sind und so der optische Eindruck negativ beeinträchtigt wird. In vielen Bereichen, in denen der hergestellte Strang oder hieraus gefertigte Produkte eingesetzt werden, ist gerade der optische Eindruck für das Kaufverhalten entscheidend.

Ist der erste keramische Ring in die Kokille eingesetzt, so befindet sich das obere Ende des Ringes oberhalb des Bodens der Ausnehmung in der Kokille. In den oberen Abschnitt der Kokille wird ein weiteres ringförmiges keramisches Bauteil eingesetzt. Das weitere ringförmige keramische Bauteil weist eine Unterbrechung in Form einer Ausnehmung auf. Die Ausnehmung in dem keramischen Bauteil ist schmaler als die Ausnehmung im oberen Abschnitt der Kokille. Die Höhe des zweiten keramischen Ringes mit der Ausnehmung ist so bemessen, dass dieser eine Auskleidung für den oberen Abschnitt in der Kokille bildet. Weitere keramische Bauteile sind vorgesehen, um die Zuführung in die Kokille ebenfalls mit einer Keramik auszukleiden. Das eingeleitete flüssige Metall kontaktiert so nicht den metallischen Teil der Kokille. Die keramischen Bauteile trennen das flüssige Metall von der Kokille.

Gemäß offenkundiger Benutzung besteht die Keramik beim Stand der Technik aus einem Calciumsilicat, welches mit Kohlefasern versetzt ist. Dieses Material erfüllt viele Anforderung. Es wirkt wärrneisolierend und ist gegenüber Hitze hinreichend schockbeständig. Das Material kann

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allerdings nicht höher als 600 Grad Celsius erhitzt werden, da andernfalls die Kohlefasern verbrennen würden. Es ist also nicht möglich, das Material hinreichend thermisch vorzubehandeln. Dies hat zur Folge, dass das Material während des Einsatzes einem Schrumpf unterliegt. Der Schrumpf ist irreversible. Hierdurch steigt das Spiel zwischen den keramischen Bauteilen und der Kokille. Das unterste keramische Bauteil in der Kokille wird nicht mehr richtig zentriert. Die obengenannten Nachteile während des Betriebes treten ein. Das keramische Bauteil muss dann durch ein neues ersetzt werden.

Alternativ könnten andere keramische Materialien eingesetzt werden, bei denen kein irreversibler Schrumpf durch den Betrieb verursacht wird. Insbesondere käme hier das aus der Druckschrift DE 199 283 00 C1 bekannte in Betracht. Es besteht aus einer Calciumsilicatmatrix mit darin eingebettetem kernigen Silicatmaterial. Das kernige Silicatmaterial weist einen Gewichtsanteil von höchstens 15% auf. In die Calciumsilicatmatrix ist außerdem plättchenförmiges Material mit einer Hauptabmessung von 0,5-6 mm zu einem Gewichtsanteil von 5 bis 30% eingebettet. Das plättchenförmige Material besteht bevorzugt aus Cordierit. Weiteres matrixgebundenes Material sind Wollastonditstäbchen. Das kernige Material ist annähernd kugelförmig, z. B. Zirkonsilicat. Die Matrix besteht bevorzugt aus dendritischem Xonotlit. Die Thermoschockbeständigkeit reicht bis über 1100C.

Wird ein keramisches Material verwendet, welches während des Betriebes nicht irreversible schrumpft, so ist es auf Grund der geringen Toleranzen nicht mehr möglich, das keramische Material aus der Kokille zerstörungsfrei zu entfernen. Ist eine Reinigung der Kokille erforderlich, so muss das keramische Material zerstört werden. Dabei kann die Kokille selber beschädigt werden.

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Gelangt das flüssige Metall in die Kokille hinein, so dehnt sich das keramische Material aus. Da lediglich die Innenseite des keramischen Materials mit dem heißen Metall in Berührung kommt, entsteht im keramischen Material darüber hinaus ein Temperaturgradient. Die entstehenden mechanischen Spannungen können aufgrund der geringen Toleranzen Schäden herbeiführen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kokille mit einem oder mehreren hitzebeständigen Auskleidungen zu schaffen, mit denen längere Betriebszeiten im Vergleich zum Stand der Technik möglich sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Kokille mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die anspruchsgemäße Kokille weist nach innen hin ringförmig angeordnete. Öffnungen auf, über die ein ölhaltiges Gemisch oder reines Öl während des Betriebs eingeleitet wird. An Stelle mehrerer Öffnungen kann auch ein ringförmiger Eintrittsspalt vorgesehen sein. Ein hitzebeständiges, vorzugsweise ein keramisches Bauteil ist vorgesehen, welches so beschaffen ist, dass es während des Betriebes zusammen mit der Kokille einen Eintrittsspalt bereitstellt, über den das ölhaltige Gemisch in die Bohrung gelangt. Der Eintrittspalt ist ringförmig. Die Flüssigkeit gelangt also aus den vorgenannten Öffnungen der Kokille in den ringförmigen Spalt hinein, der durch das hitzebeständige Bauteil und die Kokille gebildet wird.

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Das hitzebeständige Bauteil und/oder die Kokille sind so beschaffen, dass sich das in die Kokille eingesetzte hitzebeständige Bauteil selbst zentriert. Diese Zentrierung wird erreicht, indem das hitzebeständige Bauteil und/oder die Kokille einen ringförmigen, schräg verlaufenden Abschnitt aufweist. Der schräg verlaufende Abschnitt ist also trichterförmig oder artig beschaffen. Wird das hitzebeständige Bauteil in die Kokille eingesetzt, so bewirkt schließlich die Trichterform eine Führung des hitzebeständigen Bauteils derart, dass hierdurch das hitzebeständige Bauteil zentriert wird. Im Unterschied zum Stand der Technik können die seitlichen Wände zwischen der Kokille und dem hitzebeständigen Bauteil einen relativ großen Abstand voneinander aufweisen. Dieser Abstand kann z. B. 5/10 Millimeter betragen. Es ist also nicht mehr erforderlich, zwischen den vorgenannten Wänden wie beim Stand der Technik einen Abstand von lediglich 1/10 Millimeter einzuhalten, um so die erforderliche Zentrierung herbeizuführen.

Beträgt der Abstand zwischen den vorgenannten Wänden z. B. 5/10 Millimeter, so ist es problemlos möglich, das hitzebeständige, also z. B. keramische Bauteil in die Kokille einzusetzen. Auf Grund der engen Toleranzen war dies beim vorgenannten Stand der Technik nicht der Fall. Thermisch bedingte Dehnungen können während des Betriebes keine Beschädigungen mehr hervorrufen, da ein hinreichender Abstand zwischen den Wänden des keramischen Bauteils und den Wänden der Kokille besteht. Wird ein hitzebeständiges Material eingesetzt, welches durch den Betrieb nicht schrumpft, so kann das hitzebeständige Bauteil zum Zwecke der Reinigung problemlos aus der Kokille entfernt werden. Hierfür hat sich ein Abstand von 5/10 Millimetern zwischen den seitlichen Wänden von der Kokille und dem hitzebeständigen Bauteil als ausreichend erwiesen.

Das hitzebeständige, z. B. keramische Bauteil ist in einer Ausführungsform so beschaffen, dass die Unterseite des keramischen Bauteils auf eine

entsprechende Stufe der Kokille aufsetzt. Hierdurch wird bei senkrechter Bohrung gewährleistet, dass das keramische Bauteil auch horizontal exakt sitzt. Die exakte Lage in der Kokille ist erforderlich, da andernfalls ein ungleichmäßiger Spalt zwischen der Kokille und dem keramischen Bauteil entsteht, über den die ölhaltige Flüssigkeit in die Bohrung geleitet wird. Ein ungleichmäßiger Spalt hätte eine ungleichmäßige Schmierung zur Folge. Es ist dann nicht möglich, Aluminiumstränge mit optisch einwandfreien Oberflächen herzustellen.

Die vorgenannte Trichterform und das Aufsetzen des keramischen Bauteils auf einen Vorsprung der Kokille sind so aufeinander abgestimmt, dass das Aufsetzen stattfindet, sobald die Zentrierung abgeschlossen ist. Dies kann durch eine entsprechend genaue Fertigung erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein ringförmiger Einsatz vorgesehen, der vor dem Einsetzen des keramischen Bauteils in die Kokille eingesetzt wird. Die Lage des ringförmigen Einsatzes ist derart, dass durch Zusammenwirken des Ringes und der trichterförmigen Schräge die Zentrierung bewirkt wird. Der ringförmige Einsatz besteht aus einem Material, welches wesentlich elastischer als die Keramik oder das Metall der Kokille ist. Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen des ringförmigen Einsatzes die Genauigkeit der Zentrierung verbessert werden kann. Dies liegt daran, dass auf Grund der Elastizität des Materials Ungenauigkeiten bei der Fertigung beim ringförmigen Einsatz ausgeglichen werden. Diese Fertigungsungenauigkeiten spielen bei der Zentrierung keine Rolle, wie die Praxis gezeigt hat. Auch wird während der Zentrierung verhindert, dass eine harte Keramik auf ein hartes Metall betrifft. Der Kontakt zwischen den vorgenannten beiden harten Materialien kann nämlich zur Folge haben, dass sich Körnchen von der Keramik lösen und auf den besagten Vorsprung der Kokille gelangen, auf dem das keramische Bauteil aufsetzt. Die Körnchen verursachen dann einen

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schrägen Sitz des keramischen Bauteils. Ein ungleichmäßiger Spalt, über den die Schmierung erfolgt, wäre nachteilhaft die Folge.

Sollte aus anderen Gründen ein Körnchen zwischen den besagten Vorsprung der Kokille und dem keramischen Bauteil gelangen, so kann das keramische Bauteil leicht wieder herausgenommen und der Vorsprung gereinigt werden. Wird der Abschluss des Vorsprungs durch eine sehr dünne Folie bewirkt, wie dies beim eingangs genannten Stand der Technik beschrieben wurde, so kann die Folie durch Staubkörner und dergleichen beschädigt werden. Da wie geschildert das Entstehen von Staubkörner vermieden wird, werden durch diese Maßnahme Beschädigungen der Kokille herabgesetzt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der vorgenannte ringförmiger Einsatz durch eine Schnur gebildet; Die Schnur wird kreisförmig in die Kokille hineingelegt und bildet so den ringförmigen Einsatz. Den ringförmigen Einsatz durch eine Schnur zu bilden hat den Vorteil, dass der ringförmige Einsatz problemlos in die Kokille eingesetzt werden kann. Ist die Endposition für den ringförmigen Einsatz erreicht, so kann die Schnur gegen die seitlichen Wände der Kokille gedrückt werden. Die Schnur liegt also dann fest an den seitlichen Wänden der Kokille an. Das feste Anliegen ist erforderlich, damit die Zentrierung ordnungsgemäß gelingt. Würde der ringförmige Einsatz nicht fest an den seitlichen Wänden der Kokille anliegen, so wäre der ringförmige Einsatz selber nicht richtig zentriert. Das keramische Bauteil könnte dann zwar relativ zum ringförmigen Einsatz korrekt zentriert werden, nicht aber relativ zur Kokille. Es würde ein entsprechend ungleichmäßiger Spalt mit den geschilderten nachteilhaften Wirkungen entstehen.

Als Material für den ringförmigen Einsatz kann ein Kunststoff vorgesehen sein, der hinreichend resistent gegenüber Wärme ist. Vorteilhaft besteht in der Einsatz aus Silikon. Das Silikon weist den Vorteil auf, flexibel zu sein.

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Die Flexibilität erleichtert das Einsetzen des ringförmigen Einsatzes in die Kokille.

Da es auf eine sehr gleichmäßige Schmierung für die Herstellung qualitativ hochwertige Stränge ankommt, sind die einzelnen Bauteile, also Kokille, keramisches Bauteil und auch der ringförmige Einsatz sehr genau zu fertigen. Fertigungstoleranzen von mehr als 1/10 Millimeter sollten nicht überschritten werden. Lediglich beim ringförmigen Einsatz spielen Fertigungstoleranzen keine so große Rolle.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein weiteres ringförmiges keramisches Bauteil in die Kokille eingesetzt. Dieses nächste keramische Bauteil dient der Auskleidung dem der seitlichen Wände der Kokille. Der Bereich, in den das flüssige Aluminium in die Kokille eingeleitet wird, wird durch die keramischen Bauteile ausgekleidet. Es wird so vermieden, dass das flüssige Metall mit den Wänden der Kokille in Kontakt kommt.

Natürlich kommt es nicht darauf an, die Auskleidung mit nur zwei keramisehen Bauteilen zu bewirken. Grundsätzlich könnten auch mehrere

Bauteile für diesen Zweck eingesetzt sein. Es empfiehlt sich jedoch, die Auskleidung mit möglichst wenigen keramischen Bauteilen zu bewirken, um so die Zahl der Fugen, durch die das flüssige Metall zur Kokille gelangen könnte, klein zu halten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wände der Trichterform bogenförmig ausgestaltet. Die Bogenform ist an den ringförmigen Einsatz angepasst und zwar insbesondere, wenn dieser durch eine Schnur gebildet wird. Dabei muss nicht der gesamte trichterförmige Abschnitt die Bogenform aufweisen. Die Bogenform soll lediglich da vorgesehen sein, wo im eingesetzten Zustand des

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keramischen Bauteils der trichterförmige Abschnitt an den ringförmigen Einsatz grenzt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden auch weitere keramische Einsätze in die Kokille in der vorgenannten Weise zentriert. Die weiteren keramischen Bauteile weisen also ebenfalls bevorzugt trichterförmige Schrägen auf. Das können dann weitere ringförmige Einsätze vorgesehen sein, die so mit den Schrägen zusammenwirken, dass hierdurch die Zentrierung bewirkt wird. Die Kokille kann die eingangs geschilderte Geometrie aufweisen. Diese Geometrie stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar und ist für die Erfindung keine Voraussetzung. Andere Geometrien sind also grundsätzlich möglich. Auch ist es nicht erforderlich, eine aus Metall bestehende Form zu verwenden. Metall wird derzeit aus Fertigungs- und Kostengründen bevorzugt. Nichtmetallische Materialien, die die Voraussetzungen für den gewünschten Einsatzzweck erfüllen und die mit hitzebeständigen Bauteilen ausgekleidet werden müssen, können alternativ eingesetzt sein.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der mit keramischen Bauteilen ausgekleideten Kokille.

Die Kokille weist einen unteren ringförmigen Teil 1 auf. Nach oben geht die Kokille stufenförmig in einen mittleren ringartigen Abschnitt 2 über. Der mittlere ringartige Abschnitt 2 weist einen kleineren Innendurchmesser gegenüber dem unteren Abschnitt 1 auf. Am oberen Ende des mittleren ringartigen Abschnitts gibt es eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Öffnungen bzw. Zuführungen 3. Über die Öffnungen bzw. Zuführungen 3 wird ein Luft-Öl-Gemisch in das Innere der Kokille eingeleitet. Die Öffnungen 3 münden daher in das Innere der Kokille ein. Die Öffnungen 3 befinden sich unmittelbar unterhalb des oberen Ende des mittleren ringförmigen Teils. Nach oben hin werden die Öffnungen 3 durch eine

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Metallfolie 4 begrenzt, die 42 &mgr;&igr;&tgr;&igr; dick ist. Ein oberer ringförmiger Abschnitt 5 befindet sich oberhalb des mittleren ringförmigen Abschnitts 2. Der oberer Abschnitt 5 ist vom mittleren Abschnitt 2 stufenförmig getrennt. Der obere Abschnitt 5 weist einen daher einen anderen und zwar einen größeren Innendurchmesser im Vergleich zum mittleren Abschnitt 2 auf. Um im oberen Abschnitt 5 ein relativ großes Volumen zur Aufnahme von flüssigem Metall bereitzustellen, ist der Innendurchmesser des oberen Abschnitts 5 auch größer als der Innendurchmesser des unteren Abschnitts. Die Ringform des oberen Abschnitts ist seitlich durch eine Ausnehmung 6 unterbrochen. Da in der Darstellung gemäß Figur sich die seitliche Ausnehmung 6 nicht in der Papierebene befindet, wurde diese lediglich gestrichelt dargestellt. Über die seitliche Ausnehmung wird das flüssige Aluminium eingeleitet zunächst in den mit Keramikteilen ausgekleideten oberen Abschnitt 5 eingeleitet. Die Kokille besteht aus Aluminium.

In den oberen Abschnitt 5 der ringförmigen Kokille werden zwei aus Keramik bestehende Bauteile 7 und 8 eingesetzt. Das untere Bauteil 7 ist ringförmig und relativ, flach im Vergleich zum anderen keramischen Bauteil

8. Die Außendurchmesser des unteren keramischen Bauteils 7 sowie des oberen keramischen Bauteils 8 weisen zum Innendurchmesser des oberen Abschnitts 5 der Kokille einen Abstand von 5/10 Millimeter auf. Der Innendurchmesser des unteren keramischen Bauteils 7 ist kleiner als der Innendurchmesser des mittleren ringförmigen Abschnitts 2 der Kokille. An der Unterseite weist das untere keramische Bauteil 7 einen ringförmigen Vorsprung auf. Der Außendurchmesser des Vorsprungs ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 2 der Kokille. Ist dieses untere keramische Bauteil 7 in den oberen Abschnitt 5 der Kokille eingesetzt, so beträgt der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs und dem Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 2 der Kokille 5/10 Millimeter. Es entsteht so ein ringförmiger Spalt 9 mit einer Spaltbreite von 5/10 Millimeter. Von den Öffnungen 3

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gelangt die eingeleitete Öl-Luft-Mischung in den Spalt 9 hinein. Vom Spalt 9 wird die Öl-Luft-Mischung nach unten in Form eines gleichmäßigen Ölfilms weitergeleitet und gelangt schließlich so in die eingangs erwähnte Bohrung.

Als keramisches Material, aus den die keramischen Bauteile 7 und 8 bestehen, wird das aus der Druckschrift DE 199 283 00 C1 bekannte eingesetzt. Es besteht aus einer Calciumsilicatmatrix mit darin eingebetteten kernigem Silicatmaterial. Das kernige Silicatmaterial weist einen Gewichtsanteil von höchstens 15% auf. In die Calciumsilicatmatrix ist außerdem plättchenförmiges Material mit einer Hauptabmessung von 0,5-6 mm zu einem Gewichtsanteil von 5 bis 30% eingebettet. Das plättchenförmige Material besteht aus Cordierit. Die Matrix besteht aus dendritischem Xonotlit. Die Thermoschockbeständigkeit reicht des Materials ist sehr groß und reicht bis über 1100 C. Es findet bei diesem Material kein irreversibler Schrumpf statt, der durch die Erhitzung während des Betriebes verursacht wird.

Die keramischen Bauteile können trotz des fehlenden Schrumpfes leicht aus der Kokille zerstörungsfrei zu entfernt werden, da hierfür der Abstand von 5/10 Millimetern zwischen den inneren Wänden des oberen Abschnitts 5 der Kokille und den angrenzenden Wänden der keramischen Bauteile 7 und 8 hinreichend groß ist. Ist eine Reinigung der Kokille erforderlich, so muss das keramische Material nicht zerstört und kann erneut eingesetzt werden. Auch können die Bauteile leicht so entfernt werden, dass die Kokille nicht beschädigt wird. Hieraus ergeben sich erhebliche Kostenvorteile.

Gelangt das flüssige Aluminium in die Kokille hinein, so dehnt sich das keramische Material aus. Da lediglich die Innenseite des keramischen Materials mit dem heißen Aluminium in Berührung kommt, entsteht im keramischen Material darüber hinaus ein Temperaturgradient. Die

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entstehenden mechanischen Spannungen sind unschädlich, da aufgrund des vorgenannten Abstands von 5/10 Millimetern ein hinreichend großes Spiel zur Verfügung steht. Es entstehen im Unterschied zum Stand der Technik keine Spannungen aufgrund eines zu geringen Spiels bzw. Abstandes zwischen den seitlichen Innenwänden des oberen Abschnitts der Kokille und den seitlichen Außenwänden der keramischen Bauteile 7 und 8.

Die keramischen Bauteile 7 oder 8 weisen an ihre jeweilige Unterseite grenzend Schrägen 10 auf. Diese sind trichterartig geformt. Im Zusammenspiel mit Schnüren 11 zentrieren sich die keramischen Bauteile selbständig. Wird das keramische Bauteil 7 oder 8 in die Kokille eingesetzt, so bewirkt die Trichterform 10 eine Führung des betroffenen keramischen Bauteils derart, dass hierdurch das keramische Bauteil zentriert wird. Im Unterschied zum Stand der Technik können daher die seitlichen Wände zwischen der Kokille und dem keramischen Bauteil einen relativ großen Abstand voneinander aufweisen, da die Einhaltung eines kleinen Abstands für die Zentrierung nicht erforderlich ist. Dieser Abstand kann daher 5/10 Millimeter betragen.

Das untere keramische Bauteil 7 setzt mit seiner Unterseite auf die Stufe der Kokille auf, die durch die Folie 4 nach oben begrenzt wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass das keramische Bauteil 7 exakt parallel zur Stufenoberfläche, also zur Folie 4 sitzt. Bei einer senkrechten Bohrung resultiert hieraus eine horizontale Lage. Die Parallelität ist erforderlich, da andernfalls ein ungleichmäßiger Spalt 9 zwischen der Kokille und dem keramischen Bauteil 7 vorliegen würde.

Die vorgenannte Trichterform 10 beim unteren keramischen Bauteil 7 und das Aufsetzen des unteren keramischen Bauteils 7 auf den Vorsprung der Kokille sind so aufeinander abgestimmt, dass das Aufsetzen stattfindet,

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sobald die Zentrierung abgeschlossen ist. Dies wird durch eine entsprechend genaue Fertigung erreicht.

Jeder ringförmige Einsatz 11 wird durch eine Schnur aus Silikon gebildet.

Die Lage der ringförmigen Einsätze sind derart, dass durch Zusammenwirken mit den trichterförmigen Schrägen 11 die Zentrierung bewirkt wird. Silikon ist ein Material, welches wesentlich elastischer als die Keramik oder das Metall der Kokille ist. Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen des ringförmigen Einsatzes auf Grund der Elastizität des Materials Fertigungsungenauigkeiten beim ringförmigen Einsatz 11 ausgeglichen werden. Solche Fertigungsungenauigkeiten spielen bei der Zentrierung keine Rolle, wie die Praxis gezeigt hat. Auch trifft während der Zentrierung verhindert keine harte Keramik auf hartes Metall der Kokille. Lediglich zum Schluss setzt das untere keramische Bauteil 7 auf die Metallfolie 4 auf. Es wird so im Vergleich zum Stand der Technik vermieden, dass sich Körnchen von der Keramik lösen und auf die Oberseite der Folie 4 der Kokille gelangen, auf dem das untere keramische Bauteil 7 aufsetzt. Die Körnchen würden dann einen schrägen Sitz des unteren keramischen Bauteils in der Kokille verursachen. Ein ungleichmäßiger Spalt, über den die Schmierung erfolgt, wäre nachteilhaft die Folge.

Sollte dennoch ein Körnchen zwischen der Folie 4 der Kokille und dem unteren keramischen Bauteil 7 gelangen, so kann das untere keramische Bauteil 7 leicht wieder herausgenommen und die Oberfläche der Folie 4 gereinigt werden.

Jede biegsame Schnur 11 wird kreisförmig in die Kokille hineingelegt und bildet so den ringförmigen Einsatz. Jede Schnur 11 wird schließlich gegen die seitlichen Wände des oberen Abschnitts 5 der Kokille gedrückt. Die Schnüre liegen also dann fest an den seitlichen Wänden der Kokille an. Das feste Anliegen ist erforderlich, damit die Zentrierung ordnungsgemäß

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gelingt. Würde der ringförmige Einsatz nicht fest an den seitlichen Wänden der Kokille anliegen, so wäre der ringförmige Einsatz selber nicht richtig zentriert.

Wie in der Figur schematisch angedeutet, kann die Schräge 11 ganz oder teilweise bogenförmig ausgestaltet sein. Die Bogenform kann ganz oder teilweise an den Radius der Schnüre 11 angepasst sein. Durch die Bogenform kann die Zentrierung verbessert werden.

Das obere ringförmige keramische Bauteil 8 weist eine Ausnehmung 12 auf. Die Ausnehmung 12 in dem keramischen Bauteil ist kleiner als die Ausnehmung 6 im oberen Abschnitt 5 der Kokille. In der Figur ist diese Ausnehmung 12 des keramischen Bauteils durch ein punktierte Linie angedeutet, da die Ausnehmung nicht in der Papierebene liegt. Durch die Ausnehmungen 6 und 12 hindurch gelangt das flüssige Metall in die Kokille hinein.

Die Kokille kann durch einen aufgeschraubten Deckel oder Ring 13 oben ganz oder teilweise oben verschlossen sein. Die äußeren Abmessungen der Vorrichtung liegt typischerweise bei mehreren 100 Millimetern.

Als hitzebeständiger Werkstoff eignen sich bei der Erfindung insbesondere die folgenden.

Typ 1: Calciumsilicat getrocknet, bzw. bei niedriger Temperatur thermisch vorbehandelt. Dieser Werkstoff hat zunächst eine reversible Wärmedehnung. Nach mehreren Abgüssen beginnt der Werkstoff zu schrumpfen. Dies ist besonders bei größeren Bolzendurchmessern und bei einigen Gießsystemen von besonderem Nachteil.

Typ 2: Das Calciumsilicat gemäß Druckschrift DE19928300 kann je nach Wunsch und Notwendigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen thermisch

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vorbehandelt werden, so dass die reversible Wärmedehnung vorhanden ist. Die langfristige Schrumpfung, je nach Grad der Wärmebehandlung, ist reduziert oder zu vernachlässigen.

Typ 3. Meist schwere keramische Werkstoffe, hat nur eine reversible Wärmedehnung, praktisch keinen thermischen Schrumpf, jedoch den Nachteil aufgrund des hohen Gewichtes von einer sehr hohen Energieaufnahme beim Angießen.

Anstelle einer Schnur mit dem in der Figur gezeigten kreisförmigen Querschnitt kann vorteilhaft eine Schnur eingesetzt werden, die im Querschnitt ein Viertel einer Kreisfläche aufweist. Diese Schnur weist einen rechten Winkel auf, mit dem die Schnur dann an der Kokille anliegt. Die Lage der Schnur wird so stabilisiert. Eine Schnur mit einer U-Form im Profil kann vorgesehen sein, zum Beispiel um so eine federnde Wirkung zu erzielen.

Es gibt Systeme gibt, die anstelle eines Ringes eine ovale Form haben können. Es gelten analog die gleichen Bedingungen für die Ausbildung des umlaufenden Ringspaltes.

Von Bedeutung für die Erfindung ist es ferner, dass nach Einbau des keramischen Bauteiles von der flexiblen Dichtschnur die Wärmeausdehnung des keramischen Bauteils durch Zusammenpressung aufgenommen wird. Zu erwähnen ist ferner, dass anstelle von Silicon Ringe aus einem anderen Werkstoff, wie z.B. Teflon oder metallische Federn, verwendet werden können. Die Flexibilität kann für einen Ausgleich sorgen, wenn Material eingesetzt wird, das durch den Betrieb irreversibel schrumpft.

Je nach Kokillensystem wird der Ringspalt durch eine Metallscheibe mit sehr fein gefrästen Kanälen anstelle der Metallfolie ausgebildet. 30

Claims

1. Vorrichtung mit einer mit wenigstens einem hitzebeständigen Bauteil (7, 8) ausgekleideten Form (1, 2, 4, 5) für ein Stranggussverfahren mit nach innen hin weisenden ringförmig angeordneten Öffnungen (3), wobei das hitzebeständige Bauteil so beschaffen ist, dass es zusammen mit der Form einen innen liegenden ringförmigen Spalt (9) bereitstellt, der mit den ringförmig angeordneten Öffnungen (3) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das hitzebeständige Bauteil und/oder die Form so beschaffen sind, dass sich das in der Form befindliche hitzebeständige Bauteil auf Grund von trichterartigen Schrägen (10) selbst zentriert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Abstand zwischen den seitlichen Wänden der Form (5) und dem hitzebeständigen Bauteil (7, 8) wenigstens 4/10 Millimetern beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das hitzebeständige Bauteil (7) beschaffen ist, dass die Unterseite des hitzebeständigen Bauteils (7) auf eine innen liegende Stufe der Form aufsetzt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein ringförmiger Einsatz aus elastischem Material vorgesehen, der so mit der trichterartigen Schräge zusammenwirkt, dass hierdurch die Zentrierung bewirkt wird, wobei der ringförmige Einsatz vorzugsweise durch eine Schnur (11) gebildet wird.

5. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Wände der Trichterform (10) zumindest teilweise bogenförmig an den ringförmigen Einsatz (11) angepasst sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das hitzebeständige Bauteil aus einer Keramik besteht, die bei Erhitzen keinen irreversiblen Schrumpf zeigt.