DE2701636A1

DE2701636A1 - Kokille aus metall zum stranggiessen von metallen

Info

Publication number: DE2701636A1
Application number: DE19772701636
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Von Jan
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1977-01-17
Publication date: 1978-07-20

Description

Kokille aus Metall zum Stranggießen von Metallen
Die Erfindung betrifft eine Kokille aus Metall zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise von Stahl.
Bei Stranggießkokillen insbesondere bei sogenannten Rohrkokillen ist schon nach relativ kurzer Zeit eine Querschnittsabnahme der lichten Weite der Kokille im Badspiegelbereich zu beobachten. Die Ursache für dieses sogenannte "Einziehen" ist in dem nicht vermeidbaren Temperaturgefälle in der Kokillenwandung von der Innenwand zur Außenwand zu suchen. Beim Gießen von Stahl unter Verwendung von Kokillen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung beträgt beispielsweise die rpe-° ratur an der Innenwandung der Kokille ca. 250 , während die Temperatur an der Außenwandung, also dort, wo gekühlt wird, ca. 50 bis 600C beträgt. Dieses Temperaturgefälle führt dazu, daß sich der oit der Schmelze in Verbindung stehende Bereich der Kokille stärker ausdehnt als der Wandungsbereich, der gekühlt wird. Die innere Kokillenwandung wölbt sich also nach innen. Wenn diese Wölbung eine plastische Verformung ist, und zu einer Querschnittsveränderung des gegossenen Stranges führt, muß die Kokille ausgebaut und nachbearbeitet werden.
Man hat deshalb versucht, das anstehende Problem dadurch zu lösen, daß man als Kokillenmaterial gegenüber Reikupfer warefestere Materialien, beispielsweise Kupferlegierungen, einsetzte. Dennoch trat der Effekt, wenn auch deutlich verringert, weiter auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dimensionsstabile Kokille zu schaffen, bei der dieses sogenannte "Einziehen" nicht auftritt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in die Wandung der Kokille eine Einlage aus Fasern, Matten, Neuen oder ähnlichen aus einem Material hoher Warmstreckgrenze festhaftend mit dem Kokillenwerkstoff eingebaut ist. Die Einlage aus dem warmfesten Material verhindert nicht die Wärmeausdehnung, sorgt aber dafür, daß trotz der aus der Wärieausdehnung resultierenden Spannung keine plastischen Verformungen innerhalb der Kokille verbleiben. ZweckmäXigerweise ist die Einlage aus Fasern, Matten oder Netzen in unmittelbarer Nähe der der Schmelze zugekehrten Wandung der Kokille angeordnet, d.h. dort, wo die größten Wärmeausdehnungen zu erwarten sind. Um zu verhindern, daß der feste Verbund zwischen der Einlage und dem Kokillenwerkstoff gelöst wird, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, für die Einlage einen Werkstoff zu wählen, dessen Wärmeausdehnungszahl der des Kokillenwerkstoffs annähernd entspricht. Aber auch Werkstoffe mit einer kleineren Wärmeausdehnwzahl können vorteilhaft verwendet werden, wenn der metallische Verbund zwischen der Einlage und dem Kokillenwerkstoff sehr gut ist, da dann die Wärmeausdehnung der Kokille im Bereich des Badspiegels weitestgehend eingeschränkt wird. Vorteilhafterweise ist die Einlage nur im Badsptegelbereich vorgesehen bzw. in diesem Bereich verstärkt angeordnet. Nach einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung besteht die Einlage aus Wolfram, martensitaushärtenden Stählen oder ähnlichen Werkstoffen.
Diese Materialien lassen sich zu sehr dünnen Fasern verarbeiten und weisen eine hohe Warmstreckgrenze auf.
Besteht der Kokillenwerkstoff aus einer niedriglegierten Kupfer-Chrom-Zirkonlegierung, könnte die Einlage aus liner Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen. Während die Ausdehnungskoeffizienten dieser beiden Werkstoffe nahezu gleich sind, weist die Kupfer-Beryllium-Legierung eine wesentlich höhere Warmstreckgrenze auf. Setzt man die Einlage gekrümmt zur Querachse der Kokille ein, wie es nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen ist, so können mit die-ser Einlage besonders hohe Gegenkräfte aufgebracht werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Stranggießkokille. Hierbei wird zunächst auf einem die Innenabmessung der Kokille bestimmenden Kern eine innere Metall schicht erzeugt, auf die Metallschicht die Einlage aufgebracht und anschließend eine sich sowohl mit der inneren Metall schicht als auch mit den Fasern, Matten, Netzen oder ähnliches verbindende äußere Metallschicht aufgebracht. Wesentlich bei diesem Verfahren ist, daß erreicht wird, daß die Einlage einen festen Verbund mit dem sie umgebenden Material eingeht. Aus diesem Grunde hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die direkt auf den Kern aufgebrachte innere Metall schicht sowie die äußere Metallschicht entweder galvanisch oder durch Metallspritzen zu erzeugen. Beide Verfahren eignen sich hervorragend. Ein besonders eeisnetea Verfahren besteht darin, daß ein Kern aus einem Metall mit zur inneren Metall schicht unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet wird und die innere Metall schicht nach dem Aufbringen auf dem Kern nach Erwärmen oder Abkühlen des Kerns und der inneren Metalischicht abgezogen wird. Während das abgezogene aus der inneren Netallschicht bestehende Vorwerkstück den weiteren Fertigungsstufen, wie Aufbringen der Einlage sowie Aufbringen der äußeren Metallschicht zugeführt wird, kann der Kern schon für die Herstellung eines weiteren Vorwerkstückes eingesetzt werden. Diese Verfahrensweise gestattet eine äußerst wirtschaftliche Fertigng der erfindungsgemäßen Kokille.
Ein weiteres kostengünstiges Verfahren besteht darin, daß an die innere Oberfläche eines rohrförmigen Werkstückes aus Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegerung eine Einlage aus einem Material hoher Warmstreckgrenze vorzugsweise in Form einer Matte oder eines Gewebes angelegt, die innere Oberfläche sowie die Einlage mit einer metallischen galvanisch erzeugten Beschichtung versehen wird und anschließend die innere Oberfläche ggf. spanend bearbeitet wird. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß man von einem Rohrstück aus beliebigen Material ausgehen kann, während man beispielsweise durch Galvanisieren bzw. Metallspritzen nicht jede Legierung verarbeiten kann.
Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Figur ist eine Rohrkokille zum Gießen von kreisrunden Strängen im Schnitt dargestellt, die aus einem metallischen Rohrformstück 1, beispielsweise aus Kupfer oder einer niedriglegierbn Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung besteht.
In de Wandung des Rohrformstückes 1 eingebaut ist eine Einlage 2, die aus Fasern, Matten oder Netzen aus einem Material mit hoher Warmstreckgrenze besteht. Die Einlage 2 ist zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe des den Strang formenden Hohlraum 3 bildenden Wandungsbereiches des Rohrformstückes 1 angeordnet. Als Material für die Einlage 2 haben sich Wolfram, martensitaushärtende Stähle, aber auch Kupferlegierungen mit hoher Warmstreckgrenze, wiebeispiekF weise Kupfer-Beryllium als vorteilhaft erwiesen. Die den Formhohlraum 3 bildende innere Metallschicht 4 besteht zweckmäßigerweise aus einem verschleißfesten Werkstoff mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, der darüber hinaus noch eine hohe Warmfestigkeit aufweisen sollte.
Hier bieten sich beispielsweise dispersionsverfestigte Kupferlegierungen oder aber was sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat, eine Siliziumkarbid enthaltende galvanisch oder chemisch abgeschiedene Nickelschicht an.
Die äußere Metall schicht 5 besteht zweckmäßigerweise aus Reinkupfer oder einer niedriglegierten KupferlegXerung.
Die Herstellung einer besonders günstigen Ausgestaltung der Kokille nach der Lehre der Erfindung sieht wie folgt aus. Auf einen langgestreckten Kern aus einem Nickelstahl mit möglichst geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Formhohlraums 3 und damit dem Querschnitt des stranggegossenen Gutes entspricht, wird zunächst eine Siliziumkarbid enthaltende Nickelschicht 4 galvanisch abgeschieden. Die Dicke der Schicht beträgt ca. 3 mm. Nach diesem galvanischen Prozeß wird sowohl der Kern als auch die Nickelschicht 4 erwärmt, wobei sich die Nickelschicht 4 stärker als der Kern ausdehnt und in einfacher Weise von dem Kern entfernt werden kann. Während der Kern erneut mit einer Nickelschicht versehen wird, wird das Vorwerkstück 4 mit einem Geflecht bzw. einer Matte aus Wolframfasern umwickelt. Im späteren Badspiegelbereich der Kokille erfährt die Einlage 2 eine Verstärkungslage 6. Diesess> vorbereitete Teil wird in einem weiteren galvanischen Prozeß mit der äußeren Metallschicht von ca. 8 bis 10 mm, vorzugsweise aus Kupfer, versehen. Bei dieJem letztgenannten galvanbchen Prozeß verbindet sich die äußere Kupferschicht 5 sowohl mit der Einlage 2 als auch mit der inneren Nickelschicht 4. Anschließend wird das Rohrformstück 1 innen und außen fertig bearbeitet. Die flanschartige Erweiterung 7 dient hierbei zum Einhängen der Rohrkokille in den Halterahmen der Stranggießanlage.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Kokille aus Metall zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise von Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wandung der Kokille eine Einlage aus Fasern, Matten, Netzenoder ähnlichen aus einem Material hoher Warmstreckgrenze festhaftend mit dem Kokillenwerkstoff eingebaut ist.
2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage in unmittelbarer Nähe der der Schmelze zugekehrten Wandung der Kokille angeordnet ist.
3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage eine gleiche oder geringere Wärmeausdehnungszahl als der Kokillenwerkstoff aufweist.
4. Kokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, Matten oder Netze oder ähnliches nur im Badspiegelbereich vorgesehen bzw. in diesem Bereich verstärkt angeordnet sind.
5. Kokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, Matten, Netze oder ähnliches aus Wolfram, martensitaushärtenden Stählen oder ähnlichen wirkstoffen bestehen.
6. Kokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bestehend aus einer niedrig legierten Kupferchromzirkon legierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, Matten, Netze oder ähnliches aus einer Kupfer-Beryllium Legierung bestehen.
7. Kokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch Kekennzeichnet, daß die aus den Fasern, Matten, Netzen oder ähnlichen bestehende Einlage gekrümmt zur Querachse der Kokille angeordnet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen die Innenabmessung der Kokille bestimmenden Kern zunächst eine innere Metallschicht aufgebracht, auf die Metallschicht die Fasern, Matten, Netze oder ähnliches aufgebracht und anschließend eine sich sowohl mit der inneren Metallschicht, als auch mit den Fasern, Matten, Netzen oder ähnliches verbindende äußere Metallschicht aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Metall schicht galvanisch erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Metallschicht durch Metall spritzen erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metallschicht galvanisch erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metallschicht durch Metallspritzen erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern aus einem Metall mit zur inneren Metallschicht unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet wird und die innere Metallschicht nach dem Aufbringen von dem Kern nach Erwärmen oder Abkühlen des Kerns und der inneren Metall schicht abgezogen wird.
14. Verfahren zur Herstellung einer Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet daß an die innere Oberfläche eines rohrförmigen Werkstückes aus Kupfer oder einer niedriglegierten Kupferlegierung eine Einlage aus einem Material hoher Warmstreckgrenze, vorzugsweise in Form einer Matte oder eines Gewebes angelegt, die innere Oberfläche sowie die Einlage mit einer metallischen galvanisch erzeugten Beschichtung versehen wird und anschließend die innere Oberfläche ggf. spanend bearbeitet wird.