DE2701636A1 - Metal mould for continuous casting of steel - where mould wall is reinforced by tungsten fibre mat coated with wear resistant layer - Google Patents
Metal mould for continuous casting of steel - where mould wall is reinforced by tungsten fibre mat coated with wear resistant layerInfo
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Abstract
Description
Kokille aus Metall zum Stranggießen von MetallenChill made of metal for the continuous casting of metals
Die Erfindung betrifft eine Kokille aus Metall zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise von Stahl.The invention relates to a mold made of metal for the continuous casting of Metals, preferably steel.
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.In the case of continuous casting molds, this is particularly the case with so-called tubular molds after a relatively short time a decrease in cross-section in the clear width of the mold to be observed in the bathroom mirror area. The cause of this so-called "drawing in" is in the unavoidable temperature gradient in the mold wall from the inner wall to look to the outside wall. When casting steel using permanent molds Copper or a copper alloy is, for example, the temperature at the Inner wall of the mold about 250, while the temperature on the outer wall, so where it is cooled, is approx. 50 to 600C. This temperature gradient leads to that the area of the mold which is connected to the melt becomes stronger expands than the wall area that is cooled. The inner mold wall bulges so inwards. If this bulge is plastic deformation, and too leads to a change in cross-section of the cast strand, the mold must be removed and be reworked.
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.One has therefore tried to solve the problem at hand by that as a mold material against Reikupfer more solid materials, for example Copper alloys. Nevertheless, the effect occurred, albeit significantly reduced, further on.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dimensionsstabile Kokille zu schaffen, bei der dieses sogenannte "Einziehen" nicht auftritt.The present invention is based on the object of a dimensionally stable To create a mold in which this so-called "pull-in" does not occur.
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.This object is achieved in that in the wall of the mold an insert made of fibers, mats, new ones or the like made of a material with a high hot yield strength is installed firmly adhering to the mold material. The insert from the heat-resistant Material does not prevent thermal expansion, but ensures that despite the out the stress resulting from thermal expansion does not have any plastic deformations within the mold remain. The insert is expediently made of fibers, mats or Networks arranged in the immediate vicinity of the wall of the mold facing the melt, i.e. where the greatest thermal expansion is to be expected. To prevent, that the firm bond between the insert and the mold material is released, it has proven to be useful to choose a material for the insert, whose coefficient of thermal expansion corresponds approximately to that of the mold material. but materials with a lower thermal expansion coefficient can also be used advantageously when the metallic bond between the insert and the mold material is very good, because then the thermal expansion of the mold in the area of the bath surface is largely restricted. The insert is advantageously only in the Badsptegelbereich provided or arranged reinforced in this area. After a particularly cheap In an embodiment of the invention, the insert consists of martensite-hardening tungsten Steels or similar materials.
Diese Materialien lassen sich zu sehr dünnen Fasern verarbeiten und weisen eine hohe Warmstreckgrenze auf.These materials can be processed into very thin fibers and have a high hot yield strength.
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.If the mold material consists of a low-alloy copper-chromium-zirconium alloy, the insert could consist of a liner copper-beryllium alloy. While the expansion coefficient The copper-beryllium alloy exhibits these two materials are almost the same a much higher hot yield strength. If you place the insert in a curved shape Transverse axis of the mold, as provided according to a further concept of the invention particularly high counterforces can be applied with this insert.
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.The invention further relates to a method for producing a Continuous casting mold. In this case, the inside dimensions of the mold are first shown on one of them an inner metal layer is produced on the core of the metal layer Insert applied and then a layer with both the inner metal as well as with the fibers, mats, nets or the like connecting the outer metal layer upset. It is essential in this process that it is achieved that the deposit forms a solid bond with the surrounding material. For this reason it has proven to be expedient to apply the inner Metal layer and the outer metal layer either galvanically or by metal spraying to create. Both methods are excellent. A particularly useful procedure is that a core made of a metal with the inner metal layer different Thermal expansion coefficient is used and the inner metal layer after the application on the core after heating or cooling of the core and the inner ones Metal layer is peeled off. While the peeled from the inner metal layer existing pre-workpiece the other Manufacturing stages, such as application is fed to the insert and application of the outer metal layer, the Core can already be used for the production of another pre-workpiece. This procedure allows an extremely economical production of the invention Mold.
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.Another inexpensive method is that to the internal Surface of a tubular workpiece made of copper or a low alloy Copper liner, preferably an insert made from a material with a high hot yield strength laid out in the form of a mat or a fabric, the inner surface as well as the Insert is provided with a metallic electroplated coating and then the inner surface is machined, if necessary. The essential one The advantage of this method is to be seen in the fact that you can use any pipe section from any Material can run out, while you can, for example, by electroplating or metal spraying cannot process every alloy.
Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is shown schematically on the basis of the figure Embodiment explained in more detail.
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 the figure is a tubular mold for casting circular strands shown in section, which consists of a metallic pipe fitting 1, for example made of copper or a low-alloy copper-chromium-zirconium alloy.
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.An insert 2 is installed in the wall of the pipe fitting 1, those made of fibers, mats or nets made of a material with a high hot yield strength consists. The insert 2 is expediently in the immediate vicinity of the strand forming cavity 3 forming wall area of the pipe fitting 1 arranged. Tungsten, martensite-hardening steels, but also Copper alloys with a high hot yield strength, such asF wise copper beryllium proved beneficial. The mold cavity 3 forming inner metal layer 4 expediently consists of a wear-resistant material with a high thermal conductivity, which also has a high heat resistance should have.
Hier bieten sich beispielsweise dispersionsverfestigte Kupferlegierungen oder aber was sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat, eine Siliziumkarbid enthaltende galvanisch oder chemisch abgeschiedene Nickelschicht an.Here, for example, dispersion-strengthened copper alloys are available or what has proven to be particularly useful, a silicon carbide containing one galvanically or chemically deposited nickel layer.
Die äußere Metall schicht 5 besteht zweckmäßigerweise aus Reinkupfer oder einer niedriglegierten KupferlegXerung.The outer metal layer 5 is expediently made of pure copper or a low-alloy copper alloy.
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.The production of a particularly favorable configuration of the mold according to the teaching of the invention looks as follows. On an elongated core made of a nickel steel with the lowest possible coefficient of thermal expansion, its Cross-section the cross-section of the mold cavity 3 and thus the cross-section of the continuously cast Corresponding to good, a nickel layer 4 containing silicon carbide is first applied galvanically deposited. The thickness of the layer is approx. 3 mm. After this galvanic Process both the core and the nickel layer 4 are heated, with the Nickel layer 4 expands more than the core and easily from the core can be removed. While the core is again provided with a nickel layer, the preliminary workpiece 4 is wrapped with a braid or a mat made of tungsten fibers. In the later bath mirror area of the mold, the insert 2 experiences a reinforcement layer 6. This> prepared part is used in a further galvanic process the outer metal layer of approx. 8 to 10 mm, preferably made of copper. In the latter electroplating process, the outer copper layer is connected 5 with both the insert 2 and the inner nickel layer 4. Then will the pipe fitting 1 finished inside and outside. The flange-like extension 7 is used here to hang the tubular mold in the holding frame of the continuous caster.
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