DE3211440A1

DE3211440A1 - Verfahren zur herstellung eines mit mindestens einem flansch versehenen kokillenrohres aus kupfer oder einer kupferlegierung

Info

Publication number: DE3211440A1
Application number: DE19823211440
Authority: DE
Inventors: Herxmann Ing.(grad.) 4500 Osnabrück Bünemann; Horst Dipl.-Ing. Gravemann
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1982-03-27
Filing date: 1982-03-27
Publication date: 1983-10-13
Also published as: GB8308318D0; FR2523881B1; IT1160490B; FR2523881A1; IT8319904A0; JPH0435269B2; SE8301650L; AT386141B; GB2117293B; ATA58683A; DE3211440C2; JPS58202984A; SE8301650D0; CH659013A5; GB2117293A

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

M 2-266 25.03.82

Verfahren zur Herstellung eines mit mindestens einem Flansch versehenen Kokillenrohres aus Kupfer oder einer Kupferlegierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kokillenrohres aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für das Stranggießen mit mindestens einem endseitig angeschweißten Flansch, bei dem zunächst das Kokillenrohr hergestellt und anschließend der oder die Flansche angeschweißt werden.

Auf verschiedenen Senkrechtstranggußanlagen und insbesondere bei Horizontalstranggußanlagen, bei denen die Kokillen unmittelbar am Schmelzgefäß oder Warmhaltegefäß angeflanscht werden, werden Rohrkokillen mit rundem oder mehrkantigem Querschnitt eingesetzt, die an einem oder beiden Enden einen Befestigungsflansch aufweisen, dessen Durchmesser deutlich größer als der Rohrdurchmesser oder dessen Diagonale ist.

Die Herstellung solcher Kokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen erfolgte bisher ausschließlich durch spanabhebende Bearbeitung eines geschmiedeten bzw. strangge-

preßten Vollblockes oder durch Anschweißen eines Flansches an ein vorgefertigtes Rohr mittels Schutzgasschweißen.

Das Schweißverfahren ließ sich nur bei gut schweißbaren reinen Kupfersorten wie SF-Kupfer und SE-Kupfer oder niedriglegierten Kupferlegierungen wie Cu AgO,IP anwenden. Derartig hergestellte Kokillen hatten erhebliche Nachteile, da sich das ursprünglich durch Kaltumformung verfestigte Kokillenrohr durch das Anschweißen des Flansches wieder auf den weichen Zustand entfestigte, ein starker Verzug auftrat und die Schweißnaht, die in der thermisch höchst belasteten Zone lag, einen erheblichen Risikofaktor darstellte, weil sich auch bei höchsten Schweißnahtgüten Undichtigkeiten infolge von Poren und durch thermische Ermüdung im Einsatz nicht ausschließen ließen„ Die geringe Formstabilität ergab außerdem nur Standzeiten von einigen bis maximal 5 Stunden beim Gießen von Stahl.

Durch die Herstellung von Flanschkokillen aus Vollblöcken der genannten Kupfersorten konnten zwar die durch die Schweißnaht bedingten Gefahren beseitigt werden, da jedoch das hierfür benötigte Vollmaterial nicht ausreichend kaltverfestigt werden konnte, wurde im Vergleich zu geschweißten Rohren keine Standzeitverbesserung erzielt. Die Herstellung solcher Rohre erforderte außerdem einen erheblichen Arbeitsaufwand.

Eine entscheidende Erhöhung der Standzeit konnte durch Herstellung der Kokillen aus niedriglegierten, aushärtbaren Kupferlegierungen erzielt werden. Auch hierfür mußten die Kokillen aus Vollmaterial gefertigt werden, weil diese Werkstoffe wegen ihrer Rißempfindlichkeit grundsätzlich ein Schutzgasschweißen nicht zulassen. Durch thermische Behandlung (Aushärtung) lassen sich mit diesen Werkstoffen auch bei Vollmaterial hohe Festigkeitswerte einstellen, so daß die Kokillen eine entsprechende gute Formstabilität und guten Verschleißwiderstand besaßen. Allerdings führte

der hohe Fertxgungsaufwand zu hohen Kosten, die den Horizontalstrangguß in Frage stellten.·

Der Erfindung liegt die" Aufgäbe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, in wirtschaftlicher Weise Kokillenrohre mit endseiti.g angeordneten Flanschen herzustellen, ohne daß es zu der beschriebenen Erweichung des kaltverfestigten Kokillenrohres kommt. Darüber hinaus soll das Verfahren auch die Herstellung von Kokillen aus aushärtbaren Kupferlegierungen mit angeschweißten Flanschen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der oder die aus vorzugsweise dem gleichen Werkstoff bestehenden Flansche durch Elektronenstrahlschweißen an das Kokillenrohr angeschweißt werden. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sich beim Elektronenstrahlschweißen die zu verschweißenden Teile praktisch nicht verziehen und nur eine äußerst schmale Schweißzone entfestigt wird. Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Flanschkokillen wurden die ursprünglichen Maße und die durch die Kaltverfestigung erzeugte Härte nicht beeinträchtigt.

In Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das Kokillenrohr an mindestens einem Ende von außen abgedreht bzw. abgefräst, auf das abgedrehte oder abgefräste Ende der Flansch aufgesetzt und anschließend Flansch und Kokillenrohr von der Stirnseite aus miteinander verschweißt. Bei diesem Verfahren wird die Schweißnaht außerhalb der durch den Badspiegelbereich besonders gefährdeten Rohrwand gelegt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf das Ende des Kokillenrohres ein Flanschstück aufgesetzt, dessen Außen- und Innenabmessungen den Abmessungen des Kokillenrohres entsprechen, in das Kokillen-

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rohr ein auf dem Flanschstück aufsitzendes Justierstück eingesetzt und Flanschstück und Kokillenrohr durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Naht miteinander verschweißt. Die Außenabmessungen des Justierstückes, welches gleichzeitig als Strahlenfänger dient, entsprechen dabei den Innenabmessungen des Kokillenrohres und des Flanschstückes, so daß ein Versatz beim Anschweißen des Flanschstückes an das Kokillenrohr nicht auftreten kann. Nach dem Schweißen wird das Justierstück aus der fertigen Kokille entfernt„

Mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Flanschkokillen wurden Standzeiten beim Gießen von Stahl erreicht, die das Doppelte und mehr der bisher angewendeten reinen Kupferflanschkokillen betrug.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch bei der Herstellung von Flanschkokillen aus aushärtenbaren Kupferlegierungen wie CuCr, CuCrZr, CuZr, CuCo/NiBe, CuNiP und anderen anwenden. Bei den zum Teil rißempfindlicher Werkstoffen lassen sich mittels Elektronenstrahlschweißung absolut perfekte Schweißnähte herstellen, die sogar im Bedarfsfall eine Nachkalibrierung der fertigen Kokille durch Explosionsumformung zulassen. Die optimalen Eigenschaften dieser Werkstoffe insbesondere deren hohe Härte und Warmfestigkeit wird durch die Elektronenstrahlschweißung praktisch nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigen

Figur 1 einen Schnitt durch die Rohrkokille im Bereich des Flansches

Figur 2 eine Draufsicht auf die Rohrkokille nach Figur 1 Figur 3 einen Schnitt durch eine andere Rohrkokille im Flanschbereich unmittelbar nach der Herstellung der Schweißnaht

Figur 4 ebenfalls einen Schnitt durch eine weitere Rohrkolcille im Flanschbereich.

Zur Vorbereitung des Schweißvorganges nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird zunächst von dem Kokillenrohr 1 ein bestimmter Bereich abgedreht bzw» im Falle eines Vierkantrohres abgefräst, und ein Flansch 2 über die Ausnehmunng gestülpt. Von der Stirnseite der Kokille aus gesehen wird dann die Schweiß-naht 3 mittels Elektronenstrahlschweißung hergestellt. Der schraffiert dargestellte Bereich 4 des Flansches 2 kann, falls erforderlich, nachbearbeitet werden. Es besteh jedoch auch die Möglichkeit, den Flansch 2 mit dem Rohransatz 5 zu fertigen und diesen Flansch 4 mit Rohransatz 5 mit dem Kokillenrohr 1 durch Elektronenstrahlschweißen zu verbinden. Ggf. kann der zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Rohransatz 5 verbleibende Spalt 8 durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schweißnaht durch Elektronenstrahlschweißen verschlossen werden.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 wird auf das Kokillenrohr 1 ein Flansch 2a mit Rohransatz 5a aufgelegt und eine Justiervorrichtung 6 in das Kokillenrohr 1 eingeführt, die für eine exakte Ausrichtung des Flansches 2a zum Kokillenrohr 1 sorgt. Die durch Elektronenstrahlschweißung erzeugte Schweißnaht 3 verläuft hier in Umfangsrichtung. Dabei dient die Justiervorrichtung 6 gleichzeitig als Strahlenfänger für den Elektronenstrahl.

In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem auf das Kokillenrohr 1 der Flansch 2b mit Rohransatz 5b aufgesteckt wird, wobei der Flansch 2b geringere innere Querschnittsabmessungen als das Kokillenrohr 1 aufweist. Auch hier verläuft die Schweißnaht 3 in Umfangsrichtung. Der Überstand 7 dient als Strahlenfänger, wobei jedoch das Schweißgerät so eingestellt werden kann, daß der Bereich des Überstandes 7 abgeschmolzen wird. Die

Innenmaße des Flansches 2b können bis auf die inneren Abmessungen des Kokillenrohres 1 ausgearbeitet werden, jedoch ist für manche Anwendungsfälle eine Kokille mit einem engeren Eingangsquerschnitt im Bereich des Flansches 2b wünschenswert.

Falls erforderlich, können die nach der Lehre der Erfindung hergestellten Kokillen beispielsweise durch eine Explosionsumformung nachkalibriert werden.

Die Erfindung läßt sich sowohl für Kokillen mit rundem Querschnitt als auch für solche mit einem Mehrkant-, wie Vierkant- oder Sechskantquerschnitt anwenden.

Mit einer Kokille, bei der Kokillenrohr 1 und Flansch 2 aus dem Werkstoff CuCrZr mit einer Härte von 125 HB und einem lichten Maß von 110 mm hergestellt wurde, wurde beim Gießen von Stahl in einer Horizontalstranggießanlage eine Lebensdauer von über 100 Stunden bei zweimaliger Nacharbeit erzielt.

Leerseite

Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft M 2-266 25.03.82 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kokillenrohres aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für das Stranggießen mit mindestens einem endseitig angeschweißten Flansch, bei dem zunächst das Kokillenrohr hergestellt und anschließend der oder die Flansche angeschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die aus vorzugsweise dem gleichen Werkstoff bestehenden Flansche durch Elektronenstrahlschweißen an das Kokillenrohr angeschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Kokillenrohr an mindestens einem Ende von außen abgedreht oder abgefräst wird, daß auf das abgedrehte *Ende ein Flansch aufgesetzt und anschließend Flansch und Kokillenrohr von der Stirnseite aus miteinander verschweißt werden. * oder abgefräste

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Ende des Kokillenrohres ein Flanschstück aufgesetzt wird, dessen Außen- und Innenabmessungen den Abmessungen des Kokil lenrohreis entsprochen, daß in das

Kokillenrohr ein auf dem Flanschstück aufsitzendes Justierstück eingesetzt wird, und Flanschstück und Kokillenrohr durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Naht miteinander verschweißt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet_f daß das Kokillenrohr nach dem Anschweißen der Flansche, vorzugsweise durch Explosionsumformung nachkalibriert wird«