DE2647300C3 - Stranggießkokille für Metalle - Google Patents
Stranggießkokille für MetalleInfo
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stranggießkokille für Metalle, bei denen die Differenz
zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur
über 1000C beträgt, mit einem Kühlmantel, in
dem ein vorderer Kokillenteil aus einem anderen Werkstoff als Graphit und ein hinterer Kokillenteil aus
Graphit eingesetzt ist, und wobei das vordere Kokillenteil über den Kühlmantel übersteht. Metalle, die
eine große Differenz zwischen Schmelz- und Verfestigungstemperatur haben, sind beispielsweise weißes
Gußeisen, hochlegiertes Spezial-Gußeisen, Schnelldreh-Werkzeugstahl, hochlegierte Kupferlegierung usw.
Das vertikale Stranggießen, bei dem ein geschmolzenes Metall direkt in eine wassergekühlte, metallische
Stranggießkokille gegossen wird, wird im allgemeinen als Gießverfahren für solche metallischen Werkstoffe
verwendet, die durch Abschrecken weniger geschädigt werden, wie gewöhnlicher Stahl, rostfreier Stahl usw.
und es ist zur Massenproduktion geeignet. Im Gegensatz dazu wird das horizontale Stranggießen, bei
dem eine Graphitkokille in einen Wasserkühler gesetzt wird, zum Gießen solcher metallischen Werkstoffe
verwendet, die eine vergleichsweise niedrige Schmelztemperatur haben und die im geschmolzenen Zustand
nicht mit Graphit reagieren.
Wenn ein Metall, das mit Graphit reagieren kann. unter Verwendung einer Graphiikokille gegossen wird,
werden die mit dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommenden Teile der Graphitkokille erodiert, was eine
erhebliche Verkürzung der Lebensdauer der Stranggieß-Kokillc
zur Folge hai. Außerdem tritt während des Oießvorganges bei Verfestigung des geschmolzenen
Metalls ein Hafteffekt auf, der innerhalb einer kurzen
/cit einen Bruch hervorruft oder cm Entfernen des verfestigten Metalls von der Form schwierig macht.
Daher wird ein solches Gießverfahren für praktische /wecke nicht verwendet. Außerdem Klaubt man, daß es
schwierig ist, Metalle strangzugießen, die eine große Differenz zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur
haben, beispielsweise weißes Gußeisen, hochlegiertes Spezialgußeisen, Schnelldreh-Werkzeugstahl,
Kupferlegierung mit hohem Kobaltgehalt, Kupferlegierung mit hohem Chromgehalt, Kupferlegierung
mit hohem Zinngehalt usw., da in diesem Fall die gebildeie verfestigte Schale schwach i^t und das
geschmolzene Metall eine geringere Beweglichkeit hat,
ίο verglichen mit der Verwendung von Metallen, die eine
kleine Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur haben.
Das Problem des schnellen Verschleißes von Graphitkokillen beim Stranggießen von Metallen bei hoher
Gießtemperatur ist in der DE-AS 19 39 653 behandelt. Dort wild bei einer mit einem Kühlmantel versehenen
Stranggießkokille, deren vorderes Kokillenteil über den Kühlmantel übersteht, vorgeschlagen, das vordere
Kokillenteil mit einer Innenverkleidung aus Metalloxyd oder hochschmelzenden Metallen zu versehen, so zum
Beispie! mit einer innenverkleidung aus Graphit mit Tonerde. Auf die besonderen Schwierigkeiten, die mit
dem Stranggießen von Metallen mit einer großen Differenz zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur
verbunden sind, wird dort jedoch nicht eingegangen.
Aus der DE-AS 20 25 764 ist eine direkt gekühlte Stranggießkokille bekannt, bei deren Anwendung der
Abziehschritt des Stranges nicht länger als die Länge einer vorderen stark gekühlten Kokillenzone ist, die aus
einem Material mit relativ hohem Wärmeübertragungskoeffizienten, zum Beispiel aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung
besteht. Dieser Zone ist eine nicht gekühlte Zuflußdüse vorgeschaltet, die ihrerseits aus einem
feuerfesten Material mit geringen Wärmeübertragungseigenschaften, wie Bornitrid besteht. Die Zuflußdüse hat
einen kleineren Querschnitt als die eigentliche Kokille und wird durch verschiedene Bauteile am Kokilleneingang
zentrierend festgehalten. Di·, bekannte Stranggießkokille
ist jedoch verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und trägt nicht den Besonderheiten Rechnung,
die mit dem Stranggießen von Metallen mit hoher Differenz zwischen Solidus- und Liquidustemperatur
verbunden sind. Weiterhin ist es aus »Herrmann.
Handbuch des Stranggießens«, Seiten 399 und 400, bekannt, Zirkonborid, ggf. in Kombination mit Metall,
keramischem Werkstoff oder Graphit als Material für Kokillenwandungen zu verwenden, weil es sich als
widerstandsfähig gegen sauerstoffhaltige Metallschmelzen und starke Temperaturwechsel erwiesen hat.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe z'igrunde, eine Stranggießkokille sowohl hinsichtlich
ihres strukturellen Aufbaus als auch der verwendeten Materialien so zu gestalten, daß Metalle bzw. Metallegierungen
mit hoher Differenz zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur ohne Schwierigkeiten
gegossen werden können und die Stranggießkokille dabei eine lange Lebensdauer besitzt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke (b) des vorderen Kokillenteiles 5—20 mm
beträgt, daß die Länge ^ des Überstandes gleich oder
größer als die Stärke (b) ist, daß die Länge (c) des im Kühlmantel sitzenden Teiles des vorderen Kokillenteiles
großer als eine Abzichschrittlänge ist und daß das
f>'> vordere Kokillenteil aus einem Metallnitrid und/oder
Metallhorid besteht.
Durch Verwendung dieses feuerfesten Werkstoffs, das eine .Schmierwirkung mit geringem Abrieb zeigt,
wird das Auftreten des Hafteffekts bei dem geschmolzenen Metall an der Kontaktstelle zwischen Stranggieß-Kokille
und geschmolzenem Metall verhindert und ein Stranggießen des Metalls während einer langen
Zeitdauer ermöglicht.
Das vordere Kokillenteil ans feuerfestem Material ist vorzugsweise an dem Teil mit einer feuerfesten
Halterung und einem metallischen Befestigungsteil umgeben, der i" einen GieQbehälter vorsteht, in dem das
vordere Kokillenteil mit dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommt, wobei das metallische Befestigungsteil
außerdem an einem Wasserkühlmantel befestigt ist, um ein Brechen des vorstehenden Teils des vorderen
Kokillenteils in dem Gießoehälter zu verhindern.
Die feuerfeste Halterung kann durch das metallische Befestigungsteil an dem vorderen Kokillenteil befestigt
und das metallische Befestigungsteil seinerseits an dem Wasserkuhlmantel befestigt sein.
Da Metallnitrid, Metallborid oder eine Zusammensetzung dieser Materialien im allgemeinen von einem
geschmolzenen Meta!! nicht benetzt werden und eine ausgezeichnete Schmierwirkung mit gering'-m Abrieb
zeigen, kann der verfestigte Strang mit niedriger Zugkraft abgezogen werden, und so tritt kein Reißen
der verfestigten Schale des Strangs auf.
Dementsprechend wird für das Stranggießen eines geschmolzenen Metalls, das mit Graphit reagiert,
Graphit mit einem Innendurchmesser, der dem des vorderen Kokillenteiles gleich ist und mit einer Härte,
die der des feuerfesten Materials für den vorderen Kokillenteil gleich oder niedriger ist, nur noch als
Werkstoff 1 für den hinteren Kokillenteil an der Auslaßseite der Stranggieß-Kokille verwendet.
Die Metalle mit einer großen Temperaturdifferenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur, zum Beispiel
weißes Gußeisen, Fe-C—Cr-Legierung, Fe-C-W-Legierung,
Fe-C— Mo-Legierung, Fe-C—Ti-Legierung,
Cu-Cr-Legierung, Cu-Co-Legierung, Cu-Sn-Legierung
usw. sind, wie vorstehend ausgeführt, als ungeeignet _um Stranggießen angesehen worden, und
es ist, insbesondere wenn die vorgenannten Metalle eine Temperaturdifferenz über 100°C zwischen Liquidus-
und Solidustemperatur haben, die auf die chemische Zusammensetzung bei der Bildung einer eutektischen
Reaktion zurückzuführen ist, schwierig, unter Verwendung einer herkömmlichen Stranggieß-Kokille das
Stranggießen dieser Metalle gleichmäßig zu bewerkstelligen, da in einem solchen Fall die verfestigte Schale
des gebildeten Stranges verhältnismäßig schwach ist und daher von der Kraft, die von der zum Abziehen des
Stranges erforderlichen Kraft und von der durch die Reibung zwischen dem Strang tt und der Stranggieß-Kokille
hervorgerufenen Kraft gebildet wird, leicht aufreißen kann. Außerdem sind im Hinblick auf die
Qualität der Gußstränge die Oberflächenqualität und die Innenqualität der auf herkömmliche Weise gewonnenen
Stränge wesentlich niedriger, und zwar aufgrund der schwachen Fltiidität der geschmolzenen Metalle in
dem Temperaturbereich, in dem die Metalle im geschmolzenen Zustand sind. Diese Schwierigkeiten
werden durch die Erfindung überwunden.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit
der Zeichnung und den Ansprüchen hervor.
Die Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt einer Ausführungsform der Stranggießkokille nach der
Erfindung.
Wie in der Zeichnung dargestellt, sind ein vorderer
Kokillenteil I aus feuerfestem Material mit einem Querschnitt D und ein hinterer KoNllenieil 2 aus
feuerfestem Material vom Graphittyp in einen Wasserkühlmantel
3 eingesetzt, und das Ende der Laufseile des '->
vorderen Kokillenteils I erstreckt sich über die rückwärtige Seite des Wasserkühlmantels 3 und ist an
der Innenwand einer feuerfesten Halterung 4 angeordnet. Die Halterung 4 ist durch ein metallisches
Befestigungsteil 6 an dem vorderen Kokillenteil 1 und
in durch Klemmbolzen 7 ferner an dem Wasserkühlmantel
3 befestigt. Das äußerste Teil, das metallische Bofestigungsteil
6 der Stranggieß-Kokille, die, wie aLsgefühn, der vordere Kokülenteil 1 aus feuerfestem Material, der
hintere Kokülenteil 2 aus feuerfestem Material, den
Ii Wasserkühimantel 3, die Halterung 4 und das metallische
Befestigungsteil 6 umfaßt, ist in einem Befestigungsstein 5 eines Gießbehälterr 8 »wasserdicht«
eingesetzt.
Die Verfestigung des Stranges beginnt an der Innenoberfläche des vorderen feue^osten Kokillerteüs
1 und ungefähr an der Kontaktstelle zwischen der feuerfesten Halterung 4 und dem Wasserkühlmantel 3.
Während eines intermittierenden Abziehschrittes beim Gießen verschiebt sich die Lage des Teils S einer
verfestigten Metallschale, die während der Unterbrechung des Abziehens gebildet wurde, in eine Lage S'
nach dem nächsten Abziehschritt, wie dargestellt. Da die Kante der Schale S'st>us in dem vorderen feuerfes'en
Kokülenteil I angeordnet ist, wird dns geschmolzene Metall nicht in Kontakt mit dem hinteren feuerfesten
Kokülenteil 2 gebracht. Die Verfestigung des geschmolzenen Metalls, dessen vordere verfestigte Schale in der
Lage S' ist, wächst während der unterbrochenen Ziehperiode bis zur Lage S. Die Länge des vorderen
feuerfesten Kokillf.nteils 1 soll eine Länge / des Kontaktteils zwischen dem vorderen feuerfesten Kokülenteil
1 und dem Wasserkühlmantel 3 plus einer Länge a des vorstehenden Teils des Kokillenteil? 1 sein da es
erforderlich ist, daß sich das vordere feuerfeste Kokülenteil 1 direkt vor dem Ziehen in der Seite des
geschmolzenen Metalls über die Kantenlage der verfestigten Schale 5 erstreckt. Außerdem ist es
erforderlich, daß die Länge / länge als eine Abziehschnittlänge
oder zweckmäßig I bis 5mal so iang ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß sie wesentlich langer
ist. Eine Abziehschnittlänge entspricht dem Abstand, der eine Abziehvorrichtung von einer .Stoppstelle zur
anderen zurückgelegt. Es ist ebenfalls erforderlich, daß die Länge a des vorstehenden Teils des vorderen
Kokillenteils 1 gleich oder langer ist als die Wandstärke b des vorderen Kokillenteils 1. Wenn die Länge a des
vorstehenden Teils des vorderen Kokillenteils 1 kürzer ist a!- die Wandstärke b. reicht die Verfestigung des
geschmolzenen Metalls bis zum vorderen Ende des vorderen feuerfes'en Kokillenteils 1, ruft cn--; Erhöhung
des Abziehwiderstandes und Abrieb oder Brechen des vorderen Kokillenteils 1 am vorderen Ende sowie ein
Reißen der verfestigten Schale des Stranges und das Auftreten eines I .afteffektes hervor, was einen Bruch
ho zur f'olge hat oder es schwierig macht, den Strang
weiter abzuziehen. Es ist nicht erforderlich, daß die Länge ;; des vorstehenden Teils wesentlich langer ist.
Die Stärke b des vorderen feuerfesten Kokillcntcils 1
beträgt 5 — 20 mm. Wenn die Stärke der Slranggicß-Ko-
h5 kille größer als der vorstehend genannte Bereich ist,
wird die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze gesenkt, was die Leistung an gegossenen Produkten
reduziert, wogegen die Stranggieß-Kokille. wenn die
Starke weniger als der oben genannte Wen ist.
aufgrund schweren Abriebs nicht während einer langen Zeitdauer benutzt werden kann. F.s ist erforderlieh, dal.!
die Länge m des hinteren Graphitkokillcntcils 2 I bis
4mal die Länge /des Kokillcntcils 1 ist. Wenn die Lange des Graphitteils 2 kürzer als der oben genannte Wert ist.
wird kein ausreichender Kühleffekt er/.ielt. wogegen der
Abziehwiderstand, wenn die Länge über dem vorstehend
genannten Wert liegt, sich erhöht und dadurch die Lebensdauer der Stranggieß-Kokille verkürzt. Außerdem ist die Stärke ft'des hinteren Kokillenteils, 2 nicht
notwendigerweise gleich der Stärke b des feuerfesten f'urmtcils I. wenn jedoch die Stärke ft' wesentlich
niedriger ist als die Stärke ft. wird die Lebensdauer der Stranggießkokille durch schweren Abrieb verkürzt,
wogegen der Kühlwert des geschmolzenen Metalls reduziert wird, wenn die Stärke ft' wesentlich höher als
die Stärke feist.
Insbesondere beim Stranggießen mit horizontalen Stranggieß-Kokillen geschieht es oft, daß die Oberfläche
des gegossenen Materials uneinheitlich gekühlt wird, was ein örtlich uneinheitliches Abkühlen des
Stranges hervorruft, das unweigerlich zu einem Meandereffekt im Strang führt. Der Meandereffekt
bewirkt eine Biegekraft oder -wirkung auf die Stranggießkokille. Wenn das Basisteil des vorstehenden
Teils des vorderen Kokillenteils I der Stranggieß-Kokille nicht geschützt ist. bricht das Basisteil häufig,
was ein Fortsetzen des Gießens schwierig macht. Diese Schwierigkeit kann vollständig ausgeräumt werden,
indem das Basisteil des vorstehenden Teils des vorderen Kokillenteils 1 mit einer feuerfesten Halterung 4
umgeben wird, die mit Hilfe eines metallischen Befestigungsteils 6 an dem Basisteil befestigt ist. das
seinerseits durch Klemmbolzen 7 am Wasserkühlmantel 3 befestigt ist.
Die Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beispiele weiter
erläutert.
Art des Guß-Werkstoffs:
Legiertes weißes Gußeisen.
Hauptsächliche chemische Zusammensetzungen des Gußeisens:
2.5% C. 0.5% Si. 0.5% Mn. und 2,5% Cr.
Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:
Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:
178;C(130rC-1123cC).
Größe jedes Teils der Metallnitrid-Kokille:
Größe jedes Teils der Metallnitrid-Kokille:
3=15mm:fa=10 mm;
/= 100 mm und D=60 mm 0.
Größe jedes Teils der Graphit-Kokille:
Größe jedes Teils der Graphit-Kokille:
b'=S mm; /tj = 200 mm und D=60 mm 0.
Abziehschnittlänge:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangdurchmesser:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangdurchmesser:
50 mm
35 050 kg
123 Stunden + 30 Minuten
60.5 mm
Art des Guß-Werkstoffs:
13%iger Chromstahl,
upt
Stahls:
upt
Stahls:
U% C. 0.5% Si, 0,6% Mn und 13% Cr.
Differenz zw ischen I .iquidiis- und Solidustemperatur:
250 ( (1430 C-I 200 C). Größe jedes Teils tier Mcta'lnitridfonii:
ii- 30 nun: ft= I 5 nun;
/= ! 50 nun und D = 40 mm ν 350 mm.
Größe jedes Teils der Graphitform:
ft'= 15 mm; //; = 300 mm und
D = 40 mm χ 350 mm.
Abziehschnittlänge:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabniessung:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabniessung:
70 mm
32 800 kg
97 Std. 4 50 Min.
352 χ 42 mm.
Ii e i s ρ i e I 3
Art des Guß-Werkstoffs:
24 Cr-Gußeisen.
Hauptsächliche chemische Zusammensetzungen Gußeisens:
2,3% C, 0,5% Si. 0,6% Mn und 24% Cr. Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:
I20°C(1330°C-I2I00C).
Größe jedes Teils der Metallnitridform:
a = 25 mm; fc= 15 mm;
/= 160 mm und D= 80 mm 0. Größe jedes Teils der Graphitform:
ft'= 15 mm; m = 250 mm und D-80 mm
Abziehschnittlänge:
ChargengröDe:
Chargendauer:
Strangabmessung:
ChargengröDe:
Chargendauer:
Strangabmessung:
60 mm
28 200 kg
75 Std. + 30 Min.
80 mm D
Art des Guß-Werkstoffs:
Hochchromhaltige Kupferlegierung Hauptsächliche chemische Bestandteile der Legierung:
25%Crund75%Cu. Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:
324°C(140O°C-1076°C). Größe jedes Teils der Metallnitridform:
a = 35 mm, ft= 18 mm;
/=180 mm und D= 90 mm 0. Größe jedes Teils der Graphitform:
ft'= 18 mm; m=250 mm und D=90mm
Abziehschnittlänge:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabmessung:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabmessung:
80 mm
52 800 kg
148 Std.+ 35 Min.
92 mm α
Art des Gut-Werkstoffs:
Grauguß.
Hauptsächliche chemische Bestandteile des Metalls:
Hauptsächliche chemische Bestandteile des Metalls:
3.2% C. 1.8% Si und 0,5% Mn.
Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:
137=C(1260°C-1123°C).
Größe jedes Teils der Metallnitridform:
a = 25 mm; ft= 15 mm;
/= 160 mm und D=80 mm 0. Größe jedes Teils der Graphitform:
ft'= 15 mm, m=250 mm und D=80 mm
Abziehschnittiange:
Chargengröße:
Chargengröße:
75 mm 95 190 kg
Chargenclauer: 167 Std. + 20 Min.
Strangabmessung: 82,5 mm Π.
Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind bei horizontalen, vertikalen oder
schrägen Stranggießkokillen anwendbar.
Claims (3)
1. Stranggießkokille für Metalle, bei denen die Differenz zwischen der Liquidustemperauir und der
Solidustemperatur über 100° C beträgt, mit einem Kühlmantel, in dem ein vorderer Kokillenteil aus
einem anderen Werkstoff als Graphit und ein hinterer Kokillenteil aus Graphit eingesetzt ist, und
wobei das vordere Kokillenteil über den Kühlmantel übersteht, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stärke (b) des vorderen Kokillenteiles (1) 5—20 mm beträgt, daß die Länge (a) des Überstandes
gleich oder größer als die Stärke (b) ist, daß die Länge (I) des im Kühlmantel sitzenden Teiles des
vorderen Kokillenteiles (1) größer als eine Abziehschrittlänge ist und daß das vordere Kokillenteil (1)
aus einem Metallnitrid und/oder Metallborid besteht.
2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Halterung (4) aus feuerfestem
Werkstoff, durch die die Länge (a) des vorderen Kokillenteiles (1) zentriert ist.
3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung, (4) in
einem metallischen Befestigun-rsteil (6) sitzt, der am
Kühlmantel (3) befestigt ist.
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Free format text: RUFF, M., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. BEIER, J., DIPL.-ING. SCHOENDORF, J., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 7000 STUTTGART |
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