DE2821999C2 - Stranggießkokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille mit cJ-nem ebene Stützflächen bildenden Mantel aus Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, einer Einrichtung zum Kühlen des Mantels und einer Vielzahl von an den Stützflächen des Mantels in Anlage mit diesen gehaltenen Formplatten aus Graphit

Eine solche Stranggießkokille ist aus der US-PS 09 148 bekannt. Diese Stranggießkokille dient zum Gießen von Bandmaterial. Der formgebende Schlitz der Stranggießkokille wird durch zwei sich gegenüberliegende Graphitplatten und zwei Graphitseitendämme zwischen den Platten begrenzt. Hinter jeder Graphitplatte befindet sich eine Kupferplatte, an welcher die jeweilige Graphitplatte mittels Schrauben aus Molybdän Defestigt ist. Die Molybdänschrauben erstrecken sich durch Bohrungen in den Graphitplatten und sind in die Kupferplatten eingeschraubt. Die Bohrungen in den Graphitplatten haben einen etwas größeren Durchmesser als die Schrauben, so daß eine Verschiebung der , Graphitplatten parallel zu den Kupferplatten ermöglicht wird. Wenn sich die Graphitplatten im Betrieb der Stranggießkokille verformen, besteht die Gefahr, daß sie sich zwischen benachbarten Schrauben durchwölben und brechen können. Es besteht aber auch die Gefahr, daß selbst an den Stellen, an denen die Schrauben an

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65 den Graphitplatten angreifen, die Graphitplatten sich im Betrieb von den Kupferplatten lösen können, so daß dort der Wärmeübergang verschlechtert wird, denn die Graphitplatten werden sich bei Erhitzung mehr in der Länge und in der Breite als in der Dicke ausdehnen, während sich die Molybdänschrauben hauptsächlich in der Länge ausdehnen werden. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungsrichtungen der Molybdänschrauben und der Graphitplatten werden sich die Köpfe der Schrauben von ihren Anschlagfläehen an den Graphitplatten entfernen, so daß sich die Graphitplatten von den Kupferplatten lösen können, wenn auch die Schrauben weiterhin fest in den Kupferplatten gehalten sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Stranggießkokille so auszubilden, daß ein inniger Kontakt zwischen den Formplatten und den Stützflächen des Mantels im Betrieb der Stranggießkokille gewährleistet ist wobei die Gefahr einer Rißbildung in den Formplatten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß der Mantel aus einem Block mit einem von den Stützflächen allseitig begrenzten Durchgang besteht, die Formplaüen an allen Seiten des Durchgangs vorgesehen und aneinandergereiht sind, jede Formplatte durch eine Anzahl von an ihr angreifenden Federeinrichtungen nachgiebig in Anlage mit der jeweiligen Stützfläche des Mantels gehalten ist und die Angriffsstellen der Federeinrichtungen an der jeweiligen Platte über deren Fläche verteilt sind, wobei der Kontaktdruck zwischen jeder Formplatte und der entsprechenden Stützfläche im Bereich von 0,69 bis 3.44 N/cm² 'iegt

Die DE-AS 12 20 090 zeigt eine Stranggießkokille, bei welcher der Durchgang im Mantel mit Formplatten bus Metall ausgekleidet ist. Der Mantel besteht ebenfalls aus Platten, die auf ihrer den Formplatten zugewandten Seiten Erhöhungen und Vertiefungen aufweisen. Die Formplatten sind an den Stellen der Erhöhungen an die Platten des Mantels angeschraubt Die Schrauben sind durch Bohrungen in den Platten des Mantels geführt und in die Formplatten eing^schrai.t'_ Der Durchmes ser der Bohrungen in den Platten des Mantels ist etwas größer als der Durchmesser der Schrauben, so daß sich die Formplatten zusammen mit den Schrauben parallel zu den Platten des Mantels bewegen können. Eine ungehinderte Bewegung in dieser Richtung wird dadurch sichergestellt, daß zwischen den Köpfen der Schrauben und den Platten des Mantels Unterlagsscheiben aus einem Material geringer Reibung verwendet werden. Die Unterlagsscheiben sind aus Stahl. Die Verbindung zwischen Jen Formplatten und den Platten des Mantels ist somit eine weitgehend starre *■ rbindung in der Richtung senkrecht zu den miteinander verbundenen Platten und würde sich daher nicht zur Befestigung von Formplatten aus Graphit an den Platten des Mantels eignen.

Ferner ist aus der DE-OS 18 12 483 eine Stranggießkokille bekannt, die aus einem Graphitteil mit formgebendem Schlitz und das Graphitteil umgebenden Kühlelementen besteht, die an dem Graphitteil durch Stehbolzen befestigt sind, welche mit ihrem einen Ende in eine Gewindebohrung des Graphitteiles eingeschraubt sind und an ihrem freien Ende ein Gewinde mit einer Stellmutter tragen, zwischen der und dem Kühlelement Federn vorgesehen sind, wobei die Stehbolzen in kurzen Abständen versetzt angeordnet sind.

Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung v/erden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Stranggießkokille;

F i g. 2 einen Teilschnitt der Kokille von F i g. 1;

Fig.3 einen Teilschnitt, der eine federbelastete Klemme zeigt; und

F i g. 4 einen Teilschnitt, der eine Endklemme zeigt

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stranggießkokille aus mehreren Teilen. Ein Mantel 1, der als offener Kasten ausgebildet ist, besitzt einen Durchgang 2, ii. welchem eine aus mehreren Formplatten 3,4,5,6,7,8 bestehende Graphitauskleidung angeordnet ist Der Mantel 1 besteht aus Kupfer und enthält mehrere Kühlkanäle 9, durch weiche beim Gebrauch Wasser gepumpt wird, um den Mantel zu kühlen. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind die Graphitplatten 3 bis 8 entweder flach (Graphitplatten 3 und 6) oder winkelförmig (Graphitplatten 4, 5, 7 und 8). Der Mantel 1 ist entweder einstückig gegossen oder aus drei oder vier Teilen hergestellt und zusammengeschraubt Die Einrichtung zum Festhalten der Graphitpla'.ten im Mantel ist näher in den F i g. 2,3 und 4 zu sehen.

Gemäß F i g. 2 sind in den Mantel ί Kanäle iO und ί ί eingebohrt durch welche Kühlwasser, das wn einer Verzweigungsleitung 12 kommt zu einem Schlitz 13 geführt und in Richtung eines Pfeils 14 auf das austretende verfestigte Metall gespritzt wird. In eine Graphitplatte 15 ist eine Anzahl von Sacklöchern 16 eingebohrt in welche Bolzen 17 eingeschi aubt sind. Diese Bolzen gehen durch entsprechende Löcher 18 im Mantel 1 hindurch und sind mit Muttern 19 versehen, welche Schraubenfedern 20 zusammendrücken, so daß die Bolzen 17 nach außen gezogen werden und dabei die Graphitplatte 15 fest gegen den Mantel 1 drücken. Der Kontaktdruck liegt im Bereich von 0,07 bis 035 kg/cm², vorzugsweise im Bereich von 0,10 bis 0,24 kg/cm² oder 0,14 bis 0,21 kg/cm². Es werden so viele Federn wie möglich vorgesehen, ohne daß eine Schädigung der Auskleidungen oder des Mantels auftritt

Die Anordnung aus Bolzen und Schraubenfeder kann in einer Absenkung 21 im Mantel 1 angeordnet sein, und die Absenkung kann mit einem Deckel 22 verschlossen sein, der in die Absenkung 21 eingeschraubt und mit einem Dichtungsring 23 abgedichtet ist, um die Oxydation der Graphitplatten zu begrenzen. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Graphitteile der Kokille beim Gebrauch einer hohen Temperatur ausgesetzt werden. Wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, die Oxydation der Platten im Bereich der Sacklöcher 16 zu beschränken, dann werden die Bolzen 17 vom Graphit gelöst, was einen Verlust des Kontaktdrucks zwischen dem Graphit und dem Kupier zur Folge hat.

Fig 2 zeigt eine Hälfte einer Stranggießkokille im Querschnitt. Die Mittellinie der Kokille und des gegossenen Metalls ist mit 24 bezeichnet Das geschmolzene Metall, im vorliegenden Fall Kupfer, wird durch ein Rohr 25 in die Form eingeführt und bleibt im Teil 26 über der Fest/Flüssig-Grenzfläche, die durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet ist, flüssig. Die Kokille wird beim Gebrauch auf- und abbewegt, um der- Kontaktwiderstand zwischen der sich verjüngenden Graphitplatte 15 und dem verfestigten Teil 28 des gegossenen Kupfers _tzu erhöhen. Diese Auf- und Abbewegung stellt außerdem sicher, daß die Grenzfläche zwischen der festen Kupferkante 29 und der Graphitplatte 15 sauber bleibt und nicht durch Zunder beeinflußt wird. In den Mantel 1 ist außerdem ein Loch 30 eingebohrt, an dessen einem Ende sich ein Gewinde 31 befindet und dessen anderes Ende zu einer Nut 32 in de/ Kupfer/Graphit-Grenzfläche führt Durch dieses Loch kann Helium eingeleitet werden, um den Zwischenraum zwischen dem Kupfer und dem G^raphit zu spulen, so daß der Wärmeübergang durch den Zwischenraum verbessert wird. Es hat sich gezeigt daß die Verwendung von Helium anstelle von Luft die sonst in dem sehr kleinen Zwischenraum vorliegen würde, das thermische Verhalten der Kokille bis zu 16% insgesamt verbessern kann. Dies bedeutet daß mit einer bestehenden Kokille 16% mehr Metall gegossen werden kann, wodurch die Produktivität der Gießvorrichtung beträchtlich gesteigert wird.

F i g. 4 zeigt näher den L-förmigen Querschnitt eines Endes einer Graphitplatte. Es ist ersichtlich, daß dort ein Radius 33 an der inneren Ecke der Graphitplatte vorgesehen ist d. h. also, daß der gegossene Strang nach der Verfestigung abgerundete Ecken aufweist Dies ist für eine Stranggießkokille sehr wichtig. Da es üblich ist Kühlwasser über das Äußere des gegossenen Strangs zu führen, muß dieses Wasser entfernt werden, bevor der Strang weit*>rverarbeitet wird, wie z. B. in einer Sägeoder Schneideeinrichtung. Beim Strar. gießen ist es deshalb nötig, eine Dichtung vorzusehen, d'e verhindert daß Wasser zu dem gerade gegossenen Metall gelangt In der Praxis hat es sich als äußerst schwierig erwiesen, eine solche Dichtung vorzusehen, wenn die Ecken der Graphitp'atten sich genau im rechten Winkel treffen. Wenn die Ecken des gegossenen Strangs durch die Verbindung zweier Graphitplatten gebildet werden, die sich im rechten Winkel zueinander treffen, dann dringt eine kleine Metallfahne in die Verbindung ein, wobei eine messerartige Kante gebildet wird, die sehr rasch Dichtungen beschädigt die dazu verwendet werden, daß kein Wasser in die wandernde Sägeeinrichtung oder andere Einrichtung gelangt, welche einen Teil einer übliehen Verarbeitungseinrichtung von Stranggießmaschinen darstellt

Es ist ersichtlich, daß die Enden der Graphitplatten an den Langseiten durch federbelastete Zapfen 34 beeinflußt werden, weiche gegen die Enden 35 der Gri.phitplatten drücken, um diese Platten an der Langseite in vollem Kontakt zu halten. Eine Metallunterlage 36 dient dazu, die Belastung auszugleichen. Der Zapfen 34 wird durch eine Feder 37 beaufschlagt die mittels einer Schraube 38, die in einer Gewindebohrung 39 im Körper 1 sitzt, zusammengedrückt wird.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Kühlkanäle 9. durch welche Kühlwasser hindurchfließt, Stäbe 40 enthalten. Diese Anordnung wird bevorzugt da, v/enn die Stäbe 40 nicht vorhanden sind, der Grenzflächeneffekt gesteigert wird, so daß das durch die Kanäle fließende Kühlwasser die Wärme weniger wirksam abführt. Es hai sich gezeigt, daß die Wirksamkeit des Kühlwassers bei der Abführung von Wärme nicht nur von der Geschwindigkeit, sonder· auch von der Größe des Durchgangs, durch welchen das Wasser hindurchfließt, abhängt. Die Verwendung einer großt;. Anzahl von kleinen Kanälen, die leicht verstopfen und deshalb eine starke Filtration nötig machen, ist ungünstiger als die Verwendung von großen Kanälen mit eineeführten Stäben, da hierdurch der Druckabfall verringert wird und trotzdem eine starke Wärmeabführung durch das durch die Kanäle fließende Kühlwasser ermöglicht wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind zahlreich. Da die Kokille aus einem sehr stabilen Körper besteht ist sie zäh und gegenüber den normalen Stoßen und Schlägen beständig, die beim herkömmlichen Gießen stattfinden. Da außerdem die Kokille sehr massiv ist, ist sie verhältnismäßig widerstandsfähig gegenüber

einer Verwindung, die beim Erhitzen stattfindet Da die Kokille gegenüber einer Verwindung widerstandsfähig ist, können die Kühlkanäle verhältnismäßig dicht an die Graphitplatten, welche die Auskleidung bilden, heranreichen. Dies steigert beträchtlich das Kühlvermögen der Kokille. Wenn Wasser auf die Außenseite des Kupferkörpers und nicht durch den Kupferkörper geführt wird, dann ergibt sich eine zusätzliche Strecke von mehreren Zentimetern, durch welche Wärme fließen muß, bevor sie abgeführt werden kann. Dies würde die thermische Wirksamkeit der Kokille und damit auch die Produktionsgeschwindigkeit verringern. V/enn eine dünnere Kokille verwendet wird, zu welcher das Wasser von außen her zugeführt wird, dann ist sie nicht so beständig gegenüber Verwinden und Beschädigung.

Wenn der Mantel nur mit Anordnungen zum Festhalten der Graphitauskleidungen an deren oberen und unteren Enden ausgerüstet wäre, dann ergäbe sich unvermeidbar die Gefahr, daß der Luftspalt zwischen der {"•rarvhitnlattf» nnH H*»m Kiinfprmantpl uprtrrnHprt icr on — . _, _r....... ...... ....... ..»f................ .... _o. ........ ..... *.v

Hierdurch kann der Widerstand der Kokille gegen Wärmedurchgang stark erhöht werden. Die thermische Leitfähigkeit von Kupfer ist annähernd 75O0maI so groß wie diejenige von Luft Somit entspricht eine Luftspalt von nur 0.01 mm einer Kupferstärke von 75 mm. Auch bei Verwendung von Helium zwischen der Graphitauskleidung und dem Kupfermaniel ergibt ein solcher Spalt immer noch eine außerordentlich starke Abnahme der thermischen Leitfähigkeit der Kokille und damit eine Verringerung des Durchsatzes beim Gebrauch.

Ein einmal hergestellter Kupfermantel sollte viele Jahre gebrauchsfähig sein. Die Graphitauskleidungsplatten können verhältnismäßig leicht hergestellt und bei Bedarf in einfacher Weise ersetzt werden.

Graphit besitzt bei erhöhten Temperaturen eine verhältnismäßig schlechte Kriechfestigkeit Die Federn ziehen aus diesem Grunde die Graphitplatten beim Betrieb in dichten Kontakt mit dem Kupfermantel. Somit nimmt der thermische Widerstand der Kokille während des Betriebs laufend ab. Bei einer Anordnung, bei welcher die Graphitplatten nur oben und unten festgehalten werden, hat das Kriechen zur Folge, daß sich der Graphit vom Kupfermantel wegbewegt und die thermische Leitfähigkeit der Kokille abnimmt. Es ist deshalb ersichtlich, daß die nachgiebige Natur der Festhalteeinrichtung, welche die Graphitplatten mit dem Mantel in Kontakt hält wichtig ist

Es ist also ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Kokille alle möglichen Sperren gegenüber einem Wärmeübergang, welcher den Durchsatz einer Stranggießkokille wesentlich beeinflußt, vermeidet Als erstes berücksichtigt die Auf- urd Abbewegung zusammen mit der Verjüngung der Kokille die Volumenänderungen, die eintreten, wenn das gegossene Strangmaterial sich verfestigt und abkühlt Während die Kokille sich nach oben bewegt drückt die Verjüngung gegen das sich verfestigende Metall, wobei der Wärmeübergang erhöht wird. Die elastische Natur der Federn, welche den Kontakt zwischen der Graphitplattenauskleidung und dem Mantel der Kokille schaffen, verringert den Luftspalt zwisehen dem Kupfer und dem Graphit Die Anordnung ermöglicht auch die Verwendung von verhältnismäßig dünnem Graphit, was bedeutet, daß der gesamte Wärmewiderstand des Graphits gering gehalten wird. Wenn auch das Kupfer des Mantels verhältnismäßig dick ist so ist doch die Stärke des Kupfers, durch welche die Wärme hindurchgehen muß, gering, weil Kühlkanäie vorgesehen sind Durch die Verwendung von Kühlkanälen im Kupfer, die vorzugsweise Stäbe enthalten, wird auch der Wärmeübergang vom Kupfer zum Wasser verbessert.

Es ist also ersichtlich, daß die erfindiwgsgemäße Form sich besonders gut für ein kontinuierliches Gießen eignet, wobei Metalle, wie z. B. Kupfer, kontinuierlich in wirtschaftlicher Weise und mit hoher Geschwindigkeit gegossen werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stranggießkokille mit einem ebene Stützflächen bildenden Mantel aus Metall hoher Wärmeleitfähigkdt, einer Einrichtung zum Kühlen des Mantels und einer Vielzahl von an den Stützflächen des Mantels in Anlage mit diesen gehaltenen Formplatten aus Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) aus einem Block mit einem von den Stützflächen allseitig begrenzten Durchgang (2) besteht, die Formplatten (3, 4, 5, 6, 7, 8; 15) an allen Seiten des Durchgangs vorgesehen und aneinandergereiht sind, jede Formplatte (3, 4, 5, 6, 7, 8; 15) durch eine Anzahl von an ihr angreifenden Federeinrichtungen (17,18,19,20) nachgiebig in Anlage mit der jeweiligen Stützfläche des Mantels (1) gehalten ist und die Angriffsstellen der Federeinrichtungen (17,18,19,20) an der jeweiligen Platte (3,4,5,6,7,8; 15) über deren Räche verteilt sind, wobei der Kontaktdruck zwischen jeder Formplatte (3,4,5,6,7,8; 15) und der entsprechenden Stützfläche des Mantels (1) im Bereich von 0,69 bis 3,44 N/cm² hegt

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Kontaktdruck zwischen jeder Formplatte (3,4,5,6, 7,8; 15) und der entsprechenden Stützfläche des Mantels (1) im Bereich von 0,98 bis 236 N/cm² liegt

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Formplatten (3, 4, 5, 6, 7, 8; 15) mit Sacklöchern (16) in ihren Flächen ausgerüstet sind, wobei diese Sacklöcher (16) ein Gewinde aui weisen, in weiches jeweils ein Bolzen (17) eingeschraubt ist der d.vch ein Loch (18) im Mantel (1) hindurch.geh* und durch eine drückende Schraubenfeder (19) gespannt if

4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Bolzen (17) im Bereich von 5 bis 10 cm liegt

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