DE3313503A1

DE3313503A1 - Einteilige durchlaufstranggiesskokille und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3313503A1
Application number: DE19833313503
Authority: DE
Inventors: Egon Evertz; Rolf Prof. Dr.-Ing. 5650 Solingen Seybold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-14
Filing date: 1983-04-14
Publication date: 1984-10-18
Also published as: EP0125509A1; CA1219727A; US4586557A; EP0125509B1; DE3465906D1; ATE29405T1

Description

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung bezieht sich auf eine einteilige Durchlaufstranggießkokille der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Durchlaufstranggießkokille, insbesondere für Stahl.

Einteilige Stranggießkokillen finden in der Regel für Knüppel formate bis 160 mm Kantenlänge sowie auch für kleinere Vorblockformate Anwendung. Während sie früher aus einem geschmiedetem Vorblock mit Kühlbohrungen bestanden, werden sie heute in der Regel aus einem gezogenen Kupferrohr dünnwandig hergestellt, das im Wasserkühl kasten befestigt ist, so daß die Kokille darin von einem Wassermantel umgeben ist, der im Gegenstrom zum durchgesetzten flüssigen Stahl fließt und die Kokillenflächen gleichmäßig umströmt. Derartige Kokillen sind nach "Handbuch des Stranggießens", 1958, Seite 395, bekannt.

Von geteilten Durchlaufstranggießkokillen, wie sie für größere Querschnittsformate und insbesondere für Brammen Anwendung finden, ist es auch bekannt, innenseitig Metall schichten aus Nickel aus elektrolytischen Lösungen abzuscheiden, um die Standzeiten der Kokillen zu verbessern» die Anfälligkeit des Stranges bezüglich Längs-, Quer- und Kreuzrissen herabzusetzen und gleichfalls Beschädigungen durch den Kaltstrang in ihren Auswirkungen zu vermindern. Hierfür sieht beispielsweise die DE-O S 30 38 289 sowohl eine stromführende als auch auch stromlose Nickel abscheidung vor, der noch Hartstoffpartikel beigemengt sind. Demgegenüber hat sich bei den einteiligen Durchlaufstranggießkokillen die innenseitige galvanische Beschichtung nicht ermöglichen lassen, da die 1/100 mm betragende [faßgenauigkeit nur durch sehr aufwendige Innenbearbeitung möglich ist. Die aus gezogenem Kupferrohr bestehenden einteiligen Kokillen weisen daher eine verhältnismäßig geringe Standzeit auf, im Anschluß an welche sie üblicherweise verschrottet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, einteilige Durchlaufstranggießkokillen der als bekannt vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern, daß sie eine höhere Standzeit aufweisen sowie weniger empfindlich gegenüber Beschädigungen durch den Kaltstrang sind. Auch sollen die verschiedenen Rißerscheinungen an den hergestellten Knüppel herabgesetzt werden.

Diese Aufgabenstellung wird durch die Erfindung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst, für welchen die Unteransprüche 2 bis 7 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen, während die Verfahrensansprüche 8 bis 10 vorteilhafte Herstellungsverfahren betreffen.

Die neue Durchlaufstranggießkokille unterscheidet sich von den bekannt gewesenen Ausführungsformen grundsätzlich durch einen anderen Gefügeaufbau sowie durch die Art der Oberflächenbearbeitung. Sie erfordert nämlich im Innern keinerlei Feinbearbeitung; vielmehr wird das Innenmaß in gleicher Weise wie die erforderliche innere Glattheit am Kern vorgegeben, der oberflächlich so gestaltet und bearbeitet wird, wie man die Innenfläche der Kokille wünscht. Darüber hinaus besteht gegenüber dem bekannten, für Brammen-Kokillen verwendeten Beschichtungen des Kupfers mit Nickel der Vorteil, daß durch die galvanoplastische Abscheidung ein Stoffschluß zustande kommt, der eine Löslösung der einen Schicht von der anderen Schicht mit Sicherheit vermeidet. Durch das dichte, metallische Gefüge ist der Wärmefluß auch im Bereich des Überganges von der inneren Schicht in die äußere Schicht ungehindert möglich, so daß auch die Kühlleistung einer derartigen Kokille sehr gut ist.

Die auch äußerlich durch Riefen erkennbare Bearbeitung findet bei der neuen Kokille bei ihren beiden Stirnseiten statt, die nach dem Ausmaß und der Oberfläche des Wasserkastens im Bereich seiner Anschlußstellen gestaltet sind. Es kommt also darauf an, die Lage und die Maßgenauigkeit für den Anschluß des Wasserkühlkastens zu schaffen. Insbesondere wird dabei auch den ergänzend anzuwendenden Dichtungsmitteln Rechnung getragen; so läßt sich zum Beispiel eine

Nut für das Einlegen einer Dichtungsschnur vorsehen.

Die oberflächliche Druckbeaufschlagung hat bei der neuen Kokille insofern besondere Bedeutung, als es dadurch gelingt, die während der galvanoplastischen Abscheidung sich aufbauenden Zugspannungen zum Verschwinden zu bringen. Darüber hinaus führt die Druckbeaufschlagung zu einer Verfestigung an der Koki11enaußenflache und zu einem leichteren Lösen der fertigen Kokille vom Kern. Es besteht nach dem erfinduncisqemäßen Verfahren mit Vorteil auch ein aus Metall gefestigten Kern, der eine Trennschicht und darauf eine Leitschicht aufweist, so daß man die Druckbeaufschlagung auf dem Kern vornehmen kann. Der ganze Kern ist nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiterhin zweckmäßig von größerer Länge als die Kokille. Dies hat zur Folge, daß sie an ihren Stirnseiten mit einem gewissen Obermaß hergestellt wird. Somit besteht die Möglichkeit, durch eine mechanische Bearbeitung das genaue Maß der Kokille zwischen ihren beiden Stirnseiten einzustellen.

Die Druckbeaufschlagung kann im übrigen in unterschiedlicher Weise aufgebracht werden. Hierzu zählt gleichfalls die spanende Bearbeitung Insbesondere kommt hierfür auch das Kaltziehen in Frage, wenngleich hierbei noch gewisse Einschränkungen im Hinblick auf die Krümmung des Kokillenhohlraumes berücksichtigt werden müssen.

Im übrigen unterliegt die Gestaltung des Kokillenhohlraums weder in Bezug auf seine Krümmung noch in Bezug auf seine Konizität Einschränkungen, wenn die Kokille erfindungsgemäß ausgeführt ist.

Die innere, insbesondere aus Nickel bestehende Schicht weist zweckmäßig eine Dicke bis zu etwa 2 mm auf. Die erwähnte Begrenzung der inneren Schicht ist deshalb vorteilhaft, weil sich je nach zur Anwendung gelangenden Werkstoffen und vorgesehener Gesamtdicke die Wärmeableitbedingungen dann noch nicht nennenswert verändern.

Hinzu kommt, daß gerade bei aus Gründen der Härte, der mechanischen Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit vorteilhaft vorgesehenem Nickel die Zug-Eigenspannungen mit zunehmender Dicke sehr groß werden können. Man kann zwar durch Zusatz beispielsweise

organischer Schwefelverbindungen die Zug-Eigenspannungen bis auf Null herabsetzen, jedoch führt dies dazu, daß dann die entsprechenden organischen Verbindungen auch in der Schicht anwesend sind und deren übrigen Eigenschaftswerte nachteilig verändern. Deshalb ist es von Vorteil, elektrolytische Lösungen ohne derartige Zusätze zu verwenden. Als Anhalt der elektrolytischen Lösungen können dabei diejenigen sowohl für die elektrolytische als auch für die stromlose Nickelabscheidung dienen, wie sie nach der DE-OS 30 38 289 benannt sind. Bei der bis etwa 2 mm betragenden Schichtstärke läßt sich IQ die Innenschicht nicht nur hinreichend spannungsfrei, sondern zugleich auch hinreichend frei von störenden Beimengungen herstellen.

Grundsätzlich kann die neue Kokille aus galvanoplastisch abgeschiedenen Schichten nur eines einzigen Werkstoffes, wie Kupfer oder Nickel bestehen. Von besonderem Vorteil ist jedoch die Gestaltung der inneren Schicht aus Nickel und die Gestaltung der äußeren Schicht aus Kupfer. Man kommt hierbei in der bereits dargestellten Weise zu einem Verbundwerkstoffkörper mit für den Verwendungszweck optimal angepaßten Eigenschaftswerten.

Die Einhaltung einer möglichst dünnen inneren Schicht setzt voraus, daß für letztere die Dicke im gesamten Abscheidungsbereich möglichst gleich ist. Diesem Erfordernis wird durch eine entsprechende Streufähigkeit des Elektrolyten Rechnung getragen. Insbesondere wird dies durch den Vorschlag zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, nach welchem ^für die innere Schicht die Abscheidebedingungen ge-genüber der äußeren Schicht verschieden sind. So wird für die innere Schicht die Stromdichte, sofern sie stromführend abgeschieden wird, auf etwa nur 1 A dm² herabgesetzt, während sie sonst bei etwa 3 A dm² liegt. Unabhängig davon, ob stromlos oder stromführend abgeschieden wird, wird weiterhin der Metallgehalt der Lösung und deren Temperatur herabgesetzt und/oder der pH-Gehalt der Lösung erhöht, um die Streufähigkeit zu verbessern.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, die Schichten der Kokille auf einen aus Metall bestehenden, mit einer Trennschicht und darauf mit einer

Leitschicht versehenen Kern abzuscheiden und dann die Oberfläche und die Druckbeaufschlagung der Kokille auf dem gleichen Kern vorzunehmen. Diese Druckbeaufschlagung läßt sich bei geraden, also ungekrümmten Durchlaufstranggießkokillen auch noch mit einer weitergehenden Verformung verbinden.

Zur weitergehenden Veranschaulichung der Erfindung sei auf die sich auf ein schematisches Ausführungsbeispiel beziehende Zeichnung Bezug genommen.

Die Durchlaufstranggießkokille besteht aus der inneren Schicht 1, die auf dem durch gestrichelte Linien angedeuteten, leicht konischen Kern 6 abgeschieden wurde. Zuvor wurde der konische Kern 6, der aus einem Nichtmetall, wie beispielsweise Kunststoff, sowie in besonderen Fällen, iwie sie vorstehend beschrieben wurden, auch aus Metall, wie Stahl, bestehen kann, mit einer Trennschicht versehen. Hierfür eigenen sich vom galvanoplastischen Verfahren her bekannte Trennschichtmittel. Als solche eigenen sich nicht nur isolierende organische Stoffe, wie öl oder Wachs, sondern unter dem Gesichtspunkt einer besonders guten Maßhaltigkeit, die erfindungsgemäß angestrebt wird, auch dünnste Metall salzschichten, wie bei aus Metall bestehendem Kern in der Behandlung desselben in Borat-, Chromat-, Oxalat-, Sulfid- und .Jodit-Lösungen erzielt werden. Auch aufgebürsteterGraphit-Staub eignet sich nicht nur als Leitschicht, sondern gleichfalls als Trennschicht. In bekannter Weise kann der Kern auch eine chemische Versilberung tragen, um leicht vom galvanoplastisch aufgebrachten Erzeugnis getrennt zu werden. Bei einigen, dünne Oxydschichten ausbildenden Metallen, wie bei Chrom-Nickel stähl en, ist eine Trennschicht oft sogar entbehrlich. Die Leitschicht wird anschließend in bekannter Weise aufgebracht. Auf Kunststoffkernen kann dies durch die chemische Versilberung geschehen. Das Einbürsten von Graphit zählt zu den bekanntesten Mitteln, eine leitende Schicht zu verwirklichen.

Auf dem in der vorbeschriebenen Weise behandelten Kern 6 wird zunächst die aus Nickel bestehende Schicht 1 abgeschieden, im Anschluß an welche die erheblich dickere, aus Kupfer bestehende

-δSchicht 2 folgt. Wenngleich die Streufähigkeit der Nickelabscheidung sehr gut ist, ist die Oberfläche der abgeschiedenen Schicht noch unebener als eine mechanisch bearbeitete Schicht. Gerade diese Unebenheit führt zu einer besonders festen Verbindung mit der Kupferschicht. Es kommt, insbesondere bei längerer Benutzung, noch in der Randzone der beiden Schichten zu Diffusionsvorgängen, die einen engen stoffschlüssigen Verbund begünstigen.

Die oben und unten befindlichen Stirnseiten 3 und 4 sind mechanisch bearbeitet, so daß sie sich für eine dichtende Verbindung mit dem Wasserkühl kasten 5 eignen. In letzteren führen Zuflussrohre 7, so daß das Wasser im Gegenstrom den Wassermantel durchströmt una aus den Abflussrohren 8 austritt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einteilige Durchlaufstranggießkokille mit einer geometrisch genauen sowie glatten Innenfläche und einer für den Anschluß an einen Wasserkühl kasten gestalteten Außenfläche, bestehend aus einem für die Strangerstarrung ausreichend wärmeleitfähigen Metall, insbesondere aus Kupfer, sowie von einer für die Abstützung des Stranges bei der Betriebstemperatur ausreichenden Wandstärke, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus galvanoplastisch abgeschiedenen Schichten (i, 2) besteht, von denen die innere (1) aus einem verschleißfesten Metall, wie Nickel, in einer Schichtdicke von bis zu 35% der gesamten Wandstärke auf einem die geometrisch exakte Form vorgebenden sowie glatten Kern (6) abgeschieden ist, und daß ihre beiden Stirnseiten (3, 4) durch mechanische Bearbeitung auf Lage- und Maßgenauigkeit für den Anschluß des Wasserkühlkastens (5) gebracht sind.

2. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche durch Druckbeaufschlagung verfestigt ist.

3. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche spanend bearbeitet ist.

4. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch einen auf ihre Außenfläche einwirkenden Kaltziehvorgang bearbeitet ist.

5. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (1) bis etwa 2 mm stark ist.

6. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als ein Verbundwerkstoffkörper aus Nickel und Kupfer hergestellt ist.

7. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere, galvanoplastisch abgeschiedene Schicht (1) mit Hartstoffpartikeln abgeschieden ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht bei einer gegenüber der äußeren Schicht herabgesetzten Stromdichte von etwa 1 A/dm², herabgesetztem Metallgehalt und herabgesetzter Temperatur des Elektrolyten und/oder höherem pH-Gehalt desselben abgeschieden wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der Kokille auf einem aus Metall bestehenden, mit einer Trennschicht und darauf mit einer Leitschicht versehenen Kern abgeschieden werden, der länger als die vorgesehene Kokille ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Schichten der Kokille auf einem aus Metall bestehenden, mit einer Trennschicht und darauf mit einer Leitschicht versehenen Kern abgeschieden werden, und daß dann auf den?gleichen Kern eine oberfläch-. liehe Druckbeaufschlagung erfolgt.