AT200269B - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    Drehfeldkokille   
Die Erfindung betrifft eine Drehfeldkokille, insbesondere für Stranggiessanlagen. 



   Bei Stranggiessanlagen ist es bekannt, innerhalb der formgebenden, durch Wasser gekühlten Teile der Kokille in dem zu giessenden Metall ein Drehfeld zu erzeugen. Die Erfindung gibt eine Auswahl für das Material des formgebenden Teiles der Kokille, dergestalt, dass einerseits die anzustrebende günstige
Wärmeleitfähigkeit der genannten Kokillenteile gewährleistet ist, anderseits sich eine möglichst geringe
Abschirmung des Drehfeldes durch die Kokillenwandung ergibt. 



   Gemäss der Erfindung besteht der formgebende, gekühlte Teil der Kokille aus einem Material, dessen
Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des Kupfers, wenn auch nicht unter lao derselben liegen soll, wobei jedoch das Material   eine wesentlich höhere Konstante   des Wiedemann-Frantzschen Gesetzes ergibt, als dies bei Kupfer der Fall ist. 



   Materialien, die sich im Sinne der Erfindung insbesondere eignen, sind Ms 63, W, Mo, Cr, Be, Halbleiter wie Silizium oder Legierungen wie Beryllium-Kupfer. 



   Vom Patentschutz sind jedoch ausdrücklich die nachfolgenden Materialien ausgeschlossen, welche man bei Stranggiess-Kokillen, allerdings solchen ohne Anwendung von Drehfeldern, verwendete : Aluminium, Graphit, Borkarbid, Messing anderer Art als Ms 63 und Bronze anderer Art als BerylliumKupferbronze. Ebenfalls ist ausgeschlossen unmagnetischer Stahl, der bereits bei Drehfeldkokillen zur Anwendung vorgeschlagen wurde. 



   Die erfindungsgemässe Materialauswahl geht von den nachfolgenden Erwägungen aus :
Bei Drehfeldkokillen wird die angestrebte Leistungssteigerung nur erreicht, wenn eine gute Wärmeleitung zwischen dem Giessgut und der die Kokille kühlenden Flüssigkeit gewährleistet ist. Der formgebende Kokillenteil muss also aus einem Material mit guten Wärmeleiteigenschaften bestehen, wie sie in der Regel Metallen eigen sind. Ein grosser Teil der im praktischen Gebrauch befindlichen StranggiessKokillen besteht daher aus reinem Kupfer. 



   Vom Gesichtspunkt eines möglichst niedrigen Wärmedurchgangs-Widerstandes wäre ferner geringe Wandstärke anzustreben ; ihrer Herabsetzung stehen aber praktische Forderungen entgegen, denn die Kokillen dürfen sich unter der Wirkung der relativ hohen Temperaturunterschiede nicht verziehen und müssen daher hinreichend stabil gebaut sein. Ausserdem sind Stranggiess-Kokillen erheblichen mechanischen Beanspruchungen beim Ein- und Ausfahren des Anfahrbolzens ausgesetzt. Schliesslich müssen die Kokillen eine genügende Wandstärke besitzen, um den im Laufe des Gebrauches eintretenden Verschleiss ihrer formgebenden   Oberflächen   durch Nacharbeiten beseitigen zu können, weshalb ebenfalls die Wandstärke nicht zu gering sein darf. 



   Bei Versuchen mit Rohrkokillen aus Elektrolytkupfer, welches Material im Hinblick auf seine hohe Wärmeleitfähigkeit gewählt wurde, zeigte sich, dass die Erzielung eines geeignet starken Drehfeldes im Innern der Kokille nicht möglich war, was auf die Abschirmung des magnetischen Drehfeldes infolge induzierter Wirbelströme zurückzuführen ist. Die Messungen mit Hilfe eines Drehfeldmessgerätes (vgl. Kohlrausch, Auflage 1951, Bd. 2, S. 163) führten zu dem in der Tabelle I, Spalte 2, dargestellten Ergebnis hinsichtlich der Abschirmwirkung eines Kupferrohres von 112 mm Innendurchmesser. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Tabelle I Drehmoment im Rohr 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Wandstärke <SEP> Drehmoment <SEP> ohne <SEP> Rohr
<tb> mm <SEP> Cu <SEP> - <SEP> Rohr <SEP> Ms <SEP> 63 <SEP> - <SEP> Rohr
<tb> 10 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> 
<tb> 9 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> 
<tb> 8 <SEP> 0, <SEP> 027 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> 
<tb> 7 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 436 <SEP> 
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 0, <SEP> 516 <SEP> 
<tb> 5 <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 
<tb> 4 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 634 <SEP> 
<tb> 3, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 70 <SEP> 
<tb> 3,0 <SEP> 0,28 <SEP> 0,714
<tb> 
 
Die Tabelle zeigt, dass selbst bei einer Wandstärke von nur 3 mm das sich im Inneren des Kupferrohres einstellende Drehmoment (in der Tabelle mit "Drehmomernt im Rohr" bezeichnet)

   - es fand zu seiner Erzeugung Wechselstrom von 50 Hz Anwendung - etwa nur 28% des sich ohne Anwendung des Kupferzylinders ergebenden Drehmomentes (in der Tabelle   I   mit "Drehmoment ohne Rohr" bezeichnet) betrug. Die Abschirmwirkung des Kupferrohres betrug somit 72%. Dabei ist eine Wandstärke von 3 mm für den praktischen Giessereibetrieb bereits unerwünscht niedrig. 



   Um zu einer geringeren Abschirmung des Drehfeldes in der Kokillenwandung zu gelangen, werden daher gemäss der Erfindung Metalle geringerer elektrischer Leitfähigkeit angewendet, wobei jedoch die   Wärmeleitfähigkeit   zugleich nicht zu stark absinken darf. 



   Nach dem Wiedemann-Frantzschen Gesetz besteht theoretisch zwischen Wärmeleitfähigkeit   #   und spezifischem elektrischen Widerstand p bei gegebener absoluter Temperatur T für alle Leiter ein bestimmtes konstantes Verhältnis. Tatsächlich weicht jedoch für verschiedene Leiter das Verhältnis zwischen Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit nicht unbeträchtlich ab ; dies zeigt Tabelle II, in der für verschiedene Metalle   Wärmeleitfähigkeit X   in cal/ C.cm. sec, spezifischer elektrischer Widerstand p in     #. cm, sowie das   Produkt beider durch die absolute Temperatur T = 293   K dividiert angegeben sind.

   Theoretisch beträgt 
 EMI2.2 
 Tabelle II 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> ##
<tb> # <SEP> (  <SEP> # <SEP> cm) <SEP> # <SEP> cal/ C.cm.sec <SEP> 102.#. <SEP> (cal. #/ C2.sec)
<tb> T
<tb> Cu <SEP> 1,673 <SEP> 0,94 <SEP> 0,520
<tb> Ms <SEP> 63 <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP> 0, <SEP> 62 <SEP> 
<tb> W <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 48 <SEP> 0, <SEP> 88 <SEP> 
<tb> Cr <SEP> 13 <SEP> 0, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 69 <SEP> 
<tb> Graphit <SEP> 1375 <SEP> 0, <SEP> 057 <SEP> 26 <SEP> 
<tb> Be <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> 
<tb> Mo <SEP> 5, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 
<tb> Si <SEP> 20000 <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 6666
<tb> BerylliumKupfer <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> 
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
Gemäss der Erfindung werden daher für Drehfeldkokillen, insbesondere solche für Stranggiesszwecke,

   Materialien verwendet, die bei einer Wärmeleitfähigkeit, die geringer ist als die von Kupfer, jedoch zweckmässig nicht unter   10%   derjenigen des Kupfers liegt, einen um so viel höheren spezifischen elektrischen Widerstand als Kupfer besitzen, dass sich ein Produkt von Wärmeleitfähigkeit und spezifischem Widerstand ergibt, welches höher ist, als das dem Kupfer zugehörige. 



   Messungen an Stranggiess-Kokillen mit dem Drehfeldmessgerät ergaben für die Abschirmung des Drehfeldes in einem Rohr aus Messing der Legierung Ms 63, welches gleichen Innendurchmesser und gleiche Länge wie das vorerwähnte Cu-Rohr besass, die ebenfalls in der Tabelle I aufgeführten Werte. 



  Man erkennt, dass bei einer Wandstärke von 6 mm eine auf das erzielte Drehmoment bezogene Ab- 
 EMI3.1 
 darin aufgeführten Materialien ausser Messing und Beryllium-Kupfer auch Chrom, Wolfram und Silizium sehr geeignet erscheinen. In der Tabelle Il ist mit Ms 63 Messing mit   63%   Kupfer und   37%   Zink bezeichnet. Die für Beryllium-Kupfer angegebenen Werte gelten für die durch Ausscheidungshärtung und Abschrecken gehärtete Kupfer-Legierung AT mit einem Gehalt von 2% Beryllium und   0, 25% Kobalt.   



   Besonders bei den Halbleitern, für welche ein typischer Vertreter Silizium ist, findet man, dass ein verhältnismässig hohes Wärmeleitvermögen mit einer sehr niedrigen elektrischen Leitfähigkeit verbunden ist. 



   In gleichem Sinne wie Halbleiter sind Metalloxyde, insbesondere Sinteroxyde, sowie Sintermetalle anwendungsfähig, insoweit sie der erfindungsgemässen Vorschrift, eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer, jedoch nicht weniger als   10% der Wärmeleitfähigkeit   von Kupfer zu besitzen und eine wesentlich höhere Konstante des Wiedemann-Frantzschen Gesetzes zu liefern, erfüllen. 



   In besonderem Masse erscheint für die vorgenannten Zwecke Beryllium-Kupfer, vorzugsweise das genannte ausgehärtete Beryllium-Kupfer mit einem Gehalt   von 2%   Beryllium und 0, 2% Kobalt, geeignet. 



   Die physikalischen Daten für Beryllium-Kupfer liegen für den Bau von Drehfeldkokillen günstiger als die in Frage kommenden physikalischen Daten von Elektrolyt-Kupfer oder selbst von Messing, welch letzteres bereits günstiger liegt als Kupfer. 



   Die Wärmeleitfähigkeit von Beryllium-Kupfer beträgt 0, 25 cal/cm   C    sec, also etwa   26%   derjenigen von Kupfer. Die elektrische Leitfähigkeit von Beryllium-Kupfer beträgt etwa   17 - 20go   derjenigen von Kupfer. Dies bedingt ein günstiges Verhältnis zwischen elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, günstiger sogar als es beispielsweise bei Messing liegt. Die Wiedemann-Frantz-Konstante liegt dementsprechend für Beryllium-Kupfer etwa   1,     3-1, 5   mal höher als für Kupfer. 



   Hinzu kommt, dass die Festigkeit von ausgehärtetem Beryllium-Kupfer sehr viel höher liegt als diejenige von Kupfer. Während die Zugfestigkeit von ausgehärtetem Beryllium-Kupfer rund 130   kg/mm2   beträgt, gilt für Elektrolyt-Kupfer, falls es geglüht ist, eine Zugfestigkeit von 20   kg/mm2j   falls kaltgewalzt, besitzt Kupfer eine Zugfestigkeit von 35 kg/mm2. 



   Verglichen mit einer Kokille aus Kupferplatten halbharten Zustandes, für welche eine Zugfestigkeit 
 EMI3.2 
 



   Es ist ferner zu beachten, dass die Steckgrenze von ausgehärtetem Beryllium-Kupfer etwa 98 kg/mm2 beträgt, während sie im Falle von Elektrolyt-Kupfer bei einer Spannung von nur 15 kg/mm2 liegt. Bei Messing beträgt die Zugfestigkeit etwa 50   kg/mm2   und die Streckgrenze etwa 35   kg/mm2.   Die Streckgrenze des Materiales ist dafür massgeblich, ob bei ungleichmässiger Erwärmung die Reversibilität des Ausdehnungsvorganges überschritten wird. Ein Körper verzieht sich, wenn infolge ungleichmässiger Erwärmung bzw. Abkühlung die Streckgrenze überschritten wird. Insofern ist eine hohe Streckgrenze des Materiales, aus welchem die Kokille besteht, vorteilhaft. 



   Es ist daher zu erwarten, dass gleiche Steifigkeit, wie sie bisherige Kokillen von einer Wandstärke von 35 mm besitzen, zu erzielen ist bei einer Beryllium-Kupfer-Kokille mit einer Wandstärke von rund 8 mm. Eine solche Kokille wird das magnetische Drehfeld nicht stärker schwächen, als es ein Messingrohr von 6 bis 7 mm Wandstärke tut. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Drehfeldkokille, insbesondere für Stranggiessanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ihr formgebender gekühlter Teil aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die von Kupfer, jedoch nicht unter 1cp/o derjenigen des Kupfers liegt, bei dem jedoch, verglichen mit Kupfer, sich eine wesentlich höhere Konstante des Wiedemann-Frantzschen Gesetzes ergibt, wobei das Material zweckmässigerweise Ms 63, W, Mo, Cr, Be, Beryllium-Kupfer oder ein Halbleiter, beispielsweise <Desc/Clms Page number 4> Silizium ist, jedoch die folgenden Materialien ausgeschlossen sind : unmagnetischer Stahl, Aluminium, Graphit, Borkarbid, Messing anders als Ms 63 und Bronze anders als Beryllium-Kupfer.

   2. Drehfeldkokille nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass ihr formgebender Teil aus gehärtetem Beryllium-Kupfer mit einem Beryllium-Gehalt von 2% besteht.

   3. Drehfeldkokille nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke ihres formgebenden Teiles mindestens 6 mm, bei einem formgebenden Teil aus Beryllium-Kupfer mindestens 8 mm beträgt.