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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Strangguss von Metallen oder Legierungen, mit einem wassergekühlten Gehäuse, in das eine Graphitbuchse eingesetzt ist.
Derartige Kokillen haben eine kurze Lebensdauer, denn die den Kokillenkanal begrenzenden Flächen der Graphitbuchse sind rauh und deshalb wenig verschleissfest. Es ist versucht worden, die Buchsenflächen mit Kupfer zu überziehen und hiedurch ihre Rauhigkeit zu verringern (USA-Patentschrift Nr. 3, 459, 255). Tatsächlich kann auf diese Weise die Reibung des Stranges an den Kanalflächen verringert werden, insbesondere wenn diese Flächen geschmiert werden. Befriedigend sind diese Vorschläge nicht, denn viele Metalle, insbesondere Nichteisenmetalle, fressen die Kupferverkleidung an, was wieder zum Entstehen von Rauhigkeiten führt, so dass die Oberfläche von mit solchen Kokillen gegossenen Strängen zu wünschen übrig lässt. Die Anwendung einer Schmierung beeinträchtigt ebenfalls die Strangqualität.
Bekanntgeworden (USA-Patentschrift Nr. 3, 424, 228) ist ferner eine Stranggiesskokille, die aus zwei übereinander angeordneten Teilen besteht. Von dem Boden des oberen Kokillenteiles geht der den unteren Teil durchsetzende Formkanal aus, der mit einer Schicht aus einheitlichem und kompaktem, hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit anisotropem Material, z. B. Bornitrid, insbesondere jedoch mit pyrolytischem Graphit, ausgekleidet ist. Der Boden des oberen Teiles besteht im wesentlichen aus feuerfestem Material, der untere Teil aus Kupfer, und die Auskleidung liegt auf diesem Material bzw. dem Kupfer auf. Zu bemerken ist jedoch, dass die aus plättchenförmigen Kristallschuppen aufgebaute Schicht aus pyrolytischem Graphit mechanisch wenig widerstandsfähig ist und auf Kupfer schlecht haftet.
Die Schichten können daher nicht durch mechanische Bearbeitung geglättet werden, sondern sind an ihrer Oberfläche rauh, so dass auch die Oberflächen der gegossenen Stränge rauh ausfallen und nachbearbeitet werden müssen. Die Reibung des Stranges an den rauhen Flächen des Kokillenkanales beeinträchtigt nicht nur dessen Austrittsgeschwindigkeit, sondern kann überdies ein Reissen der noch dünnen, erstarrten Strangkruste bewirken, so dass schmelzflüssiges Metall austritt. Die mit den in Rede stehenden Kokillen gewährleistete, als Vorteil zu wertende ausgezeichnete Wärmeabfuhr wird daher von wesentlichen Nachteilen mehr als wettgemacht.
Zur Verbesserung der Bedingungen, welche die Bewegung des Stranges durch den Kokillenkanal beherrschen und zur Verbesserung der Strangoberfläche kann der Kanal mit einem Rohr aus Glanzkohlenstoff ausgekleidet, also die Schicht aus pyrolytischem Graphit mit diesem abgedeckt sein. Die angestrebten Verbesserungen sind auf diese Weise erreichbar, allerdings auf Kosten der erheblich verschlechterten Wärmeabfuhr. überdies sind die linearen Ausdehnungskoeffizienten von Glanzkohlenstoff und pyrolytischem Graphit so stark verschieden, dass während des Giessens mit derartigen, wegen ihrer schwierigen Herstellung und des teuren Materials-pyrolytischer Graphit und Glanzkohlenstoff-kostspieligen Kokillen die Verbindung zwischen dem Graphit und dem Rohr und oft auch das letztere zerstört wird.
Ziel der Erfindung ist eine Stranggiesskokille, die sich durch gute Wärmeableitung auszeichnet und mit den erwähnten Nachteilen nicht behaftet ist. Dieses Ziel ist mit einer Kokille des eingangs erwähnten Aufbaues erreichbar, bei welcher erfindungsgemäss die Graphitbuchse an der Innenfläche mit einer an sich bekannten, ununterbrochenen Auskleidung aus pyrolytischem Graphit versehen und dem genannten Auskleidungsmaterial wenigstens ein Karbid beigemengt ist. Es hat sich gezeigt, dass das Eintragen von karbidbildenden Elementen bzw. Karbid in die Auskleidung deren Abriebfestigkeit und Polierfähigkeit wesentlich verbessert. Bemerkt sei, dass reine Karbide insbesondere Borkarbid (österr.
Patentschrift Nr. 158489) sich für Auskleidungen deswegen schlecht eignen, weil ihre Wärmeausdehnungen von jener des Buchsenmaterials, nämlich des Graphits, sehr stark abweicht, so dass ein dauerndes Haften nicht erreichbar ist. Die Erfindung ist auch bei zum Giessen von Hohlprofilen bestimmten Kokillen anwendbar, die mit einem Dorn ausgerüstet sind. In diesem Fall sind die mit dem Giessmetall in Berührung kommenden Flächen des Dornes ebenfalls mit dem genannten Auskleidungsmaterial überzogen. Vorteilhaft ist jedes der karbidbildenden Elemente aus der III., IV. oder V. Gruppe des periodischen Systems ausgewählt.
Nach der Erfindung beschaffene Kokillen weisen eine wesentlich längere Lebensdauer auf als die bekannten und liefern glatte Strangoberflächen, die keiner weiteren Bearbeitung bedürfen. Die Einlagerung von Karbiden in
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den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigen im Schnitt Fig. l eine erfindungsgemässe Kokille zum Giessen voller Stränge und Fig. 2 eine Kokille zum Giessen von Hohlprofilen.
Jede der beiden dargestellten Kokillen weist ein doppelwandiges Gehäuse--l--auf, in dem ein Hohlraum --2-- zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. In das Gehäuse--l--ist eine
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Graphit versehen, in den wenigstens ein Karbid eingetragen ist.
Bei der zum Giessen von Hohlprofilen bestimmten Kokille nach Fig. 2 erstreckt sich in den Kokillenkanal ein Dom--5--, der mittels in Ausnehmungen der Graphitbuchs--3--einrastender Vorsprünge--7-- gehalten ist, zwischen denen Eintrittsöffnungen --8-- für das Giessmetall belassen sind. Die mit dem Giessmetall in Berührung kommenden Flächen des Domes--5--sind ebenfalls mit einer Auskleidung--6-aus demselben Material überzogen, aus dem die Auskleidung--4--der Graphitbuchse--3--besteht. Bei beiden dargestellten Kokillen bestehen demnach sämtliche Flächen des Kokillenkanales, die in Kontakt mit Giessmetall gelangen können, aus Auskleidungsmasse.
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B.Gas-Dampf-Gemisch aus Methan (CH4) und Siliziumchlorid (SiC14), das als karbidbildendes Element Silizium enthält.
Als karbidbildende Elemente können ausser Silizium auch Bor, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob und Tantal, genommen werden. Der Pyrolyseprozess kann in breiten Bereichen von Drücken (von 10 bis nahe 760 Torr) und Temperaturen (von 1700 bis 23000C) durchgeführt werden.
Die auf diese Weise hergestellten Auskleidungen aus pyrolytischem Graphit mit in situ eingetragenen Karbiden aus einzeln oder in Kombination genommenen Elementen der Gruppen III, IV und V des Periodensystems weisen die erwünschten Eigenschaften auf, nämlich hohe Dichte von etwa 2, 22.... 2, 26 g/cm3, hohe Wärmeleitfähigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und Abrieb und geringe Reibung an dem Strang.
Diese Eigenschaften gewährleisten hohe Qualität des Stranges, lange Lebensdauer der Kokille und hohe Leistung beim Vergiessen von Legierungen oder Metallen. Durch Temperatur- und Druckregelung während der Pyrolyse in den genannten Bereichen sowie durch Einführung entsprechender karbidbildender Elemente kann man die Eigenschaften des Auskleidungsmaterials in vorgegebener Richtung verändern, z. B. die Wärmeableitung über den Buchsenquerschnitt um das 10- bis 20fache steigern, den Oxydationswiderstand erhöhen und nicht zuletzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten erreichen, welcher dem der Graphitbuchse nahekommt, so dass während des Arbeitens im Kontakt mit flüssigem und erstarrendem Metall kein Loslösen dieser Schutzschicht von der Graphitbuchse eintritt.
Wenn als karbidbildendes Element Silizium in Frage kommt, wird ein Gehalt von 4 bis 30 Gew.-% bevorzugt.
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Versuche zeigten, dass mit den beschriebenen Kokillen massive und hohle (rohrartige) Gussstränge aus Kupfer und Zinn-Phosphorbronze mit einem Aussendurchmesser 100 mm während 500 h ohne Zerstörung der Auskleidung erzeugt werden können. Dabei war die Oberfläche der Gussstränge vor ihrer Verformung auf Pressen derartig glatt, dass keine mechanische Bearbeitung erforderlich war.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kokille zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Strangguss von Metallen oder Legierungen, mit
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dass die Graphitbuchse (3) an der Innenfläche mit einer an sich bekannten, ununterbrochenen Auskleidung (4) aus pyrolytischem Graphit versehen und dem genannten Auskleidungsmaterial wenigstens ein Karbid beigemengt ist.