AT403668B - Kokille für stranggiessanlagen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokille für Stranggießanlagen mit als leistenförmige Formstücke ausgebildeten, verschleißfesten Schichten, die an den Wandplatten der Kokille durch Elektronenstrahl-schweißen befestigt sind.

Zum Stranggießen hochschmelzender Metalle, wie beispielsweise Eisen und Stahl, finden bekanntlich Strangguß-Durchlaufkokillen Anwendung, die aus Kupferwerkstoffen wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit dieser Materialien hergestellt sind. Je nach dem Verwendungszweck sind einteilige oder auch mehrteilige Kokillen zu unterscheiden, die, handelt es sich um einteilige, aus nahtlos geschmiedeten Blöcken, aus nahtlos gepreßten oder gegossenen Rohren oder auch aus verschweißten Blechen oder Bändern hergestellt sind, oder auch, wenn mehrteilige Kokillen verlangt werden, aus miteinander in einem Rahmen verspannten, den Formhohlraum bildenden Wandplatten bestehen, die während der Fertigung Wärmebehandlungen und Verformungsoperationen unterzogen werden. Solche Strangguß-Kokilleneinsätze aus Kupferwerkstoffen, die niedrig oder hochlegierte Kupferlegierungen sein können, unterliegen im Formhohiraum durch die Reibung der erstarrten Strangschale und durch die zwischen Strang und Kokillenformraum einfließenden Schlacketeilchen einem erheblichen Verschleiß. Die hierdurch bewirkte Formänderung der Kokilleninnenmaße verkürzt die mögliche Einsatzdauer der Kokillen entscheidend. Es ist deshalb erforderlich, daß nach einer gewissen Betriebszeit eine Nachbearbeitung der Platten vorgenommen werden muß, um den durch den Einfluß der auftretenden Beanspruchung sowohl mechanischer als auch thermischer Art bewirkten Verschleiß der den Formhohlraum bildenden Kokillenwände auszugleichen. Durch diese Nachbearbeitung wird der ursprüngliche Querschnitt des Formhohlraums verändert, d.h. der Querschnitt des gegossenen Stranges ändert sich ebenfalls. Zur Erzielung eines gesunden Stranges und zur Vermeidung von gefürchteten Durchbrüchen ist es jedoch unbedingt erforderlich, die der Stranggießkokille folgende Strangführung genau auf den Querschnitt des Formhohlraums bzw. des Stranges auszurichten.

Zur Vermeidung von Kantenrissen ist es ferner notwendig, die Kantenpartien des Formhohlraums entsprechend abzurunden. Insbesondere bei Plattenkokillen zum Gießen von Strängen mit größeren Querschnitten, z.B. von Brammen, werden deshalb die Abrundungen in die Platten eingearbeitet. Bei Verschleißerscheinungen an den Platten, z.B. einer Längsplatte einer Brammenkokille, muß demnach sowohl die Platte als auch die Rundung nachgearbeitet werden. Wie eingangs beschrieben, ergibt sich dadurch zwangsläufig ein größerer Querschnitt des nach dem Zusammenbau der Stranggießkokille gegossenen Stranges, und der beschriebene Nachteil tritt auf. Eine Nachjustierung des Kokillenmaßes macht anderseits wegen des erheblichen Zeitaufwandes einer solchen Maßnahme einen bestimmten Kokillenpark erforderlich, wenn keine Produktionsverminderung in Kauf genommen werden soll.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist in der DE-PS 1 939 777 vorgesehen, in den Ecken zwischen den Wandplatten (Längs- und Querplatten) der Kokille Übergangsstücke aus gegenüber dem Material der Kokillenplatten unterschiedlichem Material anzuordnen. Dabei sind diese Übergangsstücke bei der bekannten Ausführung in Ausnehmungen jeweils einer der beiden Wandplatten mechanisch befestigt, wobei deren Anlagefläche in Längsrichtung dieser Platte schmaler ist als die Dicke der angrenzenden zweiten Wandplatte. Den an die heute verwendeten Stranggießkokillen aufgrund der höheren Leistungsfähigkeit der installierten Stranggußanlagen gestellten Forderungen genügen diese bekannten Ausführungsformen jedoch nicht immer.

Das gilt für die sog. Festkokillen mit von außen unveränderlichem Querschnitt des Formhohlraumes, insbesondere aber auch für die als Verstellkokillen bekannten Ausführungen, bei denen während des Gießens der Strangquerschnitt durch Verschieben der Schmalseiten- oder Querplatten geändert wird. Hier tritt nämlich durch Reibung an den Berührungsflächen zwischen den Längsplatten und den Schmalseitenkanten ein starker Verschleiß, beispielsweise durch Fressen ein sog. Furchenverschleiß, auf, der die betroffene Kokille in kurzer Zeit infolge Ausbildung unregelmäßiger Spalte unbrauchbar macht bzw. eine mechanische Nacharbeit erfordert.

Zur Vermeidung der starken Reibung und damit zur Reduzierung des Verschleißes hat man bereits versucht, die Kupferlängsplatten mit höherfesten Werkstoffen, wie Nickel, Chrom, Molybdän u.a. zu beschichten und die unbeschichteten Querplatten an den Berührungskanten ggf. über zusätzliche Scnmier-nuten mit hochhitzebeständigem Fett zu schmieren. Der Nachteil dieser Lösung sind die hohen Kosten, die durch die zusätzliche Beschichtung entstehen, ein weiterer Nachteil liegt darin begründet, daß durch die mechanische Einwirkung des Gußstranges die Beschichtung frühzeitig verschlissen wird. Auch Versuche, die relativ kleine Fläche der Schmalseitenkanten (Querplattenkanten) mit einem gegenüber dem Kupferwerkstoff der Kokillenplatte härteren Werkstoff zu beschichten, etwa durch galvanische oder chemische Vernickelung dieser Fläche oder durch Aufbringen von Hartmetallen mittels Flamm- oder Plasmaspritzen, haben nicht zum Erfolg geführt. Die Haftfestigkeit solcher Schichten auf den schmalen Flächen reicht nicht aus und beim Verstellvorgang platzen diese Schichten relativ schnell und undefinierbar wieder ab. Neben den Kosten für die Reparatur und Neubeschichtung entstehen häufig sehr hohe Kosten als Folge von 2

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Durchbrüchen, die durch plötzliche Undefinierte Spaltbildungen hervorgerufen werden.

Unabhängig von der Art der Kokille, Fest- oder Verstellkokille, befindet sich ein weiterer Bereich hohen Verschleißes am Austrittsende der Kokille. Hier führt die starke Reibung zwischen dem an der Oberfläche bereits erstarrten Gußstrang und der Kokillenwandung zu einem vorzeitigen Ende der Gebrauchseignung der Kokille. Ein aus der DE-PS 31 42 196 bekannter Vorschlag, in diesem gefährdeten Bereich eine Verschleißschutzschicht mit einer gegenüber der auf der restlichen Kokillenfläche größeren Wanddicke galvanisch niederzuschlagen, aufzusprühen oder durch Explosionsplattieren aufzubringen, hat sich offenbar aus den oben dargelegten Gründen bisher ebenfalls nicht durchsetzen können.

Probleme durch erhöhten Verschleiß gibt es auch im bzw. unterhalb des Badspiegelbereichs. In diesem Zusammenhang hat man bereits, wie in der DE-OS 19 57 332 vorgeschlagen, zumindest in dem den Badspiegelbereich umfassenden Teil der den Formhohlraum begrenzenden Kokillenwände Einsätze aus gegenüber dem Plattenmaterial unterschiedlichen Werkstoffen vorgesehen. Das zum Einbringen dieser Einsätze vorgeschlagene Warmwalzen oder -plattieren, die Hochgeschwindigkeitsverformung oder das Explosivplattieren ist recht kostenaufwendig.

Die DE-OS 31 17 527 betrifft ein Elektronenstrahlschweißverfahren für ungleichartige Metalle, bei dem der Elektronenstrahl beim Schweißvorgang Transversalschwingungen ausführt. Diese Art der Verschweißung erscheint dem Fachmann wegen der offenbar breiten Schweißnaht für das Befestigen von Formstücken in Wandplatten für Kokillen gerade weniger geeignet, da sich die metallurgisch zu verbindenden Teile beim Schweißvorgang nicht verziehen sollen und nur eine äußerst schmale Schweißzone entfestigt werden soll.

Die DE-OS 30 30 532 betrifft ein Verfahren zum rißfreien Energiestrahlschweißen von warmfesten Formteilen, bei dem die auf Basis von Nickel oder Kobalt hergestellten Formteile im Bereich der Schweißzone und in einem angrenzenden Bereich ausreichender Größe auf Temperaturen zwischen 1070 und 1180*C vorgewärmt werden sollen, bevor die Verschweißung der Teile vorgenommen wird. Dabei wird die Schweißzone und ein angrenzender Bereich einer Warmbehandlung mit erhöhten Temperaturen ausgesetzt, wodurch dieser Bereich entfestigt wird und zu starker Verzug entsteht.

Mit einem Verfahren zum Elektronenstrahlschweißen zweier Metallwerkstücke befaßt sich auch die DE-AS 24 28 828. Die Verbindung der beiden Werkstücke erfolgt jedoch unter Verwendung eines Zusatzwerkstoffes.

Aus der EP-A-30 308 ist eine Stranggießkokille bekannt, bei der in die Wandplatten im Badspiegelbereich ein Einsatz durch Elektronenstrahlschweißen befestigt ist. Zur Erzielung von hohen Innenwandtemperaturen besteht der Einsatz aus einem Werkstoff geringerer Wärmeleitfähigkeit als die Kupferwandplatte und ist mit dieser entlang von streifenförmigen, im Abstand voneinander angeordneten, zahnartigen Verbindungen verschweißt, zwischen denen Streifen verbleiben, an denen die Wandplatte und der Einsatz nicht verschweißt sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, Spaltbildungen im Kokillenformraum mit den bekannten Folgen für den Gußstrang zu vermeiden, den Wärmeübergang zu erhöhen und durch Erhöhung der Korrosions- sowie Verschleißfestigkeit der den Formhohlraum begrenzenden Wandplatten die Standzeit der Kokillen heraufzusetzen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Schweißnähte eine vollständige metallische Verbindung zwischen den leistenförmigen Formstücken und den Wandplatten bilden und daß die leistenförmigen Formstücke, wie an sich bekannt, im Kantenbereich der in einem Rahmen gehaltenen, miteinander verspannten und den mit der Schmelze in Berührung stehenden Formhohlraum bildenden Wandplatten eingeschweißt sind. Diese Art der Befestigung bietet Gewähr dafür, daß sich die metallurgisch zu verbindenden Teile beim Schweißvorgang nicht verziehen und nur eine äußerst schmale Schweißzone entfestigt wird. Die maßgenaue Form sowie die Abmessungen der den Formhohlraum bildenden Kokilleninnenflächen werden ebenso wenig durch den Schweißvorgang negativ beeinflußt wie die durch eine Kaltverfestigung erzeugte Härte der Wandplatten. Darüber hinaus läßt der durchgehende, vollständige metallurgische Verbund von Formstücken und Kokillenwänden Rißbildungen nicht zu und verbessert den Wärmeübergang zwischen den Formstücken und den Wandplatten.

Erst durch die Erfindung ist erreicht, daß bei Festkokillen eine Spaltbildung zwischen Längs- und Querplatten infolge Kriechen bzw. Schrumpfen des unter äußerem Druck stehenden Plattenpaares, bewirkt durch den Anpreßdruck und thermische Spannungen beim Gießen sowie infolge mechanischer Beschädigungen, unterbleibt.

Vorzugsweise wird als Basiswerkstoff für die verschleißfesten, leistenförmigen Formstücke wie an sich bekannt, Molybdän, Kupfer-Beryllium-Legierungen, Legierungen auf Nickelbasis, temperaturbeständige Gußwerkstoffe auf Eisen-, Nickel- oder Kobalt-Basis, hochfeste Werkstoffe auf Eisenbasis oder hochfester Stahl verwendet. Diese Werkstoffe weisen eine besonders gute Verschleißfestigkeit auf. 3

AT 403 668 B Für die Formstücke im Badspiegelbereich und unterhalb kann es zur Stabilisierung der Abkühlverhältnisse auch von Vorteil sein, bei der Werkstoffauswahl neben der VerschleiBfestigkeit auch die Wärmeleitfähigkeit der Materialien in Betracht zu ziehen. Hier ergibt sich neben der Erhöhung der VerschleiBfestigkeit die Möglichkeit der einfachen Steuerung des Wärmedurchgangs im Kokillenbereich. 5 Besondere Vorteile ergeben sich in Weiterführung der Erfindung bei Festkokillen durch an den Kanten der gegeneinander stoßenden, die Wandplatten bildenden Längs- und/oder Querplatten eingefügte und eingeschweißte, leistenförmige Formstücke aus einem verschleißfesten Material. Diese Ausführungsform betrifft den Bereich, in dem Quer- und Längsplatten druckbelastet gegeneinander wirken. Diesen flächenmäßig eng begrenzten Bereich spaltenfrei und dauerhaft mit den Verschleiß vermindernden Mitteln io auszustatten, war bisher nicht möglich.

Eine Weiterführung der Erfindung ist bei Verstellkokillen gekennzeichnet durch im Kantenbereich der verstellbaren Wandplatten eingeschweißte, leistenförmige Formstücke aus verschleißfestem Material. Der sonst beim Verschieben der Schmalseitenplatten infolge starker Reibung an den Berührungsflächen für Längs- und Querplatten auftretende Verschleiß ist bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform vermie-75 den.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist durch im Kantenbereich der Wandplatten am strangseitigen Ende der Kokille eingeschweißte, leistenförmige Formstücke aus verschleißfestem Material gekennzeichnet. Die Schrumpfung des gegossenen und erstarrenden Stranges wird oftmals dadurch berücksichtigt, daß die Wandplatten dem kleiner werdenden Querschnitt des Gußstranges folgen und einen 20 konischen Verlauf haben. Dies ist auch erforderlich, um den Gußstrang auch am ausgangsseitigen Ende noch Wärme entziehen zu können. Durch den hydrostatischen Druck der Schmelze wird die erstarrte Strangschale innerhalb des gesamten Formhohlraumes an die Wandplatten gepreßt, wodurch auch das Austrittsende der Kokille einem erhöhten Verschleiß, z.B. durch mitgeführte Schlacketeilchen, unterliegt. Der Verschleiß dieses Bereiches kann somit durch die Erfindung wirkungsvoll vermindert werden. 25 Die Erfindung wird anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, in denen Fig. 1 eine Wandplatte mit in den Längskanten eingeschweißten Formstücken, Fig. 2 eine Wandplatte mit einem am strangseitigen Ende eingeschweißten Formstück, Fig. 3 eine schematisch dargestellte Plattenkokille, Fig. 4 den Kantenbereich einer Verstellkokille und Fig. 5 den Kantenbereich einer Festkokille in vergrößertem Maßstab und im Schnitt zeigt. 30 Die Fig. 1 zeigt die Wandplatte 1 einer Plattenkokille für den Stahlstrangguß aus einer kalt verformten Kupfer-Legierung. Die Durchlaufrichtung des Gußstranges ist durch den Pfeil gekennzeichnet. Um die dem Verschleiß besonders ausgesetzten Kantenbereiche der Wandplatten, d.h. der Längs- oder Querplatten, zu schützen, Rißbildungen zu vermeiden und einwandfreie Gußerzeugnisse zu gewährleisten, sind die Kantenbereiche 2 und 3 der Wandplatte 1 z.B. ausgefräst und in die entstandenen Ausnehmungen sind die 35 leistenförmigen Formstücke 4 und 5 aus einem Hartmetall eingesetzt. Damit diese Formstücke an bzw. in der Wandplatte 1 sicher und spaltfrei auch bei den auftretenden mechanischen Beanspruchungen während des Betriebes gehalten werden, sind sie durch eine Elektronenstrahlschweißung befestigt. Die gezogenen Schweißnähte 6 und 7 sind räumlich eng begrenzt, die verhältnismäßig kurzfristige Erwärmung auf eng begrenztem Raum schließt eine Erweichung auch der benachbarten Bereiche der Wandplatte 1 aus. 40 Die Fig. 2 zeigt die Wandplatte 8 als Längs- oder Querplatte, die in Abzugsrichtung des Gußstranges am ausgangsseitigen Ende mit einem leistenförmigen Formstück 9 aus verschleißfestem Material versehen ist. Der Einbau dieses Formstückes erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, die durch die Elektronenstrahlschweißung erzeugten Schweißnähte sind mit 10 und 11 bezeichnet.

In Fig. 3 ist eine Kokille aus vier Wandplatten 12, 13 schematisch dargestellt, die aus den Längsplatten 45 12 und den Querplatten 13 besteht, die, wie durch Pfeile angedeutet, mit Hilfe eines äußeren, nicht dargestellten Stahlrahmens gegeneinander gedrückt und in diesem verspannten Zustand gehalten werden. Zur Vermeidung von Spaltbildungen in den mit 14 bezeichneten Eckbereichen sind die verschleißfesten Formstücke 15, wie oben bereits beschrieben, mit Elektronenstrahlschweißung dauerhaft in die Querplatten 13 eingefügt, sie bilden mit dieser eine Einheit. so Die Einschweißung der verschleißfesten Formstücke nach der Erfindung im Kantenbereich hat vor allem Vorteile bei den sog. Verstellkokillen, bei denen der Gußraum durch Verschieben der Querplatten gegenüber den Längsplatten geändert wird. Eine solche Ausführungsform zeigt in vergrößertem Maßstab die Fig. 4. In Pfeilrichtung hin und her verschiebbar ist auf der Längsplatte 16 die Querplatte 17 angeordnet. Druckbelastet wirkt die Querplatte 17 gegen die Längsplatte 16 nicht selbst im Kanten bereich, sondern über 55 das leistenförmige Formstück 18 aus einem verschleißfesten Material. Durch Elektronenstrahlverschweißung längs der Schweißnähte 19 in die Bildebene hinein sind die Formstücke 18 spaltenfrei in der Kante der Querplatte 17 gehalten, das Formstück 18 und die Platte 17 bilden eine Einheit. 4

Claims (5)

1. AT 403 668 B Als verschleißfeste Werkstoffe, die gemäß der Erfindung verwendet werden können, kommen alle verschweißbaren Materialien in Frage. Unter den bevorzugt ersetzbaren Werkstoffen sind beispielsweise Molybdän, Kupfer-Beryllium-Legierungen, aber auch hochfester Stahl. Als Basiswerkstoffe für die verschleißfesten Formstücke haben sich aber auch sog. Superlegierungen auf Nickelbasis als zweckmäßig erwiesen, etwa Mehrstofflegierungen des Systems Ni - Mo - Fe mit Zusätzen, wie Cr, Co, W, Ti und AI. Zur Durchführung der Erfindung haben sich aber auch superfeste Werkstoffe auf Eisenbasis mit Zusätzen, wie Cr, Ni, Mo und AI sowie temperaturbeständige Gußwerkstoffe auf Eisen-, Nickel- oder Kobalt-Basis als zweckmäßig erwiesen. Alle diese "Hartmetalle'' lassen sich mit beliebigen niedrig- oder hochlegierten Kupferlegierungen durch Elektronenstrahlschweißen verbinden. Patentansprüche 1. Kokille für Stranggießanlagen mit als leistenförmige Formstücke ausgebildeten, verschleißfesten Schichten, die an den Wandplatten der Kokille durch Elektronenstrahlschweißen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (10, 11) eine vollständige metallische Verbindung zwischen den leistenförmigen Formstücken (4, 5, 9, 15, 18.) und den Wandplatten (1, 8, 13, 17,) bilden und daß die leistenförmigen Formstücke (4, 5, 9, 15, 18,), wie an sich bekannt, im Kantenbereich der in einem Rahmen gehaltenen, miteinander verspannten und den mit der Schmelze in Berührung stehenden Formhohlraum bildenden Wandplatten (1, 8, 13, 17,) eingeschweißt sind.
2. 2. Festkokille nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an den Kanten der gegeneinander stoßenden, die Wandplatten bildenden Längs- und/oder Querplatten eingefügte und eingeschweißte, leistenförmige Formstücke aus einem verschleißfesten Material.
3. 3. Verstellkokille nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im Kantenbereich der verstellbaren Wandplatten (1, 13, 17) eingeschweißte, leistenförmige Formstücke (4, 5, 15, 18) aus verschleißfestem Material.
4. 4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch im Kantenbereich der Wandplatten (8) am strangseitigen Ende der Kokille eingeschweißte, leistenförmige Formstücke (9) aus verschleißfestem Material.
5. 5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Basiswerkstoff für die verschleißfesten, leistenförmigen Formstücke (4, 5, 9, 15, 18.) wie an sich bekannt, Molybdän, Kupfer-Beryllium-Legierungen, Legierungen auf Nickelbasis, temperaturbeständige Gußwerkstoffe auf Eisen-, Nickel- oder Kobalt-Basis, hochfeste Werkstoffe auf Eisenbasis oder hochfester Stahl ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5