DE1250061B

DE1250061B -

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Publication number: DE1250061B
Application number: DENDAT1250061D
Authority: DE
Publication date: 1967-09-14

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

B22dB22d

Deutsche Kl.: 31 b2 -11/02 German class: 31 b2 - 11/02

Nummer: 1 250 061Number: 1 250 061

Aktenzeichen: A 373 85 VI a/31 b2File number: A 373 85 VI a / 31 b2

Anmeldetag: 8. Mai 1961Filing date: May 8, 1961

Auslegetag: 14. September 1967Opened on September 14, 1967

Die Erfindung betrifft eine metallische gekühlte Stranggießkokille, insbesondere aus geschmiedetem Kupfer, mit einer Graphitauskleidung im formgebenden Teil, bei der zwischen Innenwandung und Außenwandung parallel zu diesen Leitanordnungen für eine Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.The invention relates to a metallic, cooled continuous casting mold, in particular made of forged one Copper, with a graphite lining in the shaping part, between the inner wall and Outer wall are provided parallel to these guide arrangements for a cooling liquid.

Für den Guß von Metallen auf Kupferbasis wurden bisher Kokillen mit einem Metallmantel und einer Graphitauskleidung verwendet. In der deutschen Patentschrift 892 230 ist ein derartige Kokille mit zylinderförmigem, eine Graphitauskleidung aufweisendem Innenmantel und einem ebenfalls zylinderförmigen Außenmantel beschrieben. Während die Graphitauskleidung im wesentlichen dazu dient, eine Fläche darzubieten, gegen die das Kupferbasismetall gegossen wird, erfolgt die Kühlung mittels in den Raum zwischen Innen- und Außenmantel eingeleitetem Kühlmittel.For the casting of metals based on copper, molds with a metal jacket and a Graphite lining used. In the German patent specification 892 230 such a mold is with cylindrical, graphite lining having Inner jacket and a likewise cylindrical outer jacket described. While the Graphite liner essentially serves to present a surface against which the copper base metal is poured, the cooling takes place by means of that introduced into the space between the inner and outer sheaths Coolant.

Um zwischen dem Metallinnenmantel und der Graphitauskleidung einen festen Sitz aufrechtzuerhalten, kann das Graphitfutter in den Mantel eingepreßt werden. Dadurch soll vermieden werden, daß der Metallmantel sich bei einer Ausdehnung vom Graphitfutter abhebt, so daß zwischen dem Graphitfutter und dem Mantel ein Luftspalt entsteht, der die Wärmeableitung stark vermindern würde.To maintain a tight fit between the metal inner jacket and the graphite liner, the graphite lining can be pressed into the jacket. This is to avoid that the metal jacket lifts itself off the graphite lining when it expands, so that between the graphite lining and the jacket creates an air gap that would greatly reduce heat dissipation.

Werden diese bekannten Metallkokillen bei hohen Temperaturen und mit hohen Gießgeschwindigkeiten betrieben, so verformen sich diese Kokillen bleibend und müssen häufig repariert werden. Werden beispielsweise phosphorhaitige Kupferknüppel gegossen, so kann die Kokille an axial in Abstand liegenden Stellen oval werden, wobei die Hauptachsen der gebildeten Ovale rechtwinklig zueinander verlaufen. Dieser Mangel an Stabilität verschlechtert den Preßsitz zwischen dem Graphitfutter und dem Metallinnenmantel, wodurch die Wärmeableitung wesentlich vermindert wird.Are these known metal molds at high temperatures and with high casting speeds operated, these molds are permanently deformed and often have to be repaired. For example Phosphorus-containing copper billets are cast, so the mold can be axially spaced apart Places become oval, with the main axes of the formed ovals running at right angles to one another. This lack of stability worsens the interference fit between the graphite lining and the metal inner jacket, whereby the heat dissipation is significantly reduced.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine metallisch gekühlte Stranggießkokille zu schaffen, bei der auch bei sehr starker thermischer Belastung einerseits ein sehr guter Wärmeübergang erreicht wird, während andererseits Verformungen und Spannungen, die zur Rißbildung führen können, weitgehend vermieden sind. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Masse der Außenwandung (C) wenigstens ein Mehrfaches der Masse der Innenwandung (A) ist und die Innenwandung (A) und die Außenwandung (C) durch radialrippenartige Elemente über die axiale Länge miteinander verbunden sind.The object of the invention is to create a metallically cooled continuous casting mold in which, on the one hand, very good heat transfer is achieved even under very high thermal loads, while, on the other hand, deformations and stresses that can lead to cracking are largely avoided. According to the invention, this is achieved in that the mass of the outer wall (C) is at least a multiple of the mass of the inner wall (A) and the inner wall (A) and the outer wall (C) are connected to one another over the axial length by means of radial rib-like elements.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist es StranggießkokilleThis design according to the invention makes it a continuous casting mold

Anmelder:Applicant:

American Smelting and Refining Company,American Smelting and Refining Company,

New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,Dr.-Ing. H. Ruschke, patent attorney,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Richard Baier, Brunswick, N. J. (V. St. A.)Richard Baier, Brunswick, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 9. Mai 1960 (27 930)V. St. v. America 9 May 1960 (27 930)

möglich, die Innenwandung wesentlich dünner als bei bekannten Kokillen auszubilden und dadurch den Wärmeübergang und die auftretenden Spannungen gering zu halten, während durch die radial rippenartigen Elemente eine gute Wärmeableitung und eine gute mechanische Abstützung der Innenwandung gegen die Außenwand sichergestellt wird, so daß Verformungen vermieden sind. Vorzugsweise sind die Zu- und Abführungen für die zirkulierende Kühlflüssigkeit an der unteren Stirnseite jeder der zwischen den Rippen gebildeten Hohlräume angeordnet, wobei die Kokille mit der Stirnseite auf einem die Verteilerleitungen aufnehmenden Kopfstück befestigbar ist. Dabei können die Hohlräume für die Kühlflüssigkeit rohrleitungsartige Bohrungen mit U-förmigem Verlauf sein.possible to make the inner wall much thinner than in known molds and thereby the To keep heat transfer and the stresses occurring low, while through the radial rib-like Elements a good heat dissipation and a good mechanical support of the inner wall is ensured against the outer wall, so that deformations are avoided. Preferably are the inlets and outlets for the circulating coolant on the lower face of each of the between the ribs formed cavities arranged, the mold with the end face on one of the Distribution lines receiving head piece can be fastened. The cavities for the cooling liquid be pipe-like bores with a U-shaped course.

Die Erfindung wird in folgendem an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings using an exemplary embodiment. It shows

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch die erfindungsgemäße Stranggießkokille,F i g. 1 shows a vertical section through the continuous casting mold according to the invention,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Kokille nach der Fig. 1,F i g. 2 shows a plan view of the mold according to FIG. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Verteiler der Kokille und dieFig. 3 is a plan view of the manifold of the mold and the

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 4-4 in der F i g. 3.Fig. 4 is a vertical section according to the Line 4-4 in FIG. 3.

Die Stranggießkokille besteht aus einem Block 10 und aus einer Graphitauskleidung 11 mit einem kreis-The continuous casting mold consists of a block 10 and a graphite lining 11 with a circular

709 647/452709 647/452

förmigen freien Kokillenraum 12. Der Block steht mit einem metallenen Verteilerring 13 in Verbindung, der von einem Kopfstück 14 aus Metall umgeben und dessen Mittelöffnung von einem aus Metall bestehenden Spritzring 15 abgeschlossen wird. An der Unterseite des Kopfstückes 14 sind mehrere Spritzsäulen 16 angebracht, die an sich bekannt sind.shaped free mold space 12. The block is connected to a metal distributor ring 13, surrounded by a head piece 14 made of metal and whose central opening is made of metal Splash ring 15 is completed. On the underside of the head piece 14 are several spray columns 16 attached, which are known per se.

Die Kühlflüssigkeit wird von nicht dargestellten Pumpen zu den Zuführungsschenkeln 17 des Kopfstückes 14 befördert. Danach strömt die Kühlflüssigkeit nach innen über radiale Kanäle 18 des Verteilers 13 zur oberen Rinne 42, von dort aus durch die Hohlräume 21 und 22 des Blockes 10, die rohrleitungsförmige Bohrungen sind, dann durch die Hohlräume 23 zu der langgestreckten Verteilung 45 im Verteiler 13 und von hier aus zu einem nicht dargestellten Sammelbecken. Die Kühlflüssigkeit wird den in sechs Ebenen angeordneten, an sich bekannten Düsen 25 bis 30 unter hohem Druck zugeführt.The cooling liquid is supplied by pumps (not shown) to the feed legs 17 of the head piece 14 promoted. The cooling liquid then flows inwards via radial channels 18 of the distributor 13 to the upper channel 42, from there through the cavities 21 and 22 of the block 10, the tubular Bores are then through the cavities 23 to the elongated distribution 45 in the manifold 13 and from here to a collecting basin, not shown. The coolant is the one in six Planes arranged, per se known nozzles 25 to 30 supplied under high pressure.

Das Kopfstück 14 besteht aus einem Metallgußstück mit drei Einlaßschenkeln 17, die zu einer ringkanalförmigen Verteilerleitung 34 (F i g. 2) führen. Diese weist acht radial verlaufende Durchlässe 35 auf. Im Kopfstück 14 sind an der Unterseite Spritzsäulen 16 angeordnet.The head piece 14 consists of a metal casting with three inlet legs 17 which form an annular channel Lead distributor line 34 (FIG. 2). This has eight radially extending passages 35 on. In the head piece 14, spray columns 16 are arranged on the underside.

Der Verteiler 13 weist acht radiale Verteilerleitungen 41 auf, die in langgestreckte Verteilerleitungen 43 einmünden, welche ihrerseits zu der oberen Rinne 42 führen. Diese Rinne 42 wird von einer oberen Verteilerleitung 44 umgeben, die mit den Auslässen 45 in Verbindung steht, aus denen die Kühlflüssigkeit in das Sammelbecken fällt.The distributor 13 has eight radial distributor lines 41, which are divided into elongated distributor lines 43 open, which in turn lead to the upper channel 42. This channel 42 is of a Surrounding upper manifold 44, which is in communication with the outlets 45, from which the cooling liquid falls into the collecting basin.

Der nicht zur Erfindung gehörende Spritzring 15 bildet zusammen mit dem Verteiler 13 einen ringförmigen Kanal 46. Der Ring 15 ist abgestuft und mit mehreren Düsen 26 und 27 versehen.The splash ring 15, which is not part of the invention, forms, together with the distributor 13, an annular one Channel 46. The ring 15 is stepped and provided with several nozzles 26 and 27.

Der Block 10 weist einen kreisförmigen zylindrischen Innenraum auf, der sich unten verbreitert und die Graphitauskleidung 11 aufnimmt. Der Block 10 ist mit einer ringförmigen unteren Nut 58 versehen, die mit einer Anzahl von rohrleitungsartigen, im Block verlaufenden Bohrungen 21 und 22 in Verbindung steht.The block 10 has a circular cylindrical interior which widens at the bottom and the graphite liner 11 houses. The block 10 is provided with an annular lower groove 58, with a number of pipe-like, in the block extending bores 21 and 22 in connection stands.

Zum Abführen der Kühlflüssigkeit sind die rohrleitungsartigen Bohrungen 23 vorgesehen. Diese sind auf die obere Verteilerleitung 44 des Verteilers ausgerichtet, aus der die Kühlflüssigkeit durch die langgestreckten Verteilerleitungen 45 in das Sammelbecken abläuft.The pipe-like bores 23 are provided for discharging the cooling liquid. These are aligned with the upper manifold 44 of the manifold from which the cooling liquid passes through the elongated Manifold 45 runs into the sump.

Die Bohrungen 21, 22 und die Bohrungen 23 sind oben durch querlaufende rohrleitungsartige Bohrungen 62 und 63 miteinander verbunden.The bores 21, 22 and the bores 23 are at the top through transverse pipe-like bores 62 and 63 connected to each other.

Die Graphitauskleidung 11 ist in der Innenwand A (F i g. 2) des Blockes 10 eingepreßt oder eingeschrumpft. Die untere stärkere Wandung 65 des Graphiteinsatzes 11 ist mit einer Reihe senkrechter Ausnehmungen 66 versehen, wodurch Rippen 67 gebildet werden. Die Graphitauskleidung ist ferner mit Düsenöffnungen versehen, die mit den verschiedenen Ausnehmungen 66 und den Düsen 25 in Verbindung stehen.The graphite lining 11 is pressed or shrunk into the inner wall A (FIG. 2) of the block 10. The lower thicker wall 65 of the graphite insert 11 is provided with a series of vertical recesses 66, whereby ribs 67 are formed. The graphite lining is also provided with nozzle openings which are in communication with the various recesses 66 and the nozzles 25.

Diese Erfindung betrifft aber nicht die Ausbildung und Anordnung des Graphitfutters.However, this invention does not relate to the design and arrangement of the graphite liner.

Je nach den Gießmetallen und den Betriebsbedingungen kann die Stranggießkokille aus verschiedenen Materialien bestehen. Für den Guß von Metallen auf Kupferbasis beispielsweise, wie zähes Kupfer oder phosphorhaltiges Kupfer, ist es erwünscht, den Block 10 aus geschmiedetem Kupfer herzustellen. Ein Schmiedestück weist eine bessere kristallinische Struktur auf als ein Gußstück.Depending on the casting metals and the operating conditions, the continuous casting mold can be made of different Materials exist. For the casting of metals based on copper, for example, such as tough copper or phosphorus-containing copper, it is desirable to make the ingot 10 from forged copper. A forging has a better crystalline structure than a casting.

Die Bohrungen 21, 22 müssen genügend nahe beieinanderliegen, um eine thermische Schranke gegen die Wärmeströmung aus dem Gießmaterial bilden zu können, und die Hitze darf nicht bis zur Außenwandung C vordringen, die vorzugsweise auf Raumtemperatur zu halten ist. Andererseits müssen dieThe bores 21, 22 must be close enough to each other to oppose a thermal barrier to be able to form the heat flow from the casting material, and the heat must not reach the outer wall C advance, which should preferably be kept at room temperature. On the other hand, they have to

ίο Bohrungen 21, 22 so weit auseinanderliegen, daß zwischen der Wandung A und der Außenwandung C kräftige radialrippenartige Elemente gebildet werden, die die Innenwandung und die Außenwandung über die ganze axiale Länge miteinander verbinden. Der Durchmesser der Bohrungen ist so gewählt, daß die Kühlflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit strömen kann.ίο bores 21, 22 are so far apart that between the wall A and the outer wall C strong radial rib-like elements are formed, which connect the inner wall and the outer wall over the entire axial length. The diameter of the bores is chosen so that the cooling liquid can flow at high speed.

Der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser der Graphitauskleidung 11 und dem Innendurchmesser der Innenwandung A vor dem Zusammenbau beträgt ungefähr 0,2 bis 0,25 mm bei einem Außendurchmesser der Auskleidung von 88,9 mm. Der genannte Unterschied kann auf ungefähr 0,076 bis 0,1 mm oder weniger vermindert werden, ohne daß die Wärmeübertragung nennenswert herabgesetzt wird. Die Gründe hierfür gehen aus der nachstehenden Erläuterung hervor.The difference between the outer diameter of the graphite lining 11 and the inner diameter of the inner wall A before assembly is approximately 0.2 to 0.25 mm with an outer diameter of the lining of 88.9 mm. The aforesaid difference can be reduced to about 0.076 to 0.1 mm or less without appreciably reducing the heat transfer. The reasons for this can be found in the explanation below.

Wird eine neue Kokille in Betrieb genommen, so wird die Innenwandung A und die Graphitauskleidung erhitzt. Beim Einguß von phosphorhaltigem Kupfer mit einer Temperatur von ungefähr 1080° C kann die Durchschnittstemperatur der Graphitauskleidung über den Querschnitt hinweg ungefähr 315° C und die Temperatur der Innenwandung A an der Berührungsfläche mit der Graphitauskleidung ungefähr 175° C betragen. Die Innenwandung A sucht sich auszudehnen, wird jedoch daran von der Außenwandung C gehindert, die über die rippenartigen Elemente auf die Innenwandung A einen Druck ausübt.If a new mold is put into operation, the inner wall A and the graphite lining are heated. When pouring phosphorus-containing copper at a temperature of about 1080 ° C, the average temperature of the graphite lining across the cross-section can be about 315 ° C and the temperature of the inner wall A at the contact surface with the graphite lining can be about 175 ° C. The inner wall A tries to expand, but is prevented from doing so by the outer wall C , which exerts a pressure on the inner wall A via the rib-like elements.

Die Innenwandung A steht daher unter Druck und die Außenwandung C unter Spannung.The inner wall A is therefore under pressure and the outer wall C under tension.

Wenn die Kokille auf die Betriebstemperatur erhitzt worden ist, wird der Innendurchmesser 1 der Innenwandung A kleiner als deren freier Durchmesser, während der Außendurchmesser 2 der Innenwandung A größer wird. Der Innendurchmesser 3 der Außenwandung C wird größer, während der Außendurchmesser 4 der Außenwandung C gleichfalls größer wird. Dies ist die Folge der elastischen oder plastischen Volumenexpansion der Innenwandung A, die die Außenwandung C elastisch streckt.When the mold has been heated to the operating temperature, the inner diameter 1 of the inner wall A becomes smaller than its free diameter, while the outer diameter 2 of the inner wall A becomes larger. The inner diameter 3 of the outer wall C increases, while the outer diameter 4 of the outer wall C also increases. This is the result of the elastic or plastic volume expansion of the inner wall A, which elastically stretches the outer wall C.

Es kann gesagt werden, daß die auf jedem Mantel ruhende Belastung eine umgekehrte Funktion der Masse in dem betreffenden Mantel ist. Bei erfindungsgemäßer Ausführung beträgt das Verhältnis ungefähr 6:1. Das heißt, der Querschnitt der Wandung C beträgt das Sechsfache des Querschnittes der Wandung^. Die AußenwandungC schränkt die Expansion der Innenwandung A nach außen auf ungefähr ein Sechstel der freien unbehinderten Expansion ein.It can be said that the load on each jacket is an inverse function of the mass in that jacket. In the embodiment according to the invention, the ratio is approximately 6: 1. That is, the cross section of the wall C is six times the cross section of the wall ^. The outer wall C restricts the outward expansion of the inner wall A to approximately one sixth of the free unimpeded expansion.

Daraus ist zu ersehen, daß diese Behinderung die Masse der Innenwandung A zwingt, sich nach innen zu bewegen, wobei der freie Kokillenraum 12 tatsächlich verengt und die Graphitauskleidung von der Außenseite her zusätzlich unter Druck gesetzt wird. Aus diesem Grund kann die Graphitauskleidung zuIt can be seen from this that this obstruction forces the mass of the inner wall A to move inwards, the free mold space 12 actually narrowing and the graphite lining being additionally pressurized from the outside. Because of this, the graphite lining can too

Beginn lockerer eingepaßt werden als bei älteren Kokillen, wobei trotzdem der ordnungsgemäße Kontakt aufrechterhalten bleibt.Beginning to be fitted more loosely than with older molds, with the proper contact nonetheless is maintained.

Das Metall in der Innenwandung wird über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht und bleibt dauernd verformt. Das Volumen der Außenwandung C ist derart bemessen, daß dieses bei der Beanspruchung durch die Volumenänderung der Innenwandung A nicht über die Elastizitätsgrenze hinaus belastet wird. Die Außenwandung C muß so dick be- ίο messen sein, daß deren Außendurchmesser nach Ge-The metal in the inner wall is stressed beyond the elastic limit and remains permanently deformed. The volume of the outer wall C is dimensioned in such a way that it is not loaded beyond the elastic limit when it is exposed to the change in volume of the inner wall A. The outer wall C must be so thick that its outer diameter according to

Es ist wichtig, daß die Innenwandung A mit der brauch nicht permanent wesentlich vergrößert wird. Außenwandung C aus einem Stück, einem hohlzylindrischen Block 10, herausgearbeitet ist. Beim Abkühlen zeigt die Innenwandung A die Tendenz zu schrumpfen, wobei der Innendurchmesser sich verlängert, während der Außendurchmesser kleiner wird.It is important that the inner wall A is not permanently increased significantly with the need. Outer wall C is carved out of one piece, a hollow cylindrical block 10. On cooling, the inner wall A shows a tendency to shrink, the inner diameter being lengthened while the outer diameter becomes smaller.

Hierbei wird auf die Außenwandung C ein Zug nach innen ausgeübt, und der Innendurchmesser wird kleiner, während der Außendurchmesser gleichfalls kleiner wird. Dadurch wird die Außenwandung C unter Druck und die Innenwandung A unter Spannung gesetzt.In this case, an inward pull is exerted on the outer wall C, and the inner diameter becomes smaller, while the outer diameter also becomes smaller. This puts the outer wall C under pressure and the inner wall A under tension.

Die obenstehende Erläuterung der Expansions- und Kontraktionswirkung bezieht sich in erster Linie auf die radiale und umfangmäßige Richtung. Diese Wirkungen treten auch in der axialen Richtung auf mit der Ausnahme, daß die zwischen dem Block und der Auskleidung wirksam werdenden axialen Kräfte zur Folge haben, daß die Auskleidung sich axial in bezug auf den Block verschiebt.The above explanation of the expansion and contraction effects is primarily related in the radial and circumferential directions. These effects also appear in the axial direction with the exception that the axial forces acting between the block and the liner cause the liner to slide axially with respect to the block.

Claims

Patent claims:

1. Metallic cooled continuous casting mold, in particular made of forged copper, with a graphite lining in the shaping part, in which between the inner wall and outer wall parallel to these guide arrangements for a cooling liquid are provided, characterized in that the mass of the outer wall (C) is at least a multiple of the mass the inner wall (A) and the inner wall (A) and the outer wall (C) are connected to one another over the axial length by means of radial rib-like elements.

2. Continuous casting mold according to claim 1, characterized in that feed and discharge for the circulating cooling liquid on the lower face of each of the formed between the ribs Cavities (21, 22, 23, 62, 63) are arranged, the mold with the end face on a head piece (14) receiving the distribution lines (34, 35, 41, 43, 44, 45) can be fastened.

3. Continuous casting mold according to claim 2, characterized in that the cavities for the cooling liquid pipe-like bores (21, 22, 23, 62, 63) are U-shaped.

Considered publications:

German Patent No. 892 230;

German patent application W 3788 VIa / 31c (announced on June 5, 1952);

Herrmann, "Handbuch des Stranggießens", 1958, p. 168.

1 sheet of drawings