DE1608341C - Kokille für beruhigten Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille für beruhigten Stahl, in deren Mantel geschlossene axiale, sich im wesentlichen über die gesamte Kokillenhöhe erstrekkende Hohlräume enthalten und diese mit gegenüber dem Mantelwerkstoff höhere Wärmeleitfähigkeit besitzendem Material ausgefüllt sind.

Unabhängig von der Bauart der Kokille oder der Gießform für ein kontinuierliches Gießen und unabhängig von der Art der Füllung ist es sehr schwierig, das Anhaften der äußeren Oberfläche des mehr oder weniger erstarrten Gießbades an der inneren Oberfläche der Seitenwandung infolge von unvorhersehbaren Zusammenziehungen und/oder Ausdehnungen zu verhindern, wobei sich diese Zusammenziehungen und Ausdehnungen sowohl auf das Gießbad als auch auf die Seitenwandung der Kokille bezichen. Das gegossene Metall befindet sich bei seinem Hintritt in die Kokille oder in die kontinuierliche Gießform in seinem anfänglichen flüssigen Zustand, wobei beim Abstrippen oder beim Austritt die Verfestigung teilweise oder vollständig erfolgt sein kann. Dieses Anhaften ist eine Funktion zahlreicher Umstände. Beim Einguß werden insbesondere Verunreinigungen mitgeführt, die sich an der Wandung festsetzen, und weiterhin können andere zahlreiche Umstände des Gießvorganges eine Rolle spielen, wie beispielsweise die Tatsache, daß die Abschätzung der Wärmeübertragung vom Gießbad auf die Wandungen der Form oder der Kokille dadurch verfolgt werden kann, daß man die Wärmeleitfähigkeit anstatt der Konvektion oder der Strahlung in Rechnung setzt. Das vorzeitige Hängenbleiben oder die vorzeitige Verfestigung hängen von zahlreichen Mangeln des Gießverfahrens ab, welche die Qualität der erzeugten Gießprodukte bestimmen, wobei diese Mängel zu erheblichem Ausschuß führen können, und zwar insbesondere bei der Durchführung der Walzbehandlung. Bisher bekannte Kokillen (französische Patentschriften 852 721, 855 034 und 1354 947) sind zumindest teilweise unwirksam, und zwar vor allem deshalb, weil die zuvor aufgeführten Einzelheiten nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der eingangs genannten Art zu schaffen, an deren Wänden durch gesteuerte Wärmeableitung ein Anhaften des Gießmetalls zu verhindern.

Diese Aufgabe ist bei einer solchen Kokille erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit sich in seinem Querschnitt zumindest zum Eingußende hin vergrößert. Dies kann zweckmäßig dadurch erfolgen, daß das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Eingußendes eine geschlossene Hülse bildet, die nach unten in einzelne, sich zur Kokillenbahn hin verbreiternde Zungen ausläuft.

Vorzugsweise besitzt hierbei der das Eingußende abschließende Deckel und/oder Bodenplatte auf seiner dem Kokilleninncren zugewandten Fläche eine Schicht aus einem Material mit gegenüber dem übrigen Deckel- bzw. Bodenplattenmaterial erhöhter Wärmeleitfähigkeit. Bei allem ist es von weiterem Nutzen, wenn das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit eine geschlossene Hülse bildet, die ihren Querschnitt vom unteren zum oberen Ende stetig vergrößert.

Weitere aus den Unteransprüchen ersichtliche Merkmale der hier vorgeschlagenen Kokille und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung hervor, die Kokillen . der erfindungsgemäßen Art in zwei beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch ver.anschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Kokille nach der Erfindung, wobei der Schnitt längs der Linie 1, ei, b, c, d, 1 der F i g. 2 genommen ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Kokille,

Fig. 3 eine senkrechte Schnittansicht einer Kokille in einer weiteren Ausführungsform, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. 4 und

F i g. 4 eine Doppelansicht, wobei die linke Seite eine Draufsicht auf die in F i g. 3 dargestellte Kokille zeigt und die rechte Seite einen Schnitt, genommen längs der Linie 4-4 der Fig. 3.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kokille A eine Seitenwandung I aus Gußeisen auf, die-an ihren beiden Enden offen ist und die nach oben konvergiert. Diese Kokille weist im oberen Abschnitt zwei Handhabungsansätze auf und einen Rand im unteren Abschnitt. Die Querschnitte haben die Form von Vierecken mit abgerundeten Ecken. Die Kokille ist auf eine Grundplatte B aus Gußeisen aufgesetzt. Das Material M, welches innerhalb der Seitenwandung 1 angeordnet ist, ist ein Kupfermaterial und weist demzufolge eine Wärmeleitfähigkeit auf, die wesentlich größer ist als die der Wandung 1 aus Gußeisen. Die Materialschicht ist nach oben hin b'ei 4 über eine Höhe von H + D verstärkt, wobei diese Höhe wenigstens gleich der Höhe der Schrumpfung des gegossenen Metalls ist, die sich ausbildet, bis der Gußkörper vollständig verfestigt ist, und zwar ohne Berücksichtigung des Schrumpfhohlraumes, wobei jedoch vorhersehbare Änderungen des oberen Spiegels des Gießbades berücksichtigt sind, welches nicht notwendigerweise bis zum oberen Rand 5 der Kokille A gehen muß. Dieser verdickte Abschnitt aus Material M, der die Höhe H + D hat, umgibt kontinuierlich den oberen Abschnitt der Kokille A, und diese Materialschicht läuft in Zungen geringerer Dicke 6 bis 6' aus, die gleichförmig um den Umfang der Kokille herum verteilt sind und die gestrichelt in Fig. 2 angedeutet sind und die bis in die Nähe der Grundplatte B nach unten verlaufen. Diese Zungen bilden, wie in Seitenansicht in F i g. I dargestellt ist, eine Trapezform, deren Seitenkanten parallel zur Neigung der inneren Oberfläche la der Kokille A verlaufen. Das Material M, welches in der Seitenwandung 1 angeordnet ist, ist bis zum Abstand D vom oberen Rand 5 kompakt und kann in die Seitenwandung eingesetzt sein oder in geschmolzenem Zustand eingegossen sein. Diese kompakte Masse wird durch eine Füllung aus granuliertem Kupfer, Kupferspänen oder anderen Teilchen ergänzt, die in ausreichender Weise zusammengedrückt sind, um eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine ausreichende Elastizität zu besitzen, welche die Ausdehnungsunterschiede des kompakten Teiles der Masse M und der angrenzenden Teile kompensiert. Im oberen Abschnitt der Füllung ist die Masse M wiederum kompakt, damit die obere Kante der Seitenwandung 1 glatt ist. Ein derartiger Aufbau kann in der Weise hergestellt werden, daß eine bestimmte Gußeisenmasse eingegossen wird, die in die Füllung eindringt und die eine gute Leitfähigkeit ergibt und die es ermöglicht, daß die

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Gußspritzer beseitigt werden können. Die Seiten- aufgesetzt wird. In dem Fall, in dem das Gießen wandung weist eine Abdeckung C aus Gußeisen auf. über Gießkanäle erfolgt, die in der Basis B vorhanderen abgeschrägter Umfang an den oberen Rand den sind, kann der Deckel C vor dem Gießen aufder Gußform angepaßt ist, wie es bei i', /, #, /ί, /. /. gesetzt werden. Dadurch wird die Wirksamkeit des k, /. (Fig. 2) dargestellt ist. Die Auskleidung 7. die 5 Verfahrens erhöht, und zwar durch die Abstrahlung im Deckel C angeordnet ist, besteht aus Stahl, wobei der Wärme der Auskleidung 7 des Deckels C wähdie innere Oberfläche der Auskleidung verkupfert ist. rend des gesamten Gußvorganges,
um deren Emissionsfähigkeit zu erhöhen. Der Dek- Bei dem in den F i g. 3 und 4 dargestellten Auskel C weist einen HandhabungsgrilT 8 und zwei Zap- führungsbeispiel, weist die Kokille /1 1 eine Seitenfen 2 und 3 auf, die in Öffnungen 2« und 3« ein- io wandung auf. die zusammengesetzt ist und die eine greifen, die im oberen Rand 5 der Wandung 1 an- äußere Wandung 9 aus Gußeisen aufweist. Diese geordnet sind, um den Deckel gegenüber den Hand- äußere Wandung ist mit zwei Handhabungsansätzen habungsansätzen der Kokille derart anzuordnen, daß im oberen Abschnitt ausgestattet und mit einem sich die Auskleidung 7 mit ihrer inneren Oberfläche Rand im unleren Abschnitt. Die äußere Oberfläche bei 5 in Kontakt mit dem oberen kompakten Rand 15 der Wandung konvergiert mit einer Neigung von der Füllung M mit guter Leitfähigkeit befindet. Es 2,5¹Vo gegenüber der AChSeA¹I-A¹I nach oben. Die sei bemerkt, daß es sich hierbei lediglich um ein Querschnitte senkrecht zu dieser Achse sind recht-Ausführungsbeispiel handelt. Das Gießen erfolgt eckig mit abgerundeten Winkeln. Die innere Oberdurch ein Eingießen. Der Deckel ist dabei angehoben. fläche dieser äußeren Wandung verläuft parallel zur Das Eingießen erfolgt so lange, bis der obere Spiegel 20 Achse A^-I-A^-I. Eine Innenwandung 10 aus Stahl, des Gießbades in der Höhe D liegt. Hierbei werden deren äußere und innere Oberflächen parallel sind lediglich die üblichen Steuervorgänge vorgenommen. und nach oben mit einer Neigung von 2,5 ¹Vd kon-Das Eingießen erfolgt längs der Achse X-X der Ko- vergieren, ist vorgesehen. Diese Neigung entspricht kille A. Die Seitenwandung kann aus irgendeinem der Neigung, die üblicherweise die inneren Ober-Gußeisen bestehen oder aus anderen Materialien, die 25 flächen von Kokillen haben. Die Innenwandung 10. schlechte Wärmeleiter sind und das Material M, wel- die aus Stahl besteht, kann eine wesentlich geringere ches ein wesentlich besserer Wärmeleiter ist, kann Dicke aufweisen, ohne daß man das Auftreten von beispielsweise aus den folgenden Metallen ausgewählt Deformationen befürchten muß, welches bei der werden: Kupfer, Aluminium, Bronze, Messing, Dur- Verwendung von Kokillen aus Stahl beobachtet wird, aluminium und andere ähnliche Metalle oder deren 30 Dies ist der Fall, weil diese Innenwandung keinerlei Legierungen. Es soll nun ganz allgemein der Wärme- Ungleichheiten bezüglich der Stärke aufweist. Die fluß betrachtet werden, der von dem Gußbad aus- oberen und unteren Kanten der Außenwand 9 und geht, und zwar von dem Moment, wo der Gußstrahl der Innenwand 10 liegen in der gleichen Ebene, auf die Grundplatte B auftrifft, bis das Gußbad sei- die senkrecht zur Achse X \-X 1 verlaufen. Es ist nen oberen Spiegel erreicht hat. Der Gußstrahl, der 35 ein Zwischenraum 11 zwischen der Innenwand und ,auf die Grundplatte B auftritt, wird auf die Innen- der Außenwand vorgesehen, und dieser Zwischenwandung la der Wandung 1 bis zu einer mehr oder raum 11 verbreitert sich allmählich nach oben entweniger großen Höhe zurückgeschleudert, und dem- sprechend der Neigung der Oberfläche der Innenzufolge bildet sich durch den Stoß eine gewisse Aus- wandung 10. Dieser Zwischenraum 11 weist in seinem höhlung in der Basis B aus. Die Wärmemenge, die 40 unteren Abschnitt eine kompakte Füllung 12 auf aus dem Gießmetall austritt, erreicht durch Wärme- und in seinem oberen Abschnitt eine Füllung aus leitung die Kupferzungen 6 bis 6', und über diese dem gleichen Material 13, wobei hierdurch eine Kupferzungen wird diese Wärme sehr schnell zum ausreichende Festigkeit für die zusammengesetzte verbreiterten Abschnitt des Füllmaterials hingeführt, Wandung 9-10 erreicht wird. Die Wandungsteile und diese Wärmemenge erhöht sich entsprechend 45 können in geeigneter Weise miteinander verbunden dem Ansteigen des oberen Spiegels des Gießbades, sein, beispielsweise mittels Schweißung u. dgl. Die selbst wenn der Wärmefluß den Bereich D erreicht. Füllungen 12 und 13 können aus einem Material Die Wärmemenge, die in der Wandung gespeist wird. bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit besser ist als wird dem Gießbad zu einem Teil zurückgeführt, der die der Wandung 9 und der Innenwandung Ϊ0. Beisich mit der Gießgeschwindigkeit und dem Ansteigen 50 spielsweise' kann es sich hierbei um Kupferlegicrunder Temperatur auf die Schmelztemperatur des Gieß- gen, Messing. Bronze usw. handeln. Die zusammenmetalls ändert. Ein anderer Teil des Wärmeflusses gesetzte Seitenwandung 9-10 ist auf einer Basis B 1 gelangt durch Wärmeleitung in die Auskleidung 7, aus Gußeisen angeordnet. Diese Basis weist einen die auf dem oberen Rand der Kokille angeordnet Einsatz 14 auf, dessen Oberfläche mit der der ist, und hierdurch kann die Erhitzung der Oberseite 55 Basis B 1 fluchtet, wobei diese Auskleidung derart des Gußkörpers während seiner Verfestigung dadurch ausgebildet ist, daß sie mit ihren Randabschnitten geregelt werden, daß man die Geschwindigkeit des in Kontakt mit dem unteren Rand der Innenwandung Gießens und die Gußtemperatur derart regelt, daß 10 und der Füllung 12 der Wandung 9 gelangt. Es die Schrumpfung des verfestigten Umfangsteiles des ist ein Deckel C1 vorgesehen, der einen Hand-Bades nicht stattfindet, ehe nicht der Deckel auf- 60 habungshaken 16 aufweist und eine Auskleidung 17, gebracht ist. Dadurch wird in einem bestimmten Maß ■ die mittels der Schrauben 18 und 19 befestigt sind, die Ansammlung von Verunreinigungen ausge- Ferner sind zwei Zapfen 20 und 21 vorgesehen, die schaltet. Die Verfestigung des Gußkörpers endet mit in Bohrungen 20« und 21 a' eingreifen, die im einem minimalen Hohlraum an der Spitze. Es sei oberen Rand der Wandung 9 ausgebildet sind. Dabemerkt, daß es vorteilhaft sein kann, eine öffnung 65 durch kann der Deckel gegenüber den beiden Handim Deckel C vorzusehen, damit der Gießstrahl durch habungsansätzen an der Kokille ausgerichtet werden, diese ölfnung hindurchgefiihrt werden kann, wobei Die innere Oberfläche der Auskleidung 17 fluchtet dieser Deckel auf die Wandung 1 vor dem Gießen mit der Innenseite des Deckels Cl, und diese innere

Oberfläche liegt mit ihrem Umfang auf den oberen Rändern der kompakten Füllung 13 und der Innenwandung 10. Der Abschnitt 15 des Zwischenraumes 11, der von der äußeren Oberfläche 10a der Innenwandung 10. der Oberfläche 9« der Wandung 9 und den Einsätzen 12 und 13 begrenzt ist, weist eine Füllung auf, die aus einem Material mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit bestehen kann und die eine ausreichende Elastizität besitzt, um die verschiedenen Ausdehnungen der.benachbarten Teile bei Betriebstemperaturen zu kompensieren, ohne daß dabei dauernde Deformationen entstehen und ohne daß die Gefahr besteht, daß Metall austritt, und zwar insbesondere zwischen den oberen und unteren Rändern der zusammengesetzten Wandung 9-10 der so aufgebauten Kokille und der Auskleidung 17 des Deckels Cl und der Auskleidung 14 der Grundplatte B 1. Die Bohrungen 22 und 23 bis 24 und 25, die den Deckel C1 und dessen Auskleidung 15 durchsetzen, sind vorgesehen, damit das Gas austreten kann, welches vom Gießbad abgegeben wird.

Die Anwendung der Kokille B1 unterscheidet sich nicht von der der Kokille B des ersten Ausführungsbeispiels. Die Auswahl der Materialien der verschiedenen Teile, welche die Kokillen A und A 1 bilden, und deren Abmessungen werden durch deren physikalische und chemische Konstanten und durch die Charakteristiken des Gießverfahrens bestimmt. Von den physikalischen und chemischen Konstanten, die eine Rolle spielen, sind von Bedeutung die Masse und die spezifische Wärme des Materials, die Wärmeleitfähigkeit, das Wärmabstrahlungsvermögen, die Schmelztemperatur und die latente Schmelzwärme, die Feuerfestigkeit und alle linearen Abmessungen der' Kokille und der Anordnung der Materialien, die in der Seitenwandung, der Basis und im Deckel angeordnet sind. Bezüglich der Gießcharakteristiken sei bemerkt, daß zahlreiche vorhanden sind, die mehr oder weniger berücksichtigt werden müssen, und zwar beispielsweise ausgehend von der Affinität des Gießmetalls bis zur Gießtülle, mit welcher das Metall in die Kokille eingegossen wird. Es sei bemerkt, daß für eine gute vorbestimmte Qualität des gegossenen Metalls die Temperatur wichtig ist, wenn dieses in die Kokille eintritt, und daß die Zeit eine Rolle spielt, die erforderlich ist, daß dieses Metall das obere Niveau des Gußbades erreicht, d. h.. die Gießeeschwindickeit spielt ebenfalls eine Rolle.

Im Fall des in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Wärmeströmung durch einen Wärmeleiter eine Funktion des Durchgangsquerschnittes, und dieser nimmt mit der Oberfläche zu. Betrachtet man den geschlossenen Kreis, der aus gut wärmeleitenden Materialien besteht und der durch die elastische Füllung 15 gebildet wird, die Füllung 12, den Einsatz 14 der Basis Bl, den Einsatz 17 des Deckels C 1 und die Füllung 13, so kann man die Stärke des Wärmeflusses regeln. Dieser Wärmefluß nimmt einerseits in der Füllung 15 bis zur Füllung 13 hin zu. und von der Füllung aus verteilt sich der Wärmefluß durch Wärmeleitung in die Auskleidung 17 des Deckels Cl, wobei die hier zugeführte Wärme durch Strahlung an das Gießbad wieder abgeführt wird. Andererseits nimmt der Würmefluß bis zur Auskleidung 14 der Basis 1} 1 ab, und die zugeführte Wärme wird durch direkte Wärmeleitung während einer bestimmten Zeit unmittelbar in das Gießbad abgegeben.

Es sei bemerkt, daß durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben wird, eine ausreichende Wärmemenge im oberen Teil des Gießbades zu speichern, um Schrumpfungshohlräumc auszuschalten, und es ist in schwierigen Fällen, beispielsweise in denen, in denen ein Metall mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt gegossen wird, nicht ausgeschlossen, die

ίο'Wärme durch eine kalorische und/oder exothermische Puderdeckschicht zu speichern, wobei hier jedoch geringere Mengen an Puderdeckschicht erforderlich sind, wodurch die Kosten gesenkt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Das Längsprofil und die Querschnitte der Kokille oder der Gußform können sich entsprechend der Form des zu gießenden Produktes verändern, und die verwendeten Materialien und die Dicken der Wandungen, die beschrieben wurden, sind ebenfalls lediglich Ausführungsbeispiele.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kokille für beruhigten Stahl, in deren Mantel geschlossene axiale, sich im wesentlichen über die gesamte Kokillenhöhe erstreckende Hohlräume enthalten und diese mit gegenüber dem Mantelwerkstoff höhere Wärmeleitfähigkeit besitzendem Material ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit sich in seinem Querschnitt zumindest zum Eingußende hin vergrößert.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Eingußendes eine geschlossene Hülse bildet, die nach unten in einzelne, sich zur Kokillenbahn hin verbreiternde Zungen ausläuft.

3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Eingußende abschließende Deckel und oder Bodenplatte auf seiner dem Kokilleninneren zugewandten Fläche eine Schicht aus einem Material mit gegenüber dem übrigen Deckel- bzw. Bodenplattenmaterial erhöhter Wärmeleitfähigkeit besitzt.

4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit eine geschlossene Hülse bildet, die ihren Querschnitt vom unteren zum oberen Ende stetig vergrößert.

5. Kokille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Materia! erhöhter Wärmeleitfähigkeit aus der Gruppe folgender Stoffe ausgewählt jst: Kupfer,

Aluminium, Bronze, Messing, Durajuminium oder ähnliche Metalle und deren Legierungen.

6. Kokille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material erhöhter Wärmeleitfähigkeit in Form von Pulvern. Körnern. Spänen od. dgl. vorliegt.

7. Kokille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu-

mindest am Eingußende in Verlängerung des Materials erhöhter Wärmeleitfähigkeit ein Hohlraum mit einem Material vorgesehen ist, das die Wärmeausdehnung des Materials erhöhter Wärmeleitfähigkeit kompensiert.

8. Kokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumabschluß durch

einen vorgefertigten oder eingegossenen Ring wärmeleitfähigen Materials gebildet ist.

9. Kokille nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmeleitende 'Verbindung zwischen dem Hohlraumabschluß und dem erhöht wärmeleitfähigen Einsatz des Deckels und/oder der Bodenplatte besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109644/175