DE2452573C2 - Anwendung des Explosivverformens bei der Herstellung von Stranggießkokillen - Google Patents

Anwendung des Explosivverformens bei der Herstellung von Stranggießkokillen

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DE2452573C2 DE2452573A DE2452573A DE2452573C2 DE 2452573 C2 DE2452573 C2 DE 2452573C2 DE 2452573 A DE2452573 A DE 2452573A DE 2452573 A DE2452573 A DE 2452573A DE 2452573 C2 DE2452573 C2 DE 2452573C2
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Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Verfahrens zur Explosivverformung eines rohrförmigen Hohlkörpers durch von außerhalb des Hohlkörpers einwirkende Explosionsenergie, wobei ein die Innenkontur des Hohlkörpers bestimmender Formdorn eingesetzt wird, Abdeckplatten mit Abdichtungen, die zwischen dem Hohlkörper und dem Formdorn einen evakuierbaren Formraum schaffen, während außerhalb des Hohlkörpers in Kontakt mit diesem oder in bestimmten Abständen davon geeignete übliche Sprengstoffladungen angebracht werden, wobei dann zwischen der Sprengladung und dem Hohlkörper ein Übertragungsmittel für die Explosionsenergie eingesetzt sein kann und der Hohlkörper mit der Sprengladung in eine Flüssigkeit eingetaucht wird.
Aus dem DE-Gbm 72 44 021 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilierungen in Hohlkörpern durch Explosivverformung bekannt. Die Explosivenergie wirkt bei dieser Vorrichtung von außerhalb des Hohlkörpers auf den Hohlkörper, in welchem ein die Innenkontur bestimmender Formdorn angeordnet ist. An beiden Enden des Rohrkörpers sind Abdeckplatten mit Abdichtungen vorgesehen, die eine Evakuierung des Spaltes zwischen dem Formdorn und dem Hohlkörper ermöglichen. Außerhalb des Hohlkörpers in Kontakt mit diesem oder in bestimmtem Abstand davon werden geeignete übliche Sprengstoffladungen angebracht, wobei dann in letzterem Fall sich zwischen der Sprengladung und dem Hohlkörper zwangsläufig ein Übertragungsmittel für die Explosionsenergie beendet; vor der Explosion wird der Hohlkörper nämlich mit der Sprengladung in eine Flüssigkeit eingetaucht Diese ίο Explosivverformung zur Herstellung von Profilierungen in Hohlkörpern kann einerseits anstelle bekannter Verformungsverfahren eingesetzt werden, oder es können bisher nicht in einem Stück herstellbare verwickelte Formen gefertigt werden.
Bei der Herstellung von Kupferkokillen für das kontinuierliche Gießen treten verschiedene Probleme auf. Beispielsweise werden rohrförmige Kokillen, die gekrümmt oder gerade sein können, derzeit aus stranggepreßten Röhren hergestellt und haben einen Formhohlraum mit einem Querschnitt, der gewöhnlich von 50 mm ■ 50 mm bis 150 mm · 150 mm beträgt und gelegentlich bis zu 250 mm · 300 mm geht. Solche Kokillen leiden an mangelnder Genauigkeit. Insbesondere wenn sie gebogen sind, zeigen sie Fehler in der Größenordnung von 0,625 mm. Bei einer Prüfung mit einer Formschablone über ihre Länge an einer äußeren gekrümmten Fläche ergibt sich nicht notwendigerweise die genaue Kontur an der Innenseite. Ferner ist ein gewisses Maß an Verdrallung vorhanden. Es versteht sich, daß das Gießen von Metallen in solchen Stranggießkokillen und das Ausziehen des Stranges aus der Kokille große Schwierigkeiten machen können. Ferner haben die Kokillen in Abhängigkeit von ihrer Ungenauigkeit eine sehr geringe Lebensdauer. Solche stranggepreßte Kokillen leiden an einem Mangel bezüglich Konstruktionsfreiheit, da der Querschnitt über die Länge der Kokille nicht geändert werden kann und der Kontakt mit dem sich bildenden Strang ungenügend ist. Ein weiterer Nachteil bei den bekannte.! Rohrkokillen liegt darin, daß sie nach Auftreten von Verschleißerscheinungen nur noch Schrottwert besitzen.
Um gcößere Konstruktionsfreiheit und höhere Genauigkeit zu erreichen, können Kokillen aus Platten zusammengesetzt werden. Jede Wand kann dabei getrennt spanabhebend bearbeitet werden. Nach dem Zusammensetzen der Kokille entstehen Stoßfugen zwischen aneinanderstoßenden Wänden. Diese Stoßfugen verschleißen bei Gebrauch, wodurch zwischen den Wänden Spalten entstehen, die zu Fehlern am Strang führen. Plattenkokillen können einige wenige Male durch teure spanabhebende Nachbearbeitungsgänge neu aufbereitet werden. Die Herstellung solcher Plattenkokillen ist gegenüber Rohrkokillen wesentlich teurer, und sie werden deshalb in der Regel nur für große Vorblock- und Brammenformate verwendet. Im weiteren benötigen solche Kokillen dickwandige Kupferplatten mit eingearbeiteten Kühlkanälen, die nach Gebrauch nur noch Schrottwert besitzen.
Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung von Rohrkokillen aus Kupfer, insbesondere Kreisbogenkokillen, bekannt (DE-OS 18 09 633), wobei in das gegossene, gepreßte oder gezogene metallische Rohr ein die Formhohlraummasse der Kokille aufweisender Dorn eingebracht und das Rohr mit dem Dorn durch einen pressenden Druckring hindurchgezogen wird. Solche plastisch verformten Rohre weisen eine dem verwendeten Dorn entsprechende gute Oberfläche auf.
Die elastische und plastische Verformung beim Durchziehen durch den Druckring hinterlassen jedoch Spannungen im Rohr, die nach dem Entfernen des Domes ein Verziehen einzelner Wände und Verdrallungen im rohrförmigen Hohlraum der Kokille ergeben. Die durch den Kaltziehvorgang erzeugten Spannungen führen durch die unregelmäßigen und hohen Temperaturbeanspruchungen des Kokillenrohres während des Gießbetriebes, insbesondere bei jedem Angießen hochschmelzender Metalle, wie Eisen und Stahl, zu zusätzlichem Kokillenverzug. Verzogene Wände und verdrallte Kokillenhohlräume, speziell bei Bogenkokillen, sind besonders anfällig bezüglich Verschleiß und ergeben dadurch eine kurze Standzeit der Kokille. Im weiteren erzeugen verzogene Kokillen wegen der '5 ungleichmäßigen Kühlung des sich bildenden Stranges vermehrte Durchbrüche und eine schlechte Strangqualität. Auch die Produktivität der Stranggießanlage wird bei solchen Kokillen einerseits durch eine beschränkte Gießgeschwindigkeit und anderseits durch vermehrte Störungen, wie Durchbrüche, negativ beeinflußt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zur Güteverbesserung von auf übliche Weise hergestellten und/oder auch bereits im Betrieb in Benutzung gewesenen Rohrkokillen in jeder gewünschten Größe und jedem gewünschten Querschnittsprofil des Formhohlraumes mit kleinen Wanddicken für das Stranggießen von Metallen mit hoher Genauigkeit anzugeben. Unter Güteverbesserung wird neben einer hohen Genauigkeit des Formhohlraumes und einer ^o freien Wahl von entsprechenden Querschnittsprofilen auch die Ausschaltung von Verzug und Verdrillung sowie einer Steigerung der Härte der Innenfläche des Formhohlraumes bei gleichzeitig verbessertem Oberflächenfinish dieser Flächen verstanden. Diese Güteverbesserungen zielen einerseits auf eine längere Lebensdauer der Kokille und andererseits auf eine Erhöhung der Produktivität der Stranggießanlage und auf eine Verbesserung der Produktequalität ab.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die im Anspruch 1 definierte Explosionsverformung zur Güteverbesserung von auf übliche Weise hergestellten Rohrkokillen zum Stranggießen von Metallen angewendet wird.
Die erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens zur Explosivverformung schafft eine Stranggießkokille, die im Formhohlraum Genauigkeiten hat, die jene überschreiten, die für einen zufriedenstellenden Betrieb der Kokille erforderlich sind. Die Freiheit von Verzug, Verdrallung oder Spiralverformung ermöglicht ein leichtes Ausziehen des Stranges aus der Kokille. Weil die Außenseite des Formdornes spanabhebend bearbeitet wird, ist es möglich, jede erforderliche Querschnittsform herzustellen, die dann formtreu im Hohlraum der Kokille reproduziert wird. Sowohl der Oberflächenfinish als auch die Oberflächenhärte im Formhohlraum können gesteigert werden. Die Güteverbesserung führt insgesamt zu einer längeren Lebensdauer der Kokille selbst und zu einer erheblichen Verbesserung der Produktivität der Stranggießanlage sowie der Qualität des erzeugten Stranges. Das für Kokillen benötigte Ausgangsmaterial wird durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich verringert. Materialeinsparungen von mindestens 60—80% können erreicht werden. Außerdem entfällt ein teures spanabhebendes Einarbei- b5 ten von Kühlwasserkanälen und eine spanabhebende Herstellung von Kokillenhohlräumen. Auch können bereits benutzte Kokillen ohne weiteres durch die erfindungsgemäEe Anv/endung des Explosivverformungsverfahrens in ihrer Güte wieder hergestellt und zum erneuten Einsatz herangezogen werden.
Die Zeichnung stellt in einer teilweise weggebrochenen Ansicht einen Verband aus Formdorn und Rohrkokille dar, an welchem ein Explosivmantel angelegt ist. Ein Formdorn 1 besteht vorzugsweise aus Metall und ist außen auf enge Toleranzen spanabhebend auf eine gleiche Form und auf einen gleichen Oberflächenfinish wie der zu erzeugende Formhohlraum einer Kokille 2 bearbeitet Das Material des Formdorns 1 ist nicht entscheidend, vorausgesetzt, daß er ohne sich zu verformen den Kräften widersteht, die während der Explosion auf ihn ausgeübt werden. Im weiteren wird vorausgesetzt, daß er ausreichend dauerhaft ist, um mehrmals gebraucht werden zu können. Für bestimmte Anwendungsfälle liefert ein Dorn aus Kunstharz eine ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit. Die Kupferkokille 2 hat die gleiche allgemeine Gestalt, wie der Formdorn 1, da die Kokille 2 locker über den Formdorn 1 gezogen wird.
Die Kokille 2 kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Sie kann aus einem Stück stranggepreßtem Rohr geformt oder gegossen sein. Besonders große Kokillen können aus Kupferblech gefertigt sein. Alternativ kann die Kokille 2 auch eine im Gießbetrieb gebrauchte Kokille sein, die einer Güteverbesserung unterzogen wird, um ihre ursprüngliche Güte wieder herzustellen. Das Kupfer der Kokille kann geglüht oder gehärtet werden, wie nachstehend noch beschrieben wird.
Abdeckplatten in Form einer Deckplatte 3 und einer Bodenplatte 4 werden über die Oberseite und die Unterseite des Verbandes aus Formdorn 1 und Kokille 2 festgespannt. Mit Hilfe von Dichtungen 5 wird der Verband abgedichtet. Eine Öffnung 6 kann durch die Deckplatte 3 geführt sein, um ein Evakuieren des inneren Teiles des Verbandes zu ermöglichen. Die Evakuation ist wünschenswert, wenn ein nennenswerter Luftraum zwischen der Kokille 2 und dem Formdorn 1 an irgend einer Stelle vorhanden ist, da entstehende Lufttaschen andernfalls die Formgebung stören würden.
Hochexplosives Material 7, das in Platten-, Streifen-, Stangen- oder Schnurform vorgesehen sein kann, wird um die Kokille 2 herumgelegt. Der Sprengstoff wird in einer solchen Weise angebracht, daß bei der Detonation ein Detonationsweg entsteht, der sich in Längsrichtung der Kokille von einem Ende zum andern erstreckt. Um einen solchen Detonationsweg zu erhalten, erstrecken sich Streifen, Stangen oder Schnüre in Längsrichtung der Kokille. Sie können um den Umfang der Kokille so verteilt werden, daß sich eine gewünschte Aufteilung der Kräfte auf verschiedenen Teilen des Umfanges ergibt. Eine Gleichförmigkeit der Kräfte muß nicht gewährleistet sein. Bei der Güteverbesserung von Kokillen mit eckigen Querschnitten ist beispielsweise eine Ausübung von größeren Kräften an den Ecken gegenüber dazwischen liegenden geraden oder gekrümmten Flächen erforderlich. Der notwendige Formdruck kann nicht nur durch Verteilung und Menge des angeordneten Sprengstoffes kontrolliert werden. Auch durch Anordnung von Sprengstoff in bestimmtem Abstand kann die Charakteristik der Stoßwelle, die die Kokille erreicht, reguliert werden. Die erforderliche Abstandshaltung kann dadurch erreicht werden, daß als Übertragungsmittel an sich bekannte Gummiplatten von geeigneter Dicke zwischen den Sprengstoff und die Kokille gelegt werden, oder daß ein Rahmen oder ein
Käfig vorgesehen wird, der die Kokille umgibt und den Sprengstoff in der erforderlichen Entfernung trägt.
Die verwendete Sprengstoffmenge und die Art und Weise, wie er angebracht wird, steht in Beziehung zur Kupferlegierung und zur Form der Kokille sowie zur ·"> Frage, ob die Kokille neu oder schon gebraucht war.
Die Formdrücke, die erforderlich sind, liegen in der Größenordnung der zehnfachen Streckgrenzenspannung des Kupfers bei neuen Kokillen und etwas höher bei gebrauchten Kokillen. Die Streckgrenze von i" geglühtem Kupfer beträgt etwa 63,3 N/mm2 und steigt auf eiwa 281,2 N/mm2 für gehärtetes Kupfer. Der erforderliche Formdruck hängt auch vom Maß der Härtung des Kupfers ab, das während der Güteverbesserung; gewünscht wird. Bei einer Anfangshärte von ir' 45 Brinell (500 kg Last) kann ohne Schwierigkeit eine Härte von 75 Brinell (500 kg Last) an der Innenfläche der Kokille erreicht werden, wenn der Sprengstoff ohne Abstandshaltung aufgebracht wird.
Unter den gleichen Umständen wird die Außenseite -" der Kokille auf über 100 Brinell (500 kg Last) gehärtet. Ein höheres Maß an Härte an den inneren Kokillenflächen kann gegebenenfalls durch Vorhärten dieser Flächen erreicht werden.
Der verwendete Sprengstoff soll eine relativ hohe -> Detonationsgeschwindigkeit aufweisen. Es muC eine Stoßwelle von solcher Größe entstehen, daß ein plastisches Fließen der Innenfläche der Kokille, die mit dem Dorn in Kontakt steht, erreicht wird. Die Stoßwelle muß mit einer viel höheren Geschwindigkeit als die -*< > Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schall durch die Flüssigkeit wandern, in die der Verband eingetaucht ist. Bei Wasser entspricht dies etwa 1500m/sec. Sprengstoffe, die eine Stoßwelie mit einer Geschwindigkeit von etwa 6000 m/sec ergeben, sind in Schnur- und Plattenform handelsüblich. Die zum Eintauchen des mit Sprengstoff ummantelten Verbandes verwendete Flüssigkeit ist vorteilhafterweise Wasser, und der Sprengstoff wird von einem Ende des Verbandes zum andern zur Detonation gebracht, um eine gleichförmig gerichtete Fortpflanzung der Explosion sicherzustellen. Die Detonation wird unter einer Flüssigkeit durchgeführt, um eine ausreichende Ausnützung der Explosivenergie zu bewirken und um Geräuschprobleme zu beseitigen. Ferner kann die Detonation in einer Grube ausgeführt 4"' werden, die unter dem Boden liegt, so daß die Explosivkräfte ohne weiteres aufgenommen werden können.
Der sprengstoffummantelte Verband ist mit Flüssigkeit ausreichender Tiefe zu bedecken, um eine 5(1 Orientierung der Explosivkräfte sicherzustellen. Allgemein hai sich nerausgesieili, daß eiiie Abdeckung in der Größenordnung von 60 cm Wasser oder mehr über dem Verband vorteilhaft ist, um eine Orientierung der Explosivenergie zu erreichen. "
Nach der Detonation wird der Verband herausgenommen, und die Kokille wird vom Formdorn abgezogen. Die Kokille kann außen nach Bedarf spanabhebend bearbeitet werden.
Beispiel I
Herstellung einer Vorblockkokille
Eine rechtwinklige Hülse aus gegossenem Kupfer mit einer Wanddicke von 38 mm und einer Länge von "1^ mm wurde locker über einen Stahldorn der gleichen Länge mit einem Querschnitt von 228 mm · 266,7 mm gesteckt. Abdeckplatten wurden an die Enden des Verbandes gesetzt, um den Kokillenhohlraum abzudichten und zu evakuieren. Vier Streifen handelsüblichen Sprengstoffs mit einem Gewicht von 2 g pro 6,45 cm2 und jeweils mit einer Breite von 28,5 mm und mit einer Länge von 711 mm wurden an den Ecken der Kokille mit einer Abstandshalterung aus Plattengummi von 3,1 mm angebracht. Zwei 711 mm lange handelsübliche Sprengstoffschnüre mit 60 Korn pro 30 cn wurden an beiden Seiten der Kokille zwischen den Ecken befestigt. Der Verband wurde in eine wassergefüllte Grube mit cm Wasser-Überdeckung getaucht. Die Explosivladung, die insgesamt 5560 Korn betrug, wurde von einem Ende der Kokille zur Detonation gebracht. Der Verband wurde aus der Grube genommen und nach Entfernung der Abdeckplatten ließ sich die Kokille leicht vom Dorn abziehen. Die Innenseite der Kokille hatte genau die Gestalt und die Oberflächengüte des Formdornes angenommen.
Beispiel Il
Herstellung und Güteverbesserung
von Knüppelkokillen
a) eine quadratische Kokille mit einer Länge von 813 mm aus gehärtetem Kupfer wurde lose über einen 133,35 mm großen quadratischen Dorn gleicher Länge gestülpt. Nach dem Anbringen der Abdeckplatten und nach dem Evakuieren des Innern des Verbandes, wie im vorstehenden Beispiel, wurden 32 Sprengstoffschnüre mit 16 Korn/30 cm jeweils mit einer Länge von 813 mm an einem die Kokille umgebenden Support angeordnet. 4 Sprengstoffschnüre wurden innerhalb des Supports an jeder Ecke mit einem Abstand zur Kokille von 3,1 mm angesetzt. 4 weitere Sprengstoffschnüre wurden außerhalb des Supports gegenüber jeder Flachseite mit einem Abstand von 7,9 mm zur Kokille angeordnet. Der Verband wurde dann eingetaucht, und der Sprengstoff wurde wie im vorstehenden Beispie! zur Detonation gebracht, wobei die Gesamt-Explosivladung 5125 Korn betrug. Der Formraum der auf diese Weise güteverbesserten Kokille erwies sich als ein genaues Gegenstück zürn Dorn hinsichtlich Gestalt und Oberflächenfinish.
b) Ein entsprechendes Verfahren wurde mit der nach a) hergestellten gebrauchten Kokille angewendet, um sie erneut in der Güte zu verbessern.
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von 28,5 mm · 813 mm angesetzt, der an jeder Ecke mit einer Gummiabstandshaltung von 3,1 mm angebracht wurde. Nur zwei Sprengstoffschnüre wurden an jeder flachen Seite der Kokille plaziert. Die Ergebnisse waren ebenfalls zufriedenstellend. Die Gesamtladung in diesem Falle betrug 5730 Korn.
c) Das Verfahren nach b) wurde unter Verwendung eines Dorns mit Abmessungen von 102 · 153 mm mit gekrümmten Flächen und entsprechend ausgebildeter Kokille mit einer Länge von 813 mm wiederholt, und zwar sowohl an neu vorgeformten als auch an gebrauchten Kokiller.. Die Ergebnisse waren wieder zufriedenstellend.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Anwendung des Verfahrens zur Explosivverformung eines rohrförmigen Hohlkörpers durch von außerhalb des Hohlkörpers einwirkende Explosionsenergie, wobei innerhalb des Hohlkörpers ein die Innenkontur des Hohlkörpers bestimmender Formdorn eingesetzt wird, Abdeckplatten mit Abdichtungen, die zwischen dem Hohlkörper und dem Formdorn einen evakuierbaren Formraum schaffen, und außerhalb des Hohlkörpers in Kontakt mit diesem oder in bestimmtem Abstand davon geeignete übliche Sprengstoffladungen angebracht werden, wobei sich dann zwischen der Sprengladung und dem Hohlkörper ein Übertragungsmittel für die Explosionsenergie befindet und der Hohlkörper mit der Sprengladung in eine Flüssigkeit eingetaucht und die Sprengladung gezündet wird, zur Güteverbesserung von auf übliche Weise hergestellten Rohrkokillen zum Stranggießen von Metallen.
2. Anwendung des im Anspruch 1 genannten Verfahrens zur Güteverbesserung von bereits im Betrieb benutzten Rohrkokillen zum Stranggießen von Metallen.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für den Zweck nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel Gummi ist.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Sprengstoff verwendet wird, der eine Detonationsgeschwindigkeit erzeugt, die wesentlich größer ist als die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, in welche der Hohlkörper mit der Sprengladung eingetaucht ist, für den Zweck nach Anspruch 1 oder 2.
5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Sprengstoff verwendet wird, der eine Detonationsgeschwindigkeit von etwa 6000 m/sec erzeugt und die Flüssigkeit, in welche der Hohlkörper mit der Sprengladung eingetaucht wird, Wasser ist, für den Zweck nach Anspruch 1 oder 2.
DE2452573A 1973-11-06 1974-11-06 Anwendung des Explosivverformens bei der Herstellung von Stranggießkokillen Expired DE2452573C2 (de)

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