DE2555113A1

DE2555113A1 - Stranggiesskokille und verfahren zur begrenzung des widerstandes gegen waermedehnung der kokillenauskleidung

Info

Publication number: DE2555113A1
Application number: DE19752555113
Authority: DE
Inventors: Jun John Elliott Bower
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1976-06-16
Also published as: CA1062875A; BR7508089A; US3967673A; IT1051337B; GB1536676A; JPS5192730A

Description

Stranggießkokille und Verfahren zur Begrenzung des Widerstandes gegen Wärmedehnung der Kokillenauskleidung

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille mit einer Auskleidung und einer stählernen Stützplatte für die Auskleidung sowie zwischen der
Auskleidung und der Stützplatte vorhandenen Mitteln, die den Widerstand gegen Wärmedehnung auf ein Mindestmaß beschränken, und sie bezieht sich in diesem Zusammenhang auch auf ein Verfahren zur Reduzierung des Widerstandes gegen Wärmedehnung von Koki11enausklei düngen.

Eine herkömmliche Stranggießkokille ist ein doppelwand!ges, an beiden Enden geöffnetes Rohr verschiedenartigen Querschnitts. Die Innenwand oder Auskleidung der Kokille besteht gewöhnlich aus Kupfer, kann jedoch auch aus anderen Materialien gefertigt sein, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf-

Telefon (089) 281202

609825/0726

Telegramm: Lipatli München Bayer. Vereinsbank München, Kto.-Nr. 882 495 Postscheck München Nr. 163397-802

ο _

weisen. Die Außenwand der Kokille ist gewöhnlich aus Stahl gefertigt und dient mehreren verschiedenen Funktionen. Zunächst bildet sie den konstruktiven Körper, der aufgrund seiner Steifigkeit und Festigkeit in erster Linie dazu beiträgt, daß die Auskleidung ihre ursprüngliche, nicht verformte Gestalt beibehält. Desweiteren dient er als Mantel oder Hülse für Wasser, das zwischen ihm und der Auskleidung strömt und dazu dient, die Auskleidung zu kühlen und die Verfestigung des Gußkörpers zu beschleunigen.

Bei herkömmlichen Kokillenkonstruktionen sind die Auskleidung und die Stützplatte miteinander durch Stifte oder Schrauben verbunden, die an der Auskleidung befestigt sind und durch in der Stützplatte vorhandene Löcher hindurchragen. Die Muttern oder Stiftköpfe werden mit einem vorher bestimmten Drehmoment angezogen.

Wenn die Metallschmelze durch die Auskleidung hindurchgegossen wird, steigt die Temperatur der Auskleidung sehr viel stärker an als die Temperatur der Stützplatten. Die Auskleidung ist dabei bestrebt, sich zu verformen oder zu verwerfen, indem sie sich nach innen in bezug auf die Stützplatten ausbeult. Demzufolge kehrt die Auskleidung dann, wenn sich die Kokille abkühlt, nicht ganz in ihre ursprüngliche Form zurück, sondern bleibt tatsächlich etwas nach außen gebogen, wenn sie auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt worden ist. Diese Verwerfungen oder Verformungen in der Auskleidung erzeugen zwischen der Auskleidung und den Stützplatten eine Relativbewegung. Wenn die Auskleidung einer solchen Relativbewegung Widerstand entgegensetzt, so entstehen dauerhafte Verformungen und unerwünschte Wärmespannungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine verbesserte Stranggießkokille zu schaffen, die mit Mitteln versehen ist, durch die sich der Reibungskoeffizient erheblich gegenüber demjenigen reduzieren lässt, der sich ergibt, wenn Kupfer an Stahl anliegt. In diesem Zusammenhang soll die

- 3 609825/0726

erfindungsgemäße Stranggießkokille einen nur minimalen Widerstand gegen Wärmedehnung der Auskleidung aufweisen. Es soll aber auch ein Verfahren geschaffen werden, durch das sich der Reibungskoeffizient dadurch verringern lässt, daß zwischen die Stützplatten und die Auskleidung ein reibungsminderndes Material eingebaut wird, beispielsweise durch Sprühen oder in Form von Blechen oder Bändern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte, auseinandergezogene, perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Kokille,

Fig. 2 eine waagerechte Schnittansicht der doppelten Wand einer anderen Ausführungsform der Kokille,

Fig. 3 eine etwas übertriebene graphische Darstellung, aus der berechnete Verformungen eines senkrechten Schnittes einer Kokille ersichtlich sind, bei der einmal der Wärmedehnung Widerstand entgegengesetzt wird (durchgezogene Linie) und zum anderen die Wärmedehnung nicht behindert wird (strichpunktierte Linie), und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Reibungskoeffizienten von Kupfer, das direkt auf Stahl gleitet sowie von Kupfer, das auf dem erfindungsgemäßen reibungsmindernden Material gleitet.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Stranggießkokille. Diese Stranggießkokille ist der in der US-PS 3 709 286 dargestellten ähnlich und weist eine Innenwand oder Auskleidung 10 und eine Außenwand oder Stützplatte auf, die von stählernen Seitenplatten 12, Stirnplatten 13 und Eckstäben 14 gebildet wird. Die dargestellte Auskleidung ist eine einteilige Schweiß-

- 4 60982S/0 7 26

konstruktion und besitzt eine verhältnismäßig dünne Wand, die vorzugsweise 9,4 mm dick ist. Mehrere senkrechte Kanäle 15 sind in die inneren Oberflächen der Seitenplatten und Stirnplatten 12 bzw. 13 eingearbeitet, wodurch zwischen den Kanälen 15 Rippen 16 stehenbleiben. Die Kanäle 15 dienen als Durchgänge für umlaufendes Wasser zur Kühlung der Auskleidung 10. Die unteren und oberen Enden der Kanäle sind mit Wassereintrittsöffnungen und -austrittsöffnungen versehen, die in der üblichen Weise angeordnet, jedoch nicht dargestellt sind, da sie nicht zum Erfindungsgegenstand gehören. Eine Reihe senkrecht mit Abstand getrennter Zapfen 19 sind an die Auskleidung 10 angeschweißt. Die Seitenplatten und Stinrplatten 12 bzw. 13 sind mit öffnungen versehen, die durch ihre Rippen 16 hindurchgehen und zur Aufnahme der Zapfen 19 dienen. Auf die Enden der Zapfen sind auf der Außenseite der Platten 12 und 13 Muttern aufgeschraubt, um die Teile zusammenzuhalten. Die Eckstäbe 14 sind mit nicht dargestellten, Gewinde aufweisenden Verbindungselementen befestigt, um auf diese Weise eine transportable und torsionsstabile, zusammengebaute Kokille zu schaffen. Eine herkömmliche auf diese Weise zusammengesetzte Kokille weist statische und dynamische Reibungskoeffizienten von wenigstens 0,3 auf, die die zwischen den nicht gleichen Metallen der Auskleidung 10 und der Stützplatten 12 bzw. 13 stattfindende Relativbewegung behindern, wenn deren Oberflächen einander direkt berühren. Es versteht sich jedoch, daß die hier beschriebene Erfindung nicht auf die Anwendung bei dieser speziellen Stranggießkokille beschränkt ist.

Erfindungsgemäß wird nun eine Schicht aus einem reibungsreduzierenden Material 21, das einige spezifische Eigenschaften aufweist, zwischen die Oberfläche der Auskleidung 10 und die Oberfläche der Stützplatten 12 und 13 eingefügt. Das reibungsreduzierende Material 21 senkt den Reibungskoeffizienten, der der zwischen der Auskleidung 10 und den stählernen Stützplatten 12 und 13 stattfindenden Relativbewegung entgegenwirkt, auf einen Maximalwert von etwa 0,1. Somit kann sich die Auskleidung 10 in bezug auf die Stützplatten 12 und 13 leicht bewegen, wenn unterschied-

- 5 60982b/U'/*6

liehe Wärmedehnungen stattfinden, wodurch wiederum eine dauerhafte Verformung, verursacht durch Wärmespannungen der Auskleidung 10, vermieden wird. Die Oberflächen der Auskleidung 10 stehen mit den Oberflächen der Stützplatten 12 und 13 nicht in direkter Berührung. Insbesondere muß das reibungsreduzierende Material 21 einen Reibungskoeffizienten aufweisen, der erheblich geringer ist als der Reibungskoeffizient einer Kupferoberfläche, die auf der Stahloberfläche aufliegt. Auch sollte das reibungsreduzierende Material unter der Wirkung der zwischen der Auskleidung 10 und den Stützplatten 12und 13 stattfindenden Kühlwasserströmung nicht wandern. Gleichermaßen sollte das reibungsreduzierende Material 21 die Wärmeübertragung von der Auskleidung 10 auf das Kühlwasser nicht erheblich behindern. Dazu kommt, daß das reibungsreduzierende Material nicht weggeschliffen, weggequetscht oder auf andere Weise aus seiner Lage an der Grenzfläche zwischen Auskleidung 10 und Stützplatten 12 und 13 verdrängt werden darf oder an dieser Grenzfläche aufgrund der Kokillenmontage, des Wasserflusses, der Gleitwirkung oder aufgrund von Temperaturänderungen verformt werden darf. Das reibungsreduzierende Material 21 sollte auch in wirtschaftlicher Hinsicht die gestellten Anforderungen erfüllen und sollte darüberhinaus leicht und schnell angebracht werden können. Mit verschiedenen ausgewählten Materialien durchgeführte Versuche und aus mit Stranggießkokillen gemachten tatsächlichen Erfahrungen wurde festgestellt, daß Plastiküberzüge eines im allgemeinen bekannten Typs,"wie beispielsweise Teflon, die entweder in Form von Platten augeschraubt, in Form von Dispersionen aufgesprüht oder in Form von Klebstoffbändern aufgeklebt wurden, die oben gestellten Anforderungen erfüllen. Andere überzüge, zu denen Graphit und/oder Molybdändisulfid-Dispersionen gehören, erfüllen zwar auch die gestellten Anforderungen, sind aber aus anderen Gründen weniger zufriedenstellend.

Beim Zusammenbau einer Stranggießkokille werden daher die Stützplatten vorzugsweise auf der Kühlwasserseite mit dem reibungsreduzierenden Material 21 beschichtet, so daß dann, wenn die Auskleidung 10 an den Stützplatten

- 6 609825/0 7 26

angebracht wird, sie das reibungsreduzierende Material 21 berührt. Das reibungsreduzierende Material21, das einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,1 und geringer aufweist, setzt dann der wiederholten Wärmedehnung und Kontraktion der Auskleidung 10, die während des Stranggießens stattfinden, einen vernachlässigbar geringen Widerstand entgegen.

Die in Fig. 3 dargestellte ausgezogene Linie zeigt die berechneten Verformungen eines senkrechten Schnittes einer typischen Kokillenkonstruktion, wenn die Wärmedehnung behindert wird, wobei allerdings zur Verdeutlichung der zeichnerischen Darstellung ein übertriebener Maßstab gewählt wurde. Fig. 3 zeigt außerdem in strichpunktierter Linie die berechneten Verformungen für denselben Schnitt, wenn die Wärmedehnung ungehindert stattfinden kann, wenn also ein reibungsreduzierendes Material gemäß dem hier erfolgenden Vorschlag Verwendung findet, wobei allerdings auch in diesem Fall zur Verdeutlichung der zeichnerischen Darstellung der Maßstab übertrieben ist. Die in Fig. 3 dargestellten Verformungen sind die Verformungen aus der Ebene heraus oder Verformungen der Kupferauskleidung in den Kokillenhohlraum hinein. Figur 4 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bestimmung des Gleitwiderstandes durchgeführt wurden, der zwischen dem Kupfer und dem Stahl (Kurve A) ohne dazwischen befindliches reibungsreduzierendes Material auftritt, während die Kurve B sich ergab, als ein Überzug aus aufgesprühtem Teflon benutzt wurde. In beiden Fällen war die Kraft, die das Kupfer und den Stahl miteinander verklemmte gleich der Kraft, die beim Zusammenbau der Kokille verwendet wurde.

Ein Vergleich der relativ verformungsfreien Auskleidung, die durch die strichpunktierte Linie von Fig. 3 und die Kurve B von Fig. 4 dargestellt wird, mit dem Profil der Auskleidung 10, die durch die durchgehende Linie in Fig. 3 und die Kurve A in Fig. 4 dargestellt wird, lässt die Vorteile erkennen, die durch das Reibungsreduzierungsmaterial 21 erhalten werden.

- 7 609826/0 7 26

Die durchschnittliche Verschiebung der Auskleidung ohne das reibungsreduzierende Material beträgt etwa das Doppelte der Verschiebung der Auskleidung mit dem Reibungsreduzierungsmaterial. DarUberhinaus ist die lokale Verschiebung zwischen den Zapfen, wenn kein Reibungsreduzierungsmaterial Verwendung findet, etwa fünf bis sechs mal größer als bei Verwendung eines solchen Materials.

Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Erfindungsvorschlag für eine vierteilige Auskleidung 10 Verwendung findet. Die Auskleidung weist Endkörper 29 auf, die an die Innenflächen der Seitenkörper 30 anstoßen. Zwischen den Endkörpern 29 und den Stützkörper 31 sowie den Seitenkörpern 30 und Stützkörpern 32 wird Reibungsreduzierungsmaterial 21 angeordnet. Diese Konstruktion ermöglicht es, die Auskleidung in an sich bekannter Weise an das Gießen unterschiedlich großer Produkte anzupassen.

6 0 9 8 2 b/U 7 26

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1j Stranggießkokille mit einer mit offenen Enden versehenen Auskleidung aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, ferner mit Stützplatten aus einem anderen Metall, die die mechanische Festigkeit liefern, einer Vorrichtung, die die Stützplatten an der Auskleidung befestigt und einer Vorrichtung, die zwischen die Stützplatten und der Auskleidung Wasserumlaufkanäle bildet, wobei der statische und dynamische Reibungskoeffizient, der der Relativbewegung zwischen den Metallen der Auskleidung und der Stützplatten Widerstand entgegensetzt, wenn sich ihre Oberflächen direkt berühren, wenigstens 0,3 beträgt, gekennzeichnet durch ein zwischen den Oberflächen der Auskleidung(10)und der Stützplatten (12, 13) eingefügtes Mittel (21) zur Verringerung des der Relativbewegung entgegenstehenden Reibungskoeffizienten auf einen Maximalwert von etwa 0,1, so daß die Auskleidung (10) infolge unterschiedlicher Wärmedehnung leicht in bezug auf die Stützplatten (12, 13) bewegbar ist und eine dauerhafte Verformung sowie Wärmespannungen in der Auskleidung (10) vermeidbar sind.
2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen die Oberflächen der Auskleidung (10) und der Stützplatten (12, 13) eingefügte Mittel (21) Teflon ist.
3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen die Oberflächen der Auskleidung (10) und der Stützplatten (12, 13) eingefügte Mittel durch Aufsprühen auf die Stützplatten (12, 13) anbringbar ist.
4. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen die Oberflächen der Auskleidung (10) und der Stützplatten (12, 13) eingefügte Mittel (21) an den Stützplatten (12, 13) in Form eines Überzugs anbringbar ist.

609825/0 7 26 -9-
5. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen die Oberflächen der Auskleidung (10) und der Stützplatten (12, 13) eingefügte Mittel (21) an den Stützplatten in Form eines Bandes angebracht ist, das an die Stützplatten angeklebt ist.
6. Verfahren zur Verringerung des Widerstandes gegen Wärmedehnung in einer Stranggießkokille auf ein Mindestmaß, die eine mit offenen Enden versehene Auskleidung aus Metall hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, ferner Stützplatten aus einem anderen Metall, die mechanische Festigkeit erzeugen und an der Auskleidung befestigt sind, und mit einer Einrichtung zur Umwälzung eines Fluids zwischen den Stützplatten und der Auskleidung, wobei die statischen und dynamischen Reibungskoeffizienten, die der Relativbewegung zwischen den Metallen der Auskleidung und der Stützplatten, deren Oberflächen miteinander in Berührung stehen, Widerstand entgegensetzen, wenigstens 0,3 betragen, dadurch gekennzeichnet, daß ein überzug, der aus der aus Teflon, Graphit und Molybdändisulfid bestehenden Gruppe ausgewählt wird, entweder auf der Auskleidung oder der Stützplatte aufgebracht wird, um den die Relativbewegung behindernden Reibungskoeffizienten auf einen Maximalwert von etwa 0,1 zu senken, so daß sich die Auskleidung in bezug auf die Stützplatten bei unterschiedlicher Wärmedehnung leicht bewegen kann und dadurch der Widerstand gegen Wärmedehnung auf ein Mindestmaß beschränkbar ist, wodurch dauerhafte Verformungen und Wärmespannungen in der Auskleidung ebenfalls auf ein Mindestmaß reduziert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug auf die Stützplatten durch Aufsprühen aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug auf die Stützplatten in Form einer Tafel aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug auf die Stützplatten in Form eines Bandes aufgebracht wird, das auf die Stützplatten aufgeklebt wird.

609825/0 7 26

Leerseite