DE2647300B2

DE2647300B2 - Stranggießkokille für Metalle

Info

Publication number: DE2647300B2
Application number: DE2647300A
Authority: DE
Inventors: Yoshinao Otsuka; Yuichiro Sato; Hirohiko Tokyo Takahashi; Yoshiki Toyama Tsukamoto
Original assignee: Taiheiyo Kinzoku Tokyo KK; Taiheiyo Kinzoku KK
Current assignee: Pacific Steel Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1975-10-21
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1981-04-23
Also published as: CH614872A5; DK144326B; FR2328535B1; BE847429A; LU76036A1; DE2647300A1; BR7606789A; IT1067711B; ZA765611B; JPS5250929A; GB1556020A; CA1054334A; AU499084B2; AT350208B; ATA772876A; ES452593A1; DK144326C; SE430132B; DE2647300C3; US4074747A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stranggießkokille für Metalle, bei denen die Differenz zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur über 100⁰C beträgt, mit einem Kühlmantel, in dem ein vorderer Kokillenteil aus einem anderen Werkstoff als Graphit und ein hinterer Kokillenteil aus Graphit eingesetzt ist, und wobei das vordere Kokillenteil über den Kühlmantel übersteht. Metalle, die eine große Differenz zwischen Schmelz- und Verfestigungstemperatur haben, sind beispielsweise weißes Gußeisen, hochlegiertes Spezial-Gußeisen. Schnelldreh-Werkzeugstahl, hochlegierte Kupferlegierung usw.

Das vertikale Stranggießen, bei dem ein geschmolzenes Metall direkt in eine wassergekühlte, metallische Stranggießkokille gegossen wird, wird im allgemeinen als Gießverfahren für solche metallischen Werkstoffe verwendet, die durch Abschrecken weniger geschädigt werden, wie gewöhnlicher Stahl, rostfreier Stahl usw. und es ist zur Massenproduktion geeignet. Im Gegensatz dazu wird das horizontale Stranggießen, bei dem eine Graphitkokille in einen Wasserkühler gesetzt wird, zum Gießen solcher metallischen Werkstoffe verwendet, die eine vergleichsweise niedrige Schmelztemperatur haben und die im geschmolzenen Zustand nicht mit Graphit reagieren.

Wenn ein Metall, das mit Graphit reagieren kann, unter Verwendung einer Graphitkokille gegossen wird, werden die mit dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommenden Teile der Graphitkokille erodiert, was eine erhebliche Verkürzung der Lebensdauer der Stranggießkokille zur Folge hat. Außerdem tritt während des Gießvorganges bei Verfestigung des geschmolzenen Metalls ein Hafteffekt auf, der innerhalb einer kurzen Zeit einen Bruch hervorruft oder ein Entfernen des verfestigten Metalls von der Form schwierig macht. Daher wird ein solches Gießverfahren für praktische Zwecke nicht verwendet. Außerdem glaubt man. daß es schwierig ist. Metalle strangzugießen, die eine große Differenz zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur haben, beispielsweise weißes Gußeisen, hochlegiertes Spezialgußeisen, Schnelldreh-Werkzeugstahl, Kupferlegierung mit hohem Kobaltgehalt, Kupferlegierung mit hohem Chromgehalt, Kupferlegierung mit hohem Zinngehalt usw., da in diesem Fall die gebildete verfestigte Schale schwach ist und das geschmolzene Metall eine geringere Beweglichkeit hat

ίο verglichen mit der Verwendung von Metallen, die eine kleine Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur haben.

Das Problem des schnellen Verschleißes von Graphitkokillen beim Stranggießen von Metallen bei hoher Gießtemperatur ist in der DE-AS 19 39 653 behandelt Dort wird bei einer mit einem Kühlmantel versehenen Stranggießkokille, deren vorderes Kokillenteil über den Kühlmantel überrteht, vorgeschlagen, das vordere Kokillenteil mit einer Innenverkleidung aus Metalloxyd oder hochschmelzenden Metallen zu versehen, so zum Beispiel mit einer Innenverkleidung aus Graphit mit Tonerde. Auf die besonderen Schwierigkeiten, die mit dem Stranggießen von Metallen mit einer großen Differenz zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur verbunden sind, wird dort jedoch nicht eingegangen.

Aus der DE-AS 20 25 764 ist eine direkt gekühlte Stranggießkokille bekannt, bei deren Anwendung der Abziehschritt des Stranges nicht länger als die Länge einer vorderen stark gekühlten Kokillenzone ist, die aus einem Material mit relativ hohem Wärmeübertragungskoeffizienten, zum Beispiel aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung besteht. Dieser Zone ist eine nicht gekühlte Zuflußdüse vorgeschaltet, die ihrerseits aus einem feuerfesten Material mit geringen Wärmeübertragungseigenschaften, wie Bornitrid besteht. Die Zuflußdüse hat einen kleineren Querschnitt als die eigentliche Kokille und wird durch verschiedene Bauteile am Kokilleneingang zentrierend festgehalten. Die bekannte Strangle gießkokille ist jedoch verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und trägt nicht den Besonderheiten Rechnung, die mit dem Stranggießen von Metallen mit hoher Differenz zwischen Solidus- und Liquidustemperatur verbunden sind. Weiterhin ist es aus »Herrmann, Handbuch des Stranggießens«, Seiten 399 und 400, bekannt, Zirkonborid, ggf. in Kombination mit Metall, keramischem Werkstoff oder Graphit als Material für Kokillenwandungen zu verwenden, weil es sich als widerstandsfähig gegen sauerstoffhaltige Metallschmelzen und starke Temperaturwechsel erwiesen hat.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stranggießkokille sowohl hinsichtlich ihres strukturellen Aufbaus als auch der verwendeten Materialien so zu gestalten, daß Metalle bzw. Metallegierungen mit hoher Differenz zwischen Liquidustemperatur und Solidustemperatur ohne Schwierigkeiten gegossen werden können und die Stranggieß-Kokille dabei eine lange Lebensdauer besitzt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke (b) des vorderen Kokillenteiles 5—20 mm beträgt, daß die Länge (a) des Überstandes gleich oder größer als die Stärke (b) ist, daß die Länge (e) des im Kühlmantel sitzenden Teiles des vorderen Kokillenteiles größer als eine Abziehschrittlänge ist und daß das vordere Kokillenteil aus einem Metallnitrid und/oder Metallborid besteht.

Durch Verwendung dieses feuerfesten Werkstoffs, das eine Schmierwirkung mit geringem Abrieb zeigt,

wird das Auftreten des Hafteffekts bei dem geschmolzenen Metall an der Kontaktstelle zwischen Stranggieß-Kokille und geschmolzenem Metall verhindert und ein Stranggießen des Metalls während dner langen Zeitdauer ermöglicht

Das vordere Kokillenteil aus feuerfestem Material ist vorzugsweise an dem Teil mit einer feuerfesten Halterung und einem metallischen Befestigungsteil umgeben, der in einen Gießbehälter vorsteh U in dem das vordere Kokillenteil mit dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommt, wobei das metallische Befestigungsteil außerdem an einem Wasserkühlmantel befestigt ist. um ein Brechen des vorstehenden Teils des vorderen Kokillenteils in dem Gießbehälter zu verhindern.

Die feuerfeste Halterung kann durch das metallische Befestigungsteil an dem vorderen Kokillenteil befestigt und das metallische Befestigungsteil seinerseits an dem V/asserkühlmantel befestigt sein.

Da Metallnitrid, Metallborid oder eine Zusammensetzung dieser Materialien im allgemeinen von einem geschmolzenen Metall nicht benetzt werden und eine ausgezeichnete Schmierwirkung mit geringem Abrieb zeigen, kann der verfestigte Strang mit niedriger Zugkraft abgezogen werden, und so tritt kein Reißen der verfestigten Schale des Strangs auf.

Dementsprechend wird für das Stranggießen eines geschmolzenen Metalls, das mit Graphit reagiert. Graphit mit einem Innendurchmesser, der uem des vorderen Kokillenteiles gleich ist und mit einer Härte, die der des feuerfesten Materials für den vorderen Kokillenteil gleich oder niedriger ist, nur noch als Werkstoff 1 für den hinteren Kokillenteil an der Auslaßseite der Stranggieß-Kokille verwendet.

Die Metalle mit einer großen Temperaturdifferenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur, zum Beispiel weißes Gußeisen, Fe-C—Cr-Legierung, Fe-C-W-Legierung, Fe-C—Mo-Legierung, Fe-C—Ti-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Co-Legierung, Cu-Sn-Legierung usw. sind, wie vorstehend ausgeführt, als ungeeignet zum Stranggießen angesehen worden, und es ist, insbesondere wenn die vorgenannten Metalle eine Temperaturdifferenz über 100⁰C zwischen Liquidus- und Solidustemperatur haben, die auf die chemische Zusammensetzung bei der Bildung einer eutektischen Reaktion zurückzuführen ist, schwierig, unter Verwendung einer herkömmlichen Stranggieß-Kokille das Stranggießen dieser Metalle gleichmäßig zu bewerkstelligen, da in einem solchen Fall die verfestigte Schale des gebildeten Stranges verhältnismäßig schwach ist und daher von der Kraft, die von der zum Abziehen des Stranges erforderlichen Kraft und von der durch die Reibung zwischen dem Strang It und der Stranggieß-Kokille hervorgerufenen Kraft gebildet wird, leicht aufreißen kann. Außerdem sind im Hinblick auf die Qualität der Gußstränge die Oberflächenqualitäi und die Innenqualität der auf herkömmliche Weise gewonnenen Stränge wesentlich niedriger, und zwar aufgrund der schwachen Fluidität der geschmolzenen Metalle in dem Temperaturbereich, in dem die Metalle im geschmolzenen Zustand sind. Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung überwunden.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen hervor.

Die Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt einer Ausführungsform der Stranggießkokille nach der Erfindung.

Wie in der Zeichnung dargestellt, sind ein vorderer Kokillenteil 1 aus feuerfestem Material mit einem Querschnitt D und ein hinterer Kokillenteil 2 aus feuerfestem Material vom Graphittyp in einen Wasserkühlmantel 3 eingesetzt, und das Ende der Laufseite des vorderen Kokillenteils 1 erstreckt sich über die rückwärtige Seite des Wasserkühlmantels 3 und ist an der Innenwand einer feuerfesten Halterung 4 angeordnet Die Halterung 4 ist durch ein metallisches Befestigungsteil 6 an dem vorderen Kokillenteil 1 und

ίο durch Klemmboizen 7 ferner an dem Wasserkühlmantel 3 befestigt Das äußerste Teil, das metallische Befesiigungstei! 6 der Stranggieß-Kokille, die, wie ausgeführt, der vordere Kokillenteil 1 aus feuerfestem Material, der hintere Kokillenteil 2 aus feuerfestem Material: den Wasserkühlmantel 3, die Halterung 4 und das metallische Befestigungsteil 6 umfaßt, ist in einem Befestigungsstein 5 eines Gießbehälters 8 »wasserdicht« eingesetzt
Die Verfestigung des Stranges beginnt an der Innenoberfläche des vorderen feuerfesten Kokillenteils 1 und ungefähr an der Kontaktstelle zwischen der feuerfesten Halterung 4 und dem Wasserkühlmantel 3. Während eines intermittierenden Abziehschrittes beim Gießen verschiebt sich die Lage des Teils S einer verfestigten Metallschale, die während der Unterbrechung des Abziehens gebildet wurde, in eine Lage S' nach dem nächsten Abziehschritt, wie dargestellt. Da die Kante der Schale S' stets in dem vorderen feuerfesten Kokillenteil 1 angeordnet ist, wird das geschmolzene Metall nicht in Kontakt mit dem hinteren feuerfesten Kokillenteil 2 gebracht. Die Verfestigung des geschmolzenen Metalls, dessen vordere verfestigte Schale in der Lage 5' ist, wächst während der unterbrochenen Ziehperiode bis zur Lage 5. Die Länge des vorderen feuerfesten Kokillenteils 1 soll eine Länge / des Kontaktteils zwischen dem vorderen feuerfesten Kokiilenteil 1 und dem Wasserkühlmantel 3 plus einer Länge a des vorstehenden Teils des Kokillenteils 1 sein, da es erforderlich ist, daß sich das vordere feuerfeste Kokillenteil 1 direkt vor dem Ziehen in der Seite des geschmolzenen Metalls über die Kantenlage der verlestigten Schale 5 erstreckt. Außerdem ist es erforderlich, daß die Länge / länger als eine Abziehschnittlänge oder zweckmäßig 1 bis 5mal so lang ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß sie wesentlich langer ist. Eine Abziehschnittlänge entspricht dem Abstand, der eine Abziehvorrichtung von einer Stoppstelie zur anderen zurückgelegt. Es ist ebenfalls erforderlich, daß die Länge a des vorstehenden Teils des vorderen

so Kokillenteils 1 gleich oder langer ist als die Wandstärke b des vorderen Kokillenteils 1. Wenn die Länge a des vorstehenden Teils des vorderen Kokillenteils 1 kürzer ist als die Wandstärke b, reicht die Verfestigung des geschmolzenen Metalls bis zum vorderen Ende des vorderen feuerfesten Kokillenteils 1, ruft eine Erhöhung des Abziehwiderstandes und Abrieb oder Brechen des vorderen Kokillenteils 1 am vorderen Ende sowie ein Reißen der verfestigten Schale des Stranges und das Auftreten eines Hafteffektes hervor, was einen Bruch zur Folge hat oder es schwierig macht, den Strang weiter abzuziehen. Es ist nicht erforderlich, daß die Länge a des vorstehenden Teils wesentlich langer ist. Die Stärke b des vorderen feuerfesten Kokillenteils 1 bv.'.rägt 5 — 20 mm. Wenn die Stärke der Stranggieß-Kokille größer als der vorstehend genannte Bereich ist, wird die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze gesenkt, was die Leistung an gegossenen Produkten reduziert, wogegen die Stranggieß-Kokille, wenn die

Stärke weniger als der oben genannte Wert ist, aufgrund schweren Abriebs nicht während einer langen Zeitdauer benutzt werden kann. Es ist erforderlich, daß die Länge m des hinteren Graphiikokillenteils 2 1 bis 4mal die Länge /des Kokillenteils 1 isi. Wenn die Lause ^ des Graphitteils 2 kürzer als der oben genannte Wert ist, wird kein ausreichender Kühleffekt erzielt, wogegen der Abziehwiderstand, wenn die Länge über dem vorstehend genannten Wert liegt, sich erhöht und dadurch die Lebensdauer der Stranggieß-Kokille verkürzt. Auße:rdem ist die Stärke 6'des hinteren Kokillenteils 2 nicht notwendigerweise gleich der Stärke b des feuerfesten Formteils 1, wenn jedoch die Stärke b' wesentlich niedriger ist als die Stärke b, wird die Lebensdauer der S'.ranggieß-Kokille durch schweren Abrieb verkürzt, wogegen der Kühlwert des geschmolzenen Metalls reduziert wird, wenn die Stärke b' wesentlich höher als die Stärke b ist.

Insbesondere beim Stranggießen mit horizontalen Stranggieß-Kokillen geschieht es oft, daß die Oberfläehe des gegossenen Materials uneinheitlich gekühlt wird, was ein örtlich uneinheitliches Abkühlen des Stranges hervorruft, das unweigerlich zu einem Meandereffekt im Strang führt. Der Meandereffekt bewirkt eine Biegekraft oder -wirkung auf die Stranggieß-Kokille. Wenn das Basisteil des vorstehenden Teils des vorderen Kokillenteils 1 der Stranggieß-Kokille nicht geschützt ist, bricht das Basisteil häufig, was ein Fortsetzen des Gießens schwierig macht. Diese Schwierigkeit kann vollständig ausgeräumt werden, indem das Basisteil des vorstehenden Teils des vorderen Kokillenteils 1 mit einer feuerfesten Halterung 4 umgeben wird, die mit Hilfe eines metallischen Befestigungsteils 6 an dem Basisteil befestigt ist, das seinerseits durch Klemmbolzen 7 am Wasserkühlmantel 3 befestigt ist.

Die Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Art des Guß-Werkstoffs:

Legiertes weißes Gußeisen.

Hauptsächliche chemische Zusammensetzungen des Gußeisens:

2.5% C. 0,5% Si, 0,5% Mn, und 2,5% Cr.
Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:

178 C(1301°C-1123°C).
Größe jedes Teils der Metallnitrid-Kokille:

a= 15 mm:6=10mm:

/= 100 mm und D=60 mm 0.
Größe jedes Teils der Graphit-Kokille:

f>'=8mm;/?7=200mmundD=60mm 0.

Abziehschnittlänge:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangdurchmesser:

50 mm

35 050 kg

123 Stunden + 30 Minuten

60,5 mm

Beispiel 2

Art des Guß-Werkstoffs:

13°/oiger Chromstahl.

Hauptsächliche chemische Zusammensetzungen des Stahls:

1.2% C. 0.5% Si. 0.6% Mn und 13% Cr.

Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur

230⁰C (1430⁰C-1200⁰C). Größe jedes Teils der Metallnitridform:

3 = 30 mm;i>= 15 mm;

/= 150 mm und D=40 mm χ 350 mm. Grn[<■■ ;-'He<: Teils der Graphitform:

i>'= IS mm; m = 300 mm und 0=40 mm χ 350 mm.

55

65 Abziehschnittlänge:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabmessung:

70 mm

32 800 kg

97 Std. + 50 Min.

352 χ 42 mm.

Beispiel 3

Art des Guß-Werkstoffs:

24 Cr-Gußeisen.

Hauptsächliche chemische Zusammensetzungen des Gußeisens:

2,3% C. 0,5% Si, 0,6% Mn und 24% Cr. Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:

Größe jedes Teils der Metallnitridform:

a = 25 mm; 6= 15 mm;

/= 160 mm und D= 80 mm 0. Größe jedes Teils der Graphitform:

£>'= 15 mm;/77=250 mm und D=80mm

Abziehschnittlänge:
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabmessung:

60 mm

28 200 kg

75 Std. + 30 Min.

80 mm □

Beispiel 4

Art des Guß-Werkstoffs:

Hochchromhaltige Kupferlegierung Hauptsächliche chemische Bestandteile der Legierung:

25% Cr und 75% Cu. Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:

324° C (1400° C - 1076° C). Größe jedes Teils der Metallnitridform:

a = 35 mm, i=18 mm; /= 180 mm und D= 90 mm 0. Größe jedes Teils der Graphitform:

ö'=18mm; m= 250 mm und D= 90 mm

Abziehschnittlänge.·
Chargengröße:
Chargendauer:
Strangabmessung:

80 mm

52 800 kg

148 Std. + 35 Min.

92 mm D

Beispiel 5

Art des Gut-Werkstoffs:

Grauguß.
Hauptsächliche chemische Bestandteile des Metalls:

3,2% C, 1,8% Si und 0,5% Mn. Differenz zwischen Liquidus- und Solidustemperatur:

137°C(1260°C—1123"C). Größe jedes Teils der Metallnitridform:

a = 25 mm; b= 15 mm;

/= !60 mm und D=80 mm 0. Größe jedes Teils der Graphitform:

ö'=15mm,m=250mmundD=80mm

Abziehschnittlänge:
Chargengroße:

75 mm 95 190 kg

Chargendauer: 167 Std. + 20 Min.

Strangabmessung: 82,5 mm Π.

Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind bei horizontalen, vertikalen oder schrägen Stranggießkokillen anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stranggießkokille für Metalle, bei denen die Differenz zwischen der Liquidustemperatur und der Solidustemperatur über 10O⁰C beträgt, mit einem Kühlmantel, in dem ein vorderer Kokillenteil aus einem anderen Werkstoff als Graphit und ein hinterer Kokillenteil aus Graphit eingesetzt ist, und wobei das vordere Kokillenteil über den Kühlmantel übersteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke (b) des vorderen Kokillenteiles (1) 5—20 mm beträgt, daß die Länge (a)des Überstandes gleich oder größer als die Stärke (b) ist, daß die Länge (I) des im Kühlmantel sitzenden Teiles des vorderen Kokillenteiles (1) größer als eine Abziehschrittlänge ist und daß das vordere Kokillenteil (1) aus einem Metallnitrid und/oder Metallborid besteht

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Halterung (4) aus feuerfestem Werkstoff, durch die die Länge (a) des vorderen Kokillenteiles (1) zentriert ist.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung, (4) in einem metallischen Befestigungsteil (6) sitzt, der am Kühlmantel (3) befestigt ist.