DE2657207B1 - Verfahren zum stranggiessen von metall-legierungen, insbesondere messing- legierungen und stranggiess-kokille zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metall-Legierungen, die bei und kurz nach dem Erstarren zum Ausscheiden einer Komponente in Dampfform neigen, insbesondere von Messing-Legierungen, und eine Stranggießkokille zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Stranggießen derartiger Legierungen ist es schwierig, bei längerer Betriebsdauer einwandfreie Stränge zu erhalten. Es zeigen sich Risse und Rauhigkeiten an der Strangoberfläche und eine Durchmesserabnahme über die Länge des Stranges. Man führte diese Schwierigkeiten auf den Niederschlag der dampfförmig ausgeschiedenen Legierungskomponente auf der Kokillenwand zurück. Tatsächlich ist beim Stranggießen derartiger Legierungen eine durch Niederschläge aus dem glühenden Strang verursachte Bildung festhaftender Ansätze an der Kokillenwand zu beobachten, durch die der Auszugswiderstand für den zunächst noch an der Kokillenwand anliegenden Strang immer größer wird, so daß es in zunehmendem Maße zum Aufreißen und mehr oder weniger vollkommen Wiederzuschweißen der noch dünnen Gußhaut und zur Durchmesserabnahme des Stranges kommt.

Man ist daher — abgesehen von einem häufigen Kokillenwechsel — gezwungen, vor der weiteren Verarbeitung solcher Stränge eine mehrere Millimeter starke Schicht abzuschälen, was zusätzliche Arbeitskosten und Materialverlust verursacht.

Beim vertikalen Stranggießen mit ofenunabhängiger, also oben offener Kokille, konnte durch Aufgabe

ίο geeigneter Schmier- und Trennmittel auf den Metallspiegel die Bildung derartiger Ansätze einigermaßen unterbunden werden, so daß zumindest bei größeren Strangdurchmessern brauchbare Ergebnisse erzielt werden konnten.

Beim Stranggießen z. B. von Messing ist es auch bereits bekannt, den flüssigen Gießkopf in der vertikalen Kokille mit einem brennbaren Gas zu überziehen. Dazu wird ein Brenner verwendet, der einen Ringschlitz aufweist und über dem Gießkopf so angeordnet ist, daß das Gas als ununterbrochener Film gegen die Kokillenwand geleitet wird, um so eine die Oxidation der Metallspiegeloberfläche hindernde Schutzatmosphäre zu erzeugen. — HERRMANN, »Handbuch des Stranggießens«, 1958, Seite 433 und Bild 1469.

Ebenfalls zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Schutzatmosphäre ist einem anderen Vorschlag zufolge eine teilweise auseinandernehmbar, mit Schutzgas aus einem seitlichen Rohrstutzen beschickte Haube über Zuflußstutzen, Gießrinne und Kokille so angeordnet, daß auch beim Abheben eines Teils der Haube für die Zugänglichmachung der Gießrinne der Zuflußstutzen unter Schutzgas verbleibt. — a. a. O., Seite 434 und Bild 1470.

Es liegt auf der Hand, daß die vorstehend aufgezeigten Möglichkeiten auf das vertikale Stranggießen beschränkt bleiben müssen und für das horizontale Stranggießen, das aus Gründen der Bauhöheneinsparung und des zügigeren Arbeitsablaufes immer mehr den Vorzug erhält, nicht anwendbar sind.

Schließlich ist es auch schon bekanntgeworden, beim vertikalen Stranggießen mit ofenunabhängiger Kokille ein brennbares, kohlenstoffhaltiges Gas zwischen die frisch gebildete Gußhaut des erstarrenden Metalls und die Kokillenwand an einer Stelle unterhalb der Erstarrungsfront zusammen mit einer Luftmenge einzuführen, die für das Verbrennen des Gases nicht genügt, so daß als Folge unvollständiger Verbrennung Kohlenstoff zwischen der Gußhaut und der Kokillenwand niedergeschlagen wird und als Schmiermittel wirkt. Gemäß einer etwas anderen Arbeitsweise wird in den Raum zwischen den schrumpfenden Strang und die Kokillenwand ein Gas unter Druck zusammmen mit öl oder einem anderen Schmiermittel eingeführt, wobei als Gas ein Schutzgas, wie Stickstoff, oder Wasserstoff benutzt werden kann. Diesem Vorgehen liegt offenbar das Bestreben zugrunde, durch einen Schmierstoff- und gegebenenfalls Schutzgasmantel das erstarrende Metall, aber auch die Schmelze des Gießkopfes von der Kokillenwand fernzuhalten. Außerdem soll auch das Eindringen der Schlacke zwischen Metall und Kokillenwand verhütet werden. Um den dazu erforderlichen Druck aufrechtzuerhalten und auf jeden Fall das Gas nach oben zu lenken, ist am Ausgangsende der Stranggießkokille eine den Strang umschließende Ringdichtung vorgesehen — a. a. O., Seite 405 und 406 sowie Bild 1404 bis 1407.
Auch diese Maßnahmen lassen sich nicht auf das

Stanggießen mit horizontaler, ofenabhängiger Kokille übertragen. Es würde dabei Schmierstoff und Gas in die Schmelze gelangen und dort zu Kohlenstoffeinschlüssen, Verpuffungen und Gasblasenbildung führen mit der Folge, daß Einschlüsse, Lunker und Gasblasen bei 5 fortschreitendem Guß in den Strang abwandern würden. Ein einwandfreies Gußgefüge ließe sich nicht erreichen, so daß es dahingestellt bleiben kann, ob wenigstens eine saubere, rißfreie Strangoberfläche erzielbar wäre.

Somit verbleibt nach wie vor die Aufgabe, mit möglichst einfachen Mitteln ein bauhöhensparendes Verfahren zum zügigen Stranggießen von Metall-Legierungen der eingangs erwähnten Art, insbesondere von Messing-Legierungen, so zu gestalten, daß ein glatter, rißfester Strang von gleichbleibendem Durchmesser ohne Gasblasen, Lunker und störende Fremdeinschlüsse auch bei längerer Standzeit der Stranggießkokille erzielt wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird zwar ebenfalls ein Schutzgas in den Raum zwischen den schrumpfenden Strang und die Kokillen eingeleitet Erfindungsgemäß wird aber in der Weise vorgegangen, daß bei einer ofenabhängigen, horizontalen Stranggießkokille ein inertes Gas, wie Stickstoff oder Argon durch den Schrumpfspalt über die gesamte Strangoberfläche von der Stelle, an der sich der Strang soeben wenigstens in seinen äußersten erstarrten Schichten von der Kokillenwand abhebt, bis zum Ausströmen am Ausgangsende der Stranggießkokille geleitet wird. Dadurch wurde z. B. beim Stranggießen von Messing-Legierungen selbst ohne Zusatz weiterer Schmiermittel erreicht, daß sich auch bei längerer Betriebsdauer keinerlei festhaftende Ansätze an der Kokillenwand mit ihren schädlichen Folgen bilden.

Dieser nicht vorhergesehene Erfolg läßt sich dadurch erklären, daß es sich bei den bisher beobachteten Ansätzen nicht um einen metallischen Niederschlag der in Dampfform ausgeschiedenen Legierungskomponente, sondern vielmehr um einen Niederschlag von Metalloxid, z. B. also von Zinkoxid, handelt, der dadurch entsteht, daß Luft in den Schrumpfspalt eintritt und zur Oxidation des Metalldampfes führt Solche Metalloxidansätze, die gewöhnlich auch metallische Einschlüsse enthalten, sind außerordentlich hart und festhaftend und sind die Ursache für die geschilderten Unzuträglichkeiten beim Stranggießen der in Betracht gezogenen Legierungen, insbesondere beim Messing-Stranggießen. Durch die gemäß der Erfindung bewirkte Fernhaltung der Außenluft aus dem Schrumpfspalt kann keine Oxidation der ausgeschiedenen Legierungskomponente stattfinden, wodurch sich das Ausbleiben festhaftender Ansätze an der Kokillenwand erklärt

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Kokille ist mit in den Formhohlraum mündenden radialen Kanälen versehen, die über einen Ringkanal an eine Schutzgasquelle angeschlossen sind. Aus Fertigungsgründen und zur Verbilligung des Austausches beim Verschleiß besteht die feuerfeste Auskleidung aus zwei aneinander anstoßenden Teilabschnitten, wobei die Kanäle als radiale Rinnen in die ofenseitige Stirnfläche des strangausgangsseitigen Teilabschnittes der Kokillenauskleidung eingebarbeitet sind. Eine erhebliche Verbesserung der Haltbarkeit der Kokille wird schon dadurch erzielt, daß der ofenseitige Teilabschnitt der Auskleidung zwar aus Grafit, der ausgangsseitige Teilabschnitt jedoch aus einem verschließfesten Metall, an dem die in Dampfform ausgeschiedene Legierungskompontente nur wenig haftet, vornehmlich aus Molybdän oder hochkohlen stoffhaltigem Grauguß, besteht.

Um ein Zusetzen der radialen Kanäle zu vermeiden, ist für einen steilen Druckabfall in deren Mündungsabschnitt zu sorgen, was dadurch geschieht, daß die radialen Kanäle jeweils bei ihrer Einmündung in den Kokillenformraum eine höchstens einen Millimeter lange Verengung mit einem Querschnitt von höchstens 0,5 mm² aufweisen.

In der Zeichnung ist eine Stranggießkokille zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Kokille im Längsschnitt;

Fig. 2 dieselbe Kokille im Querschnitt nach II-II der

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit III der Fig.l.

An den Ofen 1 (an dessen Stelle selbstverständlich auch ein Zwischenbehälter od. dgl. treten kann) ist die Kokille 2 mittels Flansch 3 angeschlossen. Sie umfaßt weiterhin eine Büchse 4, einen Kühlmantel 5, einen ersten, dem Ofen zugewandten Teilabschnitt 6 der Auskleidung aus Grafit und einen zweiten, dem Strangausgangsende der Kokille zugewandten Teilabschnitt 7 aus hochkohlenstoffhaltigem Grauguß. In die Büchse 4 ist auf etwa die Mitte ihrer Länge ein Ringkanal 8 eingearbeitet, der durch eine Querbohrung 9 und eine Längsbohrung 10 an eine Leitung für inertes Gas (z. B. Argon oder Stickstoff) anschließbar ist. In die dem Ofen zugewandte Stirnfläche des zweiten, strangausgangsseitigen Teilabschnitts 7 der Auskleidung sind radiale, nutenartige Kanäle 11 gleichmäßig verteilt eingearbeitet, die an ihrer Einmündung eine höchstens einen Millimeter lange Verengung 12 mit einem Querschnitt von höchstens 0,5 mm² haben.

Während des Gießens wird durch die Bohrungen 9 und 10, den Ringkanal 8 und die radialen Kanäle 11 ein inertes Gas, z. B. Argon oder Stickstoff, in den Schrumpfspalt 13 zwischen dem wenigstens in seinen äußersten Schichten soeben erstarrten Strang 14 und die Innenwand des ausgangsseitigen Auskleidungsabschnittes 7 eingeführt. Dieses Gas strömt in Strangabgangsrichtung durch den genannten Spalt und tritt am Strangausgangsende der Kokille aus. Dadurch wird der Luftsauerstoff vom Spalt 13 ferngehalten, und der darin ausgeschiedene Metalldampf kann nicht oxidieren. Auch hat sich gezeigt, daß hierdurch nicht nur störende Ansätze an der Kokillen-Innenwand vermieden werden, sondern daß das dort schmelzflüssig niedergeschlagene Metall, also z. B. beim Messing-Stranggießen das Zink, noch als Schmiermittel wirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen von Metall-Legierungen, die bei und kurz nach dem Erstarren zum Ausscheiden einer Komponente in Dampfform neigen, insbesondere von Messing-Legierungen, bei dem Schutzgas in den Raum zwischen schrumpfendem Strang und Kokillenwand eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ofenabhängigen, horizontalen Stranggießkokille ein inertes Gas, wie Stickstoff oder Argon, durch den Schrumpfspalt über die gesamte Strangoberfläche von der Stelle, an der sich der Strang soeben wenigstens in seinen äußersten erstarrten Schichten von der Kokillenwand abhebt, bis zum Ausströmen am Ausgangsende der Stranggießkokille geleitet wird.

2. Stranggießkokille zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in den Formhohlraum mündende radiale Kanäle (11), die über einen Ringkanal (8) an eine Schutzgasquelle angeschlossen sind.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine aus zwei aneinanderstoßenden Teilabschnitten (6,7) bestehende feuerfeste Auskleidung, wobei die radialen Kanäle als Rinnen (11) in die ofenseitige Stirnfläche des ausgangsseitigen Teilabschnittes (7) der Auskleidung eingearbeitet sind.

4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ofenseitige Teilabschnitt (6) der Auskleidung aus Graphit, der ausgangsseitige Teilabschnitt (7) aus einem veschleißfesten Metall, an dem die in Dampfform ausgeschiedene Legierungskomponente nur wenig haftet, vornehmlich aus Molybdän oder hochkohlenstoffhaltigem Grauguß, besteht.

5. Stranggießkokille nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kanäle (11) an ihrer Einmündung in den Formhohlraum eine höchstens einen Millimeter lange Verengung (12) mit einem Querschnitt von höchstens 0,5 mm² aufweisen.