DE2930572A1

DE2930572A1 - Selbstschmierende stranggiesskokille

Info

Publication number: DE2930572A1
Application number: DE19792930572
Authority: DE
Inventors: Ken Nakai; Yasou Sugitani
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-07-28
Filing date: 1979-07-27
Publication date: 1980-02-07
Also published as: CA1142322A; SE7906401L; JPS5519428A; GB2027375B; FR2433382B1; IT7912691A0; GB2027375A; FR2433382A1; IT1124142B; JPS5714258B2; DE2930572C2

Description

- 3 Selbstschmierende Stranggiesskokille,

Die Erfindung betrifft eine selbstεchrrierende Kokille, insbesondere für das horizontale Stranggiessen und ein horizontales Stranggiessverfahren, unter Verwendung einer solchen Kokille.

Das horizontale Stranggiessverfahren hat eine Anzahl von Vorteilen gegenüber dem herkömmlichen vertikalen Stranggiessverfahren (einschliesslich dem Stranggiessen von unten)*

Dies sindt

a) Die Anlage hat eine stark verminderte Höhe, so dass der statische Druck der Stahlschmelze gering genug ist, um ein Aufweiten zu vermeiden, und es besteht keine Notwendigkeit, komplizierte Stützstrukturen für den Gusstrang vorzusehen. Aus diesem Grund werden die Kosten für die Anlage und deren Unterhaitürg erheblich reduziert.

b) Auf die erstarrende Haut wirkt ein konstanter statischer Druck der Stahlschmelze vom Einsetzen der Erstarrung an, wodurch eine gute Berührung zv/ischen der erstarrenden Haut und der Kokillenwand sichergestellt wird, um eine gleichförmige Aussenhaut zu erzeugen. Daher ist es möglich, runde Knüppel zu giessen, die auf diese Weise mit vertikalem Stranggiessverfahren nur schwer herstellbar sind.

c) Die Eingiesspfanne und die Kokille sind fest miteinander verbunden, so dass eine Berührung mit der Atmosphäre an dem Punkt der beginnenden Erstarrung ausgeschlossen ist, wodurch Fremdstoffe in der Pfanne schwimmen,und ein sauberes Gussstück hergestellt wird, das frei von Schlacken und Lunkern ist.

Andererseits sind zu erwartende Ilängel des horizontalen Stranggiessens die folgendem

a) Durch die Konstruktion,_Abei welcher die Pfanne und die Ko-

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kille einstückig verbunden sind, ergibt sich ein Problem im Hinblick auf das Verfahren ihrer Verbindung, insbesondere auf das feuerfeste Verbindungsmaterial.

b) Das Problem der sich von der Oberseite zum Boden des Gussstranges ändernden Qualität, insbesondere das Problem der Konzentration von Einschlüssen an der Oberseite des Gussstranges, und

c) die Schwierigkeiten der Schmierung.

Von diesen vorstehend behandelten Mängeln ist das Problem der Schmierung in der praktischen Anwendung des horizontalen Stranggiessens das Bedeutsamste.

Beim vertikalen Stranggiessen wird der Gusstrang kontinuierlich abgezogen, während die Kokille in Schwingungen versetzt wird, umdie sogenannte negative Verjüngung zu erzeugen,und dadurch das Anhaften äes G-usstückes an den Kokillenwänden zu verhindern. Auch wird ein Schmiermittel (ein im wesentlichen aus CaO und SiOp bestehendes Pulver oder Rübsamenöl) auf die freie Oberfläche der lletallschmelze aufgebracht, so dass es in den Spalt zv/ischen dem Gusstrang und der Kokille zu deren Schmierung fliesst. Aus diesem Grund sind Kupferkokillen üblicherweise mit Ni oder Cr plattiert, um den Reibungsverschleiss zu vermindern.

Im Gegensatz dazu bestehen beim horizontalen Stranggiessen, bei dem die Pfanne und die Kokille dicht miteinander verbunden sind, Schwierigkeiten, erstens die Form in Schwingungen zu versetzen, zweitens ein Schmiermittel von der Aussenseite her zuzuführen, drittens muss das Schmiermittel ein Feststoff sein, da ein flüssiges Schmiermittel in der Kokille in Berührung mit der eine hohe Temperatur aufweisenden erstarrten Haut verdampfen und expandieren würde, und viertens ist es selbst, wenn das Schmiermittel durch spezielle Anordnungen zugeführt würde, schwierig, es gleichmässig zu verteilen.

909886/0905 ORIGINAL INSPECTED

Aus diesen Gründen ist eine gleichförmige Schmierung ein grosses Problem beim horizontalen Stranggiessen,und daher wird beim horizontalen Stranggiessen entweder überhaupt kein Schmiermittel oder durch einen komplizierten Mechanismus zugeführt, wie er in der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 53-31524 beschrieben ist. Die Vorrichtung dieser vorstehend erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung führt unter Druck ein eine Schmierung bewirkendes Dichtungsmittel in eine Dichtungsnut zwischen einem Stopfen am vorderen Ende einer Zuführdüse und einer Kokillenwand ein und dichtet dabei den Spalt zwischen der Kokille und dem Stopfen ab,und gleichzeitig wird die Dichtungsflüssigkeit auf die Wandflachen der Kokille gebracht, wodurch eine geringe Menge von Schmiermitteln der in Schwingungen versetzten Kokille zugeführt wird.

Bei einem derartigen Schmiersystem ist es notwendig, den Spalt an der Kokillenwand so eng als möglich auszubilden. Y/enn dieser Spalt nicht entsprechend eingestellt ist, dringt Stahlschmelze während der Schwingbewegung der Kokille ein, wodurch gelegentlich das Brechen oder Reissen der erstarrten Haut verursacht wird. Die Schmierung ist begrenzt auf den Bereich der Schwingung (15 - 20 mm) und deckt nicht die gesamte Oberfläche der Kokillenwand ab. Ausserdem enthält das Dichtungsmedium zum Flüssigmachen eine geringe !.!enge von Flüssigkeit, die in Berührung mit dem G-usstrang verdampft. Dieses System kann daher keine gleichförmige Schmierung bewirken und erfordert einen komplizierten Schmiermechanismus.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine selbstschmierende Kokille zu schaffen.

Weiter ist es eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Kokille zu schaffen, die einen geringen Reibungskoeffizienten bei hohen Temperaturen hat.

Es ist ein Gegenstand der Erfindung eine Kokille zu schaffen,

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deren Innenflächen mit einer Plattierungsschicht abgedeckt ist, die ein mit abgeschiedenes Peststoff-Schmiermittel in gleichförmig verteilten Zustand enthält.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine selbstschrlsrende Kokille zu schaffen, die insbesondere für das horizontale Stranggiessen geeignet ist.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine selbstschmierende Kokille zu schaffen, die die Notwendigkeit der Zuführung von Schmiermitteln von aussen beim horizontalen Stranggiessen vermeidet.

Die Erfindung betrifft also eine selbstschmierende Kokille zur Verwendung beim Stranggiessen, insbesondere für das horizontale Stranggiessen, wobei die Kokille an ihrer Innenfläche mit einer Plattierungsschicht abgedeckt ist, die ein Peststoffschmiermittel (z.B. Graphitfluorid und Graphit) in gleichförmiger Verteilung enthält.

Die oben erläuterten und weitere Gegenstände und neuartige Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen trläutert. Dies ist jedoch ausdrücklich so zu verstehen, dass die Zeichnungen nur zur Illustration dienen und keine Definition des Schutzbereichs der Erfindung geben.

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 schematisch eine Ansicht einer horizontalen Stranggiesseinrichtung,

Pig. 2 in vergrössertem Hasstab eine Schnittansicht durch eine Kokillenwand,

Pig. 3 eine Darstellung der Llikrostruktur in einem Teil der Kokillenwand,

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INSPECTED

Pig, 4 ein Diagramm, welches die Y/erte des Abziehwiderstandes darstellt, die beim G-iessen von korrosionsbeständigem Stahl erreicht werden, und

Pig· 5 ein Diagramm, das die Werte des Reibungskoeffizienten zeigt.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung gezeigt, wie sie im allgemeinen für das horizontale Stranggiessen verwendet wird, wobei eine Pfanne 1 flüssigkeitsdicht mit einer Kupferkokille 4 durch ein feuerfestes Material 2 verbunden ist, und ein Kühlwassermantel 3 um die Kokille 4 vorgesehen ist. Mit 5 ist die Stahlschmelze bezeichnet und mit 6 die erstarrte Aussenhaut des Gusstranges. Bei dieser Anordnung ist die Pfanne 1 einstückig mit der Kokille 4 so verbunden, dass es schwierig ist, die Kokille in horizontaler Richtung in Schwingung zu versetzen oder von der Aussenseite ein Schmiermittel gleichförmig in die Kokille einzuführen. Daher ist die Zuführung eines flüssigen oder festen Schmiermittels in die Kokille von der Aussenseite, wie oben erwähnt, ohne Anwendung eines komplizierten Schmiersystems schwierig. Darüber hinaus ist auch eine gleichförmige Verteilung des zugeführten Schmiermittels in der.Kokille bei horizontalem Stranggiessen schwierig,und der Betrieb bringt infolge der ungleichförmigen Schmierung häufig Störungen mit sich.

Im folgenden wird nun die Erfindung in Verbindung mit Pig. 2 erläutert. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat der Kokillenkörper aus Kupfer eine Plattierungsschicht 7, die aus Cr, ITi oder Go oder Mischungen davon besteht. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet das Peststoff-Schmiermittel.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Peststoff-Schmiermittel in der Plattierungsschicht in verteiltem Zustand mit abgeschieden wird. Die Cr-oder lü-Plattierung hat bisher im wesentlichen dazu gedient, einen Reibungsverachleiss der.. Kupferkokille zu verhindern. G-emäss der Erfindung dagegen

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v/erden die Selbstschmiereigenschaften gleichzeitig mit der · Plattierung zur Verhinderung des Reibungüverschleisses aufgebaut. Eine Misch-Plattierungsschicht, welche ein oder mehrere Feststoff-Schmiermittel enthält, wird an der inneren zu plattierenden Fläche der Kupferkokille ausgebildet. Während des Giessens tritt das Peststoff-Schmiermittel aus und verteilt sich zwischen der Plattierungsschicht der Kokille und dem Guastrang, so dass der Reibungswiderstand vermindert wird und ohne Verwendung eines komplizierten Schmiersystems eine ausserordentlich gleichförmige Schmierung erreicht wird. Der Grad der Selbstschmierwirkung der Kokille kann durch Änderung des Volumenanteils des oder der Peststoff-Schmiermittel erreicht v/erden.

Beispiele für entsprechende Peststoff-Schmiermittel sind Graphit, Graphitfluorid, Molybdändisulfid und Bornitrid.

Vorzugsweise werden die Feststoff-Schmiermittel im wesentlichen im Bereich von 5 - 40 Vol.^ der Plattierungsschicht verv/endet. Ein Feststoff-Schniermittelgehalt von unter 5 Vol.^a ergibt eine unzureichende Schmierung, während eine Erhöhung des Feststoff-Schmiermittelgehalts über 40 Vol.!?i keine entsprechende Erhöhung des Schmiertifekts bewirkt und Schwierigkeiten in der Plattierungstechnik durch verstärkte Agitation mit sich bringt.

Die oben erwähnten Feststoff-Schmiermittel können einzeln oder in Kombination verwendet v/erden.

Die Plattierun sschicht, die das Feststoff-Schmiermittel enthält, kann aus wenigstens einer aus Ni, Cr und Co ausgewählten Hauptkomponente und einer,kleineren Komponente, wie P oder anderen Elementen bestehen (z.B. aus einer Verbindung von M-P).

Die Kokille besteht im wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.

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Vor dem Aufplattieren des Gemischs wird die Kokille mit Ausnehme der Innenfläche abgedeckt und nach einer Vorbehandlung eine zusammengesetzte Plattierungsschicht auf den unabgedeckten Innenflächen der Kokille mit einer Plattierungslösung aufgebracht, der das Feststoff-Schmiermittel zugesetzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Beispielen veranschaulicht.

Beispiel 1.

Dieses Beispiel betrifft die Ausbildung einer Plattierungsschicht auf Ni-Basis, in v/elcher Graphitfluorid in verteiltem Zustand mit abgesetzt wird.

1. Vorbehandlung.

Eine Kupferkokille mit 200 mm Durchmesser wurde mit einem Polyvinylchloridlack abgedeckt, mit Ausnahme der Innenfläche der Kokille, die mit der Stahlschmelze in Berührung kommt, und darauf wurde die Kokille sum Entfetten 40 Minuten in eine wässrige Lösung mit 50⁰C eingetaucht, die 50 g/l liatriumhydroxyd, 25 g/l Natriumcarbonat und 5 g/l eines anionaktiven Agens enthielt.

Nach Waschen mit Wasser wurde die Kokille dann einer elektrolytischen Entfettung in einer wässrigen Lösung mit pH 4 unterzogen, die 30 g/l llatriumhydroxyd, 150 g/l ITatriumorthosilikat und 10 g/l eines oberflächenaktiven iuittels enthielt, mit einer Kathodenstromdichte von 10 A/dm , zwei Minuten lang bei 60⁰C. Nach Waschen mit Wasser wurde die Kokille zur Aktivierung in eine 50Sitige wässrige Lösung von Schwefelsäure 10 Minuten lang bei Zimmertemperatur eingetaucht.

2. Misch-Plattierung.

Nach dem Waschen mit Wasser wurde die Kokille axt einer Kathodenstromdichte von etwa 2 A/dm für 40 Stunden bei 5O⁰C in . einer elektrolytischen ITi ekel lösung plattiert, die 300 g/l Nickelsulfat, 30 g/l Borsäure und 70 e/l Nickelchlorid und

- ίο -

1 g/l Saccharin enthält und in der 300 g/l Graphitfluorid "mit einer mittleren Teilchengrösse von 10"}«. suspendiert waren. Dabei wurde eine 500 μ/λ dicke Misch-Plattierungsschicht, die aus 83 Vol.# Ni und 17 Vol.$6 Graphitfluorid bestand, auf der nicht abgedeckten Innenfläche der Kokille ausgebildet. Nach Waschen mit Wasser und Trocknen wurde die Abdeckung aus Polyvinylchloridlack entfernt. Die sich ergebende Misch-Plattierungsschicht enthielt Teilchen von Graphitfluorid in gleichmassiger Verteilung, wie aus Pig. 3 zu ersehen ist.

Die auf diese Weise erhaltene Kokille wurde dann zum Giessen von Stahl(entsprechend der Bezeichnung SUS 304) gemäss Tabelle 1 unter den in Tabelle 2 dargestellten Bedingungen verwendet.

Im einzelnen wurde die auf diese Weise hergestellte Kokille mit einer Pfanne, wie in Fig. 1 gezeigt, verbunden und nach dem Eingiessen der Stahlschmelze-wurde der Gusstrang kontinuierlich oder intermittierend mit einer Kraft von 110 kg in einem extrem gleichförmigen Zustand abgezogen. Nach Abziehen über 1 Stunde zeigte eine Lies sung, dass die Plattierungsschicht in der Kokille eine Dicke von 450v\\u aufweist, ohne Spots, die den Gusstrang heiijnen würden, oder in denen das Basiskupfer freiliegen würde.

Tabelle 1

Stahl C	Si	1In P	S	Cr Ni
SUS 304 0.	06 0.50	1.55 0.020	0.004	18.40 9.20
Tabelle 2
	Länge der Kokille	Abziehgeschwin digkeit	Abzieh zeit
Innendurchm. der Kokille	700 mm	1.5 m/min	1.0 h	Giesstem- peratür
200 mm/	1500⁰C

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Beispiel 2. " ■·

Dieses Beispiel betrifft eine Plattierungsschicht auf Co-Basis, in welcher Graphit in verteiltem Zustand mit abgeschieden wurde.

Eine Kupferkol:ille mit 200 mm Innendurchmesser wurde in gleicher Weise, wie unter Ziff. 1 in Beispiel 1 vorbehandelt.

Nach dem Waschen mit Wasser wurde eine Misch-Plattierungslösung hergestellt durch Mischen von 200 g/l eines feinen Graphitpulvers mit 7^M- mittlerer Teilchengrösse und 2 g/l eines kationaktiven Mittels zu einer Co-Plattierungslösung, die enthielt 430 g/l Kobaltchlorid, 10 cm /l Salzsäure und 20 g/l Borsäure. Die Kokille wurde in der Misch-Plattierungslösung unter den !Bedingungen = pH 1, 6O⁰C, 3 A/dm und 40 Stunden plattiert. Damit wurde eine 500 '-«.'.vdicke Llisch-Plattierungsschicht mit 35 Vol.^o Co und 15 VoI.^ Graphit erreicht. Die Abdeckung aus Polyvinylchloridlack wurde nach 'Waschen mit Wasser und trocknen entfernt.

Die auf diese 7/eise erhaltene Kokille wurde zum horizontalen Stranggiessen verwendet und der G-usstrang wurde unter den gleichen Bedingungen, wie bei Beispiel 1, abgezogen. Der Abziehwiders tand betrug 120 kg.

Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften von Kokillen, die gemäss der Erfindung hergestellt wurden, einschliesslich der Kokillen der Beispiele 1 und 2, im Vergleich mit üblichen Gegenstücken.

Wie aus Tabelle 3 deutlich wird, erreicht der Abziehwiderstand mit der Kokille No. .21 mit Cr-Plattierung und der Kokille. ITo mit Ni-Plattierung 2500 kg bzw. 2000 kg, wodurch der Abziehvorgang ungleichförmig wird und durch Schwierigkeiten durch Festsetzen und Ausbrechen des Gusstranges gestört war.

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Tabelle 3.	Plattierung auf Basis	Feststoff- Schmier mittel	Dicke der Plattierung	Abzieh widerstand

Kokille	Ni	Graphit- fluorid	500 *w^	110 kg
Erfinduns;	tt	MoS₂	N	105
l(Beisp.l)	Il	BN	M	150
2	η	Graphit	It	120
3	Co	Graphit- fluorid	tt	130
4	It	MoS₂	It	140
VJI	ti	BN	ti	115
6	It	Graphit	tt	120
7	Ni+Co	Graphit* fluorid	Il	135
8(Beisp.2)	Il	MoS₂	Il	134
9	It	BN	It	145
10	tt	Graphit	Il	150
11	Ni+P	Graphit- fluorid	Il	120
12	Il	MoS₂	It	130
13	Il	BN	ti	115
14	Il	Graphit	η	105
15	Cr	Graphit- fluorid	η	104
16	tt	MoS₂	ti	125
17	Il	BN	H	115
18	Il	Graphit	It	140
19
20	f!P		It	2500 ,kg 2000 kg
Stand der Technik	Ni		ti

C. J- 22

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Beispiel 3«

Eine Kokille mit einer l'.L

G-raph.itfluo.rid wurde zur

in Tat eile 4 unten geze:. ·.

den in Fig. ^₁ dargestell *.- - . ' .

Abziehvorgang glatt und

zielikraft unter 0,5 t.

Zum Vergleich wurde eine reit Cr allein pla-i/{;;f.;-r!;e G-iessen von zwei Chargen unter det: g-leieheri reiiiii; wendet. Dieser Vorgang erforderte, wie iig. 4 ;is;L= ziehkraft über 1,0 t und ergab a:a Ende 3ruch uiiä ■ der erstarrten Aussenhaut.

Tabelle 4.

Innen j6 der Länge der AbEiehgeschv/in- Abaieiizeit G-iess-Kokille Kokille digiceit ' tenpera-

tur

200 mm 4 700 mm 1.2 m/min 30 min 1500⁰G

Fig. 5 zeigt die Werte der Reibungskoeffizienten der entsprechend den Plattierungsschweißen, die bei Raumtemperatur und bei 300 C gemessen wurden. Daraus wiru deutlich, dass die ITi- und Cr-Plattierung eine Erhöhung der Werte des Reibungskoeffizienten bei höheren Ttriperaturen mit sich bringt, während die Ni-Plattierung, die Graphitfluorid enthält, einen sehr geringen \7ert auch bei 300⁰C hat, wodurch sich eine ausreichende Schmierwirkung bei hohen Temperaturen ergibt.

Bei den vorstehenden Beispielen wurde die Kokille gemäss der Erfindung angewendet auf einen Stahl SUS 304, jedoch ist sie auch auf andere Stahlsorten, einschliesslich Kohlenstoffstahl» hochlegierten Stahl usw., anwendbar. Eer Durchmesser und die Länge der Kokille wird in Abhängigkeit von der Abmessung und der Form des herzustellenden Gusstranges bestimmt.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 40/4/Zi Sumitomo Metal Industries, Ltd., Osaka (Japan) Patentansprüche :

1. Selbstschmierende Kokille,

dadurch gekennzeichnet , dass ihre Innenfläche mit einer Uisch-Plattierungsschicht acgedeckt ist, die ein gleichförmig verteiltes festes Schmiermittel enthält.

2. Selbstschmierende Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Plattierungsschicht wenigstens ein oder mehrere Bestandteile enthält, die aus der Cr, Ni und Co enthaltenden '.7erkstoffgruppe ausgwählt sind.

3. Selbstschmierende Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierungsschicht eine nickellegierung enthält.

4« Selbstschmierende Kokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Ni-Legierung eine lii-P-Legierung ist.

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5. Selbstschmierende Kokille nach Anspruch 1, dad-urch gekennzeichnet, dasa das Peststoffschmiermittel wenigstens einen Anteil enthält, der aus der G-raphitfluorid, Graphit, Bornitrid und Kolybdändisulfid enthaltenden Werkstoffgruppe ausgewählt ist.

6. Selbstschmierende Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Plattierungsschicht ein Peststoffschmiermittel im Bereich von 5-40 Vol$ enthält.

7. Verfahren zum Stranggiessen,

dadurch gekennzeichnet , dass eirie selbstschmierende Kokille verwendet wird, deren Innenflächen mit einer Misch-Plattierungsschicht abgedeckt sind, die ein gleichförmiges verteiltes Peststoff-Schmiermittel enthält.

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