DE3718372A1 - Stranggiesskokille zum kontinuierlichen giessen von nichteisenmetallen - Google Patents
Stranggiesskokille zum kontinuierlichen giessen von nichteisenmetallenInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum
kontinuierlichen Gießen von Nichteisenmetallen aus einem ein
Kühlmittel führenden äußeren Metallmantel und einem inneren,
den Formhohlraum bildenden ein- oder mehrteiligen Graphit
körper.
Solche Stranggießkokillen sind seit langem bekannt ("Handbuch
des Stranggießens" von Dr. Herrmann, 1958, S. 592-598), sie
werden vor allem beim Gießen von Kupfer oder Kupferlegie
rungen eingesetzt mit dem Ziel, eine Reaktion des Gießwerk
stoffes mit dem Werkstoff der den Formhohlraum bildenden
Kokillenwandung zu vermeiden. Der Graphitkörper, oft auch
als Kokilleneinsatz bezeichnet, kann als zylindrischer Form
körper in einem äußeren z.B. aus Kupfer bestehenden Mantel
rohr eingepreßt oder eingeschrumpft sein, er kann aber auch
aus einzeln geschichteten Platten bestehen, die die Längs
und Querseiten eines rechteckförmigen Formhohlraumes bil
den. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform der Ko
kille ist für einen störungsfreien Gießbetrieb und die Er
zeugung fehlerfreier Gießprodukte entscheidend, daß die
formschlüssige mechanische Verbindung zwischen äußerem Kühl
mantel und innerem Graphitkörper gewahrt und der einwandfreie
Wärmeübergang zwischen dem Graphitkörper und dem Kühlmedium
zur Vermeidung von Wärmestaus sichergestellt ist.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch eine ordnungsgemäße
formschlüssige Einpassung des ggf. aus Einzelelementen be
stehenden Graphitkörpers in den umgebenden Kühlmantel sowie
der vorgeschriebene Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teil
len der Stranggießkokille zum Gießbeginn nicht immer aus
reichen, hochwertige Gießprodukte herzustellen. Dies gilt
insbesondere für alle die Fälle, bei denen Legierungen, be
sonders Kupferlegierungen, vergossen werden, die niedrig
schmelzende und verdampfende Legierungselemente als Bei
mengungen aufweisen. Hierzu gehört z.B. das Zink, das in
Kupferbasis-Legierungen, wie Messing, Neusilber u.ä. Legie
rungen enthalten ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Mög
lichkeit zu schaffen, die es gestattet, auch solche Legie
rungen zu Produkten hoher Qualität zu vergießen, die niedrig
schmelzende Beimengungen enthalten.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Strang
gießkokille gemäß der Erfindung dadurch, daß der Graphit
körper eine quer zur Gießrichtung wirkende Diffusionssperre
aufweist. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis,
daß die bei Schmelztemperaturen verdampfenden Elemente der
Beimengungen durch die Wandung des Graphitkörpers hindurch
diffundieren und auf der angrenzenden Metallfläche des
Kühlmantels, etwa einer Kupferplatte, sublimieren, d.h. un
mittelbar von dem gas- oder dampfförmigen Zustand in den
festen Zustand übergehen. Dieser Niederschlag führt mit
steigender Gießdauer zu einer wachsenden Verschlechterung
des Wärmeübergangs und dadurch zu fehlerhaften Gießproduk
ten, er bedeutet aber auch eine Gefahr für die formschlüssige
Verbindung von Graphitmantel und Kühlkörper, so daß mecha
nischen Verformungen des Graphiteinsatzes nicht ausgeschlos
sen werden können. Wird nun, wie nach der Erfindung vorge
sehen, eine Dampfdiffusion durch den Graphitkörper hindurch
zu den angrenzenden Metallflächen geringer Temperatur von
vornherein ausgeschlossen, ist ein störungsfreier Betrieb
der Anlage für beliebige Legierungen auf Nichteisenbasis
gewährleistet. Die Diffusionssperre im Graphitkörper selbst
hat nämlich zur Folge, daß die beim Stranggießen freiwer
denden Metalldämpfe auf einem Temperaturniveau gehalten wer
den, das eine Sublimation der Legierungselemente verhin
dert bzw. auf einen für den Betrieb vernachlässigbaren Wert
absenkt.
An sich ist zwar eine Gießform zum kontinuierlichen Gießen
eines Barrens bekannt, bei der auf der Graphitauskleidung
ein Metall galvanisch niedergeschlagen ist (DE-OS 21 06 634),
diese auf der dem Formhohlraum der Graphitauskleidung abge
kehrten Seite angeordnete Metallschicht, die unmittelbar an
den Kühlmantel angrenzt und somit auf dessen Temperaturni
veau gehalten wird, ist aber gerade nicht geeignet, eine
Sublimation von durch die Graphitauskleidung hindurchdif
fundierenden Metalldämpfen zu verhindern.
Eine Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, daß
die Diffusionssperre aus einer oder mehreren innerhalb des
Graphitkörpers oder der Auskleidung angeordneten Metall
folien besteht. Solche Metallfolien, etwa in einer Dicke
von 0,010 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,06 mm, schot
ten den dem Kühlmantel zugekehrten Bereich des Graphitkör
pers gegen eine Dampfdiffusion völlig ab. Die eingangs ge
schilderten Schwierigkeiten treten nicht mehr auf. Die
diffusionsdichte Folie kann aus beliebigem Metall herge
stellt sein, eine Kupferfolie hat sich jedoch, beispiels
weise aus Korrosions- und montagetechnischen Gründen, als
für die Zwecke der Erfindung als am vorteilhaftesten er
wiesen.
Besteht der Graphitkörper oder -einsatz nicht aus einem zy
lindrischen Formteil aus gepreßtem Pulvermaterial, sondern
aus quer zur Gießrichtung geschichteten Graphitplatten,
dann ist es in Weiterführung der Erfindung zweckmäßig, die
Metallfolie oder die entsprechenden Folien jeweils zwischen
zwei aneinander-grenzenden Graphitplatten anzuordnen. Aus
montagetechnischen Gründen kann es dabei von Vorteil sein,
wenn die Metallfolien durch einen Kleber in Lage gehalten
sind. Im Markt befindliche geeignete Kleber weisen die
hierfür notwendige Wärmeleitfähigkeit und Temperaturbe
ständigkeit auf.
Eine andere Möglichkeit, innerhalb des Graphitkörpers oder
der -auskleidung für eine Diffusionssperre zu sorgen, ist
in Durchführung der Erfindung die, wenn im Graphitkörper
Metallteilchen eingelagert werden. Diese Metallteilchen kön
nen im Graphit eingelagerte Metallspäne sein, aber auch ein
gelagertes Metallpulver oder entsprechendes Granulat kann
hier die Metalldämpfe hindern, in den Bereich des Kühlman
tels zu gelangen, um dort zu sublimieren.
Die Metallteilchen werden zweckmäßig mit pulverförmigem
Graphit zum einstückigen Graphitkörper oder zu einzelnen,
später zu einem einzigen Körper zusammenfügbaren Formtei
len, wie Platten, Halbzylindern und dergl. verpreßt. Dabei
kann es zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden
Aufgabe zweckmäßig sein, daß, bezogen auf den Querschnitt
des Graphitkörpers, die Metallteilchen mit dem Graphit in
Schichten oder Zonen verpreßt sind.
Die Diffusionssperre nach der Erfindung läßt sich je nach
den örtlichen Gegebenheiten und dem Aufbau der jeweiligen
Stranggießkokille an im Graphitkörper unterschiedlichen
Stellen oder in beliebigen Bereichen anordnen. Als be
sonders vorteilhaft hat es sich jedoch in Weiterführung des
Erfindungsgedankens erwiesen, die Diffusionssperre mindes
tens im ersten Drittel der Wanddicke des Graphitkörpers
oder -einsatzes, bezogen auf den Formhohlraum, anzuordnen.
Besteht beispielsweise der Graphitkörper aus zusammengefüg
ten Einzelplatten, dann wird man zweckmäßig so vorgehen,
daß mindestens die an den Formhohlraum unmittelbar angren
zenden Platten die Diffusionsschicht aufweisen bzw. bein
halten.
Die Überlegungen, die zur Erfindung geführt haben, bestehen
darin, einen Durchtritt der dampfförmigen Metalle durch
den Graphitkörper hindurch zu den Bereichen niedrigerer
Temperatur zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Diffusions
sperre, insbesondere in Form einer metallischen Folie führt
nun zu einer Anreicherung der Gase oder Dämpfe auf der dem
Formhohlraum zugekehrten Seite der Diffusionssperre. Abge
sehen davon, daß diese Gasansammlung in einem für eine Sub
limation noch nicht geeigneten Temperaturniveau einem wei
teren Nachschub flüchtiger Metalle aus der Schmelze Wider
stand entgegenbringt, kann man in einer weiteren Ausge
staltung der Erfindung auch Mittel vorsehen, die angesam
melten Gase oder Dämpfe ganz oder teilweise nach außen ab
zuführen. Geeignet hierfür sind z.B. in den Graphitkörper
eingepreßte oder zwischen die Platten eingelegte poröse
Keramikröhrchen.
Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 und 2 als Aus
führungsbeispiel dargestellten Stranggießkokille für das
Bandstranggießen von zinkhaltigen Kupferlegierungen näher
erläutert.
Mit 1 ist ein Warmhalteofen bezeichnet, der die zu vergießen
de Kupferlegierung als flüssige Schmelze 2 enthält. Am un
teren Teil des Warmhalteofens 1 befindet sich ein Auslaß 3,
der in die Kokille 4 mündet. Die Kokille 4 ist in üblicher
Weise mittels eines nicht dargestellten Kühlers mit Wasser
gekühlt, so daß die in der Kokille befindliche Schmelze er
starrt und der Strang im Zuge der Erstarrung weiterer nach
fließender Schmelze 2 kontinuierlich oder diskontinuierlich
aus der Kokille 4 mittels einer Zieheinrichtung 6 in Pfeil
richtung abgezogen werden kann. Mittels der Trennvorrichtung
7 kann der gegossene Strang 5 in Fertigungslängen zuge
schnitten werden.
In einem gegenüber der Fig. 1 vergrößerten Maßstab zeigt die
Fig. 2 einen Schnitt durch die Kokille 4. Innerhalb des Man
tels 8 läuft Kühlwasser 9 um, die entsprechenden Wasseran
schlüsse sind mit 10 und 11 bezeichnet. Der Graphiteinsatz
12, der z.B. aus einzelnen Graphitplatten aufgebaut ist,
ist in den Mantel 8 so eingepaßt, daß eine formschlüssige
Verbindung im Grenzbereich 13 zwischen dem Graphiteinsatz
12 und dem Mantel 8 besteht. Damit diese Verbindung auch im
Laufe des Betriebes nicht gelöst wird und zur einwandfreien
Kühlung des schmelzflüssigen Metalles 2 im Bereich der Ko
kille 4 die Wärmeabfuhr ungestört möglich ist, enthält der
Graphiteinsatz 12 die Diffusionssperre 14. Diese Diffusions
sperre, hier in Form einer durchgehenden Kupferfolie, ist
zweckmäßig, wie auch dargestellt, mehr im inneren Bereich
des Graphiteinsatzes 12 angeordnet. Damit befindet sich die
Diffusionssperre 14 auf einem gegenüber dem Grenzbereich 13
erhöhten Temperaturniveau, ein Niederschlag flüchtiger Me
talldämpfe aus der Schmelze 2 findet nicht oder nur in einem
für den Betriebsablauf unerheblichen Maße statt. Eine Dif
fusion der Metalldämpfe durch den Graphiteinsatz 12 hin
durch bis an den Grenzbereich 13 zwischen Einsatz und Man
tel 8 ist mit Sicherheit vermieden.
Die als Diffusionssperre wirkende Kupferfolie, aber auch jede
andere geeignete Metallfolie kann durch einen Kleber in Lage
gehalten werden. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist
nach der Erfindung die, daß die Graphitplatten, zwischen denen
die Metallfolie eingebracht ist, durch geeignete Schraubver
bindungen formschlüssig zusammengehalten werden.
Die im Betriebszustand dargestellte Kokille 4 zeigt bei 15
etwa den Bereich der noch im flüssigen Zustand befindlichen
Schmelze, bei 16 liegt der Bereich, in dem die Schmelze
schon teigig und bei 17 der Bereich, in dem die Schmelze
erstarrt ist, und demzufolge der Strang 5 aus der Kokille 4
abgezogen werden kann.
Claims (15)
1. Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Nicht
eisenmetallen aus einem ein Kühlmittel führenden äußeren
Metallmantel und einem inneren, den Formhohlraum bilden
den ein- oder mehrteiligen Graphitkörper, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Graphitkörper eine quer zur Gießrich
tung wirkende Diffusionssperre aufweist.
2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diffusionssperre aus einer oder mehreren innerhalb
des Graphitkörpers angeordneten Metallfolien besteht.
3. Stranggießkokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallfolie eine Dicke von 0,010 bis 0,1 mm, vor
zugsweise 0,02 bis 0,06 mm aufweist.
4. Stranggießkokille nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Metallfolie eine Kupferfolie ist.
5. Stranggießkokille nach Anspruch 2 oder einem der folgen
den, bei der der Graphitkörper aus quer zur Gießrichtung
geschichteten Graphitplatten besteht, dadurch gekennzeich
net, daß die Metallfolie(n) jeweils zwischen zwei aneinan
grenzenden Graphitplatten angeordnet ist (sind).
6. Stranggießkokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallfolie(n) durch einen Kleber gehalten ist
(sind).
7. Stranggießkokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Graphitplatten, zwischen denen die Metallfolie(n)
eingebracht ist (sind), durch geeignete Schraubverbindun
gen formschlüssig zusammengehalten werden.
8. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diffusionssperre aus im Graphitkörper eingelager
ten Metallteilchen besteht.
9. Stranggießkokille nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallteilchen im Graphitkörper eingelagerte Me
tallspäne sind.
10. Stranggießkokille nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallteilchen im Graphitkörper eingelagertes Me
tallpulver oder -granulat ist.
11. Stranggießkokille nach Anspruch 8 oder einem der folgen
den, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen mit
dem pulverförmigen Graphit verpreßt sind.
12. Stranggießkokille nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß, bezogen auf den Querschnitt des Graphitkörpers, die
Metallteilchen schichtweise mit dem Graphit verpreßt sind.
13. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder einem der folgen
den, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperre
mindestens im ersten Drittel der Wanddicke des Graphit
körpers, bezogen auf den Formhohlraum, angeordnet ist.
14. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder einem der folgen
den mit aus Platten bestehendem Graphitkörper, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens die an dem Formhohlraum
unmittelbar angrenzenden Platten die Diffusionssperre
aufweisen.
15. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder einem der folgen
den, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind,
die durch die Diffusionssperre in ihrer Bewegung quer
zur Gießrichtung behinderten Gase in Gießrichtung aus
dem Graphitkörper abzuführen.
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DE (2) | DE3718372A1 (de) |
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1987
- 1987-06-02 DE DE19873718372 patent/DE3718372A1/de not_active Withdrawn
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1988
- 1988-05-11 EP EP88107594A patent/EP0293647B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-05-11 DE DE8888107594T patent/DE3867127D1/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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EP0293647A3 (en) | 1989-10-11 |
DE3867127D1 (de) | 1992-02-06 |
EP0293647A2 (de) | 1988-12-07 |
EP0293647B1 (de) | 1991-12-27 |
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