DE68905046T2 - Stranggiesskokille. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft das Stranggießen von Metall und insbesondere eine Stranggießkokille zum Gießen von Werkstücken in Form von dünnen Platten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Sowohl die EP-A-0 149 734 als auch die US-A-4 721 151 betreffen Stranggießkokillen, auf die sich die Erfindung bezieht. Beide Druckschriften offenbaren eine Stranggießkokille mit einem sich vom einlaßseitigen zum auslaßseitigen Ende der Kokille erstreckenden Hohlraum, dessen senkrecht zur Längsrichtung liegende Querschnittsfläche zwei im allgemeinen rechteckige Seitenbereiche aufweist, die durch einen zentralen Bereich voneinander getrennt sind. In der Längsrichtung des Hohlraums ist, am einlaßseitigen Ende beginnenden, der zentrale Bereich vergrößert und bildet einen Gießbereich, in den sich bei der Anwendung ein Zuflußrohr erstreckt.
• Gemäß der oben genannten EP-Druckschrift ist die Breite des zentralen Bereiches zwischen den zwei Seitenbereichen nicht konstant, und die Breite des Gießbereiches verringert sich erheblich entlang seiner Länge.
• Bei einer solchen Kokille werden Zugbelastungen auf die Grenzfläche zwischen flüssigem und festem Zustand im Inneren der Metallummantelung ausgeübt, wenn diese sich durch die Kokille nach unten bewegt. Diese Zugbelastungen können dann schädlich sein, wenn ihre Größe ausreicht, um die Korngrenzen zu öffnen, so daß der flüssige gelöste Stoff interdendritisch eindringt und eine nachteilige Segregation verursachen kann. Diese Banspruchungen können auch zu inneren Brüchen führen.
• Gemäß der obengenannten US-Druckschrift ist die Breite des mittleren Bereiches zwischen den zwei Seitenbereichen im allgemeinen konstant, und der Gießbereich ist genauso breit wie lang. Die gegenüberliegenden Wände des Gießbereiches, die die Seitenbereiche trennen, sind je doch entweder vollständig oder teilweise aus geraden flachen Wänden gebildet. Mann hat herausgefunden, daß der Einsatz von flachen Wänden den Bereich reduziert, in dem Strangdeformationen auftreten und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von zugbeanspruchungen in dem Strang vergrößert bzw. die zur Neutralisierung der Zugbeanspruchungen erforderliche Kompression erhöht.
• Erfindungsgemäß wird eine Stranggießkokille mit folgenden Merkmalen geschaffen: Einem sich in Längsrichtung von dem einlaßseitigen zu dem auslaßseitigen Ende der Kokille erstreckenden Hohlraum, dessen senkrecht zur Längsrichtung liegender Querschnitt zwei im allgemeinen rechteckförmige Seitenbereiche aufweist, die voneinander durch einen zentralen Bereich mit im wesentlichen konstanter, sich nicht verringernder Breite getrennt sind, wobei sich der zentrale Bereich in Längsrichtung des Hohlraums von seinem einlaßseitigen Ende aus vergrößert, um einen Gießbereich zu bilden. Insbesondere sind dabei die gegenüberliegenden Wände des Gießbereiches, der die Seitenbereiche trennt, vollständig gekrümmt, wobei sich über mindestens einen Teil der längsseitigen Erstreckung des Gießbereiches die Radien der Krümmung der gekrümmten Wände progressiv vergrößern.
• Unter der Gießkokille kann ein Sammelbereich vorgesehen sein, wobei sich der Gießbereich in den Sammelbereich erstrecken kann.
• Die Erfindung soll nun mit Bezug auf mehrere beispielhafte Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen beschrieben werden.
• Es zeigt:
• Fig. 1 und 2 schematische Teildarstellungen einer Stranggießkokille gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung von vorn und von der Seite;
• Fig. 3 und 4 schematische Teildarstellungen einer Stranggießkokille gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung von vorn und von der Seite; und
• Fig. 5 eine schematische seitliche Teildarstellung einer Stranggießkokille gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
• In den Figuren ist eine Stranggießkokille 1 zum Gießen von dünnen Metallplatten oder dicken Streifen gezeigt. Die Kokille besteht in bekannter Weise aus einer Kupferlegierung und wird in bekannter Weise durch nicht dargestellte Einrichtungen gekühlt.
• Bei jeder Ausführungsform erstreckt sich zwischen dem einlaßseitigen und dem auslaßseitigen Ende der Kokille ein Hohlraum 2. In der Kokille können sich auch weitere Hohlräume (nicht gezeigt) befinden. Die Kokille kann durch nicht gezeigte Einrichtungen in Richtung der Länge ihres Hohlraums in Schwingungen versetzt werden.
• Bei der Anwendung ist die Kokille über einem Auffangbereich 3 (Sammelbereich) angeordnet, der aus Gittern und Rollen 4 bestehen kann und die Gußplatte trägt, während sie abgekühlt wird und die Hülle der Platte sich verdickt. Eine feuerfeste Zuflußröhre 5 erstreckt sich in das einlaßseitige Ende des Kokillenhohlraums. Durch die Röhre wird geschmolzenes Metall in die Kokille eingeleitet.
• Bei jeder Ausführungsform enthält der Hohlraum 2 in Richtung seiner Breite zwei Seitenbereiche 7, die rechteckig sind, sowie einen zentralen Abschnitt 8, der im wesentlichen eine konstante Breite aufweist. Am einlaßseitigen Ende der Kokille ist der zentrale Bereich vergrößert, um einen Gießbereich zu bilden, der an die keramische Zuflußröhre 5 angepaßt ist, so daß ein geeigneter Zwischenraum zwischen den Kokillenwänden und dem Äußeren der Röhre 5 verbleibt. Zumindest ein Teil des vergrößerten zentralen Gießbereiches des Kokillenhohlraums bildet einen Deformationsbereich 9 zur Deformation des Teils der Hülle, der in diesem während der Bewegung in Abgaberichtung gebildet wird. Der Deformationsbereich ist in den Fig. 1 bis 4 schraffiert. In den Fig. 1 und 2 und bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich dieser bis zu einer Stelle oberhalb des bodenseitigen Auslaßendes der Kokille. Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich dieser bis zu dem auslaßseitigen Ende der Kokille. Der Deformationsbereich kann an dem einlaßseitigen Ende oder an einer demgegenüber einwärts verschobenen Stelle beginnen.
• Gemäß den Fig. 1 und 2 ist der zentrale Bereich 8 von gekrümmten Wänden umgeben. Die Bögen haben einen sich ständig vergrößernden Radius R, der bei der Tiefe L unendlich ist. Entlang des Abstandes l&sub1; von der Oberseite der Kokille bleibt der Radius bei einem Wert von R&sub1;, während er bei l&sub2; R&sub2; ist, wobei R&sub2; > R&sub1; ist, während die Länge der Sehne C konstant bleibt. In der Praxis verkürzt sich die Bogenlänge geringfügig, während die Sehnenlänge im allgemeinen konstant ist oder sich geringfügig vergrößert. Bei dieser Anordnung ist der Kokillen-Abgabebereich rechteckförmig und der aus der Kokille abgegebene Strang durch eine rechteckförmige erstarrte Hülle mit einem flüssigen Kern gebildet (Bezugsziffer 10). Bei einem solchen Aufbau ist der Übergangsbereich zwischen flüssigem und festem Zustand an der Stranghülle grundsätzlich kontinuierlichen Druckbeanspruchungen an den vertikalen Kanten des Hüllen-Deformationsbereiches 9 ausgesetzt. Wenn die Hülle durch die Kokillenwand abgekühlt wird, zieht sie sich zusammen, so daß eine Spannung in der äußeren Schicht entsteht. Entlang der unteren horizontalen Kante des Bereiches 9, wo der Radius R unendlich wird, bleiben die Spannungen als Druckspannungen bestehen, da der Übergang von dem gekrümmten zu dem flachen Bereich allmählich und kontinuierlich erfolgt.
• Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Anordnung weist einen Hüllen-Deformationsbereich 9 auf, der sich in den Sammelbereich 3 hineinerstreckt. Der Sammelbereich kann, wie gezeigt, eine Reihe von Rollen 4 oder ein Trägergitter und Rollen aufweisen, die entsprechend dem erforderlichen Radius profiliert sind, d.h. mit R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; usw., wobei R&sub3; > R&sub2; > R&sub1; ist.
• Das in die Kokille fließende Metall kann flüssig oder sowohl fest als auch flüssig sein. Wenn das Metall sowohl fest als auch flüssig ist (Metallschlamm), ergibt sich eine feinere Struktur mit kleinerer Körnung als bei einem Gießen bei Temperaturen oberhalb des Liquidus. Eine Struktur mit feinerer Körnung erfordert weniger mechanische Bearbeitung, um dem Endprodukt eine gewünschte Form zu geben. Ferner wird auch die Wahrscheinlichkeit interdendritischer Störungen, die zu einer nachteiligen Segregation führen, geringer.
• Die auf die Hülle ausgeübten Kräfte wirken im allgemeinen komprimierend und rühren von einer gleichförmig entlang eines oder mehrerer Bögen verteilten Kraft her, wobei die Enden der Bögen an den Stellen fixiert sind, an denen der sich ständig vergrößernde Radius auf die ebenen engen parallelen Enden stößt. Die Druckspannungen vermindern sich in dem Maße, wie sich die Kurvenradien vergrößern und sich die Anderungsrate verringert. Folglich hat die Hülle, ausgehend vom Gießspiegel (Meniskus), in dem zentralen Abschnitt 8 des Hohlraums zwei gegenüberliegende vertikale Bögen, deren Radien sich kontinuierlich über die Breite vergrößern, wobei sich die Breite nicht verringert, während der Strang durch die Rollen läuft. Die schmale Transportfläche, die benachbart zu dem Deformationsbereich liegt, fängt die von der Hüllendeformation resultierenden Kräfte auf.
• Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung beginnt der Deformationsbereich an dem einlaßseitigen Ende der Kokille und endet an einer über dem auslaßseitigen Ende der Kokille liegenden Stelle. Der Querschnitt des Gußteiles, welches das auslaßseitige Ende der Kokille verläßt, ist rechteckförmig mit einem pastenartigen Kern.
• Anstatt die Hülle vollständig zu einer rechteckförmigen flachen Form zu deformieren, kann sich der Strang mit einem dickeren zentralen Abschnitt auch vollständig verfestigen, bevor er vollständig oder abschließend durch Walzen zu einem rechteckförmigen flachen Teil umgeformt wird, dessen Dicke genauso groß oder kleiner ist, wie die Dicke der schmalen Kokillenenden. Vor dem Zerschneiden zu den üblichen Längen kann er auch geschmiedet werden.
• Die Strangführung unter der Kokille kann so angeordnet sein, daß sie entweder der Ausrichtung der Kokille folgt oder die Abgaberichtung ändert, wobei z.B. die Kokille vertikal und die Strangführung ebenfalls vertikal verlaufen kann, oder sie ist unmittelbar unterhalb oder ab einem bestimmten Abstand unterhalb des Gießspiegels entweder innerhalb oder außerhalb der Kokille gekrümmt.
• Das Zuführungsrohr kann aus irgendeinem feuerfesten Material bestehen. Diese Materialien haben verschiedene thermische Eigenschaften, die die Temperatur des flüssigen Metalls in der Nähe des Rohres sowie das Schmelzen des Kokillen-Schmiermittels und somit auch die Oberflächenqualität des Gußteils beeinflußen. Das Zuführungsrohr kann ebenfalls entlang seiner Länge oder über seine Dicke aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sein. In einigen Fällen kann dieses nachteilige Wirkungen haben, insbesondere wenn das Schmelzen des Schmiermittels verzögert wird oder wenn zwischen der Hülle und dem Rohr eine Überbrückung auftritt. Um dieses zu minimieren bzw. zu verhindern wird das Kokillenmaterial so gewählt, daß die thermische Leitfähigkeit des dem keramischen Zuführungsrohr benachbarten Bereiches verändert ist, um eine gegenüber anderen Teilen der Kokille abweichende Wärme-Ableitungsrate zu erzielen, so daß die Eigenschaften des Kokillenpulvers an der gesamten Kokille relativ konstant bleiben.
• In der Mitte jeder der längeren Wände des Kokillenhohlraums kann z.B. eine Einlage 16 (Fig. 1) angeordnet werden, deren Länge im wesentlichen der Länge des Zuführungsrohres entspricht. Die Einlage hat eine geringere thermische Leitfähigkeit als die übrigen Teile der Kokille, was dazu führt, daß das Metall dort heißer ist und die Hülle in der Umgebung des Zuführungsrohres dünner bleibt. Die Einlage kann eine Matrize aus Metall, wie z.B. Kupfer sein, die mit einem Keramikmaterial, wie z.B. Siliciumnitrid oder Bornitrid imprägniert ist.
• Die Ausdehnung der Breite des Kokillenhohlraums kann einstellbar sein. Die Wände der Kokille, die die Enden der Seitenbereiche 7 des Hohlraums abgrenzen, können z.B. aufeinander zu- und voneinander wegbeweglich sein, um somit die Länge der Seitenbereiche und damit die Breite des Stranggusses in der Kokille zu verändern.

Claims (8)

1. Stranggießkokille (1) mit einem Hohlraum (2), der sich in Längsrichtung von einem einlaßseitigen Ende zu einem auslaßseitigen Ende der Kokille (1) erstreckt und dessen zur Längsrichtung senkrecht liegende Querschnittsfläche zwei im wesentlichen rechteckförmige Seitenbereiche (7) aufweist, die voneinander durch einen zentralen Bereich (8) mit im wesentlichen konstanter Breite getrennt sind, die sich nicht verringert, wobei sich der zentrale Bereich in Längsrichtung des Hohlraums (2) von seinem einlaßseitigen Ende vergrößert, um einen Gießbereich zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Wände des Gießbereiches (8) , die die Seitenbereiche (7) trennen, vollständig bogenförmig sind, und daß die Kurvenradien (R, R&sub1;, R&sub2;) der bogenförmigen Wände über zumindest einen Teil der Längsrichtung des Gießbereiches progressiv anwachsen.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenradien (R, R&sub1;, R&sub2;) der bogenförmigen Wände von einer einwärts des einlaßseitigen Endes des Kokillenhohlraums (2) liegenden Stelle aus progressiv anwachsen.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Wände des Gießbereiches zumindest am einlaßseitigen Ende der Kokille (1) Einlagen (16) aus einem Material mit gegenüber dem Material der übrigen Teile der Kokille (1) geringerer thermischer Leitfähigkeit aufweisen.

4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (16) aus einer mit Siliciumnitrid oder Bornitrid imprägnierten Kupfermatrize bestehen.

5. Stranggießkokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung des Kokillenhohlraums (2) in Richtung seiner Breite einstellbar ist.

6. Stranggießkokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Schwingen der Kokille in einer Richtung parallel zur Länge des Kokillenhohlraums (2).

7. Stranggießkokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einem Auffangbereich (3) mit Einlaß- und Auslaßenden, wobei das Einlaßende des Auffangbereiches (3) an dem Auslaßende der Kokille (1) angeordnet ist und sich der Gießbereich der Kokille (1) in den Auffangbereich fortsetzt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenradien (R, R&sub1;, R&sub2;) der Wände des Gießbereiches der Auffangzone (3) an einer Stelle oberhalb des Auslaßendes des Auffangbereiches (3) ins Unendliche anwachsen.