WO2002100572A1 - Selbstzentrierender heisskopfring - Google Patents

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WO2002100572A1
WO2002100572A1 PCT/EP2002/006449 EP0206449W WO02100572A1 WO 2002100572 A1 WO2002100572 A1 WO 2002100572A1 EP 0206449 W EP0206449 W EP 0206449W WO 02100572 A1 WO02100572 A1 WO 02100572A1
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WO
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mold
heat
ceramic
ring
resistant
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Application number
PCT/EP2002/006449
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English (en)
French (fr)
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WO2002100572A8 (de
Inventor
Ulrich Schmidt
Original Assignee
Calsitherm Silikatbaustoffe Gmbh
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Publication date
Application filed by Calsitherm Silikatbaustoffe Gmbh filed Critical Calsitherm Silikatbaustoffe Gmbh
Publication of WO2002100572A1 publication Critical patent/WO2002100572A1/de
Publication of WO2002100572A8 publication Critical patent/WO2002100572A8/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D11/07—Lubricating the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D11/0401—Moulds provided with a feed head

Definitions

  • the invention relates to a device with a mold lined with at least one heat-resistant component for a continuous casting process with radial, ring-shaped openings, the heat-resistant component being such that, together with the mold, it provides an internal annular gap which, with the annularly arranged openings communicates.
  • the continuous casting process in vertical casting takes place on a fixed casting table above a so-called casting fountain.
  • Chill molds for continuous casting are mounted on a casting table.
  • the liquid non-ferrous metal e.g. an aluminum alloy.
  • sprue plates which are lowered into the well by a hydraulic system during the casting process and carry the metal bolts or bars that form over the entire casting distance, ie bolt lengths of up to over 7.
  • the mold is in the area of the liquid non-ferrous material due to a special component, which consists of a ceramic insulation material, which is preferably made on the basis of calcium silicate, or of another heat-resistant material, such as graphite, to protect the mold and the control the rate of solidification and microstructure insulation.
  • a special component which consists of a ceramic insulation material, which is preferably made on the basis of calcium silicate, or of another heat-resistant material, such as graphite, to protect the mold and the control the rate of solidification and microstructure insulation.
  • an air-oil sliding film is pressed between the mold wall and the solidifying outer skin of the non-ferrous metal bolt through an annular gap, depending on the kiokill system and the casting method according to the respective prior art.
  • Below this oil outlet annular gap there is a second
  • the insulating behavior of the ceramic insulating material used is of crucial importance for the quality of the solidifying outer skin of the non-ferrous metal bolt.
  • the slightest eccentric deviations in the fit between the mold and the ceramic component in the area of the annular gap lead to the uneven formation of the air cushion and oil lubricating film thickness, thereby changing the solidifying edge zone of the bolt surface.
  • the uniform annular gap in the area of the air-oil outlet is achieved in that the ceramic components with an extremely tight tolerance of e.g. Max. 0.1 mm to the outer mold wall are tolerated.
  • a vertical bore is therefore initially provided, which can be, for example, 14 meters deep.
  • a stamp for example 7 meters long.
  • the mold i.e. a metal mold
  • Liquid metal such as liquid aluminum
  • the stamp is moved from top to bottom.
  • the liquid aluminum gradually gets into the vertical hole.
  • the borehole is cooled from the outside with water, for example.
  • the liquid aluminum cools from the outside in and solidifies.
  • a mold according to the prior art known from public use has a lower annular part which is placed on the bore. At the top, the mold gradually changes into a central ring-like section.
  • the middle ring-like section has a smaller inner diameter compared to the lower section.
  • At the upper end of the central ring-like section there are a number of equally distributed openings.
  • An air-oil mixture is introduced into the bore through the openings.
  • the openings point into the interior of the ring.
  • the openings are located immediately below the upper end of the central annular part of the mold.
  • the openings are limited at the top by a film that is only 42 ⁇ m thick.
  • An upper annular section is located above the central annular section.
  • the upper section is separated from the middle section by a step.
  • the upper section has a larger inner diameter compared to the middle section and the lower section.
  • the ring shape of the upper section is laterally interrupted by a recess.
  • the liquid aluminum is introduced through the side reces
  • the lower component is a flat ring.
  • the outside diameter of this ring is at a distance of 1/10 millimeter from the inside diameter of the upper section of the mold.
  • the inner diameter of the ceramic component is smaller than the inner diameter of the central annular section of the mold.
  • the ceramic component has an annular projection on the underside. The outside diameter of the projection is slightly smaller than the inside diameter of the central section of the mold. If this first ceramic component is inserted into the upper section of the mold, the distance between the outer diameter of the annular projection and the inner diameter of the central section of the mold is 5/10 millimeters. So it arises annular gap through which the mixture containing the oil enters the bore.
  • the outer diameter of the ceramic ring is only a very small distance from the inner diameter of the upper section of the mold, so that the ceramic ring is centered in the interior of the upper section of the mold. This ensures that the gap is very uniformly thick. A uniform gap ensures that the bore is evenly supplied with oil and / or an oil film. A steady supply of oil is necessary in order to arrive at a qualitatively usable product. An uneven oil film would result in damage to the surface of the cast aluminum strand. The result would be a poor quality product. It should be borne in mind that with a reflective surface, which is generally required, even minimal dents and the like are visible and so the visual impression is adversely affected. In many areas in which the strand produced or products made from it are used, it is the visual impression that is decisive for the buying behavior.
  • the upper end of the ring is located above the bottom of the recess in the mold.
  • Another ring-shaped ceramic component is inserted into the upper section of the mold.
  • the further annular ceramic component has an interruption in the form of a recess.
  • the recess in the ceramic component is narrower than the recess in the upper section of the mold.
  • the height of the second ceramic ring with the recess is dimensioned such that it forms a lining for the upper section in the mold.
  • Additional ceramic components are provided in order to also line the feed into the mold with a ceramic.
  • the liquid metal introduced does not contact the metallic part of the mold.
  • the ceramic components separate the liquid metal from the mold and form thermal insulation with low heat conduction.
  • the ceramic in the prior art consists of calcium silicate, which is mixed with carbon fibers.
  • This material fulfills many requirements. It has a heat-insulating effect and is sufficiently shock-resistant to heat. However, the material cannot be heated higher than 600 degrees Celsius, otherwise the carbon fibers would burn. It is therefore not possible to pretreat the material sufficiently thermally. As a result, the material shrinks during use. The shrinkage is irreversible. This increases the play between the ceramic components and the mold. The bottom ceramic component in the mold is no longer properly centered. The above-mentioned disadvantages occur during operation. The ceramic component must then be replaced by a new one when a predetermined play is exceeded.
  • the known from the publication DE 199 283 00 Cl would come into consideration here. It consists of a calcium silicate matrix with a core silicate material embedded in it.
  • the robust silicate material • has a weight fraction of at most 15%.
  • the calcium silicate matrix also contains platelet-shaped material with a main dimension of 0.5-6 mm in a weight fraction of 5-30%.
  • the platelet-shaped material preferably consists of cordierite.
  • Another matrix-bound material is wollastonite sticks.
  • the pithy material is approximately spherical, e.g. Zirconium silicate.
  • the matrix preferably consists of dendritic xonotlite.
  • the thermal shock resistance extends to over 1,100 ° C.
  • the ceramic material expands. Since only the inside of the ceramic material comes into contact with the hot metal, a temperature gradient also arises in the ceramic material. The resulting mechanical stresses can cause damage due to the small tolerances.
  • the object of the invention is achieved in that the heat-resistant component and / or the shape are such that the heat-resistant component centers itself with a taper.
  • the demanding mold has inwardly annular openings through which an oil-containing mixture or pure oil is introduced during operation.
  • an annular entry gap can also be provided.
  • a heat-resistant, preferably a ceramic, component is provided, which is such that it provides an inlet gap together with the mold during operation, through which the oil or the oil-containing mixture enters the bores.
  • the entrance slit is ring-shaped.
  • the liquid thus enters the annular gap from the aforementioned openings in the mold, which is formed by the heat-resistant component and the mold.
  • the heat-resistant component and / or the mold are such that the heat-resistant component inserted into the mold centers itself. This centering is achieved by the heat-resistant component and / or the mold having an annular, inclined section.
  • the sloping section is thus funnel-shaped or -like. If the heat-resistant component is inserted into the mold, the funnel shape finally guides the heat-resistant component in such a way that the heat-resistant component is centered as a result.
  • the side walls between the mold and the heat-resistant component can have a relatively large distance from one another. This distance can be 5/10 millimeters, for example. It is therefore no longer necessary to maintain a distance of only 1/10 millimeter between the aforementioned walls, as in the prior art, in order to bring about the required centering.
  • the distance between the aforementioned walls is e.g. 5/10 millimeters, so it is easily possible to use the heat-resistant, e.g. ceramic, insert component into the mold. Due to the narrow tolerances, this was not the case with the aforementioned prior art. Expansions caused by thermal effects can no longer cause damage during operation, since there is a sufficient distance between the walls of the ceramic component and the walls of the mold. If a heat-resistant material is used that does not shrink during operation, the heat-resistant component can easily be removed from the mold for cleaning purposes. A distance of 5/10 millimeters between the side walls of the mold and the heat-resistant component has proven to be sufficient for this.
  • the heat-resistant, for example ceramic, component is such that the underside of the ceramic component sits on a corresponding step of the mold. This ensures with a vertical bore that the ceramic component also sits exactly horizontally. The exact location in the mold is necessary, since otherwise an uneven gap is created between the mold and the ceramic component, through which the oil-containing liquid is fed into the bore. An uneven gap would result in uneven lubrication. It is then not possible to produce aluminum strands with optically perfect surfaces.
  • the aforementioned funnel shape and the placement of the ceramic component on a projection of the mold are coordinated with one another in such a way that the placement takes place as soon as the centering has been completed. This can be achieved through a correspondingly precise production.
  • annular insert is provided which is inserted before the ceramic component is inserted into the mold.
  • the position of the annular insert is such that the centering is effected by the interaction of the ring and the funnel-shaped slope.
  • the ring-shaped insert consists of a material which is much more elastic than the ceramic or the metal of the mold. It has been shown that the accuracy of the centering can be improved by the provision of the annular insert. This is due to the fact that, due to the elasticity of the material, inaccuracies in production during ring-shaped use are compensated. These manufacturing accuracies do not play a role in centering, as practice has shown. A hard ceramic is also prevented from hitting a hard metal during centering.
  • the contact between the aforementioned two hard materials can cause grains to detach from the ceramic and reach the protrusion of the mold on which the ceramic component is placed. The granules then cause the ceramic component to slant. An uneven gap over which lubrication occurs would be disadvantageous.
  • the aforementioned annular insert is formed by a cord or an elastic ring with a troughed cross section.
  • the cord is placed in a circle in the mold and thus forms the ring-shaped insert.
  • Forming the ring-shaped insert by means of the cord has the advantage that the ring-shaped insert can be inserted into the mold without any problems.
  • the cord is pressed against the side walls of the mold.
  • the cord then lies firmly against the side walls of the mold. The firm concern is necessary for the centering to succeed properly. If the ring-shaped insert were not firmly attached to the side walls of the mold, the ring-shaped insert itself would not be centered securely.
  • the ceramic component could then be correctly centered relative to the annular insert, but play would remain relative to the mold. An uneven, eccentric gap with the described disadvantageous effects could arise in accordance with the game.
  • a plastic which is sufficiently resistant to the temperatures occurring there can be provided as the material for the annular centering insert.
  • the insert is advantageously made of silicone rubber.
  • the silicone rubber has the advantage of being flexible. The flexibility makes it easier to insert the ring-shaped centering insert into the mold.
  • a further annular ceramic component is inserted into the mold.
  • This additional ceramic component is used to line the side walls of the mold.
  • the area in which the liquid aluminum is introduced into the mold is lined by the ceramic components. It is thus avoided that the liquid metal comes into contact with the walls of the mold and this is isolated from the high temperature of the melt due to the low thermal conductivity of the ceramic material.
  • the walls of the funnel shape are designed in an arc shape.
  • the arch shape is adapted to the annular elastic centering insert, in particular if this is formed by a cord or a ring with a round cross section.
  • the entire funnel-shaped section does not have to have the arc shape.
  • the arch shape should only be provided where, in the inserted state of the ceramic component, the funnel-shaped section borders on the annular elastic insert.
  • further ceramic inserts are centered in the mold in the aforementioned manner.
  • the other ceramic components therefore also preferably have funnel-shaped bevels.
  • the mold can have the geometry described at the beginning. However, this geometry is only an example and is not a prerequisite for the invention. In principle, other geometries are possible. It is also not necessary to use a mold made of metal. Metal is currently preferred for manufacturing and cost reasons. Non-metallic materials that meet the requirements for the desired application and that have to be lined with heat-resistant components can alternatively be used.
  • Fig. 2 shows a section of a second embodiment of the centering
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the centering.
  • FIG. 1 shows a section through an embodiment of the mold lined with components made of a ceramic material of high temperature resistance and low thermal conductivity.
  • the mold has a lower annular part 1.
  • the mold goes up in steps into a central ring-like section 2.
  • the middle ring-like section 2 has a smaller inner diameter than the lower section 1.
  • At the upper end of the middle ring-like section 2 there are a plurality of uniformly distributed openings, the feed lines 3.
  • An air-oil mixture is introduced into the interior of the mold via the openings, the feed lines 3.
  • the openings 3 therefore open into the interior of the mold.
  • the openings 3 are located immediately below the upper end of the central annular part 2.
  • the openings 3 are delimited at the top by a correspondingly temperature-resistant metal foil 4, which is for example 42 ⁇ m thick.
  • An upper annular section 5 is located above the central annular section 2.
  • the upper section 5 is separated from the central section 2 in a step-like manner.
  • the upper section 5 therefore has a different inner diameter compared to the central section 2.
  • the inner diameter of the upper section 5 is also larger than the inner diameter of the lower section 1.
  • the ring shape of the upper section is laterally over part of its axial extent through a recess 6 interrupted. Since according to the representation. Fig. 1, the lateral recess 6 is not in the plane of the drawing, this was only shown in dashed lines.
  • the liquid aluminum is first introduced into the upper section 5 lined with ceramic parts via the lateral recess 6.
  • the mold is made of aluminum.
  • the lower component 7 is ring-shaped and relatively flat in comparison to the other ceramic component 8.
  • the outer diameter of the lower ceramic component 7 and of the upper ceramic component 8 are at a distance of 5/10 millimeters from the inner diameter of the upper section 5 of the mold.
  • the inner diameter of the lower ceramic component 7 is smaller than the inner diameter of the central annular section 2 of the mold.
  • the lower ceramic component 7 has an annular concentric projection on the underside. The outside diameter of the protrusion is slightly smaller than the inside diameter of the central section of the mold.
  • this lower ceramic component 7 is inserted into the upper section 5 of the mold, the distance between the outer diameter of the annular projection and the inner diameter of the central section 2 of the mold is 5/10 millimeters. This creates an annular gap 9 with a gap width of 5/10 millimeters.
  • the oil-air mixture introduced enters the gap 9 from the openings 3. From the gap 9, the oil-air mixture is passed down in the form of a uniform oil film and finally reaches the bore mentioned at the beginning.
  • the ceramic material from which the ceramic components 7, 8 are made is that known from the publication DE 199 283 00 Cl. It consists of a calcium silicate matrix with a core silicate material embedded in it. The robust silicate material has a weight fraction of at most 15%.
  • the calcium silicate matrix also contains platelet-shaped material with a main dimension of 0.5-6 mm in a weight fraction of 5-30%.
  • the platelet-shaped Material consists of cordierite.
  • the matrix consists of dendritic xonotlite.
  • the thermal shock resistance of the material is very high and reaches up to over 1,100 ° C. There is no irreversible shrinkage due to the heating during operation of this material.
  • the ceramic components can easily be removed from the mold without destruction, since the distance of 5/10 millimeters between the inner walls of the upper section 5 of the mold and the adjacent walls of the ceramic components 7, 8 is sufficiently large. If the mold has to be cleaned, the ceramic material does not have to be destroyed and can be used again. The components can also be easily removed so that the mold is not damaged. This results in considerable cost advantages.
  • the ceramic components 7, 8 have truncated cones 10 at their respective outer lower region. These are shaped. In interaction with the elastic centering cords 11, the taper automatically centers itself in the mold 5 due to the taper. If the ceramic component 7 or 8 with the centering ring 11 is inserted into the mold, the tapered shape of the lower section 10 causes an expansion of the Centering ring and its support in the mold 5, so that the ceramic component 7, 8 is centered therein. In contrast to In the prior art, the side walls between the mold 5 and the ceramic component 7, 8 can therefore have a relatively large distance from one another, since maintaining a small distance is not necessary for centering. This distance can therefore preferably be 5/10 millimeters.
  • the bottom of the lower ceramic component 7 rests on the step of the mold ring 2, which is bounded at the top by the metallic foil 4. This ensures that the ceramic component 7 sits exactly parallel to the step surface, ie to the film 4. With a vertical hole, this results in a horizontal position.
  • the aforementioned conical shape 10 in the case of the lower ceramic component 7 and the placement of the lower ceramic component 7 on the projection of the mold 2 are coordinated with one another in such a way that the placement takes place during insertion as soon as the centering has been completed. This is achieved through a correspondingly precise production.
  • Each ring-shaped insert 11 is formed by a cord made of silicone rubber.
  • the size and position of the ring-shaped centering inserts 11 is such that centering is effected by the interaction with the conical centering slopes 10.
  • Silicone rubber is a material that is much more elastic than the ceramic or metal of the mold. It has been shown that the provision of the annular insert due to the elasticity of the material compensates for manufacturing inaccuracies in the annular centering insert 11, usual manufacturing inaccuracies play no role in the centering, as practice has shown. Also, no hard ceramic hits hard metal in the mold during centering. Only at the end does the underside of the ceramic component 7 rest on the metal foil 4.
  • the flexible cord 11 is formed in a circular shape or placed as a circular ring in the mold and thus forms the annular centering insert.
  • the cord 11 is finally pressed against the side walls of the upper section 5 of the mold.
  • the cords 11 are then firmly against the side walls of the mold 5. The firm concern is necessary for the centering to succeed properly. If the ring-shaped insert were not tight against the side walls of the mold, the ring-shaped insert itself would not be centered securely.
  • the taper 10 can be made entirely or partially annularly convex.
  • the curvature of the hollow ring shape is advantageously adapted to the radii of the centering ring 11.
  • the toroidal shape improves the fit and thus the centering effect of the ring.
  • the upper annular ceramic component 8 has a recess 12.
  • the recess 12 in the ceramic component is smaller than the recess 6 in the upper section 5 of the mold.
  • this recess 12 of the ceramic component is indicated by a dotted line, since the recess is not in the plane of the drawing. Through the recesses 6 and 12 the liquid material gets into the lined interior of the mold.
  • the mold can be completely or partially closed at the top by a screwed-on lid or ring 13.
  • the external dimensions of the device are typically several 100 millimeters.
  • Tpy 1 Calcium silicate dried or pretreated at low temperature. This material initially has a reversible thermal expansion. After several castings, the material begins to shrink. This is particularly disadvantageous with larger bolt diameters and with some casting systems and can therefore only be recommended to a limited extent;
  • Type 2 The calcium silicate according to DE 199 28 300 AI can be pretreated at different temperatures as desired and necessary, so that the reversible thermal insulation is present. The long-term shrinkage, depending on the degree of heat treatment, is reduced or negligible;
  • Type 3 mostly heavy ceramic materials; they have only a reversible thermal expansion, practically no thermal shrinkage, but the disadvantage of having a very high energy consumption during casting due to the high specific weight. Examples of such ceramic materials are:
  • Fused silica amorphous fused silica
  • a centering cord with the circular cross section shown in FIG. 1 it is advantageously possible to use one which has a quarter square of a circular area in cross section. This cord thus has a right-angled cross-section with which it abuts the mold on the side and the bottom. The position of the cord is thus stabilized. Instead, a centering cord with a U-shape can be provided in the profile, which achieves an increased elastic effect.
  • Suitable materials for the sealing cord, the sealing ring 11, are those elastic materials which are still stable at the high temperatures given there. These are e.g.
  • plastics can be mixed with solids in the form of particles or fibers, e.g. filled with glass, carbon or asbestos.
  • Pure woven cords in braided form made from such fibers are also suitable as a sealing ring.
  • Plastic equipment of such cords with highly elastic plastic is very advantageous.
  • Metallic springs can also be used as centering elements.
  • the annular gap is formed in a metal disk with very finely milled channels 3, which is used instead of the metal foil 4.
  • Fig. 2 shows a conical taper 10 of the ceramic insert 7, with a centering cord 11 with a circular cross section.
  • FIG 3 shows a taper 10 with a toroidal recess and a centering ring 11 with a circular quadrant cross section.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer wenigstens einem hitzebeständigen Bauteil (7, 8) ausgekleideten Form (1, 2, 4, 5) für ein Stranggussverfahren mit radialen, kranzförmig angeordneten Öffnungen (3), wobei das hitzebeständige Bauteil so beschaffen ist, dass es zusammen mit der Form einen innen liegenden ringförmigen Spalt (9) bereitstellt, der mit den ringförmig angeordneten Öffnungen (3) in Verbindung steht, wobei das hitzebeständige Bauteil (7, 8) und/oder die Form (1, 2, 4, 5) so beschaffen sind, dass sich das hitzebeständige Bauteil (7, 8) mit einer Verjüngung (10) selbst zentriert.

Description

Selbstzentrierender Heißkopfring
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer wenigstens einem hitzebeständigen Bauteil ausgekleideten Form für ein Stranggußverfahren mit radialen, kranzförmig angeordneten Öffnungen, wobei das hitzebeständige Bauteil so beschaffen ist, daß es zusammen mit der Form einen innen liegenden ringförmigen Spalt bereitstellt, der mit den ringförmig angeordneten Öffnungen in Verbindung steht.
Das Stranggußverfahren im Vertikalguß erfolgt auf einem feststehenden Gießtisch oberhalb eines sogenannten Gießbrunnens. Auf einem Gießtisch sind Kokillen für den Strangguß montiert. Über ein Rinnensystem wird den Kokillen das flüssige NE-Metall, z.B. eine Aluminiumlegierung, zugeleitet.
Unterhalb der Kokillen befinden sich Angußplatten, die mit einem Hydrauliksystem während des Gießvorganges in den Brunnen abgesenkt werden und den sich bildenden Metallbolzen oder Barren über die gesamte Gießstrecke, d.h. Bolzenlänge von bis zu über 7 , tragen. Die Kokille ist im Bereich des flüssigen NE-Materials durch ein spezielles Bauteil, das aus einem keramischen Dämmstoff besteht, der vorzugsweise auf der Basis von Calciumsilicat hergestellt ist, oder aus einem anderen hitzebeständigen Werkstoff, wie z.B. Graphit, zum Schutz der Kokille und der Steuerung der Erstarrungsgeschwindigkeit und Gefügeausbildung wärmegedämmt. An der Uhterkante des Bauteils wird durch einen Ringspalt je nach dem Kiokillensystem und dem Gießverfahren nach dem jeweiligen Stand der Technik ein Luft-Öl-Gleitfilm zwischen die Kokillenwand und die erstarrende Außenhaut des NE-Metallbolzens gepreßt. Unterhalb dieses Olaustritt-Ringspaltes befindet sich ein zweiter Ringspalt zum Austritt eines Wasserkühlschleiers . Je nach Verfahren und Stand der Technik werden die Kokillen auch nur mit einem Öl-Gleitfilm und einer Kühlwassereindüsung betrieben.
Für die Qualität der erstarrenden Außenhaut des NE-Metallbolzens ist das Dämmverhalten des verwendeten keramischen Dämmstoffes, insbesondere die gleichmäßige Verteilung von Luft und Öl am gesamten Ringspalt, von ausschlaggebender Bedeutung. Geringste exzentrische Abweichungen der Sitzpassung zwischen der Kokille und dem keramischen Bauteil im Bereich des Ringspaltes führen zur ungleichmäßigen Ausbildung des anstehenden Luftpolsters und Öl- Gleitfilmdicke und verändern hierdurch die erstarrende Randzone der Bolzenoberfläche.
Nach derzeitigem Stand der Technik wird der gleichförmige Ringspalt im Bereich des Luft-Öl-Austrittes dadurch erzielt, daß die keramischen Bauteile mit einer extrem engen Toleranz von z.B. max. 0,1 mm zur äußeren Kokillenwand toleriert sind.
Für ein Strangußverfahren der eingangs genannten Art wird also zunächst eine senkrechte Bohrung bereitgestellt, die beispielsweise 14 Meter tief sein kann. In dieser Bohrung befindet sich ein Stempel von z.B. 7 Metern Länge. Am oberen Ende der senkrechten Bohrung befindet sich die Kokille, also eine Metallform. Über die Kokille wird flüssiges Metall, wie beispielsweise flüssiges Aluminium, in die Bohrung eingeleitet. Der Stempel wird von oben nach unten verfahren. Das flüssige Aluminium gelangt so nach und nach in die senkrechte Bohrung hinein. Die Bohrung wird auf diese Weise bis zu einer Tiefe von 7 Metern vollständig mit Aluminium ausgefüllt. Die Bohrung wird von außen beispielsweise mit Wasser gekühlt. Das flüssige Aluminium kühlt so von außen nach innen ab und verfestigt sich. Schließlich liegt ein Strang aus Aluminium vor, der zu Profilen weiterverarbeitet werden kann. Eine Kokille gemäß dem durch offenkundige Benutzung bekannten Stand der Technik weist einen unteren ringförmigen Teil auf, der auf die Bohrung aufgesetzt wird. Nach oben geht die Kokille stufenförmig in einen mittleren ringartigen Abschnitt über. Der mittlere ringartige Abschnitt weist einen kleineren Innendurchmesser gegenüber dem unteren Abschnitt auf . Am oberen Ende des mittleren ringartigen Abschnitts gibt es eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Öffnungen. Über die Öffnungen wird eine Luft-Öl-Mischung in die Bohrung eingeleitet . Die Öffnungen weisen in das Innere des Ringes . Die Öffnungen befinden sich unmittelbar unterhalb des oberen Endes des mittleren ringförmigen Teils der Kokille. Nach oben hin werden die Öffnungen durch eine Folie begrenzt, die lediglich 42 μm dick ist. Ein oberer ringförmiger Abschnitt befindet sich oberhalb des mittleren ringförmigen Abschnitts. Der obere Abschnitt ist vom mittleren Abschnitt durch eine Stufe getrennt . Der obere Abschnitt weist einen größeren Innendurchmesser im Vergleich zum mittleren Abschnitt und zum unteren Abschnitt auf. Die Ringform des oberen Abschnitts ist seitlich durch eine Ausnehmung unterbrochen. Über die seitliche Ausnehmung wird das flüssige Aluminium eingeleitet. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Kokille besteht aus Aluminium.
In den oberen Abschnitt der ringförmigen Kokille werden zwei aus Keramik bestehende Bauteile eingesetzt. Das untere Bauteil ist ein flacher Ring. Der Außendurchmesser dieses Ringes weist zum Innendurchmesser des oberen Abschnitts der Kokille einen Abstand von 1/10 Millimeter auf. Der Innendurchmesser des keramischen Bauteils ist kleiner als der Innendurchmesser des mittleren ringförmigen Abschnitts der Kokille. An der Unterseite weist das keramische Bauteil einen ringförmigen Vorsprung auf . Der Außendurchmesser des Vorsprungs ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts der Kokille. Wird dieses erste keramische Bauteil in den oberen Abschnitt der Kokille eingesetzt, so beträgt der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs und dem Innendurchmesser des mittleren Abschnitts der Kokille 5/10 Millimeter. Es entsteht so ein ringförmiger Spalt, über den die Mischung, die das Öl enthält, in die Bohrung gelangt.
Der Außendurchmesser des keramischen Ringes weist zum Innendurchmesser des oberen Abschnitts der Kokille lediglich einen sehr kleinen Abstand auf, damit der keramische Ring sich im Inneren des oberen Abschnitts der Kokille zentriert befindet. Hierdurch wird erreicht, daß der Spalt sehr gleichmäßig dick ist. Ein gleichmäßiger Spalt sorgt dafür, daß die Bohrung gleichmäßig mit Öl und/oder einem Ölfilm versorgt wird. Die gleichmäßige Versorgung mit Öl ist erforderlich, um zu einem qualitativ brauchbaren Produkt zu gelangen. Ein ungleichmäßiger Ölfilm hätte zur Folge, daß die Oberfläche des gegossenen Aluminiumstranges Schaden nehmen würde. Ein qualitativ minderwertiges Produkt wäre die Folge. Dabei ist zu bedenken, daß bei einer spiegelnden Oberfläche, die im allgemeinen gefordert ist, schon minimale Dellen und dergleichen sichtbar sind und so der optische Eindruck negativ beeinträchtigt ist. In vielen Bereichen, in denen der hergestellte Strang oder hieraus gefertigte Produkte eingesetzt werden, ist gerade der optische Eindruck für das Kaufverhalten entscheidend.
Ist der erste keramische Ring in die Kokille eingesetzt, so befindet sich das obere Ende des Ringes oberhalb des Bodens der Ausnehmung in der Kokille. In den oberen Abschnitt der Kokille wird ein weiteres ringförmiges keramischen Bauteil eingesetzt. Das weitere ringförmige keramische Bauteil weist eine Unterbrechung in Form einer Ausnehmung auf . Die Ausnehmung in dem keramischen Bauteil ist schmaler als die Ausnehmung im oberen Abschnitt der Kokille. Die Höhe des zweiten keramischen Ringes mit der Ausnehmung ist so bemessen, daß dieser eine Auskleidung für den oberen Abschnitt in der Kokille bildet. Weitere keramische Bauteile sind vorgesehen, um die Zuführung in die Kokille ebenfalls mit einer Keramik auszukleiden. Das eingeleitete flüssige Metall kontaktiert so nicht den metallischen Teil der Kokille. Die keramischen Bauteile trennen das flüssige Metall von der Kokille und bilden eine thermische Isolation mit geringer Wärmeleitung.
Gemäß offenkundiger Benutzung besteht die Keramik beim Stand der Technik aus Calciumsilicat, welches mit Kohlefasern versetzt ist. Dieses Material erfüllt viele Anforderungen. Es wirkt wärmeisolierend und ist gegenüber Hitze hinreichend schockbeständig. Das Material kann allerdings nicht höher als 600 Grad Celsius erhitzt werden, da anderenfalls die Kohlefasern verbrennen würden. Es ist also nicht möglich, das Material hinreichend thermisch vorzubehandeln. Dies hat zur Folge, daß das Material während des Einsatzes einem Schrumpf unterliegt. Der Schrumpf ist irreversibel. Hierdurch steigt das Spiel zwischen den keramischen Bauteilen und der Kokille. Das unterste keramische Bauteil in der Kokille wird nicht mehr richtig zentriert. Die oben genannten Nachteile treten während des Betriebes ein. Das keramische Bauteil muß dann durch ein neues ersetzt werden, wenn ein vorgegebenes Spiel überschritten ist .
Alternativ lassen sich andere keramische Materialien einsetzen, bei denen kein irreversibler Schrumpf durch den Betrieb verursacht wird. Insbesondere käme hier das aus der Druckschrift DE 199 283 00 Cl bekannte in Betracht. Es besteht aus einer Calciumsilicatmatrix mit darin eingebettetem kernigen Silicatmaterial. Das kernige Silicatmaterial weist • einen Gewichtsanteil von höchstens 15 % auf . In die Calciumsilicatmatrix ist außerdem plättchenförmiges Material mit einer Hauptabmessung von 0,5 - 6 mm zu einem Gewichtsanteil von 5 - 30 % eingebettet. Das plättchenförmige Material besteht bevorzugt aus Cordierit. Weiteres matrixgebundenes Material sind Wollastonitstäbchen. Das kernige Material ist annähernd kugelförmig, z.B. Zirkonsilicat . Die Matrix besteht bevorzugt aus dendritischem Xonotlit. Die Thermoschockbeständigkeit reicht bis über 1.100° C.
Wird ein keramisches Material verwendet, welches während des Betriebes nicht irreversibel schrumpft, so ist es aufgrund der geringen Toleranzen nicht mehr möglich, das keramische Material aus der Kokille zerstörungsfrei zu entfernen. Ist eine Reinigung der Kokille erforderlich, so muß das keramische Material zerstört werden. Dabei kann die Kokille selber beschädigt werden.
Gelangt das flüssige Material in die Kokille hinein, so dehnt sich das keramische Material aus . Da lediglich die Innenseite des keramischen Materials mit dem heißen Metall in Berührung kommt, entsteht im keramischen Material darüber hinaus ein Temperaturgradient. Die entstehenden mechanischen Spannungen können aufgrund der geringen Toleranzen Schäden herbeiführen.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kokille mit mindestens einer hitzebeständigen Auskleidung zu schaffen, mit der längere Betriebszeiten im Vergleich zum Stand der Technik möglich sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das hitzebeständige Bauteil und/oder die Form so beschaffen sind, daß sich das hitzebeständige Bauteil mit einer Verjüngung selbst zentriert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die anspruchsgemäße Kokille weist nach innen hin ringförmig angeordnete Öffnungen auf, über die ein ölhaltiges Gemisch oder reines Öl während des Betriebes eingeleitet wird. An Stelle mehrerer Öffnungen kann auch ein ringförmiger Eintrittspalt vorgesehen sein. Ein hitzebeständiges, vorzugsweise ein keramisches, Bauteil ist vorgesehen, welches so beschaffen ist, daß es während des Betriebes zusammen mit der Kokille einen Eintrittsspalt bereitstellt, über den das Öl oder das ölhaltige Gemisch in die Bohrungen gelangt. Der Eintrittspalt ist ringförmig. Die Flüssigkeit gelangt also aus den vorgenannten Öffnungen der Kokille in den ringförmigen Spalt hinein, der durch das hitzebeständige Bauteil und die Kokille gebildet wird. Das hitzebeständige Bauteil und/oder die Kokille sind so beschaffen, daß sich das in die Kokille eingesetzte hitzebeständige Bauteil selbst zentriert. Diese Zentrierung wird erreicht, indem das hitzebeständige Bauteil und/oder die Kokille einen ringförmigen, schräg verlaufenden Abschnitt aufweist. Der schräg verlaufende Abschnitt ist also trichterförmig oder -artig beschaffen. Wird das hitzebeständige Bauteil in die Kokille eingesetzt, so bewirkt schließlich die Trichterform eine Führung des hitzebeständigen Bauteils derart, daß hierdurch das hitzebeständige Bauteil zentriert wird. Im Unterschied zum Stand der Technik können die seitlichen Wände zwischen der Kokille und dem hitzebeständigen Bauteil einen relativ großen Abstand voneinander aufweisen. Dieser Abstand kann z.B. 5/10 Millimeter betragen. Es ist also nicht mehr erforderlich, zwischen den vorgenannten Wänden wie beim Stand der Technik einen Abstand von lediglich 1/10 Millimeter einzuhalten, um so die erforderliche Zentrierung herbeizuführen.
Beträgt der Abstand zwischen den vorgenannten Wänden z.B. 5/10 Millimeter, so ist es problemlos möglich, das hitzebeständige, also z.B. keramische, Bauteil in die Kokille einzusetzen. Aufgrund der engen Toleranzen war dies beim vorgenannten Stand der Technik nicht der Fall . Thermisch bedingte Dehnungen können während des Betriebes keine Beschädigungen mehr hervorrufen, da ein hinreichender Abstand zwischen den Wänden des keramischen Bauteils und den Wänden der Kokille besteht . Wird ein hitzebeständiges Material eingesetzt, welches durch den Betrieb nicht schrumpft, so kann das hitzebeständige Bauteil zum Zwecke der Reinigung problemlos aus der Kokille entfernt werden. Hierfür hat sich ein Abstand von 5/10 Millimeter zwischen den seitlichen Wänden von der Kokille und dem hitzebeständigen Bauteil als ausreichend erwiesen.
Das hitzebeständige, z.B. keramische, Bauteil ist in einer Ausführungsform so beschaffen, daß die Unterseite des keramischen Bauteils auf einer entsprechenden Stufe der Kokille aufsitzt. Hierdurch wird bei senkrechter Bohrung gewährleistet, daß das keramische Bauteil auch horizontal exakt sitzt. Die exakte Lage in der Kokille ist erforderlich, da anderenfalls ein ungleichmäßiger Spalt zwischen der Kokille und dem keramischen Bauteil entsteht, über den die ölhaltige Flüssigkeit in die Bohrung geleitet wird. Ein ungleichmäßiger Spalt hätte eine ungleichmäßige Schmierung zur Folge. Es ist dann nicht möglich, Aluminiumstränge mit optisch einwandfreien Oberflächen herzustellen.
Die vorgenannte Trichterform und das Aufsetzen des keramischen Bauteils auf einen Vorsprung der Kokille sind so aufeinander abgestimmt, daß das Aufsetzen stattfindet, sobald die Zentrierung abgeschlossen ist. Dies kann durch eine entsprechend genaue Fertigung erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein ringförmiger Einsatz vorgesehen, der vor dem Einsetzen des keramischen Bauteils in die Kokille eingesetzt wird. Die Lage des ringförmigen Einsatzes ist derart, daß durch Zusammenwirken des Ringes und der trichterförmigen Schräge die Zentrierung bewirkt wird. Der ringförmige Einsatz besteht aus einem Material, welches wesentlich elastischer als die Keramik oder das Metall der Kokille ist. Es hat sich gezeigt, daß durch das Vorsehen des ringförmigen Einsatzes die Genauigkeit der Zentrierung verbessert werden kann. Dies liegt daran, daß aufgrund der Elastizität des Materials Ungenauigkeiten bei der Fertigung beim ringförmigen Einsatz ausgeglichen werden. Diese Fertigungsgenauigkeiten spielen bei der Zentrierung keine Rolle, wie die Praxis gezeigt hat. Auch wird während der Zentrierung verhindert, daß eine harte Keramik auf ein hartes Metall trifft. Der Kontakt zwischen den vorgenannten beiden harten Materialien kann nämlich zur Folge haben, daß sich Körnchen von der Keramik lösen und auf den besagten Vorsprung der Kokille gelangen, auf dem das keramische Bauteil aufsetzt. Die Körnchen verursachen dann einen schrägen Sitz des keramischen Bauteils . Ein ungleichmäßiger Spalt, über den die Schmierung erfolgt, wäre nachteilhaft die Folge.
Sollte aus anderen Gründen ein Körnchen zwischen den besagten Vorsprung der Kokille und das keramische Bauteil gelangen, so kann das keramische Bauteil leicht wieder herausgenommen und der Vorsprung gereinigt werden. Wird der Abschluß des Vorsprungs durch eine sehr dünne Folie bewirkt, wie dies beim eingangs genannten Stand der Technik beschrieben wurde, so kann die Folie durch Staubkörner und dergleichen beschädigt werden. Da wie geschildert das Entstehen von Staubkörnern vermieden wird, werden durch diese Maßnahme Beschädigungen der Kokille herabgesetzt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der vorgenannte ringförmige Einsatz durch eine Schnur oder einen elastischen Ring mit gemuldetem Querschnitt gebildet. Die Schnur wird kreisförmig in die Kokille hineingelegt und bildet so den ringförmigen Einsatz . Den ringförmigen Einsatz durch die Schnur zu bilden hat den Vorteil, daß der ringförmige Einsatz problemlos in die Kokille eingesetzt werden kann. Ist die Endposition für den ringförmigen Einsatz erreicht, so ist die Schnur gegen die seitlichen Wände der Kokille gedrückt . Die Schnur liegt also dann fest an den seitlichen Wänden der Kokille an. Das feste Anliegen ist erforderlich, damit die Zentrierung ordnungsgemäß gelingt. Würde der ringförmige Einsatz nicht fest an den seitlichen Wänden der Kokille anliege, so wäre der ringförmige Einsatz selber nicht sicher zentriert . Das keramische Bauteil könnte dann zwar relativ zum ringförmigen Einsatz korrekt zentriert sein, aber relativ zur Kokille verbliebe ein Spiel . Es könnte ein entsprechend dem Spiel ungleichmäßiger, exzentrischer Spalt mit den geschilderten nachteilhaften Wirkungen entstehen.
Als Material für den ringförmigen Zentriereinsatz kann ein Kunststoff vorgesehen sein, der hinreichend resistent gegenüber den dort auftretenden Temperaturen ist. Vorteilhaft besteht der Einsatz aus Silikonkautschuk. Das Silikonkautschuk weist den Vorteil auf, flexibel zu sein. Die Flexibilität erleichtert das Einsetzen des ringförmigen Zentriereinsatzes in die Kokille.
Da es auf eine sehr gleichmäßige Schmierung für die Herstellung qualitativ hochwertiger Stränge ankommt, sind die einzelnen Bauteile, also Kokille, keramisches Bauteil und auch der ringförmige, elastische Zentriereinsatz, sehr genau zu fertigen. Fertigungstoleranzen von mehr als 1/10 Millimeter sollten nicht überschritten werden. Lediglich beim ringförmigen Einsatz spielen wegen seiner Elastizität Fertigungstoleranzen keine so große Rolle.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine weiteres ringförmiges keramisches Bauteil in die Kokille eingesetzt. Dieses zusätzliche keramische Bauteil dient der Auskleidung der seitlichen Wände der Kokille. Der Bereich, in den das flüssige Aluminium in die Kokille eingeleitet wird, wird durch die keramischen Bauteile ausgekleidet. Es wird so vermieden, daß das flüssige Metall mit den Wänden der Kokille in Kontakt kommt und diese aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffes von der hohen Temperatur der Schmelze isoliert ist.
Natürlich kommt es nicht darauf an, die Auskleidung mit nur zwei keramischen Bauteilen zu bewirken. Grundsätzlich könnten auch mehrere Bauteile für diesen Zweck eingesetzt sein. Es empfiehlt sich jedoch, die Auskleidung mit möglichst wenigen keramischen Bauteilen zu bewirken, um so die Zahl der Fugen, durch die das flüssige Metall zur Kokille gelangen könnte, klein zu halten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wände der Trichterform bogenförmig ausgestaltet. Die Bogenform ist an den ringförmigen elastischen Zentriereinsatz angepaßt und zwar insbesondere, wenn dieser durch eine Schnur oder einen Ring mit rundem Querschnitt gebildet wird. Dabei muß nicht der gesamte trichterförmige Abschnitt die Bogenform aufweisen. Die Bogenform soll lediglich da vorgesehen sein, wo im eingesetzten Zustand des keramischen Bauteils der trichterförmige Abschnitt an den ringförmigen elastischen Einsatz grenzt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden auch weitere keramische Einsätze in die Kokille in der vorgenannten Weise zentriert. Die weiteren keramischen Bauteile weisen also ebenfalls bevorzugt trichterförmige Schrägen auf. Das können dann weitere ringförmige elastische Einsätze sein, die so in den Schrägen zusammenwirken, daß hierdurch die Zentrierung bewirkt wird. Die Kokille kann die eingangs geschilderte Geometrie aufweisen. Diese Geometrie stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar und ist für die Erfindung keine Voraussetzung. Andere Geometrien sind also grundsätzlich möglich. Auch ist es nicht erforderlich, eine aus Metall bestehende Form zu verwenden. Metall wird derzeit aus Fertigungs- und Kostengründen bevorzugt. Nichtmetallische Materialien, die die Voraussetzungen für den gewünschten Einsatzzweck erfüllen und mit hitzebeständigen Bauteilen ausgekleidet werden müssen können alternativ eingesetzt werden.
Bevorzugte Beispiele sind in den Fig. 1 - 3 enthalten.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung:
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Ausführung der Zentrierung;
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung der Zentrierung.
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der mit Bauteilen aus einem keramischen Werkstoff hoher Temperaturbeständigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit ausgekleideten Kokille.
Die Kokille weist einen unteren ringförmigen Teil 1 auf. Nach oben geht die Kokille stufenförmig in einen mittleren ringartigen Abschnitt 2 über. Der mittlere ringartige Abschnitt 2 weist einen kleineren Innendurchmesser gegenüber dem unteren Abschnitt 1 auf . Am oberen Ende des mittleren ringartigen Abschnitts 2 gibt es eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Öffnungen, die Zuführungen 3. Über die Öffnungen, die Zuführungen 3, wird ein Luft-Öl-Gemisch in das Innere der Kokille eingeleitet. Die Öffnungen 3 münden daher in das Innere der Kokille ein. Die Öffnungen 3 befinden sich unmittelbar unterhalb des oberen Endes des mittleren ringförmigen Teils 2. Nach oben hin werden die Öffnungen 3 durch eine entsprechend temperaturfeste Metallfolie 4 begrenzt, die beispielsweise 42 μm dick ist. Ein oberer ringförmiger Abschnitt 5 befindet sich oberhalb des mittleren ringförmigen Abschnitts 2. Der obere Abschnitt 5 ist vom mittleren Abschnitt 2 stufenförmig getrennt. Der obere Abschnitt 5 weist daher einen anderen, und zwar einen größeren, Innendurchmesser im Vergleich zum mittleren Abschnitt 2 auf . Um im oberen Abschnitt 5 ein relativ großes Volumen zur Aufnahme von flüssigem Metall bereitszustellen, ist der Innendurchmesser des oberen Abschnitts 5 auch größer als der Innendurchmesser des unteren Abschnitts 1. Die Ringform des oberen Abschnitts ist seitlich über einen Teil ihrer axialen Erstreckung durch eine Ausnehmung 6 unterbrochen. Da in der Darstellung gem. Fig. 1 sich die seitliche Ausnehmung 6 nicht in der Zeichnungsebene befindet, wurde diese lediglich gestrichelt dargestellt. Über die seitliche Ausnehmung 6 wird das flüssige Aluminium zunächst in den mit Keramikteilen ausgekleideten oberen Abschnitt 5 eingeleitet. Die Kokille besteht aus Aluminium.
In den oberen Abschnitt 5 der ringförmigen Kokille werden zwei aus keramischem Werkstoff bestehende Bauteile 7, 8 eingesetzt. Das untere Bauteil 7 ist ringförmig und relativ flach im Vergleich zum anderen keramischen Bauteil 8. Die Außendurchmesser des unteren keramischen Bauteils 7 sowie des oberen keramischen Bauteils 8 weisen zum Innendurchmesser des oberen Abschnitts 5 der Kokille einen Abstand von 5/10 Millimeter auf. Der Innendurchmesser des unteren keramischen Bauteils 7 ist kleiner als der Innendurchmesser des mittleren ringförmigen Abschnitts 2 der Kokille. An der Unterseite weist das untere keramische Bauteil 7 einen ringförmigen konzentrischen Vorsprung auf . Der Außendurchmesser des Vorsprungs ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Abschnitts der Kokille. Ist dieses untere keramische Bauteil 7 in den oberen Abschnitt 5 der Kokille eingesetzt, so beträgt der Abstand zwischen dem Außendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs und dem Innendurchmesser des mittleren Abschnitts 2 der Kokille 5/10 Millimeter. Es entsteht so ein ringförmiger Spalt 9 mit einer Spaltbreite von 5/10 Millimeter. Von den Öffnungen 3 gelangt die eingeleitete Öl-Luft-Mischung in den Spalt 9 hinein. Vom Spalt 9 wird die Öl-Luft-Mischung nach unten in Form eines gleichmäßigen Ölfilm weitergeleitet und gelangt schließlich so in die eingangs erwähnte Bohrung.
Als keramisches Material, aus dem die keramischen Bauteile 7, 8 bestehen, wird das aus der Druckschrift DE 199 283 00 Cl bekannte eingesetzt. Es besteht aus einer Calciumsilicatmatrix mit darin eingebettetem kernigen Silicatmaterial. Das kernige Silicatmaterial weist einen Gewichtsanteil von höchstens 15 % auf. In die Calciumsilicatmatrix ist außerdem plättchenförmiges Material mit einer Hauptabmessung von 0,5 - 6 mm zu einem Gewichtsanteil von 5 - 30 % eingebettet. Das plättchenförmige Material besteht aus Cordierit. Die Matrix besteht aus dendritischem Xonotlit. Die Ther oschockbeständigkeit des Materials ist sehr groß und reicht bis über 1.100° C. Es tritt durch die Erhitzung während des Betriebes bei diesem Material keine irreversible Schrumpfung auf .
Die keramischen Bauteile können dank des fehlenden Schrumpfens leicht aus der Kokille zerstörungsfrei entfernt werden, da hierfür der Abstand von 5/10 Millimetern zwischen den inneren Wänden des oberen Abschnittes 5 der Kokille und den angrenzenden Wänden der keramischen Bauteile 7, 8 hinreichend groß ist. Ist eine Reinigung der Kokille erforderlich, so muß das keramische Material nicht zerstört werden und kann erneut eingesetzt werden. Auch können die Bauteile leicht so entfernt werden, daß die Kokille nicht beschädigt wird. Hieraus ergeben sich erhebliche Kostenvorteile.
Gelangt das flüssige Aluminium in die Kokille hinein, so dehnt sich das keramische Material aus. Da lediglich die Innenseite des keramischen Materials mit dem heißen Aluminium in Berührung kommt, entsteht im keramischen Material darüber hinaus ein Temperaturgradient. Die entstehenden mechanischen Spannungen sind unschädlich, da aufgrund des vorgenannten Abstandes von 5/10 Millimetern ein hinreichend großes Spiel zur Verfügung steht. Es entstehen im Unterschied zum Stand der Technik keine Spannungen aufgrund eines zu geringen Spiels bzw. Abstandes zwischen den seitlichen Innenwänden des oberen Abschnitts der Kokille 5 und den seitlichen Außenwänden der keramischen Bauteile 7 , ' 8.
Die keramischen Bauteil 7, 8 weisen an ihrem jeweiligen äußeren unteren Bereich kegelstumpfartige Schrägen 10 auf. Diese sind geformt. Im Zusammenspiel mit den elastischen Zentrierschnüren 11 zentrieren sich die keramischen Bauteile durch die Konizität selbständig in der Kokille 5. Wird das keramische Bauteil 7 bzw. 8 mit dem Zentrierring 11 in die Kokille eingesetzt, so bewirkt die verjüngte Form des unteren Abschnitts 10 eine Dehnung des Zentrierringes und dessen Abstützung in der Kokille 5, so daß das keramische Bauteil 7, 8 darin zentriert wird. Im Unterschied zum Stand der Technik können daher die seitlichen Wände zwischen der Kokille 5 und dem keramischen Bauteil 7, 8 einen relativ großen Abstand voneinander aufweisen, da die Einhaltung eines kleinen Abstands für die Zentrierung nicht erforderlich ist. Dieser Abstand kann daher bevorzugt 5/10 Millimeter betragen.
Das untere keramische Bauteil 7 setzt mit seiner Unterseite auf die Stufe des Kokillenringes 2 auf, die durch die metallische Folie 4 nach oben begrenzt wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß das keramische Bauteil 7 exakt parallel zur Stufenoberfläche, also zur Folie 4, sitzt. Bei einer senkrechten Bohrung resultiert hieraus eine horizontale Lage. Die Parallelität der Unterseite des keramischen Einsatzringes 7 zur Kokillenringoberflache sichert in Verbindung mit den elastischen Zentrierungen einen gleichmäßigen Spalt 9 zwischen der Kokille und dem keramischen Bauteil 7.
Die vorgenannte Konusform 10 beim unteren keramischen Bauteil 7 und das Aufsetzen des unteren keramischen Bauteils 7 auf den Vorsprung der Kokille 2 sind so aufeinander abgestimmt, daß das Aufsetzen beim Einschieben stattfindet, sobald die Zentrierung abschlössen ist. Dies wird durch eine entsprechend genaue Fertigung erreicht.
Jeder ringförmige Einsatz 11 wird durch eine Schnur aus Silikonkautschuk gebildet. Die Größe und die Lage der ringförmigen Zentriereinsätze 11 ist derart, daß durch das Zusammenwirken mit den konischen Zentrierschrägen 10 die Zentrierung bewirkt wird. Silikonkautschuk ist ein Material, welches wesentlich elastischer als die Keramik oder das Metall der Kokille ist. Es hat sich gezeigt, daß durch das Vorsehen des ringförmigen Einsatzes aufgrund der Elastizität des Materials Fertigungsungenauigkeiten beim ringförmigen Zentriereinsatz 11 ausgeglichen werden, übliche Fertigungsungenauigkeiten spielen bei der Zentrierung keine Rolle, wie die Praxis gezeigt hat. Auch trifft während der Zentrierung keine harte Keramik auf hartes Metall der Kokille. Lediglich zum Schluß setzt das keramische Bauteil 7 mit seiner Unterseite auf die Metallfolie 4 auf. Es wird so durch die sehr lose Passung und die elastische Zwischenlage im Vergleich zum Stand der Technik vermieden, daß sich beim Einschieben des Keramikringes Körnchen von der Keramik lösen und auf die Oberseite der Folie 4 der Kokille gelangen, auf dem das untere keramische Bauteil 7 aufsetzt. Die Körnchen würden nämlich einen schrägen Sitz des unteren keramischen Bauteils in der Kokille verursachen und ein ungleichmäßiger Spalt, über den eine unzulängliche Schmierung erfolgen würde, wäre nachteilhaft.
Falls dennoch ein Körnchen zwischen der Folie 4 der Kokille und das untere keramische Bauteil 7 gelangt, so kann dieses leicht wieder ausgenommen und die Oberfläche der Folie 4 gereinigt werden.
Die biegsame Schnur 11 wird kreisförmig geformt oder als Kreisring ausgebildet in die Kokille hineingelegt und bildet so den ringförmigen Zentriereinsatz . Die Schnur 11 wird schließlich gegen die seitlichen Wände des oberen Abschnitts 5 der Kokille gedrückt. Die Schnüre 11 liegen also dann fest an den seitlichen Wänden der Kokille 5 an. Das feste Anliegen ist erforderlich, damit die Zentrierung ordnungsgemäß gelingt. Würde der ringförmige Einsatz nicht fest an den seitlichen Wänden der Kokille anliegen, so wäre der ringförmige Einsatz selber nicht sicher zentriert .
Wie in der Figur 1 schematisch angedeutet, kann die Verjüngung 10 ganz oder teilweise ringförmig konvex ausgestattet sein. Die Hohlringform ist in ihrer Krümmung vorteilhaft an die Radien des Zentrierringes 11 angepaßt. Die toroidische Form verbessert den Sitz und damit die Zentrierwirkung des Ringes .
Das obere ringförmige keramische Bauteil 8 weist eine Ausnehmung 12 auf. Die Ausnehmung 12 in dem keramischen Bauteil ist kleiner als die Ausnehmung 6 im oberen Abschnitt 5 der Kokille. In der Figur 1 ist diese Ausnehmung 12 des keramischen Bauteils durch eine punktierte Linie angedeutet, da die Ausnehmung nicht in der Zeichnungsebene liegt. Durch die Ausnehmungen 6 und 12 hindurch gelangt das flüssige Material in das ausgekleidete Innere der Kokille hinein.
Die Kokille kann durch einen aufgeschraubten Deckel oder Ring 13 ganz oder teilweise oben verschlossen werden. Die äußeren Abmessungen der Vorrichtung liegen tpyischerweise bei mehreren 100 Millimetern.
Als hitzebeständiger Werkstoff eignen sich bei der Erfindung insbesondere die folgenden:
Tpy 1: Calciumsilicat getrocknet bzw. bei niedriger Temperatur thermisch vorbehandelt. Dieser Werkstoff hat zunächst eine reversible Wärmedehnung. Nach mehreren Abgüssen beginnt der Werkstoff zu schrumpfen. Dies ist besonders bei größeren Bolzendurchmessern und bei einigen Gießsystemen von besonderem Nachteil und somit nur bedingt zu empfehlen;
Typ 2: Das Calciumsilicat gemäß Druckschrift DE 199 28 300 AI kann je nach Wunsch und Notwendigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen thermisch vorbehandelt werden, so daß die reversible Wärmedämmung vorhanden ist. Die langfristige Schrumpfung, je nach Grad der Wärmebehandlung, ist reduziert oder zu vernachlässigen;
Typ 3: Meist schwere keramische Werkstoffe; sie haben nur eine reversible Wärmedehnung, praktisch keinen thermischen Schrumpf, jedoch den Nachteil, aufgrund des hohen spezifischen Gewichtes eine sehr hohe Energieaufnahme beim Angießen aufzuweisen. Beispiele von derartigen keramischen Werkstoffen sind:
- Calciumsilicate CxSy
- Calciumaluminate CxAy
- Aluminiumsilikate AxSy
- Zirkoniumsilikat ZrSi04
- Siliciumcarbid SiC Zirkoniumoxid ZrO
AI203-Kera ite
Fused Silica (amorph geschmolzenes Siliciumdioxid) .
Anstelle einer Zentrierschnur mit dem in der Fig. 1 gezeigten kreisförmigen Querschnitt kann vorteilhaft eine solche eingesetzt werden, die im Querschnitt ein Viertel Quadrat einer Kreisfläche aufweist. Diese Schnur weist also im Querschnitt einen rechten Winkel auf, mit dem sie einerseits seitlich an der Kokille anliegt und andererseits unten aufliegt. Die Lage der Schnur wird somit stabilisiert. Auch kann stattdessen eine Zentrierschnur mit einer U-Form im Profil vorgesehen sein, die eine erhöhte elastische Wirkung erzielt.
Als Werkstoff für die Dichtschnur, den Dichtring 11, eignen sich solche elastischen Materialien, die bei den dort gegebenen hohen Temperaturen noch beständig sind. Das sind z.B.
- Siliconkautschuk,
- Tetrafluorethylen,
- Polyimide.
Diese Kunststoffe können bis zu einem Grad, der noch eine ausreichende Elastizität beläßt, mit Feststoffen in Form von Partikeln oder Fasern, z.B. aus Glas, Kohlenstoff oder Asbest gefüllt sein.
Auch reine Gewebeschnüre in geflochtener Form aus derartigen Fasern eignen sich als Dichtring. Eine Kunststoffausrüstung solcher Schnüre mit hochealastischem Kunststoff ist sehr vorteilhaft.
Auch sind metallische Federn als Zentrierelemente einsetzbar.
Es gibt Gießsysteme, die anstelle einer Kreisform eine gestreckte, z.B. elliptische oder ovale, Form haben. Es gelten analog die gleichen Bedingungen für die Ausbildung des umlaufenden Ringspaltes . Von Bedeutung für die Erfindung ist es ferner, daß nach Einbau des keramischen Bauteiles die Wärmeausdehnung des keramischen Bauteils von der flexiblen Dichtschnur zusammengepreßt aufgenommen wird. Die Flexibilität sorgt auch für einen Ausgleich, wenn ein keramisches Material eingesetzt ist, das durch den Temperaturwechselbetrieb irreversibel schrumpft.
Je nach Art des Kokillensystems wird der Ringspalt in einer Metallscheibe mit sehr fein gefrästen Kanälen 3 ausgebildet, die anstelle der Metallfolie 4 eingesetzt wird.
Fig. 2 zeigt eine kegelförmige Verjüngung 10 des keramischen Einsatzes 7 , mit einer Zentrierschnur 11 mit Kreisquerschnitt .
Fig. 3 zeigt eine Verjüngung 10 mit einer toroidalen Ausnehmung und einem Zentrierring 11 mit einem Kreis-Quadrantenquerschnitt.
Bezugszeichenliste
1 Unterer ringförmiger Abschnitt
2 Mittlerer ringförmiger Abschnitt
3 Zuführungen / Öffnungen
4 Metallfolie
5 oberer ringförmiger Abschnitt der Kokille
6 Ausnehmung der Ringform
7 unteres Bauteil
8 oberes Bauteil
9 Spalt
10 Verjüngung / Konusform
11 Zentrierring / -schnüre
12 Ausnehmung des Bauteils
13 Deckel S Spiel

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung mit einer wenigstens einem hitzebeständigen Bauteil (7, 8) ausgekleideten Form (1, 2, 4, 5) für ein Stranggußverfahren mit radialen, kranzförmig angeordneten Öffnungen (3), wobei das hitzebeständige Bauteil so beschaffen ist, daß es zusammen mit der Form einen innen liegenden ringförmigen Spalt (9) bereitstellt, der mit den ringförmig angeordneten Öffnungen (3) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Bauteil (7, 8) und/oder die Form (1, 2, 4, 5) so beschaffen sind, daß sich das hitzebeständige Bauteil (7, 8) mit einer Verjüngung (10) selbst zentriert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den inneren seitlichen Wänden der Form (5) und dem hitzebeständigen Bauteil (7, 8) ein Spiel (S) von wenigstens 4/10 Millimetern ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1, 2, 4, 5) eine nach innen gerichtete Stufe aufweist, auf der eines der hitzebeständigen Bauteile (7) ruht.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der Stufe zwischen der Form (5) und dem/den hitzebeständigen Bauteil (en) (7, 8) jeweils ein elastischer Zentrierring (11) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige Bauteil (7, 8) mit der Verjüngung (10) an dem Zentrierring (11) zentriert anliegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung (10) eine konvexe ringförmige Auskehlung aufweist, die an eine anliegende Kontur des Zentrierringes (11) angepaßt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierring (11) einen kreisförmigen oder einen kreisquadrantenförmigen Querschnitt aufweist, dessen Quadrantenmittelpunkt auf der Stufe aufliegt und an eine innere Formwandung anliegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierring (11) aus einem hitzebeständigen, elastischen Kunststoff, wie Silikonkautschuk, Polyimid, Polytetrafluorethylen, ggf. mit einer Füllung aus Körner- oder Fasermaterial, wie Glasfaser, Kohlenstoffaser, Asbestfaser, oder daraus bestehendem Schnurgeflecht, besteht.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das/die hitzebeständige (n) Bauteil (e) (7, 8) aus einem wärmedämmenden Keramikmaterial besteht/bestehen, welches bei thermischer Wechselbelastung keinen irreversiblen Schrumpf aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial aus einer Calciumsilicatmatrix zu maximal 15 % besteht, in die plättchenförmiges Cordierit zu 5 - 30 % sowie
WollastonitStäbchen und kugelförmiges Material, wie Zirkonsilikat, eingelagert sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Calciumsilicatmatrix im wesentlichen aus dendritischem Xonotlit besteht.
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