DE3718372A1 - Stranggiesskokille zum kontinuierlichen giessen von nichteisenmetallen - Google Patents

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.