[0001] 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 Graphitkörper.
[0002] 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 Kupferlegierungen eingesetzt mit dem Ziel, eine Reaktion des Gießwerkstoffes
mit dem Werkstoff der den Formhohlraum bildenden Kokillenwandung zu vermeiden. Der
Graphitkörper, oft auch als Kokilleneinsatz bezeichnet, kann als zylindrischer Formkörper
in einem äußeren z.B. aus Kupfer bestehenden Mantelrohr eingepreßt oder eingeschrumpft
sein, er kann aber auch aus einzeln geschichteten Platten bestehen, die die Längs-
und Querseiten eines rechteckförmigen Formhohlraumes bilden. Unabhängig von der jeweiligen
Ausführungsform der Kokille ist für einen störungsfreien Gießbetrieb und die Erzeugung
fehlerfreier Gießprodukte entscheidend, daß die formschlüssige mechanische Verbindung
zwischen äußerem Kühlmantel und innerem Graphitkörper gewahrt und der einwandfreie
Wärmeübergang zwischen dem Graphitkörper und dem Kühlmedium zur Vermeidung von Wärmestaus
sichergestellt ist.
[0003] Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch eine ordnungsgemäße formschlüssige Einpassung
des ggf. aus Einzelelementen bestehenden Graphitkörpers in den umgebenden Kühlmantel
sowie der vorgeschriebene Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teilen der Stranggießkokille
zum Gießbeginn nicht immer ausreichen, hochwertige Gießprodukte herzustellen. Dies
gilt insbesondere für alle die Fälle, bei denen Legierungen, besonders Kupferlegierungen,
vergossen werden, die niedrig schmelzende und verdampfende Legierungselemente als
Beimengungen aufweisen. Hierzu gehört z.B. das Zink, das in Kupferbasis-Legierungen,
wie Messing, Neusilber u.ä. Legierungen enthalten ist.
[0004] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen,
die es gestattet, auch solche Legierungen zu Produkten hoher Qualität zu vergießen,
die niedrig schmelzende Beimengungen enthalten.
[0005] Gelöst wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Stranggießkokille gemäß der
Erfindung dadurch, daß der Graphitkörper 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 hindurchdiffundieren
und auf der angrenzenden Metallfläche des Kühlmantels, etwa einer Kupferplatte, sublimieren,
d.h. unmittelbar 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 Gießprodukten, er bedeutet aber auch
eine Gefahr für die formschlüssige Verbindung von Graphitmantel und Kühlkörper, so
daß mechanischen Verformungen des Graphiteinsatzes nicht ausgeschlossen werden können.
Wird nun, wie nach der Erfindung vorgesehen, 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 freiwerdenden Metalldämpfe auf einem Temperaturniveau gehalten
werden, das eine Sublimation der Legierungselemente verhindert bzw. auf einen für
den Betrieb vernachlässigbaren Wert absenkt.
[0006] An sich ist zwar eine Gießform zum kontinuierlichen Gießen eines Barrens bekannt,
bei der auf der Graphitauskleidung ein Metall galvanisch niedergeschlagen ist (DE-OS
2106634), diese auf der dem Formhohlraum der Graphitauskleidung abgekehrten Seite
angeordnete Metallschicht, die unmittelbar an den Kühlmantel angrenzt und somit auf
dessen Temperaturniveau gehalten wird, ist aber gerade nicht geeignet, eine Sublimation
von durch die Graphitauskleidung hindurchdiffundierenden Metalldämpfen zu verhindern.
[0007] Eine Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Diffusionssperre
aus einer oder mehreren innerhalb des Graphitkörpers oder der Auskleidung angeordneten
Metallfolien besteht. Solche Metallfolien, etwa in einer Dicke von 0,010 bis 0,1
mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,06 mm, schotten den dem Kühlmantel zugekehrten Bereich
des Graphitkörpers gegen eine Dampfdiffusion völlig ab. Die eingangs geschilderten
Schwierigkeiten treten nicht mehr auf. Die diffusionsdichte Folie kann aus beliebigem
Metall hergestellt sein, eine Kupferfolie hat sich jedoch, beispielsweise aus Korrosions-
und montagetechnischen Gründen,als für die Zwecke der Erfindung als am vorteilhaftesten
erwiesen.
[0008] Besteht der Graphitkörper oder -einsatz nicht aus einem zylindrischen 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 Temperaturbeständigkeit auf.
[0009] 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 können im Graphit eingelagerte
Metallspäne sein, aber auch eingelagertes Metallpulver oder entsprechendes Granulat
kann hier die Metalldämpfe hindern, in den Bereich des Kühlmantels zu gelangen, um
dort zu sublimieren.
[0010] Die Metallteichen werden zweckmäßig mit pulverförmigem Graphit zum einstückigen Graphitkörper
oder zu einzelnen, später zu einem einzigen Körper zusammenfügbaren Formteilen, 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.
[0011] 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 besonders vorteilhaft hat es sich
jedoch in Weiterführung des Erfindungsgedankens erwiesen, die Diffusionssperre mindestens
im ersten Drittel der Wanddicke des Graphitkörpers oder -einsatzes, bezogen auf den
Formhohlraum, anzuordnen. Besteht beispielsweise der Graphitkörper aus zusammengefügten
Einzelplatten, dann wird man zweckmäßig so vorgehen, daß mindestens die an den Formhohlraum
unmittelbar angrenzenden Platten die Diffusionsschicht aufweisen bzw. beinhalten.
[0012] 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 Diffusionssperre, insbesondere in Form
einer metallischen Folie führt nun zu einer Anreicherung der Gase oder Dämpfe auf
der dem Formhohlraum zugekehrten Seite der Diffusionssperre. Abgesehen davon, daß
diese Gasansammlung in einem für eine Sublimation noch nicht geeigneten Temperaturniveau
einem weiteren Nachschub flüchtiger Metalle aus der Schmelze Widerstand entgegenbringt,
kann man in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch Mittel vorsehen, die
angesammelten Gase oder Dämpfe ganz oder teilweise nach außen abzuführen. Geeignet
hierfür sind z.B. in den Graphitkörper eingepreßte oder zwischen die Platten eingelegte
poröse Keramikröhrchen.
[0013] Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellten
Stranggießkokille für das Bandstranggießen von zinkhaltigen Kupferlegierungen näher
erläutert.
[0014] Mit 1 ist ein Warmhalteofen bezeichnet, der die zu vergießende Kupferlegierung als
flüssige Schmelze 2 enthält. Am unteren 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 erstarrt und der Strang im Zuge der Erstarrung weiterer nachfließender
Schmelze 2 kontinuierlich oder diskontinuierlich aus der Kokille 4 mittels einer Zieheinrichtung
6 in Pfeilrichtung abgezogen werden kann. Mittels der Trennvorrichtung 7 kann der
gegossene Strang 5 in Fertigungslängen zugeschnitten werden.
[0015] In einem gegenüber der Fig. 1 vergrößerten Maßstab zeigt die Fig. 2 einen Schnitt
durch die Kokille 4. Innerhalb des Mantels 9 läuft Kühlwasser 9 um, die entsprechenden
Wasseranschlüsse 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
Kokille 4 die Wärmeabfuhr ungestört möglich ist, enthält der Graphiteinsatz 12 die
Diffusionssperre 14. Diese Diffusionssperre, 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 Metalldämpfe
aus der Schmelze 2 findet nicht oder nur in einem für den Betriebsablauf unerheblichen
Maße statt. Eine Diffusion der Metalldämpfe durch den Graphiteinsatz 12 hindurch
bis an den Grenzbereich 13 zwischen Einsatz und Mantel 8 ist mit Sicherheit vermieden.
[0016] 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 Schraubverbindungen formschlüssig zusammengehalten
werden.
[0017] 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.
1. Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Nichteisenmetallen aus einem
ein Kühlmittel führenden äußeren Metallmantel und einem inneren, den Formhohlraum
bildenden ein- oder mehrteiligen Graphitkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitkörper eine quer zur Gießrichtung 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, vorzugsweise 0,02 bis 0,06
mm aufweist.
4. Stranggießkokille nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie eine Kupferfolie ist.
5. Stranggießkokille nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, bei der der Graphitkörper
aus quer zur Gießrichtung geschichteten Graphitplatten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie(n) jeweils zwischen zwei aneinangrenzenden 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 Schraubverbindungen formschlüssig zusammengehalten werden.
8. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperre aus im Graphitkörper eingelagerten Metallteilchen besteht.
9. Stranggießkokille nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen im Graphitkörper eingelagerte Metallspäne sind.
10. Stranggießkokille nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen im Graphitkörper eingelagertes Metallpulver oder -granulat
ist.
11. Stranggießkokille nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, 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 folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperre mindestens im ersten Drittel der Wanddicke des Graphitkörpers,
bezogen auf den Formhohlraum, angeordnet ist.
14. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder einem der folgenden 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 folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die durch die Diffusionssperre in ihrer Bewegung quer
zur Gießrichtung behinderten Gase in Gießrichtung aus dem Graphitkörper abzuführen.