[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine einteilige Durchlaufstranggießkokille
mit einer geometrisch genauen sowie glatten Innenfläche und einer für den Anschluß
an einen Wasserkühlkasten gestalteten Außenfläche, bestehend aus einem für die Strangerstarrung
ausreichend wärmeleitfähigen Metall, insbesondere aus Kupfer, sowie von einer für
die Abstützung des Stranges bei der Betriebstemperatur ausreichenden Wandstärke. Weiterhin
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Durchlaufstranggießkokille,
insbesondere für Stahl.
[0002] Einteilige Stranggießkokillen finden in der Regel für Knüppelformate bis 160 mm Kantenlänge
sowie auch für kleinemVorblockformate Anwendung. Während sie früher aus einem geschmiedeten
Vorblock mit Kühlbohrungen bestanden, werden sie heute in der Regel aus einem gezogenen
Kupferrohr dünnwandig hergestellt, das im Wasserkühlkasten befestigt ist, so daß die
Kokille darin von einemwassermantel umgeben ist, der im Gegenstrom zum durchgesetzten
flüssigen Stahl fließt und die Kokillenfläche gleichmäßig umströmt. Derartige Kokillen
sind nach "Handbuch des Stranggießens", 1958, Seite 395, bekannt.
[0003] Von geteilten Durchlaufstranggießkokillen, wie sie für größere Querschnittsformate
und insbesondere für Brammen Anwendung finden, ist es auch bekannt, innenseitig Metallschichten
aus Nickel aus elektrolytischen Lösungen abzuscheiden, um die Standzeiten der Kokillen
zu verbessern, die Anfälligkeit des Stranges bezüglich Längs-, Quer- und Kreuzrissen
herabzusetzen und gleichfalls Beschädigungen durch den Kaltstrang in ihren Auswirkungen
zu vermindern. Hierfür sieht beispielsweise die DE-0 S 30 38 289 sowohl eine strömführende
als auch stromlose Nickelabscheidung vor, der noch Hartstoffpartikel beigemengt sind.
Demgegenüber hat sich bei den einteiligen Durchlaufstranggießkokillen die innenseitige
galvanische Beschichtung nicht ermöglichen lassen, da die 1/100 mm betragende Maßgenauigkeit
nur durch sehr aufwendige Innenbearbeitung möglich ist. Die aus gezogenem Kupferrohr
bestehenden einteiligen Kokillen weisen daher eine verhältnismäßig geringe Standzeit
auf, im Anschluß an welche sie üblicherweise verschrottet werden.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, einteilige Durchlaufstranggießkokillen
der als bekannt vorausgesetzten Art dahingehend zu verbessern, daß sie eine höhere
Standzeit aufweisen sowie weniger empfindlich gegenüber Beschädigungen durch den Kaltstrang
sind. Auch sollen die verschiedenen Rißerscheinungen an den hergestellten Knüppeln
herabgesetzt werden.
[0005] Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kokille aus galvanoplastisch
abgeschiedenen Schichten besteht, in denen die innere aus einem verschleißfesten Metall,
wie Nickel, in einer Schichtdicke von bis zu 35% der gesamten Wandstärke auf einem
die geometrisch exakte Form vorgebenden sowie glatten Kern abgeschieden ist, und daß
ihre beiden Stirnseiten durch mechanische Bearbeitung auf Lage- und Maßgenauigkeit
für den Anschluß des Wasserkühlkastens gebracht sind.
[0006] Die neue Durchlaufstranggießkokille unterscheidet sich von den bekannt gewesenen
Ausführungsformen grundsätzlich durch einen anderen Gefügebau sowie durch die Art
der Oberflächenbearbeitung. Sie erfordert nämlich im Innern keinerlei Feinbearbeitung;
vielmehr wird das Innenmaß in gleicher Weise wie die erforderliche innere Glattheit
am Kern vorgegeben, der oberflächlich so gestaltet und bearbeitet wird, wie man die
Innenfläche der Kokille wünscht. Darüber hinaus besteht gegenüber den bekannten, für
Brammen-Kokillen verwendeten Beschichtungen des Kupfers mit Nickel der Vorteil, daß
durch die galvanoplastische Abscheidung ein Stoffschluß zustande kommt, der eine Loslösung
der einen Schicht von der anderen Schicht mit Sicherheit vermeidet. Durch das dichte,
metallische Gefüge ist der Wärmefluß auch im Bereich des überganges von der inneren
Schicht in die äußere Schicht ungehindert möglich, so daß auch die Kühlleistung einer
derartigen Kokille sehr gut ist.
[0007] Die auch äußerlich durch Riefen erkennbare Bearbeitung findet bei der neuen Kokille
bei ihren beiden Stirnseiten statt, die nach dem Ausmaß und der Oberfläche des Wasserkastens
im Bereich seiner Anschlußstellen gestaltet sind. Es kommt also darauf an, die Lage
und die Maßgenauigkeit für den Anschluß des Wasserkühlkastens zu schaffen. Insbesondere
wird dabei auch den ergänzend anzuwendenden Dichtungsmitteln Rechnung getragen; so
läßt sich zum Beispiel eine Nut für das Einlegen einer Dichtungsschnur vorsehen.
[0008] Die oberflächliche Druckbeaufschlagung hat bei der neuen Kokille insofern besondere
Bedeutung, als es dadurch gelingt, die während der galvanoplastischen Abscheidung
sich aufbauenden Zugspannungen zum Verschwinden zu bringen. Darüber hinaus führt die
Druckbeaufschlagung zu einer Verfestigung an der Kokillenaußenfläche und zu einem
leichteren Lösen der fertigen Kokille vom Kern. Es besteht nach dem erfindunnsqemäßen
Verfahren mit Vorteil auch ein aus Metall gefertigter Kern, der eine Trennschicht
und darauf eine Leitschicht aufweist, so daß man die Druckbeaufschlagung auf dem Kern
vornehmen kann. Der ganze Kern ist nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren
weiterhin zweckmäßig von größerer Länge als die Kokille. Dies hat zur Folge, daß sie
an ihren Stirnseiten mit einem gewissen Obermaß hergestellt wird. Somit besteht die
Möglichkeit, durch eine mechanische Bearbeitung das genaue Maß der Kokille zwischen
ihren beiden Stirnseiten einzustellen.
[0009] Die Druckbeaufschlagung kann im übrigen in unterschiedlicher Weise aufgebracht werden.
Hierzu zählt gleichfalls die spanende Bearbeitung Insbesondere kommt hierfür auch
das Kaltziehen in Frage, wenngleich hierbei noch gewisse Einschränkungen im Hinblick
auf die Krümmung des Kokillenhohlraumes berücksichtigt werden müssen. Im übrigen unterliegt
die Gestaltung des Kokillenhohlraums weder in Bezug auf seine Krümmung noch in Bezug
auf seine Konizität Einschränkungen, wenn die Kokille erfindungsgemäß ausgeführt ist.
[0010] Die innere, insbesondere aus Nickel bestehende Schicht weist zweckmäßig eine Dicke
bis zu etwa 2 mm auf. Die erwähnte Begrenzung der inneren Schicht ist deshalb vorteilhaft,
weil sich je nach zur Anwendung gelangenden Werkstoffen und vorgesehener Gesamtdicke
die Wärmeableitbedingungen dann noch nicht nennenswert verändern. Hinzu kommt, daß
gerade bei aus Gründen der Härte, der mechanischen Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit
vorteilhaft vorgeseheneni Nickel die Zug-Eigenspannungen mit zunehmender Dicke sehr
qroß werden können. Man kann zwar durch Zusatz beispielsweise organischer Schwefelverbindungen
die Zug-Eigenspannungen bis auf Null herabsetzen, jedoch führt dies dazu, daß dann
die entsprechenden organischen Verbindungen auch in der Schicht anwesend sind und
deren übrigen Eigenschaftswerte nachteilig verändern. Deshalb ist es von Vorteil,
elektrolytische Lösungen ohne derartige Zusätze zu verwenden. Als Anhalt der elektrolytischen
Lösungen können dabei diejenigen sowohl für die elektrolytische als auch für die stromlose
Nickelabscheidung dienen, wie sie nach der DE-OS 30 38 289 benannt sind. Bei der bis
etwa 2 mm betragenden Schichtstärke läßt sich die Innenschicht nicht nur hinreichend
spannungsfrei, sondern zugleich auch hinreichend frei von störenden Beimengungen herstellen.
[0011] Grundsätzlich kann die neue Kokille aus galvanoplastisch abgeschiedenen Schichten
nur eines einzigen Werkstoffes, wie Kupfer oder Nickel bestehen. Von besonderem Vorteil
ist jedoch die Gestaltung der inneren Schicht aus Nickel und die Gestaltung der äußeren
Schicht aus Kupfer. Man kommt hierbei in der bereits dargestellten Weise zu einem
Verbundwerkstoffkörper mit für den Verwendungszweck optimal angepaßten Eigenschaftswerten.
[0012] Die Einhaltung einer möglichst dünnen inneren Schicht setzt voraus, daß für letztere
die Dicke im gesamten Abscheidungsbereich möglichst gleich ist. Diesem Erfordernis
wird durch eine entsprechende Streufähigkeit des Elektrolyten Rechnung getragen. Insbesondere
wird dies durch den Vorschlag zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht,
nach welchem für die innere Schicht die Abscheidebedingungen ge-genüber der äußeren
Schicht verschieden sind. So wird für die innere Schicht die Stromdichte, sofern sie
stromführend abgeschieden wird, auf etwa nur 1 A dm
2 herabgesetzt, während sie sonst bei etwa 3 A dm
2 liegt. Unabhängig davon, ob stromlos oder stromführend abgeschieden wird, wird weiterhin
der Metallgehalt der Lösung und deren Temperatur herabgesetzt und/oder der pH-Gehalt
der Lösung erhöht, um die Streufähigkeit zu verbessern.
[0013] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren
vor, die Schichten der Kokille auf einen aus Metall bestehenden, mit einer Trennschicht
und darauf mit einer Leitschicht versehenen Kern abzuscheiden und dann die Oberfläche
und die Druckbeaufschlagung der Kokille auf dem gleichen Kern vorzunehmen. Diese Druckbeaufschlagung
läßt sich bei geraden, also ungekrümmten Durchlaufstranggießkokillen auch noch mit
einer weitergehenden Verformung verbinden.
[0014] Zur weitergehenden Veranschaulichung der Erfindung sei auf die sich auf ein schematisches
Ausführungsbeispiel beziehende Zeichnung Bezug genommen.
[0015] Die Durchlaufstranggießkokille besteht aus der inneren Schicht 1, die auf dem durch
gestrichelte Linien angedeuteten, leicht konischen Kern 6 abgeschieden wurde. Zuvor
wurde der konische Kern 6, der aus einem Nichtmetall, wie beispielsweise Kunststoff,
sowie in besonderen Fällen, wie sie vorstehend beschrieben_wurden, auch aus Metall,
wie Stahl, bestehen kann, mit einer Trennschicht versehen. Hierfür eigenen sich vom
galvanoplastischen Verfahren her bekannte Trennschichtmittel. Als solche eigenen sich
nicht nur isolierende organische Stoffe, wie öl oder Wachs, sondern unter dem Gesichtspunkt
einer besonders guten Maßhaltigkeit, die erfindungsgemäß angestrebt wird, auch dünnste
Metallsalzschichten, wie bei aus Metall bestehendem Kern in der Behandlung desselben
in Borat-, Chromat-, Oxalat-, Sulfid- und
Jodit-Lösungen erzielt werden. Auch aufgebürsteterGraphit-Staub eignet sich nicht nur
als Leitschicht, sondern gleichfalls als Trennschicht. In bekannter Weise kann der
Kern auch eine chemische Versilberung tragen, um leicht vom galvanoplastisch aufgebrachten
Erzeugnis getrennt zu werden. Bei einigen, dünne Oxydschichten ausbildenden Metallen,
wie bei Chrom-Nickelstählen, ist eine Trennschicht oft sogar entbehrlich. Die Leitschicht
wird anschließend in bekannter Weise aufgebracht. Auf Kunststoffkernen kann dies durch
die chemische Versilberung geschehen. Das Einbürsten von Graphit zählt zu den bekanntesten
Mitteln, eine leitende Schicht zu verwirklichen.
[0016] Auf dem in der vorbeschriebenen Weise behandelten Kern 6 wird zunächst die aus Nickel
bestehende Schicht 1 abgeschieden, im Anschluß an welche die erheblich dickere, aus
Kupfer bestehende Schicht ? folgt. Wenngleich die Streufähigkeit der Nickelabscheidung
sehr gut ist, ist die Oberfläche der abgeschiedenen Schicht noch unebener als eine
mechanisch bearbeitete Schicht. Gerade diese Unebenheit führt zu einer besonders festen
Verbindung mit der Kupferschicht. Es kommt, insbesondere bei längerer Benutzung, noch
in der Randzone der beiden Schichten zu Diffusionsvorgängen, die einen engen stoffschlüssigen
Verbund begünstigen.
[0017] Die oben und unten befindlichen Stirnseiten 3 und 4 sind mechanisch bearbeitet, so
daß sie sich für eine dichtende Verbindung mit dem Wasserkühlkasten 5 eignen. In letzteren
führen Zuflussrohre 7, so daß dasWasser im Gegenstrom den Wassermantel durchströmt
und aus den Abflussrohren 8 austritt. Die Behandlung des Kerns beginnt erfindungsgemäß
mit der Aufbringung einer mikro-rissigen Chromschicht in einer Dicke von etwa 1 p.
Die Abscheidung erfolgt hierbei aus einer Lösung, bei welcher 240 bis 320 Gramm Chromsäure-Anhydrid
(Cr0
3) je Liter Wasser gelöst wird. Zu dieser Lösung wird noch 0,1% Schwefelsäure (H
2S0
4) zugesetzt. Danach wird die Chromschicht mit einer verhältnismäßig hohen Stromdichte
von 15 bis 24 A/dm
2 abgeschieden. Diese Schicht erfährt anschließend eine Behandlung mit heißem Wasser.
Es kommt dadurch zum Aufreißen und zur Entstehung der Mikro-Risse. Zugleich wird die
Chromschicht durch die Behandlung mit heißem Wasser besonders zuverlässig passiviert,
so daß sie eine gute Voraussetzung für eine Trennung bietet.
[0018] Die erwähnte Chromschicht erfährt anschließend eine Behandlung mit einer schwefelsauren
Kupfersulfat-Lösung, bei welcher etwa 240 Gramm CuS0
4 und 60 Gramm H
2SO
4, jeweils je Liter gelöst sind. Zusätzlich werden noch 90 bis 100 mg Cl
- je Liter zugesetzt. Bei einer Stromdichte von 4 bis 6 A/dm
2 kommt es zur Abscheidung eines sehr dünnen Kupferbelages, der die Mikro-Risse auffüllt
und eine dünne Schicht etwa von 1,5 µ ausbildet.
[0019] Die Aufbringung der eigentlichen Innenschicht findet aus einem Nickel-Sulfamat-Bad
statt, bei welchem etwa 80 Gramm Nickel-Sulfamat/L, 3 Gramm Cl
-/Liter und 40 Gramm H
3B0
3/Liter vorliegen.
[0020] Die Stromdichte beträgt hierbei 1 bis 2 A/dm Z, um eine feine Abscheidung zu erzielen.
Nachdem die Schicht etwa 2 mm stark ist, wird die Kupferschicht aus dem vorerwähnten,
sauren Kupferbad abgeschieden, jedoch in diesem Falle nur mit einer Stromdichte von
1 bis 1,5
A/dm2.
[0021] Die Kokille befindet sich dann noch auf dem zweckmäßig aus Stahl bestehenden Kern.
Sie erfährt auf dem Kern eine Behandlung mittels einer dünnen, durch eine stärkere
Rolle abgestützten Rolle, deren Dicke kleiner als die Wanddicke der Kokille ist. Dadurch
wird erreicht, daß bei der Rollbehandlung eine Gesamtreduzierung der Wanddicke von
etwa 0,5% vornehmlich in Nähe der unmittelbar mit der Rolle behandelten äußeren Kupferschicht
stattfindet. Dies führt in besonderem Maße zu einer Verfestigung der äußeren Kupferschicht,
so daß letztere nicht nur nach der Behandlung weitgehend glatt ist, sondern darüber
hinaus auch von erhöhter Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischer Belastung ist.
Die Druckbehandlung der galvanoplastisch erzeugten Kokille läßt sich erfolgreich auch
noch durch eine Kaltverfestigung der kupfernen Außenschicht im Bereich ihrer Randzone
derart vornehmen, daß die Außenfläche der Kokille einer Kugelstrahbehandlung unterzogen
wird. Hierdurch tritt eine dem Hämmern oder Oberflächenwalzen ähnliche Wirkung ein.
Man kann damit die Festigkeitseigenschaften der Oberfläche und ihrer Randzone in beträchtlichem
Maße steigern, ohne daß nennenswert große Verformungskräfte aufgebracht werden müssen.
Für eine derartige Kugelstrahlbehandlung finden zweckmäßig kleine Glas- oder Stahlkugeln
Anwendung, deren Durchmesser bei etwa 1 mm liegen,und die die zu bearbeitenden Oberflächen
im freien Fall beaufschlagen. Es ist ausreichend, sie aus einer Höhe von 1 bis 4 m
auf die Fläche fallen zu lassen, welch-letztere vorteilhaft zuvor mit einer flüssigen
Substanz bedeckt wird, wie öl oder Wasser. Da bei diesem Verfahren nur sehr geringe
Kräfte auf die Kokille einwirken, ist es hierbei nicht zwingend, daß sie sich auf
dem aus Stahl bestehenden Kern während der Behandlung befindet. Die Technologie der
Kugelstrahlung ist im übrigen bekannt, so zum Beispiel aus der Veröffentlichung von
R. Kopp "Ein analytischer Beitrag zum Kugelstrahl-Umformen" in der Zeitschrift "Bänder,
Bleche, Rohre", 1974, Seiten 512 bis 514.
1. Einteilige Durchlaufstranggießkokille mit einer geometrisch genauen sowie glatten
Innenfläche und einer für den Anschluß an einen Wasserkühlkasten gestalteten Außenfläche,
bestehend aus einem für die Strangerstarrung ausreichend wärmeleitfähigen Metall,
insbesondere aus Kupfer, sowie von einer für die Abstützung des Stranges bei der Betriebstemperatur
ausreichenden Wandstärke, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus galvanoplastisch abgeschiedenen
Schichten (1, 2) besteht, von denen die innere (1) aus einem verschleißfesten Metall,
wie Nickel, in einer Schichtdicke von bis zu 35% der gesamten Wandstärke auf einem
die geometrisch exakte Form vorgebenden sowie glatten Kern (6) abgeschieden ist, und
daß ihre beiden Stirnseiten (3, 4) durch mechanische Bearbeitung auf Lage- und Maßgenauigkeit
für den Anschluß des Wasserkühlkastens (5) gebracht sind.
2. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenfläche durch Druckbeaufschlagung verfestigt ist.
3. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenfläche spanend bearbeitet ist.
4. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie durch einen auf ihre Außenfläche einwirkenden Kaltziehvorgang bearbeitet ist.
5. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Schicht (1) bis etwa 2 mm stark ist.
6. Einteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als ein Verbundwerkstoffkörper aus Nickel und Kupfer hergestellt ist.
7. Linteilige Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die innere, galvanoplastisch abgeschiedene Schicht (1) mit Hartstoffpartikeln
abgeschieden ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht bei einer gegenüber der äußeren
Schicht herbgesetzten Stromdichte von etwa 1 A/dm2, herabgesetztem Metallgehalt und herabgesetzter Temperatur des Elektrolyten und/oder
höherem pH-Gehalt desselben abgeschieden wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der Kokille auf einem aus Metall
bestehenden, mit einer Trennschicht und darauf mit einer Leitschicht versehenen Kern
abgeschieden werden, der länger als die vorgesehene Kokille ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Durchlaufstranggießkokille nach den Ansprüchen
2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Schichten der Kokille auf
einem aus Metall bestehenden, mit einer Trennschicht und darauf mit einer Leitschicht
versehenen Kern abgeschieden werden, und daß dann auf dem gleichen Kern eine oberflächliche
Druckbeaufschlagung erfolgt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht
auf dem Kern in Form einer etwa 1 p dicken Schicht aus Chrom abgeschieden wird, bei
welcher nach der Abscheidung durch Behandlung in heißem Wasser Mikro-Risse erzeugt
werden. und daß dann als Leitschicht ein die Mikro-Risse schliessender. leichter Kupferbelag
abgeschieden wird, auf den dann Nickel in etwa 2 mm Dicke als Innenschicht abgeschieden
wird, auf dem abschließend die Außenschicht aus Kupfer in etwa doppelter Dicke wie
die Nickelschicht abgeschieden wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem
Kern befindliche Kokille nach Abscheidung der galvanoplastischen Schichten durch Einwirkung
auf ihre Außenfläche eine Druckbehandlung erfährt, indem mittels Rollen die Dicke
der Kokillenwand reduziert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen von kleinerem
Durchmesser als die Dicke der Kokillenwände sind und bei der Druckbeaufschlagung durch
wesentlich dickere Stützrollen unterstützt sind, und daß die Dicke der Kokillenwände
um etwa 0,5% bei der Druckbeaufschlagung reduziert sind.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille
nach Abscheidung in der galvanoplastischen Schicht durch Einwirkung ihrer Außenfläche
eine Druckbehandlung erfährt, indem die Außenfläche einer Kugelstrahlbehandlung unterzogen
wird.