DE1811295B

DE1811295B - Process for the production of a furnace-dependent continuous casting mold

Info

Publication number: DE1811295B
Authority: DE
Inventors: Robert Sutton Coldfield Warwickshire King (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd
Current assignee: Imperial Metal Industries Kynoch Ltd

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein /erfahren zur Herstellung einer ofenabhängigen Stranggießkokille »it vorgeschalteter Gießdüse, die eine durchgehende lormgebencle Verschleißschicht aufweist.The invention relates to a / experience for the production of a furnace-dependent continuous casting mold »With upstream pouring nozzle, the one continuous lormhabencle wearing layer.

Es ist bekannt, zum kontinuierlichen Gießen eine tus Graphit hergestellte Kokille zu verwenden, die in einer wassergekühlten Metallmantelstütze enthalten ist. Insbesondere wird Graphit auf dem Gebiet des Nicht-Eisen-Metallgießens angewendet, da er gegen die meisten Nicht-Eisen-Metalle und Legierungen Inert ist und die nützliche Eigenschaft hat, selbst zu ichmieren. Außerdem ist Graphit leicht bcarbeitbar. Jedoch bestehen Beschränkungen der Verwendung; Bach einer begrenzten Betriebsdauer ist ein Austausch «Her Stranggießkokille erforderlich, so daß ein wirklich kontinuierliches Gießen nicht erzielt wird.It is known to use a mold made of graphite for continuous casting, which in a water-cooled metal jacket support is included. In particular, graphite is used in the field of Non-ferrous metal casting applied as it is against most non-ferrous metals and alloys Is inert and has the useful property of self-imposing. In addition, graphite is easy to work with. However, there are restrictions on its use; Limited life stream is an exchange «A continuous casting mold is required so that truly continuous casting is not achieved.

Es scheint, daß die Beschränkung von Graphit von !einer Porosität herrührt; selbst wenn sehr dichter Graphit verwendet wird, ist er dennoch porös, so daß dann, wenn eine Graphitkokille beim kontinuierlichen Gießen einer einen flüchtigen Bestandteil enthaltenden Legierung verwendet wird, dieser Bestandteil Ium Teil aus dem geschmolzenen und gerade verfestigten Metall destilliert und in die Poren des Graphits kondensiert wird. Dann wachsen Whiskers bzw. Haarkristalle des flüchtigen Bestandteils in den und durch die Poren und kommen eventuell mit dem heißen Gußmetall in Berührung und schmelzen an dieses an. Wenn dies eintritt, führt es zum Reißen der formgebenden Oberfläche, worauf sich Kerben auf der Oberfläche des Stranges und damit rauhe und technisch nicht verwendbare Produkte ergeben. Ferner liefert die rauhe Oberfläche der Stranggießkokille einen größeren Widersland gegen das Ausziehen des Stranges aus der Kokille und führt unter Umständen zu einem Abriß.It appears that the limitation of graphite comes from porosity; even if very dense Graphite is used, it is still porous, so that when a graphite mold is continuous Casting an alloy containing a volatile constituent is used, that constituent Ium part from the melted and just solidified Metal is distilled and condensed into the pores of the graphite. Then whiskers or Hair crystals of the volatile component get in and through your pores and eventually come with the hot Cast metal in contact and melt to this. When this occurs, it will tear the shaping surface, whereupon notches on the surface of the strand and thus rough and result in technically unusable products. Furthermore, the rough surface of the continuous casting mold provides a major contradiction in terms of pulling the strand out of the mold and may lead to it to a demolition.

Eine derartige Erscheinung tritt z. B. beim konii-Such a phenomenon occurs e.g. B. in the case of

nuierlichen Gießen eines Nickel-Silber-Strum-e-, (Kupfer/Zink/Nickel-Legierung) auf, wohei der Ii ,precise casting of a nickel-silver-strum-e, (Copper / zinc / nickel alloy) on where the Ii,

der Gußteniperaiur einen hohen Dampfdruck aui-the Gußteniperaiur has a high vapor pressure

weisende Zinkanteil zum Teil aus der Legieiu,^ destilliert, in den Poren des Graphits kondensiert im.-1 danach mit dem Nickel-Silber-Strang verschwei'-i wird, was zum Reißen der Formoberfläche führt.pointing zinc content partly from the Legieiu, ^ distilled, condensed in the pores of the graphite im.-1 then it is welded to the nickel-silver strand, which leads to the surface of the mold tearing.

Es sind bereits Straiiggießkokillen mit vorgescha!- teten Gießdüsen bekannt (Herrmann, »HandbuJ des Stranggießens«, S. 154), deren Oberfläche durch einen verschleißfesten Hohlzylinder gebildet ist. Ai-. Material für diesen Hohlzvlinder wird dabei der feinkörrige Graphit verwendet. Graphit ist gegenüb,.Casting molds with pre-installed casting nozzles are already known (Herrmann, "HandbuJ des Stranggießens", p. 154), the surface of which is formed by a wear-resistant hollow cylinder. Ai-. Fine-grain graphite is used as the material for this hollow cylinder. Graphite is opposite.

mechanischen Belastungen nicht widerstandsfähig.mechanical loads not resistant.

wodurch eine besondere Vorsicht erforderlich ist. um die notwendigerweise vorgefertigten Graphitzylindc; in die Kokille einzuführen.whereby special care is required. around the necessarily prefabricated graphite cylinders; to be introduced into the mold.

Femer ist es bekannt (Herrmann, »Handbuch des Stranggießens«, S. 395), eine Kokillenwand mit verschleißfesten Metallüberzügen (Silber, Chrom. Wolfram) zu versehen. Diese Metallüberzüge werden gewöhnlich elektrolytisch (Herrmann, »Handbuch des Stranggießens«, S. 396) oder durch Spritzen auf-Furthermore, it is known (Herrmann, "Handbuch des Stranggießens", p. 395) to have a mold wall to provide wear-resistant metal coatings (silver, chrome, tungsten). These metal coatings are usually electrolytically (Herrmann, "Handbuch des Stranggießens", p. 396) or by spraying.

gebracht (österreichische Patentschrift 185 187), was einen entsprechenden apparativen Aufwand und außerdem zur Erlangung einwandfrei glatter Oberflächen eine Nachbearbeitung, z. B. Polieren, erfordert. Eine gleichmäßige Materialauftragung auf die Innenwand eines gewöhnlich einen kleinen Durchmesser aufweisenden Zylinders durch Spritzen ist zudem äußerst schwierig.brought (Austrian patent specification 185 187), which requires a corresponding expenditure on equipment and In addition, to achieve perfectly smooth surfaces, post-processing, e.g. B. polishing requires. An even application of material to the inner wall of a usually small diameter having cylinder by spraying is also extremely difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Verschleißschicht mit hoher Oberflächenqualität mit geringem fertigungstechnischem Aufwand in der Kokille gebildet werden kann.The invention is based on the object of creating a method of the type mentioned at the beginning which is a wear layer with high surface quality with little manufacturing effort can be formed in the mold.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verschleißschicht unter Verwendung des Transplant-Verfahrens über die gesamte Länge der Stranggießkokille und der vorgeschalteten Gießdüse erzeugt und anschließend zuerst feuerfestes Material im Bereich der Gießdüse und anschließend wärmeleitender Werkstoff der Stranggießkokille als Stützmantel aufgebracht wird.This object is achieved in that the wear layer using the transplant method Generated and over the entire length of the continuous casting mold and the upstream casting nozzle then first refractory material in the area of the casting nozzle and then more thermally conductive Material of the continuous casting mold is applied as a support jacket.

Das Transplantverfahren wird bei der Herstellung von Zylindern für Verbrennungsmotoren angewendet (»Aluminium«, 38 [1962], S. 520 bis 527). Bei diesem Verfahren wird die Laufbüchse eines Zylinders mit einem verschleißfesten Schutzüberzug versehen, indem man diesen Schutzüberzug erst auf einen Formkern aufspritzt, dann den tragenden und wärmeleitenden Teil durch Druckgießen auf den Schutzüberzug aufbringt und schließlich den Formkern entferrit. The transplant process is used in the manufacture of cylinders for internal combustion engines ("Aluminum", 38 [1962], pp. 520 to 527). In this process, the liner is a cylinder with provided a wear-resistant protective coating by first placing this protective coating on a mold core injected, then the load-bearing and thermally conductive part by die-casting onto the protective coating applies and finally entferrit the mandrel.

Die Verschleißschicht besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxyd (d. h. Al₂O.,), obgleich zusätzlich zur Schaffung einer nicht porösen Oberfläche andere metallische und nichtmetallische feuerfeste Materia-The wear layer is preferably made of aluminum oxide (ie Al ₂ O.,), although in addition to creating a non-porous surface, other metallic and non-metallic refractory materials

So Hen verwendet werden können, die eine ausreichende anzustrebende mechanische Bindung zwischen der Schicht und der Stütze zum Stützen der Schicht ermöglichen und die gegenüber dem Gußmaterial inert sind, z. B. Zirkontriborid, Molybdän, Siliziumcarbid und Wolframcarbid.So hen can be used that is sufficient enable desirable mechanical bond between the layer and the support for supporting the layer and which are inert to the casting material, e.g. B. zirconium triboride, molybdenum, silicon carbide and tungsten carbide.

Die Gießdüse kann aus Eisen- oder Nichteisenwerkstoffen bestehen, wobei letztere insbesondere für Stranggießkokille!! geeignet sind, bei denen hoheThe casting nozzle can be made of ferrous or non-ferrous materials exist, the latter especially for continuous casting mold !! are suitable where high

thermische Leiteigenschaften gefordert werden, sofern die Werkstoffe adäquate physikalische Eigenschaften, wie z. B. Zug- und Druckfestigkeit und Bruchzahigkeit, besitzen. Die Verwendung von Eisen machte es möglich, die Verschleißschicht bei hoher Temperatur unmittelbar abzusetzen. Obwohl dies auch mit einigen Nichteisenwerkstoffen möglich sein kann, kann eine Form im Fall von Stützwerkstoffen, die den hohen Temperaturen einer Absetzung des gewünschten feuerfesten Werkstoffs nicht widerstehen, eine doppelte Verschleißschicht, die aus einem ersten Vorbelag aus feuerfestem Werkstoff besteht, das bei einer ersten hohen Temperatur abgeschieden wurde und einem darauffolgenden zweiten Belag eines zweiten feuerfesten Werkstoffs, das bei einer höheren Temperatur als die erste hohe Temperatur auf dem ersten feuerfesten Werkstoff zur Schaffung einer nicht porösen Fornioberflache aufgebracht wird.thermal conductivity properties are required, provided the materials have adequate physical properties, such as B. tensile and compressive strength and Fracture toughness. The use of iron made it possible to wear the wear layer at high Immediately lower the temperature. Although this can also be possible with some non-ferrous materials can, a shape in the case of support materials that can withstand the high temperatures of a deposition of the desired Refractory material does not withstand a double wear layer that consists of a first Front covering consists of refractory material that was deposited at a first high temperature and a subsequent second coating of a second refractory material, which at a higher Temperature as the first high temperature on the first refractory material to create a no porous form surface is applied.

Ein weiteres Problem, das beim kontinuierlichen Gießen von Metallen auftritt, ist das Anordnen und Steuern der Flüssigkeits-Feststoff-Grenzschicht in der Kokille. Für eine wirksame Arbeitsweise ^.ines kontinuierlichen Gießverfahrens ist es bevorzugt, daß die Grenzschicht in einem Abschnitt der Kokille liegt, der von dem Kühlmedium umgeben ist. Jedoch wird üblicherweise Graphit für das vom Vorratsofen zur Stranggießkokille führende Rohr verwendet, so daß, da Graphit ein guter Wärmeleiter ist, eine beträchtliche Wärmemenge infolge Leitung durch die Rohrwandung aus dem geschmolzenen Metall abgeleitet wird, wenn es durch das Rohr vom Vorratsofen zi:r Kokille fließt. Demgemäß ist es schwierig, genau den Ort der Flüssigkeit-Feststoff-Grenzschicht einzustellen. Dadurch, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die Verschleißschicht sehr dünn gemacht werden kann, ist es möglich, die jeweiligen Einflüsse von Gießdüse und Kokille auf die Wärmeabfuhr mehr hervorzuheben, wodurch eine genauere Steuerung der Lage der Flüssig-Festgrenze durch entsprechende Kühlung der Gießdüse möglich ist.Another problem encountered with continuous casting of metals is placement and Control of the liquid-solid interface in the mold. For an effective way of working ^. A continuous Casting method, it is preferred that the boundary layer is in a portion of the mold that is surrounded by the cooling medium. However, graphite is usually used for the storage furnace Continuous casting mold used pipe leading, so that, since graphite is a good conductor of heat, a considerable Amount of heat derived from the molten metal as a result of conduction through the pipe wall when it flows through the tube from the supply furnace to the mold. Accordingly, it is difficult to do just that Set the location of the liquid-solid interface. In that by the method according to the invention the wear layer can be made very thin, it is possible to influence the respective influences Casting nozzle and mold to emphasize the heat dissipation more, which allows a more precise control of the Location of the liquid-solid boundary is possible by appropriate cooling of the pouring nozzle.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to a schematic drawing of an embodiment.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stranggießkokille in einem axialen Schnitt.The drawing shows an embodiment of a manufactured according to the method according to the invention Continuous casting mold in an axial section.

Bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgenden Herstellung der in der Zeichnung dargestellten Stranggießkokille wird auf einem Aluminiumdorn 20 mit einem Durchmesser, der gleich dem der gewünschten Bohrung der Kokille 21 ist, eine Aluminiumoxydschicht 22 gleichförmiger Stärke abgeschieden. Dieser Belag wird durch einen Plasmabogen aufgebracht. Eine typische Stärke des Belags beträgt 0.51 mm auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 19 mm. Die Länge der Schicht ist ausreichend, um sich der Länge der Kokille 21 und der Länge des feuerfesten Mantels 23 anzupassen. Der Mantel 23 wird aus einem Gemisch aus Aluminiumoxyd mit einer Zugabe von 10% einer 85°/nigen Orthophosphorsäure (H_nPO₄) gegossen. Der Mantel wird in einer Stahlform gebildet und 24 Stunden lang bei 400⁰C gehörtet und anschließend bei 1700 C zur Bildung der Cristobalit-Strtiktur gebrannt, die bei den Arbcitstempera'Uiren beim Gießen von Nickel-Silber hart und ausreichend stabil ist. Das Austrittsende des Mantels 23 besitzt einen Zapfen 24 und einen Flansch 25, der eine kreisförmige Anlagefläche 26 aufweist. Der Mantel ist in seiner richtigen Lage mit der Schicht 22 verbunden, so daß der Mantel und sein zugeordneter Schichiuhschnitt 22 ein zusainmengesetztes Rohr 27 bilden.When the continuous casting mold shown in the drawing is produced according to the method according to the invention, an aluminum oxide layer 22 of uniform thickness is deposited on an aluminum mandrel 20 with a diameter equal to that of the desired bore of the mold 21. This coating is applied by a plasma arc. A typical thickness of the covering is 0.51 mm on a mandrel with a diameter of 19 mm. The length of the layer is sufficient to adapt to the length of the mold 21 and the length of the refractory shell 23. The jacket 23 is cast from a mixture of aluminum oxide with an addition of 10% of an 85% orthophosphoric acid (H _n PO ₄ ). The jacket is formed in a steel mold and for 24 hours at 400 gehörtet ⁰ C and then fired at 1700 C for the formation of cristobalite Strtiktur, which is hard and sufficiently stable at the Arbcitstempera'Uiren the casting of nickel-silver. The outlet end of the jacket 23 has a pin 24 and a flange 25 which has a circular contact surface 26. The jacket is connected in its correct position to the layer 22 so that the jacket and its associated layer cut 22 form a tube 27 which is assembled together.

Es wird eine tubusförmige Stütze 28 rund um die periphere Oberfläche des restlichen Abschnitts der vorgeformten Schicht 22 und ferner über dem Zapfe.i 24 geschaffen, indem Kupfer aufgespritzt wird, bis ίο eine ausreichende Stärke von üblicherweise 6 mm abgeschieden worden ist, um die Stütze anschließend zur Schaffung einer verjüngten Außenfläche bearbeiten zu können. Der Verjüngungsgrad ist zum Anordnen der Stütze in einer verjüngten Bohrung 29 des mit Kanälen 31 für durchströmendes Kühlmittel versehenen Kühlblocks 30 aus Kupfer geeignet. Die Stütze 28 wird bei dieser Anordnung gleichzeitig mit der Bildung der Stütze fest und ganz mit dem Mantel 23 verbunden. Nach Bearbeitung der Stütze wird der Dorn 20 durch axiales Durchbohren des Doms entfernt, wobei eine Wandstärke \όλ 0,25 mm verbleibt, und anschließend durch Auflösen d'eser Aluminiumwandung einer Stärke von 0,25 mm mit z. B. Ätznatron, um die glatte Bohrung der Aluminiumoxydschicht 22 freizulegen.There will be a tubular support 28 around the peripheral surface of the remaining portion of the preformed layer 22 and also created over the Zapfe.i 24 by spraying copper until ίο a sufficient thickness of usually 6 mm deposited has been machined to the support afterwards to create a tapered outer surface to be able to. The degree of taper is used to locate the support in a tapered bore 29 of the with channels 31 for cooling blocks 30 made of copper and provided with coolant flowing through. the In this arrangement, support 28 becomes solid and integral with the shell at the same time the support is formed 23 connected. After machining the support, the mandrel 20 is removed by axially drilling through the mandrel, where a wall thickness \ όλ 0.25 mm remains, and then by dissolving d'eser aluminum wall with a thickness of 0.25 mm with z. B. caustic soda, to expose the smooth bore of the aluminum oxide layer 22.

Durch die Aluminiumoxydschicht auf der Bohrungsoberfläche der Form wird eine glatte, nicht poröse Formoberfläche erhalten, wodurch Absorption von Bestandteilen der gegossenen Legierung vermieden wird. Dementsprechend werden glatte Stränge hergestellt, die ihrem Abzug aus der Stranggießkokille wenig Widerstand entgegensetzen. Ferner ist die feuerfeste Schicht thermisch stabil und widersteht der erosiven Einwirkung der Schmelze. Da die Schicht im Vergleich mit dem gesamten Kokillenquerschnitt dünn ist, wird die Wärmeableitung aus der Schmelze und dem sich bildenden Strang nicht beeinträchtigt. Auf Grund der Verwendung von nicHt porösen feuerfesten Beschichtungen werden die Standzeiten einer Stranggießkokille beträchtlich gegenüber der derzeitigen Praxis verringert, und es wird ein wirklich kontinuierliches Gießen erzielt.The aluminum oxide layer on the surface of the hole makes the mold a smooth, not Obtained porous mold surface, whereby absorption of constituents of the cast alloy avoided will. Correspondingly, smooth strands are produced which can be withdrawn from the continuous casting mold offer little resistance. Furthermore, the refractory layer is thermally stable and withstands the erosive action of the melt. As the layer in comparison with the entire mold cross-section is thin, the heat dissipation from the melt and the strand being formed is not impaired. Due to the use of non-porous refractory coatings, the service life of a continuous casting mold is considerably reduced from current practice, and it becomes a real one continuous pouring achieved.

Die Verwendung eines feuerfesten, die geschmolzene Legierung vom Vorrr.tsofen zur Stranggießkokiile leitenden Rohres vermindert darüber hinaus die Wärmemenge, die vom Ofen entlang der Rohrwandung zur Kokille und Kühlflüssigkeit abgezogen wird. Demgemäß kann eine bessere Kontrolle über die Lage der Feststoff-Flüssigkeit-Grenschicht der erstarrenden Legierung in der Stranggießkokille ausgeübt werden. Die bevorzugte Lage der Crenzschicht befindet sich nahe dem Einlaßende der Kokille. Diese Lage kann durch Überwachen der Strömung und Temperatur des Sinlaßkühlmiltels 55 genau reguliert werden.The use of a refractory, the molten alloy from the supply furnace to the continuous casting mold The conductive pipe also reduces the amount of heat that is carried by the furnace along the Pipe wall to the mold and cooling liquid is withdrawn. Accordingly, there can be better control on the position of the solid-liquid green layer of the solidifying alloy in the continuous casting mold be exercised. The preferred location of the crenz layer is near the inlet end of the Mold. This location can be controlled by monitoring the flow and temperature of the inlet cooling fluid 55 are precisely regulated.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vermeidet die I ängsverbindung längs der Stranggießkokille. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine durchgehende glatte Bohrung 60 längs der gesamten Lange des Rohres 27 und der Kokille 21 geschaffen.The production method according to the invention avoids the longitudinal connection along the continuous casting mold. In addition, the method according to the invention creates a continuous smooth bore 60 along the entire length of the tube 27 and the mold 21 are created.

Die Aluminiumoxydschicht besitzt, wie dargestellt wurde, einen konstanten Bohrungsdurchmesser; sie kann sich jedoch bezüglich ihres axialen Querschnitts 65 in Richtung auf das Austrittsende der Kokille zur Verbesserung der Abkühlungseigcnschaften verjüngen. As shown, the aluminum oxide layer has a constant bore diameter; she can, however, with respect to its axial cross section 65 in the direction of the exit end of the mold to Rejuvenate improvement of the cooling properties.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ancestors for the production of a furnace Continuous casting mold with an upstream casting nozzle, which forms a continuous, shaping wear layer have, characterized that the wear layer (22) using the graft method over the entire length of the continuous casting mold and the upstream casting nozzle generated and then first refractory material (23) in the area of the pouring nozzle and then thermally conductive material (28) is applied as a support jacket in the area of the continuous casting mold.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pouring nozzle with one in the Mold protruding extension (24) is provided.

3. The method according to any one of the preceding claims, dadtvch characterized in that the wearing layer (22) and / or the support material (23, 28) is generated by means of a plasma arc.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the Wear layer another wear layer at a higher temperature than that when the first layer used is applied.

5. Use of aluminum oxide, zirconium triboride, molybdenum, silicon carbide and tungsten carbide for the formation of a wear layer in a method according to claims 1, 3 or 4.