DE2533528B2 - Verfahren zum verformen von waenden fuer stranggiesskokillen und kokillen - Google Patents
Verfahren zum verformen von waenden fuer stranggiesskokillen und kokillenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen sn Wänden für Stranggießkokillen, wobei auf die den
Formhohlraum bildenden Kokillenwändc eine diest Wände verformende Kraft aufgebracht und diese
Wände auf die geometrischen Abmessungen einer Matrize verformt werden und nach diesem Verfahren
hergestellte Kokillen.
Beim Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, werden Durchlaufkokillen mit geradem oder
bogenförmigem Formhohlraum verwendet. Für Knüppel und kleinere Vorblockformate werden in der Regel
Rohrkokillen und für größere Vorblockformate und Brammen werden Plattenkokillen verwendet. Beim
Stranggießen von Stahl erstarrt in der Kokille eine relativ dünne Strangkruste, die kontinuierlich mit dem
flüssigen Kern aus der Kokille ausgezogen wird. Erreicht diese Strangkruste innerhalb der Kokille eine
bestimmte Festigkeit, so zieht sie sich bei der weiteren Abkühlung zusammen und es entsteht je nach
Strangformat und Konizität des Formhohlraumes zwischen der Strangkruste und der Kokillenwand ein
Luftspalt. Die Geometrie des Formhohlraumes der Kokille erfordert deshalb eine hohe Präzision, um eine
gleichmäßige Kühlung der Strangkruste innerhalb der Kokille zu erreichen.
Es ist bekannt, den Formhohlraum von Rohr- und Plattenkokillen zum Ausgangsende hin konvergieren zu
lassen, um die beim Abkühlen der Strangkruste auftretende Schrumpfung zu kompensieren. Bei Stranggießanlagen
mit in Stranglaufrichtung kreisbogenförmiger Strangführung werden solche Kokillen mit kreisbogenförmigem
Formhohlraum verwendet.
Bei der Herstellung von kreisbogenförmigen Rohrkokillen ist es weiter bekannt, eine als Kaliberdorn
ausgebildete Matrize in den Hohlraum eines vorgebogenen Rohrabschnittes einzubringen und das mit dem
Kaliberdorn versehene Rohr durch einen der Außenform des Rohrabschnittes angepaßten DrucKring
hindurchzuziehen, um auf die Wände eine verformende Kraft aufzubringen. Dadurch werden diese Wände auf
die geometrischen Abmessungen des Kaliberdornes verformt. Bei diesem Verfahren ist es möglich, Kokillen
mit einem konvergierenden Hohlraum zu fertigen. Die Verformung des Rohrabschnittes zur Anpassung des
Hohlraumes an die Erfordernisse der effektiven Strangschrumpfung über die Länge der Kokille ist bei
diesem Verfahren nicht möglich. Im weiteren ist es schwierig, enge Toleranzen bei den geometrischer
Abmessungen des Formhohlraumes in bezug aul Kreisbogenform, Strangquerschnittmaß und Konizitäi
wegen der bei der Herstellung entstehenden Spannungen einzuhalten. Eine erwähnenswerte Verbesserung
der Oberfläche des Formhohlraumes in bezug auf Härte und Rauheit kann bei diesem Verfahren nicht erreich
werden.
Bei einer Wiederverwertung verschlissener Rohn kann das Nennmaß des ursprünglichen Strangquer
schnittes nicht eingehalten werden, weil durch dii notwendige spanabhebende Bearbeitung der lichti
Querschnitt ausgeweitet wird.
Bei Plattenkokillen ist es bekannt, die dem Formhohl raum zugekehrte Seite durch spanabhebende Bearbei
tung, beispielsweise kreisbogenförmig, zu gestalter Wegen der in der Regel großen Bogenradien und de
geforderten Genauigkeit sind für die Bearbeitun solcher Platten sehr teure Maschinen notwendig. Ii
weiteren ist es kostspielig, die geforderte Oberflächer gute in bezug auf Rauheit und Härte bei Kupferplatte
zu erreichen.
Kokillen mit großen Toleranzen der Formhohlraun
geometrie bedingen sowohl bei Rohr- als auch bei Plattenkokillen eine unregelmäßige Kühlung des Stranges,
die ihrerseits durch Spannungen und Verzug der Strangkruste die Strangqualität beeinflußt. Dieser
Verzug der Strangkruste verursacht einerseits zusätzlichen
Verschleiß, der die Standzeit der Kokille verkürzt, und andererseits wird die unregelmäßige Kühlung
weiter verstärkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kokillen zu schaffen, die
zur Erzeugung von Strängen mit verbesserter Qualität geeignet sind, dtren Standzeiten verlängert und deren
Herstellkosten wirtschaftlich sind. Im weiteren sollen Kokillen mit verbesserten Eigenschaften hergestellt
werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dies dadurch erreicht weiden, daß die verforrende Kraft auf
mindestens eine Kokillenwand durch Detonation von
Sprengstoff aufgebracht wird, wodurch Kokillen mit verbesserten Eigenschaften herstellbar sind.
Nach diesem Verfahren hergestellte Rohr-, Blockoder Plaitenkokillen weisen gegenüber solchen, hergestellt
gemäß dem Stand der Technik, eine genauere Formhohlraumgeometrie auf. Auch ist es möglich,
solche Kokillen in einem Schritt zu verformen und jede gewünschte Gestalt, wie Mehrstufenkonus, spezielle
Ausbildung der Ecken im Formhohlraum usw., zu verwirklichen. Durch eine Erhöhung der Härte juf der
dem Formhohlraum zugekehrten Seite der Kokillenwand kann die Standzeit der Kokille wesentlich
verlängert werden. Die höhere Genauigkeit des Formhohlraumes und die Möglichkeit einer verbesserten
Anpassung der Kokillenkonizität an die Erfordernisse der schrumpfenden Strangkruste ergeben einerseits
eine Verbesserung der Qualität des gegossenen Stranges und erlauben andererseits wegen der verbesserten
Strangkühlung eine Erhöhung der Gießge schwindigkeit. Mit dem Verfahren kann nicht nur die
Härte der Formhohlraumoberfläche, sondern auch zusätzlich die Oberflächengüte in bezug auf Rauheit
wesentlich verbessert werden. Dadurch ergibt sich eine verminderte Benetzung des flüssigen Stahls bzw. der
flüssigen Schlacken mit der Kokillenoberfläche. Überraschenderweise können auch gebrauclue, durch Verschleiß
ausgeweitete Rohrkokillen wieder auf das ursprüngliche Sollmaß verkleinert werden. Die Wände
des Formhohlraumes erhalten wiederum die Eigenschaften einer neuen Kokille.
Zusätzlich zur Bemessung der verformenden Kraft durch die Detonation kann als erweiterte Zielsetzung
auch die Steuerung der Härte der Kokillenwandung vorgesehen werden. Gemäß einem Kennzeichen der
Erfindung ist es von Vorteil, wenn durch Bemessung der Menge und Anordnung des Sprengstoffes eine vorbestimmte
erhöhte Oberflächenhärte der dem Kokillenhohlraum zugekehrten Seite der Kokillenwand erzielt
wird. Bei Kokillen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sind Härtesteigerungen an den den Formhohlraum
begrenzenden Flächen von 40 Rockwell B auf 50 bis 75 Rockwell B möglich. Bei Verwendung von Kaliberdornen
mit entsprechender Oberfläche sind Kokillen mit einer Oberflächengüte der dem geometrischen
Mittenrauhwert /?svon 126(μιτι) herstellbar.
Gemäß dem beschriebenen Stand der Technik ist es kostspielig und schwierig, Rohrkokillen aus Kupfer oder
Kupferlegierungen, deren Formhohlraum zum Ausgangsende hin konvergieren, in den geforderten
Toleranzen preisgünstig herzustellen. Es ist somit von ganz besonderem Interesse, genauere Rohrkokillen
wirtschaftlich zu fertigen. Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung können solche Kokillen mit
Vorteil hergestellt werden, wenn ein Rohrabschnitt über die als Kaliberdorn ausgebildete, den geometrischen
Abmessungen des Formhohlraumes entsprechende Matrize gezogen und daß auf den Rohrabschnitt von
außen die durch die Detonation von Sprengstoff verformende Kraft aufgebracht und der Hohlraum auf
die Außenform des Kaliberdorns verkleinert wird. Zum Entfernen des Kaliberdorns kann der Rohrabschnitt
erwärmt werden.
Bevor der Kaliberdorn für eine kreisbogenförmige ■Kokille in den Rohrabschnitt eingebracht werden k-^nn,
ist dieser etwa entsprechend dem Kreisbogen vorzubiegen. Die Erfindung empfiehlt, daß vor dem Aufbringen
der verformenden Kraft von außen auf den Rohrabschnitt dieser in eine Matrize eingelegt und eine
verformende Kraft durch Detonation von Sprengstoff von innen auf den Rohrabschnitt aufgebracht wird, um
dabei die Außenform des Rohrabschnitles der Gestalt des Hohlraumes der Matrize anzupassen. Die Lenkung
des bei der Detonation frei werdenden Druckes kann verbessert werden, wenn die Detonation unter Wasser
aufgebracht wird.
Die Maßgenauigkeit des Formhohlraumes einer Rohrkokilie hängt neben der Genauigkeit des Kaliberdornes
noch von weiteren Faktoren ab. Es ist deshalb zweckmäßig, daß der Spalt zwischen der Innenwandfläche
des Rohrabschnittes und dem Kaliberdorn an den Stirnseiten des Rohrabschnittes abgedichtet und der
Spalt vor dem Aufbringen der verformenden Kraft evakuiert wird. Durch die Anordnung der Dichtflächen
auf den Stirnseiten des Rohrabschnittes entsteht nur ein minimaler Abfall beim Besäumen der Rohrabschnitte.
Bei einer spanabhebenden Nachbearbeitung von gebrauchten Kokillen vergrößert sich der lichte
Querschnitt der Kokille gegenüber dem Sollquerschnitt. Die Erfindung schließt somit ein, daß mindestens eine
Kokillenwand einer gebrauchten durch Verschleiß verformten Kokille mittels der durch die Detonation
von Sprengstoff gegen die Außenwände erzeugten Kraft wieder auf die geometrischen Abmessungen der
Matrize verformt wird. Dies ermöglicht, daß speziell bei Rohrkokillen die Kokillenhaltbarkeit auf mehrere
Kokillenreisen ausgedehnt werden kann. Mit Vorteil werden vom Verschleiß herrührende Kratzspuren an
der Innenwand der Kokille vor der Verformung spanabhebend mindestens teilweise so verformt, daß
Überlappungen erzeugende Kratzspuren entfernt werden und dadurch bei der Verformung keine Oberflächenfehler
an den Wänden des Formhohlraumes entstehen.
Zum Gießen von vorprofilierten Strängen sind Kokillen erforderlich, db das zu gießende Profil mit
einem in Stranglaufrichtung verlaufenden Gießkonus und bei Bogenkokillen zusätzlich noch einen bogenförmigen
Hohlraum aufweisen. Solche Kokillen sind wegen der komplizierten Hohlraumform als Rohrkokillen mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft herstellbar.
Beispiele des Erfindungsgegenstandes werden im nachfolgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine schematisch
dargestellte Stranggießanlage mit kreisbogenförmiger Kokille,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine kreisbogenför-
mige Rohrkokille,
Fig. 3 einen Querschnitt der Rohrkokille gemäß Fig. 2,
Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Matrize mit
eingelegtem Rohrabschnitt,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4
und
Fig.6 einen Längsschnitt durcii einen in Wasser
eingetauchten Rohrabschnitt, welcher mit einem Kaliberdorn versehen ist.
In Fig. 1 fließt durch einen Bodenausguß 14 eines
Zwischengefäßes 12 Stahl in den Formhohlraum einer oszillierenden Kokille 10. Die Kokille 10 ist auf ihrer
Außenseite mit einem regelbaren Kühlwassersystem 16. das üblicherweise als Wassermantel ausgebildet ist,
versehen. Ein sich bildender Stahlstrang 18. der eine
äußere Kruste und einen flüssigen Kern aufweist, wird kontinuierlich am unteren Ende der Kokille 10
ausgefördert. Durch weitere Kühleinrichtungen 20 in der Sekundärkiihlzone wird der Strang zur vollständigen
Erstarrung gebracht. Nach Treibrollen 22 wird der Strang in einer nicht dargestellten Sehne idstation auf
die gewünschten Längen geschnitten.
In den Fig. 2 und 3 bilden Kokilleüwände 24 den
Formhohlraum 25 der Rohrkokille 10. Der gebogene Formhohlraum 25 konvergiert von der Eintrittsseite mit
einem Maß 26 zur Austrittsseite mit einem Maß 27, um der mit fortschreitender Erstarrung des Stahls verbundenen
Schrumpfung Rechnung zu tragen. Die Ecken des lichten Kokillenquerschnittes sind abgerundet. Die
Abmessungen einer solchen Kokille 10 sind beispielsweise die folgenden: Radius 28 3800 mm ± 25 mm.
Radius 29 3940 mm ± 25 mm. Maß 26 auf der Eintrittsseite 132 mm ± 0,05 mm und M-aß 27 auf der
Austrittsseite 131 mm ± 0.05 mm. Die Länge der Rohrkokille tO beträgt 810 mrn.
Solche Rohrkokillen 10 werden aus stranggepreßten Rohrabschnitten mit beispielsweise quadratischem
Querschnitt, mit einer Lichtweite von beispielsweise 131 mm und einer Wsndstärke von 8 mm hergestellt.
In einem ersten Schritt wird gemäß den F i g. 4 und 5
ein Rohrabschnitt 10' in eine Matrize 30 mit einem dem vorbestimmten Krümmungsradius angepaßten Hohlraum
44 eingebracht. Die Matrize 30 entspricht der Außenform des Rohrabschnittes 10'. Je nach der Größe
des Krümmungsradius des Hohlraumes 44 kann ein gerader oder vorgebogener Rohrabschnitt 10' in die
Matrize 30 eingebracht werden. Die Matrize 30 besteht aus Seitenplatten 32,34,36,38. Diese Platten 32,34,36,
38 werden durch Nut und Feder 40 gegeneinander fixiert und durch eine Reihe von Schrauben 42
zusammengehalten. Im üblichen Fall wird der Rohrabschnitt 10' aus Kupfer vorzugsweise vor seinem
Einsetzen in die Matrize 30 auf mechanischem Wege vorgebogen. Zwischen der äußeren Weite des Rohrabschnittes
10' und dem quadratischen Querschnitt des Matrizenhohlraumes 44 ist 1 — 2 mm Spiel vorgesehen.
Die den Rohrabschnitt 10' enthaltende Matrize 30 wird auf eine Bodenplatte 50 gestellt. Das untere Ende
des Rohrabschnittes 10' sitzt dabei auf einer wasserdicht schließenden Verschlußplatte 52 Mit 54 ist eine
schnurförmige Sprengladung dargestellt, die sich in Längsrichtung durch den Innenraum des Rohrabschnittes
10' erstreckt und an ihrem oberen Ende an einem Träger 56 befestigt ist. Der Hohlraum des Rohrabschnittes
10' wird vor dem Zünden der Sprengladung 54 vorzugsweise mit Wasser gefüllt.
Durch die Detonation der Sprengladung 54 wird
gegen die Innenwände des Rohrabschnittes 10' eine diese Wände verformende Kraft erzeugt und dabei die
Außenform des Rohrabschnittes 10' der Gestall des Hohlraumes 44 der Matrize 30 angepaßt. Wenn es
erwünscht ist, kann die Außenform des Rohrabschnittes 10', welche der dem Kühlwassermantel zugekehrten
Oberfläche der Kokille entspricht, durch entsprechende Gestaltung der Matrize mit einer Strukiurierung
versehen werden. Das gekrümmte Rohr 10' wird durch
ίο Demontage der Matrize 30 aus dieser entfernt. In einem
weiteren, nachfolgend beschriebenen Schritt wird der Hohlraum des Rohrabschnittes 10' auf die gewünschten
geometrischen Abmessungen verformt.
In Fig. 6 ist mit 60 ein Kaliberdorn als Matrize dargestellt, dessen Außenmaße mit den Innenmaßen der
herzustellenden Kokille übereinstimmen. Der Kaliberdorn 60 ist mit einem Konus gemäß den in F i g. 2
dargestellten Maßen 26 und 27 versehen. Nach dem Einsetzen des Kalibcrdorns 60 in den mit einem etwas
größeren Querschnitt versehenen Rohrabschnitt 10" wird der gebildete Spalt fc>2 zwischen der Innenwandfläche
des Rohrabschnittes 10" und dem Kaliberdorn 60 an den Stirnseiten 70 des Rohrabschnittes 10" gegenüber
dem Kaliberdorn 60 abgedichtet. Durch den Druck einer Feder 73 auf eine Kappe 75 wird auf eine Dichtung
72. die beispielsweise aus einem O-Ring besteht, ein
Quetschdruck ausgeübt. Über Bohrungen 74 im Kaliberdorn 60 wird der Spalt 62 evakuiert. Auf der
Außenseite des Rohrabschnittes 10" wird eine im wesentlichen einheitliche Lage Sprengstoff 76 aufgebracht,
die beispielsweise die Form einer Schnur aufweist. Von Fall zu Fall können Kanten oder andere
Bereiche mit zusätzlichem Sprengstoff versehen werden, um dort größere verformende Kräfte aufzubringen.
Die beschriebene Anordnung wird sodann an einer Ringschraube 78 in einen mit Wasser gefüllten
entsprechend ausgebildeten Behälter getaucht und die Sprengladung 76 gezündet. Durch die Detonation des
Sprengstoffes 76 wird gegen die Außenwände des Rohrabschnittes 10" eine verformende Kraft aufgebracht,
so daß der Hohlraum des Rohrabschnittes 10" auf die Außenform des Kaliberdornes 60 verkleinen
wird.
Im Bedarfsfall kann ein Pufferwerkstoff, beispielsweise geschäumter Kunststoff, Gummi, Papier. Kork. Luft
oder dergleichen angewendet werden, um die unmittelbare Berührung zwischen der Sprengladung 76 und dem
Rohrabschnitt 10" zu vermeiden. Dies dient zum Schutz der Außenseite des Rohrabschnittes 10". An Stelle der
in Fig.6 dargestellten Anordnung kann der Rohrabschnitt
10" mit dem Kaliberdorn 60 in einen Behaltet eingebracht und ganz mit rieselfähigem Sprengstof
umgeben werden.
DUrC1I Erwärmen kann der Rohrabschnitt 10'
vergrößert und vom Kaliberdorn 60 leicht entfern werden. Durch Ablängen wird der Rohrabschnitt 10'
auf die gewünschte Kokillenlänge gebracht.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstel lung von neuen Rohrkokillen. An Stelle des Rohrab
schnittes 10" kann der Kaliberdorn 60 aber auch in ein gebrauchte durch Verschleiß verformte Kokille einge
bracht und durch die Detonation von Sprengsto! wieder auf die geometrischen Abmessungen de
Kaliberdornes verformt werden. Die vom Verschlei herrührenden Kratzspuren an den Innenwänden dt
gebrauchten Kokille können vor der Verformun spanabhebend mindestens so weit entfernt werden, da
nach der Sprengverformung keine Überlappung cd<
andere Oberflächenfehler entstehen.
Nach dem beschriebenen Verfahren veri'ormtc Kokillen aus Kupfer oder Kupl'erlegierungen weisen
bessere Oberflächenbeschaffenheit im Formhohlraum auf als auf herkömmliche Weise hergestellte Kokillen.
Die den Formhohlraum begrenzenden Flächen der Kokille können von einer Ausgangshärte von beispielsweise
40 Rockwell B auf eine Härte zwischen 50 und 75 Rockwell B vergütet werden. Die Bemessung und
Anordnung des Sprengstoffes erfolgt einerseits zur Erzeugung einer rücksprungfreien und genauen Verformung
auf die Negativform und andererseits zur Erzeugung einer Erhöhung der Oberflächenhärte der
dem Kokillenhohlraum zugekehrten Wände. Im weite
ren ist eine Oberflächengüte in bezug auf Rauheit nach
dem geometrischen Mittenrauhwcrt Ry von 126(μιη) =
RMS 32 (μίη) an der Oberfläche des Formhohlraume«
leicht erreichbar. »RMS 32« bedeutet dabei die Rauher gemäß Root-Mean-Square Average, welche in Machin
ery's Handbook. 15. Ausgabe. The Industrial Press Verlag. New York 13. Seite 291. beschrieben isl.
Das beschriebene Verfahren ist ohne weiteres auch
anwendbar für gerade Kokillen, für Wände vor Plattcnkokillen. für Kokillen, deren Formhohlraum übei
die Länge unstetig konvergiert und für Kokillen, derei
den Formhohlraum begrenzende Wände quer zui Kokillenlängsachse mindestens teilweise konvex, kon
kav usw. ausgebildet sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
609 536/31
Claims (10)
1. Verfahren zum Verformen von Wänden für Stranggießkokillen, wobei auf die den Formhohlraum
bildenden Kokillenwände eine diese Wände verformende Kraft aufgebracht und durch diese die
Wände auf die geometrischen Abmessungen einer Matrize verformt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die verformende Kraft auf mindestens eine Kokillenwand durch Detonation von Sprengstoff aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bemessung der Menge und
Anordnung des Sprengstoffes eine vorbestimmte '5 Oberflächenhärte der dem Kokillenhohlraum zugekehrten
Seite der Kokillenwand erzielt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für eine Rohrkokille aus Kupfer oder Kupferlegierungen,
deren Formhohlraum zum Ausgangsende hin konvergiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrabschnitt
über die als Kaliberdorn ausgebildete, den geometrischen Abmessungen des Formhohlraumes
entsprechende Matrize gezogen und daß auf den Rohrabschnitt von außen die durch die Detonation
von Sprengstoff verformende Kraft aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet,
daß zum Entfernen des Rohrabschnittes vom Kaliberdorn der Rohrabschnitt erwärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, zum Verformen einer Bogenkokille, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Aufbringen der verformenden Kraft von außen auf den Rohrabschnitt, dieser in
eine Matrize eingelegt und eine verformende Kraft durch Detonation von Sprengstoff von innen auf den
Rohrabschnitt aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der
Innenwandfläche des Rohrabschnittes und dem Kaliberdorn an den Stirnseiten des Rohrabschnittes
abgedichtet und vordem Aufbringen der verformenden Kraft evakuiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detonation unter
Wasser aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß eine gebrauchte,
durch Verschleiß verformte Kokillenwand durch die Detonation von Sprengstoff wieder auf die
geometrischen Abmessungen der Matrize verformt wird.
9. Kokille, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8 aus Kupfer oder einer
Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Formhohlraum (25) begrenzenden Flächen der
Kokille (10) eine Härte zwischen 50 und 75 Rockwell B aufweisen.
10. Rohrkokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche der
Kokille (10) mindestens eine Oberflächengüte nach dem geometrischen Mittenrauhwert Rs von 126(μηι)
aufweist.
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