DE2104843A1

DE2104843A1 - Graphite faced continuous casting mould - with pyrolytic graphite deposit on graphite surface

Info

Publication number: DE2104843A1
Application number: DE19712104843
Authority: DE
Inventors: die Anmelder. M sind
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1972-08-17

Abstract

Continuous casting mould consists of a water cooled housing with a graphite insert with a surface layer of pyrolytic graphite together with carbide forming elements. The carbide producing elements are specif. selected from (gps. III, IV and V. The layer is applied by the simultaneous deposition from vapour both of the pyrolytic graphite and the carbide forming elements. The surface layer greatly increases the service life of the mould.

Description

KOKILLE Die Erfindung betrifft Kokillen zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Strangguß von Metall oder Legierung, insbesondere von Nichteinsenmetall. Mold The invention relates to molds for continuous and discontinuous continuous casting of metal or alloy, especially non-ferrous metal.

Es sind Kokillen zum kontinuierlichen und diskontinuier -lichen Strangguß von Metall oder Legierung bekannt, die ein wassergekühltes Gehäuse mit Graphitbuchse enthalten. There are molds for continuous and discontinuous continuous casting known from metal or alloy, which has a water-cooled housing with graphite bushing contain.

Solche Buchsen haben eine unebene (rauhe) Arbeitsfläche, wodurch sie schnell verschleißen. Kokillen mit dieser Buchsen haben eine kurze Lebenadauer.Es wurde versucht,die Raunigkeit der Buchsenarbeitsfläche der Kokillen durch Verkleidung der Buchse mit Kupfer zu vermindern /USA - Patent Nr. 34, 255/. Such sockets have an uneven (rough) working surface, as a result of which they wear out quickly. Molds with these bushings have a short life an attempt was made to reduce the roughness of the bushing working surface of the molds by cladding to reduce the socket with copper / USA - Patent No. 34, 255 /.

Dies mindert die Reibung herab, insbesondere bei Verwendung einner Schmierung der Buchsenarbeitsfläche, wobei aber die Qualität des Strangs schlechter wird. Außerdem ist Anbressen der Kupferverkleidung durch das zu vergießende Metall möglich.This reduces the friction, especially when using one Lubrication of the working surface of the bushing, but the quality of the strand is poor will. In addition, the copper cladding is brittle through the metal to be cast possible.

In einigen Kokillen wurden Buchsen verwendet, welche aus Pyrographitringen zusammengesetzt sind/USA - Patent Nr. Bushings made from pyrographite rings have been used in some molds are composed / USA - Patent No.

3424228/. Diese Buchse gewährleistet eine schnelle Wärmeabfuhr, jedoch dringt in die Spalte zwischen den Ringen das in die Buchse gegossene Metall ein.3424228 /. This socket ensures quick heat dissipation, however the metal poured into the socket penetrates into the gap between the rings.

Infolge einer geringen Festigkeit der Pyrographitringe lassen sie sich nicht derart bearbeiten, daß ihnen eine hohe Ebenheit (geringe Rauhigkeit) der Buchsenarbeitsfla"che ver -liehen wird. Außerdem wird die arbeitende Fläche der Pyrographitringe während de Gießens bei einer Wechselwirkung mit Luft zeratort. Due to the low strength of the pyrographite rings, they leave do not work in such a way that they have a high level of evenness (low roughness) the socket working surface is given. In addition, the working surface of the pyrographite rings during the casting when interacting with air.

All das führt zur Bildung einer unebenen Strangoberfläche, die die Oberflache der Buchse schnell abnutzt und die Bewegungsgeschwindigkeit des gebildeten Strangs herabsetzt. Die erhöhte Reibung des Strangs an der Arbeitsfläche der Buchse kann Reißen der erstarrenden Strangoberfläche, Entstehen von Rissen und Ausfließen des Metall durch sie hervorrufen. Der erzeugte Strang besitzt eine rauhe Oberfläche, welche eine meschanische Zusatzbearbeitung erfordert. All of this leads to the formation of an uneven strand surface, which the Surface of the socket wears out quickly and the speed of movement of the formed Lowering the strand. The increased friction of the strand on the working surface of the bushing The solidifying surface of the strand can tear, cracks and leakage can occur of the metal through them. The strand produced has a rough surface, which requires additional mechanical processing.

Zur Erleichterung der Bedigungen, unter denen der Strang durch die Kokille gehtsowie zur Vorbesserung der Strangober -fläche befestigt man an der Buchsenarbeitsfläche ein Rohr uas Glanzkohlenstoff/USA - Patent Nr. 3435881/. Dies beseitigt die genannten Nachteile, senkt aber gleichzeitig die Wärme -abfuhr und schließt nicht aus,daß Metall in den Spalt zwischen dieses Rohr und der Buchse eindringt. To ease the conditions under which the strand passed through the The mold is also used to improve the surface of the strand and is attached to the working surface of the bushing a tube uas bright carbon / USA - Patent No. 3435881 /. This eliminates the aforementioned Disadvantages, but at the same time reduces the heat dissipation and does not exclude that Metal penetrates the gap between this pipe and the socket.

Eine beträchtliche DiNrerenz der Wärmeaudehnungskoeffi £.ionten dos Rohrs aus Glanzkohlenstoff und der Buchse aus Pyrographit führt außerdem während der Arbeit der Kokille zur Zerstörung der Vorbindung zwischen Buchse und Rohr und sogar zur Zerstörung des letzteren.Dar'dber hinaus ist für die Fer -tigung einer solchen Kokille viel kostspieliges Material (Pyrographit und Glanzkohlenstoff) erforderlich und ihre Fertigung ist mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden. A considerable difference in the coefficient of thermal expansion Carbon fiber tube and the bushing Pyrographite leads also during the work of the mold to destroy the pre-bond between the bush and reed and even to the destruction of the latter. Beyond that is for the fer -making such a mold is a very expensive material (pyrographite and shiny carbon) required and their manufacture is associated with a number of difficulties.

Zweck der vorlieGenden Erfindung ist die Behebung der genannten Nachteile. The purpose of the present invention is to remedy the disadvantages mentioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille mit Buchse zu schaffen, welche die Erzeugung von Strängen mit ebener Oberfläche gewährleistet, eine längere Lebensdauer hat und eine höhere Leistungsfähigkeit aufweist. The invention is based on the object of a mold with a socket to create, which ensures the production of strands with a flat surface, has a longer lifespan and is more efficient.

Diese Aufgabe ist durch Schaffung einer Kokille zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Strangguß von Metall oder Legierung gelöst, die ein wassergekühltes Gehäuse mit Graphitbuchse enthält und bei der gemaß der Erfindung auf der Arbeitsfläche der Graphitbuchse eine ununterbrochene Schutz -schicht aus pyrolythischem Graphit mit karbidbildenden Elementen vorgesehen ist. This task is continuous by creating a permanent mold and discontinuous continuous casting of metal or alloy dissolved, which is a water-cooled Contains housing with graphite bushing and according to the invention on the work surface the graphite bushing has an uninterrupted protective layer of pyrolytic graphite is provided with carbide-forming elements.

Diese Kokille erhöht die Qualität der gegossenen Stränge und weist gegenüber den Kokillen der bekannten Konstruktionen eine höhere Leistungsfähigkeit und eine längere Lebensdauer auf. Hierbei ist kein zusätzlicher Arbeitsaufwand für die Bearbeitung der Strangoberflåche erforderlich und die Metall -verluste verringern sich; Zum Gießen von Hohler zeugnissen kann man eine Kokille mit Dorn verwendet, auf dessen Arbeitsfläche die gleiche Schutzschicht vorhanden ist. This ingot mold increases the quality of the cast strands and shows compared to the molds of the known constructions a higher efficiency and a longer lifespan. There is no additional work involved for machining of the strand surface is necessary and the metal losses are reduced themselves; A permanent mold with a mandrel can be used to cast hollow products. the work surface has the same protective layer.

Dadurch wird ermöglicht,die Qualität zu verbessern und die Anzahl der gegossenen Hohlerzeugnisse zu vergrößern. This makes it possible to improve the quality and the number of the cast hollow products.

Es ist zweckmäßig, daß die Schutzschicht auf der Arbeitsfläche der Buchse karbidbildende Elemente aus der dritten, der vierten und der fünften Gruppe des Periodensystems<> enthalt. <einzeln oder in Kombination< Dies gestattet die Buchse mit ebener Arbeitsfläche zu erhalten, weil Pyrographit mit liarbidbildenden Elementen einc erhöhte Festigkeit besitzt. Außerdem wiedersteht Pyrographit ni-ü diesen Elementen besser der zerstorenden Wirkung des Luft -sauestOffs.Die Einführung der Elemente in den Pyrographit ermöglicht es, eine Arbeitsschicht zu erzielen, welche einen Wärmeausdehungskoeffizienten hat, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten dor Graphltbuche nahekommt. It is useful that the protective layer on the working surface of the Bush carbide-forming elements from the third, fourth and fifth groups of the periodic table <> contains. <individually or in combination <This is permitted to get the socket with a flat working surface, because pyrographite with liarbid-forming Elements have increased strength. In addition, pyrographite resists ni-ü These elements better the destructive effect of the air-pollutant. Introduction of the elements in the pyrographite makes it possible to achieve a work shift which has a coefficient of thermal expansion equal to the coefficient of thermal expansion dor graphite beech comes close.

Darüber hinaus erhöht die Einführung dieser Elemente in den Pyrographit dessen Fähigkeit zur Wärmeabfuhr, wobei die Wärme über die wassergekühlten Wände des Kokillengehäuses entfernt wird. It also increases the introduction of these elements into the pyrographite its ability to dissipate heat, with the heat passing through the water-cooled walls of the mold housing is removed.

Zweckmäßigerweise wird die Schutzschicht auf der Arbeitsfläche der Kokille durch gemeinsame chemische db -scheidung ton Pyrographit und karbidbildenden Elementen aus einem Dampf - Gas - Gemisch hergestellt, welches Kohlenstoff und karbidbildnede Elemente enthält. The protective layer is expediently on the working surface of the Mold through joint chemical db separation clay pyrographite and carbide-forming Elements made from a vapor - gas mixture, which carbon and carbide-forming Contains elements.

Dies verbürgt eine feste Bindung der Schutzschicht an der Graphitbuchse und verbessert die Bedingungen der Wärmeabführung. This guarantees a firm bond between the protective layer and the graphite bushing and improves the conditions of heat dissipation.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Aus -führungsbeispiel der Kokille mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kokille mit einer Schutzschicht aufweisenden Graphitbuchse; Filz 2 eine Kokille mit Buchse und Dorn,welche die Schutzschicht besitzen. An exemplary embodiment is given below to explain the invention the mold described with reference to the drawings; show in the drawings Fig. 1 shows a mold according to the invention with a graphite bushing having a protective layer; Felt 2 a mold with bushing and mandrel, which have the protective layer.

Dic kokille zum kontinuierlichen und diskontinuierlichen Strangguß von Metall oder Legierung besitzt ein Gehäuse 1 (Fig. 1) mit Doppelwänden, welche einen Hohlraum 2 zum Durchfluß der das Gehäuse kdhlenden Flüssigkeit bilden.Eine Graphit -buchse 3 liegt dicht an der Innenwand des Gehauses 1 an (ist eingeschlieffen) und hat auf ihrer Arbeitsfläche eine ununter -brochene Schutzschicht 4 aus pyrolythischem Graphit mit karbidbildenden Elementen. Thick mold for continuous and discontinuous continuous casting of metal or alloy has a housing 1 (Fig. 1) with double walls, which Form a cavity 2 for the flow of the liquid cooling the housing. One Graphite bushing 3 lies tightly against the inner wall of the housing 1 (is slackened) and has an uninterrupted protective layer 4 made of pyrolytic on its work surface Graphite with carbide-forming elements.

Zum Gießen von hohlen Erzeugnissen wird die Kokille mit einem Dorn 5 (Fig. 2) versehen, welcher in don Innenraum der Graphitbuchse 3 eingesetzt wird. Auf der Arbeitsfläche des Dorns 5 ist eine: gleiche Schutzschicht 6 wie auf der Graphitbuchse 3 vorhanden. Der Dorn 5 besitzt Schultern 7 zu seinem Einsetzen in die Buchse 3 und Öffnungen 8 zum Durch -dritt des flüssigen Metalls. Die Schicht auf der Graphit -buchse 3 und dem Dorn 5 wird in folgender Weise erzeugt.Durch den Innenraum der erhitzten Graphitbuchse 3 leitet Lian ein Dampf - Gas - Gemisch,welches Methan (CH4) und Siliziumchlorid (SiCl4) als karbidbildendes Element enthält. Als karbidbildendes Element kann Bor, Silizium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob und Tantal genommen werden. Der Pyrolyseprozeß verläuft in breiten Bereichen unter Drucken (von 10 bis 760 Torr) und Temperaturen (von 1700 bis 2300°C). The mold is used with a mandrel for casting hollow products 5 (Fig. 2) provided, which is used in the interior of the graphite bush 3. On the working surface of the mandrel 5 is a: the same protective layer 6 as on the Graphite bush 3 available. The mandrel 5 has shoulders 7 for its insertion into the socket 3 and openings 8 for the penetration of the liquid metal. The layer on the graphite bushing 3 and the mandrel 5 is produced in the following way Inside the heated graphite bushing 3, Lian conducts a steam-gas mixture, which Contains methane (CH4) and silicon chloride (SiCl4) as carbide-forming elements. as carbide-forming element can be boron, silicon, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, Niobium and tantalum can be taken. The pyrolysis process takes place over a wide range under pressures (from 10 to 760 Torr) and temperatures (from 1700 to 2300 ° C).

Die auf diese Weise hergestellte Schutzschicht von Pyro -graphit mit <> karbidbildenden Elementen >aus einzelnen oder in Kombination genommen< der Gruppen III,IV und V des Perodensystems Besitzt die erforderlichen Eigenschaften: hohe Dichte von etwa 2,22 bis 2,25 g/cm³, Wärmeleitfähigkeit, Widerstand gegen Oxydation und Arbetrieb und geringe Reibung am Strang. The protective layer of pyrographite produced in this way with <> carbide-forming elements> taken from individual or in combination < of groups III, IV and V of the period system Has the required properties: high density of about 2.22 to 2.25 g / cm³, thermal conductivity, resistance to oxidation and operation and low friction on the strand.

Diese Eigenschaften gewährleisten hohe Qualität des Strange, lange Lebensdauer der Kokille und hohe Leistung beim Vergießen des Metalls. Durch Temepratur - und Drcukregelung in genannten Bereich sowie durch Einführung entsprechender karbidbildender Elemente kann man die Eigenschaften der Schutzschicht 4,6 in vorgegebener Richtung verändern und zwar um das 10 bis 20 fache die Wärmeleitfähigkeit über den Buchsenquerschnitt steigern, den Oxydationswiderstand erhöhen und einen solchen Wärmeausdehnungskoeffizinten erreichen, welcher dem der Graphitbuchse 3 nahekommt, damit während des Arbeitens im Kontakt Mit flüssigem und erstarrendem metall kein Loslösen dieser Schutzschicht 4,6 von der Graphitbuchse 3 geschieht. Im Falle, wenn als karbidbildendes Element Silizium in Frage kommt pwird dessen Gehalt von 4 bis 30 Gcw. -% bevorzugt. These properties ensure high quality of the Strange for a long time Lifetime of the mold and high performance when casting the metal. By temperature - and pressure regulation in the mentioned area as well as through the introduction of appropriate carbide-forming Elements can be the properties of the protective layer 4.6 in a given direction change by 10 to 20 times the thermal conductivity across the socket cross-section increase, increase the resistance to oxidation and such a thermal expansion coefficient achieve, which comes close to that of the graphite bushing 3, so while working In contact with liquid and solidifying metal, this protective layer does not become detached 4.6 from the graphite bushing 3 happens. In the case when as a carbide-forming element Silicon comes into question, its content is from 4 to 30 Gcw. -% preferred.

Hiernach wird die Arbeitsfläche der Schicht «, auf der Buchse 3 und dem Dorn 5 bis zur Erzeielung einer polierten Oberfläche eines hohen Gütegrades bearbeitet. After that, the working surface of the layer «, on the socket 3 and the mandrel 5 until a polished surface of a high quality is achieved processed.

Prüfungen zeigten, daß bei der beschriebenen Kokille massive und hohle (rohrartige) Gußstücke (Stränge) aus Kupfer und Zinn - Phosphorbronze mit dem Außendurchmesser 100 mm während 500 Stunden ohne Zerstörung der Schutzschicht 4,6 erzeugt werden können. Dabei war die Oberfläche dor Rohlinge vor ihrer Verfarmun- auf Pressen derartig zlatt,daß keine mechanische Bearbeitung erforderlich war. Tests showed that in the mold described massive and hollow (tubular) castings (strands) made of copper and tin - phosphor bronze with the outer diameter of 100 mm for 500 hours without destroying the protective layer 4.6 can be generated. The surface of the blanks was before their depletion. on presses so smooth that no mechanical processing was required.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Mold for continuous and discontinuous continuous casting made of metal or alloy, which has a water-cooled housing with a graphite bushing contains, d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t, that on the work surface of the Graphite bushing (3) has an uninterrupted protective layer (4) made of pyrolytic graphite with carbide-forming elements at the front.

2. Mold according to claim 1 with a mandrel for casting Hihl products, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that on the working surface of the Dorna (5) the protective layer (6) is present.

3. Mold according to claims 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the protective layer (4, 6) forms carbide on the working surface of the bushing (3) Contains elements from groups III, IV and V of the PErode system <>.

<individually or in combination <

4. Mold according to Claims 1 - 3, that the. Protective layer.

(4,6) on the working surface of the mold through common chemical Separation of pyrographite and carbide-forming elements from a vapor gas Mixture is made, which contains carbon and carbide-forming elements.

L e r s e i t e