AT528609A1

AT528609A1 - Gießformring

Info

Publication number: AT528609A1
Application number: ATA50705/2024A
Authority: AT
Original assignee: Hpi High Performance Ind Gmbh
Priority date: 2024-08-28
Filing date: 2024-08-28
Publication date: 2026-03-15
Also published as: WO2026044315A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gießformring (11) mit einem Ringkörper (12), der Poren aufweist, wobei der Ringkörper (12) entlang einer Axialrichtung (15) einen ersten Abschnitt (14) und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt (17) aufweist, und der erste Abschnitt (14) zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist. In den Poren des zweiten Abschnittes (17) ist ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des zweiten Abschnittes (17) ausgehärtet ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gießformring mit einem Ringkörper, der Poren aufweist, wobei der Ringkörper entlang einer Axialrichtung einen ersten Abschnitt und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt aufweist, und der erste Abschnitt zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Kokille mit einem Gießformring und einem Kokillengrundkörper, wobei der Gießformring von dem Kokillengrundkörper gehalten ist.

[0003] Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gießformrings aus einem Ringkörper, der Poren aufweist, und der entlang einer Axialrichtung einen ersten Abschnitt und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt aufweist, und der erste Abschnitt zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist.

[0004] Das Stranggießen ist ein bekanntes Verfahren. In einfachen Worten ausgedrückt wird dabei ein schmelzflüssiges Material, wie beispielsweise ein metallischer Werkstoff, durch eine Kokille geführt und dabei verfestigt. Zu weiteren Einzelheiten dieses Verfahrens sei auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen.

[0005] Die Kokille kann aus unterschiedlichsten Werkstoffen bestehen. So ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, Kokillen zu verwenden, die zumindest teilweise aus einem Graphit bestehen. Graphit hat den Vorteil, dass er selbstschmierende Eigenschaften aufweist und auch eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, beides Eigenschaften, die in Hinblick auf den Transport und die Verfestigung der Schmelze bzw. des verfestigten Materials positiv sind. Um die Schmierwirkung bzw. die Standzeit der Kokille zu verbessern ist es auch bekannt, dass über die Poren des Graphits Schmiermittel verteilt wird. Beispielsweise beschreibt die DE 558 177 A1 eine Graphitkokille zum Gießen von Metallen, die als Schmiermittel ein unterhalb der Erstarrungstemperatur der Metallschmelze erweichendes oder schmelzendes Glas oder Flussmittel enthält.

[0006] In der Praxis werden aber auch andere Schmiermittel eingesetzt, wie beispielsweise organische Schmierstoffe.

[0007] Zum Schutz der Kokille bzw. zur Vermeidung der Aufrauhung und/oder Verbesserung der Gleiteigenschaften der Lauffläche der Kokille, die in Kontakt mit der Schmelze und der verfestigten Schmelze gelangt, sind aus den Stand der Technik unterschiedliche Ausführungen von Kokillen bekannt.

[0008] So beschreibt die JP 2023/181315 A eine Stranggießdüse mit einer als Form dienenden Innenwandfläche und einer Außenwandfläche und einem ein Gerüst bildendes Graphitbasismaterial, wobei das Graphitbasismaterial Poren aufweist und das Innere der Poren mit glasartigen Kohlenstoffteilchen gefüllt ist.

[0009] Aus der EP 0 811 446 B1 ist eine Kokille zum kontinuierlichen Stranggießen von Bolzen oder Barren mit darin homogen verteilten, primär erstarrten Festteilchen, die aus einzelnen degenerierten Dendriten bestehen, bekannt. Die Kokille ist modular aufgebaut wobei das erste Kokillenelement eine Einleitöffnung zum Einführen von StranggieRmaterial aufweist, und wenigstens die Innenwandung des ersten Kokillenelementes eine im Vergleich zum StranggieRmaterial niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, das zweite Kokillenelement Mittel zum Einleiten von Schmiermittel in den Kokillenhohlraum aufweist, das dritte Kokillenelement den formgebenden Kokillenbereich beschreibt und wenigstens dessen Innenwandung eine zum Stranggießmaterial vergleichbare Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das zweite Kokillenelement weist einen ringförmigen Körper aus hochporösem, temperaturbeständigem Material auf, wobei die Porosität dergestalt ist, dass Schmiermittel durch das poröse Material hindurchdiffundieren kann.

[0010] Die EP 0337 769 B1 beschreibt eine kontinuierliche oder halbkontinuierliche Gießvorrichtung zum Gießen von Metallwerkstoffen, umfassend eine Form mit einem Einlauf für geschmolzenes Metall und einen Formhohlraum mit einem Auslaufmittel für eine durch den Auslauf austretende und zum Kühlen des Metalls vorgesehene Wasserversorgung, wobei der Formhohlraum in Abstand von seinem Einlauf mit einem durchlässigen Ring aus Graphit für die Zufuhr von Öl

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und/oder Gas versehen ist, sodass zwischen dem Metall und der Formwand eine Öl- und/oder Gasschicht gebildet wird, was zur Folge hat, dass das Metall vor dessen Erstarren nicht mit der Formwand in Kontakt kommen kann, wobei mit Ausnahme der dem Formhohlraum gegenüber befindlichen Seite die Oberfläche des Ringes mit einem Abdichtmittel versehen ist, das das Entweichen des Öls und/oder Gases durch die Oberfläche hindurch verhindert, und der Ring in dessen peripherer Richtung mit Längskanälen oder Löchern für die Zufuhr von Öl und/oder Gas zu besagtem Ring durch Kanäle hindurch ausgestattet ist, die sich von der Außenseite der Form durch die Formwand und weiterhin in den Ring erstrecken.

[0011] Weitere Stranggießvorrichtungen bzw. Kokillen hierfür sind aus der CN 109702156 B, der EP 0 530 056 A1, der EP 1 808 240 B1 und der CN 104096810 A bekannt.

[0012] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Gleiteigenschaften einer Kokille zu verbessern.

[0013] Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung ist bei dem eingangs genannten Gießformring vorgesehen, dass in den Poren des zweiten Abschnittes ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließenden Zone des zweiten Abschnittes ausgehärtet ist.

[0014] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Kokille gelöst, die den erfindungsgemäßen Gießformring aufweist.

[0015] Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem in die Poren des zweiten Abschnittes ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht wird, und der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließenden Zone des zweiten Abschnittes ausgehärtet wird.

[0016] Von Vorteil ist dabei, dass damit die Veränderung des Schmierstoffeintrags vermieden werden kann. Organische Schmierstoffe neigen bei erhöhten Temperaturen dazu, zu Polymerisieren. Dies führt zu einer Verstopfung der Poren im Graphit und zu einer damit einhergehenden negativen Beeinflussung des Schmierstoffeintrages. Durch die Blockade der Poren in den betreffenden Bereichen weicht die Schmiermittel-Strömung in Bereiche mit geringerem Widerstand aus. Damit verschiebt sich das Schmiermittelpolster aus dem Arbeitsbereich und die Schmierung für das Stranggießen bricht zusammen. Tritt dieser Fall auf muss der Abguss beendet und der Graphitring gewartet werden. Mit der Erfindung wird die verfügbare Porosität, auch Permeakbilität genannt, vor Beginn des Abgusses so manipuliert, dass ein Ausweichen der Schmiermittel-Strömung nicht mehr möglich ist. Dies wird durch das Einbringen des Hilfsstoffes in die nicht benötigten Abschnitte des Gießformrings erreicht. Durch die Aushärtung des Hilfsstoffes zumindest unmittelbar anschließend an die ersten Abschnitt kann die Größe des ersten Abschnittes durch eine klare Abgrenzung vom zweiten Abschnitt kontrollierter definiert werden.

[0017] Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Ringkörper noch einen dritten Abschnitt mit Poren aufweist, wobei der erste Abschnitt in der Axialrichtung betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt angeordnet ist bzw. wird, und in den Poren des dritten Abschnittes ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist bzw. wird, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließenden Zone des dritten Abschnittes ausgehärtet ist bzw. wird. Es ist damit eine Beabstandung der ersten Zone zu den beiden Stirnseiten des Gießformrings bzw. der Kokille erreicht, womit das Schmiermittel in den Poren des ersten Abschnittes vor übermäßiger Hitzebeaufschlagung geschützt werden kann.

[0018] Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann der Hilfsstoff ein Wasserglas oder ein aushärtbares Kunstharz aufweisen. Es ist damit die aushärtbare Zone einfacher herstellbar, indem der Hilfsstoff mit einem gasförmigen Härtemittel gehärtet werden kann. Dies ist insbesondere Kohlendioxid für die Härtung von Wasserglas. Für die Aushärtung des Kunstharzes kann ein Amin eingesetzt werden.

[0019] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist der Ringkörper aus Graphit gebildet. Es werden damit einerseits die voranstehenden genannten Vorteile der Verwendung von Graphit in Kokillen erreicht. Andererseits hat dies aber auch den Vorteil, dass das

Kohlendioxid für Härtung des Wasserglases gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung in situ aus dem Graphit erzeugt werden kann. Dies kann entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung durch Erhitzen des ersten Abschnittes erfolgen, wobei nach einer Ausführungsvariante dazu vorgesehen sein kann, dass das Erhitzen des ersten Abschnittes induktiv oder mit einem Laserstrahl oder mit einem Brenner durchgeführt wird. Durch das Bilden des Kohlendioxids im ersten Abschnitt ist dieser besser definierbar, da das Wasserglas mit Erreichen der Grenze zwischen ersten und zweiten Abschnitt bzw. ersten und dritten Abschnitt aushärtet und ein weiteres Vordringen des ungehärteten Wasserglases in den ersten Bereich dadurch verhindert wird. Die Verwendung eines Laserstrahls bzw. einer Induktionsspule oder eines Brenners hat dabei den Vorteil, dass der Gießformring einfacher lokal erhitzt werden kann, womit ebenfalls die Definition der Größe des ersten Abschnittes für die Einlagerung des Schmiermittels einfacher durchgeführt werden kann.

[0020] Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass das Kohlendioxid in die Poren des ersten Abschnittes gesondert eingebracht wird, beispielsweise mittels eines Kohlendioxid-Druckstoßes.

[0021] Das Aushärten des Hilfsstoffes zumindest in der an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließenden Zone des dritten Abschnittes wird bevorzugt erfindungsgemäß durchgeführt.

[0022] Zur Verbesserung der voranstehend genannten Effekte kann nach Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Poren im zweiten Abschnitt zu zumindest 1 % des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind und/oder dass die Poren im dritten Abschnitt zu zumindest 4 % des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind.

[0023] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen werden, dass das Wasserglas zeitgleich mit oder nach der Herstellung des Kohlendioxids aus dem Ringkörper durch Erhitzen des ersten Abschnittes erfolgt, womit die Ausbildung des ersten Abschnittes besser „gesteuert“ werden kann.

[0024] Das Einbringen des Hilfsstoffes erfolgt nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorzugsweise mit Überdruck oder Unterdruck, da damit die Besetzung der Poren im zweiten bzw. dritten Abschnitt rascher erfolgt.

[0025] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann das Aushärten des Hilfsstoffes, insbesondere von Wasserglas, mit Mikrowellen durchgeführt werden. Die Härtung mittels Mikrowellen hat den Vorteil, dass damit Nachbearbeitungen des Ringkörpers reduziert werden können.

[0026] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0027] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0028] Fig. 1 eine Stranggießanlage;

[0029] Fig. 2 eine Kokille mit einem Gießformring in Seitenansicht geschnitten; [0030] Fig. 3 einen Ausschnitt eines Gießformrings mit eingebrachten Härtemittel;

[0031] Fig. 4 den Ausschnitt des Gießformrings nach Fig. 3 mit eingebrachten Härtemittel und eingebrachtem Hilfsmittel;

[0032] Fig. 5 eine Ausführungsvariante der in situ Erzeugung des Härtemittels; [0033] Fig. 6 eine Ausführungsvariante der in situ Erzeugung des Härtemittels; [0034] Fig. 7 eine Ausführungsvariante der in situ Erzeugung des Härtemittels;

[0035] Fig. 8 die grafische Darstellung der Verschiebung des Schmiermittelpolsters über die Zeit.

[0036] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen

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werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0037] In Fig. 1 ist eine, insbesondere kontinuierliche, Stranggießanlage 1 stark vereinfacht dargestellt. Im konkreten ist eine horizontale Stranggießanlage 1 gezeigt. Die Erfindung kann aber auch in vertikalen Stranggießanlagen 1 eingesetzt werden.

[0038] Die Stranggießanlage 1 umfasst einen Eingießtiegel 2 (Tundish), eine Kokille 3 und einen Abzug 4. Zu weiteren Einzelheiten derartiger Stranggießanlagen 1 sei auf den Stand der Technik dazu verwiesen. Die Schmelze, insbesondere das flüssige Metall, wird aus dem EingieRßtiegel 2 in die Kokille 3 verbracht, in der sie zu einem Stranggießprodukt 5 geformt wird. In der Kokille 3 wird die Schmelze zumindest in einer äußeren Schale verfestigt, sodass das Stranggießprodukt 5 abgezogen werden kann. Ein Kern des Stranggießproduktes 5 kann nach dem Verlassen der Kokille 3 noch schmelzflüssig bzw. zähflüssig sein.

[0039] In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Kokille 3 gezeigt. Die Kokille 3 ist eine sogenannte offene Kokille 3, d.h. sie hat keinen Boden. Die Schmelze tritt über eine Eintrittsöffnung 6 in die Kokille 3 ein und die zumindest teilweise zum Stranggießprodukt 5 erstarrte Schmelze tritt über eine Austrittsöffnung aus der Kokille 3 aus. Die Größe der Eintrittsöffnung 6 kann gegebenenfalls mittels einem Querschnittverjüngungselement 8 variiert werden. Es kann damit auch auf das Strömungsverhalten der Schmelze Einfluss genommen werden.

[0040] Die Kokille 3 weist einen Kokillengrundkörper 9 auf. Der Kokillengrundkörper 9 kann auch als Kühlkörper bezeichnet werden, da in ihm ein Kühlsystem 10 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Das Kühlsystem 10 dient einerseits der Kühlung der Kokille 3 selbst. Andererseits kann über das Kühlsystem 10 ein Kühlmedium auf das die Kokille 3 verlassende StranggieRprodukt 5 zu dessen weiteren Kühlung aufgebracht werden, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.

[0041] Der Kokillengrundkörper 9 dient auch der Halterung eines Gießformrings 11. Der Gießformring 11 bzw. ein Ringkörper 12 des Gießformrings 11 steht in direktem Kontakt mit der Schmelze, sodass über den Gießformring 11 bzw. den Ringkörper 12 die Form des Stranggießproduktes 5 definiert wird. Dazu weist ein Ringkörper 12 des Gießformrings 11 die für die Form des Stranggießproduktes 5 erforderliche Querschnittsform auf. Der Ringkörper 12 kann beispielswiese einen kreisrunden, ovalen, viereckigen bzw. generell polygonalen Querschnitt aufweisen. Diese Aufzählung soll aber die Erfindung nicht beschränkend verstanden werden. Der Gießformring 11 kann den Ringkörper 12 umfassen bzw. daraus bestehen.

[0042] Der Gießformring 11 bzw. der Ringkörper 12 umfasst vorzugsweise einen Graphit umfasst bzw. ist daraus gebildet. Der Gießformring 11 bzw. der Ringkörper 12 kann aber auch aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise einem keramischen Werkstoff, wie z.B. Al2O3, bestehen bzw. diesen umfassen.

[0043] Der Ringkörper 12 weist eine Porosität zur Aufnahme eines Schmierstoffes (auch als Trennmittel bezeichenbar), insbesondere eines organischen Schmiermittels, auf. Dies ist in den Fig. 3 und 4 für einen Ausschnitt aus dem Ringkörper 12 angedeutet. Die Porosität ist zumindest im Bereich einer Kontaktfläche 13 mit der Schmelze bzw. der teilweise erstarrten Schmelze ausgebildet. Es kann aber auch der gesamte Ringkörper 12 mit einer Porosität ausgebildet sein. Die Poren können einen Größe von kleiner 0,1 mm, beispielsweise zwischen 0,001 mm und kleiner 0,01 mm, aufweisen. Der Ringkörper 12 kann teilweise oder zur Gänze eine Permeabilität zwischen 1,4 x 10:71 m? und 1,8 x 10-1* m? aufweisen.

[0044] Die Permeabilität wird analog dem Aufbau in Hao Liu and Ying Xu, Gas permeability measurement in porous graphite under steadystate flow, Materials Research Express, Volume 9, Number 2 (zu finden unter https://iopscience.iop.org/article/10. 1088/2053-1591/ac50d 7/meta) gemessen. Dabei werden im Prinzip die Darcy Koeffizienten bestimmt. Die Messmethode basiert auf der Bestimmung der Abhängigkeit des Druckverlustes über den Durchfluss. Dieser wird über

das um die Kompressibilität erweiterte Gesetz von Darcy Forchheimer beschrieben, wie dies in der zitierten Druckschrift erklärt ist. Als Arbeitsmedium wird getrocknete Luft eingesetzt. Der Druck wird zwischen 3 bar und 8 bar gewählt. Die Arbeitstemperatur beträgt 21°C. Abkühlung durch Expansion wird bei den geringen Massenströmen von kleiner 40 I/h nicht berücksichtigt. Es werden der Durchfluss bei drei verschiedenen Drücken und die Permeabilität und die Impuls Koeffizienten (die Fitting Koeffizienten) bestimmt. Das Ergebnis wird über 6x5x5 Messpunkte für drei Drücke gemittelt.

[0045] Der Schmierstoff soll nur in einem ersten Abschnitt 14 des Ringkörpers 12 enthalten sein bzw. der Kontaktfläche 13 zugeführt werden, d.h. im Betrieb auf die Kontaktfläche 13 austreten. Der erste Abschnitt 14 kann in einer Axialrichtung 15 durch die Kokille 3 eine Länge aufweisen, die zwischen 5 % und 50 % einer Gesamtlänge 16 der Kokille 3 in der Axialrichtung 15 beträgt. Beispielsweise kann der erste Abschnitt eine Länge in der Axialrichtung 15 zwischen 20 mm und 40 mm aufweisen. Der Ringkörper 12 weist also noch zumindest einen zweiten Abschnitt 17 auf. Der zweite Abschnitt 17 schließt in der Axialrichtung 15 unmittelbar an den ersten Abschnitt 14 an.

[0046] Der zweite Abschnitt 17 erstreckt sich in der Axialrichtung 15 von einer ersten axialen Stirnfläche 18 des Ringkörpers 12 im Bereich der Austrittsöffnung 7 der Kokille 3 bis zum ersten Abschnitt 14.

[09047] In der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsvariante weist der Ringkörper 12 noch einen dritten Abschnitt 19 auf. Der dritte Abschnitt 19 erstreckt sich von einer zweiten axialen Stirnfläche 20 des Ringkörpers 12 im Bereich der Eintrittsöffnung 6 der Kokille 3 bis zum ersten Abschnitt 14. Somit ist der erste Abschnitt 14 in der Axialrichtung 15 zwischen dem ersten und dem dritten Abschnitt 17, 19 angeordnet bzw. ausgebildet. Der dritte Abschnitt 19 kann eine Länge in der Axialrichtung 15 aufweisen, die zwischen größer 0 % und bis einschließlich 5 % der Gesamtlänge 16 der Kokille 3 in der Axialrichtung 15 beträgt.

[0048] Es ist vorgesehen, dass in die Poren des zweiten Abschnittes 17 und des gegebenenfalls vorhandenen dritten Abschnittes 19 ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist. In Fig. 4 wird dies durch Dreiecke dargestellt, während die offenen Poren des ersten Abschnittes 14 durch Kreise dargestellt sind.

[0049] Der Hilfsstoff kann nur in den an die Kontaktfläche 13 anschließenden Bereich des Ringkörpers 12 eingebracht sein. Vorzugsweise erfolgt die Infiltration des Ringköpers 12 mit dem aushärtbaren Hilfsstoff aber derart, dass der gesamte Ringkörper 12 in dem zweiten und gegebenenfalls dritten Abschnitt 17, 19 mit dem Hilfsstoff gefüllt sind.

[0050] Der aushärtbare Hilfsstoff ist unterschiedlich zu dem Schmierstoff im ersten Abschnitt 14 des Ringkörpers 12. Zweck der Anordnung bzw. Einlagerung des Hilfsstoffes in den Poren des zweiten und gegebenenfalls dritten Abschnittes 17, 19 ist es, die Wanderung des Schmierstoffes in diese Abschnitte zu verhindern. Es sei dazu auf die Fig. 8 verwiesen, die im Zuge der Evaluierung der vorliegenden Erfindung mit einem Graphitring als Gießformring 11 erstellt wurde. Es sind dabei auf der x-Achse der Gesamtlänge 16 des Ringkörpers 12 in [mm] und auf der y-Achse die Geschwindigkeit der Schmierstoffzufuhr zur Kontaktfläche 13 in [m/s] aufgetragen. Im oberen Drittel der Darstellung ist ein Ausschnitt aus dem Ringkörper 12 entsprechend den Fig. 3 und 4 mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abschnitt 14, 17, 19 dargestellt.

[0051] Anhand der drei Verläufe 21-23 der Schmierstoffzuführung ist die Verschiebung des Schmierstoffpolsters aus dem Arbeitsbereich, d.h. dem ersten Abschnitt 14, in den zweiten Abschnitt 17 über die Zeit zu ersehen. In der Folge bricht dadurch die Schmierung des Gießformrings 11 und somit der Kokille 3 zusammen.

[0052] Um dies zu verhindern ist vorgesehen, dass der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt 14 unmittelbar anschließenden Zone 24 des zweiten Abschnittes 17 und gegebenenfalls des dritten Abschnittes 19 ausgehärtet ist.

[0053] In Fig. 4 erstreckt sich diese Zone 24 durch die gesamte Dicke 25 des Ringkörpers 12, die senkrecht auf die Gesamtlänge 13 gemessen wird. Wie die Fig. 6 und 7 zeigen, kann sich die

Zone 24 auch nur über einen Teilbereich der gesamten Dicke 25 erstrecken. In diesem Fall kann die Zone 24 auch kuppelförmig ausgebildet sein, wobei die Zonen 24 des zweiten und dritten Abschnittes 17, 19 zu einer gemeinsamen Zone 24 „verschmolzen“ sind.

[0054] Der Hilfsstoff ist vorzugsweise ein Wasserglas, insbesondere ein Natrium-, Kalium- oder Lithiumwasserglas. Es kann aber auch ein anderer Hilfsstoff verwendet werden, sofern damit der beschriebene Effekt der Verhinderung der Verschiebung des Schmiermittelpolsters in der Axialrichtung 15 erreicht wird und dieser Hilfsstoff bei der jeweiligen Arbeitstemperatur der Kokille 3 verwendbar ist. Beispielsweise kann als Hilfsstoff neben Wasserglas auch ein aushärtbares Kunstharz, insbesondere ein Polyurethanharz oder ein Furanharz oder ein Phenolharz, verwendet werden.

[0055] Der Hilfsstoff besteht vorzugsweise zur Gänze aus einem Wasserglas bzw. einem Kunstharz. Es können aber auch Zusatzstoffe vorhanden sein, die die Verarbeitung des Hilfsstoffes, wie beispielsweise die Infiltrierbarkeit, verbessern.

[0056] Die Härtung des Wasserglases kann mit Kohlendioxid erfolgen. Die Härtung des PUR kann beispielsweise mit einem Amin durchgeführt werden. Während der Härtung kommt es zu einer Vernetzung von Molekülketten. Die Härtung erfolgt in der voranstehend genannten Zone 24 vorzugsweise unmittelbar beim Kontakt des Füllstoffes mit dem Härtungsmittel. Dazu kann das Härtungsmittel vorab in die Poren des ersten Abschnittes 14 eingebracht werden. Das Härtungsmittel wird vorzugsweise gasförmig bzw. wird ein Gas als Härtungsmitttel verwendet.

[0057] Für die Härtung von einem Furanharz kann beispielsweise Polyethylenpolyamin in Kombination mit Furfuryalkohol, für die Härtung von einem Phenolharz beispielsweise Trimethylamin und für die Härtung von einem PUR beispielsweise Methylamin eingesetzt werden.

[0058] Bei der in den Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante wird das Härtungsmittel mit einem Gasstoß vorab in die Poren des ersten Abschnittes 14 eingebracht. Das Gas kann dabei über Impulse mit einer Dauer von mehreren Millisekunden eingebracht werden. Im Fall von Wasserglas wird Kohlendioxid in diese Poren eingebracht. Die Einlagerung des Kohlendioxids kann über eine Zeitspanne erfolgen, die eine Befüllung der Poren über die gesamte Dicke 25 bewirkt. Nach der Einlagerung des Kohlendioxids wird das Wasserglas in die Poren des zweiten und gegebenenfalls dritten Abschnitts 17, 19 infiltriert. Wenn dabei das Wasserglas auf das Kohlendioxid trifft, härtet es aus, insbesondere unmittelbar, und die Zone 24 wird gebildet, wie dies die Fig. 4 zeigt. Nachdem in dieser Ausführungsvariante das Kohlendioxid über die gesamte Dicke 25 des Ringkörpers 12 eingelagert ist, sind in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante der zweite und dritte Abschnitt 17, 19 zur Gänze voneinander getrennt ausgebildet.

[0059] Es besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Hilfsstoff nur in der Zone 24 gehärtet wird. In diesem Fall kann die Zone 24 vorzugsweise eine Zonendicke 26 zwischen 2 mm und 3 mm haben. Der in den Poren des Ringkörpers 12 enthaltene Hilfsstoff kann aber auch zur Gänze gehärtet werden. Falls nur die Zone 24 ausgebildet wird, kann der nicht gehärtete Anteil des Hilfsstoffes im Ringkörper 12 verbleiben oder daraus wieder entfernt werden.

[0060] Nach Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass die Poren im zweiten Abschnitt 17 zu zumindest 1 %, vorzugsweise zwischen 20 % und 100 %, des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind und/oder dass die Poren im dritten Abschnitt 19 zu zumindest 4 %, vorzugsweise zwischen 20 % und 100 %, des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind. Es besteht also die Möglichkeit, dass die Poren zur Gänze oder nur teilweise mit dem Hilfsstoff verschlossen sind, wobei bei einem teilweisen Verschluss ein Ausmaß ab der genannten Untergrenze ein besseres Ergebnis in Hinblick auf gen gewünschten Effekt der Verhinderung der Verschiebung des Schmierstoffpolsters bewirkt. Die Poren müssen mit dem Hilfsstoff also nicht zwingend zur Gänze ausgefüllt werden. Das Verschließen der Kanäle kann ausreichend sein, um den Effekt der Erfindung zu erzielen.

[0061] Es besteht weiter die Möglichkeit, dass — abgesehen von der Zone 24 — Poren des zweiten und gegebenenfalls dritten Abschnitts 17, 19 im Bereich der Kontaktfläche 13 mit dem gehärteten Hilfsstoff verschlossen werden oder dass alternativ dazu Poren bis in eine größere Schichtdicke

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des Ringkörpers 12, die kleiner ist als die gesamte Dicke 25 des Ringkörpers 12, mit dem gehärteten Hilfsstoff verschlossen werden.

[0062] Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsvariante wird das Härtungsmittel gesondert vorab in die Poren des Ringkörpers 12 eingelagert. Nach Ausführungsvarianten kann das Härtungsmittel aber auch aus dem Werkstoff des Ringkörpers 12 selbst in situ hergestellt werden. Diese Ausführungsvariante kann insbesondere in der Kombination Ringkörper 12 aus Graphit mit Härtungsmittel Kohlendioxid angewandt werden. Dazu kann der Ringkörper 12 auf eine entsprechende Temperatur erhitzt werden. Für Graphit liegt diese Temperatur für die in situ Bildung von Kohlendioxid bei ca. 600 °C. Vorzugsweise wird nur der erste Abschnitt 14 erhitzt, sodass in den Poren des ersten Abschnittes wie bei der Ausführungsvariante mit dem Gasstoß ein Gaspolster gebildet wird, der wiederum die Ausbildung der Zone 24 bei Kontakt mit dem Hilfsstoff/Wasserglas bewirkt, wie dies voranstehend ausgeführt wurde.

[0063] In den Fig. 5 bis 7 sind verschiedene Ausführungsvarianten zur in situ Bildung von Kohlendioxid aus Graphit anhand von Ausschnitten aus dem Ringkörper 12 dargestellt. Die Erhitzung, beispielsweise ausschließlich des ersten Abschnittes 14, kann induktiv mittels einer Spule 29 (Fig. 5) oder mit einem Laserstrahl 27 (Fig. 6) oder mit einem Brenner 28 (Fig. 7) durchgeführt werden. Mit dem Laserstrahl 27 kann mehr Gestaltungsfreiraum bei der Kohlendioxidverteilung erreicht werden. Zudem kann ein eng definierter Bereich für die Porosität ermöglicht werden.

[0064] Insbesondere in den Ausführungsvarianten mit der in situ Bildung des Härtungsmittels kann der Hilfsstoff zeitgleich mit dieser Bildung des Härtungsmittels eingebracht werden. Es besteht aber auch (bei diesen Ausführungsvarianten) die Möglichkeit, dass der Hilfsstoff erst nach der Einlagerung/Bildung des Härtungsmittels in die Poren des zweiten und gegebenenfalls dritten Abschnitts 17, 19 eingebracht wird. Die Infiltration des Hilfsstoffes kann mit Überdruck oder Unterdruck (Vakuum) durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Infiltration des Hilfsstoffes mit einen Druckunterschied ab 200 mbar durchgeführt werden.

[0065] Für die Härtung des Hilfsstoffes, insbesondere von Wasserglas, kann auch Mikrowellenenergie eingesetzt werden. Dazu wird der Ringkörper 12 mit dem Hilfsstoff imprägniert und werden zumindest die imprägnierten Bereiche bzw. der Abschnitt 17 oder die Abschnitte 17, 19 der Mikrowellenenergie ausgesetzt. Es kann auch der gesamte Ringkörper 12 der Mikrowellenenergie ausgesetzt werden, indem dieser beispielsweise in einer entsprechenden Mikrowellenvorrichtung behandelt wird.

[0066] Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

[0067] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Stranggiessanlage 1 bzw. der Kokille 3 diese nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Stranggießanlage

2 EingieRtiegel

3 Kokille

4 Abzug

5 Stranggießprodukt

6 Eintrittsöffnung

7 Austrittsöffnung

8 Querschnittverjüngungselement

9 Kokillengrundkörper

10 Kühlsystem

11 Gießformring

12 Ringkörper

13 Kontaktfläche

14 Abschnitt

15 Axialrichtung

16 Gesamtlänge

17 Abschnitt

18 Stirnfläche

19 Abschnitt

20 Stirnfläche

21 Verlauf 22 Verlauf 23 Verlauf 24 Zone 25 Dicke

26 Zonendicke 27 Laserstrahl 28 Brenner

29 Spule

Patentansprüche

1. Gießformring (11) mit einem Ringkörper (12), der Poren aufweist, wobei der Ringkörper (12) entlang einer Axialrichtung (15) einen ersten Abschnitt (14) und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt (17) aufweist, und der erste Abschnitt (14) zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Poren des zweiten Abschnittes (17) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des zweiten Abschnittes (17) ausgehärtet ist.

2. Gießformring (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) einen dritten Abschnitt (19) mit Poren aufweist, wobei der erste Abschnitt (14) in der Axialrichtung (15) betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt (17, 19) angeordnet ist, und in den Poren des dritten Abschnittes (19) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließBenden Zone (24) des dritten Abschnittes (19) ausgehärtet ist.

3. Gießformring (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein Wasserglas oder ein aushärtbares Kunstharz aufweist.

4. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) aus Graphit gebildet ist.

5. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren im zweiten Abschnitt (17) zu zumindest 1 % des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind.

6. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren im dritten Abschnitt (19) zu zumindest 4 % des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind.

7. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Härtungsmittel zur Aushärtung des Hilfsstoffes in situ aus dem Graphit hergestellt ist.

8. Kokille (3) mit einem Gießformring (11) und einem Kokillengrundkörper (9), wobei der Gießformring (11) von dem Kokillengrundkörper (9) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Gießformrings (11) aus einem Ringkörper (12), der Poren aufweist, und der entlang einer Axialrichtung (15) einen ersten Abschnitt (14) und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt (17) aufweist, und der erste Abschnitt (14) zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Poren des zweiten Abschnittes (17) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht wird, und der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließenden Zone (24) des zweiten Abschnittes (17) ausgehärtet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein Wasserglas umfasst oder ist, und dass das Aushärten des Wasserglases mit Kohlendioxid durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Einbringung des Wasserglases das Kohlendioxid in die Poren des ersten Abschnittes (14) eingebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) aus Graphit gebildet wird, und dass das Kohlendioxid aus dem Ringkörper (12) gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Kohlendioxids aus dem Ringkörper (12) durch Erhitzen des ersten Abschnittes (14) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des ersten Abschnittes (14) induktiv oder mit einem Laserstrahl oder mit einem Brenner durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas zeitgleich mit oder nach der Herstellung des Kohlendioxids aus dem Ringkörper (12) durch Erhitzen des ersten Abschnittes (14) erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein aushärtbares Kunstharz umfasst oder ist, und dass das Aushärten des Kunstharzes mit einem Amin durchgeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ringkörper (12) ein dritter Abschnitt (19) mit Poren ausgebildet ist, wobei der erste Abschnitt (14) in der Axialrichtung (15) betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt (17, 19) angeordnet wird, und in den Poren des dritten Abschnittes (19) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht wird, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des dritten Abschnittes (19) ausgehärtet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Hilfsstoffes zumindest in der an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des dritten Abschnittes (19) entsprechend einem der Ansprüche 10 bis 16 durchgeführt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff mit Überdruck oder Unterdruck in die Poren eingebracht wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Hilfsstoffes mit Mikrowellen durchgeführt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

11716

Claims

Neue Patentansprüche

1. Gießformring (11) für den Strangguss mit einem Ringkörper (12), der zumindest im Bereich einer Kontaktfläche (13) mit einer Schmelze oder teilweise erstarrten Schmelze Poren aufweist, wobei der Ringkörper (12) entlang einer Axialrichtung (15) einen ersten Abschnitt (14) und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt (17) aufweist, wobei in den Poren des zweiten Abschnittes (17) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des zweiten Abschnittes (17) ausgehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (14) zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist, wofür die Poren im ersten Abschnitt (14) offen sind.

2. Gießformring (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) einen dritten Abschnitt (19) mit Poren aufweist, wobei der erste Abschnitt (14) in der Axialrichtung (15) betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt (17, 19) angeordnet ist, und in den Poren des dritten Abschnittes (19) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht ist, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließBenden Zone (24) des dritten Abschnittes (19) ausgehärtet ist.

3. Gießformring (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein Wasserglas oder ein aushärtbares Kunstharz aufweist.

4. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) aus Graphit gebildet ist.

5. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren im zweiten Abschnitt (17) zu zumindest 1 % des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind.

6. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren im dritten Abschnitt (19) zu zumindest 4 % des Volumenanteils der offenen Porosität mit dem Hilfsstoff gefüllt sind.

7. Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Härtungsmittel zur Aushärtung des Hilfsstoffes in situ aus dem Graphit hergestellt ist.

8. Kokille (3) mit einem Gießformring (11) und einem Kokillengrundkörper (9), wobei der Gießformring (11) von dem Kokillengrundkörper (9) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießformring (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Gießformrings (11) für den Strangguss aus einem Ringkörper (12), der zumindest im Bereich einer Kontaktfläche (13) mit einer Schmelze oder teilweise erstarrten Schmelze Poren aufweist, und der entlang einer Axialrichtung (15) einen ersten Abschnitt (14) und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt (17) aufweist, wobei in die Poren des zweiten Abschnittes (17) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht wird, und der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließenden Zone (24) des zweiten Abschnittes (17) ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (14) zur Verteilung eines Schmierstoffes vorgesehen ist, wofür die Poren im ersten Abschnitt (14) offen gelassen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein Wasserglas umfasst oder ist, und dass das Aushärten des Wasserglases mit Kohlendioxid durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Einbringung des Wasserglases das Kohlendioxid in die Poren des ersten Abschnittes (14) eingebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (12) aus Graphit gebildet wird, und dass das Kohlendioxid aus dem Ringkörper (12) gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Kohlendioxids aus dem Ringkörper (12) durch Erhitzen des ersten Abschnittes (14) erfolgt.

ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

16.

17.

18.

19.

20.

AT 528 609 A1 2026-03-15

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen des ersten Abschnittes (14) induktiv oder mit einem Laserstrahl oder mit einem Brenner durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas zeitgleich mit oder nach der Herstellung des Kohlendioxids aus dem Ringkörper (12) durch Erhitzen des ersten Abschnittes (14) in die Poren eingebracht wird.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein aushärtbares Kunstharz umfasst oder ist, und dass das Aushärten des Kunstharzes mit einem Amin durchgeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ringkörper (12) ein dritter Abschnitt (19) mit Poren ausgebildet ist, wobei der erste Abschnitt (14) in der Axialrichtung (15) betrachtet zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt (17, 19) angeordnet wird, und in den Poren des dritten Abschnittes (19) ein aushärtbarer Hilfsstoff eingebracht wird, wobei der Hilfsstoff zumindest in einer an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des dritten Abschnittes (19) ausgehärtet wird.

Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Hilfsstoffes zumindest in der an den ersten Abschnitt (14) unmittelbar anschließenden Zone (24) des dritten Abschnittes (19) entsprechend einem der Ansprüche 10 bis 16 durchgeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff mit Überdruck oder Unterdruck in die Poren eingebracht wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Hilfsstoffes mit Mikrowellen durchgeführt wird.

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE