DE1296314B - Sinterwerkstoff fuer das Stranggiessen von Metallen - Google Patents

Description

• Beim Stranggießen wurden bisher vorwiegend metallische Gießformen verwendet. Beispielsweise ist Kupfer ein sehr üblicher Werkstoff für Stranggießkokillen, kann aber bei Drehfeldbeeinflussung des Gießguts wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit nicht verwendet werden. Dies trifft aber auch für chromlegiertes Kupfer zu. Messing und Aluminiumbronzen sind zwar für das Gießen mit Drehfeld geeignet, haben jedoch so geringe Standzeiten, daß ihr Einsatz die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens stark beeinträchtigt.
• Es ist auch eine Gießform zum stetigen Gießen von Metallen mit Zuführung von Schmiermitteln bekannt, die aus gesinterten, insbesondere metallischen Baustoffen besteht. Dieser Baustoff wurde gewählt, um durch die Poren desselben ein Schmiermittel zuzuführen und dadurch eine ungleichmäßige Ausbildung des Schmierfilms zu vermeiden, die bei der bisher üblichen Art des Schmiermittelzusatzes aus einer Schmierkanne gegeben war.
• Als poröses Material für Formmuffen, durch deren Poren ein Schmiermittel zugeführt wird, kommt auch Graphit, Sintermetall, Borcarbid, Carborundum und BeO in Frage.
• Als Werkstoffe für Drehfeldkokillen wurden ferner Materialien vorgeschlagen, bei denen das Produkt von Wärmeleitfähigkeit und spezifisch elektrischem Widerstand höher ist als bei Kupfer, wie z. B. Molybdän oder Wolfram.
• Allen herkömmlichen Kokillen-Werkstoffen, auch denjenigen aus hochschmelzenden Metallen, haftet der Nachteil an, daß sie von den Metallschmelzen relativ stark angegriffen werden.
• Eine aus reinem Molybdän bestehende Kokille würde z. B. von Eisen- oder Stahlschmelzen oberflächlich angegriffen werden, weil das Molybdän in der Stahlschmelze löslich ist.
• Ziel der Erfindung ist es, einen Werkstoff für eine Kokille für das Stranggießen von Metallen, insbesondere von Eisen- und Stahllegierungen zu schaffen, deren formgebender Teil ganz oder teilweise aus einem ein hochschmelzendes Metall enthaltenden Sinterwerkstoff besteht, der die Standzeit von Stranggießkokillen wesentlich erhöht.
• Dieses Ziel wird durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Sinterwerkstoffs gelöst, der 85 bis 20 Volumprozent feinverteilte hochschmelzende Metalle und 15 bis 80 Volumprozent feinverteilte hochschmelzende Oxide enthält.
• Eine derart aufgebaute Kokille besitzt gegenüber herkömmlichen Kokillen den Vorzug, von Metallschmelzen wesentlich weniger angegriffen zu werden. Selbst wenn das hochschmelzende Metall teilweise von der Oberfläche der Kokillenwand abgelöst wird, bleibt ein aus hochschmelzenden Oxiden bestehendes Skelett zurück, das einen weiteren Angriff des Kokillenwerkstoffs weitgehend verhindert.
• Der Aufbau einer Stranggießkokille aus dem erfindungsgemäß zusammengesetzten Sinterwerkstoff bringt aber auch den weiteren Vorteil mit sich, daß die Zusammensetzung des Sinterwerkstoffs den unterschiedlichen Beanspruchungen, denen die einzelnen Kokillenteile ausgesetzt sind, angepaßt werden kann. Vielfach genügt es, wenn lediglich der Teil der Kokille, der unmittelbar mit der Stahlschmelze in Berührung kommt, eine aus hochschmelzenden Oxiden bestehende Komponente enthält. Im restlichen Teil der Kokille kann ein rein metallischer Werkstoff oder ein Werkstoff verwendet werden, der nur einen sehr geringen Anteil an hochschmelzenden Oxiden enthält. Eine derartige Kokille ist nicht nur sehr widerstandsfähig gegen den Angriff durch die Metallschmelze, sondern sie bewirkt auch eine rasche Ableitung der Wärme aus dem Metallstrang.
• Bei dem erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoff besteht vorzugsweise die oxidkeramische Komponente aus Zirkonoxid und die metallische Komponente vorwiegend aus Molybdän und/oder Wolfram.
• Vorteilhaft können diese Werkstoffe Anteile an CaO und/oder MgO zur Stabilisierung der Zr02-Phase in Mengen bis zu 10 Gewichtsprozent enthalten. Das Zr02 ist bis zu 50 Gewichtsprozent durch Th02, Hf02 und/oder TiO2 ersetzbar. Die Oxidationsbeständigkeit kann durch Zusätze von Chrom, die bis zu 50 Gewichtsprozent der metallischen Phase betragen können, erhöht werden.
• Diese erfindungsgemäß zu verwendenden Werkstoffe, die auf dem Sinterwege hergestellt werden können, stellen ein universell anwendbares Stranggießkokillenmaterial dar.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird beispielsweise die Herstellung des formgebenden Teils einer Rundgießkokille beschrieben, der aus einem Rohr mit 0,75 m Länge, einem Innendurchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von 10 mm besteht. Zunächst wird durch inniges Mischen von 60 Volumprozent Molybdänpulver, 35 Volumprozent pulverförmigen ZrO2 und 5 Volumprozent pulverförmigen MgO ein Pulveransatz hergestellt und durch hydrostatisches Pressen zu einem zylindrischen Körper geformt. Dieser Körper wird bei etwa 1200° C in Wasserstoff vorgesintert, und anschließend wird die Bohrung eingearbeitet. Das Fertigsintern erfolgt bei 2000° C über eine Stunde. Durch spanabhebende Bearbeitung wird das gesinterte Rohr auf das vorgesehene Fertigmaß gebracht. Durch Beizen können die metallischen Komponenten aus der Oberfläche teilweise entfernt werden, um die Benetzbarkeit durch Metallschmelzen herabzusetzen.
• Der formgebende Teil der erfindungsgemäßen Kokille kann auch aus Werkstoffen mit verschiedenen Zusammensetzungen aufgebaut werden. Beispielsweise kann der obere thermisch hochbeanspruchte Teil des Kokilleneinsatzes aus einem Werkstoff hergestellt werden, der 40 Volumprozent Molybdän, 6,5 Volumprozent Magnesiumoxid und 53,5 Volumprozent Zr02 enthält, während der untere, bei mäßigerer Temperatur beanspruchte Teil des Kokilleneinsatzes einen höheren Anteil an metallischen Komponenten aufweist oder ganz aus Metall bestehen kann.
• Die bisher verwendeten Kokillenwerkstoffe sind gegenüber dem erfindungsgemäß verwendbaren Werkstoff vergleichsweise nur beschränkt anwendbar.
• Der erfindungsgemäß verwendbare Werkstoff zeichnet sich den bisher verwendeten gegenüber durch hohe Standzeiten aus, die ein Mehrfaches der üblichen erreichen. Dies ist unter anderem auf die geringe Wärmedehnung bei relativ guter Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäß empfohlenen Werkstoffs zurückzuführen. Auch die Durchlässigkeit für elektromagnetische Kraftfelder ist gegeben. Sowohl aus diesem Grunde als auch wegen der erreichbaren hohen Standzeit ist der empfohlene Werkstoff für Drehfeldkokillen sehr geeignet. Beim Gießen von Rundsträngen bewährt sich dieser Werkstoff ebenfalls, weil er infolge seiner Widerstandsfähigkeit gegen das Gießgut das Arbeiten mit erhöhten Kokillenwandtemperaturen zuläßt, wodurch die Qualität der Stränge hinsichtlich Rundheit und hinsichtlich Sicherheit gegen Längsrisse günstig beeinflußt wird.
• Beim üblichen Stranggießen beginnt die Erstarrung des Gießguts in der Kokille unmittelbar in Gießspiegelhöhe. In besonderen Fällen wird dabei der Gießspiegel mit flüssiger oder pulverförmiger Schlacke abgedeckt; ein Verfahren, das nur bei geringen Absenkgeschwindigkeiten bis etwa 0,7 m/sec und damit aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nur bei großen Querschnitten durchführbar ist. Die hohe Widerstandsfähigkeit des formgebenden Teils einer Kokille aus dem erfindungsgemäß verwendbaren Werkstoff gegen flüssigen Stahl läßt das Gießen mit verzögerter Erstarrung bzw. das Arbeiten mit geschlossenem Gießkopf zu, bei dem die Erstarrung erst eine gewisse Strecke unterhalb des Gießspiegels beginnt. Diese bisher mangels geeigneter Kokillenwerkstoffe nicht übliche Arbeitsweise würde eine Reihe von Vorteilen bieten, von denen die Verhinderung der Oxidation und die Vermeidung der Abkühlung des Gießguts am Gießspiegel genannt seien. Die Möglichkeit des Gießens mit verzögerter Erstarrung ist von hervorragender Bedeutung für das horizontale Stranggießen von Stahllegierungen. Dieses Verfahren kann nur unter diesen Bedingungen durchgeführt werden, wie das horizontale Stranggießen des Gußeisens beweist, bei dem eine Graphitkokille verwendet wird. Während aber die Graphitkokille dem flüssigen Gußeisen ausreichenden Widerstand bietet, würde sie von flüssigem Stahl aufgelöst werden. Mit derartigen Erscheinungen müßte selbstverständlich auch beim vertikalen Gießen mit verzögerter Erstarrung und geschlossenem Gießkopf gerechnet werden.
• Bei Arbeiten mit geschlossenem Gießkopf ist auch die Versorgung von mehreren Kokillen aus einem Gießkopf möglich. Die Vorteile dieser Maßnahme liegen auf der Hand, zumal auf die Verwendung von Regeleinrichtungen für den Zufluß in die einzelnen Kokillen verzichtet werden kann.
• Wegen der gegenüber rein metallischen Werkstoffen einfacheren Herstellung von Bogenkokillen auf dem Sinterwege können die aus dem erfindungsgemäß verwendbaren Werkstoff aufgebauten Kokillen auch wirtschaftlich beim Bogengießen mit gebogener Kokille eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verwendung eines Sinterwerkstoffes, der 85 bis 20 Volumprozent feinverteilte hochschmelzende Metalle und 15 bis 80 Volumprozent feinverteilte hochschmelzende Oxide enthält, für eine Kokille für das Stranggießen von Metallen, insbesondere von Eisen- und Stahllegierungen, deren formgebender Teil ganz oder teilweise aus einem ein hochschmelzendes Metall enthaltenden Sinterwerkstoff besteht.
2. 2. Verwendung eines Sinterwerkstoffes, dessen oxidkeramische Komponente aus Zirkonoxid und dessen metallische Komponente vorwiegend aus Molybdän und/oder Wolfram besteht, für eine Kokille nach Anspruch 1.
3. 3. Verwendung eines Sinterwerkstoffes, dessen oxidkeramische Komponente Zirkonoxid und stabilisierende Zusätze, wie Ca0 und/oder Mg0 in Mengen bis zu 10 Gewichtsprozent enthält, für eine Kokille nach Anspruch 1.
4. 4. Verwendung eines Sinterwerkstoffes, bei welchem Zirkonoxid bis zu 50 Gewichtsprozent durch Thoriumoxid, Hafniumoxid und/oder Titanoxid ersetzt ist, für eine Kokille nach Anspruch 1.
5. 5. Verwendung eines Sinterwerkstoffes, dessen metallische Komponente bis zu 50 Gewichtsprozent Chrom enthält, für eine Kokille nach Anspruch 1.