DE102007002806A1

DE102007002806A1 - Kokille mit Beschichtung

Info

Publication number: DE102007002806A1
Application number: DE102007002806A
Authority: DE
Inventors: Hans Streubel; Gereon Fehlemann
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-24
Also published as: CA2673257A1; RU2418649C2; JP2010515583A; KR20090089377A; US20100065718A1; EP2111312A1; CN101583446B; JP5061200B2; RU2009131307A; WO2008086862A1; CA2673257C; CN101583446A; KR101170313B1; UA92858C2

Abstract

Bei einer Kokille (1) mit trichterförmigem Eingießbereich (7) zum Gießen von flüssigem Metall, mit einer Kokillenwand (2, 3, 4, 5), die eine Heißseite aufweist, die mit dem flüssigen Metall in Kontakt steht, und einer Beschichtung (12) auf der Heißseite, ist in einem Übergangsbereich (10) von dem trichterförmigen Eingießbereich (7) zu den seitlichen Parallelbereichen (11) die Dicke der Beschichtung (12) geringer als im Eingießbereich (7) und im Parallelbereich (11). Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beschichten einer derartigen Kokille (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille mit trichterförmigem Eingießbereich zum Gießen von flüssigem Metall, mit einer Kokillenwand, die eine Heißseite aufweist, die mit dem flüssigen Metall in Kontakt steht, und einer Beschichtung auf der Heißseite. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beschichten einer derartigen Kokille.
Stranggießkokillen werden auf der Kokillenheißseite und insbesondere im Badspiegelbereich hohen Temperaturbeanspruchungen unterworfen. Bei Dünnbrammenanlagen mit Gießgeschwindigkeiten bis zu 10 m/min führen zu hohen und unterschiedlichen Kokillenwandtemperaturen auf der Heißseite über die Gießbreite insbesondere im Badspiegelbereich der Trichterkokille zu einer verkürzten Kokillenstandzeit. Zur Erhöhung der Standzeit gehört es zum Stand der Technik, Kokillen auf der ganzen Fläche, die mit dem flüssigen Metall in Kontakt kommt, z. B. mit Nickel zu beschichten. Bedingt durch die hohe Temperaturbelastung entstehen in der Beschichtung Risse und die Beschichtung platzt ab.
Die DE 100 03 827 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Kokille aus Kupferwerkstoffen für Stahlstranggießanlagen mit einer verschleißfesten Beschichtung auf den den Formhohlraum begrenzenden, formgebenden Flächen, wobei die verschleißfeste Schicht aus zumindest einer amorphen Kohlenstoffschicht besteht.
Stranggießkokillen zum Stranggießen von Stahl oder anderen Metallen mit einer Beschichtung oder einer Verstärkung sind in DE 37 27 424 A1 , DE 26 25 914 B2 , DE 34 15 050 A1 , DE 32 18 100 C2 , DE 100 62 490 A1
In der DE 40 39 230 C2 ist ein Verfahren zum Beschichten einer in einer Stranggießanlage eingesetzten Durchlaufkokille mit einem oberflächenharten Material angegeben, insbesondere zum Beschichten einer Kokille für eine Brammen-Stranggießanlage bis zu 300 mm Brammendicke bzw. für eine Band-Stranggießanlage bis zu 60 mm Banddicke, deren Konstruktionswerkstoff aus Kupfer oder eine Kupferlegierung besteht, wobei die die Metallschmelze führenden Innenflächen der Kokille vom Eingießbereich bis zum Austrittsbereich und ggfs. quer dazu in Flächenbereichen bzw. in Flächensegmenten nach Maßgabe der schleißenden Beanspruchung und/oder nach Maßgabe der Wärmeleitfähigkeit und/oder nach Maßgabe des thermischen Ausdehnungskoeffizienten beschichtet werden, wobei das oberflächenharte Material Platin ist, welches auf die Kokilleninnenflächen mittels Sprengplattieren aufgetragen wird.
Aus der DE 44 02 046 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von Kupferwerkstoffen mit einer Schutzschicht bekannt, wobei der Kupferwerkstoff mit einer Deckschicht versehen wird. Anschließend wird im Bereich einer Auftragfläche die Schutzschicht durch Zufuhr von Schutzschichtkomponenten und deren Aufschmelzen mit Laserstrahlung aufgetragen und durch ein im wesentlichen im Bereich der Auftragfläche erfolgendes Anschmelzen des Kupferwerkstoffes mit diesem verbunden.
DE 195 20 149 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein thermisches Beschichtungsverfahren zur Herstellung von millimeterhohen Schichten auf Werkzeugen, Bauteilen oder Substraten, bei dem einem Substratwerkstoff ein Zusatzwerkstoff zugefügt und mit Hilfe eines Laserstrahls aufgeschmolzen wird, um eine fest haftenden Bindung zwischen Substrat und Zusatzwerkstoff zu erzielen. Dabei wird zusätzlich zum Substrat eine glattwandige Kokille verwendet, die gemeinsam mit dem Substrat den schmelzflüssigen Zusatzwerkstoff in mindestens zwei, in der Regel vier Seiten gegen ein Verlaufen stützt, wobei durch eine/oder zwei der verbleibenden Seiten der Zusatzwerkstoff und die Laserstrahlung zugeführt werden und durch Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und der Zusatzwerkstoffzufuhr einerseits und dem Substrat andererseits eine endkonturnahe, glatte Beschichtung auf dem Substrat entsteht.
Kokillen, deren Seitenwände eine Beschichtung aufweisen, sind weiterhin aus JP 04 157 181 , JP 08 013 134 , JP 61 272 364 , JP 09 248 828 , JP 10 030 154 und JP 05 104 536 bekannt.
Aus der DE 197 56 164 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kokillenkörpers mit einer Verschleißschutzschicht bekannt, bei der die Verschleißschutzschicht in Gießrichtung eine konstante Dicke aufweist. Es ist aber auch möglich, dass die Dicke der Verschleißschutzschicht in Gießrichtung zunimmt. Hierdurch wird aber die Wärmeabfuhr ungünstig beeinflusst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kokille mit einer Beschichtung anzugeben, bei der die Kokillenwandtemperatur auf der Heißseite über die Gießbreite insbesondere im Badspiegelbereich vergleichmäßigt wird, wodurch die Oberflächenqualität werter verbessert wird, und die Kokillenstandzeit werter erhöht und die Kokillenkosten pro Tonne Stahl gesenkt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Kokille mit einer Beschichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 in einem Übergangsbereich von dem trichterförmigen Eingießbereich zu den Parallelbereichen die Dicke der Beschichtung geringer als im Eingießbereich und im Parallelbereich ist.
Weitere Ausgestaltungen der Kokille ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.
Durch die im Übergangsbereich vom Trichter zu den seitlichen Parallelbereichen dünner werdende Dicke der Beschichtung wird die Temperatur der Heißseite der Kokille insbesondere horizontal vergleichmäßigt und die Oberflächenqualität des gegossenen Bandes weiter verbessert und die Standzeit der Kokille erhöht.
Als Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass im Übergangsbereich von dem trichterförmigen Eingießbereich zu den seitlichen Parallelbereichen die Dicke der Beschichtung geringer als im Eingießbereich und im Parallelbereich sind. Damit wird die strömungsbedingte höhere Oberflächentemperatur im Übergangsbereich vergleichmäßigt. Bei gleicher Dicke der Beschichtung ist im Übergangsbereich eine höhere Oberflächentemperatur vorhanden. Eine gleichmäßige horizontale Oberflächentemperaturverteilung ist eine Voraussetzung für eine fehlerfreie Strangoberfläche.
Vorteilhaft ist ferner, wenn die Beschichtung im Badspiegelbereich eine Schichtdicke von 2 bis 30 μm aufweist und/oder die Beschichtung aus mindestens zwei Beschichtungslagen mit unterschiedlichen Eigenschaften – wie sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, sehr hohe Haftfähigkeit, Thermoschock beständig – besteht.
Die Beschichtung kann mit unterschiedlichen Verfahren wie dem Flammspritzen, welches sich differenziert in das Drahtflammspritzen u. a. für Nickelschichten und das Pulverflammspritzen u. a. für keramische Schichten, aufgebracht werden.
Auch ist es möglich, diese Beschichtung mit Hilfe des gasstabilisierten Plasmaspritzen, welches sich u. a. für hochschmelzende Materialien oder keramische Werkstoffe eignet oder das wasserstabilisierte Plasmaspritzen, welches u. a. für dickere keramische Schichten bis zu 10 mm angewandt wird, aufzubringen.
Außerdem kann auch das Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren angewandt werden, welches u. a besonders für Spritzwerkstoffe mit hartmetallischen Zusatzwerkstoffen geeignet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in Draufsicht den trichterförmigen Eingießbereich einer Kokille;
2 in Vorderansicht eine Kokillenwand mit Eingießbereich mit einer rechteckign Trichterform; und
4 in geschnittener Seitenansicht eine Kokillenwand mit Beschichtung.
Eine Kokille 1 besteht gemäß 1 aus vier Kokillenwänden 2, 3, 4, 5, beispielsweise zwei gegenüberliegenden Breitseitenwänden 2, 3 und zwei seitlich zwischen den Breitseitenwänden 2, 3 angeordneten Schmalseitenwänden 3, 4. Die Breitseitenwände 2, 3 weisen einen an der Kokillenoberkante 6 beginnenden gewölbten trichterförmigen Eingießbereich 7 auf, der zu den Schmalseiten 3, 4 und in Gießrichtung 8 (siehe 2) auf das Format des gegossenen Stranges reduziert ist.
2 zeigt eine Kokillenwand 2 in Vorderansicht. Der Eingießbereich 7 besitzt die Form eines Rechtecks. Andere Formen wie Trapez, Parabel usw. sind denkbar. Der trichterförmige Eingießbereich 7 geht in einen Parallelbereich 11 Ober und bildet dabei einen Übergangsbereich 10. Die Gießrichtung 8 erstreckt sich von der Kokillenoberkante 6 zur Kokillenunterkante 9.
Eine Beschichtung 12 der Kokille 1 ist in geschnittener Seitenansicht in 3 dargestellt. Die Beschichtung 12 erfolgt auf der Kokillenwand 2 an der Oberfläche, die mit dem heißen Metall in Berührung kommt.

1: Kokille
2: Breitseitenwand
3: Beitseitenwand
4: Schmalseitenwand
5: Schmalseitenwand
6: Kokillenoberkante
7: Eingießbereich
8: Gießrichtung
9: Kokillenunterkante
10: Übergangsbereich
11: Parallelbereich
12: Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10003827 A1 [0003]
- DE 3727424 A1 [0004]
- DE 2625914 B2 [0004]
- DE 3415050 A1 [0004]
- DE 3218100 C2 [0004]
- DE 10062490 A1 [0004]
- DE 4039230 C2 [0005]
- DE 4402046 A1 [0006]
- DE 19520149 A1 [0007]
- JP 04157181 [0008]
- JP 08013134 [0008]
- JP 61272364 [0008]
- JP 09248828 [0008]
- JP 10030154 [0008]
- JP 05104536 [0008]
- DE 19756164 A1 [0009]

Claims

Kokille (1) mit trichterförmigem Eingießbereich (7) zum Gießen von flüssigem Metall, mit einer Kokillenwand (2, 3, 4, 5) die eine Heißseite aufweist, die mit dem flüssigen Metall in Kontakt steht, und einer Beschichtung (12) auf der Heißseite. dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich (10) von dem trichterförmigen Eingießbereich (7) zu den seitlichen Parallelbereichen (11) die Dicke der Beschichtung (12) geringer als im Eingießbereich (7) und im Parallelbereich (11) ist.
Kokille (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in horizontaler Richtung die Beschichtung (12) im Übergangsbereich (10) von Eingießbereich (7) zum seitlichen Parallelbereich (11) eine Dicke von 50% bis 80% von der Dicke der Beschichtung (12) von Eingießbereich (7) und Parallelbereich (11) aufweist.
Kokille (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in vertikaler Gießrichtung (8) die Dicke der Beschichtung (12) im unteren Kokillenbereich auf eine Stärke von 40% bis 80% der Dicke der Beschichtung (12) des oberen Eingießbereichs (7) abnimmt.
Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (12) im Badspiegelbereich eine Schichtdicke von 2 bis 30 μm aufweist.
Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (12) aus mindestens zwei Beschichtungslagen mit unterschiedlichen Eigenschaften besteht.
Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) aus einer oder einer Kombination keramischer Werkstoffe/Verbindungen oder keramischer Spritzzusatzwerkstoffen wie u. a. Titanoxid oder Chromnitrid oder Zirkonnitrid besteht.
Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) aus einem hartmetallischen Werkstoff wie Nickel oder einer Kombination verschiedener hartmetallischer Werkstoffe wie u. a. Nickel, Chrom besteht.
Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) aus Titannitrid oder Chromnitrid oder Zirkonnitrid besteht.
Verfahren zum Beschichten einer Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) mittels eines Flammspritzverfahrens wie Drahtflammspritzen oder Pulverflammspritzen aufgebracht wird.
Verfahren zum Beschichten einer Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) mittels eines gas- oder wasserstabilisierten Plasmaspritzverfahrens aufgebracht wird.
Verfahren zum Beschichten einer Kokille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) mittels eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht wird.