DE102017211108A1 - Mold plate and mold for a continuous casting plant and continuous casting process - Google Patents

Mold plate and mold for a continuous casting plant and continuous casting process Download PDF

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059Mould materials or platings

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokillenplatte (1) für eine Kokille einer Stranggießanlage mit einem Grundkörper (4), welcher auf einer Seite eine Arbeitsfläche (2) zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall und auf der gegenüberliegenden Seite eine Kühlfläche (3) zur Wärmeabgabe an eine Kühleinrichtung (8) umfasst, wobei der Grundkörper (4) einen ersten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (4) ein Ersatzmaterial (5, 6) mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist, welcher geringer als der erste Wärmeleitkoeffizient ist.

Figure DE102017211108A1_0000
The present invention relates to a mold plate (1) for a mold of a continuous casting plant with a base body (4) having on one side a working surface (2) for absorbing heat from metal poured into the mold and on the opposite side a cooling surface (3) for heat dissipation to a cooling device (8), wherein the base body (4) has a first heat conduction coefficient, characterized in that in the base body (4) a replacement material (5, 6) is arranged with a second coefficient of thermal conductivity, which is less than the first coefficient of thermal conductivity.
Figure DE102017211108A1_0000

Description

Technisches Gebiet (Technical Field)Technical Field

Auf dem Gebiet des Stranggießens von metallischen Schmelzen ist die Verwendung von Kokillen bekannt. Aufgrund der hohen Temperaturen der metallischen Schmelzen sowie einer möglichst kontinuierliche Betriebsweise werden hierbei hohe Anforderungen an die Kokille gestellt, um eine ausreichende Kühlung der metallischen Schmelze zu erreichen, damit beim Verlassen der Kokille ein Strang mit einer ausreichend feste Schale entsteht.In the field of continuous casting of metallic melts, the use of molds is known. Due to the high temperatures of the metallic melts and as continuous as possible operating high demands are placed on the mold to achieve sufficient cooling of the metal melt so that when leaving the mold, a strand with a sufficiently solid shell is formed.

Technischer Hintergrund (Background Art)Technical Background (Background Art)

Beim Stranggießen werden metallische Schmelzen mit Hilfe von wassergekühlten Kokillen zu Brammen erstarrt. Bei einer Kokille handelt es sich in den meisten Fällen um einen Kasten mit einer oberen Eintritts- und einer unteren Austrittsöffnung, wobei die inneren Flächen meist durch Kokillenplatten gebildet sind, die außen von einer Kühleinrichtung, oft auch Wasserkasten genannt, umgeben sind. Die Schmelze wird durch ein Tauchrohr in die Kokille eingeleitet, wobei diese bei Kontakt mit den gekühlten Kokillenwänden von außen nach innen allmählich erstarrt. Auf Höhe des Gießspiegels treten dabei die höchsten Wärmestromdichten auf, da in diesem Bereich noch keine bzw. die sich bildende Strangschale eine geringe Dicke aufweist.In continuous casting, metallic melts are solidified into slabs using water-cooled molds. In a mold, it is in most cases a box with an upper inlet and a lower outlet opening, the inner surfaces are usually formed by chill plates, which are outside surrounded by a cooling device, often called water box. The melt is introduced through a dip tube in the mold, which gradually solidifies on contact with the cooled mold walls from outside to inside gradually. At the level of the casting mirror, the highest heat flux densities occur, since in this area no or the forming strand shell has a small thickness.

Neben einer Änderung der Oberflächenstruktur oder veränderter Gießpulver sind im Stand der Technik Veränderungen an der in der Regel einstückigen Kokillenplatte bekannt.In addition to a change in the surface structure or modified casting powder, changes in the generally one-piece die plate are known in the prior art.

Beispielsweise ist aus DE 10 2007 028 064 A1 bekannt, in eine Kokillenplatte aus Kupfer Wärmetransportelement einzusetzen, die eine gegenüber dem Kupfer höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Wärmeabfuhr aus der metallischen Schmelze zu beschleunigen beziehungsweise die abgeführte Wärme pro Zeiteinheit zu erhöhen. Hierdurch wird die Kühlleistung insgesamt erhöht.For example, it is off DE 10 2007 028 064 A1 Known to use in a mold plate made of copper heat transfer element, which have a higher thermal conductivity compared to the copper to accelerate the heat removal from the metallic melt or to increase the heat dissipated per unit time. As a result, the cooling capacity is increased overall.

Einen gleichen Ansatz verfolgt die US 3,612,158 aus dem Stand der Technik.The same approach is followed US 3,612,158 from the prior art.

Aufgrund der enormen Temperaturunterschiede kommt es bei der Erstarrung im Bereich des Gießspiegels jedoch zu spannungsinduzierter Rissbildung und damit zu qualitativer Beeinträchtigung am Endprodukt. Neben der qualitativen Beeinträchtigung des Erzeugnisses, ist die Belastung des Kokillenmaterials erheblich.Due to the enormous temperature differences, however, the solidification in the region of the casting level leads to stress-induced cracking and thus to a qualitative impairment of the end product. In addition to the qualitative impairment of the product, the burden of the mold material is considerable.

Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)Summary of Invention

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, durch das vor allem hinsichtlich der Oberfläche qualitativ hochwertige Stranggussprodukte, insbesondere ohne Rissbildung, hergestellt werden können.
Weitere Aufgaben der Erfindung liegen in Verbesserung der Prozesssicherheit, Kosten und Standzeiten.
The invention is thus based on the object to provide a device and a method by which, especially with regard to the surface, high-quality continuous casting products, in particular without cracking, can be produced.
Further objects of the invention are to improve process reliability, costs and service lives.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kokillenplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 aufweist, insbesondere wenn diese nach einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 verwendet wird.This object is achieved by a chill plate according to the features of claim 1, in particular if it is used by a method according to the features of claim 12.

Erfindungsgemäß ist eine Kokillenplatte für eine Kokille einer Stranggießanlage mit einem Grundkörper, welcher auf einer Seite eine Arbeitsfläche zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall und auf der gegenüberliegenden Seite eine Kühlfläche zur Wärmeabgabe an eine Kühleinrichtung umfasst, wobei der Grundkörper einen ersten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper ein Ersatzmaterial mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist, welcher geringer als der erste Wärmeleitkoeffizient ist. Für den Grundkörper wird beispielsweise eine Kupferlegierung verwendet. Als Ersatzmaterial eigenen sich beispielweise hochlegierte Stähle, insbesondere alle nichtrostende, wärmebeständige, korrosionsbeständige und/oder warmfeste Stähle. Hierdurch entsteht der Effekt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Kokillenplatte, an der oder den Stellen an denen Ersatzmaterial vorgesehen ist, verringert wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der im allgemeinen höheren Verschleißbeständigkeit eines Ersatzmaterials mit einem geringeren zweiten Wärmeleitkoeffizienten gegenüber dem Grundkörper, wodurch vor allem in Bereichen mit hoher thermischer Belastung auch die auftretende höhere mechanische Belastung entgegengewirkt werden kann. Hierdurch kann die Standzeit der Kokillenplatte und der Kokille als Ganzes verlängert werden. Die Wärmeleitfähigkeit wird zum einen durch den gewählten Werkstoff des Ersatzmaterials bestimmt. Zum anderen spielt die geometrische Anordnung, bzw. das Dickenverhältnis der eingesetzten Paarung von Grundkörper und Ersatzmaterial zwischen Schmelze und Kühlkanal eine Rolle. Hier kann beliebig, oder auch gezielt variiert werden.According to the invention, a mold plate for a mold of a continuous casting plant with a base body, which comprises on one side a working surface for heat absorption from cast metal in the mold and on the opposite side a cooling surface for heat dissipation to a cooling device, wherein the base body has a first coefficient of thermal conductivity, characterized characterized in that a replacement material having a second coefficient of thermal conductivity is arranged in the base body, which is less than the first coefficient of thermal conductivity. For example, a copper alloy is used for the base body. High-alloy steels, in particular all stainless, heat-resistant, corrosion-resistant and / or heat-resistant steels, are suitable as replacement material. This creates the effect of reducing the thermal conductivity of the mold plate at or at the locations where replacement material is provided. Another advantage lies in the generally higher wear resistance of a replacement material with a lower second coefficient of thermal conductivity compared to the base body, which can be counteracted, especially in areas with high thermal stress and the higher mechanical load occurring. As a result, the life of the mold plate and the mold as a whole can be extended. The thermal conductivity is determined by the chosen material of the replacement material. On the other hand, the geometric arrangement or the thickness ratio of the pairing used of base body and replacement material between the melt and the cooling channel plays a role. Here can be arbitrarily, or also selectively varied.

Bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kokillenplatten sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial bündig mit der Arbeitsfläche abschließt. Dadurch wird das teilerstarrte Metall in der Kokille nicht durch Unebenheiten der Kokillenplatte beziehungsweise Unebenheiten der Arbeitsfläche beeinflusst. Eine Vermeidung von Unebenheiten auf der Arbeitsfläche ist für nachfolgende Prozessschritte von Vorteil. Denn es wird eine ebene Arbeitsfläche, im Wesentlichen ohne Vertiefungen und Erhöhung, bereitgestellt, wodurch keine Unebenheiten auf das gegossene, teilerstarrte Metall übertragen werden.Preferred embodiments of mold plates according to the invention are characterized in that the replacement material is flush with the work surface. As a result, the partially solidified metal in the mold is not affected by unevenness of the mold plate or bumps of the mold Working surface influenced. Avoiding unevenness on the work surface is advantageous for subsequent process steps. Because it is a flat work surface, essentially without depressions and increase, provided, whereby no bumps are transferred to the cast, partially solidified metal.

Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kokillenplatte sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial in Bereichen mit hoher thermischer Belastung vorgesehen ist. Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit in diesen Bereichen und somit die Wärmestromdichte, also die Menge der abgeführten Energie, reduziert. Entgegen dem Stand der Technik, bei dem, insbesondere in den hoch thermisch belasteten Bereichen, eine möglichst schnelle Abkühlung in der Kokille gewünscht ist, wird die Wärmeleitfähigkeit in zumindest einem dieser Bereiche verringert. Mit dieser Maßnahme wird die Wärmestromdichte über die Fläche der Kokillenplatte ausgeglichener und somit der Temperaturunterschied zwischen Kokillenplatte und metallischer Schmelze beziehungsweise Strangschale geringer. Aufgrund des verringerten Temperaturunterschiedes wird auch eine Rissbildung in der Strangschale vermieden.Embodiments of a mold plate according to the invention are characterized in that the replacement material is provided in areas of high thermal stress. As a result, the thermal conductivity in these areas and thus the heat flow density, ie the amount of energy dissipated, is reduced. Contrary to the prior art, in which, in particular in the highly thermally stressed areas, the fastest possible cooling in the mold is desired, the thermal conductivity is reduced in at least one of these areas. With this measure, the heat flux density over the surface of the mold plate is balanced and thus the temperature difference between mold plate and metallic melt or strand shell lower. Due to the reduced temperature difference and cracking in the strand shell is avoided.

Erfindungsgemäße Ausführungsformen der Kokillenplatte sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial im Bereich des Gießspiegels, des Tauchrohrs, der seitlichen Ränder und/oder dem Austrittsbereich angeordnet ist. Da dies die Bereiche mit einer hohen thermischen und/oder mechanischen Belastung sind, weist Ersatzmaterial dort die zuvor beschriebenen Vorteile auf.Inventive embodiments of the mold plate are characterized in that the replacement material in the region of the casting mirror, the dip tube, the side edges and / or the outlet region is arranged. Since these are the areas of high thermal and / or mechanical stress, replacement material has the advantages described above there.

Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kokillenplatten sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial als Streifen ausgebildet ist, der sich zumindest über einen Teil der Breite der Kokillenplatte erstreckt. Derartige Ausbildungen weisen den Vorteil auf, dass das Ersatzmaterial plattenförmig bereitgestellt und einfach in Ausnehmungen, welche in die Kokillenplatte eingebrachte wurden, befestigt werden kann. Die Befestigung kann durch Verbindungsmittel, wie Schrauben und dergleichen, und/oder Formschluss mittels Nuten und in diese eingreifende, entsprechend geformte, Formstücke erfolgen. Die Streifen können nur einen Teil der Breite der Kokillenplatte ersetzen oder sich, insbesondere im Bereich des Gießspiegels, auch über die komplette Breite der Kokillenplatte erstrecken.Embodiments of mold plates according to the invention are characterized in that the replacement material is designed as a strip which extends over at least part of the width of the mold plate. Such embodiments have the advantage that the replacement material can be provided plate-shaped and easily in recesses, which were introduced into the mold plate, can be attached. The attachment can be done by connecting means, such as screws and the like, and / or positive engagement by means of grooves and in this engaging, correspondingly shaped, fittings. The strips can only replace part of the width of the mold plate or, in particular in the region of the mold level, extend over the entire width of the mold plate.

In erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Kokillenplatte ist das Ersatzmaterial zylindrisch ausgebildet und passgenau in einer entsprechenden Bohrung im Grundkörper angeordnet. Eine zylindrische Form des Ersatzmaterials ist, insbesondere für die Fertigung einer solchen Kokillenplatte vorteilhaft. Eine Bohrung zur Einpassung des zylindrischen Ersatzmaterials in den Grundkörper kann einfach mittels eines Bohrers bereitgestellt werden. Das Ersatzmaterial kann dann passgenau im Grundkörper fixiert werden. Dies kann insbesondere durch eine Presspassung geschehen. Ein weitere Vorteil des zylindrisch ausgebildeten Ersatzmaterials liegt darin, dass durch Variierung der Durchmesser und/oder Anzahl pro Flächenabschnitt der Ersatzmaterialien die Wärmeleitfähigkeit und somit die Wärmestromdichte in den Flächenabschnitten eingestellt und ein sprunghafte Wechsel zwischen Flächenabschnitten vermieden werden kann. Neben einer zylindrischen Form sind auch andere Querschnittsprofile möglich, wobei in diesen Fällen jedoch unter Umständen der Vorteil der leichten Herstellbarkeit entfällt.In embodiments of the mold plate according to the invention, the replacement material is cylindrically shaped and arranged in an exact fit in a corresponding bore in the base body. A cylindrical shape of the replacement material is advantageous, in particular for the production of such a mold plate. A bore for fitting the cylindrical replacement material in the body can be easily provided by means of a drill. The replacement material can then be fixed accurately in the base body. This can be done in particular by a press fit. Another advantage of the cylindrically shaped replacement material is that by varying the diameter and / or number per surface portion of the replacement materials, the thermal conductivity and thus the heat flux density in the surface sections adjusted and a sudden change between surface sections can be avoided. In addition to a cylindrical shape, other cross-sectional profiles are possible, but in these cases, the advantage of ease of manufacture may be omitted.

In Ausführungsformen ist die Kokillenplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche vollflächig vom Grundkörper gebildet wird. Das Ersatzmaterial weißt hierbei eine Dicke auf, die geringer als die Dicke des Grundkörpers ist. Die Kühlfläche weist dadurch den Vorteil einer einheitlichen Oberfläche auf, wodurch ein guter Wärmeübergang an das Kühlmedium der Kühleinrichtung erfolgt, welche mit der Kühlfläche verbunden wird. Aufgrund der einheitlichen Fläche werden Probleme hinsichtlich der Abdichtung bei einem flüssigen Kühlmedium vermieden, welches direkt mit der Kühlfläche in Kontakt steht, und die Wärmestromdichte auf der Kühlfläche wird gleichmäßiger.In embodiments, the mold plate, characterized in that the cooling surface is formed over the entire surface of the body. The replacement material hereby has a thickness which is less than the thickness of the base body. The cooling surface thereby has the advantage of a uniform surface, whereby a good heat transfer to the cooling medium of the cooling device takes place, which is connected to the cooling surface. Due to the unitary area, problems with sealing in a liquid cooling medium which is in direct contact with the cooling surface are avoided, and the heat flow density on the cooling surface becomes more uniform.

Kokillenplatte sind in erfindungsgemäßen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und das Ersatzmaterial einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und dass der erste und zweite Wärmeausdehnungskoeffizient einen um maximal 10% voneinander abweichenden Wert aufweisen. Insbesondere im Temperaturbereich im Betrieb, also der Temperatur der metallischen Schmelze und dem Erstarrungstemperaturbereich darunter, weisen das Material des Grundkörpers und des Ersatzmaterials einen Wärmeausdehnungskoeffizient in einer ähnlichen Größenordnung auf. Die Wärmeausdehungskoeffizienten unterscheiden sich um maximal 10% voneinander, beispielsweise bei einem Grundkörper aus einer Kupferlegierung mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 16,5*10-6 1/K liegt der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des Ersatzmaterials im Bereich von 15*10-6 bis 18*10-6 1/K. Hierdurch werden Beschädigungen am Grundkörper oder dem Ersatzmaterial aufgrund der unterschiedlichen Materialausdehnung entstehenden Spannungen vermieden.Chill plate are in embodiments of the invention, characterized in that the material of the body has a first coefficient of thermal expansion and the replacement material has a second coefficient of thermal expansion and that the first and second coefficients of thermal expansion have a maximum of 10% different value. In particular, in the temperature range during operation, ie the temperature of the metallic melt and the solidification temperature range below, the material of the base body and the replacement material have a thermal expansion coefficient of a similar order of magnitude. The coefficients of thermal expansion differ by a maximum of 10% from one another; for example, for a copper alloy body having a first coefficient of thermal expansion of about 16.5 * 10 -6 1 / K, the second coefficient of thermal expansion of the replacement material is in the range of 15 * 10 -6 to 18 * 10 -6 1 / K. As a result, damage to the body or the replacement material due to the different material expansion resulting stresses are avoided.

Bevorzugte Ausführungen erfindungsgemäßer Kokillenplatten sind dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer oder gleich dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient ist. Idealerweise weisen Grundkörper und Ersatzmaterial einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wodurch Spannungen vermieden werden. Um das Ersatzmaterial während des Betriebs im Grundkörper zu sichern, ist auch ein etwas größerer Wärmeausdehnungskoeffizient des Ersatzmaterials vorteilhaft, da hierdurch eine Presspassung erzeugt beziehungsweise verstärkt werden kann. Hierbei sollte der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient, wie oben bereits ausgeführt, nicht mehr als 10% größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient sein.Preferred embodiments of mold plates according to the invention are characterized in that the second thermal expansion coefficient is greater than or equal to the first Thermal expansion coefficient is. Ideally, the base body and the replacement material have the same coefficient of thermal expansion, whereby stresses are avoided. In order to secure the replacement material during operation in the body, a slightly larger coefficient of thermal expansion of the replacement material is advantageous, since this can be created or enhanced by a press fit. Here, the second coefficient of thermal expansion, as already stated above, should not be more than 10% greater than the first thermal expansion coefficient.

Der Grundkörper ist in erfindungsgemäßen Ausführungsformen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt, wie auch bei aus dem Stand der Technik bekannten Kokillenplatten. Als Ersatzmaterial eignen sich bevorzugt hochlegierte Stähle, insbesondere warmfeste beziehungsweise wärmebeständige sowie korrosionsbeständige Stahllegierungen. Durch das Ersatzmaterial wird die verwendete Menge an Kupfer reduziert. Hierdurch wird bereits durch den teilweisen Materialwechsel eine Kostenersparnis erreicht, indem der Kupfer-Anteil geringer wird. Die Standzeit der Kokillenplatte wird ebenfalls erhöht, da gerade in den thermisch hochbelasteten Bereichen das Kupfer durch ein verschleißbeständigeres Ersatzmaterial ersetzt wird. Somit wird eine weitere Kostenersparnis aufgrund der längeren Standzeiten erreicht.The main body is made in embodiments of copper or a copper alloy, as well as known from the prior art mold plates. High-alloyed steels, in particular heat-resistant or heat-resistant and corrosion-resistant steel alloys, are preferably suitable as replacement materials. The replacement material reduces the amount of copper used. As a result, a cost saving is already achieved by the partial change of material by the copper content is lower. The service life of the mold plate is also increased, since especially in the highly thermally stressed areas, the copper is replaced by a wear-resistant replacement material. Thus, a further cost savings due to the longer service life is achieved.

Weiter sind Kokillen einer Stranggießanlage erfindungsgemäß, welche eine der zuvor beschriebenen Kokillenplatte aufweisen.Further, molds of a continuous casting plant according to the invention, which have one of the mold plate described above.

Eine Stranggießanlage umfassend eine zuvor beschriebene Kokille ist ebenfalls Teil der Erfindung.A continuous casting plant comprising a previously described mold is also part of the invention.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kokille einer Stranggießanlage, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels in einer Kokillenplatte eingebettetem Ersatzmaterial mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten, welcher geringer ist als der erste Wärmeleitkoeffizient des Grundkörpers der Kokillenplatte, die Wärmestromdichte der Kokillenplatte im Bereich hoher thermischer Belastung reduziert wird. Wie oben zur Kokillenplatte beschrieben, wird hierdurch der Temperaturunterschied und somit die Abkühlgeschwindigkeit zwischen metallischer Schmelze und Kokille verringert. Somit verläuft die Wärmestromdichte gleichmäßiger über die durchlaufene Höhe der Kokille, was Spannungsrisse in der entstehenden Strangschale vermeidet.Another aspect of the invention is a method for operating a mold of a continuous casting plant, which is characterized in that by means of embedded in a mold plate replacement material having a second heat conductivity, which is less than the first coefficient of thermal conductivity of the base body of the mold plate, the heat flux density of the mold plate in the area high thermal load is reduced. As described above for the mold plate, this reduces the temperature difference and thus the cooling rate between the metallic melt and the mold. Thus, the heat flux density runs more uniformly over the amount passed through the mold, which avoids stress cracks in the resulting strand shell.

Figurenlistelist of figures

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigen:

  • 1a eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte mit Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik,
  • 1b eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte gemäß 1a,
  • 2a eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte mit Kühlvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel,
  • 2b eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte gemäß 2a,
  • 3a eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte mit Kühlvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel,
  • 3b eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte gemäß 3a und
  • 4 Verteilung der Wärmestromdichte über die Fläche einer Kokillenplatte gemäß 1a.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings, wherein like parts are provided with the same reference numerals. In detail show:
  • 1a a schematic representation of a mold plate with cooling device according to the prior art,
  • 1b a schematic representation of the course of the heat flux density over the height of the mold plate according to 1a .
  • 2a a schematic representation of a mold plate with cooling device according to an embodiment,
  • 2 B a schematic representation of the course of the heat flux density over the height of the mold plate according to 2a .
  • 3a a schematic representation of a mold plate with cooling device according to an embodiment,
  • 3b a schematic representation of the course of the heat flux density over the height of the mold plate according to 3a and
  • 4 Distribution of the heat flux density over the surface of a mold plate according to 1a ,

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)Description of the Preferred Embodiments (Best Mode for Carrying Out the Invention)

1a zeigt eine einteilig ausgeführte Kokillenplatte (1), wie im Stand der Technik üblich, welche mit einer Kühlvorrichtung (8) verbunden ist. Die Kokillenplatte (1) weist an ihrer mit der metallischen Schmelze in Kontakt kommenden Seite eine Arbeitsfläche (2) auf. Die der Arbeitsfläche (2) gegenüberliegende Kühlfläche (3) der Kokillenplatte (1) ist mit der Kühlvorrichtung (8) verbunden, weshalb das Bezugszeichen auf die Verbindungsebene verweist. 1a shows a one-piece mold plate ( 1 ), as in the prior art, which with a cooling device ( 8th ) connected is. The mold plate ( 1 ) has on its side in contact with the metallic melt side of a work surface ( 2 ) on. The workspace ( 2 ) opposite cooling surface ( 3 ) of the mold plate ( 1 ) is connected to the cooling device ( 8th ), which is why the reference number refers to the connection level.

1b stellt schematisch den Verlauf der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte (1) gemäß 1a dar. Die Achsen sind hierbei mit h für die Höhe der Kokillenplatte (1) als y-Achse und die x-Achse mit q für die Wärmestromdichte bezeichnet. Wie deutlich erkennbar steigt die Wärmestromdichte im oberen Bereich, der dem Gießspiegel der metallischen Schmelze entspricht sehr schnell an bis auf ein Maximum und fällt nach unten hin deutlich ab. Der schnelle Anstieg ist durch den Gießspiegel und der Tatsache, dass darüber keine metallische Schmelze vorhanden ist, klar. Der starke Abfall der Wärmestromdichte ist zum einen durch die bereits teilweise erfolgte Abkühlung sowie dem sich verschlechternden Wärmeübergang aufgrund der sich bildenden Strangschale begründet. 1b schematically shows the course of the heat flow density over the height of the mold plate ( 1 ) according to 1a dar. The axes are here with H for the height of the mold plate ( 1 ) when y Axis and the x -Axis with q for the heat flux density. As can be clearly seen, the heat flow density in the upper region, which corresponds to the casting level of the metallic melt, rises very rapidly up to a maximum and drops markedly downwards. The rapid increase is clear from the pouring mirror and the fact that there is no metallic melt over it. The sharp decline in the heat flux density is due, on the one hand, to the already partial cooling and the deteriorating heat transfer due to the forming strand shell.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist in 2a gezeigt. Hierbei ist wie zu 1a beschrieben, eine Kokillenplatte (1) mit einer Arbeitsfläche (2) und einer Kühlfläche (3) dargestellte, die mit einer Kühlvorrichtung (8) verbunden ist. Die Kokillenplatte (1) ist hierbei jedoch aus einem Grundkörper (4) gebildet, in den im Bereich des Gießspiegels ein Streifen aus einem Ersatzmaterial (5) eingesetzt ist. Das Ersatzmaterial (5) schließt hierbei bündig mit der Arbeitsfläche (2) ab. In der dargestellten Ausführungsform wird die Kühlfläche (3) vollflächig von dem Grundkörper (4) gebildet und das Ersatzmaterial (5) erstreckt sich nur über einen Teil der Dicke der Kokillenplatte (1).An embodiment of the invention is shown in FIG 2a shown. Here's how to 1a described, a mold plate ( 1 ) with a work surface ( 2 ) and a cooling surface ( 3 ), which with a cooling device ( 8th ) connected is. The mold plate ( 1 ) is in this case, however, from a basic body ( 4 ), in which in the region of the casting mirror, a strip of a replacement material ( 5 ) is used. The replacement material ( 5 ) closes flush with the work surface ( 2 ). In the illustrated embodiment, the cooling surface ( 3 ) over the entire surface of the main body ( 4 ) and the replacement material ( 5 ) extends only over part of the thickness of the mold plate ( 1 ).

2b stellt entsprechend den schematischen Verlauf der Wärmstromdichte über die Höhe der Kokillenplatte (1) gemäß 2a dar. Im Vergleich zu 1b ist deutlich erkennbar, dass das Maximum im Bereich des Gießspiegels deutlich geringer ausfällt und sich eine gleichmäßigere, annähernd lineare, Abnahme der Wärmestromdichte einstellt. Somit erfolgt eine gleichmäßigere Abkühlung der metallischen Schmelze, was zu einer Vermeidung von Spannungsrissen in der Strangschale beiträgt. 2 B Corresponds to the schematic course of the heat flow density over the height of the mold plate ( 1 ) according to 2a dar. In comparison to 1b It can clearly be seen that the maximum in the region of the casting level is significantly lower and a more uniform, approximately linear, decrease in the heat flux density occurs. Thus, a more uniform cooling of the metallic melt, which contributes to the avoidance of stress cracks in the strand shell.

In 3a ist ebenfalls ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst ebenfalls eine Kokillenplatte (1) mit einer Arbeitsfläche (2) und einer Kühlfläche (3), wobei die Kokillenplatte (1) mit einer Kühlvorrichtung (8) verbunden ist. Der Grundkörper (4) der Kokillenplatte (1) ist in dieser Ausführungsform mit Bohrungen (7) versehen, in die zylindrisch geformtes Ersatzmaterial (6) eingepasst ist. Das Ersatzmaterial (5) schließt auch hier bündig mit der Arbeitsfläche (2) ab. Die Bohrungen (7) beziehungsweise das zylindrische Ersatzmaterial (6) sind in der dargestellten Ausführungsform vor allem im Bereich des Gießspiegels gleichmäßig verteilt vorgesehen. Zylindrisch ist hierbei allerdings nicht auf rein runde Geometrien beschränkt, wobei runde Querschnitte fertigungstechnische Vorteile aufweisen. Vielmehr kann das Ersatzmaterial (6) und entsprechend die Bohrung (7) einen polygonen, elliptischen oder sonstig beliebig geformten Querschnitt aufweisen. Alternativ kann die Verteilung der Bohrungen (7) auch den Gegebenheiten angepasst werden, und beispielsweise die Anzahl pro Flächeneinheit und/oder der Durchmesser des Ersatzmaterials (6) variiert werden. Genauso können in weiteren Bereichen mit hoher thermischer Belastung (9) zusätzliche Bohrungen (7) mit eingepasstem Ersatzmaterial (6) vorgesehen werden.In 3a an embodiment of the invention is also shown. This embodiment also comprises a chill plate ( 1 ) with a work surface ( 2 ) and a cooling surface ( 3 ), wherein the chill plate ( 1 ) with a cooling device ( 8th ) connected is. The basic body ( 4 ) of the mold plate ( 1 ) is in this embodiment with holes ( 7 ) into which cylindrically shaped replacement material ( 6 ) is fitted. The replacement material ( 5 ) also closes flush with the work surface ( 2 ). The holes ( 7 ) or the cylindrical replacement material ( 6 ) are provided evenly distributed in the illustrated embodiment, especially in the region of the casting mirror. Cylindrical here is not limited to purely round geometries, round cross-sections have manufacturing advantages. Rather, the substitute material ( 6 ) and accordingly the bore ( 7 ) have a polygonal, elliptical or otherwise arbitrarily shaped cross-section. Alternatively, the distribution of the holes ( 7 ) are adapted to the circumstances, and for example the number per unit area and / or the diameter of the replacement material ( 6 ) can be varied. Similarly, in other areas with high thermal stress ( 9 ) additional holes ( 7 ) with fitted replacement material ( 6 ).

Analog zu den 1b und 2b zeigt 3b den Verlauf der Wärmestromdichte über die Höhe einer Kokillenplatte (1) für eine Ausführungsform gemäß 3a. Es wird ein gleichartiger Effekt, wie bei 2b beschrieben erreicht, wobei das Maximum verglichen mit einer Ausführungsform mit Streifen leicht höher sein kann, jedoch dieses über einen breiteren Höhenbereich verteilt werden kann.Analogous to the 1b and 2 B shows 3b the course of the heat flux density over the height of a mold plate ( 1 ) for an embodiment according to 3a , It will have a similar effect as with 2 B achieved, wherein the maximum can be slightly higher compared with a embodiment with strips, but this can be distributed over a wider height range.

4 zeigt eine Verteilung der Wärmestromdichte über die Fläche, insbesondere Arbeitsfläche, einer einstückigen Kokillenplatte (1) nach dem Stand der Technik, wie auch in 1a dargestellt. In dieser Darstellung sind deutlich Bereich mit hoher thermischer Belastung (9) erkennbar. Dieser verteilen sich insbesondere über die Breite entlang des Gießspiegels beziehungsweise auf Höhe des Auslasses des Tauchrohrs (10), welcher der in der weiteren Beschreibung verwendeten Formulierung des Bereichs des Gießspiegels entspricht. Im Bereich des Tauchrohrs (10) liegt die höchste Thermische Belastung vor, da an dieser Stelle die metallische Schmelze in die Kokille eintritt. Weitere thermisch hoch belastete Bereiche sind an den Randbereichen erkennbar. 4 shows a distribution of the heat flux density over the surface, in particular working surface, of a one-piece mold plate ( 1 ) According to the prior art, as well as in 1a shown. In this illustration are clearly high thermal stress area ( 9 ) recognizable. These are distributed in particular across the width along the casting mirror or at the level of the outlet of the dip tube ( 10 ), which corresponds to the formulation of the range of the pouring mirror used in the further description. In the area of the dip tube ( 10 ) is the highest thermal stress, since at this point the metallic melt enters the mold. Other thermally highly stressed areas can be seen on the edge areas.

Die verschiedenen Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar und nicht nur auf die beschriebenen oder dargestellten Beispiele von Ausführungsformen beschränkt. So kann sich streifenförmiges Ersatzmaterial auch nur über einen Teil der Breite der Kokillenplatte erstrecken und/oder eine variable Streifenbreite aufweisen. Auch Kombinationen von streifenförmigem und zylindrischem Ersatzmaterial sind möglich.The various features of the invention can be combined with one another as desired and are not limited to the described or illustrated examples of embodiments. Thus, strip-shaped replacement material can also extend over only a part of the width of the mold plate and / or have a variable strip width. Also combinations of strip-shaped and cylindrical replacement material are possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kokillenplattemold plate
22
Arbeitsflächeworking surface
33
Kühlflächecooling surface
44
Grundkörperbody
55
Ersatzmaterial (Streifen)Replacement material (strips)
66
Ersatzmaterial (Zylinder)Replacement material (cylinder)
77
Bohrungdrilling
88th
Kühleinrichtungcooling device
99
Bereich hoher thermischer BelastungArea of high thermal load
1010
Tauchrohr dip tube
qq
WärmestromdichteHeat flux
hH
Höhe der KokillenplatteHeight of the mold plate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 3612158 [0005]US 3612158 [0005]

Claims (12)

Kokillenplatte (1) für eine Kokille einer Stranggießanlage mit einem Grundkörper (4), welcher auf einer Seite eine Arbeitsfläche (2) zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall und auf der gegenüberliegenden Seite eine Kühlfläche (3) zur Wärmeabgabe an eine Kühleinrichtung (8) umfasst, wobei der Grundkörper (4) einen ersten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (4) ein Ersatzmaterial (5, 6) mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist, welcher geringer als der erste Wärmeleitkoeffizient ist.Chill plate (1) for a mold of a continuous casting plant with a base body (4) having on one side a working surface (2) for heat absorption from metal poured into the mold and on the opposite side a cooling surface (3) for heat dissipation to a cooling device (8 ), wherein the base body (4) has a first heat conduction coefficient , characterized in that in the base body (4) a replacement material (5, 6) is arranged with a second coefficient of thermal conductivity, which is less than the first coefficient of thermal conductivity. Kokillenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5, 6) bündig mit der Arbeitsfläche (2) abschließt.Mold plate after Claim 1 , characterized in that the replacement material (5, 6) is flush with the work surface (2). Kokillenplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5, 6) in Bereichen mit hoher thermischer Belastung (9) vorgesehen ist.Mold plate after Claim 1 or 2 , characterized in that the replacement material (5, 6) is provided in areas of high thermal stress (9). Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5, 6) im Bereich des Gießspiegels, des Tauchrohrs und/oder der seitlichen Ränder angeordnet ist.Chill plate after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the replacement material (5, 6) in the region of the casting mirror, the dip tube and / or the lateral edges is arranged. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5) als Streifen ausgebildet ist, der sich zumindest über einen Teil der Breite der Kokillenplatte (1) erstreckt.Chill plate after one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the replacement material (5) is formed as a strip which extends over at least part of the width of the mold plate (1). Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (6) zylindrisch ausgebildet und passgenau in einer entsprechenden Bohrung (7) im Grundkörper (4) angeordnet ist.Chill plate after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the replacement material (6) is cylindrically shaped and accurately positioned in a corresponding bore (7) in the base body (4). Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche (3) vollflächig vom Grundkörper (4) gebildet wird.Chill plate after one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the cooling surface (3) over the entire surface of the base body (4) is formed. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers (4) einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und das Ersatzmaterial (5, 6) einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und dass der erste und zweite Wärmeausdehnungskoeffizient einen um maximal 10% voneinander abweichenden Wert aufweisen.Chill plate after one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the material of the base body (4) has a first coefficient of thermal expansion and the replacement material (5, 6) has a second coefficient of thermal expansion and that the first and second coefficients of thermal expansion have a value deviating from one another by a maximum of 10%. Kokillenplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer oder gleich dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient ist.Mold plate after Claim 8 , characterized in that the second thermal expansion coefficient is greater than or equal to the first coefficient of thermal expansion. Kokille einer Stranggießanlage, welche eine Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.Mold of a continuous casting plant, which a Kokillenplatte after one of Claims 1 to 9 having. Stranggießanlage umfassend eine Kokille nach Anspruch 10.Continuous casting plant comprising a mold after Claim 10 , Verfahren zum Betreiben einer Kokille einer Stranggießanlage dadurch gekennzeichnet, dass mittels in einer Kokillenplatte (1) eingebettetes Ersatzmaterial (5, 6) mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten, welcher geringer ist als der erste Wärmeleitkoeffizient des Grundkörpers (4) der Kokillenplatte (1), die Wärmestromdichte der Kokillenplatte (1) im Bereich hoher thermischer Belastung reduziert wird.Method for operating a mold of a continuous casting plant, characterized in that by means of a die plate (1) embedded replacement material (5, 6) having a second heat conduction coefficient, which is lower than the first coefficient of thermal conductivity of the base body (4) of the mold plate (1), the heat flux density the mold plate (1) is reduced in the region of high thermal stress.
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