DE19702558A1 - Kokille mit geregelter Wärmeabfuhr der inneren Breitseitenplatten zum Stranggießen von Dünnbrammen aus Metall, vorzugsweise Stahl - Google Patents

Description

Die Voraussetzung für einen reibungslosen Ablauf eines Stranggießvorganges zur Herstellung von Brammen aus Stahl ist die Anwesenheit eines Schmier-Isolierfilms (Schlackenfilm) [Skizze 1 (5)] zwischen der erstarrten Metallschale [Skizze 1 (6)], die mit dem Strang stän­ dig nach unten gezogen wird, und der inneren Kupferplatte der oszillierenden wassergekühlten Kokille [Skizze 1 (2)]. Dieser Film entsteht -außer bei einzelnen Fällen, in denen hitzebeständiges Öl eingesetzt wird - durch die Erhitzung und Verflüssigung des Gießpulvers [Skizze 1 (3)]. Die hierfür erforderliche Wärme liefert das flüssige Metall [Skizze 1 (7)], auf dem das Gießpulver sich befindet. Ein Teil des verflüssigten Gießpulvers, das auch als flüssige Schlacke [Skizze 1 (4)] genannt wird, zieht sich zwischen der erstarrten Metallschale und der Kokille und führt zur Bildung des Schmier-Isolierfilms [Skizze 1 (5)] der wiederum mit der Gießzeit progressiv erstarrt. Die Qualität des fertigen Stranges bzw. Bramme hängt u. a. von den Eigenschaften des Schlackenfilms ab. Im Vordergrund stehen hier die Viskosität der flüssigen Schlacke für die Schmierung und die Dicke des Films für die Wärmeisolierung.

Bei der Entwicklung der Dünnbrammen-Technologie wurde der Abstand zwischen den Breit­ seitenwänden der wassergekühlten Kokille zwangsweise reduziert, wodurch die Energiebilanz der Kokille kritisch geworden ist. Bei den konventionellen Kokillen mit einem Abstand von ca. 200 mm findet auf der Grenzfläche Metall/Schlacke eine gleichmäßige Energieabgabe vom Stahlbad zum Gießpulver statt. Die Verflüssigung des Gießpulvers und die Bildung eines Schlackenfilms mit der gleichen Dicke auf der gesamten Fläche der inneren Kupferplatte ist damit gewährleistet. Eine gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Inhalt der Kokille über den Schlackenfilm und die innere Kupferplatte zum Kühlwasser sowie eine einheitliche Schmierung sind damit vorhanden.

Bei den rechteckigen (planparallelen Seitenplatten) Dünnbrammen-Kokillen mit einem Abstand von ca. 50 ∼ 70 mm entsteht eine Verengung im Bereich des Tauchausgusses, dessen Stärke ca. 40 mm beträgt, wodurch sich die Energiebilanz, die Wärmeabfuhr und die metallurgischen Vorgänge dort anders verhalten als im restlichen Kokillenraum. In diesem Bereich [Skizze 1E] entsteht ein Energiedefizit, um das Gießpulver ausreichend zu verflüssigen und die gewünschten niedrigen Viskositätswerte zu halten. Infolgedessen könnte in diesem Bereich geringere Menge von relativ dickflüssiger Schlacke zwischen der erstarrten Metallschale und der inneren Kupferplatte der Kokille fließen. Der Schlackenfilm ist im Vergleich zu den restlichen Flächen relativ dünn [Skizze 1 (5a)] und viskos. Die Wärmeisolierung und die Schmierung nehmen entsprechend ab. Die Temperatur der inneren Kupferplatte nimmt im Bereich Tauchausguß/Metall entsprechend zu. Je schmaler oder enger die Kokille wird, desto stärker machen sich diese Störungen bemerkbar. Oberflächenfehler an der Bramme, Durchbrüche und verkürzte Lebensdauer der Kokille könnten die Folge sein.

Um dieses Problem zu lösen, wurde die sogenannte bombierte Kokille entwickelt und patentiert. Bei dieser Kokille erweitert sich die Öffnung der Kokille im Bereich des Tauchausgusses trichterförmig, wodurch eine gleichmäßige Energieverteilung für die Entstehung eines homogenen Schlackenfilms gewährleistet wird. Die einheitliche Wärmeabfuhr auf der gesamten Breitseitenplatte ist damit gegeben. Diese Bombierung bringt einerseits die o. g. Vorteile mit sich, andererseits wird die Strangführung in der Kokille durch die unterschiedliche Geometrie bzw. Räumlichkeit der Kokille erschwert.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Wärmeabfuhr durch die inneren Breitseitenplatten zonenweise mit gezielten Maßnahmen zu regulieren. Diese Maßnahmen basieren darauf, daß der Wärmewiderstand der Breitseitenplatten zonenmäßig den Arbeitsbedingungen angepaßt wird. Im Bereich des Tauchausgusses soll der Wärmewiderstand in dem Maße erhöht werden, daß die Wärmeverluste entsprechend herabgesetzt werden. Die Konservierung der Energie und Kompensierung des Energiedefizits lassen sich damit erzielen. Infolge dessen steigt die Temperatur des verflüssigten Gießpulvers auf das gewünschte Niveau, und dementsprechend fällt auch die Viskosität der Schlacke. Durch diese Steuerung bildet sich im Bereich des Engpasses ein Schlackenfilm mit den gleichen Eigenschaften der restlichen Fläche der Breitseitenplatte. Die Wärmeabfuhr vom Kokilleninhalt zum Kühlwasser und die Schmierwirkung des Schlackenfilms wird dadurch auf die gesamte innere Breitseitenplatte gleichwertig verteilt.

Erfindungsgemäß führen die folgenden einzelnen oder kombinierten Lösungen zu dem gewünschten Ziel, um die Wärmeabgabe vom Inhalt der Kokille zum Kühlwasser über die Breitseitenplatten zu regulieren. Im Vordergrund steht die Konservierung der Energie im Bereich des Tauchausgusses.

A Maßnahmen auf der kalten, wassergekühlten Seite der inneren Kupferplatte [Skizze 2]

• 1. Die Dicke der Kupferplatte soll im Bereich des Tauchausgusses verstärkt werden (2). Der Verstärkungswert hängt vom Abstand zwischen dem Tauchausguß und der Kokillenplatte ab. Je schmaler dieser Abstand ist, desto stärker soll die Plattendicke in diesem Bereich sein. Ohne Gegenmaßnahmen erzeugt dieser Buckel (2) einen Engpaß für das Kühlwasser. Diesem Zustand kann man wahlweise beibehalten [Skizze 2A] oder durch Erweiterung des Kühlwasserraums (7) entgegenwirken [Skizze 2B].
• 2. Beschichtung der wassergekühlten Seite der Kupferplatte im Bereich des Tauchausgusses mit einem hitzebeständigen Werkstoffe dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger liegt als Kupfer (Skizze 3), z. B. legierte oder rostfreie Stähle sowie keramische Werkstoffe, z. B. Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, allein oder gemischt mit ähnlichen Stoffen bzw. Karbiden. Isoliermaterialien für relativ niedrige Temperaturen, z. B. Glas- und Steinwolle, Asbest, Mi­ schungen aus Oxiden und Salzen, können auch dafür eingesetzt werden. Die Beschichtung kann wahlweise auf die Kupferplatte aufgetragen und/oder in der Kupferplatte eingebettet (7) werden. Die Dicke der Beschichtung ist davon abhängig, wie stark der Engpaß im Bereich des Tauchausgusses ist und welches Isoliermaterial verwendet wird.

B Isolierung der heißen Seite der inneren Kupferplatte im Bereich des Tauchausgusses (Skizze 4)

Hier soll eine Vertiefung in der Kokillenwand vorgenommen werden, die mit einer Isoliermasse (7) gefüllt wird. Als Isoliermasse kommen hitzebeständige keramische Werkstoffe in Frage, die hohen Widerstand gegen Schlackenangriffe aufweisen, z. B. das Material, aus dem die Tauchausgüsse hergestellt sind, Bornitrid, Zirkonoxid, Karbide oder ähnliche Werkstoffe, allein oder gemischt. Die gleiche Wirkung läßt sich auch durch die Anwendung von hitzebe­ ständigen Metallen oder Legierungen mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit als Kupfer, z. B. rostfreie bzw. legierte Stähle erreichen. Durch den Schlackenfilm besteht keine Gefahr, daß die Strangschale mit der metallischen Isolierschicht in Berührung kommt.

Bei einer Kokille mit Breitseitenabstand von ca. 60 mm und einem Tauchausguß mit einer 40 mm Dicke reicht nach unseren Berechnungen eine keramische Isolierschicht von ca. 1 mm aus, um die Wärme zu konservieren und um einen Ausgleich für die fehlende Energie zum ge­ wünschten Verflüssigungsgrad des Pulvers zu erzielen.

Mit rostfreiem Stahl, z. B. 18 Cr 10 Ni, steigt die Dicke der Isolierschicht bis auf ca. 4 mm.

Diese Maßnahmen eignen sich sowohl bei rechteckigen Kokillen mit planparallelen Seitenwän­ den, als auch für die Kokillen mit gewölbten (bombierten) Breitseitenwänden. Durch den Einsatz von Kokillen mit gewölbten Breitseitenplatten mit geregelter Wärmeabfuhr können Brammen mit einer Dicke von weniger als 50 mm gegossen werden.

Claims (11)

1. Wassergekühlte Kokille zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise Dünnbrammen aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmewiderstand der inneren Breitseitenplatten zonenweise reguliert und den Gießbedingungen angepaßt wird.

2. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmewiderstand der inneren Breitseitenplatten im Bereich des Tauchausgusses höher liegt als in den umgebenden Zonen.

3. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Tauchausgusses die innere Kupferplatte eine Verstärkung bzw. Verdickung aufweist. Diese Verdickung befindet sich auf der kalten wassergekühlten Seite [Skizze 2A und 2B].

4. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserführung mit oder ohne Erweiterung im Bereich der Verdickung verläuft [Skizze 2A und 2B].

5. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf der wassergekühlten Seite der inneren Breitseitenplatten aus Isoliermate­ rialien für relativ niedrige Temperaturen, z. B. Glas- oder Steinwolle, Asbest, Mischungen aus Oxiden, Salzen und/oder gleichwertigen Stoffen, allein oder kombiniert, besteht.

6. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Tauchausgusses die heiße und/oder die kalte Seite der inneren Breitseitenplat­ ten mit niedrig wärmeleitenden hitzebeständigen Werkstoffen beschichtet werden [Skizze 3 und 4].

7. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus keramischen Werkstoffen, z. B. Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Magne­ siumoxid und gleichwertige Stoffe allein oder gemischt mit anderen Hilfsstoffen z. B. Kohlen­ stoff sowie Karbide und/oder Bindemitteln besteht.

8. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus Metallen mit relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit, z. B. rostfreie und legierte Stähle, besteht.

9. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung und/oder Verdickung der Platte sich auf der Ebene des Gießpulvers und der flüssigen Schlacke begrenzt oder voll oder teilweise die Tauchtiefe des Tauchausgusses in der Kokille umfaßt.

10. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisoliermaßnahmen 2-9 einzeln oder miteinander kombiniert durchgeführt werden.

11. Wassergekühlte Kokille nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Breitseitenplatten der Kokille parallel laufen (rechteckige Form) oder eine Wölbung (Bombierung) aufweisen.