DE19747305A1 - Kokille für eine Stranggießanlage - Google Patents
Kokille für eine StranggießanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kokille für eine Stranggießanlage mit einem formgeben
den Kokillenkörper aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder
einer Kupferlegierung.
Kokillen werden zur Herstellung von Vollprofilen in einem kontinuierlichen Gießpro
zeß verwendet. Die Kokille ist eines der wichtigsten Bauteile einer Stranggießan
lage. In ihr beginnt die Erstarrung der Schmelze.
Der prinzipielle Aufbau besteht in der Regel aus einer äußeren Stahlkonstruktion
und dem eigentlichen formgebenden Teil der Kokille, dem Kokillenkörper. Der Kokil
lenkörper besteht heute fast ausschließlich aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Der Stahlmantel hat die Aufgabe, den Kokillenkörper zu positionieren und den zur
Kühlung erforderlichen Wasserkreislauf sicherzustellen.
Aus Gründen des Verschleißschutzes wird der Kokillenkörper mit einer inneren
Beschichtung aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie Nickel oder Chrom, verse
hen. Eine solche Stranggießkokille mit Verschleißschutzschicht geht beispielsweise
aus der DE 31 42 196 C2 hervor. Hierdurch kann eine Verbesserung des Reibver
haltens und damit eine Erhöhung der Standzeit des Kokillenkörpers erreicht werden.
Infolge der Kühlung des flüssigen Stahls im Kokillenkörper erstarrt dieser in den
Randbereichen unter Bildung einer in der Dicke permanent anwachsenden Strang
schale. Hierbei kommt es zu einer Veränderung der Querschnittsgeometrie des
Strangs durch Schrumpfung.
Neben der Formgebung des Strangs hat der Kokillenkörper somit die wesentliche
Aufgabe, durch eine kontinuierliche Wärmeabfuhr die Ausbildung einer ausreichend
dicken widerstandsfähigen und fehlerfreien Strangschale zu gewährleisten.
Andererseits wirkt sich eine zu starke Wärmeabfuhr und damit Kühlung der Stahl
schmelze zu Beginn des Erstarrungsvorgangs, insbesondere im Gießspiegelbereich,
nachteilig auf die Oberflächenqualität des Strangs aus. Es kann dann zu Mikrorissen
in der Oberfläche und Gefügefehlern kommen. Diese bilden sich insbesondere in
Kantennähe des Kokillenkörpers aus. Ferner besteht die Gefahr, daß der Strang in
dem sich verjüngenden Kokillenkörper verklemmt.
Um eine Reduzierung der Wärmeabfuhr im Gießspiegelbereich zu erreichen, ist es
bekannt, die Schmelze im Kokillenkörper elektromagnetisch zu rühren. Dieses
Verfahren ist jedoch vergleichsweise aufwendig. Desweiteren hat man versucht, eine
Reduzierung der Wärmeabfuhr durch Vertikalschlitze in der Innenwand des Kokil
lenkörpers oder durch Einsätze aus feuerfestem Material zu erreichen.
Ferner hat man Versuche mit dickeren inneren Verschleißschutzschichten ange
stellt. Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe
von Kokillenkörpern, meist Kupfer, und der Verschleißschutzschicht, meist Nickel,
kommt es jedoch zu erheblichen Spannungen in der Verschleißschutzschicht. Hier
unter leidet die Haftung und es besteht die Gefahr der Ausbildung von Rissen.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde,
einen Kokillenkörper zu schaffen, bei dem die Wärmeabfuhr insbesondere im Gieß
spiegelbereich reduziert ist und eine bessere Strangqualität erzielt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, die Wärmeabfuhr im Kokillenkörper
durch eine Beschichtung auf der Außenseite zu reduzieren. Die Beschichtung be
steht aus einem Material mit einer gegenüber dem Werkstoff des Kokillenkörpers
niedrigeren Wärmeleitfähigkeit. Daraus ergibt sich ein verfahrenstechnisch ange
strebter reduzierter Wärmefluß im Gießspiegelbereich. Die hieraus resultierenden
höheren Temperaturen wirken sich positiv auf die Qualität der Strangoberfläche und
die Gefügequalität aus.
Bei dem Kokillenkörper kann es sich grundsätzlich um ein einteiliges Kokillenrohr
oder um eine mehrteilige Gießform, beispielsweise eine Plattenkokille, handeln.
Auch wenn es grundsätzlich möglich ist, den Kokillenkörper auf der Außenseite
vollständig zu beschichten, wird die Beschichtung zweckmäßigerweise nur im Hö
henbereich des Gießspiegels aufgebracht, wie dies Anspruch 2 vorsieht. Auf diese
Weise kann gezielt im Gießspiegelbereich eine Reduzierung der Wärmeabfuhr rea
lisiert werden. Damit wird ein Überschreiten der Strangschalenfestigkeit vermieden.
Die Dicke und Länge der äußeren Beschichtung wird auf die jeweiligen Gieß- und
Anlagenparameter abgestimmt.
Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 ist die Beschichtung nur auf einem Teil des
Umfangs des Kokillenkörpers aufgebracht. Diese Maßnahme bietet sich insbeson
dere bei nicht rotationssymmetrischen Kokillenkörpern an. Bei Verstellkokillen kann
es beispielsweise vorteilhaft sein, nur die Längsplatten mit einer äußeren Beschich
tung zu versehen.
Durch die gezielte Beschichtung kann ein überproportionales Schrumpfen des
Strangs in einzelnen Bereichen, beispielsweise in Eckbereichen, vermieden werden.
So wird gewährleistet, daß der Wärmeübergang über den gesamten Umfang des
Strangs annähernd gleichmäßig ist, so daß über den gesamten Querschnitt des
Strangs eine in der Dicke gleichmäßig anwachsende Strangschale erzielt wird.
Eine qualitativ hochwertige und wirtschaftliche Beschichtung kann galvanisch auf
gebracht werden (Anspruch 4). Möglich ist es auch, die Beschichtung als thermische
Spritzschicht aufzubringen, wie dies Anspruch 5 vorsieht.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 besteht die Beschichtung aus Nickel oder
einer Nickellegierung.
Nickelwerkstoffe haben sich bereits als Werkstoff für die innere Verschleißschutz
schicht bewährt. Häufig sind daher bei den Anwendern auch Möglichkeiten zum
Vernickeln von Kokillenkörpern gegeben.
Nickel hat gegenüber Kupfer eine mehr als vierfach geringere Wärmeleitfähigkeit.
Dementsprechend kann durch eine äußere Beschichtung aus Nickel eine wirksame
Reduzierung der Wärmeabfuhr und damit eine Erhöhung der Temperatur im Gieß
spiegelbereich bewirkt werden.
Nickel kann sowohl als galvanischer Überzug als auch als Metall-Spritzüberzug auf
gebracht werden. Hierbei kann der Kokillenkörper auf der Außenseite vollständig
oder nur örtlich im Gießspiegelbereich beschichtet werden.
Nach den Merkmalen des Anspruchs 7 weist die Beschichtung eine in Gießrichtung
konstante Dicke auf. Die Übergänge in den Randbereichen der Beschichtung verlau
fen kontinuierlich. Auf diese Weise werden Spannungssprünge vermieden.
Durch eine Beschichtung nach Anspruch 8, bei der die Dicke in Gießrichtung ab
nimmt, kann dem Schrumpfverhalten des zu vergießenden Werkstoffs gezielt Rech
nung getragen werden. Hierbei nimmt die Wärmeabfuhrleistung in Gießrichtung zu.
Auf diese Weise kann die effektive Abstimmung der für die Erstarrung zur Verfügung
stehenden Kühlstrecke in der Kokille hinsichtlich des Schrumpfverhaltens des
Strangs erfolgen.
Die Verringerung der Dicke der äußeren Beschichtung kann linear oder stufenförmig
erfolgen.
Da die Verschleißfestigkeit von Kupfer bzw. Kupferlegierungen, welche als Werk
stoff für den Kokillenkörper zum Einsatz gelangen, relativ gering ist, kann es in Ab
hängigkeit vom Anwendungsfall zweckmäßig sein, den Kokillenkörper in bekannter
Weise mit einer Innenbeschichtung zu versehen. Hier haben sich Innenbeschich
tungen aus Nickel, Chrom oder überchromten Nickelauflagen bewährt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Aus
führungsbeispielen beschrieben. In den Fig. 1 bis 3 sind drei unterschiedliche
Ausführungsformen eines Kokillenkörpers in Form eines Kokillenrohrs im vertikalen
Längsschnitt dargestellt.
Die Fig. 1 veranschaulicht ein Kokillenrohr 1 zum Stranggießen von Stahl. Das
Kokillenrohr 1 besitzt einen Formhohlraum 2, dessen Querschnitt am eingießseitigen
Stirnende 3 größer als am strangaustrittsseitigen Fußende 4 bemessen ist.
Der Grundkörper 5 des Kokillenrohrs 1 besteht aus einer Kupferlegierung, vorzugs
weise auf Kupfer/Chrom/Zirkon-Basis (CuCrZr).
An der Außenseite 6 weist das Kokillenrohr 1 auf einem Teilstück A im Höhenbe
reich des Gießspiegels 7 eine Beschichtung 8 auf. Die Beschichtung 8 besteht aus
einem Werkstoff mit einer gegenüber dem Werkstoff des Kokillenrohrs 1 bzw. dem
Grundkörper 5 niedrigeren Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere Nickel ist als Werkstoff
für die äußere Beschichtung 8 gut geeignet. Nickel kann sowohl als galvanischer
Überzug als auch als thermische Metall-Spritzschicht aufgebracht werden.
Die Beschichtung 8 reduziert den Wärmefluß und damit die Wärmeabfuhr des Kokil
lenrohrs 1 im Höhenbereich des Gießspiegels 7. Hieraus resultieren höhere
Wandtemperaturen in der Anfangsphase der Strangschalenausbildung. Dies führt zu
einer Verbesserung der Oberflächenqualität eines Stahlstrangs. Insbesondere Mi
krorisse in Kantennähe des Kokillenrohrs 1 können auf diese Weise vermieden wer
den.
Wie in der Fig. 1 zu erkennen ist, weist die Beschichtung 8 eine in Gießrichtung G
annähernd konstante Dicke D1 auf. Im Übergangsbereich 9 verjüngt sich die Be
schichtung 8 kontinuierlich zur Außenseite 6.
Auf der Innenseite 10 ist das Kokillenrohr 1 mit einer Verschleißschutzschicht 11 aus
Chrom versehen, die ca. 80 µm dick ist.
Eine andere Ausführungsform eines Kokillenrohrs 12 ist in der Fig. 2 dargestellt.
Dieses besitzt am eingießseitigen Stirnende 13 eine äußere Beschichtung 14 zur
Reduzierung der Wärmeabfuhr. Die Beschichtung 14 erstreckt sich über den Hö
henbereich des Gießspiegels 15, wobei sich die Dicke D2 der Beschichtung 14 in
Gießrichtung G verringert. Eine mögliche Ausführung der Beschichtung 14 sieht eine
sich von 3 mm auf 1 mm verringernde Dicke D2 vor mit einem endseitig kontinu
ierlichen Übergangsbereich 16.
Einen Ausschnitt aus einer weiteren Variante eines Kokillenrohrs 17 zeigt Fig. 3.
Das Kokillenrohr 17 weist eine Beschichtung 18 an der Außenseite 19 auf, deren
Dicke D3 vom Stirnende 20 zum Fußende 21 linear abnimmt. Durch die Beschich
tung 18 wird die Wärmeabfuhr im Kokillenrohr 17 reduziert. Der Wärmefluß nimmt
jedoch insgesamt vom Stirnende 20 des Kokillenrohrs 17 zum Fußende 21 hin zu.
Der Kokillenkörper einer erfindungsgemäßen Kokille muß nicht zwingend ein Kokil
lenrohr sein. Die Erfindung ist gleichermaßen vorteilhaft bei mehrteilig konfigurierten
Gießformen, wie Plattenkokillen.
1
Kokillenrohr
2
Formhohlraum
3
Stirnende
4
Fußende
5
Grundkörper v.
1
6
Außenseite
7
Gießspiegel
8
Beschichtung
9
Übergangsbereich
10
Innenseite
11
Verschleißschutzschicht
12
Kokillenrohr
13
Stirnende
14
Beschichtung
15
Gießspiegel
16
Übergangsbereich
17
Kokillenrohr
18
Beschichtung
19
Außenseite
20
Stirnende
21
Fußende
A -Teilstück
D1
A -Teilstück
D1
Dicke v.
8
D2
Dicke v.
14
D3
Dicke v.
18
G Gießrichtung
Claims (9)
1. Kokille für eine Stranggießanlage mit einem formgebenden Kokillenkörper (1, 12,
17) aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder einer Kupfer
legierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkörper (1, 12, 17) minde
stens bereichsweise mit einer äußeren Beschichtung (8, 14, 18) aus einem Ma
terial mit einer gegenüber dem Werkstoff des Kokillenkörpers (1, 12, 17) niedri
geren Wärmeleitfähigkeit versehen ist.
2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (1, 12)
im Höhenbereich des Gießspiegels (7, 15) aufgebracht ist.
3. Kolkille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschich
tung auf einen Teil des Umfangs des Kokillenkörpers aufgebracht ist.
4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
schichtung (8, 14, 18) galvanisch aufgebracht ist.
5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
schichtung (8, 14, 18) als thermische Spritzschicht aufgebracht ist.
6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
schichtung (8, 14, 18) aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
7. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
schichtung (8) eine in Gießrichtung (G) konstante Dicke (D1) aufweist.
8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Be
schichtung (14, 18) eine in Gießrichtung (G) abnehmende Dicke (D2, D3) auf
weist.
9. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kokillenkörper (8) eine Innenbeschichtung (11) aufweist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |