DE19852473C1 - Mold plate of a continuous caster - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokillenplatte aus Kupfer einer Strang gießanlage, mit einer im Betrieb der Stranggießanlage einer Metallschmelze bzw. einem (teil-)erstarrten Metallstrang zugewandten Arbeitsfläche und mindestens einer im Betrieb der Stranggießanlage ein Kühlmedium kontaktierenden Kühlflä che, wobei die Kokillenplatte eine Wärmeleitfähigkeit aufweist und sich in einer Gießrichtung über eine Kokillenlänge erstreckt.The present invention relates to a mold plate made of copper, one strand Casting plant, with a molten metal in operation of the continuous casting plant or a (partially) solidified metal strand facing work surface and at least a cooling surface contacting a cooling medium during operation of the continuous casting installation che, wherein the mold plate has a thermal conductivity and is in a Casting direction extends over a mold length.
Eine derartige Kokillenplatte ist beispielsweise aus der EP 0 149 734 B1 bekannt.Such a mold plate is known for example from EP 0 149 734 B1.
Beim Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, tritt ein hoher Verschleiß an den Kokillenplatten auf. Daher muß die Arbeitsfläche der Kokillenplatte von Zeit zu Zeit nach einer von den Einsatzbedingungen der Kokillenplatte abhängi gen Pfannenzahl nachbearbeitet werden. Dabei nimmt die Dicke der Kokillen platte stetig ab.A high level of wear occurs when continuously casting metal, especially steel on the mold plates. Therefore, the working surface of the mold plate must be From time to time depending on the conditions of use of the mold plate reworked according to the number of pans. The thickness of the molds increases steadily flattened.
Um qualitativ hochwertige Stahlstränge zu gießen, muß die Temperatur der Ar beitsfläche innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen. Auch muß die Dicke der Kokillenplatte innerhalb eines zulässigen Dickenbereiches liegen, der größer als eine aus mechanischen Gründen erforderliche Mindestdicke ist.In order to cast high quality steel strands, the temperature of the ar beitsfläche lie within a predetermined range. The thickness must also the mold plate are within a permissible thickness range, the larger than a minimum thickness required for mechanical reasons.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kokillenplatte der gattungsgemäßen Art derart fortzubilden, daß sie öfter als bisher möglich nach bearbeitbar ist, wenn bereits eine minimal zulässige Kupferwanddicke erreicht ist.The object of the present invention is to provide a mold plate Generic type in such a way that they more often than previously possible can be machined if a minimum permissible copper wall thickness has already been reached is.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf die Kühlfläche zumindest in einem Teil bereich eine Schicht mit einer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist und daß die Wärmeleitfähigkeit der Schicht kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der Ko killenplatte ist. The object is achieved in that at least in part on the cooling surface area a layer with a thermal conductivity is applied and that the Thermal conductivity of the layer less than the thermal conductivity of the Ko is Killenplatte.
Das Aufbringen von Schichten, insbesondere von Nickelschichten, auf Kokillen platten als solches ist zwar bereits bekannt. Beispielhaft wird auf die WO 97/12708 und Herrmann: "Handbook on Continuous Casting", Aluminium-Verlag, Düsseldorf 1980, verwiesen. Im Stand der Technik wird eine Nickelschicht jedoch auf die Arbeitsfläche der Kokillenplatte aufgebracht. Sie dient im wesentlichen dazu, den Kokillenverschleiß beim Stranggießen zu verringern.The application of layers, in particular nickel layers, to molds plates as such are already known. The WO 97/12708 and Herrmann: "Handbook on Continuous Casting", Aluminum Verlag, Düsseldorf 1980, referred. In the prior art, however, a nickel layer applied to the work surface of the mold plate. It essentially serves to reduce mold wear during continuous casting.
Auch aus der DE 34 15 050 A1 ist bekannt, zum Verschleißschutz auf die Ar beitsfläche der Kokillenplatte eine Nickelschicht aufzubringen. Die Nickelschicht kann ggf. Zusätze enthalten und eine gegenüber der Kokillenplatte verringerte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.It is also known from DE 34 15 050 A1 for protection against wear on the ar to apply a nickel layer to the surface of the mold plate. The nickel layer may contain additives and a reduced one compared to the mold plate Have thermal conductivity.
Die Schicht kann aus einer Vielzahl von Metallen, z. B. Chrom bestehen. Beson ders vorteilhaft ist aber, wenn die Schicht im wesentlichen aus Nickel besteht, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Nickel kleiner all der Wärmeausdeh nungskoeffizient einer üblichen Kokillenplatte ist.The layer can be made from a variety of metals, e.g. B. chrome. Especially however, it is advantageous if the layer consists essentially of nickel, because the coefficient of thermal expansion of nickel is less than all of the thermal expansion is a conventional mold plate.
Gemäß der Erfindung wird die Nickelschicht vorzugsweise in einem Nickelbad mit Zusätzen stromlos auf der Kühlfläche der Kokillenplatte abgeschieden. Denn in diesem Fall sind konturscharfe Beschichtungen der Kühlfläche möglich. Darüber hinaus ist die Schichtdicke sehr gleichmäßig, und die Wärmeleitfähigkeit der Schicht ist erheblich geringer als die von galvanisch aufgebrachtem Nickel. Un abhängig vom Beschichtungsverfahren sollte die Schicht-Wärmeleitfähigkeit aber maximal 10% der Wärmeleitfähigkeit von dem Kupfer der Kokillenplatte betragen.According to the invention, the nickel layer is preferably in a nickel bath Electroless additives are deposited on the cooling surface of the mold plate. Because in In this case, contour-sharp coatings of the cooling surface are possible. About that In addition, the layer thickness is very even, and the thermal conductivity of the Layer is considerably less than that of electroplated nickel. Un depending on the coating process, the layer thermal conductivity should a maximum of 10% of the thermal conductivity of the copper of the mold plate.
Die Isoliereigenschaften der Schicht sind noch besser, wenn die Schicht zu fünf bis zwanzig Prozent aus Phosphor und im übrigen - abgesehen von Verunreini gungen - aus Nickel besteht. Denn in diesem Fall beträgt die Schicht- Wärmeleitfähigkeit weniger als 3% der Wärmeleitfähigkeit der Kokillenplatte aus Kupfer.The insulation properties of the layer are even better if the layer is five up to twenty percent from phosphorus and otherwise - apart from Verunreini gung - consists of nickel. Because in this case the shift Thermal conductivity less than 3% of the thermal conductivity of the mold plate Copper.
Die Kühlfläche kann als auf einer der Arbeitsfläche gegenüberliegenden Rück seite angeordnete Kühlnut oder als bezüglich einer der Arbeitsfläche gegenüber liegenden Rückseite geschlossene Kühlbohrung ausgebildet sein.The cooling surface can be on a back opposite the work surface side arranged cooling groove or as with respect to one of the work surface lying back of the closed cooling hole.
Die Kühlnut weist eine Bodenfläche und Seitenwände auf Wahl weise kann die Schicht nur auf die Bodenfläche und/oder auch auf die Seitenwände aufgebracht sein. The cooling groove has a bottom surface and side walls on choice, the Layer only applied to the bottom surface and / or also on the side walls his.
Wenn die Schicht sich von einem in Gießrichtung gesehen oberen Rand über eine Schichtlänge erstreckt und die Schichtlänge kleiner als die Kokillenlänge ist, kann die Temperaturverteilung über der Kokillenlänge beeinflußt werden. Die Schichtlänge beträgt mindestens 100 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm und 500 mm. Alternativ kann sich die Schicht aber auch über die gesamte Kokillen länge erstrecken.If the layer extends from an upper edge as seen in the casting direction extends one layer length and the layer length is less than the mold length, the temperature distribution over the length of the mold can be influenced. The Layer length is at least 100 mm, preferably between 300 mm and 500 mm. Alternatively, the layer can also cover the entire mold extend length.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zei gen in Prinzipdarstellung:Further advantages and details result from the following description Exercise of an embodiment in connection with the drawings. Here zei in principle:
Fig. 1 eine Stranggießkokille im Betrieb, Fig. 1 shows a continuous casting mold during operation,
Fig. 2 einen Ausschnitt einer Kokillenplatte mit Kühlelementen, Fig. 2 shows a detail of a mold plate with cooling elements,
Fig. 3 ein Beschichtungsverfahren und Fig. 3 shows a coating method, and
Fig. 4 einen weiteren Kokillenplattenausschnitt mit Kühlbohrungen. Fig. 4 shows another mold plate cutout with cooling bores.
Gemäß Fig. 1 weist eine Stranggießanlage Kokillenplatten 1 aus Kupfer auf. Jede Kokillenplatte 1 weist eine Arbeitsfläche 2 auf, die sich in einer Gießrichtung x über eine Kokillenlänge L erstreckt. Zwischen den Arbeitsflächen 2 befindet sich im Betrieb der Stranggießanlage eine Metallschmelze 3, in der Regel eine Stahl schmelze. Die Metallschmelze 3 erstarrt allmählich zu einem Metallstrang 4, der in der Gießrichtung x aus den Kokillenplatten 1 abgezogen wird.According to Fig. 1 comprises a continuous casting mold plates 1 on copper. Each mold plate 1 has a working surface 2 which extends in a casting direction x over a mold length L. Between the work surfaces 2 there is a metal melt 3 , usually a steel melt, during operation of the continuous casting installation. The molten metal 3 gradually solidifies into a metal strand 4 , which is drawn off from the mold plates 1 in the casting direction x.
Zum kontrollierten Erstarren der Metallschmelze 3 zum Metallstrang 4 muß eine erhebliche Wärmemenge, die sog. Gießhitze, über die Kokillenplatten 1 abgeführt werden. Zum Abführen der Gießhitze weisen die Kokillenplatten 1 daher gemäß Fig. 2 Kühlflächen 5 auf, die im Betrieb der Stranggießkokille ein nicht darge stelltes Kühlmedium, z. B. Wasser, kontaktieren. Die Kühlflächen 5 sind auf einer Rückseite 6 angeordnet, welche der Arbeitsfläche 2 gegenüber liegt. Sie sind zur Rückseite 6 hin offen. Sie sind also als Kühlnuten 5 ausgebildet. For the controlled solidification of the molten metal 3 to the metal strand 4 , a considerable amount of heat, the so-called casting heat, must be dissipated via the mold plates 1 . To dissipate the casting heat, the mold plates 1 therefore have, according to FIG. 2, cooling surfaces 5 which, in the operation of the continuous casting mold, are a cooling medium, not shown, for. B. water, contact. The cooling surfaces 5 are arranged on a rear side 6 , which is opposite the working surface 2 . They are open to the rear 6 . They are designed as cooling grooves 5 .
Die Kokillenplatte 1 besteht, wie bereits erwähnt, aus Kupfer. Sie weist daher eine hohe Wärmeleitfähigkeit W von bspw. ca. 377 W/mK auf. Um der Kokillenplatte 1 einen größeren Wärmewiderstand bzw. eine geringere Gesamt- Wärmeleitfähigkeit aufzuprägen, ist daher auf die Kühlflächen 5 eine Schicht 7 aufgebracht. Die Schicht 7 weist eine Wärmeleitfähigkeit S auf, welche erheblich kleiner als die Wärmeleitfähigkeit W der Kupferplatte ist.As already mentioned, the mold plate 1 consists of copper. It therefore has a high thermal conductivity W of, for example, approximately 377 W / mK. In order to impart a greater thermal resistance or a lower overall thermal conductivity to the mold plate 1 , a layer 7 is therefore applied to the cooling surfaces 5 . The layer 7 has a thermal conductivity S which is considerably smaller than the thermal conductivity W of the copper plate.
Gemäß Ausführungsbeispiel besteht die Schicht 7 im wesentlichen aus Nickel, dem ein Phosphor-Anteil von 5% bis 20% beigefügt ist. Vorzugsweise liegt der Phosphor-Anteil zwischen 9% und 14%, z. B. bei 10% bis 12%. Die Wärme leitfähigkeit der Schicht kann noch weiter reduziert werden, indem man dem Nic kelbad zusätzlich zum Phosphor noch bis zu 30% Siliziumkarbid beigibt. Anson sten enthält die Schicht 7 lediglich noch geringfügige Verunreinigungen.According to the exemplary embodiment, the layer 7 consists essentially of nickel, to which a phosphorus content of 5% to 20% is added. The phosphorus content is preferably between 9% and 14%, e.g. B. at 10% to 12%. The thermal conductivity of the layer can be reduced even further by adding up to 30% silicon carbide to the nickel bath in addition to the phosphorus. Otherwise the layer 7 contains only minor impurities.
Vorzugsweise wird die Schicht 7, wie schematisch in Fig. 3 dargestellt, dadurch aufgebracht, daß die Kokillenplatte 1 in ein Nickelbad 8 eingebracht wird. Dort wird die Schicht 7 dann stromlos auf die Kühlflächen 5 aufgebracht. Eine derarti ge Nickelschicht 7 weist eine Wärmeleitfähigkeit S auf, die bspw. bei nur ca. 5 W/mK liegt.The layer 7 , as shown schematically in FIG. 3, is preferably applied by introducing the mold plate 1 into a nickel bath 8 . There, the layer 7 is then applied to the cooling surfaces 5 without current. Such a nickel layer 7 has a thermal conductivity S which is, for example, only about 5 W / mK.
Die Schicht 7 weist eine Schichtdicke d auf, die selbstverständlich von der Ver weildauer der Kokillenplatte 1 im Nickelbad 8 abhängt. Mittels üblicher Nickelbä der 8 sind Schichtdicken d zwischen 40 µm und 80 µm, z. B. 60 µm, auf die Kühl flächen 5 aufbringbar. In einem Spezial-Nickelbad 8 kann aber auch eine Schicht 7 mit einer Schichtdicke d bis zu 200 µm aufgebracht werden.The layer 7 has a layer thickness d, which of course depends on the duration of the mold plate 1 in the nickel bath 8 . Using conventional Nickelbä the 8 layer thicknesses d between 40 microns and 80 microns, for. B. 60 microns, can be applied to the cooling surfaces 5 . However, a layer 7 with a layer thickness d of up to 200 μm can also be applied in a special nickel bath 8 .
Im Prinzip ist es möglich, die Rückseite 6 vollständig zu beschichten. Dies ist technisch am einfachsten zu realisieren. Es ist aber auch möglich, die Rückseite 6 vor dem Beschichten mit der Schicht 7 mit einer Schutzschicht zu versehen und nur auf die nicht abgedeckten Stellen die Nickelschicht 7 aufzubringen. In principle, it is possible to completely coat the rear side 6 . Technically, this is the easiest to implement. However, it is also possible to provide the rear side 6 with a protective layer before coating it with the layer 7 and to apply the nickel layer 7 only to the areas not covered.
Beispielsweise weisen die Kühlnuten 5 Bodenflächen 9 und Seitenwände 10 auf, während zwischen den Kühlnuten 5 Stege 11 angeordnet sind. Es ist beispiels weise möglich die Schicht 7 nur auf die Bodenflächen 9 aufzubringen. Ebenso ist es aber auch möglich, die Schicht 7 auf die Bodenflächen 9 und die Seitenwände 10 aufzubringen. Schließlich ist es auch möglich, die Schicht 7 ganzflächig aufzu bringen, also sowohl auf Bodenflächen 9 und Seitenwände 10 der Kühlnuten 5 als auch auf die dazwischenliegenden Stege 11. Gemäß Fig. 2 sind die beiden lin ken Kühlnuten 5 vollflächig beschichtet, während bei den beiden rechten Kühl nuten 5 nur die Bodenflächen 9 beschichtet sind.For example, the cooling grooves 5 have bottom surfaces 9 and side walls 10 , while 5 webs 11 are arranged between the cooling grooves. It is possible, for example, to apply the layer 7 only to the bottom surfaces 9 . However, it is also possible to apply the layer 7 to the bottom surfaces 9 and the side walls 10 . Finally, it is also possible to apply the entire surface of the layer 7 , that is to say both on the bottom surfaces 9 and side walls 10 of the cooling grooves 5 and on the webs 11 in between. Referring to FIG. 2, the two lin ken cooling grooves 5 are coated over the entire surface, while the grooves in the two right-cooling 5, only the bottom surfaces 9 are coated.
Es ist ferner möglich, daß die Schicht 7 sich über die gesamte Kokillenlänge L erstreckt. Dies ist bei den äußeren Kühlkanälen in Fig. 2 der Fall. Alternativ kann sich die Schicht 7 auch nur von einem in Gießrichtung x gesehen oberen Rand 12 über eine Schichtlänge l erstrecken, die kleiner als die Kokillenlänge L ist. Die Schichtlänge l beträgt vorzugsweise zwischen 300 mm und 500 mm, min destens aber 100 mm. Dies ist bei den inneren Kühlkanälen in Fig. 2 der Fall.It is also possible that the layer 7 extends over the entire mold length L. This is the case with the outer cooling channels in FIG. 2. Alternatively, the layer 7 can also extend only from an upper edge 12 , as seen in the casting direction x, over a layer length l that is smaller than the mold length L. The layer length l is preferably between 300 mm and 500 mm, but at least 100 mm. This is the case with the inner cooling channels in FIG. 2.
Die Kokillenplatte 1 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der Kokillenplatte 1 gemäß Fig. 2 dadurch, daß sie statt Kühlnuten 5, die zur Rückseite 6 hin offen sind, Kühlbohrungen 5' aufweist. Auch hier sind aber die Kühlbohrungen 5' mit der Schicht 7 versehen, wobei wieder alternativ eine vollständige oder nur teilwei se Beschichtung über die Länge der Kühlbohrungen 5' möglich ist. The mold plate 1 according to FIG. 4 differs from the mold plate 1 according to FIG. 2 in that it has cooling bores 5 'instead of cooling grooves 5 which are open towards the rear 6 . Here, too, the cooling bores 5 'are provided with the layer 7 , with a complete or only partial coating over the length of the cooling bores 5 ' again being possible as an alternative.
11
Kokillenplatte
Mold plate
22nd
Arbeitsfläche
Work surface
33rd
Metallschmelze
Molten metal
44th
Metallstrang
Metal strand
55
Kühlflächen/Kühlnuten
Cooling surfaces / cooling grooves
55
' Kühlflächen/Kühlbohrungen
'' Cooling surfaces / cooling holes
66
Rückseite
back
77
Schicht
layer
88th
Nickelbad
Nickel bath
99
Bodenfläche
Floor area
1010th
Seitenwände
side walls
1111
Stege
Walkways
1212th
oberer Rand
d Schichtdicke
I, L Längen
N, S, W Leitfähigkeiten
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