DE19852473C5

DE19852473C5 - Chill plate of a continuous casting plant

Info

Publication number: DE19852473C5
Application number: DE19852473A
Authority: DE
Inventors: Hans Streubel; J. Merced Lozano Ch.
Original assignee: SMS Demag AG; Chaparral Steel Co
Current assignee: SMS Siemag AG; Hylsa SA de CV
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2018-11-14
Also published as: ATE224782T1; CA2351081C; EP1128919B1; EP1128919A1; DE19852473C1; ES2185425T3; DE59902879D1; KR20010089433A; KR100627009B1; WO2000029146A1; CA2351081A1

Abstract

The invention relates to a mould plate of a continuous casting plant. Said mould plate consists of copper and comprises a working surface (2) which faces a metal melt (3) or a (partially) solidified metal strand when the continuous casting plant is in operation and at least one cooling surface (5, 5') which is in contact with a cooling medium when the continuous casting plant is in operation. The mould plate has a heat conductivity (W) and extends over a mould length (L) in the direction of casting (x). According to the invention, a layer (7) with a heat conductivity (S) which is less than the plate heat conductivity (W) of the mould plate is applied to the cooling surface (5, 5') in at least one partial area.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokillenplatte aus Kupfer einer Stranggießanlage, mit einer im Betrieb der Stranggießanlage einer Metallschmelze bzw. einem (teilerstarrten Metallstrang zugewandten Arbeitsfläche und mindestens einer im Betrieb der Stranggießanlage ein Kühlmedium kontaktierenden Kühlfläche, wobei die Kokillenplatte eine Wärmeleitfähigkeit aufweist und sich in einer Gießrichtung über eine Kokillenlänge erstreckt.The The present invention relates to a copper plate of a copper continuous casting, with a continuous operation of the continuous casting of a molten metal or a (semi-solid metal strand facing working surface and at least one during operation of the continuous casting a cooling medium contacting cooling surface, wherein the mold plate has a thermal conductivity has and in a casting direction over a mold length extends.

Eine derartige Kokillenplatte ist beispielsweise aus der EP 0 149 734 B1 bekannt.Such a mold plate is for example from the EP 0 149 734 B1 known.

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 abhängigen Pfannenzahl nachbearbeitet werden. Dabei nimmt die Dicke der Kokillenplatte stetig ab.At the continuous casting of metal, especially of steel, high wear occurs on the Mold plates on. Therefore, the working surface the mold plate from time to time according to one of the conditions of use the chill plate dependent pan count be reworked. It takes the thickness of the mold plate steadily off.

Um qualitativ hochwertige Stahlstränge zu gießen, muß die Temperatur der Arbeitsfläche 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.Around high quality steel strands to pour, must the Temperature of the work surface lie within a predetermined range. Also, the thickness must be the mold plate are within a permissible thickness range, the bigger than one for mechanical reasons required minimum thickness is.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kokillenplatte der gattungsgemäßen Art derart fortzubilden daß sie öfter als bisher möglich nachbearbeitbar ist, wenn bereits eine minimal zulässige Kupferwanddicke erreicht ist.The Object of the present invention is a mold plate of the generic type in such a way that she more often than previously possible postprocessing is when already reached a minimum allowable copper wall thickness is.

Die Aufgabe wird V mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The Task V is achieved with the features of claim 1.

Das Aufbringen von Schichten, insbesondere von Nickelschichten, auf Kokillenplatten 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 of nickel layers, on Chill plates as such is already known. exemplary is to WO 97/12708 and Herrmann: "Handbook on Continuous Casting", aluminum Verlag Dusseldorf 1980, directed. However, in the prior art, a nickel layer becomes on the work surface applied to the mold plate. It serves essentially to the Mold wear on continuous casting to reduce.

Auch aus der DE 34 15 050 A1 ist bekannt, zum Verschleißschutz auf die Arbeitsfläche der Kokillenplatte eine Nickelschicht aufzubringen. Die Nickelschicht kann ggf. Zusätze enthalten und eine gegenüber der Kokillenplatte verringerte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.Also from the DE 34 15 050 A1 It is known to apply a nickel layer for wear protection on the working surface of the mold plate. The nickel layer may optionally contain additives and have a reduced thermal conductivity compared to the mold plate.

Die Schicht kann aus einer Vielzahl von Metallen, z. B. Chrom bestehen. Besonders vorteilhaft ist aber, wenn die Schicht im wesentlichen aus Nickel besteht, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Nickel kleiner all der Wärmeausdehnungskoeffizient einer üblichen Kokillenplatte ist.The Layer can be made of a variety of metals, eg. B. chrome. But is particularly advantageous if the layer substantially consists of nickel, since the coefficient of thermal expansion of nickel smaller all the thermal expansion coefficient of a conventional Mold plate is.

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. Unabhängig 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 de-energized in a nickel bath with additives on the cooling surface of the Chill plate deposited. Because in this case are contour sharp Coatings of the cooling surface possible. Furthermore the layer thickness is very uniform, and the thermal conductivity the layer is considerably lower than that of electroplated Nickel. Independently from the coating process should be the layer thermal conductivity but a maximum of 10% of the thermal conductivity amount 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 Verunreinigungen – aus Nickel besteht. Denn in diesem Fall beträgt die Schicht-Wärmeleitfähigkeit weniger als 3% der Wärmeleitfähigkeit der Kokillenplatte aus Kupfer.The Insulating properties of the layer are even better when the layer to five up to twenty percent from phosphorus and the rest - apart from impurities - from nickel consists. Because in this case, the layer thermal conductivity is less than 3% of thermal conductivity the chill plate made of copper.

Die Kühlfläche kann als auf einer der Arbeitsfläche gegenüberliegenden Rückseite angeordnete Kühlnut oder als bezüglich einer der Arbeitsfläche gegenüberliegenden Rückseite geschlossene Kühlbohrung ausgebildet sein.The Cooling surface can as on one of the work surface opposite back arranged cooling groove or as regards one of the workspace opposite back closed cooling hole be educated.

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 sidewalls on choice, the layer can only on the floor surface and / or also applied to the side walls be.

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 Kokillenlänge erstrecken.If the layer extends from an upper edge seen in the casting direction over a layer length extends and the layer length smaller than the mold length is, the temperature distribution over the Kokillenlänge can be influenced. The layer length is at least 100 mm. preferably between 300 mm and 500 mm. alternative but the layer can also over the entire mold length extend.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:Further Advantages and details will become apparent from the following description an embodiment in conjunction with the drawings. Here are a schematic diagram:

1 eine Stranggießkokille im Betrieb, 1 a continuous casting mold during operation,

2 einen Ausschnitt einer Kokillenplatte mit Kühlelementen, 2 a section of a mold plate with cooling elements,

3 ein Beschichtungsverfahren und 3 a coating process and

4 einen weiteren Kokillenplattenausschnitt mit Kühlbohrungen. 4 another Kokillenplattenaus cut with cooling holes.

Gemäß 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 Stahlschmelze. Die Metallschmelze 3 erstarrt allmählich zu einem Metallstrang 4, der in der Gießrichtung x aus den Kokillenplatten 1 abgezogen wird.According to 1 has a continuous casting Kokillenplatten 1 made of copper. Each mold plate 1 has a workspace 2 which extends in a casting direction x over a mold length L. Between the work surfaces 2 is located in the operation of the continuous casting a molten metal 3 , usually a molten steel. The molten metal 3 gradually solidifies into a metal strand 4 , in the casting direction x from the mold plates 1 is deducted.

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 2 Kühlflächen 5 auf, die im Betrieb der Stranggießkokille ein nicht dargestelltes 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 controlled solidification of molten metal 3 to the metal strand 4 Must a considerable amount of heat, the so-called. Gießhitze, on the mold plates 1 be dissipated. For discharging the casting heat, the mold plates 1 therefore according to 2 cooling surfaces 5 on, in the operation of the continuous casting mold a not shown cooling medium, for. As water, contact. The cooling surfaces 5 are on a back 6 arranged which of the work surface 2 is opposite. They are to the back 6 open. So you are as Kühlnuten 5 educated.

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.The mold plate 1 consists, as already mentioned, of copper. It therefore has a high thermal conductivity W of, for example, about 377 W / mK. To the mold plate 1 To impose a greater thermal resistance or a lower overall thermal conductivity is therefore on the cooling surfaces 5 a layer 7 applied. 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 Wärmeleitfähigkeit der Schicht kann noch weiter reduziert werden, indem man dem Nickelbad zusätzlich zum Phosphor noch bis zu 30% Siliziumkarbid beigibt. Ansonsten enthält die Schicht 7 lediglich noch geringfügige Verunreinigungen.According to embodiment, the layer 7 essentially of nickel, to which a phosphorus content of 5% to 20% is added. Preferably, the phosphorus content is between 9% and 14%, e.g. At 10% to 12%. The thermal conductivity of the layer can be further reduced by adding up to 30% silicon carbide to the nickel bath in addition to the phosphorus. Otherwise, the layer contains 7 only minor impurities.

Vorzugsweise wird die Schicht 7, wie schematisch in 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 derartige Nickelschicht 7 weist eine Wärmeleitfähigkeit S auf, die bspw. bei nur ca. 5 W/mK liegt.Preferably, the layer becomes 7 as shown schematically in 3 represented applied by the fact that the mold plate 1 in a nickel bath 8th is introduced. There is the shift 7 then de-energized on the cooling surfaces 5 applied. Such a nickel layer 7 has a thermal conductivity S, which is, for example, at only about 5 W / mK.

Die Schicht 7 weist eine Schichtdicke d auf die selbstverständlich von der Verweildauer der Kokillenplatte 1 im Nik kelbad 8 abhängt. Mittels üblicher Nickelbäder 8 sind Schichtdicken d zwischen 40 μm und 80 μm, z. B. 60 μm, auf die Kühlflächen 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 on the course of the residence time of the mold plate 1 in Nik kelbad 8th depends. By usual nickel baths 8th are layer thicknesses d between 40 microns and 80 microns, z. B. 60 microns, on the cooling surfaces 5 be applied. In a special nickel bath 8th but it can also be a layer 7 be applied with a layer thickness d up to 200 microns.

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 the back 6 completely coat. This is technically the easiest to implement. It is also possible the back 6 before coating with the layer 7 provided with a protective layer and only on the uncovered areas of the nickel layer 7 applied.

Beispielsweise weisen die Kühlnuten 5 Bodenflächen 9 und Seitenwände 10 auf, während zwischen den Kühlnuten 5 Stege 11 angeordnet sind. Es ist beispielsweise 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 aufzubringen, also sowohl auf Bodenflächen 9 und Seitenwände 10 der Kühlnuten 5 als auch auf die dazwischenliegenden Stege 11. Gemäß 2 sind die beiden linken Kühlnuten 5 vollflächig beschichtet, während bei den beiden rechten Kühlnuten 5 nur die Bodenflächen 9 beschichtet sind.For example, the cooling grooves 5 floor surfaces 9 and sidewalls 10 on, while between the cooling grooves 5 Stege 11 are arranged. It is possible, for example, the layer 7 only on the floor surfaces 9 applied. It is also possible, however, the layer 7 on the floor surfaces 9 and the side walls 10 applied. Finally, it is also possible the layer 7 Apply over the entire surface, ie both on floor surfaces 9 and sidewalls 10 the cooling grooves 5 as well as on the intermediate bridges 11 , According to 2 are the two left cooling grooves 5 coated over the entire surface, while the two right cooling grooves 5 only the floor 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 2 der Fall. Alternativ kann sich die Schicht 7 auch nur von einem in Gießrichtung x gesehen oberen Rand 12 über eine Schichtlänge 1 erstrecken, die kleiner als die Kokillenlänge L ist. Die Schichtlänge 1 beträgt vorzugsweise zwischen 300 mm und 500 mm, mindestens aber 100 mm. Dies ist bei den inneren Kühlkanälen in 2 der Fall.It is also possible that the layer 7 extends over the entire Kokillenlänge L. This is at the outer cooling channels in 2 the case. Alternatively, the layer may 7 also only from an upper edge seen in the casting direction x 12 over a shift length 1 extend, which is smaller than the mold length L. The layer length 1 is preferably between 300 mm and 500 mm, but at least 100 mm. This is at the inner cooling channels in 2 the case.

Die Kokillenplatte 1 gemäß 4 unterscheidet sich von der Kokillenplatte 1 gemäß 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 teilweise Beschichtung über die Länge der Kühlbohrungen 5' möglich ist.The mold plate 1 according to 4 differs from the mold plate 1 according to 2 in that they use cooling grooves instead 5 to the back 6 are open, cooling holes 5 ' having. But here are the cooling holes 5 ' with the layer 7 provided, again alternatively a complete or only partial coating over the length of the cooling holes 5 ' is possible.

11: Kokillenplattemold plate
22: Arbeitsflächeworking surface
33: Metallschmelzemolten metal
44: Metallstrangmetal strand
55: Kühlflächen/KühlnutenCooling surfaces / cooling grooves
5'5 ': Kühlflächen/KühlbohrungenCooling surfaces / cooling holes
66: Rückseiteback
77: Schichtlayer
88th: Nickelbadnickel bath
1010: Seitenwändeside walls
1111: StegeStege
1212: oberer Randupper edge
dd: Schichtdickelayer thickness
I, LI, L: Längenlengths
N, S, WN, S, W: Leitfähigkeitenconductivities
xx: Gießrichtungcasting

Claims

Mold plate ( 1 ) of copper of a mold for a continuous casting plant, with one in operation of the continuous casting of a molten metal ( 3 ) or a (partially) solidified metal strand ( 4 ) facing work surface ( 2 ) and at least one cooling surface contacting a cooling medium during operation of the continuous casting plant ( 5 . 5 ' ), wherein the mold plate has a thermal conductivity (W) and extends in a casting direction (x) over a mold length (L), characterized in that on the cooling surface ( 5 . 5 ' ) at least in a subregion a layer ( 7 ) is applied with a layer heat conductivity (S) that the thermal conductivity (S) of the layer ( 7 ) smaller than the thermal conductivity (W) of the mold plate ( 1 ) is that the layer ( 7 ) consists essentially of nickel and that the layer ( 7 ) one in a nickel bath ( 8th ) de-energized on the cooling surface ( 5 . 5 ' ) applied layer ( 7 ), with the cooling surface as being on one of the working surfaces ( 2 ) opposite the back arranged cooling grooves ( 5 ) or with respect to a work surface ( 2 ) opposite the back closed cooling holes ( 5 ) is trained.

Chill mold plate according to claim 1, characterized in that the layer ( 7 ) to five to twenty percent of phosphorus and otherwise - apart from minor impurities - consists of nickel.

Chill mold plate according to claim 1 or 2, characterized in that the layer ( 7 ) contains between five and twenty percent phosphorus, up to 30 percent by volume of silicon carbide, and otherwise has nickel, with the exception of minor impurities.

Chill mold plate according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the layer ( 7 ) has a layer thickness (d) below 200 .mu.m, in particular between 40 .mu.m and 80 .mu.m.

Chill plate according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the cooling grooves ( 5 ) are coated on all sides.

Chill mold plate according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the cooling grooves ( 5 ) a floor surface ( 9 ) and side walls ( 10 ) and that the layer ( 7 ) only on the floor surface ( 9 ) is applied.

Chill plate according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the layer ( 7 ) from an upper edge seen in the casting direction (x) ( 12 ) extends over a layer length (I) and that the layer length (I) is smaller than the mold length (L).

Chill mold plate according to claim 7, characterized in that that the layer length (I) at least 100 mm, preferably between 300 mm and 500 mm, is.

Chill plate according to one of claims 1 to 6, characterized in that the layer ( 7 ) extends over the entire mold length (L).