EP0144725A1 - Stranggiesskokille - Google Patents

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EP0144725A1
EP0144725A1 EP84113157A EP84113157A EP0144725A1 EP 0144725 A1 EP0144725 A1 EP 0144725A1 EP 84113157 A EP84113157 A EP 84113157A EP 84113157 A EP84113157 A EP 84113157A EP 0144725 A1 EP0144725 A1 EP 0144725A1
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continuous casting
casting mold
mold according
section
inner section
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds

Definitions

  • he invention relates to a continuous casting mold, in particular made of copper, which consists of an inner section with liquid cooling and a jacket section.
  • Such a continuous casting mold is known from DE-AS 19 64 048.
  • the inner section is formed by plates which enclose a mold cavity and into which grooves are milled on the outside.
  • the outer walls of these inner sections are covered by a jacket section which in this case is formed by support plates which close the grooves. Cooling water is passed through the grooves so that the heat of fusion during continuous casting, in particular of steel, can be removed to a sufficient extent. Accordingly, the liquid metal solidifies, which emerges at the lower part of the continuous casting mold with a sufficiently stable extrusion shell.
  • the latter can be compensated to a limited extent by machining, but at least this presupposes that the mold in question is taken out of production for a correspondingly long time, which necessitates costly stockpiling.
  • the mechanical revision is limited on the one hand by the dimensions of the strand to be observed and on the other hand by the minimum wall thicknesses of the molds to be observed. The wall thickness is then considerably restricted as a result of the cooling channels or cooling bores. In the absence of support, thin-walled molds of this type can tear all the more easily since the strength perpendicular to the radial grain orientation direction preferred as a result of casting the molds and generally coinciding with the heat flow direction is reduced.
  • the invention has for its object to develop continuous casting molds of the type mentioned in the introduction so that they can be produced with significantly less effort and without the risk of cutting pores or other imperfections.
  • the heat dissipation should be better than that of the known cooling ducts and cracking of the mold due to the reduced strength mentioned should also be avoided even if the mold wall thickness is reduced.
  • the structure of the new mold is differentiated. While the inner section is so thin that no extensive cast crystals can emanate from it in the radial direction, the cooling channels are formed by cooling tubes which are characterized by a cold-forming structure and accordingly can absorb particularly high tensile stresses in their longitudinal direction.
  • cooling tubes are in turn firmly anchored in the finally cast casing section, the latter of which also forms an integral connection with the inner section. Since there is no machining in the interior of the mold, and since the production of both the inner section and the cooling tubes does not lead to pore cavities or the like, the production can be carried out not only with a correspondingly reduced reject rate, but at the same time achieve a longer service life for the molds. In contrast to the support plates known in its place, the jacket section produced by casting technology makes a considerably reduced contribution to the stability of the mold, since the cooling tubes themselves provide a strong support effect.
  • Melting of the cooling pipes during casting can be reliably avoided by applying a coolant to the cooling pipes during casting, air being used if necessary if the heat removal by water is too high. This means that the usual dimensions for the cooling pipes with 1/2 to 2 inches in diameter and a wall thickness of about 0.8 mm can be used. When casting the jacket section remain at a temperature about 30 ° C above the melting point. Iie get cooling pipes on the one hand, and on the other hand the material connection is established.
  • the support emanating from the cooling tubes is particularly effective when the cooling tubes surround the inner portion of the mold in a coil-like manner, because this is the most reliable way of anchoring the cooling tubes.
  • the overall wall thickness of the mold can therefore also be chosen to be lower, especially since the cooling tubes can also be wrapped around the inner section in several planes or layers. Of course, this is limited to one-piece continuous casting molds, such as those used for casting billets or blooms.
  • the inner section does not necessarily have to be made of copper. It can also be made of nickel, especially if it can be made thin-walled. This enables considerable improvements in wear to be achieved.
  • the jacket section is in contrast, advantageously always cast from copper, while the copper pipes are produced by drawing. The drawing process can also be used for the production of the inner part, which thus also obtains a dense, fine structure without a pronounced grain orientation being able to escape the mold in the heat flow direction. Another interesting way of producing the inner section is by electroplating.
  • the inner section can also be produced by a special casting process in which the core is designed as a quenching body acting on the casting. In this way, a distinct microstructure is obtained in the direct connection to the core or to a quenching plate, which is free of any pores, cavities or the like, especially on the inside.
  • the drawing shows a cross-section of a bloom block chosen as an example.
  • the mold cavity 1 takes up to the mirror height 11 the liquid metal 3, which emerges at the lower end with the solidified strand shell.
  • the mold including its longitudinal axis 10, is shown with a straight passage. In practice, deviating from this, there is often the arch form, in which the invention can nevertheless be used in the same way.
  • the inner section 2 has only a very small wall thickness and is produced by electrolytic nickel deposition. There is a dense structure in the inner section, which in particular has no pronounced orientation in the heat flow direction 7. On the inside there is a very smooth inner wall 4 along which the strand can move downwards without excessive wear on the inner shell 2.
  • the thickness 6 of the inner section 2 is a fraction of the total wall thickness 5.
  • the inner section 2 is wound in a coil shape by means of a cooling tube 3, for which there are 2 connection connections (not shown) for the supply and discharge of the cooling water.
  • the turns of the cooling tube 8 have a coincident with the longitudinal axis 10 of the mold Longitudinal axis.
  • the cooling tubes can not only be provided in one layer 12, but can also be aligned in a second layer 13 with the gap space of the turns of the first layer. This creates a very large area for heat dissipation. Said heat dissipation is particularly ensured by the integral connection of the mold jacket 9 with the inner section 2 and the cooling tubes 8 when copper is used in the usual way for the jacket section 9.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stranggießkokille, insbesondere aus Kupfer, für das kontinuierliche Gießen von Metallen, insbesondere von Stahl. Sie besitzt einen Innenabschnitt (2) mit einer Wasserkühlung, sowie einen äußeren Mantelabschnitt (9). Um die Schwierigkeiten bei der Fertigung der Kühlkanäle durch mechanische Bearbeitung zu umgehen, und um zugleich den Ausschuß zu senken, wird der Innenabschnitt (2) als dünnwandige Hülse mit einem dichteren Feingefüge spanlos hergestellt, als es beim Formguß zu erhalten ist. Der Innenabschnitt ist mittels eines oder mehrerer Kühlrohre (8) umwickelt, die zusammen mit dem Innenabschnitt (2) in stoffschlüssiger Verbindung mit dem gießtechnisch aufgebrachten, aus Kupfer bestehenden Mantelabschnitt (9) stehen. Die Kühlrohre (8) verfestigen somit die gesamte Struktur erheblich. Weder im Kühlbereich noch im Wandungsbereich des Kokillenhohlraums besteht die Gefahr, daß Poren oder Lunker angeschnitten werden, da auf mechanische Bearbeitungen verzichtet wird.

Description

    ieschreibung:
  • )ie Erfindung bezieht sich auf eine Stranggießkokille, insbesondere aus Kupfer, die aus einem Innenabschnitt mit Flüssigkeitskühlung sowie aus einem Mantelabschnitt besteht.
  • Eine derartige Stranggießkokille ist nach der DE-AS 19 64 048 bekannt. Der Innenabschnitt wird dabei von Platten gebildet, welche einen Kokillenhohlraum umschließen, und in welche außenseitig Nuten eingefräst sind.
  • Die Außenwände dieser Innenabschnitte sind mittels eines Mantel- abschnittes abgedeckt, der in diesem Falle von Stützplatten gebildet wird, welche die Nuten verschließen. Durch die Nuten wird Kühlwasser geführt, so daßdie Schmelzwärme beim Stranggießen insbesondere von Stahl in ausreichendem Maße entzogen werden kann. Demgemäß kommt es zur Erstarrung des flüssigen Metalls, welches mit einer hinreichend tragfesten Strangschale am unteren Teil der Stranggießkokille austritt.
  • Neben dieser geteilten Stranggießkokille, die insbesondere für Brammen zweckmäßig ist, gibt es auch ungeteilte Stranggießkokillen mit kleineren Strangquerschnitten für das Gießen von Knüppeln und Vorblöcken. Derartige ungeteilte Stranggießkokillen erfahren gleichfalls eine Außenbearbeitung unter Ausbildung von Nuten, die sich mit dem Kühlmittel, also in der Regel mit Wasser, beaufschlagen lassen. Man kann auch Kühlkanäle in die Kokillenwandungen einbohren. Dies gestaltet sich aber im Hinblick auf die mit Rücksicht auf Anschlüsse präzise einzuhaltende Bohrungslage verhältnismäßig schwierig.
  • Gemeinsam ist den fräsend eingearbeiteten Nutbahnen wie auch den Bohrungen, daß eine spanende Bearbeitung im in der Regel aus Kupfer gegossenen Werkstück erfolgen muß. Dabei ist es nicht ausgeschlossen, daß unbeabsichtigte Materialtrennungen angestochen werden,in die dann Kühlwasser eintreten kann. Eine derartige unkontrollierte Ausbreitung von Kühlwasser im Innern der Kokillenwandung macht letztere in der Regel unbrauchbar. Eine weitere spanende Bearbeitung erfahren die Innenwände der Kokillen, damit sie hinreichend maßhaltig und glatt für den Durchgang des Stranges werden. Auch hierbei ist es nicht auszuschließen, daß durch den Guß bedingte Poren oder andere Hohlräume angeschnitten werden. Auch in diesem Falle ist die Kokille nicht mehr verwertbar. Hinzu kommt, daß die Lebensdauer der Kokille durch von der Innenwand ausgehende Erosionen begrenzt ist. Letztere lassen sich zwar durch spanabhebende Abtragung in begrenztem Ausmaß ausgleichen, jedoch setzt dies zumindest voraus, daß die betreffende Kokille entsprechend lange aus der Produktion genommen wird, was eine aufwendige Vorratshaltung bedingt. Der mechanischen überarbeitung sind einerseits durch die einzuhaltenden Maße des Stranges und andererseits durch die einzuhaltenden Mindestwanddicken der Kokillen Grenzen gesetzt. Gerade die Wanddicke ist infolge der Kühlkanäle bzw. Kühlbohrungen dann beträchtlich eingeschränkt. Bei mangelnder Abstützung können derartig dünnwandige Kokillen umso leichter reißen, als die Festigkeit senkrecht zu der durch das Gießen der Kokillen bevorzugten, in der Regel mit der Wärmeflußrichtung zusammenfallenden, radialen Kornorientierungsrichtung vermindert ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stranggießkokillen der einleitend benannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie sich mit wesentlich weniger Aufwand sowie ohne Gefahr, Poren bzw. andere Fehlstellen anzuschneiden, herstellen läßt. Dabei soll die Wärmeableitung besser als durch die bekannten Kühlkanäle möglich sein und auch bei herabgesetzter Kokillenwandstärke ein Reißen derselben infolge der erwähnten, herabgesetzten Festigkeit vermieden werden.
  • Diese Aufgabenstellung wird durch die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst.
  • Im Gegensatz zu den bekanntgewesenen, vollständig durch Formguß und mechanische Nachbearbeitung erzeugten Kokillen ist der Gefügeaufbau der neuen Kokille differenziert. Während der Innenabschnitt so dünn ist, daß von ihm keine ausgedehnten Gußkristalle in radialer Richtung ausgehen können, werden die Kühlkanäle von Kühlrohren gebildet, die durch ein Kaltumformungsgefüge gekennzeichnet sind und demgemäß in ihrer Längsrichtung besonders hohe Zugspannungen aufnehmen können.
  • Diese Kühlrohre wiederum sind stoffschlüssig im abschließend in üblicher weise gegossenen Mantelabschnitt verankert, welchletzterer eine stoffschlüssige Verbindung auch mit dem Innenabschnitt eingeht. Da im Innern der Kokille somit jegliche spanende Bearbeitung entfällt, und da die Herstellung sowohl des Innenabschnittes als auch der Kühlrohre zu keinen Porenhohlräumen oder dergleichen führt, läßt sich die Herstellung nicht nur mit entsprechend herabgesetzter Ausschußquote vornehmen, sondern zugleich eine längere Standzeit der Kokillen erreichen. Der gußtechnisch erzeugte Mantelabschnitt leistet im Gegensatz zu den an seiner Stelle bekannt gewesenen Stützplatten einen erheblich verringerten Anteil an der Standfestigkeit der Kokille, da eine starke Stützwirkung von den Kühlrohren selbst ausgeht.
  • Ein Aufschmelzen der Kühlrohre beim Gießen läßt sich zuverlässig dadurch wermeiden, daß die Kühlrohre während des Gießens mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden, wobei gegebenenfalls Luft verwendet wird, wenn der Wärmeentzug durch Wasser zu hoch ist. Somit lassen sich für die Kühlrohre übliche Dimensionen mit 1/2 bis 2 Zoll Durchmesser mit einer wanddicke von etwa 0,8 mm verwenden. Beim Gießen des Mantelabschnittes nit einer etwa 30°C über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur bleiben . iie Kühlrohre einerseits erhalten,und andererseits kommt die stoffschlüssige Verbindung zustande.
  • Besonders wirkungsvoll ist die von den Kühlrohren ausgehende Abstützung dann gegeben, wenn die Kühlrohre nach Art einer Bandage den Innenabschnitt der Kokille spulenförmig umgeben, weil auf diese Weise die Verankerung der Kühlrohre am zuverlässigsten ist. Man kann daher auch die Gesamtwandstärke der Kokille geringer wählen, zumal sich die Kühlrohre auch in mehreren Ebenen bzw. Lagen um den Innenabschnitt herum wickeln lassen. Dies ist selbstverständlich begrenzt auf einteilig ausgeführte Stranggießkokillen, wie sie für den Guß von Knüppeln oder Vorblöcken verwendet werden.
  • Der Innenabschnitt muß nicht notwendigerweise auch aus Kupfer bestehen. Er kann, vor allem wenn er dünnwandig ausgeführt werden kann, mit Vorteil auch aus Nickel hergestellt werden. Hierdurch lassen sich erhebliche Verschleißverbesserungen erzielen. Der Mantelabschnitt wird demgegenüber vorteilhaft immer aus Kupfer gegossen, während die Kupferrohre durch Ziehen hergestellt sind. Das Ziehverfahren kann auch für die Herstellung des Innenabschmttes angewendet werden, der damit gleichfalls ein dichtes Feingefüge erhält, ohne daß in der Wärmeflußrichtung der Kokille eine ausgeprägte Kornorientierung entreten kann. Eine weitere interessante Art der Herstellung des Innenabschnittes besteht in der galvanotechnischen Abscheidung. Schließlich läßt sich der Innenabschnitt auch durch ein besonderes Gießverfahren herstellen, bei dem der Kern als ein auf den Guß wirkender Abschreckkörper ausgebildet ist. Man erhält auf diese Weise im unmittelbaren Anschluß an den Kern bzw. an eine Abschreckplatte ein ausgesprochenes Feingefüge, das vor allem auf der Innenseite frei von jeglichen Poren, Lunkern oder dergleichen ist.
  • Zur Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehende Zeichnung Bezug genommen.
  • Die Zeichnung zeigt eine als Beispiel gewählte Vorblock-Kokille im Querschnitt. Der Kokillenhohlraum 1 nimmt bis zur Spiegelhöhe 11 das flüssige Metall 3 auf, welches am unteren Ende mit der erstarrten Strangschale austritt. Die Kokille ist einschließlich ihrer Längsachse 10 mit geradem Durchtrittsverlauf dargestellt. In der Praxis besteht hiervon abweichend häufig die Bogenform, bei welcher die Erfindung indessen in gleicher Weise anwendbar ist.
  • Der Innenabschnitt 2 hat nur eine sehr geringe Wandstärke und ist durch eine elektrolytische Nickelabscheidung hergestellt. Es besteht beim Innenabschnitt ein dichtes Gefüge, welches insbesondere keine ausgesprochene Orientierung in der Wärmeflußrichtung 7 aufweist. Auf der Innenseite besteht eine sehr glatte Innenwand 4, entlang welcher sich der Strang ohne starken Verschleiß der Innenschale 2 nach unten bewegen kann. Die Stärke 6 des Innenabschnittes 2 beträgt einen Bruchteil der gesamten Wanddicke 5.
  • Der Innenabschnitt 2 ist mittels eines Kühlrohres 3 spulenförmig umwunden, für welches 2 nicht dargestellte Anschlußverbindungen für die Zuführung und Ableitung des Kühlwassers bestehen. Die Windungen des Kühlrohres 8 haben eine mit der Längsachse 10 der Kokille übereinstimmende Längsachse. Im rechten Teil der Zeichnung ist angedeutet, daß die Kühlrohre nicht nur in einer Lage 12 vorgesehen werden können, sondern auch noch in einer zweiten Lage 13 auf den Lückenraum der Windungen der ersten Lage ausgerichtet sein können. Dadurch wird eine sehr große Fläche für die Wärmeableitung geschaffen. Die genannte Wärmeableitung ist durch die stoffschlüssige verbindung des Kokillenmantels 9 mit dem Innenabschnitt 2 und den Kühlrohren 8 besonders dann gewährleistet, wenn in üblicher Weise Kupfer für den Mantelabschnitt 9 verwendet wird.

Claims (9)

1. Stranggießkokille, insbesondere aus Kupfer, die aus einem Innenabschnitt mit Flüssigkeitskühlung sowie aus einem Mantelabschnitt besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenabschnitt (2) mit der für die Berührung mit dem flüssigen Metall (3) vorgesehenenInnenwand (4) in einer nur einen Bruchteil der gesamten Wanddicke (5) tragenden Stärke (6) mit dichterem als beim Formguß erreichbarem Gefüge spanlos hergestellt ist, und daß in wenigstens einer Ebene senkrecht zur Wärmeflußrichtung (7) verlaufende, an den Innenabschnitt (2) angrenzende Kühlrohre (8) in dem übrigen, durch einen Gießvorgang stoffschlüssig mit dem Innenabschnitt (2) und den Kühlrohren (7) verbundenen Mantelabschnitten (9) verankert sind.
2. Stanggießkokille nach Anspruch 1, die den Strangquerschnitt in einteiliger Ausführung umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (8) um den Innenabschnitt (2) spulenartig herumgeführt sind, wobei die Spulenachse mit der Längsachse (10) der Kokille übereinstimmt.
3. Stanggießkokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenabschnitt (2) im wesentlichen aus Nickel besteht.
4. Stranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelabschnitt (9) aus Kupfer gegossen ist.
5. Stranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kupfer bestehenden Kühlrohre durch Ziehen hergestellt sind.
5. Stranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenabschnitt aus dem ihn bildenden Metall durch Ziehen hergestellt ist.
7. Stranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenabschnitt aus dem ihn bildenden Metall durch galvanoplastische Abscheidung hergestellt ist.
8. Stranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenabschnitt durch Gießen unter Verwendung eines den Kokillenhohlraum vorgebenden Kerns nach Art eines auf den Guß einwirkenden Abschreckkörpers hergestellt ist.
9. Stranggießkokille nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre in zwei Ebenen (12, 13) auf Lücke gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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