EP0144725B1 - Stranggiesskokille - Google Patents
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Classifications
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
- B22D11/055—Cooling the moulds
Definitions
- the invention relates to a continuous casting mold, consisting of an inner wall intended for contact with liquid metal and an associated outer wall made of copper, both walls having different structural structures and the outer wall being exposed to liquid cooling.
- Such a continuous casting mold is known from US-A-33 39 588. It is inserted into a cylinder of larger diameter in such a way that an annular gap results between the outer wall and the cylinder, which is used for cooling by means of water.
- the inner wall which is designed from the point of view of wear protection, can be sprayed on, for example, by means of a plasma torch or can also be electrolytically deposited.
- the wall thickness of the molds is limited if you want to achieve a satisfactory cooling performance and thus the casting speed. If the mold breaks, it is not only unusable as such, but also generally causes a considerable malfunction. If the outer wall of the mold is poured, it is still unavoidable that pores, cavities and the like cavities form which are inadvertently pierced during mechanical processing.
- the invention has for its object to develop continuous casting molds of the type mentioned in the introduction such that they have a very high strength even with a reduced wall thickness, which largely eliminates cracking. The risk of cutting imperfections or pores during machining of the cooling space should also be avoided.
- an inner wall is obtained which can not only be designed from the point of view of wear protection, but which also makes an effective contribution to strength and heat dissipation.
- the fine structure of the mold is significantly improved.
- the manufacturing method of the inner wall does not allow the formation of extended crystals in the radial direction.
- the cooling tubes due to their previous cold forming, the cooling tubes have a structure which makes them particularly suitable for absorbing high tensile stresses.
- cooling tubes are in turn firmly anchored in the finally cast outer wall, which latter also forms an integral connection with the inner wall. Since the implementation of cooling does not lead to pore cavities or the like, the production can not only be carried out with a correspondingly reduced reject rate, but at the same time a longer service life of the molds.
- the outer wall created by casting can largely be dimensioned according to the required cooling capacity. Even if the wall thickness is reduced, it makes a significant contribution to the overall strength of the mold, since the cooling pipes anchored in it itself provide a strong support effect.
- the cooling tubes during casting can be reliably avoided by applying a coolant to the cooling tubes during the casting. Air is used when the heat removal by water is too high.
- the cooling tubes usual dimensions 1/2 to 2 inches in diameter with a wall thickness of about 0.8 mm to use.
- the jacket section is cast at a temperature approximately 30 ° C. above the melting point, the cooling tubes are retained on the one hand, and the integral connection is formed on the other hand.
- the support emanating from the cooling tubes is particularly effective when the cooling tubes surround the inner wall 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 be chosen to be lower, especially since the cooling tubes can also be wrapped around the inner wall in several levels or layers.
- this is limited to one-piece continuous casting molds, such as those used for casting billets or blooms.
- the inner wall does not necessarily have to be made of copper. It can advantageously be made of nickel, especially if it can be made thin-walled. This allows considerable improvements in wear to be achieved.
- the outer wall is advantageously always cast from copper, while the cooling tubes are made from copper by drawing.
- the drawing process can also be used for the production of the inner wall, which also receives a dense, fine structure without a pronounced grain orientation occurring in the heat flow direction of the mold.
- Another interesting way of manufacturing the inner wall is by electroplating.
- the inner wall can also be produced using a special casting process in which the core is designed as a heat sink 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 level 11 of the liquid metal 3, which emerges at the lower end with the solidified strand shell.
- the mold is shown including its longitudinal axis 10 with a straight passage. In practice, deviating from this, there is often the arch form, in which the invention can, however, be used in the same way.
- the inner wall 2 has only a very small wall thickness and is produced by electrolytic nickel deposition. There is always a dense fine structure in the inner wall, which in particular has no pronounced orientation in the heat flow direction 7. There is a very smooth surface 4 on the inside, along which the strand can move downwards without excessive wear of the inner wall 2.
- the thickness 6 of the inner wall 2 is a fraction of the total wall thickness 5.
- the inner wall 2 is wound in a coil shape by means of a cooling tube 8, for which there are two connection connections, not shown, for the supply and discharge of the cooling water.
- the windings of the cooling tube 8 have a longitudinal axis which corresponds to the longitudinal axis 10 of the mold.
- 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 ensured by the integral connection of the outer wall 9 with the inner wall 2 and the cooling tubes 8, because copper is used in the usual way for the outer wall 9.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Stranggiesskokille, bestehend aus einer für die Berührung mit flüssigem Metall vorgesehenen inneren Wand und einer damit verbundenen, aus Kupfer bestehenden äusseren Wand, wobei beide Wände zueinander unterschiedlichen Gefügeaufbau aufweisen und die äussere Wand einer Flüssigkeitskühlung ausgesetzt ist.
- Eine derartige Stranggiesskokille ist nach der US-A-33 39 588 bekannt. Sie ist derart in einen Zylinder grösseren Durchmessers eingesetzt, dass sich zwischen der äusseren Wand und dem Zylinder ein ringförmiger Spalt ergibt, welcher der Kühlung mittels Wasser dient. Die unter dem Gesichtspunkt des Verschleisschutzes gestaltete Innenwand kann beispielsweise mittels eines Plasmabrenners aufgespritzt oder auch elektrolytisch abgeschieden sein. Die Wandstärke der Kokillen ist jedoch begrenzt, wenn man eine befriedigende Kühlleistung und damit Giessgeschwindigkeit verwirklichen will. Im Falle des Reissens der Kokille wird diese nicht nur als solche unbrauchbar, sondern darüber hinaus auch in der Regel eine erhebliche Betriebsstörung verursacht. Sofern die äussere Wand der Kokille gegossen wird, ist weiterhin nicht zu vermeiden, dass sich Poren, Lunker und dergleichen Hohlräume bilden, die bei einer mechanischen Bearbeitung unbeabsichtigt angestochen werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stranggiesskokillen der einleitend benannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass sie auch bei herabgesetzter Wandstärke eine sehr hohe Festigkeit aufweisen, die ein Reissen weitgehend ausschaltet. Dabei soll auch die Gefahr, bei Herstellung des Kühlraumes mittels spanender Bearbeitung Fehlstellen bzw. Poren anzuschneiden, vermieden werden.
- Diese Aufgabenstellung wird durch die Erfindung gelöst, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist.
- Man kommt auf diese Weise zu einer Innenwand, die nicht nur unter dem Gesichtspunkt des Verschleissschutzes gestaltet werden kann, sondern die darüberhinaus auch zur Festigkeit und zur Wärmeableitung einen wirkungsvollen Beitrag leistet. Das Feingefüge der Kokille ist dabei wesentlich verbessert. Die Herstellungsweise der inneren Wand lässt die Ausbildung von ausgedehnten Kristallen in radialer Richtung nicht zu. Andererseits besitzen die Kühlrohre infolge ihrer vorausgegangenen Kaltumformung ein Gefüge, welches sie insbesondere für die Aufnahme hoher Zugspannungen geeignet macht.
- Diese Kühlrohre wiederum sind stoffschlüssig in der abschliessend gegossenen äusseren Wand verankert, welch letztere eine stoffschlüssige Verbindung auch mit der inneren Wand eingeht. Da die Verwirklichung der Kühlung 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. Die gusstechnisch erzeugte äussere Wand lässt sich weitgehend entsprechend der geforderten Kühlleistung bemessen. Sie leistet auch bei herabgesetzter Wandstärke einen erheblichen Beitrag zur Gesamtfestigkeit der Kokille, da eine starke Stützwirkung von den in ihr verankerten Kühlrohren selbst ausgeht.
- Ein Aufschmelzen der Kühlrohre beim Giessen lässt sich zuverlässig dadurch vermeiden, dass die Kühlrohre während des Giessens mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden, wobei ggfls. 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 mit einer etwa 30 °C über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur bleiben die 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 die innere Wand der Kokille spulenförmig umgeben, weil auf diese Weise die Verankerung der Kühlrohre am zuverlässigsten ist. Man kann auch aus diesem Grunde die Gesamtwandstärke der Kokille geringer wählen, zumal sich die Kühlrohre auch in mehreren Ebenen bzw. Lagen um die innere Wand herum wickeln lassen. Dies ist selbstverständlich begrenzt auf einteilig ausgeführte Stranggiesskokillen, wie sie für den Guss von Knüppeln oder Vorblöcken verwendet werden.
- Die innere Wand muss nicht notwendigerweise auch aus Kupfer bestehen. Sie kann, vor allem wenn sie dünnwandig ausgeführt werden kann, mit Vorteil auch aus Nickel hergestellt werden. Hierdurch lassen sich erhebliche Verschleissverbesserungen erzielen. Die äussere Wand wird demgegenüber vorteilhaft immer aus Kupfer gegossen, während die Kühlrohre aus Kupfer durch Ziehen hergestellt sind. Das Ziehverfahren kann auch für die Herstellung der inneren Wand angewendet werden, die damit gleichfalls ein dichtes Feingefüge erhält, ohne dass in der Wärmeflussrichtung der Kokille eine ausgeprägte Kornorientierung eintreten kann. Eine weitere interessante Art der Herstellung der inneren Wand besteht in der galvanotechnischen Abscheidung. Schliesslich lässt sich die innere Wand auch durch ein besonderes Giessverfahren herstellen, bei dem der Kern als ein auf den Guss wirkender Kühlkörper 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.
- Die innere Wand 2 hat nur eine sehr geringe Wandstärke und ist durch eine elektrolytische Nickelabscheidung hergestellt. Es besteht bei der inneren Wand stets ein dichtes Feingefüge, welches insbesondere keine ausgesprochene Orientierung in der Wärmeflussrichtung 7 aufweist. Auf der Innenseite besteht eine sehr glatte Fläche 4, entlang welcher sich der Strang ohne starken Verschleiss der inneren Wand 2 nach unten bewegen kann. Die Stärke 6 der inneren Wand 2 beträgt einen Bruchteil der gesamten Wanddicke 5.
- Die innere Wand 2 ist mittels eines Kühlrohres 8 spulenförmig umwunden, für welches zwei 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 der äusseren Wand 9 mit der inneren Wand 2 und den Kühlrohren 8 gewährleistet, weil in üblicher Weise Kupfer für die äussere Wand 9 verwendet wird.
Claims (8)
1. Stranggiesskokille, bestehend aus einer für die Berührung mit flüssigem Metall (3) vorgesehenen inneren Wand (2) und einer damit verbundenen, aus Kupfer bestehenden äusseren Wand (9), wobei beide Wände (2, 9) zueinander einen unterschiedlichen Gefügeaufbau aufweisen und die äussere Wand (9) einer Flüssigkeitskühlung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitskühlung durch in der äusseren Wand (9) eingegossene Kühlrohre (8) verwirklich ist, und dass die äussere Wand (9) mit der inneren Wand (2) stoffschlüssig verbunden ist,
und die Rohre (8) übereinander liegend in wenigstens einer Ebene (12, 13) angeordnet sind, welche senkrecht zur Wärmeflussrichtung (7) verläuft, wobei die aus feinkörnigem und dichtem Material bestehende innere Wand (2) spanlos hergestellt ist.
2. Stranggiesskokille nach Anspruch 1, die den Strangquerschnitt in einteiliger Ausführung umschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (8) um die innere Wand (2) spulenartig herumgeführt sind, wobei die Spulenachse mit der Längsachse (10) der Kokille übereinstimmt.
3. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wand (2) im wesentlichen aus Nickel besteht.
4. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Kupfer bestehenden Kühlrohre (7) durch Ziehen hergestellt sind.
5. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wand (2) aus dem sie bildenden Metall durch Ziehen hergestellt ist.
6. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wand (2) aus dem sie bildenden Metall durch galvanoplastische Abscheidung hergestellt ist.
7. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wand (2) durch Giessen unter Verwendung eines den Kokillenhohlraum vorgebenden Kerns nach Art eines auf den Guss einwirkenden Kühlkörpers hergestellt ist.
8. Stranggiesskokille nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre in zwei Ebenen (12, 13) auf Lücke gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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