EP1128919B1 - Kokillenplatte einer stranggiessanlage - Google Patents

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EP1128919B1
EP1128919B1 EP99972136A EP99972136A EP1128919B1 EP 1128919 B1 EP1128919 B1 EP 1128919B1 EP 99972136 A EP99972136 A EP 99972136A EP 99972136 A EP99972136 A EP 99972136A EP 1128919 B1 EP1128919 B1 EP 1128919B1
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mould plate
chill mould
cooling
plate according
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Hans Streubel
Lozano-Universidad De Durango No 720 Merced
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SMS Siemag AG
Hylsa SA de CV
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SMS Demag AG
Hylsa SA de CV
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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
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • 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
    • B22D11/059—Mould materials or platings
    • 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

  • the present invention relates to a mold plate made of copper for a mold Continuous caster, with a molten metal in operation of the continuous caster 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, wherein the mold plate has a thermal conductivity and is in a Casting direction extends over a mold length.
  • Such a mold plate is known for example from EP 0 149 734 B1.
  • the Mold plates have a lower thermal conductivity in the upper area and a greater heat resistance than in the lower area.
  • the temperature of the Work surface are within a predetermined range.
  • the thickness must also the mold plate are within a permissible thickness range that is greater than is a minimum thickness required for mechanical reasons.
  • 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 reworked if a minimum permissible copper wall thickness has already been reached.
  • the object is achieved in that at least in one on the cooling surface Subarea a layer with a thermal conductivity is applied that the layer thermal conductivity the layer is smaller than the thermal conductivity of the mold plate, that the layer consists essentially of nickel and that the layer is one in one Nickel bath is electrolessly applied to the cooling surface layer
  • the layer consists essentially of nickel, since the Coefficient of thermal expansion of nickel less than the coefficient of thermal expansion a conventional mold plate made of copper.
  • the nickel layer is preferably in a nickel bath with additives without current on the cooling surface of the Mold plate deposited. Because in this case, contour-sharp coatings are the cooling surface possible.
  • the layer thickness is very even, and the thermal conductivity of the layer is considerably lower than that of galvanic applied nickel. Regardless of the coating process, the layer thermal conductivity should but a maximum of 10% of the thermal conductivity of the copper Mold plate amount.
  • the insulating properties of the layer are even better if the layer is five to five twenty percent from phosphorus and - apart from impurities - consists of nickel. Because in this case the layer thermal conductivity is less than 3% of the thermal conductivity of the copper mold plate.
  • the cooling surface can be on a rear side opposite the working surface arranged cooling groove or as opposite to the work surface Back of the closed cooling hole.
  • the cooling groove has a bottom surface and side walls.
  • the Layer only be applied to the bottom surface and / or also on the side walls.
  • the temperature distribution over the mold length can be influenced.
  • the layer length is at least 100 mm, preferably between 300 mm and 500 mm. Alternatively, the layer can also extend over the entire length of the mold.
  • a continuous casting plant has mold plates 1 made of copper.
  • each Mold plate 1 has a working surface 2, which is in a casting direction x extends over a mold length L.
  • a molten metal 3 usually a molten steel.
  • the molten metal 3 gradually solidifies into a metal strand 4, which in the casting direction x is withdrawn from the mold plates 1.
  • the mold plates 1 For the controlled solidification of the molten metal 3 to the metal strand 4, one must considerable amount of heat, the so-called pouring heat, dissipated via the mold plates 1 become.
  • the mold plates 1 therefore have according to Figure 2 cooling surfaces 5, which is not shown during operation of the continuous casting mold Cooling medium, e.g. B. water, contact.
  • the cooling surfaces 5 are on one Rear 6 arranged, which is opposite the work surface 2. You are for Back 6 open. They are designed as cooling grooves 5.
  • the mold plate 1 consists of copper. It therefore has one high thermal conductivity W of, for example, approx. 377 W / mK.
  • a layer 7 is therefore to be imprinted on the cooling surfaces 5 applied.
  • the layer 7 has a thermal conductivity S, which is considerable is smaller than the thermal conductivity W of the copper plate.
  • layer 7 consists essentially of nickel, with a phosphorus content of 5% to 20% added.
  • the Phosphorus content between 9% and 14%, e.g. B. at 10% to 12%.
  • the thermal conductivity The layer can be reduced even further by using the Nikkelbad Adds up to 30% silicon carbide in addition to the phosphor. Otherwise layer 7 contains only minor impurities.
  • the layer 7, as shown schematically in FIG. 3, is preferably thereby applied that the mold plate 1 is placed in a nickel bath 8. There the layer 7 is then applied to the cooling surfaces 5 without current.
  • Such Nickel layer 7 has a layer thermal conductivity S which, for example, is only approx. 5 W / mK is.
  • the layer 7 has a layer thickness d, which of course depends on the length of stay the mold plate 1 in the nickel bath 8 depends.
  • layer thicknesses d between 40 pm and 80 pm, z. B. 60 um, on the cooling surfaces 5 applicable.
  • a layer can also be used 7 with a layer thickness d of up to 200 ⁇ m.
  • the cooling grooves 5 have bottom surfaces 9 and side walls 10, while 5 webs 11 are arranged between the cooling minutes.
  • the layer 7 only to the floor surfaces 9.
  • layer 7 on the bottom surfaces 9 and the side walls 10 apply.
  • layer 7 over the entire area So both on floor surfaces 9 and 10 side walls 10 of the cooling minutes 5 also on the intermediate webs 11. According to FIG. 2, the two on the left Cooling minutes 5 fully coated, while the two right cooling grooves 5 only the bottom surfaces 9 are coated.
  • the layer 7 extends over the entire mold length L extends. This is the case with the outer cooling channels in FIG. 2.
  • the Layer length I is preferably between 300 mm and 500 mm, at least but 100 mm. This is the case with the inner cooling channels in FIG. 2.
  • the mold plate 1 according to FIG. 4 differs from the mold plate 1 according to Figure 2 in that instead of cooling minutes 5, the back 6 open are cooling bores 5 '.
  • the cooling holes 5 ' are connected to the Provide layer 7, again alternatively a complete or only partial Coating over the length of the cooling holes 5 'is possible.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokillenplatte aus Kupfer einer Kokille für eine Stranggießanlage, 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 Kühlfläche, wobei die Kokillenplatte eine Wärmeleitfähigkeit aufweist und sich in einer Gießrichtung über eine Kokillenlänge erstreckt.
Eine derartige Kokillenplatte ist beispielsweise aus der EP 0 149 734 B1 bekannt. Die Kokillenplatten weisen im oberen Bereich eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine größere Hitzebeständigkeit auf als im unteren Bereich.
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.
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.
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.
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.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf die Kühlfläche zumindest in einem Teilbereich eine Schicht mit einer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht ist, daß die Schicht-Wärmeleitfähigkeit der Schicht kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der Kokillenplatte ist, daß die Schicht im wesentlichen aus Nickel besteht und daß die Schicht eine in einem Nickelbad stromlos auf die Kühlfläche aufgebrachte Schicht ist
Besonders vorteilhaft ist, daß die Schicht im wesentlichen aus Nickel besteht, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Nickel kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient einer üblichen Kokillenplatte aus Kupfer ist. Die Nickelschicht wird 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.
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.
Die Kühlfläche kann als auf einer der Arbeitsfläche gegenüberliegenden Rückseite angeordnete Kühlnut oder als bezüglich einer der Arbeitsfläche gegenüberliegenden Rückseite geschlossene Kühlbohrung ausgebildet sein.
Die Kühlnut weist eine Bodenfläche und Seitenwände auf. Wahlweise kann die Schicht nur auf die Bodenfläche und/oder auch auf die Seitenwände aufgebracht sein.
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.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:
Figur 1
eine Stranggießkokille im Betrieb,
Figur 2
einen Ausschnitt einer Kokillenplatte mit Kühlelementen,
Figur 3
ein Beschichtungsverfahren und
Figur 4
einen weiteren Kokillenplattenausschnitt mit Kühlbohrungen.
Gemäß Figur 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.
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 Figur 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. 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 Kühiflächen 5 eine Schicht 7 aufgebracht. Die Schicht 7 weist eine Wärmeleitfähigkeit S auf, welche erheblich kleiner als die Wärmeleitfähigkeit W der Kupferplatte ist.
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 Nikkelbad zusätzlich zum Phosphor noch bis zu 30% Siliziumkarbid beigibt. Ansonsten enthält die Schicht 7 lediglich noch geringfügige Verunreinigungen.
Vorzugsweise wird die Schicht 7, wie schematisch in Figur 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 Schicht-Wärmeleitfähigkeit S auf, die bspw. bei nur ca. 5 W/mK liegt.
Die Schicht 7 weist eine Schichtdicke d auf, die selbstverständlich von der Verweildauer der Kokillenplatte 1 im Nickelbad 8 abhängt. Mittels üblicher Nickelbäder 8 sind Schichtdicken d zwischen 40 pm und 80 pm, z. B. 60 um, auf die Kühlflächen 5 aufbringbar. In einem Spezial-Nickelbad 8 kann aber auch eine Schicht 7 mit einer Schichtdicke d bis zu 200 um aufgebracht werden.
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.
Beispielsweise weisen die Kühlnuten 5 Bodenflächen 9 und Seitenwände 10 auf, während zwischen den Kühinuten 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 Kühinuten 5 als auch auf die dazwischenliegenden Stege 11. Gemäß Figur 2 sind die beiden linken Kühinuten 5 vollflächig beschichtet, während bei den beiden rechten Kühlnuten 5 nur die Bodenflächen 9 beschichtet sind.
Es ist ferner möglich, daß die Schicht 7 sich über die gesamte Kokillenlänge L erstreckt. Dies ist bei den äußeren Kühlkanälen in Figur 2 der Fall. Alternativ kann sich die Schicht 7 auch nur von einem in Gießrichtung x gesehen oberen Rand 12 über eine Schichtlänge I erstrecken, die kleiner als die Kokillenlänge L ist. Die Schichtlänge I beträgt vorzugsweise zwischen 300 mm und 500 mm, mindestens aber 100 mm. Dies ist bei den inneren Kühlkanälen in Figur 2 der Fall.
Die Kokillenplatte 1 gemäß Figur 4 unterscheidet sich von der Kokillenplatte 1 gemäß Figur 2 dadurch, daß sie statt Kühinuten 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.
Bezugszeichenliste
1
Kokillenplatte
2
Arbeitsfläche
3
Metallschmelze
4
Metallstrang
5
Kühlflächen/Kühlnuten
5'
Kühlflächen/Kühlbohrungen
6
Rückseite
7
Schicht
8
Nickelbad
9
Bodenfläche
10
Seitenwände
11
Stege
12
oberer Rand
d
Schichtdicke
I, L
Längen
N, S, W
Leitfähigkeiten
x
Gießrichtung

Claims (10)

  1. Kokillenplatte (1) aus Kupfer einer Kokille für eine Stranggießanlage, mit einer im Betrieb der Stranggießanlage einer Metallschmelze (3) bzw. einem (teil-) erstarrten Metallstrang (4) zugewandten Arbeitsfläche (2) und mindestens einer im Betrieb der Stranggießanlage ein Kühlmedium kontaktierenden Kühlfläche (5, 5'), wobei die Kokillenplatte eine Wärmeleitfähigkeit (W) aufweist und sich in einer Gießrichtung (x) über eine Kokillenlänge (L) erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kühlfläche (5, 5') zumindest in einem Teilbereich eine Schicht (7) mit einer Schicht-Wärmeleitfähigkeit (S) aufgebracht ist, daß die Wärmeleitfähigkeit (S) der Schicht (7) kleiner als die Wärmeleitfähigkeit (W) der Kokillenplatte (1) ist, daß die Schicht (7) im wesentlichen aus Nickel besteht und daß die Schicht (7) eine in einem Nickelbad (8) stromlos auf die Kühlfläche (5, 5') aufgebrachte Schicht (7) ist.
  2. Kokillenplatte nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) zu fünf bis zwanzig Prozent aus Phosphor und im übrigen - abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen - aus Nickel besteht.
  3. Kokillenplatte nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) zwischen fünf und zwanzig Prozent Phosphor, bis zu 30 Volumenprozent Siliziumkarbid, und im übrigen - abgesehen von geringfügigen Verunreinigungen - Nickel aufweist.
  4. Kokillenplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) eine Schichtdicke (d) unter 200 µm, insbesondere zwischen 40 µm und 80 µm, aufweist.
  5. Kokillenplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche (5) als auf einer der Arbeitsfläche (2) gegenüberliegenden Rückseite (6) angeordnete Kühlnut (5) ausgebildet ist, und diese allseitig beschichtet ist.
  6. Kokillenplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlnut (5) eine Bodenfläche (9) und Seitenwände (10) aufweist und daß die Schicht (7) nur auf die Bodenfläche (9) aufgebracht ist.
  7. Kokillenplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche (5') als bezüglich einer der Arbeitsfläche (2) gegenüberliegenden Rückseite (6) geschlossene Kühlbohrung (5') ausgebildet ist.
  8. Kokillenplatte nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) sich von einem in Gießrichtung (x) gesehen oberen Rand (12) über eine Schichtlänge (1) erstreckt und daß die Schichtlänge (1) kleiner als die Kokillenlänge (L) ist.
  9. Kokillenplatte nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtlänge (1) mindestens 100 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm und 500 mm, beträgt.
  10. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) sich über die gesamte Kokillenlänge (L) erstreckt.
EP99972136A 1998-11-13 1999-11-04 Kokillenplatte einer stranggiessanlage Expired - Lifetime EP1128919B1 (de)

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DE19852473A DE19852473C5 (de) 1998-11-13 1998-11-13 Kokillenplatte einer Stranggießanlage
DE19852473 1998-11-13
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EP1128919A1 EP1128919A1 (de) 2001-09-05
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AT (1) ATE224782T1 (de)
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DE (2) DE19852473C5 (de)
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