EP2483017B1 - Giessform - Google Patents

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Publication number
EP2483017B1
EP2483017B1 EP10759567.0A EP10759567A EP2483017B1 EP 2483017 B1 EP2483017 B1 EP 2483017B1 EP 10759567 A EP10759567 A EP 10759567A EP 2483017 B1 EP2483017 B1 EP 2483017B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
expansion joints
expansion
mold
width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP10759567.0A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2483017A1 (de
Inventor
Ludwig Schmitz
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KME Special Products GmbH and Co KG
Original Assignee
KME Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KME Germany GmbH filed Critical KME Germany GmbH
Publication of EP2483017A1 publication Critical patent/EP2483017A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2483017B1 publication Critical patent/EP2483017B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
    • 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
    • B22D11/057—Manufacturing or calibrating the moulds
    • 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
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/0648—Casting surfaces

Definitions

  • the invention relates to a mold plate with the features of claim 1.
  • mold plates made of copper materials experience a considerable heat load, which is very high especially in the region of the casting bath level and in particular in fast casting continuous casting plants with casting speeds of significantly more than 2 m / min. This heat load leads to material changes in the copper material or to cracks, whereby the service life of the mold is greatly reduced.
  • Copper based on a CuCrZr, a CuCoBe or a CuNiBe alloy shows less bulging, but tends to sink Thermal cycling earlier crack formation than CuAg-based copper materials. Therefore, copper materials based on CuCrZr, CuCoBe or CuNiBe, especially in the rapid continuous casting process of slabs, are used only in exceptional cases.
  • the grooves are filled to increase the life of the mold.
  • the grooves are filled with more ductile metals than those of the casting mold in order to allow a greater elongation of the surface layers of the forming part of the casting mold without the risk of penetration of cast metal into the grooves ( DE 12 96 746 B ).
  • Another approach is to introduce particularly hard materials into the grooves to provide improved protection against wear ( US Pat. No. 3,349,836 ).
  • the invention is based on the object to show a mold plate, in which both bulges and cracks in the bathroom mirror area can be avoided, whereby the service life of the molds can be increased and copper materials in particular CuCrZr-, CuCoBe- or CuNiBe alloys during rapid casting can be used.
  • At least one expansion joint is arranged in the casting surface, wherein the expansion joint has a width which is so small that no molten metal penetrates into the expansion joint during the casting process. Due to the expansion joints, it is favored that the copper material can expand in several directions according to the heat loads. As a result, unilateral bulges of the mold are avoided. Harmful internal stresses can be reduced or completely avoided. In addition, a rapid cooling of the molds without cracking is possible.
  • a special feature is that the width of the expansion joint is chosen very small, and so small that a molten metal can not enter the expansion joint due to their surface tensions.
  • different metal melts can be cast, but especially steel, aluminum or copper alloys.
  • the expansion joints have the function of compensating for thermal expansions of the material areas lying between the expansion joints and preventing the formation of cracks during rapid cooling.
  • An expansion joint is not to be understood as a surface texture, but basically has a much greater depth than width. The ratio between depth and width is at least 10: 1, in particular 20: 1 to 50: 1.
  • the expansion joints have a very narrow width, which lies in a range of 0.1 to a maximum of 0.4 mm.
  • the mouth-side width should not be greater than 0.4 mm during the casting process, ie at maximum thermal load on the casting mold. It is no larger than 0.4 mm even at room temperature.
  • the width of the expansion joints depends not only on the surface tension of the molten metal, but also on the distance of the expansion joints. Primarily, it must be ensured that no molten metal penetrates into the expansion joints. On the other hand, however, the expansion joint must also be wide enough to be able to compensate for the thermal expansion of adjacent material areas. It is considered advantageous if the width at least in the region of the mouth, ie at the casting area near the expansion joint, during the casting process by at least 90% reduced compared to the measured width at room temperature.
  • the expansion joints are arranged at a distance from each other, which is chosen so that the expansion joints are closed by thermal expansion during the casting process in the maximum mouth side. That is, the expansion joints are open at room temperature, but are sized and arranged to close largely or completely by thermal expansion.
  • the expansion joints can be arranged parallel and / or transversely to the casting direction.
  • the expansion joints may also be arranged in certain patterns, for example in honeycomb form or diamond shape.
  • the expansion joints can be made straight or curved in their course.
  • the expansion joints need not all have the same cross-section or the same length. The design and arrangement of the expansion joints depends on the specific application.
  • the expansion joints can be arranged in different distances. In principle, however, the aim is to arrange the expansion joints so that they close at the mouth side during the casting process.
  • the side walls of the expansion joints can be parallel to each other at room temperature.
  • the choice of the joint geometry is made dependent on the temperature gradient in the respective area of the casting mold.
  • the expansion joints should contribute to the absence of tension within the mold. Therefore, the joint bottom of the expansion joints may either be at an angle to the side walls of the expansion joints, i. be square, or even rounded, to avoid voltage spikes.
  • the expansion joints have a certain minimum depth.
  • the depth of the expansion joints should be such that the deepest, ie the lowest point of the expansion joints, is thermally as free of stress as possible by cooling.
  • the casting mold is always cooled.
  • cooling channels in the form of cooling grooves or cooling holes are mounted on the back of the mold.
  • the expansion joints are to extend to a depth of the mold in which occur due to the back cooling during the casting process no temperature-induced and leading to bulges of the mold tensions.
  • the expansion joint may have a depth at its lowest point which is at least 8 mm.
  • the depth of the expansion joints may be downwards, i. in the casting direction, decrease as the temperature load continuously decreases with increasing distance from the casting mirror.
  • the expansion joint must be designed so long that the joint bottom always remains sufficiently tension-free. The joint bottom can therefore run from top to bottom with decreasing depth at a shallow angle straight to the casting surface.
  • the joint bottom can be curved in a longitudinal section.
  • the expansion joints are temporarily closed for the casting start.
  • a filler is provided, which dissolves during the casting process from the expansion joints. In this way, it is possible to provide expansion joints of relatively large width, which close only at elevated temperatures or are reduced in width so far that no molten metal can penetrate into the expansion joint.
  • the filler is graphite paste.
  • the expansion joints are located in the area of the highest temperature load during casting. It is possible that the expansion joints start above the casting level, or that an upper end of the expansion joints is located above the casting level. It is also conceivable that the expansion joints are arranged completely below the casting mirror.
  • a particular advantage of the casting mold according to the invention is that due to the geometric design, copper materials based on a CuCrZr, CuCoBe or a CuNiBe alloy can also be used. It has been shown that when casting with CuAg alloys as a copper material for casting molds, especially in rapid casting, it can not be prevented that the near-surface layers of mold plates are heated to temperatures above 350 ° C in the bath level range, whereby a recrystallization of the copper material begins. As a result, the copper material becomes coarse-grained and soft and loses resistance to erosion and other attacks.
  • a particular effect that is found in CuAg materials is the strong bulge at first use. The local bulge in the bathroom mirror area prevents adjustment of the narrow sides of the mold during casting. at A renewed casting start can cause large gaps between narrow side and broad side near the bulge.
  • CuCrZr-, CuCoBe- and CuNiBe-based copper materials do not or only very gradually change their material properties at the temperatures during casting. However, these copper materials also experience internal thermal stresses due to the heat introduced during the casting process. The sudden temperature fluctuations due to sudden changes in the level of the bath level or at the end of the casting process very quickly lead to cracks in these latter copper alloys, which undesirably limit the range of use of this copper alloy.
  • CuCrZr alloys having a chromium content of 0.65% and a zirconium content of 0.1% and CuCoBe alloys having a cobalt content of 1.0% and a beryllium content of 0.1% and CuNiBe Alloys with a nickel content of 1.5 wt .-% and a beryllium content of 0.2 wt .-% also for fast casting operations, especially in continuous casting molds use.
  • the expansion joints can be machined, for example by using very thin saw blades. It is also possible to burn in the expansion joints with a laser or to produce them by suitable erosion processes. Other machining forms and the combination of the exemplified manufacturing processes are not excluded.
  • FIG. 1 shows a small section of a casting mold made of copper material, in particular in the form of a mold plate of a continuous casting mold.
  • FIG. 1 shows a cross section through a portion of a mold in the form of a mold plate.
  • the casting mold 1 has a casting surface 2 facing a molten metal, not shown in more detail.
  • a plurality of expansion joints 3 are arranged, which run parallel to one another and are perpendicular to the casting surface 2.
  • the expansion joints 3 are identically configured and have a width B which is so small that no molten metal penetrates into the expansion joint 3 during the casting process. In this embodiment, the width B is 0.4 mm.
  • the expansion joints 3 are filled with a filler 4 in the form of graphite paste. During the casting process, this filler 4 dissolves from the expansion joints 3. At the casting start, it prevents the entry of molten metal in the expansion joints. 3
  • the illustrated expansion joints 3 are open at their mouth side 5. They have a depth T which is substantially greater than the width B and is preferably at least 8 mm.
  • the expansion joints 3 extend into a depth region of the casting mold 1, which lies close to cooling recesses 6 which project from the back 7 of the illustrated casting mold 1 into the casting mold 1.
  • the cooling recesses 6 are flowed through by cooling water.
  • the depth T of the expansion joints 3 is dimensioned such that the lowest of the expansion joints 3 is free from thermal stresses by cooling in the region of the cooling recesses 6. However, it is inevitable that the copper material of the mold 1 thermally expands close to the casting surface 2, as in FIG. 2 can be seen.
  • the mouth 8 of the expansion joints 3 closes during the casting process, so that no molten metal penetrate into the expansion joint 3 can.
  • the expansion joints 3 therefore have during the casting process from the groove bottom upwardly conically narrowing cross-section.
  • the expansion joints 3 open again at the mouth, so that there is no cracking within the casting surface 2 or the casting mold 1.
  • the side walls 9 of the expansion joint 3 then run parallel to each other again, as in FIG. 1 is shown, and are no longer at an angle to each other, as it is FIG. 2 shows.
  • FIG. 3 shows a variant in which the mouth side 5 of the expansion joint 3 is closed by a wear-reducing coating 10.
  • the expansion joints 3 prevent cracking of the copper material in this variant or contribute to avoid bulges. This works in particular even if the coating 10 has been removed by progressive wear of the mold 1.
  • the bottom of the joint 11 is rounded off by way of example for all other embodiments.
  • the joint base 11 may also be angular, as in the embodiments of the Figures 1 and 2 can be seen.
  • the embodiments of the FIG. 4 is different from the one of FIG. 3 in that the expansion joints 3 are not closed on the outlet side by a coating 10, but by a remelting process, such as, for example, the friction stir welding.
  • FIG. 5 shows a sectional view taken along the line VV of FIG. 4 , It can be seen that the depth T of the expansion joint 3 decreases toward its ends 12.
  • the joint base 11 is rounded to a certain extent in the longitudinal direction of the expansion joint 3. The transition from the lowest of the expansion joint 3 to the casting surface 2 is thus not abrupt, but continuously.
  • the Figures 6a-c show three different embodiments of a possible course of the expansion joints 3. These are each views of the casting surface 2 of a mold 1.
  • the expansion joints 3 extend parallel to each other in the casting direction G of the molten metal, which flows past the casting mold in the image plane from top to bottom.
  • the alternative embodiment according to FIG. 2 shows expansion joints 3, which are oriented transversely to the casting direction G.
  • the variant according to FIG. 6c shows crossing expansion joints 3, so that a checkerboard or honeycomb pattern arises. Any other orientation of the expansion joints 3 is possible.
  • the course of the expansion joints is not necessarily linear straight, but may be curved. Just as the course of the expansion joints may vary, it is possible to vary the depth, width and spacing of the expansion joints 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kokillenplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Beim Gießen, insbesondere Stranggießen von Metallen, insbesondere Stahl, erfahren Kokillenplatten aus Kupferwerkstoffen eine erhebliche Wärmebelastung, die speziell im Bereich des Gießbadspiegels und im Besonderen bei schnell gießenden Stranggießanlagen mit Gießgeschwindigkeiten von deutlich mehr als 2 m/min sehr hoch ist. Diese Wärmebelastung führt zu Materialveränderungen im Kupferwerkstoff oder auch zu Rissen, wodurch die Standzeit der Gießform stark verringert wird.
  • Bei schnell gießenden Stranggießanlagen, z.B. bei Dünnbrammenanlagen, wird heute fast ausschließlich eine CuAg-Legierung als Kupferwerkstoff verwendet. Speziell beim Ersteinsatz neuer Kokillenplatten müssen diese nach relativ kurzer Zeit aus dem Fertigungsprozess genommen und ausgetauscht werden, da sich im Gieß- oder Badspiegelbereich Ausbauchungen einstellen. Durch die Ausbauchungen kann es zu einem Fließen des dahinter liegenden Materials kommen, so dass die Ausbauchung letztlich dauerhaft ist und die entsprechende Kokillenplatte nachbearbeitet werden muss.
  • Kupferwerkstoffe, die auf einer CuCrZr-, einer CuCoBe- oder einer CuNiBe-Legierung basieren, zeigen weniger starke Ausbauchungen, sie neigen jedoch unter Temperaturwechselbeanspruchung früher zur Rissbildung als Kupferwerkstoffe auf CuAg-Basis. Daher werden Kupferwerkstoffe auf CuCrZr-, CuCoBe- oder CuNiBe-Basis, insbesondere beim schnellen Stranggießprozess von Brammen, nur in Ausnahmefällen eingesetzt.
  • Es zählt zum Stand der Technik, Gießformen mit Rillen oder Nuten zu versehen um thermische Spannungen in der Gießform abzubauen ( US 3 437 128 A , DE 12 96 746 B , JP 2004 19 5517 A , JP 62 114745 A , EP 0 237 318 A2 ). Teilweise werden die Nuten verfüllt, um die Lebensdauer der Gießform zu erhöhen. Das Verfüllen der Nuten erfolgt mit duktileren Metallen, als demjenigen der Gießform, um eine stärkere Dehnung der Oberflächenschichten den formgebenden Teil der Gießform zu ermöglichen, ohne das gleichzeitig die Gefahr des Eindringens von Gießmetall in die Nuten besteht ( DE 12 96 746 B ). Ein anderer Ansatz sieht vor, besonders harte Werkstoffe in die Nuten einzubringen um einen verbesserten Schutz gegen Verschleiß zu schaffen ( US 3 349 836 A ).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kokillenplatte aufzuzeigen, bei welcher sowohl Ausbauchungen als auch Rissbildungen im Badspiegelbereich vermieden werden können, wodurch die Einsatzzeiten der Gießformen erhöht werden können und wobei Kupferwerkstoffe insbesondere aus CuCrZr-, CuCoBe- oder CuNiBe-Legierungen beim schnellen Gießen einsetzbar werden.
  • Die Erfindung wird durch eine Kokillenplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
  • Wesentlich ist, dass in der Gießfläche wenigstens eine Dehnfuge angeordnet ist, wobei die Dehnfuge eine Breite aufweist, die so klein ist, dass während des Gießprozesses keine Metallschmelze in die Dehnfuge eindringt. Durch die Dehnfugen wird es begünstigt, dass sich der Kupferwerkstoff entsprechend der Wärmebelastungen in mehrere Richtungen ausdehnen kann. Dadurch werden einseitige Ausbauchungen der Gießform vermieden. Schädliche innere Spannungen können vermindert oder vollständig vermieden werden. Zudem ist ein schnelles Abkühlen der Gießformen ohne Rissbildung möglich.
  • Ein besonderes Merkmal ist, dass die Breite der Dehnfuge sehr klein gewählt ist, und zwar so klein, dass eine Metallschmelze auf Grund ihrer Oberflächenspannungen nicht in die Dehnfuge eintreten kann. Mit der erfindungsgemäßen Gießform können unterschiedliche Metallschmelzen gegossen werden, insbesondere aber Stahl-, Aluminium- oder Kupferlegierungen.
  • Die Dehnfugen haben die Funktion, thermische Ausdehnungen der zwischen den Dehnfugen liegenden Werkstoffbereiche zu kompensieren und die Rissbildung beim schnellen Abkühlen zu verhindern. Standardmäßig werden Kokillen auf ihrer Kontaktseite zur Metallschmelze plan oder mit sehr leichten Oberflächentexturen ausgeführt, wobei insgesamt immer noch eine nahezu ebene Oberfläche vorliegt. Diese Texturen haben auf die Verhältnisse im Badspiegel der Metallschmelze einen relativ geringen Einfluss. Eine Dehnfuge ist nicht als Oberflächentextur zu verstehen, sondern besitzt grundsätzlich eine wesentlich größere Tiefe als Breite. Das Verhältnis zwischen Tiefe und Breite beträgt mindestens 10:1, insbesondere 20:1 bis 50:1. Die Dehnfugen besitzen eine sehr geringe Breite, die in einem Bereich von 0,1 bis maximal 0,4 mm liegt. Die mündungsseitige Breite sollte während des Gießvorgangs, also bei maximaler thermischer Belastung der Gießform, nicht größer als 0,4 mm sein. Sie ist bereits bei Raumtemperatur nicht größer als 0,4 mm.
  • Die Breite der Dehnfugen hängt nicht nur von der Oberflächenspannung der Metallschmelze ab, sondern auch von dem Abstand der Dehnfugen. Primär muss sichergestellt sein, dass keine Metallschmelze in die Dehnfugen eindringt. Andererseits muss die Dehnfuge aber auch breit genug sein, um die thermische Ausdehnung angrenzender Werkstoffbereiche ausgleichen zu können. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn sich die Breite zumindest im Bereich der Mündung, d.h. am gießflächennahen Bereich der Dehnfuge, während des Gießvorgangs um wenigstens 90 % verkleinert gegenüber der bei Raumtemperatur gemessenen Breite. Vorzugsweise sind die Dehnfugen in einem Abstand zueinander angeordnet, der so gewählt ist, dass die Dehnfugen durch Wärmeausdehnung während des Gießvorgangs im Maximum mündungsseitig geschlossen sind. Das heißt, dass die Dehnfugen bei Raumtemperatur offen sind, jedoch so bemessen und angeordnet sind, dass sie sich durch thermische Ausdehnungen größtenteils oder vollständig schließen.
  • Die Dehnfugen können parallel und/oder quer zur Gießrichtung angeordnet sein. Die Dehnfugen können auch in bestimmten Mustern, beispielsweise in Wabenform- oder Rautenform, angeordnet sein. Die Dehnfugen können in ihrem Verlauf gerade oder gekrümmt ausgeführt sein. Die Dehnfugen müssen nicht alle den gleichen Querschnitt oder die gleiche Länge besitzen. Die Gestaltung und Anordnung der Dehnfugen hängt von dem konkreten Anwendungsfall ab.
  • Je nach Lage der Dehnfugen können diese in voneinander abweichenden Abständen angeordnet sein. Grundsätzlich wird jedoch angestrebt, die Dehnfugen so anzuordnen, dass diese sich mündungsseitig während des Gießvorgangs schließen.
  • Aus fertigungstechnischen Gründen können die Seitenwände der Dehnfugen bei Raumtemperatur parallel zueinander verlaufen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Dehnfugen als Hinterschneidungen auszubilden oder mit einer Breite, die zur Mündungsseite hin etwas größer ist als zu ihrem Fugengrund hin. Die Wahl der Fugengeometrie wird vom Temperaturgefälle in dem jeweiligen Bereich der Gießform abhängig gemacht.
  • Die Dehnfugen sollen zur Spannungsfreiheit innerhalb der Gießform beitragen. Daher kann der Fugengrund der Dehnfugen entweder im Winkel zu den Seitenwänden der Dehnfugen stehen, d.h. eckig sein, oder aber auch gerundet sein, um Spannungsspitzen zu vermeiden.
  • Wesentlich für die Funktion des Spannungsausgleichs ist, dass die Dehnfugen eine bestimmte Mindesttiefe haben. Insbesondere soll die Tiefe der Dehnfugen derart bemessen sein, dass das Tiefste, d.h. der tiefstliegendste Punkt der Dehnfugen, durch Kühlung thermisch möglichst spannungsfrei ist. Die Gießform wird grundsätzlich gekühlt. Hierzu sind Kühlkanäle in Form von Kühlnuten oder Kühlbohrungen auf der Rückseite der Gießform angebracht. Die Dehnfugen sollen sich bis in eine Tiefe der Gießform erstrecken, in der durch die rückseitige Kühlung während des Gießprozesses keine temperaturbedingten und zu Ausbauchungen der Gießform führenden Spannungen auftreten. Zu diesem Zweck kann die Dehnfuge an ihrer tiefsten Stelle eine Tiefe besitzen, die mindestens 8 mm beträgt.
  • Die Tiefe der Dehnfugen kann nach unten hin, d.h. in Gießrichtung, abnehmen, da die Temperaturbelastung mit zunehmendem Abstand vom Gießspiegel kontinuierlich abnimmt. Die Dehnfuge ist so lang auszuführen, dass der Fugengrund immer ausreichend spannungsfrei bleibt. Der Fugengrund kann daher von oben nach unten mit abnehmender Tiefe in einem flachen Winkel gerade zur Gießfläche verlaufen.
  • Für einen spannungsarmen Verlauf ist insbesondere vorgesehen, dass die Tiefe der Dehnfuge zu den Enden der Dehnfugen hin abnimmt. Der Fugengrund kann im Längsschnitt bogenförmig verlaufen.
  • Die Dehnfugen sind für den Gießstart temporär verschlossen. Hierzu ist ein Füllstoff vorgesehen, der sich während des Gießvorgangs aus den Dehnfugen löst. Auf diese Weise ist es möglich, Dehnfugen relativ großer Breite vorzusehen, die sich erst bei erhöhten Temperaturen schließen bzw. in der Breite so weit reduziert werden, dass keine Metallschmelze in die Dehnfuge eindringen kann. Der Füllstoff ist Graphitpaste.
  • Die Dehnfugen sind im Bereich der höchsten Temperaturbelastung beim Gießen angeordnet. Es ist möglich, dass die Dehnfugen oberhalb des Gießspiegels beginnen, bzw. dass sich ein oberes Ende der Dehnfugen oberhalb des Gießspiegels befindet. Es ist auch denkbar, dass die Dehnfugen vollständig unterhalb des Gießspiegels angeordnet sind.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Gießform ist, dass auf Grund der geometrischen Gestaltung auch Kupferwerkstoffe auf Basis einer CuCrZr-, CuCoBe- oder einer CuNiBe-Legierung zum Einsatz kommen können. Es hat sich gezeigt, dass beim Gießen mit CuAg-Legierungen als Kupferwerkstoff für Gießformen, speziell beim Schnellgießen, nicht verhindert werden kann, dass im Badspiegelbereich die oberflächennahen Schichten von Kokillenplatten auf Temperaturen oberhalb 350 °C erhitzt werden, wodurch eine Rekristallisation des Kupferwerkstoffs einsetzt. Infolgedessen wird der Kupferwerkstoff grobkörnig und weich und verliert die Widerstandsfähigkeit gegen Erosionen und anderen Angriffen. Ein besonderer Effekt, der bei CuAg-Werkstoffen festgestellt wird, ist das starke Ausbauchen beim Ersteinsatz. Die lokale Ausbauchung im Badspiegelbereich verhindert eine Verstellung der Kokillenschmalseiten während des Gießens. Bei erneutem Gießstart können nahe der Ausbauchung große Spalten zwischen Schmalseite und Breitseite entstehen.
  • Kupferwerkstoffe auf CuCrZr-, CuCoBe- und CuNiBe-Basis verändern ihre Materialeigenschaften bei den während des Gießens vorliegenden Temperaturen nicht oder nur sehr allmählich. Jedoch erfahren auch diese Kupferwerkstoffe durch die eingebrachte Wärme während des Gießprozesses innere thermische Spannungen. Die plötzlich auftretenden Temperaturschwankungen durch plötzliche Veränderungen der Badspiegelhöhe oder beim Ende des Gießvorgangs führen bei diesen zuletzt genannten Kupferlegierungen sehr rasch zu Rissen, welche das Einsatzspektrum dieser Kupferlegierung unerwünscht begrenzen. Mit der Erfindung ist es jedoch möglich, insbesondere CuCrZr-Legierungen mit einem Chromgehalt von 0,65 % und einem Zirkoniumgehalt von 0,1 % sowie CuCoBe-Legierungen mit einem Kobaltgehalt von 1,0 % und einem Berylliumgehalt von 0,1 % sowie CuNiBe-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 1,5 Gew.-% und einem Berylliumgehalt von 0,2 Gew.-% auch für schnelle Gießvorgänge insbesondere bei Stranggießkokillen einzusetzen.
  • Die Dehnfugen können auf Grund ihrer geringen Breite insbesondere spanabhebend, beispielsweise durch Verwendung sehr dünner Sägeblätter, hergestellt werden. Es ist auch möglich, die Dehnfugen mit einem Laser einzubrennen oder mit geeigneten Erodierverfahren herzustellen. Andere Bearbeitungsformen sowie die Kombination der beispielhaft genannten Fertigungsverfahren sind nicht ausgeschlossen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren 1, 2 und 6dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die anderen Figuren sind keine Ausführungsformen, für die Schutz begehrt wird. Sie dienen zur Illustration des Erfindungsgedankens. Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer Gießform bei Raumtemperatur;
    Figur 2
    den Querschnitt der Figur 1 während des Gießbetriebs;
    Figur 3
    eine Gießform mit einer Beschichtung auf der Gießfläche;
    Figur 4
    eine Gießform mit Dehnfugen, die durch ein Umschmelzverfahren geschlossen worden sind;
    Figur 5
    einen Längsschnitt entlang der Linie V-V der Figur 4;
    Figur 6a-c
    Draufsichten auf eine Gießfläche einer Gießform mit unterschiedlich orientierten Dehnfugen.
  • Figur 1 zeigt einen kleinen Ausschnitt einer Gießform aus Kupferwerkstoff, insbesondere in Form einer Kokillenplatte einer Stranggießkokille.
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer Gießform in Gestalt einer Kokillenplatte. Die Gießform 1 besitzt eine einer nicht näher dargestellten Metallschmelze zugewandten Gießfläche 2. In der Gießfläche 2 sind mehrere Dehnfugen 3 angeordnet, die parallel zueinander verlaufen und senkrecht zur Gießfläche 2 stehen. Die Dehnfugen 3 sind identisch konfiguriert und besitzen eine Breite B, die so klein ist, dass während des Gießprozesses keine Metallschmelze in die Dehnfuge 3 eindringt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite B 0,4 mm. Die Dehnfugen 3 sind mit einem Füllstoff 4 in Form von Graphitpaste gefüllt. Während des Gießvorgangs löst sich dieser Füllstoff 4 aus den Dehnfugen 3. Beim Gießstart verhindert er den Eintritt von Metallschmelze in die Dehnfugen 3.
  • Die dargestellten Dehnfugen 3 sind an ihrer Mündungsseite 5 offen. Sie besitzen eine Tiefe T, die wesentlich größer ist als die Breite B und vorzugsweise mindestens 8 mm beträgt. Die Dehnfugen 3 reichen bis in einen Tiefenbereich der Gießform 1, der nahe von Kühlaussparungen 6 liegt, die von der Rückseite 7 der dargestellten Gießform 1 in die Gießform 1 ragen. Die Kühlaussparungen 6 werden von Kühlwasser durchströmt. Die Tiefe T der Dehnfugen 3 ist derart bemessen, dass das Tiefste der Dehnfugen 3 durch Kühlung im Bereich der Kühlaussparungen 6 frei von thermischen Spannungen ist. Es ist allerdings unvermeidbar, dass sich der Kupferwerkstoff der Gießform 1 nahe im Bereich der Gießfläche 2 thermisch ausdehnt, wie in Figur 2 zu erkennen ist. Da die Temperatur im Bereich der Gießfläche 2 am größten ist, schließt sich die Mündung 8 der Dehnfugen 3 während des Gießvorgangs, so dass keine Metallschmelze in die Dehnfuge 3 eindringen kann. Die Dehnfugen 3 besitzen daher während des Gießvorgangs einen vom Nutgrund nach oben konisch enger werdenden Querschnitt.
  • Die Dehnfugen 3 sind idealerweise in einem Abstand A zueinander angeordnet, der so bemessen ist, dass der Abstand A, bei Raumtemperatur gemessen, zzgl. der Breite B, bei Raumtemperatur gemessen, dem Abstand C der Mündungen 8 der Dehnfugen während des Gießvorgangs entspricht. Mit anderen Worten gilt die Bedingung A+B=C. In diesem Zustand kommt es zu keinen thermischen Spannungen im Bereich der Mündung 8 und somit nicht zu Ausbauchungen der Gießform 1 in Richtung zur Metallschmelze. Beim Abkühlen nimmt der Abstand C der Mündungen 8 wieder auf den Abstand A bei Raumtemperatur ab. Die Dehnfugen 3 öffnen sich mündungsseitig wieder, so dass es nicht zu Rissbildungen innerhalb der Gießfläche 2 bzw. der Gießform 1 kommt. Die Seitenwände 9 der Dehnfuge 3 verlaufen dann wieder parallel zueinander, wie es in Figur 1 dargestellt ist, und stehen nicht mehr im Winkel zueinander, wie es Figur 2 zeigt.
  • Figur 3 zeigt eine Variante, bei welcher die Mündungsseite 5 der Dehnfuge 3 durch eine verschleißmindernde Beschichtung 10 verschlossen ist. Die Dehnfugen 3 verhindern auch bei dieser Variante eine Rissbildung des Kupferwerkstoffs bzw. tragen dazu bei, Ausbauchungen zu vermeiden. Dies funktioniert insbesondere auch dann, wenn die Beschichtung 10 durch fortschreitenden Verschleiß der Gießform 1 abgetragen worden ist.
  • Zusätzlich ist zu der Ausführungsform der Figur 3 anzumerken, dass der Fugengrund 11 beispielhaft für alle anderen Ausführungsformen gerundet ausgeführt ist. Der Fugengrund 11 kann auch eckig sein, wie es in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 zu erkennen ist.
  • Die Ausführungformen der Figur 4 unterscheidet sich von derjenigen der Figur 3 dadurch, dass die Dehnfugen 3 mündungsseitig nicht durch eine Beschichtung 10 verschlossen sind, sondern durch ein Umschmelzverfahren, wie beispielsweise das Reibrührschweißen.
  • Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V der Figur 4. Es ist zu erkennen, dass die Tiefe T der Dehnfuge 3 zu ihren Enden 12 hin abnimmt.
  • Insbesondere ist der Fugengrund 11 gewissermaßen in Längsrichtung der Dehnfuge 3 gerundet. Der Übergang vom Tiefsten der Dehnfuge 3 zur Gießfläche 2 erfolgt somit nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich.
  • Die Figuren 6a-c zeigen drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines möglichen Verlaufs der Dehnfugen 3. Es handelt sich jeweils um Ansichten auf die Gießfläche 2 einer Gießform 1. In der Variante gemäß Figur 6a verlaufen die Dehnfugen 3 in parallelem Abstand zueinander in Gießrichtung G der Metallschmelze, welche an der Gießform in der Bildebene von oben nach unten vorbeiströmt. Die alternative Ausführungsform gemäß Figur 2 zeigt Dehnfugen 3, die quer zur Gießrichtung G orientiert sind. Die Variante gemäß Figur 6c zeigt sich kreuzende Dehnfugen 3, so dass ein schachbrettartiges oder auch wabenförmiges Muster entsteht. Jede andere Orientierung der Dehnfugen 3 ist möglich. Der Verlauf der Dehnfugen ist nicht zwingend linear gerade, sondern kann gekrümmt sein. Ebenso wie der Verlauf der Dehnfugen variieren kann, ist es möglich, die Tiefe, die Breite und den Abstand der Dehnfugen 3 zu variieren.
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Gießform
    2 -
    Gießfläche
    3 -
    Dehnfuge
    4 -
    Füllstoff
    5 -
    Mündungsseite
    6 -
    Kühlaussparung
    7 -
    Rückseite
    8 -
    Mündung
    9 -
    Seitenwand
    10 -
    Beschichtung
    11 -
    Fugengrund
    12 -
    Ende
    A -
    Abstand
    B -
    Breite
    C -
    Abstand
    G -
    Gießrichtung
    T -
    Tiefe

Claims (7)

  1. Kokillenplatte aus einem Kupferwerkstoff mit einer einer Metallschmelze zugewandten Gießfläche (2), wobei an der Gießfläche (2) wenigstens eine Dehnfuge (3) mit einer Breite in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,4 mm angeordnet ist, wobei das Verhältnis Tiefe (T) zu Breite (B) mindestens 10 : 1 beträgt und wobei die Dehnfuge (3) mit einem Füllstoff in Form einer Graphitpaste gefüllt ist.
  2. Kokillenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) der Dehnfugen (3) zu den Enden (12) der Dehnfugen (3) hin abnimmt.
  3. Kokillenplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenwände (9) der Dehnfugen (3) bei Raumtemperatur parallel zueinander verlaufen.
  4. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnfugen (3) im Bereich der höchsten Temperaturbelastung der Kokillenplatte (1) angeordnet sind.
  5. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferwerkstoff eine CuCrZr-, eine CuCoBe- oder eine CuNiBe-Legierung ist.
  6. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fugengrund (11) der Dehnfuge (3) mit einem Übergangsradius versehen ist.
  7. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Tiefe (T) und Breite (B). einer Dehnfuge (3) in einem Bereich von 20 : 1 bis 50 : 1 liegt.
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