WO2001014084A1 - Kokille zum stahlstranggiessen von knüppel- und vorblockformaten - Google Patents

Kokille zum stahlstranggiessen von knüppel- und vorblockformaten Download PDF

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WO2001014084A1
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coating
mold according
mold
chill
mold cavity
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Adalbert Roehrig
Adrian Stilli
Franz Kawa
Holger Braun
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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
    • B22D11/059—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
    • B22D11/057—Manufacturing or calibrating the moulds

Definitions

  • the invention relates to a mold for continuous steel casting according to the preamble of claim 1.
  • tubular molds are used almost exclusively, the mold cavity of which is defined by a mold tube.
  • Such mold tubes usually consist of a tube made of copper or a copper alloy with a wall thickness of 8-25 mm, which is produced by a large number of expensive operations.
  • Chill pipes made of copper or a copper alloy are usually cold drawn in order to achieve a solidification which gives the chilled pipe the required strength.
  • the mold tube is provided with a casting cone in the mold cavity and is provided on the outside with a smooth wall or with smooth walls. In many cases, the mold cavity is provided with electroplated coatings made of chrome and nickel.
  • water is pumped at high speed, e.g. at 6 - 14 m / s, pressed through in a water gap on the outside of the copper pipe.
  • a water gap with a regular water gap width is required for uniform cooling of the copper pipe.
  • the water gap is determined on the one hand by the outer dimension of the copper pipe and on the other hand by a water jacket matched to this outer dimension.
  • the copper pipes represent wear parts that have to be replaced after 120 - 200 castings due to scratches, warpage, etc.
  • Various methods have become known for increasing the economic efficiency, all of which aim to supply such expensive copper pipes to a second and possibly third use.
  • the wear pattern of such molds is generally characterized by warping and cracking in the area of the bathroom mirror, caused by the high thermal stress, and by abrasive wear and scratches in the lower mold half. If such defects in the mold cavity are removed by machining, the mold cavity is enlarged and the cross-sectional dimension of the cast strands becomes larger. In order to avoid such enlargements of the strand cross-section, the explosion deformation of mold tubes on a mandrel matched to the mold cavity dimensions has become known. Other pressing methods for reshaping the expanded tubes have also become known. All of these reforming methods, such as explosion or press recalibration, have the common disadvantage of a reduction in the outer cross section of the mold tube. This reduction in cross-section increases the water gap between the mold tube and the water jacket in an uncontrolled manner, which in turn has an adverse effect on the cooling of the mold.
  • the invention has for its object to eliminate the disadvantages described in the prior art and in particular to redesign the mold structure for tubular molds in such a way that the costly production of billet and pre-block molds with cold-drawn tubes made of copper or copper alloys can be avoided. Another goal is seen in a mold construction that has a significantly longer service life and can be brought back to the desired dimensions in the area of the mold cavity by recalibration.
  • the mold according to the invention it is possible to overcome the disadvantages of tubular molds described in the prior art and to avoid the costly production of billet and bloom blocks from cold drawn copper pipes.
  • the coating is renewable, it is possible to re-coat the coating carrier as often as desired without changing casting parameters such as strand format or water gap.
  • the heat output of the mold can be easily adapted to specific needs.
  • the coating which is applied as a thick layer and brought to the desired cavity dimension with a preferably machining operation, can also, with regard to cooling capacity and, if desired, also with regard to wear, the specific requirements for continuous casting as a function of the continuous casting parameters, for example the casting temperature or the steel composition.
  • the coating has adequate heat resistance at the casting temperature.
  • the mold tube has to ensure high heat output on the one hand and the required stability on the other.
  • the service life during casting is regarded as a measure of the stability. At least two factors contribute to the stability of a mold tube.
  • the stability of a mold tube is determined on the one hand by its ability to withstand the high thermal load in the casting operation, caused by contact with a melt on the inside and simultaneous intensive cooling on the outside.
  • the stability of a mold tube is also determined by its ability to withstand the mechanical stresses in the casting operation.
  • the coating carrier can be designed in such a way that it ensures a high mechanical strength of the inner body and thus ensures the desired stability of the inner body, while the coating can be suitably selected with regard to the thermal properties and the thickness in order to dissipate the heat of the inner body to optimize.
  • a coating carrier which is made of a material with increased mechanical strength, can have a reduced wall thickness and therefore allow an increase in the heat output of the mold. Provided that the coating is renewable, repeated repairs can result in a significantly longer service life for the mold.
  • the coating carrier from aluminum or an aluminum alloy, for example from the alloy AlMgSil known as Anticorodal WN 6082.
  • Aluminum or aluminum Alloys have a thermal conductivity in the range of 130 - 220 W / mK. Since the coating carrier in the casting operation is always at a finite distance, given by the thickness of the coating, from a melt introduced into the mold cavity and the inner body is also cooled, a coating carrier made of aluminum or an aluminum alloy can be used in the casting operation are kept at a temperature at which aluminum or aluminum alloys have a particularly high strength. Solidified molded parts made of aluminum or an aluminum alloy can also be produced relatively inexpensively, for example by extrusion.
  • the coating can be varied to meet the specific requirements of continuous casting in the longitudinal direction of the mold and can also be adapted to different types of steel to be cast.
  • a highly thermally conductive material for example copper or a copper alloy with a thermal conductivity of 200-400 W / mK, is preferably selected at least in the area close to the bath level.
  • the coating is designed as a thick layer with a thickness of 0.5-5 mm, preferably 1-4 mm.
  • a coating can be produced galvanically or by plating or by means of thermal spraying, for example flame spraying or plasma spraying, and can be provided with a surface by machining which corresponds to the desired shape of the mold cavity with the required accuracy.
  • the mold described in the prior art can be reached, even if the thermal conductivity of the coating carrier is lower than the thermal conductivity of the coating.
  • the wall thicknesses that determine the heat transfer, in particular of the coating carrier, can be made relatively thin.
  • the coating carrier can be provided with cooling ribs on the side facing away from the mold cavity.
  • a distance between the cooling fins of, for example, 5-8 mm can be selected to set the cooling parameters.
  • the wall thickness of the coating carrier between the cooling fins can be 2-10 mm, preferably 5-8 mm.
  • a coating carrier with such thin wall thicknesses, together with a copper coating of, for example, 3 mm, ensures a high thermal output.
  • the coating carrier is produced from a pressable aluminum alloy with corresponding cooling fins in a press operation. It is also possible to assemble the coating carrier from several parts and then to coat the inside.
  • Coating supports for molds with a polygonal mold cavity cross section can be composed, for example, of several flat or curved plates, each of which forms one of the side walls of the mold that delimit the mold cavity
  • the different materials from the classic tubular mold give the mold according to the invention, with an optimal choice of the wall thickness of the coating carrier and the thickness of the coating, a number of properties which can be used with advantage with regard to the casting operation and the construction of casting systems.
  • the mold according to the invention has advantages with regard to the use of an electromagnetic stirrer on the outside of the coating carrier. With an optimal choice of material for the coating carrier, in comparison to known molds, an identical stirrer can achieve an increased stirring performance or a less powerful stirrer can be used to achieve the same stirring effect. Compared with copper or copper alloys, aluminum or aluminum alloys lead to a considerably lower attenuation of the electromagnetic field generated by an electromagnetic stirrer.
  • the mold according to the invention is relatively light in comparison to a corresponding mold made of copper or a copper alloy. Because of the lower weight, the mold oscillation required in the casting operation in the mold according to the invention can be carried out with simplified means in comparison with a corresponding mold made of copper or a copper alloy. The lower weight generally leads to easier handling of the mold according to the invention, in particular when replacing or installing and removing and when transporting the mold. All of the measures associated with transporting the mold can be carried out using simplified means.
  • the mold according to the invention therefore has an increased transparency for radioactive radiation in comparison to a comparable mold made of copper or a copper alloy.
  • This property of the mold according to the invention can advantageously be used with regard to the design of devices for measuring the level of the bath level of a melt introduced into the mold cavity of the mold.
  • the level of the bath level of a melt is usually determined with the aid of a measurement of the transmission of radioactive radiation through the walls of the mold transversely to the casting direction.
  • the mold according to the invention allows such transmission measurements to be carried out with increased sensitivity and, optionally, to work with weaker radioactive radiation sources and / or a simpler measurement technique.
  • Fig. 2 is a horizontal section through the mold along the line l-l of Fig. 1 and
  • Fig. 3 is a vertical section through another example of a mold.
  • FIG. 1 and 2 schematically show a billet or bloom block 3 with a mold cavity 4 for the continuous casting of steel.
  • Such molds are cooled intensively with a cooling medium, preferably cooling water.
  • a coating carrier 6 has a highly thermally conductive, renewable coating 7 made of copper or a copper alloy with a thermal conductivity of 200-400 W / mK on the mold cavity side.
  • This loading Layering 7 can be applied galvanically to the coating carrier 6. However, it can also be applied by thermal spraying, for example flame or plasma spraying, or by plating.
  • the mold cavity 4 is brought to the desired mold cavity dimension and the desired mold cavity surface quality by machining. All methods known in the prior art can be used for machining the mold cavity surface, in particular machining operations such as milling, grinding, spark erosion or machining with laser beams are suitable.
  • a lower and an upper mold end cover are shown with 10, 10 '.
  • the choice of material for the coating carrier 6 is geared firstly to the stability to fulfill the supporting function and to good dimensional stability at elevated temperature.
  • the strength of the coating carrier 6 should be higher than that of the coating at the temperatures achieved in the casting operation.
  • Aluminum or aluminum alloys are suitable as materials for the coating substrate. In the production of a coating carrier 6, for example, the excellent properties of aluminum and aluminum alloys during pressing can also be decisive.
  • Coating carriers 6 composed of several parts can also be used without disadvantages because the coating in the mold cavity seamlessly covers the seams between the individual parts.
  • the coating carrier can, for example, be constructed from several parts which are held together by welding, with the aid of suitable fastening means such as screws or rivets or in some other way.
  • the coating carrier 6 is provided with cooling ribs 11 on the side facing away from the mold cavity 4.
  • the distances between the cooling fins 11 are 5 to 8 mm.
  • the wall thickness 12 of the coating carrier 6 between the cooling fins 11 can also be dimensioned thin with 2-10 mm, preferably 5-8 mm.
  • a mold 20 with, for example, a square cross section is provided with a stirring device 21.
  • the stirring device 21 can be brought closer to the mold cavity 22 due to the different structure of the mold compared to classic tubular molds.
  • the material for to optimize the coating carrier 23 and for the jacket 24 with regard to the requirements for the operation of the electromagnetic stirring device 21.
  • the strength of the electromagnetic field generated by the stirring device 21 in the mold cavity 22 can be maximized by a suitable specification for the electrical conductivity of the coating carrier 23.
  • the use of aluminum or an aluminum alloy has advantages because of the relatively low electrical conductivity of these materials.
  • a coating 26 made of a highly thermally conductive material is applied in the bath level region 25 or in the upper mold half and a coating 28 made of a material which is harder than copper, for example nickel, is applied in the lower part or the lower mold cavity half.
  • Lubricants are embedded in the coatings 26 and 28 for the lubrication of a strand crust.
  • Molybdenum and / or tungsten-based lubricants preferably M0S2 and / or WS2
  • Other lubricants known in the prior art that can be stored in coatings are also included in the sense of the invention.
  • FIGS. 1-3 only straight molds are shown. However, the invention is not restricted to such molds with a straight mold cavity. All molds for the continuous casting of billets and blooms that have a tubular coating support fall under the subject of the invention.
  • the geometry of the mold cavity can be chosen arbitrarily.
  • measuring probes for example temperature sensors
  • the measuring probes to be embedded can be applied before the coating is applied are arranged with great accuracy on or near the surface of the coating carrier to be coated and are coated with the material forming the coating when the coating is applied.
  • the measuring probes can be arranged within the coating without having to rely on producing holes after application of the coating which end in the coating and are suitable for receiving the measuring probes.
  • the positioning of measuring probes in boreholes can only be checked relatively imprecisely. Such inaccuracies, which cause inaccuracies in measurements using the measuring probes, are avoided if the measuring probes - as described above - are embedded in the coating during the production of the coating.
  • Aluminum is a relatively base metal. Parts made of aluminum or an aluminum alloy therefore tend to corrode when they are connected to other metals by an electrolyte.
  • the corrosion resistance of the coating support of the mold according to the invention can be achieved by known means, for example by applying suitable protective layers at exposed locations.

Abstract

Kokillen zum Stahlstranggiessen von Knüppel- und Vorblockformaten sind gemäss dem Stand der Technik üblicherweise aus einem wassergekühlten Kupferrohr, das einen inneren Körper bildet, einem Wassermantel und einem Kokillengehäuse aufgebaut. Um eine kostspielige Herstellung solcher Kupferrohre zu vermeiden, ist als Kokillenrohr der erfindungsgemässen Kokille ein innerer Körper vorgesehen, der einen Beschichtungsträger (6) umfasst, welcher aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung gefertigt ist und mit einer Beschichtung (7) versehen ist. Die Beschichtung (7) soll nach ihrem Einbringen in den Formhohlraum (4) durch eine Bearbeitung auf das Formhohlraummass bringbar sein.

Description

Kokille zum Stahlstrangαiessen von Knüppel- und Vorblockformaten
Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stahlstranggiessen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Stranggiessen von Knüppel- und kleinen Vorblockformaten werden heute fast ausschliesslich Rohrkokillen verwendet, deren Formhohlraum durch ein Kokillenrohr definiert ist. Solche Kokillenrohre bestehen in der Regel aus einem durch eine Vielzahl kostspieliger Operationen hergestellten Rohr aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Wandstärke von 8 - 25 mm. Kokillenrohre aus Kupfer oder einer Kupferlegierung werden in der Regel kaltgezogen, um eine Verfestigung zu erzielen, die dem Kokillenrohr die erforderliche Festigkeit gibt. Neben den Materialkosten treiben insbesondere die Massnahmen zur Verfestigung des Werkstoffs und zur Formgebung die Herstellungskosten in die Hö- he. Das Kokillenrohr ist im Formhohlraum mit einem Giesskonus versehen und ist auf der Aussenseite mit einer glatten Wand bzw. mit glatten Wänden versehen. Der Formhohlraum ist in vielen Fällen mit galvanisch aufgetragenen Ueber- zügeπ aus Chrom und Nickel ausgestattet.
Zur Kühlung solcher Rohrkokillen wird Wasser mit hoher Geschwindigkeit, z.B. mit 6 - 14 m/s, auf der Aussenseite des Kupferrohres in einem Wasserspalt durchgepresst. Für eine gleichmässige Kühlung des Kupferrohres ist ein Wasserspalt mit regelmässiger Wasserspaltbreite erforderlich. Der Wasserspalt wird einerseits durch das Aussenmass des Kupferrohres und anderseits durch einen auf dieses Aussenmass abgestimmten Wassermantel bestimmt.
Die Kupferrohre stellen beim Stranggiessen von Knüppel- und Vorblockformaten Verschleissteile dar, die nach 120 - 200 Güssen wegen Kratzern, Verzug etc. ersetzt werden müssen. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit sind verschiedene Verfahren bekannt geworden, die alle zum Ziel haben, solche kostspielige Kupferrohre einer zweiten und eventuell dritten Verwendung zuzuführen.
Das Verschleissbild solcher Kokillen ist in der Regel im Badspiegelbereich durch Verzug und Rissbildung, hervorgerufen durch die hohe thermische Beanspru- chung, und in der unteren Kokillenhälfte durch abrasiven Verschleiss und Kratzer gekennzeichnet. Werden solche Fehler im Formhohiraum durch spanabhebende Bearbeitung entfernt, so vergrössert sich der Formhohlraum, und das Querschnittmass der gegossenen Stränge wird grösser. Um solche Vergrösserungen des Strangquerschnittes zu vermeiden, ist das Explosionsverformen von Kokillenrohren auf einen auf das Formhohlraummass abgestimmten Dorn bekannt geworden. Auch andere Pressverfahren zum Zurück- formen der ausgeweiteten Rohre sind bekannt geworden. Alle diese Rückfor- mungsverfahren, wie Explosions- oder Pressrekalibrierung, weisen als gemeinsamen Nachteil eine Verkleinerung des Aussenquerschnittes des Kokillenrohres auf. Durch diese Querschnittsverkleinerung wird der Wasserspalt zwischen Kokillenrohr und Wassermantel unkontrolliert vergrössert, was wiederum einen nachteiligen Einfluss auf die Kühlung der Kokille ausübt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile auszuschalten und insbesondere den Kokillenaufbau für Rohrkokillen neu so zu gestalten, dass die kostspielige Herstellung von Knüppel- und Vorblockkokillen mit kaltgezogenen Rohren aus Kupfer oder Kupferlegierungen vermieden werden kann. Ein weiteres Ziel wird in einem Kokillenaufbau gesehen, der eine wesentlich längere Lebensdauer aufweist und durch Rekalibrie- rung wieder auf Soll-Abmessungen im Bereich des Formhohlraums bringbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemässen Kokille ist es möglich, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile bei Rohrkokillen zu überwinden und die kostspielige Her- Stellung von Knüppel- und Vorblockkokillen aus kaltgezogenen Kupferrohren zu vermeiden. Falls die Beschichtung erneuerbar ist, so ist es möglich, den Be- schichtungsträger so oft wie gewünscht neu zu beschichten, ohne dabei Giess- parameter wie Strangformat oder Wasserspalt zu verändern. Durch die gegebene Freiheit in der Gestaltung und der Werkstoffwahl des Beschichtungsträgers kann die Wärmeleistung der Kokille spezifischen Bedürfnissen leicht angepasst werden. Auch die Beschichtung, die als Dickschicht eingebracht und mit einer vorzugsweise spanabhebenden Bearbeitung auf das Formhohlraum-Sollmass gebracht wird, kann, bezüglich Kühlleistung und, wenn erwünscht, auch bezüglich Verschleiss den spezifischen Erfordernissen beim Stranggiessen in Abhän- gigkeit von den Stranggiessparametern, beispielsweise der Giesstemperatur bzw. der Stahlzusammensetzung, angepasst werden. Es ist vorausgesetzt, dass die Beschichtung bei der Giesstemperatur eine angemessene Warmfestigkeit aufweist. Bei den Rohrkokillen hat das Kokillenrohr einerseits eine hohe Wärmeleistung und andererseits die erforderliche Standfestigkeit zu gewährleisten. Als Mass für die Standfestigkeit wird die Standzeit während des Giessbetriebes angesehen. Zur Standfestigkeit eines Kokillenrohres tragen zumindest zwei Faktoren bei. Die Standfestigkeit eines Kokillenrohres wird zum einen bestimmt durch sein Vermögen, der hohen thermischen Belastung im Giessbetrieb, bedingt durch den Kontakt mit einer Schmelze auf der Innenseite bei einer gleichzeitigen intensiven Kühlung auf der Aussenseite, zu widerstehen. Die Standfestigkeit eines Kokillen- rohres ist weiterhin bestimmt durch sein Vermögen, den mechanischen Beanspruchungen im Giessbetrieb zu widerstehen. Um eine hinreichende Formstabilität des Kokillenrohres zu ermöglichen, muss seine Druckfestigkeit so dimensioniert sein, dass es dem Druck des Kühlwassers standhält, zumal der Druck des Kühlwassers praktisch auf den gesamten äusseren Mantel des Kokillenrohres einwirkt, während auf der Formhohlraumseite oberhalb des Giessspiegels kein entsprechender Gegendruck vorhanden ist und lediglich von der Schmelze ein mit dem Abstand vom Giessspiegel wachsender Gegendruck bewirkt wird. Kupferrohre, die trotz der thermischen und mechanischen Belastungen im Giessbetrieb eine akzeptable Standfestigkeit zeigen sollen, haben gewöhnlich - je nach Giessformat - Wandstärken von 8 - 25 mm. Mit zunehmender Wandstärke wird auch bei hochwärmeleitfähigen Werkstoffen die Wärmeleistung reduziert. Bei der erfindungsgemässen Kokille besteht die Freiheit, die Erfordernisse hinsichtlich der Wärmeabfuhr und der Standfestigkeit des den Formhohlraum bildenden inneren Körpers unabhängig voneinander zu optimieren durch die Wahl geeig- neter Materialien für den Beschichtungsträger einerseits und die Beschichtung andererseits. Beispielsweise kann der Beschichtungsträger so ausgelegt werden, dass er für eine hohe mechanische Festigkeit des inneren Körpers sorgt und somit die gewünschte Standfestigkeit des inneren Körpers gewährleistet, während die Beschichtung hinsichtlich der thermischen Eigenschaften und der Dicke geeignet gewählt werden kann, um die Wärmeabfuhr des inneren Körpers zu optimieren. Ein Beschichtungsträger, der aus einem Material mit erhöhter mechanischer Festigkeit gefertigt ist, kann eine reduzierte Wandstärke aufweisen und deshalb eine Erhöhung der Wärmeleistung der Kokille ermöglichen. Vorausgesetzt, die Beschichtung ist erneuerbar, dann kann durch wiederholte In- Standsetzung eine wesentlich längere Standzeit der Kokille erreicht werden.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, den Beschichtungsträger aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung, beispielsweise aus der als Anticorodal WN 6082 bekannten Legierung AlMgSil , zu fertigen. Aluminium oder Aluminium- Legierungen weisen eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 130 - 220 W/mK auf. Da sich der Beschichtungsträger im Giessbetrieb immer in einem endlichen, durch die Dicke der Beschichtung gegebenen Abstand von einer in den Form- hohlraum eingebrachten Schmelze befindet und der innere Körper ausserdem gekühlt ist, kann ein aus Aluminium bzw. einer Aluminium-Legierung gefertigter Beschichtungsträger im Giessbetrieb auf einer Temperatur gehalten werden, bei der Aluminium bzw. Aluminium-Legierungen eine besonders hohe Festigkeit aufweisen. Weiterhin sind verfestigte Formteile aus Aluminium bzw. einer Alumi- niumlegierung verhältnismässig kostengünstig herstellbar, beispielsweise durch Strangpressen.
Die Beschichtung kann den spezifischen Erfordernissen beim Stranggiessen in Längsrichtung der Kokille variiert und auch hinsichtlich verschiedener zu gie- ssender Stahlsorten angepasst werden. Vorzugsweise wird für die Beschichtung mindestens im oberen badspiegelnahen Bereich ein hochwärmeleitfähiger Werkstoff, beispielsweise Kupfer bzw. eine Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 - 400 W/mK, gewählt. Im unteren Bereich des Formhohlraums sind auch härtere Beschichtungen, beispielsweise aus Nickel, denkbar
Um zu erreichen, dass der Beschichtungsträger im Giessbetrieb nicht überhitzt und selbst unter extremen Bedingungen ein hohes Mass an Festigkeit und Formstabilität zeigt, ist die Beschichtung als Dickschicht mit einer Dicke von 0.5 - 5 mm, vorzugsweise 1 - 4 mm, ausgeführt. Eine solche Beschichtung kann gal- vanisch oder durch Plattieren oder mittels thermischem Spritzen, beispielsweise Flammspritzen oder Plasmaspritzen, hergestellt und durch eine Bearbeitung mit einer Oberfläche versehen werden, die der gewünschten Form des Formhohlraums mit der erforderlichen Genauigkeit entspricht.
Bei der Wahl des Werkstoffes für die Beschichtung können neben der Wärmeleistung oder der Verschleissfestigkeit auch Fragen der Schmierung des entstehenden Stranges berücksichtigt werden. Es wird deshalb vorgeschlagen, ge- mäss einem Ausführungsbeispiel, in die Beschichtung ein Schmiermittel zur Schmierung der Strangschale einzulagern. Als Schmiermittel werden solche auf Molybdän- und/oder Wolframbasis, vorzugsweise M0S2 und/oder WS2, vorgeschlagen.
Je nach Wahl der Werkstoffe für den Beschichtungsträger und für die Beschichtung sind gleiche oder sogar höhere Wärmeleistungen als bei der klassischen, im Stand der Technik beschriebenen Kokille erreichbar, auch wenn die Wärmeleitfähigkeit des Beschichtungstragers niedriger ist als die Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung Die für den Wärmedurchgang massgebenden Wandstarken, ins- besondere des Beschichtungstragers, können relativ duπn gestaltet werden.
Zur Vergrosserung der Oberflache, die vom Kuhlmittel umströmt ist, kann, ge- mass einem Ausfuhrungsbeispiel, der Beschichtungsträger auf der dem Formhohlraum abgekehrten Seite mit Kühlrippen versehen werden. Zur Einstellung der Kühlparameter kann ein Abstand zwischen den Kühlrippen von beispielsweise 5 - 8 mm gewählt werden. Die Wandstarke des Beschichtungstragers kann bei solchen Konstruktionen zwischen den Kühlrippen 2 - 10 mm, vorzugsweise 5 - 8 mm, betragen. Ein Beschichtungsträger mit solch dünnen Wandstärken gewährleistet zusammen mit einer Kupferbeschichtung von beispielsweise 3 mm eine hohe Wärmeleistung.
Es ist denkbar, dass der Beschichtungsträger aus einer pressbaren Aluminium- Legierung mit entsprechenden Kühlrippen in einer Pressoperation hergestellt wird. Es ist auch möglich, den Beschichtungsträger aus mehreren Teilen zusam- menzusetzen und anschliessend innen zu beschichten. Beschichtungsträger für Kokillen mit einem polygonalen Formhohlraumquerschnitt können beispielsweise aus mehreren ebenen oder gebogenen Platten zusammengesetzt sein, die jeweils eine der den Formhohlraum begrenzenden Seitenwände der Kokille bilden
Die gegenüber der klassischen Rohrkokille unterschiedlichen Werkstoffe verleihen der erfindungsgemässen Kokille bei optimaler Wahl der Wandstarke des Beschichtungstragers und der Dicke der Beschichtung eine Reihe von Eigenschaften, die im Hinblick auf den Giessbetrieb und die Konstruktion von Giessanlagen mit Vorteil genutzt werden können. Die erfindungsgemasse Kokille bringt Vorteile hinsichtlich der Verwendung eines elektromagnetischen Rührers auf der Aussenseite des Beschichtungstragers. Bei optimaler Werkstoffauswahl des Beschichtungstragers kann im Vergleich zu bekannten Kokillen mit einem identischen Rührer eine erhöhte Rührleistung erzielt werden oder zur Erzielung der gleichen Rührwirkung ein leistungsschwacherer Rührer verwendet werden. Verglichen mit Kupfer oder Kupferlegierungen führen Aluminium oder Aluminium- Legierungen namhch zu einer wesentlich geringeren Abschwachung des von einem elektromagnetischen Rührer erzeugten elektromagnetischen Feldes. Wegen der Verwendung von Aluminium bzw einer Aluminium-Legierung für den Beschichtungsträger ist die erfindungsgemasse Kokille relativ leicht im Vergleich zu einer entsprechenden Kokille aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung. Wegen des geringeren Gewichts kann die im Giessbetrieb notwendige Kokillenoszillation bei der erfindungsgemässen Kokille - im Vergleich mit einer entsprechenden Kokille aus Kupfer oder einer Kupferlegierung - mit vereinfachten Mitteln durchgeführt werden. Das geringere Gewicht führt allgemein zu einer leichteren Handhabung der erfindungsgemässen Kokille, insbesondere beim Auswechseln bzw. beim Ein- und Ausbau und beim Transport der Kokille. Alle mit einem Transport der Kokille verbundenen Massnahmen können mit vereinfachten Mit- teln durchgeführt werden.
Weiterhin wirkt Aluminium in geringerem Masse als Kupfer absorbierend für radioaktive Strahlung. Die erfindungsgemasse Kokille weist deshalb eine erhöhte Transparenz für radioaktive Strahlung auf im Vergleich zu einer vergleichbaren Kokille aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung. Diese Eigenschaft der erfindungsgemässen Kokille ist mit Vorteil nutzbar im Hinblick auf die Auslegung von Vorrichtungen zur Messung des Niveaus des Badspiegels einer in den Formhohlraum der Kokille eingebrachten Schmelze. Ueblicherweise wird das Niveau des Badspiegels einer Schmelze mit Hilfe einer Messung der Transmission ra- dioaktiver Strahlung durch die Wände der Kokille quer zur Giessrichtung bestimmt. Die erfindungsgemasse Kokille erlaubt es, solche Transmissionsmessungen mit erhöhter Empfindlichkeit durchzuführen und wahlweise mit schwächeren radioaktiven Strahlungsquellen und/oder einer einfacheren Messtechnik zu arbeiten.
Im Nachfolgenden wird anhand von Beispielen die Erfindung zusätzlich erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Kokille,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Kokille entlang der Linie l-l der Fig. 1 und
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein weiteres Beispiel einer Kokille.
In Fig. 1 und 2 ist schematisch eine Knüppel- oder Vorblockkokille 3 mit einem Formhohlraum 4 zum Stranggiessen von Stahl dargestellt. Solche Kokillen wer- den intensiv mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Kühlwasser, gekühlt. Mit
Pfeilen 5 ist die Richtung des Kühlwasserflusses dargestellt. Der Aufbau der Kokille ist wie folgt: Ein Beschichtungsträger 6 trägt auf der Formhohlraumseite eine hochwärmeleitfähige erneuerbare Beschichtung 7 aus Kupfer oder einer Kupferiegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 - 400 W/mK. Diese Be- Schichtung 7 kann galvanisch auf den Beschichtungsträger 6 aufgetragen werden. Sie kann aber auch durch thermisches Spritzen, beispielsweise Flammoder Plasmaspritzen, oder durch Plattieren aufgebracht werden. Nach dem Auf- bringen der Beschichtung 7 in einer Dicke von 0.5 - 5 mm, vorzugsweise von 2 - 4 mm, wird durch eine Bearbeitung der Formhohlraum 4 auf das gewünschte Formhohlraummass und die gewünschte Formhohlraumoberflächengüte gebracht. Für die Bearbeitung der Formhohlraumoberfläche sind alle im Stand der Technik bekannten Verfahren anwendbar, insbesondere eignen sich spanabhe- bende Bearbeitungen wie Fräsen, Schleifen, Funkenerosion oder Bearbeitungen mit Laserstrahlen. Mit 10, 10' ist ein unterer und ein oberer Kokillenabschluss- deckel dargestellt.
Die Materialwahl des Beschichtungstragers 6 wird mit erster Priorität auf die Standfestigkeit zur Erfüllung der Tragfunktion und auf eine gute Formstabilität bei erhöhter Temperatur ausgerichtet. Die Festigkeit des Beschichtungstragers 6 sollte bei den im Giessbetrieb realisierten Temperaturen höher sein als diejenige der Beschichtung. Als Werkstoffe für den Beschichtungsträger bieten sich Aluminium oder Aluminium-Legierungen an. Bei der Herstellung eines Beschich- tungsträgers 6 können beispielsweise auch die vorzüglichen Eigenschaften von Aluminium und Aluminium-Legierungen beim Pressen den Ausschlag geben. Auch aus mehreren Teilen zusammengesetzte Beschichtungsträger 6 können ohne Nachteile verwendet werden, weil die Beschichtung im Formhohlraum die Nahtstellen zwischen den einzelnen Teilen nahtlos überdeckt. Der Beschich- tungsträger kann beispielsweise aus mehreren Teilen aufgebaut sein, die mittels Schweissen, mit Hilfe geeigneter Befestigungsmittel wie Schrauben oder Nieten oder auf andere Weise zusammengehalten werden.
Der Beschichtungsträger 6 ist in diesem Beispiel auf der dem Formhohlraum 4 abgekehrten Seite mit Kühlrippen 11 versehen. Um eine entsprechend grosse Kühlfläche zu erhalten, betragen die Abstände zwischen den Kühlrippen 11 5 - 8 mm. Auch die Wandstärke 12 des Beschichtungstragers 6 zwischen den Kühlrippen 11 kann mit 2 - 10 mm, vorzugsweise 5 - 8 mm, dünn dimensioniert werden.
In Fig. 3 ist eine Kokille 20 mit beispielsweise quadratischem Querschnitt mit einer Rühreinrichtung 21 versehen. Die Rühreinrichtung 21 kann durch den unterschiedlichen Aufbau der Kokille gegenüber klassischen Rohrkokillen näher an den Formhohlraum 22 gebracht werden. Auch ist es möglich, den Werkstoff für den Beschichtungsträger 23 und für den Mantel 24 hinsichtlich der Anforderungen an den Betrieb der elektromagnetischen Rühreinrichtung 21 zu optimieren. Beispielsweise kann durch eine geeignete Vorgabe für die elektrische Leitfähigkeit des Beschichtungstragers 23 die Stärke des elektromagnetischen Feldes, das von der Rühreinrichtung 21 im Formhohlraum 22 erzeugt wird, maxmiert werden. Die Verwendung von Aluminium bzw. einer Aluminium-Legierung bringt in diesem Zusammenhang Vorteile wegen der verhältnismässig geringen elektrischen Leitfähigkeit dieser Materialien.
Im Badspiegelbereich 25 bzw. in der oberen Kokillenhälfte ist eine Beschichtung 26 aus einem hochwärmeleitfähigen Material und im unteren Teil bzw. der unteren Formhohlraumhälfte ist eine Beschichtung 28 aus einem gegenüber Kupfer härteren Material, beispielsweise Nickel, aufgetragen.
In den Beschichtungen 26 und 28 sind Schmiermittel (durch Punkte angedeutet) zur Schmierung einer Strangkruste eingelagert. Schmiermittel auf Molybdän- und/oder Wolframbasis, vorzugsweise M0S2 und/oder WS2, können beim Einbringen der Beschichtung, beispielsweise durch Flammspritzen, in verschie- denste Beschichtungsmaterialien eingelagert werden. Auch andere im Stand der Technik bekannte Schmiermittel, die in Beschichtungen einlagerbar sind, sind im Sinne der Erfindung eingeschlossen.
In den Beispielen der Figuren 1 - 3 sind nur gerade Kokillen dargestellt. Die Er- findung schränkt sich aber nicht auf solche Kokillen mit geradem Formhohlraum ein. Alle Kokillen zum Stahlstranggiessen von Knüppel- und Vorblockformaten, die einen rohrförmigen Beschichtungsträger aufweisen, fallen unter den Gegenstand der Erfindung. Die Geometrie des Formhohlraums kann beliebig gewählt werden.
Für bestimmte Stahllegierungen, insbesondere peritektische Stähle, kann es vorteilhaft sein, wenn im Bereich des Badspiegels 25 zwischen der hochwärmeleitfähigen Beschichtung 26 und dem Beschichtungsträger 23 eine Zwischenschicht 29 aus einem Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als Kupfer, bei- spielsweise Nickel, aufgetragen ist.
Es ist möglich, beim Aufbringen der Beschichtung an ausgewählten Stellen Messsonden, beispielsweise Temperaturfühler, in die Beschichtung einzubetten. Die einzubettenden Messsonden können vor dem Aufbringen der Beschichtung mit grosser Genauigkeit an oder nahe der zu beschichtenden Oberfläche des Beschichtungstragers angeordnet werden und beim Aufbringen der Beschichtung mit dem die Beschichtung bildenden Material umhüllt werden. Auf diese Weise können die Messsonden innerhalb der Beschichtung angeordnet werden, ohne darauf angewiesen zu sein, nach Aufbringen der Beschichtung Bohrungen herzustellen, die in der Beschichtuπg enden und zur Aufnahme der Messsonden geeignet sind. Bekanntlich kann die Positionierung von Messsonden in Bohrungen nur relativ ungenau kontrolliert werden. Solche Ungenauigkeiten, die eine Ursache für Ungenauigkeiten bei Messungen mittels der Messsonden darstellen, werden vermieden, wenn die Messsonden - wie oben beschrieben - bei der Herstellung der Beschichtung in der Beschichtung eingebettet werden.
Aluminium ist ein relativ unedles Metall. Teile aus Aluminium oder einer Alumini- um-Legierung neigen deshalb zu Korrosion bei einer über einen Elektrolyten vermittelten Verbindung zu anderen Metallen. Die Korrosionsbeständigkeit des Beschichtungstragers der erfindungsgemässen Kokille kann mit bekannten Mitteln erzielt werden, beisielsweise durch Aufbringen geeigneter Schutzschichten an exponierten Stellen.

Claims

Patentansprüche
1. Kokille zum Stahlstranggiessen von Knüppel- und Vorblockformaten, bestehend aus einem den Formhohlraum (4) bildenden inneren Körper, der mittels einem Kühlmedium gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Körper einen Beschichtungsträger (6, 23) umfasst, der aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung gefertigt ist und auf der Formhohlraumseite mit einer Beschichtung (7, 26) versehen ist, die nach ihrem Einbringen in den Formhohlraum (4) durch eine Bearbeitung auf das Formhohlraummass bringbar ist.
2. Kokille nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens im oberen badspiegelnahen Bereich hochwärme- leitfähig ist.
3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtung Schmiermittel zur Schmierung einer Strangkruste eingelagert sind.
4. Kokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schmiermittel auf Molybdän- und/oder Wolframbasis, vorzugsweise M0S2 und/oder WS2, eingelagert sind.
5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Beschichtungstragers niedriger ist als die
Wärmeleitfähigkeit der Beschichtung im oberen badspiegelnahen Bereich.
6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Standfestigkeit des Beschichtungstragers (6, 23) höher ist als diejenige der Beschichtung (7, 26).
7. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (7, 26) 0,5 - 5 mm, vorzugsweise 2 - 4 mm, beträgt.
8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26) nach ihrem Einbringen spanabhebend, erodie- rend oder mittels Laserstrahlen auf vorbestimmte Formhohlraumabmessungen bearbeitet ist.
9. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (28) in einem unteren Teil des Formhohlraumes (22) widerstandsfähig gegen abrasiven Verschleiss ist.
10. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Badspiegelbereich (25) zwischen der Beschichtung (7, 26) und dem
Beschichtungsträger (6, 23) eine Zwischenschicht (29) aus einem Material, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Beschichtung aufweist, aufgetragen ist.
11. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26) wenigstens in einem Teil des Formhohlraums (22) aus Kupfer bzw. aus einer Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 - 370 W/mK besteht.
12. Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (28) im unteren Teil des Formhohlraumes (22) aus Nickel besteht.
13. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26) im oberen und/oder unteren Bereich galvanisch, plattiert oder thermisch gespritzt, beispielsweise flammgespritzt oder plasmagespritzt, ist.
14. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26) nach ihrer Bearbeitung auf Formhohlraummass mit einer Chromschicht, vorzugsweise einer Hartchromschicht, überzogen ist.
15. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille mit einer Rühreinrichtung (21 ) versehen ist.
16. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsträger (6, 23) auf der dem Formhohlraum (4, 22) abgekehrten Seite mit Kühlrippen (11 ) versehen ist.
17. Kokille nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Beschichtungstragers (6) zwischen den Kühlrippen (11 ) 2 - 10 mm, vorzugsweise 5 - 8 mm, beträgt.
18. Kokille nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Kühlrippen (11) 5 - 8 mm beträgt.
19. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsträger (6, 23) aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist.
20. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass in die Beschichtung eine oder mehrere Messsonden eingebettet sind.
21. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsträger eine Schutzschicht gegen Korrosion aufweist.
22. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung erneuerbar ist.
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