WO2002047848A1

WO2002047848A1 - Kokille zum stranggiessen einer stahlschmelze

Info

Publication number: WO2002047848A1
Application number: PCT/CH2001/000703
Authority: WO
Inventors: Adalbert Roehrig; Adrian Stilli; Franz Kawa
Original assignee: Concast Standard Ag
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2002-06-20
Also published as: AU2002218098A1; CH695210A5; TW567101B

Abstract

Die Kokille zum Stranggiessen einer Stahlschmelze weist Formhohlraumwände (4') auf, die einen Hohlraum (4) begrenzen und einen Beschichtungsträger (6) mit einer formhohlraumseitig auf den Beschichtungsträger (6) aufgebrachten Beschichtung (7) umfassen. Mit einer Kühlvorrichtung (5) ist beim Giessen in den Formhohlraumwänden (4') ein Temperaturgefälle realisierbar. Erfindungsgemäss ist als Werkstoff für den Beschichtungsträger (6) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gewählt und die Beschichtung (7) aus einem Material, das eine höhere Warmfestigkeit als der Werkstoff des Beschichtungsträgers aufweist, gebildet und derart ausgelegt, dass die Temperatur im Beschichtungsträger beim Giessen auf einem Wert unterhalb eines für die Festigkeit des Beschichtungsträgers massgeblichen Grenzwertes haltbar ist. Die Beschichtung schützt den Beschichtungsträger vor Ueberhitzung und gewährleistet so dessen mechanische Stabilität. Die Formhohlraumwände erlauben eine kostengünstige Herstellung und zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und vorteilhafte Eigenschaften im Zusammenhang mit der Auslegung von Vorrichtungen zum elektromagnetischen Rühren der Stahlschmelze und zur Kontrolle des Badspiegels der Stahlschmelze aus.

Description

Kokille zum Stranggiessen einer Stahlschmelze

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille zum Stranggiessen einer Stahlschmelze nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Formhohlraumwande aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung würden beim Stranggiessen einem hohen Verschleiss unterliegen infolge der mechanischen Wechselwirkung mit der Strangschale eines längs der Kokillenwände bewegten Stranges. Um dieser Form des Verschleisses entgegenzuwirken, ist es üblich, die Formhohlraumwande formhohlraumseitig zumindest an besonders stark beanspruchten Stellen mit einer dünnen, den Verschleiss vermindernden Schutzschicht auszustatten. Beispielsweise werden in DE 34 150 50 Kokillen offenbart, deren Formhohlraumwande aus einem aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigten Beschichtungstrager und einer formhohlraumseitig auf den Beschichtungstrager aufgebrachten Beschichtung auf der Basis von Nickel und/oder Chrom und gegebenenfalls weiteren Zusätzen mit einer Schichtdicke von bis zu 1.5 mm aufgebaut sind. Eine solche Beschichtung ist härter als der Werkstoff des Beschichtungsträ- gers und ist selbst resistenter gegen Verschleiss, als es der Beschichtungstrager ohne eine solche Beschichtung wäre.

Ausgehend von den genannten Nachteilen einer Kokille mit Formhohlraumwanden auf der Basis von Kupfer oder einer Kupferlegierung, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kokille zu schaffen, die für das Stranggiessen einer Stahlschmelze geeignet ist, deren Eigenschaften eine konstruktive Vereinfachung der Stranggiessanlage zulassen und deren Formhohlraumwande kostengünstiger hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch eine Kokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Formhohlraumwand der erfindungsgemässen Kokille umfasst einen Beschichtungstrager mit einer formhohlraumseitig auf den Beschichtungstrager aufgebrachten Beschichtung, wobei die Beschichtung aus einem Material, das eine höhere Warmfestigkeit als der Werkstoff des Beschichtungstragers aufweist, gebildet ist und derart ausgelegt ist, dass beim Giessen die Temperatur im Beschichtungstrager mit Hilfe der Kühlvorrichtung auf einem Wert unterhalb eines für die Festigkeit des Beschichtungstragers massgeblichen Grenzwertes haltbar ist.

Der Beschichtungstrager und die Beschichtung sind funktioneil aufeinander abgestimmt, um der Formhohlraumwand sowohl die gewünschte Formstabilität als auch die gewünschten thermischen Eigenschaften zu geben. Das sich beispielsweise eignende Aluminium bzw. Aluminiumlegierung hat in der Regel eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 130 - 220 W/mK und somit eine um ungefähr 50 % geringere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer. Wegen der Beschichtung befindet sich der Beschichtungstrager beim Giessen nicht in unmittelbarem Kontakt mit der Stahlschmelze und kann mittels der Kühlvorrichtung auf einer Temperatur gehalten werden, bei der Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung eine Festigkeit hat, die ausreicht, um die Formstabilität des Beschichtungstragers während des Giessbe- triebes zu gewährleisten. Der Beschichtungstrager dient als stabiles Substrat für die Beschichtung und sorgt somit für die Formstabilität der Formhohlraumwand. Die Beschichtung hat die Funktion, die thermischen Eigenschaften der Formhohlraumwand zu optimieren. Da die Beschichtung beim Giessen in direktem Kontakt mit der Stahlschmelze ist, muss die Beschichtung einerseits eine angemessene Warmfestigkeit aufweisen, die die Stabilität der Beschichtung bei den während des Giessens realisierten Temperaturen gewährleistet. Weiterhin sind die thermischen Eigenschaften der Beschichtung so ausgelegt, dass der Beschichtungstrager vor einer Ueberhitzung geschützt ist, wenn die Formhohlraumwand mit dem grösst- möglichen Wärmestrom belastet ist, der beim Giessen durch die Formhohlraumwand abgeführt werden muss.

Da beim Giessen insbesondere in der Nähe des Badspiegels der Stahlschmelze extrem hohe Wärmestromdichten und folglich auch ein entsprechend grosses Temperaturgefälle in der Formhohlraumwand realisiert werden, kann die Beschichtung im Vergleich zur Gesamtdicke der Formhohlraumwand relativ dünn gestaltet werden, um den Beschichtungstrager vor einer Ueberhitzung zu schützen. Eine erfindungsgemass gestaltete Beschichtung gestattet es, Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen als Werkstoff für Formhohlraumwande nutzbar zu machen. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen lassen es zu, auf der Grundlage eines Beschichtungstragers aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung in Verbindung mit einer geeigneten Beschichtung Formhohlraumwande zu schaffen, die hinsichtlich der Stabilität, der thermischen Belastbarkeit und der Wärmeableitung beim Giessen im Vergleich mit den bekannten Formhohlraumwanden aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zumindest gleichwertig sind und zusätzlich die Möglichkeit bieten, eine Reihe von Vorteilen zu nutzen, die die Verwendung von Aluminium mit sich bringt.

Beispiele für Aluminiumlegierungen, die sich wegen ihrer hohen Festigkeit und ihren thermischen Eigenschaften besonders gut als Werkstoffe für den Beschichtungstrager der erfindungsgemässen Kokille eignen, sind Legierungen auf der Basis von Aluminium und Magnesium, beispielsweise die als Anticorodal WN 6082 bekannte Legierung AI Mg Si 1 , oder Legierungen auf der Basis von Aluminium und Beryllium, beispielsweise Legierungen mit 27 - 28 Gewichtsprozent Aluminium und 60 - 70 Gewichtsprozent Beryllium. Die genannten Legierungen sind Beispiele für Werkstoffe mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 150 - 220 W/mK. Sie haben somit zwar eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer, sie sind aber - zumindest bei Raumtemperatur - wesentlich härter als Kupfer. Ein aus diesen Werkstoffen gefertigter Beschichtungstrager kann deshalb - verglichen mit einem Beschichtungstrager aus Kupfer - eine relativ geringe Wandstärke aufweisen und trotzdem die erforderliche Stabilität und - trotz der geringeren Wärmeleitfähigkeit - beim Giessen eine den Anforderungen entsprechende Wärmestromdichte gewährleisten.

Die Formhohlraumwande der erfindungsgemässen Kokille bieten die Voraussetzung für eine vergleichsweise kostengünstige Fertigung, verglichen mit entsprechenden Formhohlraumwanden aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Eine wesentliche Ersparnis ergibt sich aufgrund der deutlich geringeren Materialkosten im Falle von Aluminium im Vergleich zu Kupfer. Einen weiteren Kostenvorteil bieten die Aluminiumlegierungen, die - wie beispielsweise AI Mg Si1 - eine hohe Festigkeit auch ohne eine kostspielige Kaltverfestigung annehmen. In letzterem Fall können Werkstücke auch in warmem Zustand unter vereinfachten Bedingungen präzise geformt werden, zumal auf eine Kaltverformung zum Zwecke der Aushärtung des Werkstoffs verzichtet werden kann.

Als Werkstoff für eine Beschichtung, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Beschichtungstrager aufweist, ist insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung geeignet.

Eine andere Variante für eine geeignete Beschichtung ist die Beschichtung mit einem Material, das eine Schmelztemperatur aufweist, die grösser ist als die Temperatur der Stahlschmelze. Eine solche Beschichtung verbessert die Betriebssicherheit der Kokille für den Fall, dass die Kühlvorrichtung in ihrer Funktion beeinträchtigt ist. Für die Beschichtung geeignete Werkstoffe mit Schmelztemperaturen über 1450°C sind beispielsweise Metalle wie Molybdän, Wolfram, Nickel oder Legierungen auf der Basis dieser Metalle und keramische Materialien. Durch geeignete Materialwahl kann die Beschichtung der Formhohlraumwande der erfindungsgemässen Kokille so gestaltet werden, dass während des Giessbetrie- bes die Wechselwirkung mit dem Strang zu einem möglichst geringen Verschleiss führt. Als Materialien mit hoher Verschleissfestigkeit sind Nickel und Chrom, insbesondere Hartchrom, bekannt. Nickel und Chrom können auch kombiniert werden, um die Beschichtung zu bilden.

Die Wandstärke des Beschichtungstragers kann 2 - 10 mm betragen. Um zu erreichen, dass der Beschichtungstrager 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 galvanisch oder durch Plattieren oder mittels thermischem Spritzen, beispielsweise Flammspritzen oder Plasmaspritzen, hergestellt und gegebenenfalls durch eine Bearbeitung mit einer Oberfläche versehen werden, die der gewünschten Form des Formhohlraums mit der erforderlichen Genauigkeit entspricht.

Zur Kühlung können die Formhohlraumwande an der dem Hohlraum abgewandten Seite mit einem Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, beaufschlagt werden. Zur Vergrösserung der Oberfläche, die vom Kühlmittel umströmt ist, kann der Beschichtungstrager auf der dem Hohlraum abgekehrten Seite mit Kühlrippen versehen werden. Zur Optimierung der Kühlung kann ein Abstand zwischen den Kühlrippen von beispielsweise 5 - 8 mm gewählt werden. Die Wandstärke kann bei solchen Konstruktionen zwischen den Kühlrippen 2 - 10 mm betragen. Ein Beschichtungstrager mit einer solch dünnen Wandstärke gewährleistet beispielsweise in Kombination mit einer Kupferbeschichtung von 3 mm die Realisierung von Wärmeströmen in der beim Giessen von Stahl üblichen Grössenordnung, ohne dass der Beschichtungstrager über ein für die Formstabilität des Beschichtungstragers kritisches Mass hinaus erhitzt wird.

Bei geeigneter Auswahl der Werkstoffe für den Beschichtungstrager und die Beschichtung ist es möglich, die Beschichtung mindestens einmal oder mehrmals zu erneuern, wenn die formhohlraumseitige Oberfläche abgenutzt wurde. Durch mehrmalige Nutzung eines Beschichtungskörpers können Herstellungskosten gespart werden.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Kokille umfasst Formhohlraumwande in Form eines Kokillenrohres. In diesem Fall ist es denkbar, dass der Beschichtungstrager aus einer pressbaren Aluminiumlegierung mit entsprechenden Kühlrippen in einer Pressoperation hergestellt wird. Es ist auch möglich, den Beschichtungstrager aus mehreren Teilen zusammenzusetzen und anschliessend innen zu beschichten. Beschichtungstrager für Kokillen mit einem polygonalen Formhohlraumquerschnitt können beispielsweise aus mehreren ebenen oder gebogenen Platten zusammengesetzt sein, die jeweils eine der den Hohlraum begrenzenden Seitenwände der Kokille bilden.

Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand einzelner Ausführungsbeispiele mit Hilfe von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Kokille gemäss der Erfindung;

Fig. 2: einen Horizontalschnitt entlang der Linie l-l durch die Kokille gemäss Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein weiteres Beispiel einer Kokille gemäss der Erfindung;

Fig. 4 den Verlauf der Temperatur in einer Formhohlraumwand als Funktion des Abstandes von der dem Hohlraum abgewandten Seite der Form- Hohlraumwand für verschiedene Formhohlraumwande mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung.

In Fig. 1 und 2 ist schematisch eine Kokille 3, die vorzugsweise das Format einer Knüppel- oder Vorblockkokille aufweist, mit einem Hohlraum 4 zum Stranggiessen von Stahl dargestellt. Die Formhohlraumwand oder Kokillenwandung 4' der Kokille 3 wird intensiv mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Kühlwasser, gekühlt. Mit Pfeilen 5 ist die Richtung des Kühlwasserflusses und ausserdem ist noch ein unterer bzw. ein oberer Kokillenabschlussdeckel 10, 10' dargestellt. Der Aufbau der Kokille ist wie folgt: Ein rohrförmiger Beschichtungstrager 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung trägt auf der Formhohlraumseite eine hochwärmeleitfähige erneuerbare Beschichtung 7 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 - 400 W/mK. Diese Beschichtung 7 kann galvanisch auf den Beschichtungstrager 6 aufgetragen werden. Sie kann aber auch durch thermisches Spritzen, beispielsweise Flamm- oder Plasmaspritzen, oder durch Plattieren aufgebracht werden. Nach dem Aufbringen der Beschichtung 7 in einer Dicke von 0.5 - 5 mm, vorzugsweise von 2 - 4 mm, wird der Hohlraum 4 durch eine Bearbeitung auf das gewünschte Formhohlraummass und die gewünschte Oberflächengüte gebracht. Für die Bearbeitung der Formhohlraumoberfläche sind alle im Stand der Technik bekannten Verfahren anwendbar, insbesondere eignen sich spanabhebende Bearbeitungen wie Fräsen, Schleifen, Funkenerosion oder Bearbeitungen mit Laserstrahlen.

Die Materialwahl des Beschichtungstragers 6 wird mit erster Priorität auf eine gute Formstabilität bei erhöhter Temperatur ausgerichtet. Der Beschichtungstrager 6 könnte ohne Nachteile auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, weil die Beschichtung im Hohlraum die Nahtstellen zwischen den einzelnen Teilen nahtlos überdeckt. Der Beschichtungstrager kann beispielsweise aus mehreren Teilen aufgebaut sein, die mittels Schweissen, mit Hilfe geeigneter Befestigungsmittel wie Schrauben oder Nieten oder auf andere Weise zusammengehalten werden. Für den Beschichtungstrager 6 eignen sich auch andere Materialien als Aluminium. So könnte Stahl, Stahlguss, Grauguss, Titan, Molybdän, Magnesium, Nickel, Chrom, Zink, Platin, Gold, Silber oder entsprechende Legierungen aus einem oder mehrerer dieser Materialien oder ähnliches verwendet werden.

Der Beschichtungstrager 6 ist in diesem Beispiel auf der dem Hohlraum 4 abgekehrten Seite mit Kühlrippen 11 versehen. Um eine entsprechend grosse Kühlfläche zu erhalten, liegen die Abstände zwischen den Kühlrippen 11 im Bereich von 5 - 8 mm. Die Wandstärke 12 des Beschichtungstragers 6 zwischen den Kühlrippen 11 kann Werte im Bereich 2 - 10 mm annehmen. In Fig. 3 ist eine Kokille 20 mit einer Rühreinrichtung 21 versehen. Die Formhohlraumwande 22' grenzen einen Hohlraum 22 mit quadratischem Querschnitt ab. Es ist möglich, den Werkstoff für den Beschichtungstrager 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 Hohlraum 22 erzeugt wird, maximiert werden. Die Verwendung von Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung 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 MoS₂ und/oder WS₂, können beim Einbringen der Beschichtung, beispielsweise durch Flammspritzen, in verschiedenste Be- schichtungsmaterialien 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 Erfindung schränkt sich aber nicht auf solche Kokillen mit geradem Hohlraum ein. Die Erfindung ist auch nicht beschränkt auf Kokillen mit Formhohlraumwanden in Form eines Kokillenrohres. Auch die Formhohlraumwande von Plattenkokillen können gemäss der Erfindung konstruiert sein. 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 hochwärmeleitfä- higen Beschichtung 26 und dem Beschichtungstrager 23 eine Zwischenschicht 29 aus einem Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als Kupfer, beispielsweise 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 Beschichtung 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 Unge- nauigkeiten 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 Aluminiumlegierung 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, beispielsweise durch Aufbringen geeigneter Schutzschichten an exponierten Stellen. Als Schutz gegen Korrosion können beispielsweise eine oder mehrere Schichten aus Nickel, Kupfer oder Nickel-Phosphor dienen. Auch wenn andere Materialien verwendet werden, können entsprechende Schutzschichten für die Verhinderung von Korrosion eingesetzt werden.

Fig. 4 erläutert, wie die Formhohlraumwand der Kokille gemäss Fig. 1 dimensioniert werden kann. Als Beispiel wird angenommen, dass die Kokille für das Giessen hochgekohlter Stähle geeignet sein soll. Hochgekohlte Stähle sind insofern als Extremfall anzusehen, als beim Giessen dieser Stahlsorten besonders hohe Wärmeströme in den Formhohlraumwanden realisiert werden und die Wärmebelastung der Formhohlraumwande folglich extrem hoch ist. Die Fig. 4 zeigt für zwei verschiedene Formhohlraumwande den jeweiligen Verlauf der Temperatur T in der Formhohlraumwand als Funktion des Abstandes X von der dem Hohlraum abgewandten Seite der Kokillenwand, welche mit Kühlwasser beaufschlagt ist.

Die Kurve (a) in Fig. 4 bezieht sich auf eine Formhohlraumwand aus der unter dem Namen Anticorodal WN 6082 bekannten Legierung AI Mg Si1 , wobei formhohlraumseitig keine Beschichtung vorgesehen ist, während die Kurve (b) sich auf eine Formhohlraumwand bezieht, die aus einem Beschichtungstrager aus AI Mg Si1 mit der Dicke d_s und einer formhohlraumseitigen Beschichtung aus Kupfer mit der

Dicke d_c besteht. Es ist angenommen, dass die Formhohlraumwande jeweils formhohlraumseitig in Kontakt zu einer Stahlschmelze sind, die eine Temperatur von 1530°C aufweist. Als Temperatur des Kühlwassers wird 30°C vorausgesetzt.

Im Falle der Kurve (b) ist als Dicke der Beschichtung d_c = 3 mm angesetzt. Die

Dicke der Formhohlraumwand im Falle der Kurve (a) und die Dicke des Beschichtungstragers im Falle der Kurve (b) sind jeweils so gewählt, dass die Wärmestromdichte in den Formhohlraumwanden jeweils einen Wert von 6 x 10⁶ W/m², d.h. einen für hochgekohlte Stähle typischen Wert, annimmt. Im Falle der Kurven (a) und (b) wurden jeweils die Wärmeübergänge zwischen der Stahlschmelze und der Formhohlraumwand einerseits und der Formhohlraumwand und dem Kühlwasser andererseits durch gleiche Wärmeübergangszahlen charakterisiert: als repräsentativer Wert für die Wärmeübergangszahl, die den Wärmeübergang an der formhohlraumseitigen Oberfläche der Formhohlraumwand beschreibt, ist α_s = 5 000

W/m²K und als repräsentativer Wert für die Wärmeübergangszahl, die den Wärmeübergang zwischen der Formhohlraumwand und dem Kühlwasser kennzeichnet, ist α_w = 60 000 W/m²K angesetzt. Unter den genannten Bedingungen haben die Formhohlraumwande gemäss den Kurven (a) und (b) formhohlraumseitig und an der dem Hohlraum abgewandten Oberfläche jeweils dieselbe Temperatur, obwohl die Formhohlraumwande in den beiden Fällen verschieden dick sind. Die

Kurven (a) und (b) haben gemäss Fig. 4 im Bereich X< d_s einen identischen Ver- lauf, da die Formhohlraumwande in beiden Fällen im Bereich 0< d_s dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen und der Wärmestrom in den Formhohlraumwanden jeweils denselben Wert annimmt. Im Bereich X> d_s hat die Kurve (b) als Funktion des Abstandes X einen flacheren Verlauf als die Kurve (a). Diese Abweichung der Kurve (b) von der Kurve (a) ist eine Folge der Tatsache, dass die Formhohlraumwand gemäss Kurve (b) im Bereich X> d_s, d.h. innerhalb der Beschichtung, eine grössere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Werkstoff des Beschichtungstragers, d.h. AI Mg Si1.

Die aus AI Mg Si1 gefertigte Formhohlraumwand, die der Kurve (a) in Fig. 4 zugeordnet ist, hat an der formhohlraumseitigen Oberfläche unter den angegebenen Bedingungen eine Temperatur von ca. 330°C. Diese Temperatur liegt deutlich oberhalb der Erweichungstemperatur des Werkstoffs der Formhohlraumwand, welche ca. 200°C beträgt. Bei Temperaturen oberhalb von 300°C ist die mechanische Festigkeit des Werkstoffs bereits auf weniger als 10 % des entsprechenden Wertes bei Raumtemperatur reduziert. Bei einem Temperaturprofil gemäss Kurve (a) befindet sich bereits mehr als 50 % des Volumens der Formhohlraumwand auf einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Werkstoffs der Formhohlraumwand. Unter diesen Bedingungen befindet sich die Formhohlraumwand in einem kritischen Zustand, in dem die Formhohlraumwand übermässig verschleis- sanfällig ist mit dem Resultat, dass die Standzeit der Formhohlraumwand inakzeptabel kurz ist.

Die Formhohlraumwand, die der Kurve (b) in Fig. 4 zugeordnet ist, hat - als Resultat der Erfindung - eine Struktur, die eine höhere thermische Belastung erlaubt und eine längere Standzeit im Giessbetrieb erwarten lässt im Vergleich zu der Formhohlraumwand gemäss Kurve (a) in Fig. 4. Der Werkstoff der Beschichtung - in diesem Beispiel Kupfer - hat erfindungsgemass eine höhere Warmfestigkeit als der Werkstoff des Beschichtungstragers und stellt sicher, dass die Formhohlraumwand an der an die Stahlschmelze angrenzenden Oberfläche die erforderliche mechanische Stabilität aufweist. Weiterhin sorgt die Beschichtung dafür, dass die maximale Temperatur, die der Werkstoff des Beschichtungstragers annehmen kann, geringer ist als die Temperatur an der an die Stahlschmelze angrenzende

Oberfläche der Formhohlraumwand. Durch geeignete Wahl der Dicke d_c der Beschichtung kann die Temperatur im Beschichtungstrager derart abgesenkt werden, dass der Beschichtungstrager eine angemessene Formstabilität gewährleistet. Da im gewählten Beispiel AI Mg Si1 bei Raumtemperatur eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als Kupfer, ist zu erwarten, dass eine Formhohlraumwand gemäss Fig. 4 eine mechanische Stabilität aufweist, die der Stabilität einer aus- schliesslich aus Kupfer gefertigten Formhohlraumwand mindestens entspricht. Im Falle der Formhohlraumwand gemäss Kurve (b) in Fig. 4 befinden sich mehr als 50 % der Volumenanteile des Beschichtungstragers auf einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Werkstoffs des Beschichtungstragers.

Der Beschichtungstrager 6, 23 wie auch die Beschichtung 26, 28 aus einem oder verschiedenartigen Materialien besteht, wie zum Beispiel aus Stahl, Stahlguss, Grauguss, Titan, Molybdän, Magnesium, Nickel, Chrom, Zink, Platin, Gold, Silber oder entsprechenden Legierungen aus einem oder mehrerer dieser Materialien. Die Beschichtung kann ausserdem ein Keramikmaterial enthalten.

Claims

Patentansprüche

1. Kokille zum Stranggiessen einer Stahlschmelze, mit mindestens einer Formhohlraumwand (4', 22'), die einen Hohlraum (4, 22) begrenzt, mit einer Kühlvorrichtung (5) zur Kühlung der Formhohlraumwand, wobei mit der Kühlvorrichtung beim Giessen in der Formhohlraumwand ein Temperaturgefälle realisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Formhohlraumwand (4^*, 22') einen Beschichtungstrager (6, 23) aufweist, auf den ein den Hohlraum (4, 22) begrenzende Beschichtung (7, 26, 28) aufgebracht ist, wobei die Beschichtung (7, 26, 28) derart ausgelegt ist, dass die Temperatur im Beschichtungstrager (6, 23) beim Giessen auf einem Wert unterhalb eines für die Festigkeit des Beschichtungstragers massgeblichen Grenzwertes haltbar ist.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für den Beschichtungstrager (6, 23) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gewählt ist und die Beschichtung (7, 26, 28) aus einem Material gebildet ist, das eine höhere Warmfestigkeit als der Werkstoff des Beschichtungstragers aufweist.

3. Kokille nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert so gewählt ist, dass der Beschichtungstrager (6, 23) beim Giessen formstabil ist.

4. Kokille nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert 300°C beträgt.

5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturgefälle derart realisierbar ist, dass sich beim Giessen mehr als 50 % Volumenanteile des Beschichtungstragers (6, 23) auf einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Werkstoffs für den Beschichtungstrager (6, 23) befindet.

6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (6, 23) eine höhere Standfestigkeit aufweist als die Beschichtung (7, 26, 28).

7. Kokille nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (26) zumindest in einem Bereich (25) um ein Sollniveau der Metallschmelze aus einem Material gebildet ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Beschichtungstrager (23).

8. Kokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Beschichtung (26) Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.

9. Kokille nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet dass im Bereich (25) um das Sollniveau eine Zwischenschicht (29) zwischen dem Beschichtungstrager (23) und der Beschichtung (26) angeordnet ist, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Beschichtung (26) aufweist.

10. Kokille nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Materials höher ist als die Temperatur der Stahlschmelze.

11. Kokille nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Beschichtung aus Keramik oder aus einem der Metalle Molybdän, Wolfram, Nickel oder aus einer Legierung auf der Basis eines oder mehrerer dieser Metalle bzw. Keramik ist.

12. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (28) in einem Bereich an einer Austrittsöffnung (30) für einen Strang widerstandsfähig gegen Verschleiss infolge einer Wechselwirkung mit dem Strang ist.

13. Kokille nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (23) in dem Bereich an der Austrittsöffnung (30) mit Nickel oder einer Nickellegierung beschichtet ist.

14. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtung (26, 28) Schmiermittel zum Schmieren der Kruste eines Stranges eingelagert sind.

15. Kokille nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittel Feststoffe auf Molybdän- und/oder Wolframbasis, vorzugsweise MoS₂ und/oder WS₂, umfassen.

16. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (7, 26, 28) 0.5 - 5 mm, vorzugsweise 2 - 4 mm, beträgt.

17. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26, 28) galvanisch aufgetragen, plattiert oder thermisch gespritzt, beispielsweise flammgespritzt oder plasmagespritzt, ist.

18. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26, 28) an der mit der Metallschmelze in Kontakt tretenden Oberfläche einen Ueberzug aus Chrom, vorzugsweise aus Hartchrom, aufweist.

19. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (12) des Beschichtungstragers 2 - 10 mm beträgt.

20. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (6, 23) auf der dem Hohlraum (4) abgekehrten Seite mit Kühlrippen (11) versehen ist.

21. Kokille nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (12) des Beschichtungstragers zwischen den Kühlrippen (11) 2 - 10 mm beträgt.

22. Kokille nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Kühlrippen (11) 3 - 10 mm, vorzugsweise 4 - 8 mm, beträgt.

23. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Formhohlraumwand (4', 22') als Rohr ausgebildet ist.

24. Kokille nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (6, 23) aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist.

25. Kokille nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschichtung (7, 26, 28) durch eine Bearbeitung an vorbestimmte Formhohlraummasse anpassbar ist.

26. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7, 26, 28) erneuerbar ist.

27. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in die Beschichtung (7, 26, 28) eine oder mehrere Messsonden, wie zum Beispiel Temperaturmessfühler, eingebettet sind.

28. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (6, 23) eine Schutzschicht gegen Korrosion aufweist.

29. Kokille nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht eine Schicht aus Nickel, Kupfer oder Nickel-Phosphor umfasst.

30. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (6, 23) aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Teile aus einem gleichen oder verschiedenen Materialien bestehen.

31. Kokille nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungstrager (6, 23) wie auch die Beschichtung (26, 28) aus einem oder verschiedenartigen Materialien besteht, wie zum Beispiel aus Stahl, Stahlguss, Grauguss, Titan, Molybdän, Magnesium, Nickel, Chrom, Zink, Platin, Gold, Silber oder entsprechenden Legierungen aus einem oder mehrerer dieser Materialien.