WO2019001888A1 - KOKILLENPLATTE UND KOKILLE FÜR EINE STRANGGIEßANLAGE SOWIE STRANGGUSS-VERFAHREN - Google Patents

KOKILLENPLATTE UND KOKILLE FÜR EINE STRANGGIEßANLAGE SOWIE STRANGGUSS-VERFAHREN Download PDF

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WO2019001888A1
WO2019001888A1 PCT/EP2018/064211 EP2018064211W WO2019001888A1 WO 2019001888 A1 WO2019001888 A1 WO 2019001888A1 EP 2018064211 W EP2018064211 W EP 2018064211W WO 2019001888 A1 WO2019001888 A1 WO 2019001888A1
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WO
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mold plate
mold
replacement material
coefficient
base body
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Application number
PCT/EP2018/064211
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English (en)
French (fr)
Inventor
Raphael TWARDOWSKI
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Steel Europe Ag, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention is thus based on the object to provide a device and a method by which, especially with regard to the surface, high-quality continuous casting products, in particular without cracking, can be produced.
  • a mold plate for a mold of a continuous casting plant with a base body which comprises on one side a working surface for heat absorption from cast metal in the mold and on the opposite side a cooling surface for heat release to a cooling device, wherein the base body has a first coefficient of thermal conductivity, characterized characterized in that a replacement material having a second coefficient of thermal conductivity is arranged in the base body, which is less than the first coefficient of thermal conductivity.
  • a copper alloy is used for the base body.
  • High-alloy steels, in particular all stainless, heat-resistant, corrosion-resistant and / or heat-resistant steels, are suitable as replacement material.
  • the partially solidified metal in the mold is not affected by unevenness of the mold plate or unevenness of the work surface. Avoiding unevenness on the work surface is advantageous for subsequent process steps. Because it is a flat work surface, essentially without depressions and increase, provided, whereby no bumps are transferred to the cast, partially solidified metal.
  • Embodiments of a mold plate according to the invention are characterized in that the replacement material is provided in areas of high thermal stress. As a result, the thermal conductivity in these areas and thus the heat flow density, ie the amount of energy dissipated, is reduced. Contrary to the prior art, in which, in particular in the highly thermally stressed areas, the fastest possible cooling in the mold is desired, the thermal conductivity is reduced in at least one of these areas. With this measure, the heat flux density over the surface of the mold plate is balanced and thus the temperature difference between mold plate and metallic melt or strand shell lower. Due to the reduced temperature difference and cracking in the strand shell is avoided.
  • Inventive embodiments of the mold plate are characterized in that the replacement material in the region of the casting mirror, the dip tube, the side edges and / or the outlet region is arranged. Since these are the areas of high thermal and / or mechanical stress, replacement material has the advantages described above there.
  • Embodiments of mold plates according to the invention are characterized in that the replacement material is designed as a strip which extends over at least part of the width of the mold plate.
  • the replacement material can be provided in the form of a plate and simply fastened in recesses which have been introduced into the mold plate.
  • the attachment can be done by connecting means, such as screws and the like, and / or positive engagement by means of grooves and in this engaging, correspondingly shaped, fittings.
  • the strips can only replace part of the width of the mold plate or, in particular in the region of the mold level, extend over the entire width of the mold plate.
  • the replacement material is cylindrically shaped and arranged in an exact fit in a corresponding bore in the base body.
  • a cylindrical shape of the replacement material is advantageous, in particular for the production of such a mold plate.
  • a bore for fitting the cylindrical replacement material in the body can be easily provided by means of a drill.
  • the replacement material can then be fixed accurately in the base body. This can be done in particular by a press fit.
  • Another advantage of the cylindrically shaped replacement material is that by varying the diameter and / or number per surface portion of the replacement materials, the thermal conductivity and thus the heat flux density in the surface sections adjusted and a sudden change between surface sections can be avoided.
  • other cross-sectional profiles are possible, but in these cases, the advantage of ease of manufacture may be omitted.
  • the mold plate characterized in that the cooling surface is formed over the entire surface of the body.
  • the replacement material hereby has a thickness which is less than the thickness of the base body.
  • the cooling surface thereby has the advantage of a uniform surface, whereby a good heat transfer to the cooling medium of the cooling device takes place, which is connected to the cooling surface. Due to the unitary area, problems with sealing in a liquid cooling medium which is in direct contact with the cooling surface are avoided, and the heat flow density on the cooling surface becomes more uniform.
  • Chill plate are in embodiments of the invention, characterized in that the material of the body has a first coefficient of thermal expansion and the replacement material has a second coefficient of thermal expansion and that the first and second coefficients of thermal expansion have a maximum of 10% different value.
  • the material of the base body and the replacement material have a thermal expansion coefficient of a similar order of magnitude.
  • the coefficients of thermal expansion differ by a maximum of 10% from one another, for example in the case of a base body made of a copper alloy with a first thermal expansion coefficient of approximately 16.5 * 10 6 1 / K, the second coefficient of thermal expansion of the replacement material is in the range of 15 * 10 -6 to 18 * 10 ⁇ 6 1 / K. This will damage avoided on the main body or the replacement material due to the different material expansion stresses.
  • Preferred embodiments of mold plates according to the invention are characterized in that the second thermal expansion coefficient is greater than or equal to the first thermal expansion coefficient.
  • the base body and the replacement material have the same coefficient of thermal expansion, whereby stresses are avoided.
  • a slightly larger coefficient of thermal expansion of the replacement material is advantageous, since this can be created or enhanced by a press fit.
  • the second coefficient of thermal expansion should not be more than 10% greater than the first thermal expansion coefficient.
  • the main body is made in embodiments of copper or a copper alloy, as well as known from the prior art mold plates.
  • High-alloyed steels in particular heat-resistant or heat-resistant and corrosion-resistant steel alloys, are preferably suitable as replacement materials.
  • the replacement material reduces the amount of copper used. As a result, a cost saving is already achieved by the partial change of material by the copper content is lower.
  • the service life of the mold plate is also increased, since especially in the highly thermally stressed areas, the copper is replaced by a wear-resistant replacement material. Thus, a further cost savings due to the longer service life is achieved.
  • molds of a continuous casting plant according to the invention which have one of the mold plate described above.
  • a continuous casting plant comprising a previously described mold is also part of the invention.
  • Another aspect of the invention is a method for operating a mold of a continuous casting plant, which is characterized in that by means of embedded in a mold plate replacement material with a second heat conductivity, which is less than the first coefficient of thermal conductivity of the base body of the mold plate, the heat flux density of the mold plate in the area high thermal load is reduced. As described above for the mold plate, This reduces the temperature difference and thus the cooling rate between the metallic melt and the mold. Thus, the heat flux density runs more uniformly over the amount passed through the mold, which avoids stress cracks in the resulting strand shell.
  • Fig. La is a schematic representation of a mold plate with cooling device after the
  • 1 b shows a schematic representation of the course of the heat flow density over the height of the mold plate according to FIG.
  • FIG. 2a is a schematic representation of a mold plate with cooling device according to an embodiment
  • FIG. 2b shows a schematic representation of the course of the heat flow density over the height of the mold plate according to FIG. 2a
  • FIG. 3a shows a schematic representation of a mold plate with cooling device according to an embodiment
  • FIG. 3b is a schematic representation of the course of the heat flux density over the height of the mold plate according to Fig. 3a and
  • Fig. La shows a one-piece mold plate (1), as is common in the prior art, which is connected to a cooling device (8).
  • the mold plate (1) has a working surface (2) on its side coming into contact with the metallic melt.
  • the working surface (2) opposite cooling surface (3) of the mold plate (1) is connected to the cooling device (8), which is why the reference numeral refers to the connection plane.
  • Fig. Lb shows schematically the course of the heat flow density over the height of the mold plate (1) of FIG. La.
  • the axes are in this case with h for the height of the mold plate (1) as the y-axis and the x-axis with q for the Heat flux density referred.
  • the heat flow density in the upper region which corresponds to the casting level of the metallic melt, increases very rapidly up to a maximum and drops off sharply towards the bottom. The rapid increase is clear from the pouring mirror and the fact that there is no metallic melt over it.
  • the sharp decline in the heat flux density is due, on the one hand, to the already partial cooling and the deteriorating heat transfer due to the forming strand shell.
  • FIG. 2a An embodiment of the invention is shown in Fig. 2a.
  • a mold plate (1) with a working surface (2) and a cooling surface (3) is shown, which is connected to a cooling device (8).
  • the mold plate (1) is formed from a base body (4) into which a strip made of a replacement material (5) is inserted in the region of the casting mirror.
  • the replacement material (5) closes flush with the work surface (2).
  • the cooling surface (3) is formed over the entire surface of the base body (4) and the replacement material (5) extends only over part of the thickness of the mold plate (1).
  • FIG. 2b correspondingly illustrates the schematic course of the heat flow density over the height of the mold plate (1) according to FIG. 2a.
  • the maximum in the region of the mold level is significantly lower and a more uniform, approximately linear, decreasing heat flow density.
  • a more uniform cooling of the metallic melt which contributes to the avoidance of stress cracks in the strand shell.
  • Fig. 3a an embodiment of the invention is also shown.
  • This embodiment also comprises a mold plate (1) with a working surface (2) and a cooling surface (3), wherein the mold plate (1) is connected to a cooling device (8).
  • the base body (4) of the mold plate (1) is provided in this embodiment with holes (7), in the cylindrically shaped replacement material (6) is fitted.
  • the replacement material (5) closes here flush with the work surface (2).
  • the holes (7) or the cylindrical replacement material (6) are provided evenly distributed in the illustrated embodiment, especially in the region of the casting mirror. Cylindrical here is not limited to purely round geometries, round cross-sections have manufacturing advantages. Rather, the replacement material (6) and corresponding to the bore (7) have a polygonal, elliptical or otherwise arbitrarily shaped cross-section. Alternatively, the distribution of the holes (7) can also be adapted to the circumstances, and for example the number per unit area and / or the diameter of the replacement material (6) can be varied. Likewise, additional bores (7) with fitted replacement material (6) can be provided in further areas with high thermal load (9).
  • FIG. 3b shows the course of the heat flow density over the height of a mold plate (1) for an embodiment according to FIG. 3a.
  • a similar effect is achieved as described in Fig. 2b, which maximum may be slightly higher compared to a strip embodiment, but may be spread over a wider height range.
  • FIG. 4 shows a distribution of the heat flux density over the surface, in particular work surface, of a one-piece mold plate (1) according to the prior art, as also illustrated in FIG. 1a.
  • clearly visible area with high thermal stress (9). are distributed in particular across the width along the casting mirror or at the level of the outlet of the dip tube (10), which corresponds to the formulation of the region of the casting mirror used in the further description.
  • the highest thermal load is present, since at this point the metallic melt enters the mold.
  • Other thermally highly stressed areas can be seen on the edge areas.
  • stripe-shaped replacement material can only be formed over part of the width of the mold plate. and / or have a variable stripe width. Also combinations of strip-shaped and cylindrical replacement material are possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokillenplatte (1) für eine Kokille einer Stranggießanlage mit einem Grundkörper (4), welcher auf einer Seite eine Arbeitsfläche (2) zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall und auf der gegenüberliegenden Seite eine Kühlfläche (3) zur Wärmeabgabe an eine Kühleinrichtung (8) umfasst, wobei der Grundkörper (4) einen ersten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (4) ein Ersatzmaterial (5, 6) mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist, welcher geringer als der erste Wärmeleitkoeffizient ist.

Description

Kokillenplatte und Kokille für eine Stranggießanlage sowie Strangguss-Verfahren Technisches Gebiet (Technical Field)
Auf dem Gebiet des Stranggießens von metallischen Schmelzen ist die Verwendung von Kokillen bekannt. Aufgrund der hohen Temperaturen der metallischen Schmelzen sowie einer möglichst kontinuierliche Betriebsweise werden hierbei hohe Anforderungen an die Kokille gestellt, um eine ausreichende Kühlung der metallischen Schmelze zu erreichen, damit beim Verlassen der Kokille ein Strang mit einer ausreichend feste Schale entsteht.
Technischer Hintergrund (Background Art)
Beim Stranggießen werden metallische Schmelzen mit Hilfe von wassergekühlten Kokillen zu Brammen erstarrt. Bei einer Kokille handelt es sich in den meisten Fällen um einen Kasten mit einer oberen Eintritts- und einer unteren Austrittsöffnung, wobei die inneren Flächen meist durch Kokillenplatten gebildet sind, die außen von einer Kühleinrichtung, oft auch Wasserkasten genannt, umgeben sind. Die Schmelze wird durch ein Tauchrohr in die Kokille eingeleitet, wobei diese bei Kontakt mit den gekühlten Kokillenwänden von außen nach innen allmählich erstarrt. Auf Höhe des Gießspiegels treten dabei die höchsten Wärmestromdichten auf, da in diesem Bereich noch keine bzw. die sich bildende Strangschale eine geringe Dicke aufweist.
Neben einer Änderung der Oberflächenstruktur oder veränderter Gießpulver sind im Stand der Technik Veränderungen an der in der Regel einstückigen Kokillenplatte bekannt.
Beispielsweise ist aus DE 10 2007 028 064 AI bekannt, in eine Kokillenplatte aus Kupfer Wärmetransportelement einzusetzen, die eine gegenüber dem Kupfer höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Wärmeabfuhr aus der metallischen Schmelze zu beschleunigen beziehungsweise die abgeführte Wärme pro Zeiteinheit zu erhöhen. Hierdurch wird die Kühlleistung insgesamt erhöht.
Einen gleichen Ansatz verfolgt die US 3,612, 158 aus dem Stand der Technik.
Aufgrund der enormen Temperaturunterschiede kommt es bei der Erstarrung im Bereich des Gießspiegels jedoch zu spannungsinduzierter Rissbildung und damit zu qualitativer Beeinträchti- gung am Endprodukt. Neben der qualitativen Beeinträchtigung des Erzeugnisses, ist die Belastung des Kokillenmaterials erheblich.
Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, durch das vor allem hinsichtlich der Oberfläche qualitativ hochwertige Stranggussprodukte, insbesondere ohne Rissbildung, hergestellt werden können.
Weitere Aufgaben der Erfindung liegen in Verbesserung der Prozesssicherheit, Kosten und Standzeiten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kokillenplatte gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 aufweist, insbesondere wenn diese nach einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12 verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist eine Kokillenplatte für eine Kokille einer Stranggießanlage mit einem Grundkörper, welcher auf einer Seite eine Arbeitsfläche zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall und auf der gegenüberliegenden Seite eine Kühlfläche zur Wärmeabgabe an eine Kühleinrichtung umfasst, wobei der Grundkörper einen ersten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper ein Ersatzmaterial mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist, welcher geringer als der erste Wärmeleitkoeffizient ist. Für den Grundkörper wird beispielsweise eine Kupferlegierung verwendet. Als Ersatzmaterial eigenen sich beispielweise hochlegierte Stähle, insbesondere alle nichtrostende, wärmebeständige, korrosionsbeständige und/oder warmfeste Stähle. Hierdurch entsteht der Effekt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Kokillenplatte, an der oder den Stellen an denen Ersatzmaterial vorgesehen ist, verringert wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der im allgemeinen höheren Verschleißbeständigkeit eines Ersatzmaterials mit einem geringeren zweiten Wärmeleitkoeffizienten gegenüber dem Grundkörper, wodurch vor allem in Bereichen mit hoher thermischer Belastung auch die auftretende höhere mechanische Belastung entgegengewirkt werden kann. Hierdurch kann die Standzeit der Kokillenplatte und der Kokille als Ganzes verlängert werden. Die Wärmeleitfähigkeit wird zum einen durch den gewählten Werkstoff des Ersatzmaterials bestimmt. Zum anderen spielt die geometrische Anordnung, bzw. das Dickenverhältnis der eingesetzten Paarung von Grundkörper und Ersatzmaterial zwischen Schmelze und Kühlkanal eine Rolle. Hier kann beliebig, oder auch gezielt variiert werden. Bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kokillenplatten sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial bündig mit der Arbeitsfläche abschließt. Dadurch wird das teilerstarrte Metall in der Kokille nicht durch Unebenheiten der Kokillenplatte beziehungsweise Unebenheiten der Arbeitsfläche beeinflusst. Eine Vermeidung von Unebenheiten auf der Arbeitsfläche ist für nachfolgende Prozessschritte von Vorteil. Denn es wird eine ebene Arbeitsfläche, im Wesentlichen ohne Vertiefungen und Erhöhung, bereitgestellt, wodurch keine Unebenheiten auf das gegossene, teilerstarrte Metall übertragen werden.
Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kokillenplatte sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial in Bereichen mit hoher thermischer Belastung vorgesehen ist. Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit in diesen Bereichen und somit die Wärmestromdichte, also die Menge der abgeführten Energie, reduziert. Entgegen dem Stand der Technik, bei dem, insbesondere in den hoch thermisch belasteten Bereichen, eine möglichst schnelle Abkühlung in der Kokille gewünscht ist, wird die Wärmeleitfähigkeit in zumindest einem dieser Bereiche verringert. Mit dieser Maßnahme wird die Wärmestromdichte über die Fläche der Kokillenplatte ausgeglichener und somit der Temperaturunterschied zwischen Kokillenplatte und metallischer Schmelze beziehungsweise Strangschale geringer. Aufgrund des verringerten Temperaturunterschiedes wird auch eine Rissbildung in der Strangschale vermieden.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen der Kokillenplatte sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial im Bereich des Gießspiegels, des Tauchrohrs, der seitlichen Ränder und/oder dem Austrittsbereich angeordnet ist. Da dies die Bereiche mit einer hohen thermischen und/oder mechanischen Belastung sind, weist Ersatzmaterial dort die zuvor beschriebenen Vorteile auf.
Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kokillenplatten sind dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial als Streifen ausgebildet ist, der sich zumindest über einen Teil der Breite der Kokillenplatte erstreckt. Derartige Ausbildungen weisen den Vorteil auf, dass das Ersatzmaterial plat- tenförmig bereitgestellt und einfach in Ausnehmungen, welche in die Kokillenplatte eingebrachte wurden, befestigt werden kann. Die Befestigung kann durch Verbindungsmittel, wie Schrauben und dergleichen, und/oder Formschluss mittels Nuten und in diese eingreifende, entsprechend geformte, Formstücke erfolgen. Die Streifen können nur einen Teil der Breite der Kokillenplatte ersetzen oder sich, insbesondere im Bereich des Gießspiegels, auch über die komplette Breite der Kokillenplatte erstrecken. In erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Kokillenplatte ist das Ersatzmaterial zylindrisch ausgebildet und passgenau in einer entsprechenden Bohrung im Grundkörper angeordnet. Eine zylindrische Form des Ersatzmaterials ist, insbesondere für die Fertigung einer solchen Kokillenplatte vorteilhaft. Eine Bohrung zur Einpassung des zylindrischen Ersatzmaterials in den Grundkörper kann einfach mittels eines Bohrers bereitgestellt werden. Das Ersatzmaterial kann dann passgenau im Grundkörper fixiert werden. Dies kann insbesondere durch eine Presspassung geschehen. Ein weitere Vorteil des zylindrisch ausgebildeten Ersatzmaterials liegt darin, dass durch Variierung der Durchmesser und/oder Anzahl pro Flächenabschnitt der Ersatzmaterialien die Wärmeleitfähigkeit und somit die Wärmestromdichte in den Flächenabschnitten eingestellt und ein sprunghafte Wechsel zwischen Flächenabschnitten vermieden werden kann. Neben einer zylindrischen Form sind auch andere Querschnittsprofile möglich, wobei in diesen Fällen jedoch unter Umständen der Vorteil der leichten Herstellbarkeit entfällt.
In Ausführungsformen ist die Kokillenplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche vollflächig vom Grundkörper gebildet wird. Das Ersatzmaterial weißt hierbei eine Dicke auf, die geringer als die Dicke des Grundkörpers ist. Die Kühlfläche weist dadurch den Vorteil einer einheitlichen Oberfläche auf, wodurch ein guter Wärmeübergang an das Kühlmedium der Kühleinrichtung erfolgt, welche mit der Kühlfläche verbunden wird. Aufgrund der einheitlichen Fläche werden Probleme hinsichtlich der Abdichtung bei einem flüssigen Kühlmedium vermieden, welches direkt mit der Kühlfläche in Kontakt steht, und die Wärmestromdichte auf der Kühlfläche wird gleichmäßiger.
Kokillenplatte sind in erfindungsgemäßen Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und das Ersatzmaterial einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und dass der erste und zweite Wärmeausdehnungskoeffizient einen um maximal 10% voneinander abweichenden Wert aufweisen. Insbesondere im Temperaturbereich im Betrieb, also der Temperatur der metallischen Schmelze und dem Erstarrungstemperaturbereich darunter, weisen das Material des Grundkörpers und des Ersatzmaterials einen Wärmeausdehnungskoeffizient in einer ähnlichen Größenordnung auf. Die Wärmeausdehungskoeffizienten unterscheiden sich um maximal 10% voneinander, beispielsweise bei einem Grundkörper aus einer Kupferlegierung mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 16,5*10 6 1/K liegt der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des Ersatzmaterials im Bereich von 15*10~6 bis 18*10~6 1/K. Hierdurch werden Beschädigungen am Grundkörper oder dem Ersatzmaterial aufgrund der unterschiedlichen Materialausdehnung entstehenden Spannungen vermieden.
Bevorzugte Ausführungen erfindungsgemäßer Kokillenplatten sind dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer oder gleich dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient ist. Idealerweise weisen Grundkörper und Ersatzmaterial einen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, wodurch Spannungen vermieden werden. Um das Ersatzmaterial während des Betriebs im Grundkörper zu sichern, ist auch ein etwas größerer Wärmeausdehnungskoeffizient des Ersatzmaterials vorteilhaft, da hierdurch eine Presspassung erzeugt beziehungsweise verstärkt werden kann. Hierbei sollte der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient, wie oben bereits ausgeführt, nicht mehr als 10% größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient sein.
Der Grundkörper ist in erfindungsgemäßen Ausführungsformen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt, wie auch bei aus dem Stand der Technik bekannten Kokillenplatten. Als Ersatzmaterial eignen sich bevorzugt hochlegierte Stähle, insbesondere warmfeste beziehungsweise wärmebeständige sowie korrosionsbeständige Stahllegierungen. Durch das Ersatzmaterial wird die verwendete Menge an Kupfer reduziert. Hierdurch wird bereits durch den teilweisen Materialwechsel eine Kostenersparnis erreicht, indem der Kupfer-Anteil geringer wird. Die Standzeit der Kokillenplatte wird ebenfalls erhöht, da gerade in den thermisch hochbelasteten Bereichen das Kupfer durch ein verschleißbeständigeres Ersatzmaterial ersetzt wird. Somit wird eine weitere Kostenersparnis aufgrund der längeren Standzeiten erreicht.
Weiter sind Kokillen einer Stranggießanlage erfindungsgemäß, welche eine der zuvor beschriebenen Kokillenplatte aufweisen.
Eine Stranggießanlage umfassend eine zuvor beschriebene Kokille ist ebenfalls Teil der Erfindung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kokille einer Stranggießanlage, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels in einer Kokillenplatte eingebettetem Ersatzmaterial mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten, welcher geringer ist als der erste Wärmeleitkoeffizient des Grundkörpers der Kokillenplatte, die Wärmestromdichte der Kokillenplatte im Bereich hoher thermischer Belastung reduziert wird. Wie oben zur Kokillenplatte beschrieben, wird hierdurch der Temperaturunterschied und somit die Abkühlgeschwindigkeit zwischen metallischer Schmelze und Kokille verringert. Somit verläuft die Wärmestromdichte gleichmäßiger über die durchlaufene Höhe der Kokille, was Spannungsrisse in der entstehenden Strangschale vermeidet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigen:
Fig. la eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte mit Kühlvorrichtung nach dem
Stand der Technik,
Fig. lb eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte gemäß Fig. la,
Fig. 2a eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte mit Kühlvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2b eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte gemäß Fig. 2a,
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Kokillenplatte mit Kühlvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 3b eine schematische Darstellung des Verlaufs der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte gemäß Fig. 3a und
Fig. 4 Verteilung der Wärmestromdichte über die Fläche einer Kokillenplatte gemäß
Fig. la. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Inven- tion)
Fig. la zeigt eine einteilig ausgeführte Kokillenplatte (1), wie im Stand der Technik üblich, welche mit einer Kühlvorrichtung (8) verbunden ist. Die Kokillenplatte (1) weist an ihrer mit der metallischen Schmelze in Kontakt kommenden Seite eine Arbeitsfläche (2) auf. Die der Arbeitsfläche (2) gegenüberliegende Kühlfläche (3) der Kokillenplatte (1) ist mit der Kühlvorrichtung (8) verbunden, weshalb das Bezugszeichen auf die Verbindungsebene verweist.
Fig. lb stellt schematisch den Verlauf der Wärmestromdichte über die Höhe der Kokillenplatte (1) gemäß Fig. la dar. Die Achsen sind hierbei mit h für die Höhe der Kokillenplatte (1) als y-Achse und die x-Achse mit q für die Wärmestromdichte bezeichnet. Wie deutlich erkennbar steigt die Wärmestromdichte im oberen Bereich, der dem Gießspiegel der metallischen Schmelze entspricht sehr schnell an bis auf ein Maximum und fällt nach unten hin deutlich ab. Der schnelle Anstieg ist durch den Gießspiegel und der Tatsache, dass darüber keine metallische Schmelze vorhanden ist, klar. Der starke Abfall der Wärmestromdichte ist zum einen durch die bereits teilweise erfolgte Abkühlung sowie dem sich verschlechternden Wärmeübergang aufgrund der sich bildenden Strangschale begründet.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 2a gezeigt. Hierbei ist wie zu Fig. la beschrieben, eine Kokillenplatte (1) mit einer Arbeitsfläche (2) und einer Kühlfläche (3) dargestellte, die mit einer Kühlvorrichtung (8) verbunden ist. Die Kokillenplatte (1) ist hierbei jedoch aus einem Grundkörper (4) gebildet, in den im Bereich des Gießspiegels ein Streifen aus einem Ersatzmaterial (5) eingesetzt ist. Das Ersatzmaterial (5) schließt hierbei bündig mit der Arbeitsfläche (2) ab. In der dargestellten Ausführungsform wird die Kühlfläche (3) vollflächig von dem Grundkörper (4) gebildet und das Ersatzmaterial (5) erstreckt sich nur über einen Teil der Dicke der Kokillenplatte (1).
Fig. 2b stellt entsprechend den schematischen Verlauf der Wärmstromdichte über die Höhe der Kokillenplatte (1) gemäß Fig. 2a dar. Im Vergleich zu Fig. lb ist deutlich erkennbar, dass das Maximum im Bereich des Gießspiegels deutlich geringer ausfällt und sich eine gleichmäßigere, annähernd lineare, Abnahme der Wärmestromdichte einstellt. Somit erfolgt eine gleichmäßigere Abkühlung der metallischen Schmelze, was zu einer Vermeidung von Spannungsrissen in der Strangschale beiträgt. In Fig. 3a ist ebenfalls ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst ebenfalls eine Kokillenplatte (1) mit einer Arbeitsfläche (2) und einer Kühlfläche (3), wobei die Kokillenplatte (1) mit einer Kühlvorrichtung (8) verbunden ist. Der Grundkörper (4) der Kokillenplatte (1) ist in dieser Ausführungsform mit Bohrungen (7) versehen, in die zylindrisch geformtes Ersatzmaterial (6) eingepasst ist. Das Ersatzmaterial (5) schließt auch hier bündig mit der Arbeitsfläche (2) ab. Die Bohrungen (7) beziehungsweise das zylindrische Ersatzmaterial (6) sind in der dargestellten Ausführungsform vor allem im Bereich des Gießspiegels gleichmäßig verteilt vorgesehen. Zylindrisch ist hierbei allerdings nicht auf rein runde Geometrien beschränkt, wobei runde Querschnitte fertigungstechnische Vorteile aufweisen. Vielmehr kann das Ersatzmaterial (6) und entsprechend die Bohrung (7) einen polygonen, elliptischen oder sonstig beliebig geformten Querschnitt aufweisen. Alternativ kann die Verteilung der Bohrungen (7) auch den Gegebenheiten angepasst werden, und beispielsweise die Anzahl pro Flächeneinheit und/oder der Durchmesser des Ersatzmaterials (6) variiert werden. Genauso können in weiteren Bereichen mit hoher thermischer Belastung (9) zusätzliche Bohrungen (7) mit eingepass- tem Ersatzmaterial (6) vorgesehen werden.
Analog zu den Fig. lb und 2b zeigt Fig. 3b den Verlauf der Wärmestromdichte über die Höhe einer Kokillenplatte (1) für eine Ausführungsform gemäß Fig. 3a. Es wird ein gleichartiger Effekt, wie bei Fig. 2b beschrieben erreicht, wobei das Maximum verglichen mit einer Ausführungsform mit Streifen leicht höher sein kann, jedoch dieses über einen breiteren Höhenbereich verteilt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Verteilung der Wärmestromdichte über die Fläche, insbesondere Arbeitsfläche, einer einstückigen Kokillenplatte (1) nach dem Stand der Technik, wie auch in Fig. la dargestellt. In dieser Darstellung sind deutlich Bereich mit hoher thermischer Belastung (9) erkennbar. Dieser verteilen sich insbesondere über die Breite entlang des Gießspiegels beziehungsweise auf Höhe des Auslasses des Tauchrohrs (10), welcher der in der weiteren Beschreibung verwendeten Formulierung des Bereichs des Gießspiegels entspricht. Im Bereich des Tauchrohrs (10) liegt die höchste Thermische Belastung vor, da an dieser Stelle die metallische Schmelze in die Kokille eintritt. Weitere thermisch hoch belastete Bereiche sind an den Randbereichen erkennbar.
Die verschiedenen Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar und nicht nur auf die beschriebenen oder dargestellten Beispiele von Ausführungsformen beschränkt. So kann sich streifenförmiges Ersatzmaterial auch nur über einen Teil der Breite der Kokillenplatte erstre- cken und/oder eine variable Streifenbreite aufweisen. Auch Kombinationen von streifenförmigem und zylindrischem Ersatzmaterial sind möglich.
Bezugszeichenliste
1 Kokillenplatte
2 Arbeitsfläche
3 Kühlfläche
4 Grundkörper
5 Ersatzmaterial (Streifen)
6 Ersatzmaterial (Zylinder)
7 Bohrung
8 Kühleinrichtung
9 Bereich hoher thermischer Belastun
10 Tauchrohr q Wärmestromdichte
h Höhe der Kokillenplatte

Claims

Patentansprüche
1. Kokillenplatte (1) für eine Kokille einer Stranggießanlage mit einem Grundkörper (4), welcher auf einer Seite eine Arbeitsfläche (2) zur Wärmeaufnahme aus in die Kokille gegossenem Metall und auf der gegenüberliegenden Seite eine Kühlfläche (3) zur Wärmeabgabe an eine Kühleinrichtung (8) umfasst, wobei der Grundkörper (4) einen ersten Wärmeleitkoeffizienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (4) ein Ersatzmaterial (5, 6) mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten angeordnet ist, welcher geringer als der erste Wärmeleitkoeffizient ist.
2. Kokillenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5, 6) bündig mit der Arbeitsfläche (2) abschließt.
3. Kokillenplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5, 6) in Bereichen mit hoher thermischer Belastung (9) vorgesehen ist.
4. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5, 6) im Bereich des Gießspiegels, des Tauchrohrs und/oder der seitlichen Ränder angeordnet ist.
5. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (5) als Streifen ausgebildet ist, der sich zumindest über einen Teil der Breite der Kokillenplatte (1) erstreckt.
6. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmaterial (6) zylindrisch ausgebildet und passgenau in einer entsprechenden Bohrung (7) im Grundkörper (4) angeordnet ist.
7. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche (3) vollflächig vom Grundkörper (4) gebildet wird.
8. Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers (4) einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und das Ersatzmaterial (5, 6) einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und dass der erste und zweite Wärmeausdehnungskoeffizient einen um maximal 10% voneinander abweichenden Wert aufweisen.
9. Kokillenplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient größer oder gleich dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient ist.
10. Kokille einer Stranggießanlage, welche eine Kokillenplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
11. Stranggießanlage umfassend eine Kokille nach Anspruch 10.
12. Verfahren zum Betreiben einer Kokille einer Stranggießanlage dadurch gekennzeichnet, dass mittels in einer Kokillenplatte (1) eingebettetes Ersatzmaterial (5, 6) mit einem zweiten Wärmeleitkoeffizienten, welcher geringer ist als der erste Wärmeleitkoeffizient des Grundkörpers (4) der Kokillenplatte (1), die Wärmestromdichte der Kokillenplatte (1) im Bereich hoher thermischer Belastung reduziert wird.
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