Stranggiesskokille zum Giessen von Stahl

Abstract

 Zur Erzielung von hohen Innenwandtemperaturen im Badspiegelbereich bei gleichzeitig hoher Standzeit einer Stranggießkokille (1) sowie zur Verbesserung der Oberflächenqualität des gegossenen Stranges (5), insbesondere hinsichtlich der Oszillationsmarken, ist die Stranggießkokille (1) zum Gießen von Stahl mit einem Einsatz (6) in der Kupferwandung (2) versehen. Dieser Einsatz (6) besteht aus einem Material geringerer Wärmeleitfähigkeit als die Kupferwand (2) und reicht nur bis knapp unter den Badspiegel (8). Dieser Einsatz (6) ist mit einer Vielzahl von streifenförmigen, elektronenstrahlgeschweißten, mit Abstand zueinander angeordneten, zahnartigen Verbindungen (9) mit der Kupferwand (2) verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Stranggiesskokille zum Giessen von Stahl, mit einer den Formhohlraum bildenden Wandung hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die einen bis knapp unter den Badspiegelbereich reichenden Einsatz aus einem Metall mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit aufweist.

[0002] In den, den Formhohlraum bildenden Wänden von Stranggiesskokillen treten während des Betriebes thermische Spannungen auf. Diese Spannungen können zu schädlichen Deformationen der Kokillenwandung führen und dadurch auch die Qualität des gegossenen Stranges beeinträchtigen. Die Kokillen sind ferner einer mechanischen Beanspruchung durch Abrieb ausgesetzt und müssen von Zeit zu Zeit nachbearbeitet werden.

[0003] Bei oszillierenden Stranggiesskokillen kommt es durch die schroffe Erstarrung des Metalls im Meniskusbereich zur Ausbildung von sogenannten Oszillationsmarken und anderen Giesswellen, was oftmals nachteilige Folgen, wie Risse und Durchbrüche, mit sich bringt.

[0004] Zur Erhöhung der Standzeit von Kokillen ist es bekannt (US-PS 3 302 251), auf die Kokillenwände dünne Schichten aus einem Metall höherer Abriebfestigkeit, wie z.B. Chrom oder Molybdän, elektrolytisch aufzubringen bzw. aufzuspritzen. Derartige Schichten neigen jedoch zum Abplatzen und erhöhen die Lebensdauer der Kokille nicht in dem gewünschten Ausmass. Da nach einer gewissen Anzahl von Güssen die Wände nachbearbeitet werden, müssen diese Schichten jeweils neu aufgebracht werden, was unwirtschaftlich ist.

[0005] Es ist ferner eine Stranggiesskokille bekannt(AT-PS 322756), die aus einem Grundkörper aus Kupfer und einem, in diesen Grundkörper form- und kraftschlüssig eingefügten Einsatz aus einem Material geringerer Wärmeleitfähigkeit als das Material des Grundkörpers besteht. Als Material für einen derartigen Einsatz werden Legierungen aus Kupfer-Chrom oder Kupfer-Kobält-Beryllium oder gesinterte Pulvermischungen angegeben. Dadurch sollte eine Regulierungsmöglichkeit des Wärmedurchganges in Abhängigkeit von der Kokillenhöhe erzielt werden. Die Festlegung des Einsatzes in einer entsprechend geformten Nut der Kokillenwand kann z.B. durch Explosivplattieren erfolgen, wobei eine unmittelbare metallische Verbindung angestrebt wird. Um ein Herausplatzen bzw. Abplatzen des Einsatzes aus oder von der Kokillenwand oder ein Verziehen zu verhindern, sollten die Ausdehnungskoeffizienten des Einsatzmaterials und des Kokillenwerkstoffes aufeinander abgestimmt werden. Obwohl sich dadurch die Gefahr des Abplatzens gegenüber Kokillen, die nur mit einer durch Spritzen oder elektrolytisch aufgebrachten dünnen Schicht versehen sind, vermindert, ist eine befriedigende Haltbarkeit einer derartigen Kokille und damit die angestrebte Qualitätsverbesserung des Stranges nicht gegeben. Während der Kokillenreise ändert sich nämlich die Schichtdicke des Einsatzes durch Nachbearbeitung und/oder Abrieb, wodurch sich auch die Unterschiede der mittleren Temperaturen in dem Grundmaterial und dem Einsatz ändern. Dadurch treten trotz der ursprünglichen Abstimmung der Ausdehnungskoeffizienten durch die erhebliche thermische Beanspruchung, insbesondere durch Temperaturwechsel, Spannungen auf, die zu Verwerfungen der zusammengesetzten Kokillenwand, zu Ablösungen der aufgebrachten Schicht und zur Qualitätsverminderung des gegossenen Stranges führen. Die erwähnte Verbindung des Einsatzes mit dem Grundkörper durch Explosivplattieren gibt nur eine wenig tiefe metallische Bindung und ist zudem relativ teuer. Mit einem über die ganze Kokillenlänge reichenden Einsatz wird überdies die Gesamtwärmeabfuhr verringert, was zu einer ungenügenden Krustendicke beim Austritt des Stranges aus der Kokille führen kann.

[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stranggiesskokille zu schaffen, die es erlaubt, hohe Betriebstemperaturen im Badspiegelbereich an der, den Formhohlraum bildenden Kokillenwandinnenfläche zu erzielen, die Erstarrung im Meniskusbereich zu beeinflussen und dadurch insbesondere die Oszillationsmarkenbildung zu reduzieren. Gleichzeitig sollten nachteilige Folgen für die Kokille ausgeschaltet und dadurch neben der positiven Auswirkung auf das Gussprodukt auch die Standzeit der Kokille erhöht werden. Ferner sollte die Herstellung der Kokillenwandung vergleichsweise wirtschaftlicher sein.

[0007] Diese Aufgabe wird bei einer Kokille der eingangs beschriebenen Art gelöst durch eine Vielzahl von streifenförmig, elektronenstrahlgeschweissten, mit Abstand zueinander angeordneten zahnartigen Verbindungen von Einsatz und Wandung. Mit einer derart aufgebauten Kokillenwand aus den erfindungsgemäss verbundenen Materialien sind höhere Betriebstemperaturen an der Kokilleninnenwandfläche im Badspiegelbereich möglich, ohne dass es zu Verwerfungen oder Abplatzungen der Wand bzw. des Einsatzes kommt. Durch die Vielzahl der streifenförmigen Verbindungen wird eine zusammengesetzte Wand geschaffen, die die auftretenden Spannungen ohne Schädigungen aufnehmen kann. Wesentlich dafür ist die Kombination aus geometrischer Verzahnung des Einsatzes in der Kupferwand einerseits und der vergleichsweise, gegenüber z.B. Explosiv-Verfahren, tiefergehenden metallischen Verbindung durch das Elektronenstrahl-Schweissen andererseits. Durch die streifenförmig,elektronenstrahl-geschweissten, mit Abstand zueinander angeordneten zahnartigen Verbindungen entsteht gleichsam eine Uebergangsschicht zwischen Einsatz und Wandung, die die, bei den entstehenden Temperaturunterschieden auftretenden Spannungen ohne Schädigungen an der Kokillenwand aufnehmen kann. Die Verzahnung kann den bei unterschiedlichen Giessbedingungen, z.B. bei einer Aenderung der Giessgeschwindigkeit, auftretenden Temperatur- und Spannungsänderungen besser folgen, so dass die Kokillenwand nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Dies wird unterstützt dadurch, dass die zwischen den streifenförmigen Schweissverbindungen verbleibenden, aneinander grenzenden Flächen von Einsatz und Kupferwand miteinander nicht verbunden sind, was den Wärmeübergang reduziert.

[0008] Durch die, mit der erfindungsgemässen Kokille erzielbaren höheren Betriebstemperaturen der Kokilleninnenwand im Meniskusbereich, bis etwa 700^OC,je nach Material und Dicke der eingeschweisstenEinsatzplatte, erfolgt eine vorteilhafte Erstarrung im Bereich des Meniskus nach der Kokillenwand. Die in diesem Bereich erstarrende Randzone des Stranges weist weniger-tiefe Oszillationsmarken auf

[0009] So ergibt sich bei Anwendung der erfindungsgemässen Kokille, beispielsweise beim Giessen von nichtrostenden, austenitischen Stahlgütenmit hoher Schwindung ein grosser wirtschaftlicher Vorteil, da die sonst üblichen ausgeprägten Oszillationsmarken beträchtlich gesenkt werden und sich dadurch die Schleifverluste weitgehend reduzieren lassen. Die Erfindung bringt ebenfalls Vorteile beim.Giessen von Brammen oder Knüppeln aus Stahl mit ca. 0,1 % Kohlenstoff, da dieser Stahl wegen seiner relativ hohen Festigkeit bei hohen Temperaturen bei seiner Erstarrung weniger an der Kokillenwand anliegt, wodurch tiefe Oszillationsmarken gebildet werden. Die nun möglichen hohen Innenwandtem^peratu- ren im Badspiegelbereich an der Kokille führen dazu, dass dieser Stahl im Meniskusbereich in geringerem Ausmass erstarrt und dadurch flachere Oszillationsmarken entstehen. Beim Giessen von grösseren Strangformaten unter Giesspulver tritt die Erstarrung von Schlacke an der Kokillenwand wegen der nun höheren Wandtemperatur weniger auf, so dass auch dies zu einer Verbesserung der Oberflächenqualität des Stranges führt.

[0010] Durch die erfindungsgemässe Verbindung wird eine zusammengesetzte Kokillenwand auf wirtschaftliche Weise hergestellt, die es auch erstmals ermöglicht, ein metallurgisch günstiges Giessverfahren bei hoher Standzeit der Kokille durchzuführen.

[0011] Gemäss einem vorteilhaften Merkmal verlaufen die streifenförmigen Verbindungen quer zur Längsachse der Kokille, da die Temperaturunterschiede in Längsrichtung der Kokillenwand besonders hoch sind. Ferner kann dadurch die schädliche Spaltbildung zwischen Einsatz und Grundmaterial entlang des unteren Endes der eingesetzten Platte, die bei anderen Verbindungen auftritt, wirksam vermieden werden, indem an dieser Stossstelle zur Erzeugung einer quer zur Kokillenlängsachse verlaufenden Verbindung die erste durchgehende, streifenförmige Elektronenstrahlschweissung angebracht werden kann.

[0012] Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal besteht der Einsatz aus nichtrostendem Stahl. Die Dicke des Einsatzes für eine Plattenkokille soll vorteilhaft mindestens 4 mm sein. Die untere Grenze richtet sich nach der gewünschten Oberflächentemperatur im Badspiegelbereich. Die Dicke des Einsatzes vor dem ersten Guss wird-so bemessen, dass bei einer üblichen Anzahl von etwa 5 - 8 Nachbearbeitungen von je einem Millimeter noch genügend Wandstärke des Einsatzes bleibt, um die höheren Betriebstemperaturen zu erreichen. Sie liegt daher für grössere Formate bei ca. 14 mm.

[0013] Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll die Tiefe der zahnartigen Verbindung etwa deren gegenseitigen Abstand voneinander entsprechen.

[0014] Die Erfindung wird für ein Beispiel anhand einer Figur näher beschrieben.

[0015] Diese zeigt in perspektivischer und geschnittener Darstellung eine oszillierende Stranggiesskokille 1 zum Giessen von Stahlbrammen 5. Die Kokille 1 weist eine, den Formhohlraum bildende Wandung 2 aus einer Kupferlegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf. Diese Wand 2 besitzt Schlitze 4, in denen das Kokillenkühlwasser strömt, das die vom gegossenen Strang 5 abgegebene Wärme aufnimmt und abführt.

[0016] In einer Ausnehmung der Wand 2 ist ein plattenförmiger Einsatz 6 aus nichtrostendem Stahl mit wesentlich niedrigerer Wärmeleitfähigkeit (ca. 12 kcal/m h C) als die Kupferwand (ca. 330 kcal/m h ⁰C) eingesetzt. Dieser Einsatz reicht vom oberen Kokillenrand bis knapp unter den Badspiegel 8 des Stranges 5. Die Verbindung des Einsatzes 6 mit der Kupferwand 2 wurde durch Elektronenstrahlschweissung im Vakuum hergestellt. Dabei wurden eine Vielzahl von, mit Abstand 7 voneinander angeordneten Verbindungen 9 streifenförmig und quer zur Kokillenlängsachse aufgebracht. Diese durchgehenden Streifen sind im oberen Teil der Kokille durch strichlierte Linien angedeutet. Ihr gegenseitiger Abstand 7 von ca. 5 mm entspricht dabei etwa der Tiefe 11 der zahnartigen Verbindungen 9. Somit ergeben sich in Längsrichtung der Kokille eine Vielzahl von Verbindungen 9, zwischen denen sich aneinanderstossende Flächen 10 von Einsatz 6 und Wand 2 befinden, an denen keine metallische Verbindung besteht. Die Dicke 12 der eingesetzten Stahlplatte 6 beträgt, bereits nach einigen Nachbearbeitungen, etwa 5 mm, deren Länge 160 mm. Bei einer Einstellung des Badspiegels während des Giessens auf etwa 100 mm von der Kokillenoberkante reicht der Einsatz also knapp bis unter den Badspiegel 8.

[0017] Die damit, gemäss dem vorliegenden Beispiel erzielte stahlseitige Wandtemperatur im Meniskusbereich 14 beträgt etwa 650⁰C. Die mit dieser Kokille erzeugten Stränge wiesen nur schwach ausgeprägte Oszillationsmarken auf, waren frei von Rissen,und an der Kokille konnten weder schädliche Deformationen noch Abplatzungen festgestellt werden. Mit der nicht gezeichneten Schlacke bzw. dem Giesspulver traten keine Probleme auf.

[0018] Die elektronenstrahlgeschweissten,zahnartigen Verbindungen zwischen Einsatz und Wandung können auch oder zusätzlich parallel zur Kokillenlängsachse oder aber auch schräg zueinander hergestellt werden. Als Einsatzmaterial mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit können neben dem erwähnten nichtrostenden Stahl auch gewöhnlicher Kohlenstoffstahl oder andere Metalle Verwendung finden.

[0019] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung für Brammenkokillen beschränkt, sondern kann auch bei Vorblock- oder Knüppelkokillen angewendet werden. So kann z.B. bei der Herstellung von Knüppelkokillen zuerst in die Kupferwandung der Einsatz aufgeschweisst, hernach die zusammengesetzte Wandung zur Kokillenform gebogen und entlang ihrer Länge verschweisst werden.

Ansprüche

1. Stranggiesskokille zum Giessen von Stahl, mit einer den Formhohlraum bildenden Wandung hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die einen bis knapp unter den Badspiegelbereich reichenden ' Einsatz aus einem Metall mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit aufweist, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von streifenförmig elektronenstrahlgeschweissten, mit Abstand (7) voneinander angeordneten, zahnartigen Verbindungen (9) von Einsatz (6) und Wandung (2).

2. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmigen Verbindungen (7) quer zur Längsachse der Kokille (1) verlaufen.

3. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) aus rostfreiem Stahl besteht.

4. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 3 zum Giessen von Stahlbrammen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (12) des Einsatzes (6) mindestens 4 mm beträgt.

5. Stranggiesskokille nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (11) der zahnartigen Verbindungen (9) etwa dem Abstand (7) entspricht.

Zeichnung