(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Flüssigkeitskühlung von Stranggießkokillen,
insbesondere von wassergekühlten Stranggießkokillen, die aus Kupfer bestehen oder
eine Beschichtung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweisen.
Um die Standzeiten der Kupferkokillen zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass außerhalb
des Gießvorgangs, nämlich zwischen zwei in zeitlichem Abstand aufeinander folgenden
Gießvorgängen oder nach Abschluss eines einzigen oder des letzten Gießvorganges die
Flüssigkeitskühlung gedrosselt oder abgeschaltet wird, um die Abkühlgeschwindigkeit
des Kupfers oder der Kupferlegierung zu minimieren.
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Flüssigkeitskühlung von Stranggießkokillen,
insbesondere von wassergekühlten Stranggießkokillen, die aus Kupfer bestehen oder
eine Kupferbeschichtung oder eine Kupferlegierungsbeschichtung aufweisen.
[0002] Durchlaufkokillen zum Stranggießen von Metallen wie Aluminium oder Metalllegierungen
wie Stahl besitzen einen trichterförmigen Eingießbereich und zumeist zwei miteinander
verspannte Kokillenplatten, die taschenförmige Breitseitenwandabschnitte und im Abstand
hierzu Kühlmittelkanäle aufweisen. Die Erstarrung des schmelzflüssigen Metalls oder
der Metalllegierung geht einher mit einem Übergang der in Schmelze vorhandenen Wärme
auf die Kokille. Aus diesem Grund wird als Kokillenmaterial bevorzugt Kupfer oder
eine Kupferlegierung verwendet, womit die hohe Wärmeleitfähigkeit dieser Stoffe ausgenutzt
wird. Für eine weitere Verbesserung des Wärmeabtransports sind in oder an den Kokillenwände
Kühlmittelkanäle vorgesehen, die von einem Kühlmittel zur schnelleren Wärmeabfuhr
durchströmt werden. Die verbesserte Wärmeabfuhr, die nach dem Stand der Technik durch
eine Kombination eines gut leitenden Kokillenwerkstoffes in Verbindung mit einer optimierten
Wasserkühlung erreicht wird, ist entscheidend für die Produktivität der Stranggießanlage,
einerseits, um eine frühzeitige durch Teilerstarrung entstehende Gießschale unmittelbar
nach dem Einfüllen des schmelzflüssigen Materials in den Eingießbereich zu erzeugen,
die andererseits auch im Fortlauf des Gießstranges durch Wärmeübergang auf die Kokilleninnenwandung
gekühlt und damit verfestigt wird. Die Fortbewegung des Gießstranges führt jedoch
unvermeidlich zu einem Verschleiß der Kokillenwände, weshalb es in der Vergangenheit
nicht an Versuchen gefehlt hat, durch Oberflächenbeschichtungen auf der Gießseite,
z. B. mittels Kupfer-Kobalt-Gerylium-Legierung die Verschleißresistent zu erhöhen,
jedoch besitzen diese Beschichtungsmaterialien eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit.
Kompromisse hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Verschleißfestigkeit konnten
zum Teil mit Nickel-Kupfer-Legierungsbeschichtungen gefunden werden.
[0003] Ein weiteres Problem beim Stranggießen ergibt sich daraus, dass eine ungleichmäßige
Wärmeabfuhr zu Wärmeinhomoginitäten im Stranggussmaterial und damit zu Gießfehlern
wie Rissen führen kann. In der
DE 198 10 672 B4 wird daher eine Stranggießkokille zur Erzeugung von Brammensträngen, insbesondere
aus Stahl, als Plattenkokille vorgeschlagen, die aus wassergekühlten, verstellbaren
Schmalseitenkokillenplatten besteht, die zwischen wassergekühlten Breitseitenkokillenplatten
eingeklemmt sind. Der flüssige Stahl wird unter Einsatz von Gießpulver zur Bildung
von Gießschlacke mittels eines Tauchausgusses eingeleitet. Die Stranggießkokille besitzt
einen Kühlwasserkreislauf mit Wassertemperaturmessfühlern, die an diskreten Orten
über die Kokillenbreite verteilt sind und Auskunft über das Temperatur- und Wärmestromprofil
liefern. Diese Messfühler haben den alleinigen Zweck Sollwerte für die Gießgeschwindigkeit
sowie für die Wassermenge, den Wasserdruck bzw. die Wasserfließgeschwindigkeit im
Kühlkreislauf zu liefern. Durch eine solche Temperaturregelung soll unter anderem
auch die Standzeit der verwendeten Kupferkokille verbessert werden.
[0004] In der
DE 10 2006 037 728 A1 wird eine Kokillenausbildung beschrieben, bei der Kokillen-Kupfer-Platten auf einen
Stahl-Wasser-Kasten aufgeschraubt sind. Die Kupferplatten können entweder nicht beschichtet,
zonenweise oder ganz mit Chrom, Nickel und/oder Cr/Ni-Legierungen beschichtet sein.
Als nachteilig wird angegeben, dass Kupfer durch seine Weichheit einen hohen Verschleiß
aufweist und ein neues Ausrichten der gesamten Kokille nach dem Überarbeiten der verschlissenen
Kupferplatten notwendig macht. Um dieses Problem zu lösen, wird in der
DE 10 2006 037 728 A1 vorgeschlagen, die Kokillenwand auf ihrer der dem flüssigen Metall zugewandten Seite
mit einer hoch wärmeleitenden und hoch temperaturbeständigen Schutzschicht zu überziehen,
wobei die Kokillenwand mit der Schutzschicht zwischen ihrer Warmseite und ihrer Kaltseite,
insbesondere im Bereich der Kühlkanäle, einen Wärmedurchgangskoeffizienten in der
Größenordnung von 2 bis 30 W/m
2 ρ K aufweist.
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein frühzeitiger
Verschleiß von Kupferkokillen oder Kupfer-Beschichtungen auf der Gießseite verhindert
wird.
[0006] Diese Aufgabe wird durch die Maßnahme nach Anspruch 1 gelöst, bei der außerhalb des
Gießvorganges, nämlich zwischen zwei in zeitlichem Abstand aufeinander folgenden Gießvorgängen
oder nach Abschluss eines einzigen oder des letzten Gießvorganges die Flüssigkeitskühlung
gedrosselt oder abgeschaltet wird, um die Abkühlgeschwindigkeit des Kupfers oder der
Kupferlegierung zu minimieren.
[0007] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ursache für den erhöhten Verschleiß
der Kupferkokille auf der Gießseite wirkungsvoll begegnet, indem ein durch zu starke
Abkühlung auftretendes Abschreckens des Kupfers verhindert wird. Wie bereits erwähnt,
führt, anders als beim Abschrecken eines Stahls, der gehärtet wird, eine zu starke
Kühlung des Kupfers zu einer Erweichung von Kupfer und Kupferlegierungen, die verhindert
werden kann, wenn die Kupferkokille außerhalb der Gießvorgänge gezielt langsam abgekühlt
wird. Dies kann im einfachsten Fall durch Abschalten des Kühlkreislaufes oder durch
eine Drosselung des Wasser-Kühlkreislaufes, etwa durch Einstellung einer geringeren
Fließgeschwindigkeit erreicht werden. Mit dieser Maßnahme wird eine ansonsten durch
zu starke Abkühlung eintretende Erweichung des Kupfers vermieden, das seine ursprüngliche
Verschleißfestigkeit beibehält. Überraschender Weise wird mit der erfindungsgemäßen
Maßnahme eine größere Standzeitverbesserung als mit bisherigen Versuchen erreicht,
die darin bestanden, neue Beschichtungen auf der Gießinnenseite zu finden, die Kokillengeometrie
zu verbessern oder die Kühlwasserführung und Anordnung des Kühlkanalsystems zu verbessern.
Soweit eine verlangsamte Abkühlung der Stranggießanlage durch Drosselung des vorhandenen
Wasserkreislaufes erreicht wird, kann auf dieselben Temperaturfühler zurückgegriffen
werden, die auch zur Regelung des Wasserkreislaufes und der Gießgeschwindigkeit während
des Gießens verwendet werden.
[0008] Vorzugsweise wird die Materialtemperatur an mehreren Stellen über die Kokillenbreite
und/oder die Kokillenlänge an der dem Stahl zugewandten Gießseite gemessen und zur
Steuerung des Fluidflusses in den Kühlkanälen verwendet. Auch diese Maßnahme dient
zu einer homogenen Abkühlung mit geringen Abkühlraten, welche den kritischen Wert
erhöhter Abkühlgeschwindigkeit, bei der eine Kupfererweichung eintritt, nicht überschritten
wird.
1. Verfahren zur Regelung der Flüssigkeitskühlung von Stranggießkokillen, insbesondere
von wassergekühlten Stranggießkokillen, die aus Kupfer bestehen oder eine Kupferbeschichtung
oder eine Kupferlegierungsbeschichtung aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
außerhalb des Gießvorganges, nämlich zwischen zwei in zeitlichem Abstand aufeinander
folgenden Gießvorgängen oder nach Abschluss eines einzigen oder des letzten Gießvorganges,
die Flüssigkeitskühlung gedrosselt oder abgeschaltet wird, um die Abkühlgeschwindigkeit
des Kupfers oder der Kupferlegierung zu minimieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialtemperatur an mehreren Stellen über die Kokillenbreite und/oder - länge
an der dem Stahl zugewandten Gießseite gemessen wird und dass die diskreten Temperaturmessungen
zur Steuerung des Fluidflusses in den Kühlkanälen verwendet werden.
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