EP1019208A1 - Kokillenrohr für eine stranggiesskokille zum stranggiessen von stählen, insbesondere peritektischen stählen - Google Patents

Kokillenrohr für eine stranggiesskokille zum stranggiessen von stählen, insbesondere peritektischen stählen

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EP1019208A1
EP1019208A1 EP98948969A EP98948969A EP1019208A1 EP 1019208 A1 EP1019208 A1 EP 1019208A1 EP 98948969 A EP98948969 A EP 98948969A EP 98948969 A EP98948969 A EP 98948969A EP 1019208 A1 EP1019208 A1 EP 1019208A1
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EP
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heat
mold
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    • 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

Definitions

  • the technology of continuous casting in which, by cooling a molten metal on the walls of a mold cavity of a continuous casting mold, forms a continuous shell with a continuously increasing thickness and continuously extrudes a strand from an outlet opening of the continuous casting mold, is known to apply to peritectic steels, for example steels with a Carbon content of 0.1-0.14%, to problems that are particularly evident in the poor surface quality of the strands produced. Such quality defects are undesirable, especially since further processing of the strands often leads to unacceptable quality defects in the subsequent products.
  • the heat-insulating layer in the area of the first longitudinal section increases the temperature on the inside of the mold tube. Because the distance of the heat-insulating layer from the inner surface of the mold tube is at least 25% of the wall thickness of the mold tube, the wear of the mold tube during casting operation is due to the thermal and mechanical

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

Ein Kokillenrohr für eine Stranggiesskokille zum Stranggiessen von Stählen, insbesondere peritektischen Stählen, weist einen ersten, eine vorbestimmte Giessspiegelposition (h) einschliessenden Längsabschnitt (1) und einen zweiten, an den ersten anschliessenden Längsabschnitt (2) auf, wobei der erste Längsabschnitt (1) eine wärmeisolierende Schicht (16) umfasst, die so dimensioniert ist, dass der Wärmewiderstand des Kokillenrohrs (10) im ersten Längsabschnitt (1) einen grösseren Wert hat als im zweiten Längsabschnitt (2). Die wärmeisolierende Schicht (16) füllt einen Bereich zwischen der äusseren Oberfläche (11) des Kokillenrohres (10) und einem Abstand von höchstens 75 % der Wandstärke (dw) des Kokillenrohrs (10), gemessen von der äusseren Oberfläche (11) des Kokillenrohrs (10), aus. Durch eine geeignete Wahl des Dickenprofils der wärmeisolierenden Schicht in der Strangauszugsrichtung (14) kann im Giessbetrieb ein vorgegebenes Temperaturprofil auf der Innenseite des Kokillenrohrs eingestellt werden und das Wachstum einer Strangschale optimiert werden.

Description

Kokillenrohr für eine Stranggiesskokille zum Stranααiessen von Stählen, insbesondere peritektischen Stählen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kokillenrohr für eine Stranggiesskokille zum Stranggiessen von Stählen, insbesondere peritektischen Stählen, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Stranggiesskokille mit dem Kokillenrohr.
Die Technik des Stranggiessens, bei der durch Abkühlen einer Metallschmelze an den Wänden eines Formhohlraums einer Stranggiesskokille eine Strangschale mit kontinuierlich wachsender Dicke gebildet und kontinuierlich ein Strang aus einer Austrittsöffnung der Stranggiesskokille gezogen wird, führt bekanntlich bei einer Anwendung auf peritektische Stähle, beispielsweise Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.1-0.14 %, zu Problemen, die sich insbesondere in einer mangelhaften Oberflächenqualität der hergestellten Stränge äussern. Solche Qualitätsmängel sind unerwünscht, zumal eine Weiterverarbeitung der Stränge wiederum häufig zu inakzeptablen Qualitätsmängeln bei den Folgeprodukten führt.
Bekanntlich ist eine Ursache für die genannten Probleme in einem Phasenübergang zu sehen, dem peritektische Stähle bei einer Temperatur dicht unterhalb ihrer Erstarrungstemperatur unterworfen sind und der mit einer erheblichen Volumenkontraktion verbunden ist. Beim Stranggiessen von peritektischen Stählen findet dieser Phasenübergang während der Anfangserstarrung einer Strangschale unter Bedingungen statt, bei denen die sich bildende Strangschale noch dünn ist, eine geringe mechanische Stabilität aufweist und infolge des Phasenüberganges eine unebene, nur punktuell an der Formhohlraumwand anliegende Oberfläche ausbildet, mit dem Resultat, dass durcherstarrte Stränge eine poröse oder auch rissige Schicht an der Oberfläche aufweisen. Bekanntlich kann beim Stranggiessen peritektischer Stähle eine verbesserte Qualität der Strangoberflächen erzielt werden, indem die Anfangserstarrung der Strangschale in einem den Giessspiegel umfassenden Bereich der Stranggiesskokille durch eine Verminderung der Wärmeabfuhr aus der Stahlschmelze bzw. der Strangschale beeinflusst wird. Diese Verminderung der Wärmeabfuhr im Bereich der Anfangserstarrung wird üblicherweise mit Hilfe von Stranggiesskokillen realisiert, die mit einer Wärmebarriere an der stahlseitigen Oberfläche eines Längsabschnittes der Formhohlraumwand ausgestattet sind. Die Wärmebarriere wird dabei so dimensioniert und der Längsabschnitt so bemessen, dass die Wärmestromdichte einerseits im
Bereich der Anfangserstarrung reduziert wird, andererseits aber in den an die Wärmebarriere anschliessenden Längsabschnitten gross genug ist, um über die gesamte Laufstrecke des Stranges im Formhohlraum ein ausreichendes Wachstum der Strangschale zu erreichen.
Es sind mehrere Konzepte bekannt, die Formhohlraumwände einer Stranggiesskokille im Bereich einer Teilllänge, die die im Giessbetrieb realisierte Giessspiegelposition umfasst, an der den Formhohlraum begrenzenden Oberfläche mit einer Wärmebarriere zu versehen.
Aus JOS 1-224 142 ist eine für die Herstellung von peritektischen Stählen vorgesehene Kokille bekannt, deren Formhohlraumwand aus einem
Rohrkörper mit einem eingiessseitig angeordneten, zylindrischen Einsatz aus Stahl oder anderen Materialien, die einen höheren Wärmewiderstand als das den Rohrkörper bildende Material aufweisen, besteht. Diese Kokille, deren Merkmale den Oberbegriff des Anspruchs 1 bilden, hat den Nachteil, dass der die Wärmebarriere bildende Einsatz verschleissanfällig ist und besondere, die Herstellung der Kokille verteuernde Massnahmen nötig sind, um Rissbildungen bzw. Deformationen der Formhohlraumwand aufgrund der thermischen Belastungen während des Giessbetriebes entgegenzuwirken.
Ein Alternativkonzept für die Bildung einer Wärmebarriere ist in JOS 1-170 550 am Beispiel einer für die Herstellung von Brammen aus peritektischem Stahl bestimmten Plattenkokille offenbart. Die formhohlraumseitigen Oberflächen der aus Kupfer gefertigten Seitenwände dieser Kokille weisen in einem die Giessspiegelposition umfassenden Bereich Bohrungen auf, die wahlweise mit Nickel, rostfreiem Stahl oder einem geeigneten keramischen Werkstoff gefüllt sind. Mit diesem Alternativkonzept ist der Nachteil verbunden, dass es - abgesehen von der Verschleissanfälligkeit der Füllungen der Bohrungen - aus fertigungstechnischen Gründen nicht auf Rohrkokillen für kleine Strangformate, beispielsweise Knüppelformate, anwendbar ist, da die Innenseiten der Kokillenrohre nur unzureichend für eine geeignete Bearbeitung zugänglich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Lösung der genannten Probleme beizutragen und zu diesem Zweck ein Kokillenrohr, das mit einer mit vereinfachten fertigungstechischen Mitteln herstellbaren, an der Giessspiegelposition angeordneten Wärmebarriere ausgestattet ist und eine verbesserte Verschleissfestigkeit aufweist, und eine entsprechende, mit einem Kokillenrohr versehene Stranggiesskokille zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kokillenrohr, das durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert ist, und eine Stranggiesskokille mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Das erfindungsgemässe Kokillenrohr weist einen ersten, eine vorbestimmte Giessspiegelposition einschliessenden Längsabschnitt und einen zweiten, an den ersten anschliessenden Längsabschnitt auf, wobei der erste Längsabschnitt eine wärmeisolierende Schicht umfasst, die so dimensioniert ist, dass der Wärmewiderstand des Kokillenrohrs im ersten Längsabschnitt einen grösseren Wert aufweist als im zweiten Längsabschnitt. Die Kokille ist dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierende Schicht einen Bereich zwischen der äusseren Oberfläche des Kokillenrohres und einem Abstand von höchstens 75% der Wandstärke des Kokillenrohrs, gemessen von der äusseren Oberfläche des Kokillenrohres, ausfüllt. Die wärmeisolierende Schicht des erfindungsgemässen Kokillenrohres ist an bzw. nahe an der Aussenseite des Kokillenrohres angeordnet und reicht nicht bis an die innere Oberfläche des Rohres. Das Kokillenrohr ist deshalb aus einem Rohrkörper herstellbar, der an der Aussenseite bearbeitet werden kann, um ihn mit der wärmeisolierenden Schicht auszustatten. Die Bearbeitung ist mit konventionellen Methoden selbst bei Rohrkörpern durchführbar, die für die Herstellung von Kokillenrohren mit kleinem Innendurchmesser geeignet sind und sich aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen nicht oder nur sehr aufwendig auf der Innenseite bearbeiten lassen.
Im Giessbetrieb sorgt die wärmeisolierende Schicht im Bereich des ersten Längsabschnitts für eine Erhöhung der Temperatur auf der Innenseite des Kokillenrohres. Dadurch, dass der Abstand der wärmeisolierenden Schicht von der inneren Oberfläche des Kokillenrohres mindestens 25% der Wandstärke des Kokillenrohres beträgt, ist der Verschleiss des Kokillenrohres während des Giessbetriebes aufgrund der thermischen und mechanischen
Materialbeanspruchung im Bereich des ersten Längsabschnittes reduziert, verglichen mit einem Kokillenrohr, das mit einer wärmeisolierenden Schicht gleicher Dicke an der Innenseite des Kokillenrohres ausgestattet ist.
Bei dem erfindungsgemässen Kokillenrohr ist es möglich, durch geeignete Dimensionierung des Dickenprofils der wärmeisolierenden Schicht die
Temperaturverteilung, die sich im Giessbetrieb an der inneren Oberfläche des Kokillenrohres einstellt, definiert einzustellen, um das Wachstum einer Strangschale im Bereich des ersten Längsabschnitts gezielt zu beeinflussen. Dieser Freiheitsgrad wird bei der erfindungsgemässen Kokille verwendet, um sie zu optimieren hinsichtlich der Herstellung peritektischer Stahlstränge. Um die Qualität von Gussprodukten aus peritektischem Stahl zu optimieren, soll einerseits während des Giessbetriebs die Temperatur an der inneren Oberfläche des Kokillenrohres im Bereich des ersten Längsabschnitts möglichst hoch sein. Dadurch setzt die Anfangserstarrung der Stahlschmelze verzögert in einem möglichst grossen Abstand vom Giessspiegel ein, mit dem Effekt, dass der ferrostatische Druck der Schmelze, der mit dem wachsendem Abstand vom Giessspiegel steigt, verstärkt einer lokalen, durch den peritektischen Phasenübergang stimulierten Ablösung der sich bildenden Strangschale von der inneren Oberfläche des Kokillenrohres entgegenwirkt und so die Ausbildung einer glatten Strangoberfläche favorisiert. Andererseits kann während des Giessbetriebs die Temperatur an der inneren Oberfläche des Kokillenrohres nicht beliebig gross sein, da sich die Materialeigenschaften des Kokillenrohres limitierend auswirken. Beispielsweise hat bekanntlich ein aus Kupfer gefertigtes Kokillenrohr nach einer Aufheizung auf eine Temperatur oberhalb einer kritischen Temperatur von 450°C, der so genannten Erweichungstemperatur, eine inakzeptabel kurze Lebensdauer.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Kokillenrohres ist deshalb die Dicke der wärmeisolierenden Schicht so bemessen, dass im Giessbetrieb die Temperatur an der Innenseite des Kokillenrohrs eine vorgegebene kritische Temperatur Tκ nicht übersteigt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Kokillenrohres ist die äussere Oberfläche des Kokillenrohres an der Grenze zwischen den Längsabschnitten stufenlos ausgebildet. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für eine Verwendung in Kokillen mit Wassermantelkühlung an der Aussenseite des Kokillenrohres. Da bei solchen Kokillen der Wassermantel gewöhnlich nur wenige mm dick ist und seine Dicke entlang des Kokillenrohres präzise kontrolliert sein muss, ermöglicht eine stufenlose Ausbildung des Überganges zwischen den beiden Längsabschnitten eine besonders einfache Konstruktion der Wassermantelkühlung.
In einer Fortbildung des erfindungsgemässen Kokillenrohres ist die wärmeisolierende Schicht in einen Rohrkörper aus Metall oder einer Metalllegierung eingebettet ist. Günstige thermische und mechanische Eigenschaften des Kokillenrohrs werden erreicht, wenn der Rohrkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und die wärmeisolierende Schicht aus einem Metall, beispielsweise Nickel oder Chrom, aufgebaut ist. Diese Materialien sind hinsichtlich ihres Ausdehnungskoeffizienten gut aufeinander abgestimmt, so dass sich eine auf eine Kupferoberfläche aufgetragene Nickelbzw. Chromschicht durch eine gute Haftung und durch eine hohe Verschleissfestigkeit auszeichnet.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kokillenrohres sind wärmetechnisch hinsichtlich einer Kühlung der äusseren Oberfläche des
Kokillenrohres mit einem Kühlmittel derart ausgelegt, dass die Temperatur der inneren Oberfläche im Bereich des ersten Längsabschnittes höchstens eine vorgegebene kritische Temperatur erreicht und mindestens in einem Teilabschnitt des ersten Längsabschnittes annähernd konstant ist. Auf diese Weise kann die Anfangserstarrung der Strangschale bis zu einem besonders grossen Abstand vom Giessspiegel verzögert und eine besonders glatte Strangoberfläche nach Durchlaufen des peritektischen Phasenüberganges erzielt werden. Um ein möglichst konstantes Temperaturprofil in Längsrichtung zu erzielen, muss die Dicke d der wärmeisoiierenden Schicht wenigstens in einem Abschnitt zwischen der Giessspiegelposition und dem zweiten Längsabschnitt in Richtung auf den zweiten Längsabschnitt zunehmen.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kokillenrohres anhand schematischer Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1A: ein Beispiel des erfindungsgemässen Kokillenrohrs in Seitenansicht;
Fig. 1 B: einen Querschnitt längs der Linie l-l in Fig. 1A;
Fig. 1C: einen Querschnitt längs der Linie ll-ll in Fig. 1A;
Fig. 2A: einen Längsschnitt entlang der Linie lll-lll in Fig. 1 C für ein bestimmtes Dickenprofii der wärmeisolierenden Schicht;
Fig. 2B: einen Längsschnitt wie in Fig. 2A, jedoch für ein anderes Dickenprofil der wärmeisolierenden Schicht; Fig. 3: Verläufe der Dicke d einer wärmeisolierenden Schicht gemäss Fig. 2A als Funktion der Wanddicke dw des Kokillenrohres für eine vorgegebene Wandtemperatur;
Fig. 4: eine Dimensionierung einer wärmeisolierenden Schicht als Funktion der Wanddicke dw des Kokillenrohres für ein vorgegebenes Profil der Wandtemperatur;
Fig. 1A zeigt ein in Seitenansicht dargestelltes Beispiel des erfindungsgemässen Kokillenrohr 10 mit einem Formhohlraum 20, einer Eingiessöffnung 12 und einer Auszugsöffnung 13 für einen (nicht dargestellten) Strang. Die im Giessbetrieb vorgesehene Strangauszugsrichtung ist durch einen Pfeil 14 angedeutet. Das Kokillenrohr 10 weist einen ersten Längsabschnitt 1 und einen zweiten Längsabschnitt 2 auf, wobei der Längsabschnitt 1 eine im Giessbetrieb vorgesehene Giessspiegelposition h umfasst und sich der Längsabschnitt 2 in der Strangauszugsrichtung 14 an den Längsabschnitt 1 anschliesst. Das Kokillenrohr 10 besteht aus einem Rohrkörper 15 mit einer wärmeisolierende Schicht 16 im Bereich des Längsabschnitts 1.
Die Fig. 1 B und 1 C zeigen Querschnitte des Kokillenrohres 10: die Fig. 1 B einen Querschnitt in der in Fig. 1A gekennzeichneten Ebene l-l im Bereich des Längsabschnitts 1 , die Fig. 1 C einen Querschnitt in der in Fig. 1A gekennzeichneten Ebene ll-ll im Bereich des Längsabschnitts 1. Wie den Fig. 1 A-C zu entnehmen ist, ist die wärmeisolierende Schicht 16 an der Aussenseite 11 des Rohrkörpers 15 angeordnet. Der Formhohlraum 20 weist beispielhaft einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf. Diese Auswahl ist willkürlich. Das erfindungsgemässe Kokillenrohr kann mit beliebigen, in der Stranggiesspraxis gebräuchlichen Querschnittsformen ausgestattet sein. Die Fig. 2A und 2B stellen Längsschnitte entlang der Linie III-III in Fig. 1B bzw. 1 C dar und kennzeichnen zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kokillenrohres 10, die sich in der Gestaltung des Dickenprofils der wärmeisolierenden Schicht 16 in der Längsrichtung des Kokillenrohres unterscheiden. In beiden Fällen ist die wärmeisolierende Schicht 16 in einer Vertiefung auf der Aussenseite des Rohrkörpers 15 eingebettet. In diesen Beispielen ist die äussere Oberfläche 11 des Kokillenrohres 10 an den Rändern des Längsabschnittes 1 stufenlos.
Der Rohrkörper besteht zweckmässig aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Als Materialien zum Aufbau der wärmeisolierende Schicht kommen zweckmässig Metalle wie Nickel oder Chrom in Frage, die mit konventionellen Methoden, beispielsweise Plattieren oder elektrochemischen Verfahren, auf den Rohrkörper 15 aufgetragen werden können. Es können aber auch andere Materialien, beispielsweise keramische Materialien, für den Aufbau der wärmeisolierenden Schicht verwendet werden, vorausgesetzt, sie haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der Rohrkörper 15 und sind hinsichtlich ihrer Haftungseigenschaften und ihrer Verschleissfestigkeit geeignet.
Das in Fig. 2A dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Kokillenrohres 10 ist dadurch charakterisiert, dass die wärmeisolierende Schicht 16 im Bereich zwischen der Giessspiegelposition h und ihrem an den Längsabschnitt 2 angrenzenden Rand eine im wesentlichen konstante Dicke, die in Fig. 2A mit d bezeichnet ist, aufweist. Bei dieser Geometrie würde im Giessbetrieb bei gleichmässiger Kühlung der äusseren Oberfläche 11 des Kokillenrohrs 10 die Temperatur an der inneren Oberfläche des Kokillenrohrs 10 von einem an der Giessspiegelposition h gelegenen Punkt maximaler
Temperatur in der Strangauszugsrichtung 14 abnehmen, zumal eine sich im Bereich des Längsabschnitts an der inneren Oberfläche 25 des Kokillenrohrs 10 bildende Strangschale eine in der Strangauszugsrichtung 14 zunehmende Dicke aufweist und dafür sorgt, dass der Wärmefluss zwischen den Oberflächen 25 und 11 des Kokillenrohrs 10 entlang der Strangauszugsrichtung 14 abnimmt. Durch eine entsprechende Variation der Dicke der wärmeisolierenden Schicht 16 in der Strangauszugsrichtung 14 kann das sich an der inneren Oberfläche 25 des Kokillenrohrs 10 einstellende Temperaturprofil gezielt modifiziert werden, um das Strangschalenwachstum zu optimieren. Das in Fig. 2B dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Kokillenrohres 10 ist dadurch charakterisiert, dass die wärmeisolierende Schicht 16 im Bereich zwischen der Giessspiegelposition und ihrem an den Längsabschnitt 2 angrenzenden Rand keilförmig von einer Dicke d auf eine Dicke b wächst. Die Dicken d und b können im Verhältnis zur Wanddicke dw des Kokillenrohrs 10 beispielsweise so gewählt werden, dass der Temperaturverlauf an der
Innenseite 25 des Kokillenrohrs 10 in der Strangauszugsrichtung 14 annähernd konstant ist und einen vorgegebenen Wert erreicht. Der detaillierte Temperaturverlauf ist dabei korreliert mit dem Strangschalenwachstum an der Oberfläche 25.
Der Rohrkörper 15 ist in der Regel ausgelegt für eine Verwendung bei einer Temperatur unterhalb einer maximalen, kritischen Temperatur Tκ. Das Kokillenrohr 10 kann wie folgt wärmetechnisch, eine Kühlung der äusseren Oberfläche durch Kühlmittelbeaufschlagung vorausgesetzt, für Stranggiessen von Stahl ausgelegt werden. Damit die Temperatur an der inneren Oberfläche 25 des Kokillenrohrs 10 eine vorgegebene kritische Temperatur Tκ nicht überschreitet, sollte die Dicke d der wärmeisolierenden Schicht 16 an der Giessspiegelposition h gemäss
dw λw [10 TL + Ts - - 11TK] d d < -f. = d MAX (D
[1-f] α [Ts-Tκ] [1-f] dimensioniert sein, mit
λw : Wärmeleitfähigkeit des Kokillenrohrs 10 im zweiten Längsabschnitt
2; f : Verhältnis λw/ λi , wobei λi die Wärmeleitfähigkeit der wärmeisolierenden Schicht 16 bedeutet; Tκ : kritische Temperatur;
Ts : Temperatur des Stahls an der inneren Oberfläche 25 des
Kokillenrohrs 10;
TL : Temperatur des Kühlmittels. α: Wärmeübergangszahl für den Übergang zwischen dem
Kühlmittel und der wärmeisolierenden Schicht 16.
In Fig. 3 ist d = dMA gemäss Gleichung (1 ) graphisch dargestellt als Funktion der Wanddicke dw für die beiden Parameter f=4 bzw. f=10, wobei Tκ= 450°C , Ts=1480°C und die folgenden, für Wasserkühlung repräsentativen Werte α=30000 W/(m2*K) und TL = 40 °C vorausgesetzt sind. Dabei ist Tκ= 450°C ein charakteristischer Erfahrungswert für Kupfer. Die beiden Parameter f=4 bzw. f=10 sind beispielsweise repräsentativ für eine Kokillenrohr 10 mit einem Rohrkörper 15 aus Kupfer und einer wärmeisolierenden Schicht 16 aus Nickel (f=4) bzw. Stahl (f=10). Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, nimmt das Verhältnis dMAχ dw mit wachsender Wanddicke dw des Kokillenrohres 10 ab. Je kleiner die Dicke d des Kokillenrohres 10 ist, um so grösser muss der Anteil der Dicke der wärmeisolierenden Schicht an der Gesamtdicke dw des Kokillenrohres 10 sein, um die Temperatur an der Innenseite 25 des Kokillenrohres 10 im Längsabschnitt 1 bis auf die kritische Temperatur Tκ, im gegebenen Beispiel Tκ = 450 °C, anzuheben. Weiterhin ist dMAχ/dw bei vorgegebener Wanddicke dw umso grösser, je kleiner f, d. h. je grösser die Wärmeleitfähigkeit λj der wärmeisolierenden Schicht ist. Erfahrungsgemäss sollte die Wanddicke dw des Kokillenrohrs 10 typischerweise ungefähr 10% der Seitenlänge eines Querschnitts des Formhohlraums 20 betragen. Wird das Kokillenrohr 10 für kleine Knüppel mit einer Seitenlänge des Querschnitts von ungefähr 10 cm ausgelegt, so wird für f=4 das Dickenverhältnis dMAχ dw ungefähr 75%. Für d Ax dw ≥ 75% und f < 4 wird die Fertigung des Kokillenrohrs 10 aus einem massiven Rohrkörper 15 problematisch, zumal die mechanische Stabilität des Rohrkörpers 15 bei der Realisierung der für die Aufnahme der wärmeisolierenden Schicht 16 bestimmten Vertiefung auf der Aussenseite 11 des Rohrkörpers 15 übermässig beeinträchtigt wird. Weiterhin steigt mit wachsendem Verhältnis d^xx./ dw der Aufwand bei der Realisierung der wärmeisolierenden Schicht 16, insbesondere bei Herstellungsverfahren, bei denen die wärmeisolierende Schicht 16 durch kontinuierliches Auftragen dünner Schichten eines geeigneten Materials aufgebaut werden. Für die Realisierung der wärmeisolierenden Schicht 16 ist deshalb neben der Bedingung dMA dw ≤ 75% der Parameterbereich f > 4 bevorzugt.
Fig. 4 ist für das Kokillenrohr 10 für den Fall, dass die Dicke der wärmeisolierenden Schicht 16 in der Strangauszugsrichtung 14 von der Dicke d an der Giessspiegelposition auf die Dicke b anwächst gemäss einem Dickenprofil, das so bestimmt ist, dass im Giessbetrieb längs des Dickenprofils die Temperatur an der inneren Oberfläche 25 konstant ist, angegeben, wie das Verhältnis b / dw als Funktion der Wanddicke dw variiert. Aus Gleichung (1) und Fig. 4 können die Verhältnisse b/dw und d/dwfür den Fall bestimmt werden, dass im Giessbetrieb längs des Dickenprofils die kritische Temperatur T« realisiert wird. Ein Vergleich mit Fig. 3 liefert die entsprechenden Werte für den Spezialfall Tκ= 450 °C. Der in Fig. 4 dargestellte Kurvenverlauf ist nicht abhängig von f.
Die Länge des Kokillenrohrs 10 beträgt typischerweise 80-100 cm. Die Länge des Längenabschnitts 1 liegt bevorzugt im Bereich 10-15 cm, wobei die Giessspiegelposition bevorzugt im oberen Viertel des Längenabschnitts 1 angesiedelt ist.
In den oben genannten Ausführungsbeispielen ist die wärmeisolierende Schicht 16 stets in eine Vertiefung des Rohrkörpers 15 derart eingebettet, dass die äussere Oberfläche 11 des Kokillenrohrs 10 stufenlos ausgebildet ist. Im Rahmen der erfinderischen Idee könnte auch auf eine Einbettung der wärmeisolierenden Schicht 16 in einer Vertiefung oder auf eine stufenlose Ausbildung der äusseren Oberfläche 11 verzichtet werden. Die Oberflächen 11 und 25 des erfindungsgemässe Kokillenrohrs könnten auch mit Überzügen aus geeigneten Materialien versehen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kokillenrohr für eine Stranggiesskokille zum Stranggiessen von Stählen, insbesondere peritektischen Stählen, mit einem ersten, eine vorbestimmte Giessspiegelposition (h) einschliessenden Längsabschnitt (1) und einem zweiten, an den ersten anschliessenden Längsabschnitt (2), wobei der erste Längsabschnitt (1) eine wärmeisolierende Schicht (16) umfasst, die so dimensioniert ist, dass der Wärmewiderstand des Kokillenrohrs (10) im ersten Längsabschnitt (1) einen grösseren Wert aufweist als im zweiten Längsabschnitt (2), dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierende
Schicht (16) einen Bereich zwischen der äusseren Oberfläche (11 ) des Kokillenrohres (10) und einem Abstand von höchstens 75% der Wandstärke (dw) des Kokillenrohrs (10), gemessen von der äusseren Oberfläche (11 ) des Kokillenrohres (10), ausfüllt.
2. Kokillenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Oberfläche (11) des Kokillenrohres (10) an der Grenze zwischen den Längsabschnitten (1 , 2) stufenlos ausgebildet ist.
3. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) der wärmeisolierenden Schicht (16) so bemessen ist, dass im Giessbetrieb die Temperatur an der Innenseite (25) des
Kokillenrohrs (10) eine vorgegebene kritische Temperatur T« nicht überschreitet.
4. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierende Schicht (16) in einen Rohrkörper (15) aus Metall oder einer Metalllegierung eingebettet ist.
5. Kokillenrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenrohr (10) wärmetechnisch für Stranggiessen bei Kühlung der äusseren Oberfläche (11) durch Kühlmittelbeaufschlagung ausgelegt ist, wobei die Dicke d der wärmeisolierenden Schicht (16) an der Giessspiegelposition (h) gemäss
JW λw [10 TL + Ts - 11Tκ] d <
[1-f] α [Ts-Tκ] [1-f] dimensioniert ist, mit dw : Wanddicke des Kokillenrohrs (10) im ersten Längsabschnitt (1 ); λw : Wärmeleitfähigkeit des Kokillenrohrs (10) im zweiten Längsabschnitt (2); f : Verhältnis λw/ λi , wobei λi die Wärmeleitfähigkeit der wärmeisolierenden Schicht (16) bedeutet; Tκ : kritische Temperatur;
Ts : Temperatur des Stahls an der inneren Oberfläche (25) des Kokillenrohrs (10);
T : Temperatur des Kühlmittels. α: Wärmeübergangszahl für den Übergang zwischen dem Kühlmittel und der wärmeisolierenden Schicht (16).
6. Kokillenrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass f >4.
7. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d, b) der wärmeisolierenden Schicht in einem Abschnitt zwischen der Giessspiegelposition (h) und dem zweiten Längsabschnitt (2) in Richtung auf den zweiten Längsabschnitt zunimmt.
8. Kokillenrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenzunahme der wärmeisolierenden Schicht (16) derart bemessen ist, dass die Temperatur an der Innenseite (25) des Kokillenrohres (10) während des Giessbetriebes im Bereich des Abschnitts annähernd konstant ist.
9. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeisolierende Schicht (16) aus einem Metall, beispielsweise Nickel oder Chrom, und der Rohrkörper (15) aus Kupfer oder einer
Kupferlegierung aufgebaut ist.
10. Stranggiesskokille zum Stranggiessen von Stählen, insbesondere peritektischen Stählen, mit einem Kokillenrohr (10) nach einem der Ansprüche 1-9.
11. Stranggiesskokille nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Beaufschlagung der äusseren Oberfläche (11 ) des Kokillenrohres (10) mit einem Kühlmittel, beispielsweise eine Wassermantelkühlung, vorgesehen ist.
EP98948969A 1997-10-01 1998-09-14 Kokillenrohr für eine stranggiesskokille zum stranggiessen von stählen, insbesondere peritektischen stählen Expired - Lifetime EP1019208B1 (de)

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CH229797 1997-10-01
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EP1019208A1 true EP1019208A1 (de) 2000-07-19
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Application Number Title Priority Date Filing Date
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JP (1) JP4393698B2 (de)
AR (1) AR015459A1 (de)
AT (1) ATE222150T1 (de)
CZ (1) CZ289354B6 (de)
DE (1) DE59805207D1 (de)
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