EP3083103B1 - Giesskokille zum vergiessen von stahlschmelze - Google Patents

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EP3083103B1
EP3083103B1 EP14821067.7A EP14821067A EP3083103B1 EP 3083103 B1 EP3083103 B1 EP 3083103B1 EP 14821067 A EP14821067 A EP 14821067A EP 3083103 B1 EP3083103 B1 EP 3083103B1
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EP
European Patent Office
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casting
surface texture
casting mould
mold
melt
Prior art date
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English (en)
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Evgeny BALICHEV
Matthias Dresler
Markus Thomasky
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Publication date
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    • B22D11/1282—Vertical casting and curving the cast stock to the horizontal

Definitions

  • the invention relates to a casting mold for casting molten steel to a continuous withdrawn strand, wherein on at least one of the melt to be cast facing inner surface of the casting mold a surface texture is formed, which extends at least over the region of the mold, which in operation with on in the Molded molten pool of floating slag is wetted.
  • molten steel from a ladle is filled into a distributor, also referred to as a tundish, which is provided as a buffer and optionally for distributing the melt onto a plurality of strands, and from there via a dip tube into the respective casting mold.
  • a distributor also referred to as a tundish
  • the casting direction corresponds to the gravity effect.
  • the strand is formed.
  • the solidification of the melt sets in contact with the cooled inner surfaces of the casting mold, so that the casting mold from the casting in the still emerging in the vertical direction strand has on its outer sides a thin shell of solidified steel, which is still liquid melt in the interior of the strand circumscribed.
  • the strand After leaving the mold, the strand is in one so-called "pouring arc" deflected by rollers in a horizontal conveying direction. In this case, in the region of the casting arc, a specifically controlled cooling takes place in order to bring about controlled solidification of the strand. From the conveyed away in the horizontal direction and completely solidified strand slabs are then divided, which are fed to further processing.
  • pouring arc deflected by rollers in a horizontal conveying direction.
  • the mold casting powder is sprinkled on the free surface of the melt to form slag.
  • the slag covers the melt and prevents the reaction of the melt with the ambient atmosphere in the area of the so-called “casting mirror".
  • the slag binds in the melt ascending impurities and serves as a lubricant between the solidifying shell of the steel strand and the mold.
  • the latter technique is mainly used in billet or round casting.
  • the mold is oscillatingly moved to prevent caking of the steel on the cooled walls of the mold and to promote the removal of the forming strand from the mold.
  • Continuous casting molds may be composed of mold plates or made as a single piece.
  • the inner sides of the continuous casting molds are usually made of copper.
  • To improve their wear resistance can be their with the molten steel and the forming strand coming into contact inner surfaces with a nickel coating be occupied ( EP 0 125 509 B1 ).
  • the nickel coating results in a significant reduction in heat dissipation. Therefore, it is usually attached only at a certain distance from the distributor of the continuous casting machine associated upper mold edge.
  • the molten steel is cooled particularly quickly, especially in the region of the casting mirror. With sensitive steel grades, this can lead to surface defects due to the residual stresses arising during the cooling process.
  • the forming in the mold strand shell should be thin longer stay and be pressed by the increasing with increasing distance from the bath level increasing ferrostatic pressure uniformly to the copper plate of the continuous casting mold.
  • the roughening of the mold surface is carried out so that the machining depth of the roughness of the mold inner surface decreases in the casting direction, so that the roughened smooth part of the mold a gradual transition and thus a gradual transition from throttled to unthrottled heat flow is achieved.
  • An advantage is thereby seen that the macrostructure of the inner mold surface can be produced by methods known per se, such as Shot Blast Texturing (SBT), Electric Discharge Texturing (EDT), Electron Beam Texturing (EBT), Laser Texturing (LT) or through a perforated texture (FIG. GLT) or by other methods.
  • a casting mold in which an irregular structure is introduced into the Kokilleninnen Structure extending from the upper edge of the mold over a height of 20 - 150 mm and thereby has depressions whose diameter is 0.1 - 3 mm and whose depth is 5 - 300 microns.
  • the depressions are introduced into the surface of the mold by material-removing methods, such as etching, shot peening or laser machining.
  • the invention was based on the object to provide a casting mold, which is ensured by simple means an optimal solidification behavior in the critical with respect to the risk of cracking region of the casting mold.
  • a surface texture is formed in at least one of the inner surfaces of the casting mold facing the melt to be cast, in accordance with the prior art described at the outset.
  • the surface texture extends at least over the region of the mold, which is wetted during operation with slag floating on the melt poured into the mold.
  • this surface texture is now formed as a closed structure with closed, stochastically distributed depressions.
  • the heat transfer between the mold and the liquid melt decreases. It occupies one Part of the solidifying slag, the depressions of the stochastic surface structure and there adheres, unlike in open surface structures formally. In this way, the adhering to the inner mold surface slag acts as a thermal insulation, which prevents direct contact of the melt with the inner surface.
  • This heat-insulating effect of the slag layer leads to a lower and over the mold width homogeneous heat dissipation in G faux Spiegel Symposium.
  • the average roughness Ra and the average roughness Rz are important for characterizing this surface structure. Both the average roughness Ra and the mean roughness Rz are to be determined in accordance with DIN EN ISO 4287. In a surface structure according to the invention, the average roughness Ra is 10 to 50 ⁇ m and the average roughness Rz is 80 to 250 ⁇ m. In the case of average roughness values and average roughness in these value ranges, the maximum reduction in surface defects and stable process reliability result. This is particularly true when the average roughness Ra is 10 to 50 ⁇ m, in particular 15 to 50 ⁇ m.
  • Optimal adhesion of the slag to the surface texture is obtained when the maximum depth of the surface texture depressions is 500 ⁇ m. At least the depth of the wells should be 5 microns in order to achieve the desired roughness safely.
  • Casting molds of the type in question are usually made of a non-ferrous metal alloy, which is usually cooled on the side facing away from the melt.
  • the mold cross-section can be made square or rounded.
  • at least one of the narrow sides of the mold opening delimiting plates can be adjustable in the width direction ( EP 0 985 471 A1 ).
  • the surface structure provided according to the invention is provided at least at one of the inner surfaces delimiting the casting mold openings. This of course includes the possibility to mold a corresponding surface structure on all or at least opposite inner surfaces of the casting mold. Even with width-adjustable casting molds, the surface texture structured according to the invention should be present on at least one of the inner surfaces.
  • the surface texture extends over the width of the inner surface provided with it, via which the inner surface comes into contact with the melt to be cast, if the smallest thickness or Width of the casting mold is set.
  • the surface texture structured according to the invention should extend at least over the area of the respective inner surface of the casting mold, which is wetted by the slag covering the casting level in the casting operation.
  • Casting molds used today have proven to be effective if the surface texture extends over a region which, measured in the casting direction, begins at a distance of at least 10 mm below the upper mold edge and ends at a distance of at most 600 mm.
  • the inner surface provided with the surface structure is covered with a nickel layer over a section beginning at a distance from the mold top edge, it has proved to be particularly favorable with regard to the reduction of surface defects of the cast strand, if the surface texture formed according to the invention is that of the Kokillenoberkante associated edge region of the nickel layer overlaps. In practice, overlapping areas have proven to be at least 50 mm, measured in the casting direction. The overlap of the surface texture of the invention with the nickel coating avoids a hard fracture of the thermal conductivity in the transition from the non-coated to the nickel-coated portion of the respective inner surface.
  • the structure according to the invention of the surface texture provided on the respective mold surface can be introduced into the surface by embossing (pressure) or by a shock or impact pulse, for example by needling.
  • the introduction of the structure takes place by a deformation of the mold surface, without material being removed.
  • the work hardening caused by the striking or pressing load on the respective mold inner surface can contribute to a higher mold life.
  • a stamping process is used, a negative of the structure to be produced is first applied to a matrix, a ball or a roller. With this negative then the surface structure, depending on pressure and tool surface, applied to the mold. If the structure is generated by a method which is based on a shock or impact pulse is generated by a high impulse to the respective striking tool the inventively given structure. For this purpose, the so-called “needles” with which, for example, in the DE 199 07 827 A1 specifically to produce surface roughness.
  • molten steel M For casting a molten steel M into a strand S in the in Fig. 1 illustrated, constructed in a conventional manner continuous casting 1, the molten steel M is transported in a pan 2 to a manifold 3 and filled via a shadow tube 4 in the manifold 3. To a bottom outlet of the manifold 3, a further vertically aligned dip tube 5 is connected, which can be closed and regulated by a plug 6.
  • the molten steel M flows into a casting mold 7, which consists of cooled plates 8, 9, 10, 11 composed of a non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy.
  • a casting mold 7 which consists of cooled plates 8, 9, 10, 11 composed of a non-ferrous metal or a non-ferrous metal alloy.
  • copper or copper alloys are used.
  • the casting mold 7 has a substantially rectangular in plan view opening cross-section whose broad sides each bounded by a wide mold plate 8.9 and its narrow sides in each case by a narrow mold plate 10, 11.
  • the mold plates 8 - 11 can often be covered with a nickel layer 14 which begins at a distance variable to the mold top 3 of the mold mold 7, as measured in the vertically aligned conveying direction F of the molten steel M.
  • the distance A1 in the present case is 300 mm, but can generally be made variable.
  • a rectangular mold with a nickel layer is used here.
  • other molds with different coatings are conceivable.
  • the strand S forming in the casting mold 7 from the molten steel M emerges from the casting mold 7 in a vertically oriented conveying direction F and is guided via a pouring arc 16 into a horizontally oriented conveying direction Fh. In the region of the pouring arc 16, the strand S is guided on rollers 19, 20. At the same time there is an intensive cooling, so that the strand S at the end of the casting arc 16 largely completely solidified and can be fed to the further processing.
  • a surface texture 22 is formed on the inner surfaces 13 of the mold plates 8-11 delimiting the mold opening 12.
  • the surface texture 22 begins in this embodiment in the conveying direction F at a distance A2 of 10 mm and ends at a distance A3 of 400 mm from the mold top 15 away. Accordingly, the surface texture 22 overlaps the nickel layer 14 in an overlapping area Ü over a length of 100 mm measured in the conveying direction F. In general, the surface texture can also be introduced as far as a distance A3 of 600 mm from the mold top edge 15. In the section covered by the surface texture 22, the slag K floating in the casting operation on the casting mirror of the melt M to be cast wets the inner surface 13 of the copper plates 8-11.
  • the surface texture 22 is formed by a plurality of depressions 23, which are each completely surrounded by a web 24.
  • Each of the webs 24 defines two recesses 23 arranged adjacent to one another.
  • the recesses 23 can be formed as a single hole-like indentations having a substantially round opening cross-section or from several such merging into each other impressions, which are then in turn bounded by a self-contained around the respective recess 23 web 24.
  • Material suspensions such as those produced in the shot peening process, are undesirable in this structure, since these suspensions are removed from the strand shell. A regression of the structure with reduction of the roughness characteristics would be the result. Rather, be Recesses introduced into the mold material to achieve a work hardening and to maintain the surface structure.
  • the width B of the surface texture 22 is restricted to the narrowest region which, when the mold plates 10, 11 delimiting the mold opening 12 on their narrow sides, are adjusted in the width direction, from the copper plates 10 , 11 is not overstretched.
  • the average surface roughness Rz and center roughness Ra determined for two surface textures generated in this way inside and outside the overlapping area of surface texture 22 and nickel layer 14 of the inner surfaces 13 are shown in Table 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gießkokille zum Vergießen von Stahlschmelze zu einem kontinuierlichen abgezogenen Strang, wobei an mindestens einer der zu vergießenden Schmelze zugewandten Innenfläche der Gießkokille eine Oberflächentextur eingeformt ist, die sich mindestens über den Bereich der Kokille erstreckt, die im Betrieb mit auf der in die Kokille eingegossenen Schmelze schwimmender Schlacke benetzt ist.
  • Beim Stranggießen wird Stahlschmelze aus einer Gießpfanne in einen als Puffer und gegebenenfalls zum Verteilen der Schmelze auf mehrere Stränge vorgesehenen Verteiler, auch Tundish genannt, gefüllt und gelangt von dort über ein Tauchrohr in die jeweilige Gießkokille. Die Gießrichtung entspricht dabei der Schwerkraftwirkung.
  • In der Gießkokille wird der Strang geformt. Dabei setzt die Erstarrung der Schmelze bei Kontakt mit den gekühlten Innenflächen der Gießkokille ein, so dass der aus der Gießkokille nach wie vor in vertikaler Richtung austretende Strang an seinen Außenseiten eine dünne Schale aus erstarrtem Stahl aufweist, die die im Innern des Strangs noch flüssige Schmelze umgrenzt.
  • Nach dem Austritt aus der Kokille wird der Strang in einem so genannten "Gießbogen" gestützt durch Rollen in eine horizontale Förderrichtung umgelenkt. Dabei erfolgt im Bereich des Gießbogens eine gezielt gesteuerte Kühlung, um eine gesteuerte Erstarrung des Strangs zu bewirken. Von dem in horizontaler Richtung abgeförderten und vollständig erstarrten Strang werden anschließend Brammen abgeteilt, die der Weiterverarbeitung zugeführt werden.
  • In der Kokille wird auf die freie Oberfläche der Schmelze Gießpulver gestreut, um Schlacke zu bilden. Die Schlacke deckt die Schmelze ab und verhindert, dass es im Bereich des so genannten "Gießspiegels" zu Reaktionen der Schmelze mit der Umgebungsatmosphäre kommt. Gleichzeitig bindet die Schlacke in der Schmelze aufsteigende Unreinheiten und dient als Schmiermittel zwischen der erstarrenden Schale des Stahlstrangs und der Kokille. Alternativ existieren Gießverfahren, bei denen entweder das Gießpulver vorgeschmolzen zugeführt wird oder bei denen das Gießverfahren eine Verwendung von so genannten "Gießölen", d. h. flüssigen Gießmedien, anstelle von Gießpulvern vorsieht. Letztere Technik wird vor allem im Knüppel- oder Rundstrangguss angewandt. Üblicherweise wird die Kokille oszillierend bewegt, um ein Anbacken des Stahls an den gekühlten Wänden der Kokille zu verhindern und das Abfördern des sich bildenden Strangs aus der Kokille zu unterstützen.
  • Stranggusskokillen können aus Kokillenplatten zusammengesetzt oder als ein einzelnes Stück ausgeführt sein. Die Innenseiten der Stranggusskokillen bestehen in der Regel aus Kupfer. Zur Verbesserung ihrer Verschleißbeständigkeit können ihre mit der Stahlschmelze und dem sich bildenden Strang in Kontakt kommenden Innenflächen mit einer Nickelbeschichtung belegt sein ( EP 0 125 509 B1 ). Die Nickelbeschichtung hat jedoch eine deutliche Minderung der Wärmeabfuhr zur Folge. Daher wird sie in der Regel erst in einem gewissen Abstand zur dem Verteiler der Stranggussanlage zugeordneten Kokillenoberkante angebracht.
  • Unabhängig davon, ob die Gießkokille an ihren Innenflächen mit einer Nickelbeschichtung versehen ist oder nicht, wird im Stranggießprozess die Stahlschmelze vor allem im Bereich des Gießspiegels besonders schnell abgekühlt. Bei empfindlichen Stahlmarken kann dies dazu führen, dass sich aufgrund der beim Abkühlvorgang entstehenden Eigenspannungen Oberflächenfehler einstellen.
  • Dieses Problem ist bereits in der EP 1 099 496 B1 angesprochen worden. Dort ist die Veröffentlichung "Über den Zusammenhang zwischen Anfangserstarrung und Beschaffenheit der Strangoberfläche bei peritektisch erstarrenden Stählen" (Habilitationsschrift M. M. Wolf, Forch 2002, Seiten 61 - 64) erwähnt, gemäß der insbesondere der Wärmestrom durch die Kokillenwand in deren Badspiegelbereich eine entscheidende Rolle für die Rissfreiheit der Strangschale spielt. Eine zu große Wärmeabfuhr bringt demnach eine erhöhte Rissgefahr mit sich. Um den Wärmestrom zwischen der sich bildenden Strangschale und der Kokillen-Innenfläche wird in der EP 1 099 496 B1 vorgeschlagen, durch Aufrauen der Kokillenoberfläche den Wärmedurchgangswiderstand im Bereich des Gießspiegels zu verringern. Auf diese Weise soll die sich in der Kokille bildende Strangschale länger dünn bleiben und von dem mit zunehmendem Abstand von dem Badspiegel steigenden ferrostatischen Druck gleichmäßiger an die Kupferplatte der Stranggusskokille angedrückt werden. Das Aufrauen der Kokillenoberfläche wird dabei so durchgeführt, dass die Bearbeitungstiefe der Rauheit der Kokilleninnenfläche in Gießrichtung abnimmt, so dass vom aufgerauten zum glatten Teil der Kokille ein allmählicher Übergang und damit auch ein allmählicher Übergang vom gedrosselten zum ungedrosselten Wärmefluss erzielt wird. Ein Vorteil wird dabei darin gesehen, dass die Makrostruktur der Kokilleninnenfläche durch an sich bekannte Verfahren wie Shot Blast Texturing (SBT), Electric Discharge Texturing (EDT), Electron Beam Texturing (EBT), Laser Texturing (LT) oder durch eine gelochte Textur (GLT) oder durch andere Verfahren verwirklicht werden kann.
  • Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der JP H06-297103 eine Gießkokille bekannt, bei der in die Kokilleninnenfläche eine unregelmäßige Struktur eingebracht ist, die sich ausgehend von der Oberkante der Kokille über eine Höhe von 20 - 150 mm erstreckt und dabei Vertiefungen aufweist, deren Durchmesser 0,1 - 3 mm und deren Tiefe 5 - 300 µm beträgt. Die Vertiefungen sind durch materialabhebende Verfahren, wie Ätzen, Kugelstrahlen oder Laserbearbeitung in die Oberfläche der Kokille eingebracht.
  • Darüber hinaus ist in der JP S51-50819 vorgeschlagen worden, gleichmäßig Vertiefungen in eine Kokilleninnenfläche einzubringen, die in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung über die jeweilige Fläche verteilt sein können.
  • Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Gießkokille zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln ein optimales Erstarrungsverhalten in dem hinsichtlich der Gefahr von Rissbildung kritischen Bereich der Gießkokille gewährleistet ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine gemäß Anspruch 1 ausgestaltete Gießkokille.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Gießkokille zum Vergießen von Stahlschmelze zu einem kontinuierlichen abgezogenen Strang ist in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik mindestens an einer der der zu vergießenden Schmelze zugewandten Innenfläche der Gießkokille eine Oberflächentextur eingeformt. Dabei erstreckt sich die Oberflächentextur mindestens über den Bereich der Kokille, die im Betrieb mit auf der in die Kokille eingegossenen Schmelze schwimmender Schlacke benetzt ist.
  • Erfindungsgemäß ist nun diese Oberflächentextur als geschlossene Struktur mit abgeschlossen umgrenzten, stochastisch verteilten Vertiefungen ausgebildet.
  • Durch die erfindungsgemäß als Oberflächentextur vorgesehene, aus jeweils vollständig umgrenzten Vertiefungen gebildete Struktur sinkt der Wärmeübergang zwischen Kokille und flüssiger Schmelze. Dabei belegt ein Teil der erstarrenden Schlacke die Vertiefungen der stochastischen Oberflächenstruktur und haftet dort, anders als bei offenen Oberflächenstrukturen förmlich an. Auf diese Weise wirkt die an der Kokilleninnenfläche haftende Schlacke als Wärmedämmung, die einen direkten Kontakt der Schmelze mit der Innenfläche verhindert. Diese wärmedämmende Wirkung der Schlackenschicht führt zu einer geringeren und zu einer über die Kokillenbreite homogeneren Wärmeabfuhr im Gießspiegelbereich. In Folge der insgesamt verminderten und homogeneren Wärmeabfuhr entstehen während des Abkühlvorganges bei Einsatz einer erfindungsgemäß oberflächenstrukturierten Kokillenoberfläche im Vergleich zur konventionellen Kokillenoberfläche weniger Eigenspannungen in der Strangschale. Die Gefahr der Bildung von Oberflächenfehlern wird folglich gesenkt. Werden Gießöle verwendet, so wird die hier beschriebene Oberflächentextur benetzt. Die dann in den Vertiefungen haftende Ölschicht wirkt ebenfalls wärmedämmend.
  • Eine durch die beispielsweise in der EP 1 099 496 B1 angegebenen Verfahren oder durch Kugelstrahlen und ähnliche Verfahren eingebrachte offene Oberflächen- und Rauheitsstruktur, bei der sich die jeweiligen Vertiefungen überlappen und dementsprechend nicht gegeneinander abgegrenzt sind, sondern ineinander übergehen, erhält ihre Rauheit durch Erhebungen im Material, welche durch eine Verschiebung des Kokillenmaterials entstehen. Die erfindungsgemäß vorgesehene geschlossene Oberflächenstruktur ist dagegen durch nicht zusammenhängende Vertiefungen und Hohlräume charakterisiert. Es zeigt sich, dass diese in sich abgeschlossenen und erfindungsgemäß stochastisch verteilten Vertiefungen eine bessere Schlackenhaftung gewährleisten und ein Abfließen der Schlacke verhindern.
  • Neben dem so entstehenden topographischen Erscheinungsbild sind der Mittenrauwert Ra und die gemittelte Rautiefe Rz zur Kennzeichnung dieser Oberflächenstruktur von Bedeutung. Sowohl der Mittenrauwert Ra als auch die gemittelte Rautiefe Rz sind dabei gemäß DIN EN ISO 4287 zu bestimmen. Bei einer erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur beträgt der Mittenrauwert Ra 10 - 50 µm und die gemittelte Rautiefe Rz 80 - 250 µm. Bei in diesen Wertbereichen liegenden Mittenrauwerten und gemittelter Rautiefe ergibt sich eine maximale Reduktion der Oberflächenfehler und eine stabile Prozesssicherheit. Dies gilt im besonderen Maße dann, wenn der Mittenrauwert Ra 10 - 50 µm, insbesondere 15 - 50 µm, beträgt.
  • Eine optimale Haftung der Schlacke an der Oberflächentextur ergibt sich dann, wenn die maximale Tiefe der Vertiefungen der Oberflächentextur 500 µm beträgt. Mindestens sollte die Tiefe der Vertiefungen 5 µm betragen, um die angestrebte Rauigkeit sicher zu erzielen.
  • Gießkokillen der hier in Rede stehenden Art bestehen üblicherweise aus einer Nichteisenmetall-Legierung, die in der Regel auf der der Schmelze abgewandten Seite gekühlt wird. Der Kokillenquerschnitt kann eckig oder gerundet ausgeführt sein. Um bei Einsatz rechteckiger oder quadratischer Kokillen Stränge von unterschiedlicher Breite produzieren zu können, kann dabei mindestens eine der die Schmalseiten der Kokillenöffnung begrenzenden Platten in Breitenrichtung verstellbar sein ( EP 0 985 471 A1 ).
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Oberflächenstruktur ist mindestens an einer der die Gießkokillenöffnungen begrenzenden Innenflächen vorgesehen. Dies schließt selbstverständlich die Möglichkeit ein, eine entsprechende Oberflächenstruktur an allen oder zumindest einander gegenüberliegenden Innenflächen der Gießkokille einzuformen. Auch bei breitenverstellbaren Gießkokillen sollte die erfindungsgemäß strukturierte Oberflächentextur an mindestens einer der Innenflächen vorhanden sein. Der Bereich, der beim Verstellen von der dabei relativ zu dieser Innenfläche bewegten Seite der Kokille überstrichen wird, kann dabei frei von der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur bleiben, wenn dies im Hinblick auf die Abdichtung der Eckbereiche zweckmäßig ist, an denen die die Kokillenöffnung begrenzenden Flächen aneinander stoßen. Dementsprechend erstreckt sich dann bei einer Gießkokille, die durch Verschieben mindestens einer ihrer Seiten dicken- oder breitenverstellbar ist, die Oberflächentextur über diejenige Breite der mit ihr versehenen Innenfläche, über die die Innenfläche mit der zu vergießenden Schmelze in Kontakt kommt, wenn die kleinste Dicke oder Breite der Gießkokille eingestellt ist.
  • Die erfindungsgemäß strukturierte Oberflächentextur soll sich mindestens über den Bereich der jeweiligen Innenfläche der Gießkokille erstrecken, der im Gießbetrieb von der den Gießspiegel abdeckenden Schlacke benetzt wird. Für heute eingesetzte Gießkokillen hat sich hier bewährt, wenn sich die Oberflächentextur über einen Bereich erstreckt, der, jeweils gemessen in Gießrichtung, in einem Abstand von mindestens 10 mm unterhalb der oberen Kokillenkante beginnt und in einem Abstand von höchstens 600 mm endet.
  • Im Fall, dass die mit der Oberflächenstruktur versehene Innenfläche über einen in einem Abstand von der Kokillenoberkante beginnenden Abschnitt mit einer Nickelschicht belegt ist, hat es sich im Hinblick auf die Reduzierung von Oberflächenfehlern des Gießstrangs als besonders günstig erwiesen, wenn die erfindungsgemäß ausgebildete Oberflächentextur den der Kokillenoberkante zugeordneten Randbereich der Nickelschicht überlappt. In der Praxis haben sich hier Überlappungsbereiche bewährt, die, in Gießrichtung gemessen, mindestens 50 mm betragen. Durch die Überlappung der erfindungsgemäßen Oberflächentextur mit der Nickelbeschichtung wird ein harter Bruch der Wärmeleitfähigkeit beim Übergang von dem nicht beschichteten zum nickelbeschichten Abschnitt der jeweiligen Innenfläche vermieden.
  • Die erfindungsgemäße Struktur der auf der jeweiligen Kokillenoberfläche vorgesehenen Oberflächentextur kann durch Prägen (Druck) oder durch einen Stoß- oder Schlagimpuls, beispielsweise durch Nadeln, in die Oberfläche eingebracht werden. Das Einbringen der Struktur erfolgt durch eine Verformung der Kokillenoberfläche, ohne dass dabei Material abgetragen wird. Die in Folge der schlagenden oder drückenden Belastung an der jeweiligen Kokilleninnenfläche bewirkte Kaltverfestigung kann zu einer höheren Kokillenlebensdauer beitragen.
  • Wird ein Prägeverfahren verwendet, so wird zunächst ein Negativ der zu erzeugenden Struktur auf eine Matrix, eine Kugel oder Walze aufgebracht. Mit diesem Negativ wird anschließend die Oberflächenstruktur, abhängig von Druck und Werkzeugoberfläche, auf die Kokille aufgebracht. Wenn die Struktur durch ein Verfahren erzeugt wird, welches auf einem Stoß- oder Schlagimpuls basiert, wird durch ein mit hohem Impuls auf die jeweilige schlagenden Werkzeug die erfindungsgemäß vorgegebene Struktur erzeugt. Hierzu eignet sich das so genannte "Nadeln" mit dem sich, wie beispielsweise in der DE 199 07 827 A1 gezielt Oberflächenrauigkeiten erzeugen lassen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine Stranggießanlage in einer seitlichen Ansicht;
    Fig. 2
    eine in der Stranggießanlage gemäß Fig. 1 eingesetzte Gießkokille in einem Längsschnitt;
    Fig. 3
    einen Ausschnitt einer erfindungsgemäß beschaffenen Oberflächentextur in perspektivischer 7,5-fach vergrößerter Ansicht.
  • Zum Vergießen einer Stahlschmelze M zu einem Strang S in der in Fig. 1 dargestellten, in an sich bekannter Weise aufgebauten Stranggussanlage 1 wird die Stahlschmelze M in einer Pfanne 2 zu einem Verteiler 3 transportiert und über ein Schattenrohr 4 in den Verteiler 3 gefüllt. An einen Bodenauslass des Verteilers 3 ist ein weiteres vertikal ausgerichtetes Tauchrohr 5 angeschlossen, das durch einen Stopfen 6 verschlossen und geregelt werden kann.
  • Bei geöffnetem Tauchrohr 5 strömt die Stahlschmelze M in eine Gießkokille 7, die aus gekühlten Platten 8, 9, 10, 11 zusammengesetzt ist, welche aus einem Nichteisenmetall oder einer Nichteisenmetalllegierung bestehen. Vorzugsweise werden Kupfer oder Kupferlegierungen verwendet. Die Gießkokille 7 weist einen in Draufsicht im Wesentlichen rechteckigen Öffnungsquerschnitt auf, dessen Breitseiten jeweils durch eine breite Kokillenplatte 8,9 und dessen Schmalseiten jeweils durch eine schmale Kokillenplatte 10, 11 begrenzt ist.
  • An ihren jeweils der Gießkokillenöffnung 12 zugeordneten Innenflächen 13 können die Kokillenplatten 8 - 11 häufig mit einer Nickelschicht 14 belegt sein, die gemessen in der vertikal ausgerichteten Förderrichtung F der Stahlschmelze M in einem Abstand variabel zur dem Verteiler 3 zugeordneten Kokillenoberkante 15 der Gießkokille 7 beginnt. Der Abstand A1 beträgt im vorliegenden Fall 300 mm, kann jedoch generell variable gestaltet sein. Als Beispiel wird hier eine rechteckige Kokille mit einer Nickelschicht verwendet. Darüber hinaus sind jedoch auch weitere Kokillenformen mit unterschiedlichen Beschichtungen denkbar.
  • Der sich in der Gießkokille 7 aus der Stahlschmelze M bildende Strang S tritt in vertikal ausgerichteter Förderrichtung F aus der Gießkokille 7 aus und wird über einen Gießbogen 16 in eine horizontal ausgerichtete Förderrichtung Fh geleitet. Im Bereich des Gießbogens 16 wird der Strang S an Rollen 19,20 geführt. Gleichzeitig erfolgt eine intensive Kühlung, so dass der Strang S am Ende des Gießbogens 16 weitestgehend vollständig durcherstarrt ist und der Weiterverarbeitung zugeführt werden kann.
  • In einem der Kokillenoberkante 15 zugeordneten Abschnitt 21 ist an den Innenflächen 13 der die Kokillenöffnung 12 begrenzenden Kokillenplatten 8 - 11 eine Oberflächentextur 22 ausgebildet. Die Oberflächentextur 22 beginnt in diesem Ausführungsbeispiel in Förderrichtung F in einem Abstand A2 von 10 mm und endet in einem Abstand A3 von 400 mm von der Kokillenoberkante 15 entfernt. Dementsprechend überlappt die Oberflächentextur 22 die Nickelschicht 14 in einem Überlappungsbereich Ü über eine in Förderrichtung F gemessene Länge von 100 mm. Generell kann die Oberflächentextur auch bis zu einem Abstand A3 von 600 mm von der Kokillenoberkante 15 aus gesehen eingebracht werden. In dem von der Oberflächentextur 22 abgedeckten Abschnitt benetzt die im Gießbetrieb auf dem Gießspiegel der zu vergießenden Schmelze M schwimmende Schlacke K die Innenfläche 13 der Kupferplatten 8 - 11.
  • Die Oberflächentextur 22 ist durch eine Vielzahl von Vertiefungen 23 gebildet, die jeweils vollständig von einem Steg 24 umgrenzt sind. Jeder der Stege 24 grenzt dabei zwei benachbart zueinander angeordnete Vertiefungen 23 ab. Die Vertiefungen 23 können dabei als einzelne lochartige Einprägungen mit im Wesentlichen rundem Öffnungsquerschnitt oder aus mehreren solcher ineinander übergehenden Einprägungen gebildet sein, die dann wiederum gemeinsam von einem in sich geschlossen um die betreffende Vertiefung 23 umlaufenden Steg 24 umgrenzt sind. Materialaufschiebungen, wie sie beispielsweise beim Kugelstrahlverfahren erzeugt werden, sind in dieser Struktur unerwünscht, da diese Aufschiebungen von der Strangschale abgetragen werden. Eine Rückbildung der Struktur unter Verringerung der Rauheitskenngrößen wäre die Folge. Vielmehr werden Vertiefungen in das Kokillenmaterial eingebracht um eine Kaltverfestigung zu erzielen und die Oberflächenstruktur zu erhalten. Bei den die Kokillenöffnung 12 an ihren Breitseiten begrenzenden Kokillenplatten 8,9 ist die Breite B der Oberflächentextur 22 auf den schmalsten Bereich beschränkt, der, wenn die die Kokillenöffnung 12 an ihren Schmalseiten begrenzenden Kokillenplatten 10, 11 in Breitenrichtung verstellt werden, von den Kupferplatten 10, 11 nicht überstrichen wird.
  • Die bis zu 500 µm tiefen Vertiefungen 23 sind durch Nadeln mittels eines handelsüblichen, hier nicht gezeigten Nadelgerätes erzeugt worden. Die Nadeln des Nadlers haben dabei mit hoher Energie auf die Innenfläche 13 eingeschlagen und das von ihnen getroffene Material unter Ausbildung der jeweiligen Vertiefung 23 verdichtet. Ein Materialabtrag erfolgte nicht. Um die in Figur 3 abgebildete Struktur aus Vertiefungen 23 und Stegen 24 zu erhalten, wurden Einstellungen an folgenden Parametern vorgenommen:
    • Abstand zwischen Nadlergehäuse und zu bearbeitender Oberfläche,
    • Vorschubgeschwindigkeit und Vorschubrichtung,
    • Bewegungsform des Nadlergehäuses/Nadelgerätes sowie
    • Energie, mit der die Nadeln auf die zu bearbeitende Oberfläche treffen.
  • Die für zwei auf diese Weise erzeugte Oberflächentexturen innerhalb und außerhalb des Überlappungsbereichs von Oberflächentextur 22 und Nickelschicht 14 der Innenflächen 13 ermittelten gemittelten Rautiefe Rz und Mittenrauwerte Ra sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
    Beispiel Kokille vernickelt? Rauheitskenngröße Rauheitsprobe aus unvernickeltem Bereich Rauheitsprobe aus vernickeltem Bereich
    1 Nein Ra 26,42 µm -
    Rz 120,34 µm -
    2 Ja Ra 22,31 µm 16,99 µm
    Rz 121,20 µm 95,39 µm
    3 Ja Ra 41,28 µm 18,91 µm
    Rz 187,33 µm 93,66 µm
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Stranggussanlage
    2
    Pfanne
    3
    Verteiler
    4
    Schattenrohr
    5
    Tauchrohr
    6
    Stopfen
    7
    Gießkokille
    8-11
    Kupferplatten
    12
    Gießkokillenöffnung
    13
    Innenflächen der Gießkokille 7
    14
    Nickelschicht
    15
    Kokillenoberkante
    16
    Gießbogen
    19,20
    Rollen
    21
    Abschnitt der Innenflächen 13
    22
    Oberflächentextur
    23
    Vertiefungen
    24
    Steg
    A1-A3
    Abstände, gemessen in Förderrichtung F
    B
    Breite des mit der Oberflächentextur versehenen Abschnitts der Innenfläche 13
    F
    Förderrichtung der Stahlschmelze M in der Gießkokille 7
    Fh
    horizontale Förderrichtung
    K
    Schlacke
    M
    Stahlschmelze
    S
    Strang
    Ü
    Überlappungsbereich

Claims (10)

  1. Gießkokille zum Vergießen von Stahlschmelze (M) zu einem kontinuierlichen abgezogenen Strang (S), wobei an mindestens einer der der zu vergießenden Schmelze (M) zugewandten Innenfläche (13) der Gießkokille (7) eine Oberflächentextur (22) eingeformt ist, die sich mindestens über den Bereich (A3) der Gießkokille (7) erstreckt, der im Betrieb mit auf der in die Gießkokille (7) eingegossenen Schmelze (M) schwimmender Schlacke (K) benetzt ist, wobei die Oberflächentextur (22) als geschlossene Struktur mit abgeschlossen umgrenzten, stochastisch verteilten Vertiefungen (23) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenrauwert Ra der Oberflächentextur (22) 10 - 50 µm und die gemittelte Rautiefe Rz der Oberflächentextur (22) 80 - 250 µm beträgt.
  2. Gießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Oberflächentextur (22) über einen Bereich erstreckt, der, jeweils gemessen in Gießrichtung (F), in einem Abstand (A2) von mindestens 10 mm unterhalb der oberen Kokillenkante (15) beginnt und in einem Abstand (A3) von höchstens 600 mm endet.
  3. Gießkokille nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Tiefe der Vertiefungen (23) der Oberflächentextur (22) 500 µm beträgt.
  4. Gießkokille nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießkokille (7) einen eckigen oder gerundeten Öffnungsquerschnitt aufweist und dass die Oberflächentextur (22) mindestens an einer der Innenflächen (13) der Gießkokille (7) ausgebildet ist, die den Öffnungsquerschnitt an einer seiner Breitseiten begrenzt.
  5. Gießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießkokille (7) durch Verschieben mindestens einer ihrer Schmalseiten (10,11) breitenverstellbar ist und dass sich die Oberflächentextur (22) über diejenige Breite (B) der mit ihr versehenen Innenfläche (13) erstreckt, über die die Innenfläche (13) mit der zu vergießenden Schmelze (M) in Kontakt kommt, wenn die kleinste Breite (B) der Gießkokille (7) eingestellt ist.
  6. Gießkokille nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentextur (22) durch schlagende Bearbeitung in die jeweilige Innenfläche (13) der Gießkokille (7) eingebracht ist.
  7. Gießkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentextur (22) durch Nadeln in die Innenfläche (13) eingebracht ist.
  8. Gießkokille nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentextur (22) in die jeweilige Innenfläche (13) der Gießkokille (7) eingeprägt ist.
  9. Gießkokille nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Oberflächentextur (22) versehene Innenfläche (13) über einen in einem Abstand (A1) von der Kokillenoberkante (15) beginnenden Abschnitt mit einer Nickelschicht (14) belegt ist und dass die Oberflächentextur (22) einen der Kokillenoberkante (15) zugeordneten Randbereich (Ü) der Nickelschicht (14) überlappt.
  10. Gießkokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentextur (22) die Nickelschicht (14) gemessen in Gießrichtung (F) um mindestens 50 mm überlappt.
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