DE3942704A1

DE3942704A1 - Continuous casting mouldor fluids with high level of solids - has ceramic shaping wall with coolant channels formed by sepd. lands fitting in parallel grooves on support plate

Info

Publication number: DE3942704A1
Application number: DE19893942704
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Biedermann; Franz Laumeier
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-06-27

Abstract

The die for a continuous casting assembly, particularly for steel, has a non-metallic wall (2) to give the cast shape and act as a heat exchanger. The pref. material for the wall (2) is a ceramic, with built-in channels (4) for a coolant medium. The pref. material for the wall (2) is a silicised silicon carbide, and it can be reinforced by introduced fibres. The coolant medium is carried in closed channels (4) within the wall (2) structure, open on the outer side (9) away from the interior (8) of the moulding zone, separated from each other by lands (3). The outer side (9) of the wall (2) is bonded to a support plate (1) by an adhesive or soldering. The support plate (1) is of metal and is structured with parallel grooves (5) to complement the lands (3) on the wall (2) with a groove (5) depth (t) which is less than the height of the lands (3). The wall (2) is divided into a number of wall segments, each with at least one coolant channel (4). A narrow gap is between neighbouring wall segments, from the moulding zone (8) outwards, according to the coefficient of expansion of the wall material, with a depth matching the wall (2) thickness. ADVANTAGE - The design gives a long-life die, which retains its shape and, at the same time, gives improved quality to the continuously-cast steel material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum Gießen von Metall, insbesondere Stahl, mit einer einen Formhohlraum begrenzenden Wand aus nichtmetallischem Material.The invention relates to a continuous casting mold for casting metal, especially steel, with a wall defining a mold cavity non-metallic material.

Aus der US 21 26 808 ist eine Stranggießkokille bekannt, deren Grundkörper aus Graphit oder Siliziumkarbid besteht und die an der dem Strang zugekehrten Oberfläche mit einer Schicht aus poliertem Schmelzquarz versehen ist. Der Grundkörper der Kokille ist von einer Kühlschlange umgeben.From US 21 26 808 a continuous casting mold is known, the Basic body made of graphite or silicon carbide and which on the Strand facing surface with a layer of polished Enamel quartz is provided. The main body of the mold is one Surround the cooling coil.

Bei einer aus der EP 00 52 947 B1 bekannten Stranggießkokille mit einem Kühlsystem ist die aus Metall bestehende Kokillenwandinnenfläche zusätzlich mit einer Schicht aus einem schmierenden, nicht nässenden Material, wie z. B. Graphit, überzogen. Die benachbarten Seiten der Graphitschicht und der Metallschichten weisen eine Gruppe von ineinanderpassenden Ausbildungen auf, die im engen Paßverhältnis mit Hilfe eines gut wärmeleitenden Bindemittels (z. B. graphithaltiger Kleber) verbunden sind. In a continuous casting mold known from EP 00 52 947 B1 with a The cooling system is the inner surface of the mold wall made of metal additionally with a layer of a lubricating, non-wetting Material such as B. graphite coated. The neighboring sides of the Graphite layer and the metal layers have a group of interrelated training courses that are in a close fit with With the help of a good heat-conducting binder (e.g. graphite-containing Adhesive) are connected.

Außerdem sind Kokillengrundkörper aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit Überzügen aus Chrom, Nickel oder Molybdän bekannt, um die schlechte Abrasionsbeständigkeit der Kupferkokille zu verbessern. Der Kokillengrundkörper ist auf einer Stützplatte aus Metall befestigt. Zwischen der Stützplatte und dem Grundkörper verlaufen die Kühlwasserkanäle.In addition, mold base bodies made of copper or copper alloys are included Chrome, nickel or molybdenum coatings are known to be the bad ones To improve the abrasion resistance of the copper mold. The Mold base is attached to a metal support plate. The run between the support plate and the base body Cooling water channels.

Der Nachteil dieser Stranggießkokillen mit beschichteten Kokillenwandinnenflächen liegt in den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe der Beschichtung und des Grundkörpers. Hierdurch löst sich die Beschichtung bei zusätzlicher mechanischer Belastung durch den Strang vom Grundkörper ab. Die Beschichtung behindert zusätzlich den Wärmedurchgang durch die Kokillenwandung. Die Chrom-, Nickel- oder Molybdän-Überzüge erhöhen zwar die Standzeit der Kokille, jedoch ist eine Möglichkeit zur einfachen Nachbearbeitung der Kokille aufgrund der dünnen Überzüge nicht gegeben. Bei Kokillen mit Kupfergrundkörpern auf Stützplatten aus Stahl verursachen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ein Verziehen der den Formhohlraum begrenzenden Kokillenwand.The disadvantage of these continuous casting molds with coated The inner wall of the mold lies in the different thermal Expansion coefficient of the materials of the coating and Basic body. This removes the coating from additional ones mechanical load from the strand from the base body. The Coating also hinders the heat transfer through the Mold wall. The chrome, nickel or molybdenum coatings increase the life of the mold, however, is an easy way Post-processing of the mold is not possible due to the thin coatings. For molds with copper bodies on steel support plates cause the different coefficients of thermal expansion a warping of the mold wall delimiting the mold cavity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine formbeständige Stranggießkokille mit hoher Standzeit zu schaffen, die gleichzeitig eine Qualitätsverbesserung der Strangoberfläche erzielt.The invention has for its object a dimensionally stable Continuous casting mold with a long service life, which is also a Quality improvement of the strand surface achieved.

Die Aufgabe wird bei einer Stranggießkokille zum Gießen von Metall, insbesondere Stahl, mit einer einen Formhohlraum begrenzenden Wand aus nichtmetallischem Material, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die formgebende Wand als Wärmetauscherwandung ausgebildet ist, die Wand aus nur einem Werkstoff besteht, der Werkstoff keramisch ist und daß in der Wand Kühlmittelkanäle angeordnet sind. The task is with a continuous casting mold for casting metal, especially steel, with a wall defining a mold cavity non-metallic material, according to the invention solved in that the shaping wall is designed as a heat exchanger wall, the wall there is only one material, the material is ceramic and that in the Wall coolant channels are arranged.

Erfindungsgemäß erzielt die Führung der Kühlmittelkanäle in dieser keramischen Wärmetauscherwandung, daß die durch den Temperaturgradienten zwischen dem Strang und dem Kühlmittel hervorgerufenen Wärmedehnungsspannungen nur in dieser Wandung auftreten. Da die Wärmetauscherwandung aus nur einem Werkstoff besteht, kann ein Abplatzen von Beschichtungen vom Grundkörper nicht stattfinden. Die Benutzung von Keramik, speziell siliziertes Siliziumkarbid für die Wand minimiert die auftretenden Wärmedehnungsspannungen in der Wandung im Vergleich zu Kupfer, da ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient geringer ist. Die weiteren positiven Eigenschaften der Keramik wie gute Abrasionsbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe mechanische Festigkeit und bessere Wärmeleiteigenschaften als Stahl ergeben eine Stranggießkokille mit hoher Standzeit. Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der keramischen Werkstoffe erreicht eine Faserverstärkung mit z. B. Kohlefasern, die zur Bildung eines Verbund oder Matrixwerkstoffes führt. Eine Armierung des keramischen Werkstoffes mit z. B. Drahtgeflechten liegt auch im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre. Die Verwendung der Keramik ermöglicht höhere Kokilleninnenwandtemperaturen, die die Qualität der Strangoberfläche des Produktes verbessern. Die Befestigung der Wärmetauscherwandung mittels einer Verklebung mit der Stützplatte aus Stahl vermindert den fertigungstechnischen Aufwand gegenüber einer Verschraubung. Außerdem kann die Breite der Stege der Wärmetauscherwandung dünner ausgelegt werden, da die Verklebung die Stege nicht so stark belastet wie eine punktuelle Verschraubung. Die spezielle konstruktive Ausgestaltung der verklebten, ineinandergreifenden Stege und Nuten gewährleistet eine dauerhafte Befestigung der beiden 8auteile. Die Aufteilung der Wärmetauscherwandung in mehrere Wandsegmente und das Einbringen eines Spaltes mit geringer Breite zwischen zwei benachbarten Wandsegmenten reduzieren die Wärmedehnungsspannungen in der Wand. Die Spaltbreite ist bei Betriebstemperatur durch die Längenausdehnung so weit verringert, daß die Strangoberfläche nicht nachteilig beeinträchtigt wird.According to the invention, the coolant channels are guided therein ceramic heat exchanger wall that through the temperature gradient between the strand and the coolant Thermal expansion stresses only occur in this wall. Since the The heat exchanger wall consists of only one material, which can flake off of coatings from the base body do not take place. The use of Ceramic, specially siliconized silicon carbide for the wall minimizes the thermal expansion stresses in the wall compared to Copper because its coefficient of thermal expansion is lower. The other positive properties of ceramics such as good ones Abrasion resistance, high temperature resistance, high mechanical Strength and better thermal conductivity than steel result in a Continuous casting mold with a long service life. Another improvement in mechanical properties of the ceramic materials achieved Fiber reinforcement with e.g. B. carbon fibers used to form a composite or matrix material. A reinforcement of the ceramic Material with z. B. wire mesh is also in the sense of teaching according to the invention. The use of ceramics enables higher Mold inner wall temperatures, which the quality of the strand surface of the Improve the product. The attachment of the heat exchanger wall using gluing to the steel support plate reduces the manufacturing expenditure compared to a screw connection. Furthermore the width of the webs of the heat exchanger wall can be made thinner because the gluing does not put as much strain on the webs as one selective screwing. The special design of the glued, interlocking webs and grooves ensures a permanent fastening of the two 8 components. The division of the Heat exchanger wall in several wall segments and the introduction of one Narrow width gap between two adjacent wall segments reduce the thermal expansion stresses in the wall. The gap width is reduced at operating temperature by the linear expansion, that the strand surface is not adversely affected.

Nachfolgend wird die Erfindung in Ausführung für eine Vorblockkokille anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is carried out for a bloom block explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 einen horizontalen Querschnitt einer Vorblockkokille mit Kühlmittelkanälen in Form von offenen, parallelen Nuten, Fig. 1 is a horizontal cross-section of a Vorblockkokille with coolant channels in the form of open, parallel grooves,

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt der Vorblockkokille, Fig. 2 is a vertical cross section of the Vorblockkokille,

Fig. 3 einen Querschnitt aus dem Bereich zweier benachbarter Wandsegmente, Fig. 3 shows a cross-section in the area of two adjacent wall segments,

Fig. 4 einen horizontalen Querschnitt einer Vorblockkokille in einer weiteren Ausführungsform. Fig. 4 shows a horizontal cross section of a bloom block in a further embodiment.

Fig. 1 zeigt einen horizontalen Querschnitt einer Vorblockkokille, der im wesentlichen aus einer Stützplatte 1 aus Stahl und einer als Wärmetauscherplatte ausgebildeten Wand 2 aus Keramik besteht. Die Wand 2 ist auf der dem Formhohlraum 8 abgewandten Außenseite 9 mit Stegen 3 der Höhe s versehen. Die Wärmetauscherplatte 2 mit ihren Stegen 3 begrenzt mit der gegenüberliegenden Grundplatte 1 mehrere mit Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) durchströmte Kühlmittelkanäle 4. Die Stützplatte 1 ist mit Nuten 5 der Tiefe t versehen. Die Nuten 5 der Stützplatte 1 sind so ausgebildet, daß die Stege 3 der Wand 2 einsteckbar sind. Die Passung der Nuten 5 und der Stege 3 ist so gewählt, daß die durch Löten oder Kleben hergestellte Verbindung durch Erwärmen wieder gelöst werden kann. Die Tiefe der Nuten 5 ist kleiner als die Höhe s der Stege 2, damit die nicht eingesteckten Stege 3 mit den Flächen der Stützplatte 1 und der Wärmetauscherplatte 2 den Kühlmittelkanal 4 begrenzen kann. Fig. 1 shows a horizontal cross section of a bloom block, which consists essentially of a support plate 1 made of steel and a wall 2 made of ceramic as a heat exchanger plate. The wall 2 is provided on the outside 9 facing away from the mold cavity 8 with webs 3 of height s. The heat exchanger plate 2 with its webs 3 delimits, with the opposite base plate 1, a plurality of coolant channels 4 through which coolant (for example water) flows. The support plate 1 is provided with grooves 5 of depth t. The grooves 5 of the support plate 1 are designed so that the webs 3 of the wall 2 can be inserted. The fit of the grooves 5 and the webs 3 is chosen so that the connection made by soldering or gluing can be released again by heating. The depth of the grooves 5 is smaller than the height s of the webs 2 , so that the webs 3 which are not inserted can limit the coolant channel 4 with the surfaces of the support plate 1 and the heat exchanger plate 2 .

In Fig. 2 ist ein Querschnitt der Vorblockkokille mit Kühlmitteleinläufen 6 und Kühlmittelausläufen 7 dargestellt. Außerdem ist ersichtlich, daß die Rippen 3 der Wärmetauscherplatte 2 im Bereich der Kühlwasserein- und -ausläufe 6 und 7 ausgespart sind, damit mehrere parallel zueinanderliegende Kühlkanäle 4 von einem Kühlwassereinlauf 6 aus mit Kühlwasser durchströmt werden können. FIG. 2 shows a cross section of the bloom block with coolant inlets 6 and coolant outlets 7 . In addition, it can be seen that the ribs are recessed 3 of the heat exchanger plate 2 in the region of the inlets and discharges cooling water inlet 6 and 7, so that a plurality of mutually parallel cooling channels 4 can flow through with cooling water from a cooling water inlet 6 from.

Fig. 3 stellt einen Querschnitt aus dem Bereich zweier benachbarter Wandse9mente 10 dar. Die beiden Stege 3 der Wandsegmente 10 sind gemeinsam in eine Nut 5 der Stützplatte 1 eingesteckt und verlötet oder verklebt. Die Klebe- oder Lötverbindung ist durch die gestrichelte Linie 12 dargestellt. Desweiteren ist ein Spalt 11 zwischen den beiden benachbarten Wandsegmenten 10 zu erkennen. Der Spalt hat etwa eine Breite b und von dem Formhohlraum 8 aus gesehen eine Tiefe, die etwa der Dicke d des Wandsegmentes 10 entspricht. Fig. 3 represents a cross section in the area of two adjacent Wandse9mente 10. The two webs 3 of the wall segments 10 are together inserted and soldered or glued into a groove 5 of the support plate 1. The adhesive or soldered connection is shown by the dashed line 12 . Furthermore, a gap 11 between the two adjacent wall segments 10 can be seen. The gap has approximately a width b and, seen from the mold cavity 8 , a depth which corresponds approximately to the thickness d of the wall segment 10 .

Fig. 4 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch eine Vorblockkokille in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Kokille besteht im wesentlichen aus einer Stützplatte 1 und einer als Wärmetauscherwandung ausgebildeten Wand 2. Die Wand 2 steht über ihre dem Formhohlraum 8 abgewandten Seite mit der Stützplatte 1 in einer Klebe- oder Lötverbindung 12. In der Wand 2 verlaufen Kühlmittelkanäle 4. Fig. 4 shows a horizontal cross section through a bloom block in a further embodiment according to the invention. The mold essentially consists of a support plate 1 and a wall 2 designed as a heat exchanger wall. The wall 2 is in an adhesive or soldered connection 12 via its side facing away from the mold cavity 8 with the support plate 1 . Coolant channels 4 run in the wall 2 .

Die Erfindung ist zwar anhand einer Vorblockkokille beschrieben, jedoch läßt sie sich auch bei anderen Kokillen für z. B. Brammen, Knüppel oder Rundformate anwenden. Außerdem kann die Wärmetauscherwandung im Gießspiegelbereich mit einer schlackenresistenten Substanz versehen sein.The invention is described with reference to a bloom block, however it can also be used in other molds for e.g. B. slabs, billets or use round formats. In addition, the heat exchanger wall in Apply a slag-resistant substance to the casting area be.

Claims

1. Continuous casting mold for casting metal, in particular steel, with a wall defining a cavity made of non-metallic material, characterized in that the shaping wall ( 2 ) is designed as a heat exchanger wall, the wall ( 2 ) consists of a material which is ceramic and that coolant channels ( 4 ) are arranged in the wall ( 2 ).

2. Continuous casting mold according to claim 1, characterized, that the ceramic material is siliconized silicon carbide.

3. Continuous casting mold according to claim 1 or 2, characterized, that the ceramic material is fiber-reinforced.

4. Continuous casting mold according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coolant channels ( 4 ) within the wall ( 2 ) are arranged in the form of closed channels.

5. Continuous casting mold according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the mold cavity ( 8 ) facing away from the outside ( 9 ) of the wall ( 2 ), the coolant channels ( 4 ) in the form of open, parallel grooves ( 5 ) through Crosspieces ( 3 ) are laterally limited, are incorporated.

6. Continuous casting mold according to claim 4 or 5, characterized in that the outside ( 9 ) of the wall ( 2 ) with a support plate ( 1 ) is in communication.

7. Continuous casting mold according to claim 6, characterized in that the connection of the wall ( 2 ) with the support plate ( 1 ) is an adhesive connection ( 12 ).

8. Continuous casting mold according to claim 6, characterized in that the connection of the wall ( 2 ) with the support plate ( 1 ) is a soldered connection ( 12 ).

9. Continuous casting mold according to one of claims 6 to 8, characterized in that the support plate ( 1 ) consists of metal.

10. Continuous casting mold according to one of claims 6 to 9, characterized in that the support plate ( 1 ) has complementary to the webs ( 3 ) of the wall ( 2 ) arranged grooves ( 5 ) whose depth (t) is less than the height ( s) the webs ( 3 ).

11. Continuous casting mold according to one of claims 1 to 10, characterized in that the wall ( 2 ) is divided into a plurality of wall segments ( 10 ), each with at least one coolant channel ( 4 ).

12. Continuous casting mold according to claim 11, characterized in that between adjacent wall segments ( 10 ) from the mold cavity ( 8 ) seen from a gap ( 11 ) with a small width (b) is provided, the gap width (b) depending on the thermal expansion coefficient of Wall material is determined, and has a depth which corresponds approximately to the thickness (d) of the wall ( 2 ).