DE69703793T2 - Stranggussverfahren von metallen und kokille zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft den Strangguss von Metallen und insbesondere von Stahl.
• Es ist bekannt, dass ein Strangguss schematisch darin besteht, schmelzflüssiges Metall in eine Kokille zu giessen, die im wesentlichen aus einem hohlen Bauteil ohne Boden besteht und einen Durchlass für das gegossene Metall bildet, wobei ihre Wände, die aus Kupfer (oder ganz allgemein einer Kupferlegierung) bestehen, heftig durch einen Wasserkreislauf gekühlt werden und von der kontinuierlich ein. Gegenstand abgezogen wird, der aussen beteits erstarrt ist. Diese Erstarrung setzt sich anschliessend in Richtung der Gegenstandsachse fort, bis sie während seines Abzugs unterhalb der Kokillc in einem Bereich vollendet ist, der "sekundärer Kühlbereich" genannt wird, unter dem Einfluss von Wasserstrahldüsen. Der erhaltene Gegenstand (Block, Knüppel oder Bramme) wird anschliessend in Längsrichtung unterteilt und gewalzt, ehe er zu einem Verbraucher geliefert wird oder an Ort und Stelle weiter bearbeitet wird zu Barren, Drähten, Profilstangen, Platten, Blechen, etc.
• Die Fehler auf der Oberfläche oder unterhalb der Oberfläche von durch Strangguss erhaltenen Stahlgegenständen führen oftmals zu Ausschuss, da sie durch den Walzschritt nicht beseitigt werden, sondern sogar derart verstärkt werden können, dass in unzulässiger Weise die metallurgische Qualität der gewalzten Gegenstände verschlechtert wird. Während des Giessens bildet das in die Kokille eingefüllte schmelzflüssige Metall eine feste Haut auf Höhe seiner freien Oberfläche unmittelbar nach der Berührung mit den gekühlten metallischen Wänden der Kokille. Diese Haut wird während des Abzugs des Gegenstandes nach unten mitgenommen mittels rhythmischer ruckartiger Bewegungen aufgrund von senkrechten Schwingungen der Kokille. Gleichzeitig wächst ihre Dicke aufgrund der fortschreitenden Wärmeabfuhr durch die Wände der Kokille. Es entsteht also kontinuierlich eine neue feste Metallhaut auf Höhe der freien Metalloberfläche in der Kokille (Meniskus genannt), wobei diese Haut über den gesamten Umfang der Innenwand der Kokille durch Erstarrung entsteht und damit einen festen Ring bildet, der sich aufgrund der Abkühlung während des Absinkens aus der Kokille zusammenziehen kann.
• Diese thermische Kontraktion der festen Haut ist um so grösser je stärker die Wärmeabfuhr ist und je mehr das gegossene Metall eine natürliche Neigung aufweist, sich während des Abkühlens zusammenzuziehen, beispielsweise beim Übergang zur festen Phase am Ende der Erstarrung, wie es insbesondere für bestimmte Stahlsorten mit geringem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt oder rostfreien Stählen der Fall ist.
• Diese Umfangskontraktion kann dazu führen, dass ein Abstand zwischen der erstarrten Haut und der Kokillenwand entsteht und dadurch eine Verringerung des Wärmetausches, da der Kontakt der Haut mit den kalten Wänden verringert wird. Dieses Ablösen ist üblicherweise ungleichförmig entlang des Umfangs der erstarrten Haut verteilt und ist die Quelle von Oberflächenfehlern des erhaltenen endgültigen Gegenstandes. Um diese Kontraktionsfehler zu vermeiden, ist aus der Veröffentlichung FR 2704786 eine Kokille bekannt, die auch Kokille mit Aufsatz genannt wird und die einen thermisch isolierenden Aufsatz aufweist, der dazu dient, das in ihr enthaltene gegossene Metall im flüssigen Zustand zu halten sowie einen Einsatz aufweist, der zwischen der gekühlten Wand der Kokille und dem Aufsatz angeordnet ist. Dieser Einsatz dient dazu, auf Höhe des Unterteils des Aufsatzes ein Schmiermittel und ein Gas einzuführen, die gewährleisten, dass die erstarrte Haut des gegossenen Gegenstandes sich gut ausbildet, exakt ausgehend vom oberen Rand der gekühlten Wand ausbildet und nicht bei Berührung mit dem Einsatz, der selbst gekühlt ist, und eine isolierende Beschichtung aufweisen kann, um zu verhindern, dass das gegossene Metall bei Berührung mit ihm erstarrt.
• Die Veröffentlichung EP 0 620 062 zeigt ebenfalls eine Kokille, die mit einem isolierenden Aufsatz versehen ist und die Öffnungen aufweist zum Einblasen von Gas, welches dazu dient, eine eventuell sich bei Berührung mit dem Aufsatz ausbildende Erstarrungskrute abzulösen.
• Um die oben genannten Fehler zu vermelden oder zu begrenzen, würde auch bereits versucht, die Wärmeabfuhr während der Ausbildung der Haut zu Beginn deren Erstarrung zu verringern.
• Zur Verringerung des Wärmeabflusses wurde, wie es in der FR-A 2 067 289 beschrieben ist, eine Kokille verwendet, die in ihrem oberen Abschnitt, in dem die Erstarrung beginnt, einen Einsatz aufweist, der eine thermische Barriere bildet und der verhindert, dass das schmelzflüssige Metall direkt mit den gekühlten Wänden der Kokille in Berührung gelangt. Die Lebensdauer eines derartigen Einsatzes unterliegt jedoch grossen Schwankungen bei gleichzeitigen hohen Unterhaltskosten einer derartigen Kokille.
• Es wurde ferner bereits versucht, den Wärmeabfluss zu verringern, indem die Wände der Kokille in einen derartigen Oberflächenzustand versetzt wurden, dass die Grösse der direkten Kontaktbereiche des gegossenen Metalls mit dem Kupfer der gekühlten Wände verringert wurde, beispielsweise durch gleichförmiges Gravieren der Wände unter Ausbildung einer waffelförmigen Oberfläche oder durch eine unregelmässige Rauhigkeit, die z. B. durch Sandstrahlen erhalten wird. Es scheint jedoch, dass ein derartiges Verfahren nicht in der Lage war, die Qualität der Oberfläche der gegossenen Gegenstände wesentlich zu verbessern. Es scheint nämlich, dass die durch die Variationen des Niveaus der freien Oberfläche des gegossenen Metalls bewirkten Störungen vorherrschend sind, verglichen mit dem geringen Einfluss auf den Wärmeabfluss, der durch einen angepassten Oberflächenzustand der Kokillenwände erhalten wird, wie es weiter oben ausgeführt wurde, sodass weiterhin Erstarrungs-Ungleichförmigkeiten auftreten und die Oberflächenfehler nicht beseitigt werden können.
• Weiterhin wurde im Hinblick auf eine Verringerung der direkten Berührung des gegossenen Metalls mit dem kalten Kupfer der Wände bereits versucht, in diesen senkrechte Rillen auszubilden, wie es die JP 56136257 beschreibt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich diese Rillen schnell mit Schlacke zusetzen, die üblicherweise als Deckschicht auf der freien Oberfläche des flüssigen Metalls verwendet wird, wodurch der gewünschte thermische Effekt abgeschwächt wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgezählten Nachteile zu vermeiden und einen gegossenen Gegenstand mit einer sehr guten Oberflächenqualität zu erhalten bei Gewährleistung einer wirksamen Verringerung der Wärmeabfuhr während der Ausbildung und zu Beginn des Anwachsens der erstarrten Haut, wobei insbesondere der schädliche Effekt von Fluktuationen des Niveaus der freien Oberfläche des flüssigen Metalls in der Kokille vermieden wird.
• Im Hinblick auf diese Aufgabe betrifft die Erfindung ein Verfahren von der Art wie es in der FR-A 2 067 289 beschrieben ist für den Strangguss von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere von Stahl, in eine Kokille, welche heftig gekühlte metallische Wände aufweist, die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung erstrecken und einen Durchlass für das gegossene Metall bilden, wobei über ihre gesamte Höhe eine Abfuhr des Wärmeflusses des gegossenen Metalls gewährleistet ist, die eine Abkühlung und eine zunehmende Erstarrung des Metalls hervorruft. Bei diesem Verfahren wird die Intensität des abgeführten Wärmeflusses in der Nähe der Höhe verringert, an dem das Metall zu erstarren beginnt bei Berührung mit den Wänden es ist dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der gekühlten metallischen Wände ein thermisch isolierender Aufsatz angeordnet wird, wobei während des Giessens die Höhe der freien Oberfläche des gegossenen Metalls im Inneren des Aufsatzes beibehalten wird und dass auf Höhe dieses Aufsatzes und vorzugsweise wenigstens an seinem unteren Ende ein Gas eingeblasen wird, das in Form von Gasstrahlen austritt, die entlang des Innenumfangs der Kokille verteilt sind.
• Erfindungsgemäss ist die freie Oberfläche des Bades aus flüssigem Metall (der Meniskus) in dem Aufsatz angeordnet. Da dieser aus einem thermisch isolierenden feuerfesten Material besteht beginnt die gleichförmige Ausbildung der Haut aus erstarrtem Metall erst am oberen Rand der metallischen Wände aufgrund des Einblasens von Spülgas am Unterteil des Aufsatzes, wodurch diese gleichförmige gewünschte Erstarrung am gekühlten metallischen Abschnitt getrennt werden kann von parasitären örtlichen möglichen Erstarrungen, die sich am feuerfesten Teil ausbilden können. Die Erstarrung des gegossenen Metalls beginnt also erst in einem bestimmten Abstand vom Meniskus. Der Bereich, in dem diese Erstarrung beginnt, ist in fast perfekter Weise eben, horizontal und unbeeinflusst von Fluktuationen oder Störungen, die in unvermeidlicher Weise auf der freien Oberfläche des Bades auftreten. Der erstarrte Ring, bestehend aus der ersten Erstarrungshaut ist damit in geometrischer Weise vollständig gleichförmig und seine kontinuierliche Erneuerung ist ebenfalls in fast perfekter Weise gleichförmig, ebenso wie das Anwachsen dieser erstarrten Haut in dem Masse, in dem das gegossene Produkt nach unten fortschreitet.
• Da ausserdem das gegossene Metall nicht innerhalb des Aufsatzes zu erstarren beginnt gibt es auf dieser Höhe keine Metallkontraktion. Es bleibt in Berührung mit der Wand des Aufsatzes und verhindert das Eindringen von Schlacke zwischen Metall und der Wand. Dies bedeutet, dass keine Schlacke mehr zwischen die metallischen Wände der Kokille und der erstarrten diese berührende Haut eindringen kann, selbst wenn letztere dazu neigt, einen Abstand auszubilden in Folge des Erstarrungszusammenziehens. Es sei bemerkt, dass ausserdem der ferrostatische Druck des flüssigen Metalls aufgrund der Höhe des im Aufsatz enthaltenen Metalls sich einer derartigen Abstandsausbildung entgegenstellt und dazu neigt, dass die Haut weiterhin an der Oberfläche der metallischen Wände anliegt und zwar in gleichmässiger Weise über den gesamten Innenumfang der Kokille, da die Dicke und der Erstarrungszustand der Haut ebenfalls gleichförmig entlang des Umfangs ist.
• Aufgrund dieser Umfangsgleichförmigkeit kann auch die Wärmeabfuhr im oberen Abschnitt der metallischen Wände in gleichförmiger Weise entlang des gesamten Umfangs des Gegenstands durchgeführt werden, sodass örtliche Ablösungen und Dickenschwankungen der erstarrten Haut, die daraus resultieren, vermieden werden können, wobei die Intensität des abgeführten Wärmeflusses im Bereich des Beginns der Erstarrung sehr gleichförmig gewährleistet werden kann entlang des gesamten Umfangs des Durchlasses, der durch die metallischen Wände gebildet wird.
• Vorzugsweise wird die Intensität des abgeführten Wärmeflusses in einem Bereich vorgegebener Höhe verringert ausgehend vom unteren Rand des Aufsatzes ohne im wesentlichen die Gesamtmenge an abgeführter Wärme durch die Kokille zu verändern. Diese begrenzte Höhe gewährleistet eine Verringerung des abgegebenen Wärmeflusses in dem Bereich, in dem die Haut des erstarrten Metalls gebildet wird und vermeidet dadurch den Rückzugs- und Ablöseeffekt der Metallhaut, wie es im Giessverfahren nach dem Stand der Technik beobachtet wird.
• Gemäss einer ersten Ausführungsform weist dieser Bereich eine Abfuhrkapazität für den thermischen Fluss auf, der im wesentlichen über seine gesamte Höhe konstant ist. In diesem Fall kann die Verringerung des abgeführten Wärmeflusses sehr gross sein, erfolgt jedoch nur über eine geringe Höhe, beispielsweise in der Grössenordnung von 10 mm.
• Gemäss einer zweiten Ausführungsform weist dieser Bereich eine Kapazität der Abfuhr des Wärmeflusses auf, welche von oben nach unten zunimmt. In diesem Fall nimmt die Verringerung des abgeführten Wärmestroms zunehmend ab in Richtung Unterteil der Kokille über einen Bereich grösserer Höhe. Damit wird eine Verringerung des abgeführten Wärmeflusses gewährleistet in dem Bereich, in dem diese Verringerung verwirklicht wird in stärkerem Masse als im vorhergehenden Fall aufgrund der grösseren Höhe dieses Bereichs, sowie eine Art von Zunahme in der Veränderung des abgeführten Wärmeflusses gewährleistet zwischen dem Aufsatz, wo die abgeführte Wärme die geringstmögliche ist und dem gekühlten metallischen Abschnitt der Kokille, wo eine maximale Abfuhr des Wärmeflusses erwünscht ist.
• Die Erfindung betrifft ausserdem eine Stranggusskokille von der Art, wie sie in der FR-A 2 067 289 beschrieben ist mit metallischen Wänden, die sich im wesentlichen vertikal erstrecken und einen Durchlass für das gegossene Metall bilden und mit einer inneren Kühlanordnung in den Wänden, die derart angeordnet ist, dass eine heftige Kühlung der Wände über im wesentlichen ihre gesamte Höhe gewährleistet ist, wobei diese Wände in ihrem oberen Abschnitt mit einer Anordnung versehen sind, um die Intensität des Wärmeflusses zu verringern, hervorgerufen durch die. Kühlanordnung, die die Innenfläche durchsetzt, welche den Durchlass bildet sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Aufsatz aus einem thermisch isolierenden Material aufweist, der oberhalb der metallischen Wände angeordnet ist und diese nach oben verlängert und eine Einblasanordnung für ein Gas aufweist, die entlang des inneren Umfangs der Kokille mündet auf Höhe des Aufsatzes und vorzugsweise an seinem unteren Rand gerade oberhalb der metallischen Wände.
• In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht die Anordnung zur Verringerung des thermischen Wärmeflusses aus einer Metallschicht mit einer thermischen Leitfähigkeit, die kleiner ist als diejenige des Metalls der Wände, wobei die Metallschicht beispielsweise aus Nickel besteht, das durch ein elektrolytisches Abscheideverfahren abgeschieden wird auf dem Kupfer oder der Kupferlegierung, aus dem die Wände der Kokille bestehen.
• Gemäss einer ersten Ausführungsform ist diese Schicht oberhalb der Wände angeordnet und demzufolge zwischen ihnen und dem feuerfesten den Aufsatz bildenden Material, wobei ihre Dicke beispielsweise in der Grössenordnung eines Millimeters liegt.
• Gemäss einer anderen Ausführungsform erstreckt sich diese Schicht über die Innenwand der gekühlten metallischen Wände über eine Höhe, die dann in der Grössenordnung von einigen Zentimetern liegt. Diese schlecht leitende Metallschicht bildet demzufolge eine thermische Barriere zwischen der erstarrten Haut des gegossenen Metalls und dem sehr gut thermisch leitenden Metall der Wände der Kokille. Über die gesamte Höhe, über die sich diese schlecht leitende Schicht erstreckt, ist der abgeführte Wärmefluss stark verringert (wobei die Verringerung 50% erreichen und sogar überschreiten kann) bezüglich eines Aufbaus, bei dem das gegossene Metall in direktem Kontakt mit dem gut leitenden Metall der Wände stehen würde.
• Die Ausbildung einer schlecht leitenden Metallschicht sowohl oberhalb der Wände aus Kupfer oder Kupferlegierung als auch auf der inneren Seitenwand ermöglicht es zugleich, den mittleren Wert des abgeführten Wärmeflusses im oberen Abschnitt der gekühlten Wände zu verändern, sowie eine Verteilung des Flusses als Funktion des Abstandes ausgehend vom oberen Rand der metallischen Wände, auf dessen Höhe die Erstarrung der Haut aus gegossenem Metall beginnt, wobei diese Verteilung zusätzlich in günstiger Weise voreingestellt werden kann, indem zunehmend die Dicke dieser Schicht von oben nach unten abnimmt.
• Gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die Anordnung zur Verringerung der Intensität des Wärmeflusses aus Rillen, die sich im wesentlichen senkrecht erstrecken und die auf der Innenfläche der Wände ausgebildet sind. Dadurch wird im Bereich der Ausbildung der erstarrten Haut und über den Umfang des Durchlasses, der durch die Wände der Kokille bestimmt wird, eine abwechselnde Folge von direkten Kontaktpunkten für das gegossene Metall mit dem Kupfer oder der Kupferlegierung der gekühlten Wände gebildet, sowie Funkte, die den Rillen entsprechen, an denen die Wärmeabfuhr verringert ist. Es sei betont, dass im Gegensatz zur eingangs näher erläuterten Technik, die Verwendung einer derartigen Rillenanordnung und die Tatsache, dass der. Beginn der Erstarrung erfindungsgemäss in einem bestimmten Abstand unterhalb der freien Oberfläche des Metallbades einsetzt und damit in Abwesenheit von Schlacke, während des Giessvorgangs keine Schlacke in diese Rillen eintreten kann, um diese zu verstopfen.
• Gemäss einer Ausführungsform dieser Anordnung sind die Rillen wenigstens teilweise mit einem Material gefüllt, welches eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die kleiner als diejenigen des die Wände bildenden Metalls ist.
• Weitere Besonderheiten und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer erfindungsgemässen Stranggusskokille für Stahl und ihres Einsatzes hervor im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung; Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung einen teilweisen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt der Kokille gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,
• Fig. 2 eine Veränderung des abgeführten Wärmeflusses während des Giessens in einer derartigen Kokille als Funktion des Abstandes ausgehend vom oberen Rand der metallischen Wände,
• Fig. 3 und 4 den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels der Kokille,
• Fig. 5 schematisch den oberen Abschnitt einer Kokillenwand gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Rillenanordnung im oberen Abschnitt der metallischen Wand,
• Fig. 6 eine Ansicht im vergrösserten Massstab des Querschnitts gemäss einer horizontalen Ebene durch den oberen Abschnitt der metallischen Wand von Fig. 5,
• Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 6 in dem Fall, in dem die Rillen durch ein schlecht leitendes Metall gefüllt sind
• Fig. 8 ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Aufsatzes mit einem Heizwiderstand, und
• Fig. 9 eine schematische Ansicht der Kokille in verringertem Massstab gemäss einem Schnitt entlang der Linie IX-IX von Fig. 8.
• Die Kokille gemäss Fig. 1 weist metallische Wände 1 auf, die in an sich bekannter Weise durch einen inneren Wasserkreislauf gekühlt werden und die einen hohlen Körper bilden mit einem senkrechten Durchlass für den gegossenen Stahl 2. Der obere Abschnitt dieser metallischen Wände besteht vorzugsweise aus einem Bauteil, das unabhängig vom unteren Abschnitt ist, beispielsweise in Form eines ringförmigen Teils 3, das ebenfalls aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und mit einem eigenem Wasserkühlkreislauf versehen ist, der durch den Kanal 4 für den Wasserkreislauf angedeutet ist.
• Ein derartiges ringförmiges Teil 3 kann schneller oder billiger ersetzt werden als einstückige Wände über die gesamte Höhe.
• Auf der Oberseite 5 des ringförmigen Teils 3 ist eine Schicht 6 aus elektrolytisch aufgebrachtem Nickel mit einer Dicke von beispielsweise 1,5 mm vorgesehen.
• Oberhalb dieses ringförmigen Teils 3, dessen Höhe beispielsweise 40 mm beträgt, ist ein thermisch isolierender Aufsatz 7 vorgesehen, mit einem oberen Abschnitt 8 aus stark isolierendem feuerfesten Material, beispielsweise mit einer Höhe von 200 mm und mit einem unteren Abschnitt 9 aus einem eventuell weniger stark isolierendem feuerfesten Material, der jedoch eine bessere mechanische Widerstandsfähigkeit aufweist, wobei z. B. als Material das unter der Bezeichnung SILLON bekannte Material verwendet wird, das beispielsweise eine Dicke von 20 mm aufweist.
• Zwischen der Nickelschicht 6 und dem SILLON 9 ist ein Raum vorgesehen, der einen Spalt 10 geringer Höhe bildet, von beispielsweise einigen 1/10 mm, wobei dieser Spalt an der Innenwand der Kokille über ihren gesamten Umfang mündet und andererseits mit einer unter Druck stehenden Edelgasquelle 110 verbunden ist, wobei als Edelgas Argon verwendet werden kann, wie es schematisch in der Figur dargestellt ist. Das Einfüllen des flüssigen Metalls in die Kokille erfolgt mittels eines an und für sich bekannten Einfülltrichters 11, welcher seitliche Auslässe 12 aufweist, die auf Höhe des feuerfesten Aufsatzes 7 angeordnet sind, z. B. auf halber Höhe dessen oberen Abschnitts 8.
• Während des Giessvorgangs durchsetzt der in einem nicht dargestellten Verteiler enthaltene schmelzflüssige Stahl den an dem Verteiler befestigten Einfüllstutzen 11 sowie dessen Auslässe 12 und füllt die Kokille. Die Höhe der freien Oberfläche 13 des flüssigen Stahls wird zwischen dem oberen Rand des Aufsatzes 7 und den Auslässen 12 derart gehalten, dass diese Auslässe in das Bad aus flüssigem Stahl 2 eintauchen. In herkömmlicher Weise ist die freie Oberfläche mit einer Schlackenschicht 13 bedeckt.
• Wie man aus Fig. 1 erkennt, beginnt die. Ausbildung der erstarrten Stahlhaut 21 auf Höhe des oberen Randes der Nickelschicht 6 und wird in Richtung nach unten hin zunehmend dicker aufgrund der Abkühlung der metallische Wände der Kokille, wobei betont sei, dass diese Haut sich kontinuierlich nach unten verschiebt mit dem Abzug des gegossenen Gegenstandes und sich ebenfalls kontinuierlich neu bildet durch Erstarrung von flüssigem Stahl, der mit der Nickelschicht 6 in Berührung gelangt.
• Die Zufuhr von Argongas unter Druck durch den Spalt 10 erzeugt Gasströme, die im wesentlichen senkrecht zur Innenfläche der Kokillenwände verlaufen und die dazu dienen, eventuelle Erstarrungsreste aufzubrechen, die bei Berührung mit dem unteren Abschnitt 9 des Aufsatzes entstehen, sodass die Haut 21 eine Erstarrung über den gesamten Umfang in der gleichen horizontalen Ebene erfährt, die genau auf Höhe der oberen Kante 14 der Nickelschicht 6 angeordnet ist.
• Fig. 2 zeigt die Veränderung des abgeführten Wärmeflusses als Funktion des senkrechten Abstandes d ausgehend von dieser Kante 14. Die ausgezogene Kurve 22 stellt den abgeführten Fluss im Falle der Verwendung einer erfindungsgemässen Kokille dar, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, während die punktierte Kurve 23 zu Vergleichszwecken den Wärmefluss darstellt, der abgeführt werden würde, wenn keine Nickelschicht 6 vorhanden ist, d. h., wenn die erstarrte Haut 21 sich bei direktem Kontakt mit dem Kupfer des oberen Abschnitts 3 bilden würde. Es sei betont, dass in dem senkrechten Abschnitt entsprechend der Dicke der Nickelschicht der abgeführte Fluss verringert ist, wobei diese Verringerung des Flusses sich ausserdem über einige Millimeter unterhalb der Nickelschicht fortsetzen kann, ohne jedoch den gesamten abgeführten Fluss durch das ringförmige Teil erheblich zu beeinflussen.
• Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Kokille, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 für gleiche Teile verwendet wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Nickelschicht 15 auf der inneren seitlichen Oberfläche 16 des ringförmigen Teils 3 abgeschieden, wobei dieses ringförmige Teil vor der Abscheidung des Nickels derart bearbeitet worden ist, dass nach Ausbildung der Schicht 15 die Innenseite 17 im wesentlichen koplanar angeordnet ist und in Verlängerung der Innenseite des unteren Abschnitts der Kokille.
• Vorzugsweise nimmt die Dicke der Nickelschicht 15 von oben nach unten über die Höhe des ringförmigen Teils 3 ab.
• Fig. 4, die ähnlich zu Fig. 2 für den Fall des zweiten Ausführungsbeispiels ist, zeigt, dass der gesamte abgeführte Wärmefluss (Kurve 24) durch das ringförmige Teil stark verringert ist, verglichen mit dem Fall, in dem keine Nickelschicht vorgesehen ist (Kurve 23).
• Fig. 5 zeigt schematisch und perspektivisch einen Teil des oberen Abschnitts einer Kokillenwand gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem senkrechte Rillen 31 auf der Innenfläche 32 des ringförmigen Teils 3 vorgesehen sind, welche in vergrössertem Massstab in Fig. 6 dargestellt sind. Die Rillen 31 können z. B. eine Tiefe und eine Breite von 0,2 mm aufweisen und voneinander in einem Abstand von 1,5 mm angeordnet sein.
• Fig. 7 zeigt eine Variante, be i der die Rillen durch eine Abscheidung 33 eines schlecht leitenden Metalles gefüllt sein können, beispielsweise Nickel. In diesem Fall können die Rillen beispielsweise eine Breite von 1 mm und eine Tiefe von 0,5 mm aufweisen und einen Abstand voneinander von 2 mm aufweisen. Das Abscheiden von Nickel in den Rillen verhindert das Eindringen von gegossenem Stahl auf dem Böden der Rille. Die Verringerung des abgeführten Wärmeflusses bei diesem Ausführungsbeispiel ist dadurch identisch mit derjenigen, die man erhalten würde durch eine Verringerung der Austauschfläche, die proportional ist zu der Fläche, die den mit dem schlecht leitenden Metall gefüllten Rillen entspricht.
• Obwohl aus Vereinfachungsgründen in Fig. 5 der Einblasspalt für das Edelgas nicht dargestellt ist, sei betont, dass eine Gaszufuhr auch hier vorzugsweise beim Einsatz dieser Kokille verwendet wird.
• Die von den Erfindern durchgeführten Experimente haben auf metallurgischer Ebene zu besonders zufriedenstellenden Resultaten für den gegossenen Gegenstand geführt, da eine Verringerung des abgeführten Wärmeflusses im Bereich des Beginns der Erstarrung von mehr als 50% festgestellt werden konnte, wodurch ein Gegenstand erhalten werden konnte, der keine Oberflächenfehler mehr vom Typ Hohlstellen oder Rissen aufweist, insbesondere bei Stahlsorten mit 0,1% Kohlenstoff, die besonders anfällig für derartige Fehler sind.
• Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen verschiedenen Varianten beschränkt, die nur als Beispiele genannt wurden. Insbesondere ist es möglich, als schlecht leitendes Schichtmetall ein anderes Metall als Nickel zu verwenden. Sollte es aus Unterhaltsgründen vorzuziehen sein, eine Verringerung des abgeführten Wärmestroms auf Höhe eines Teils vorzunehmen, das oberhalb der und unabhängig von den unteren Abschnitten ist, aus denen die Wände der Kokille bestehen, so können die verschiedenen Ausführungsbeispiele, wie sie oben beschrieben wurden, ebenfalls direkt im Zusammenhang mit den metallischen Wänden verwendet werden und zwar auf einer begrenzten Höhe ausgehend von den oberen Rändern.
• Auch wenn das Spülgas am Unterteil des Aufsatzes als eine Art Heilmittel gegen schädliche Effekte beim Erstarrungsprozess des gegossenen Gegenstandes hinsichtlich parasitärer örtlicher Erstarrungen an der feuerfesten Wand des Aufsatzes angesehen werden kann, kann zusätzlich noch eine Art Vorbeugung dadurch eingesetzt werden, dass der Aufsatz beheizt wird. Erfindungsgemäss kann zusätzlich in den Aufsatz 7, wie es schematisch in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, ein elektrischer Heizwiderstand eingesetzt sein, beispielsweise in Form eines Grafitstreifens 71 (wie er unter der eingetragenen Marke PAPYER oder unter der eingetragenen Marke SIGRAFLER) bekannt ist, der ohne Bruchgefahr biegsam ist, um so um den Durchlass für das gegossene Metall 2 gewickelt zu werden (Fig. 9). Dieses Heizband 71 kann mit dem feuerfesten Material des Aufsatzes gegossen werden oder in eine ringförmige Hohlnut 72 im Aufsatz eingelegt werden, der z. B. aus zwei übereinander angeordneten Abschnitten 73, 74 besteht. Wählt man ausserdem noch als Spülgas ein Edelgas, wie z. B. Argon, so treten keinerlei Oxidationsprobleme des Heizwiderstandes aus Graphit auf.

Claims (11)

1. Verfahren zum Stranggiessen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere von Stahl, in eine Kokille, welche heftig gekühlte metallische Wände (1) aufweist, die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung erstrecken und einen Durchlass für das gegossene Metall bilden, wobei über ihre gesamte Höhe eine Abfuhr des Wärmeflusses des gegossenen Metalls gewährleistet ist, die eine Abkühlung und eine zunehmende Erstarrung des Metalls (2) hervorruft und wobei die Intensität des abgeführten Wärmeflusses in der Nähe der Höhe verringert wird, an der das Metall zu erstarren beginnt bei Berührung mit den Wänden, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der gekühlten metallischen Wände ein thermisch isolierender Aufsatz (7) angeordnet wird, wobei während des Giessens die Höhe der freien Oberfläche des gegossenen Metalls (2) im Inneren des Aufsatzes beibehalten wird und dass auf Höhe des Aufsatzes (7) und wenigstens auf Höhe seines unteren Randes ein Gas eingeblasen wird, das in der Kokille in Form von Gasstrahlen austritt, die entlang des gesamten Innenumfangs des Durchlasses verteilt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des abgeführten Wärmeflusses über einen Bereich vorgegebener Höhe verringert wird, wobei dieser Bereich eine Abfuhrkapazität des Wärmeflusses aufweist, die im wesentlichen über seine gesamte Höhe konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des abgeführten Wärmeflusses über einen Bereich vorgegebener Höhe verringert wird, wobei dieser Bereich eine Abfuhrkapazität des Wärmeflusses aufweist, die von oben nach unten zunimmt.

4. Stranggusskokille mit metallischen Wänden (1, 3), die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung erstrecken und einen Durchlaß für das gegossene Metall (2) bilden und mit einer inneren Kühlanordnung für die Wände, die derart angeordnet ist, dass eine heftige Kühlung der Wände über im wesentlichen ihre gesamte Höhe gewährleistet ist, wobei die Wände in ihrem oberen Abschnitt mit einer Anordnung (6, 15, 31) versehen sind zur Verringerung der Intensität des Wärmeflusses, der durch die Kühlanordnung hervorgerufen wird und die Seitenfläche der Wände durchsetzt, wobei die Kokille dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Aufsatz (7) aus einem thermisch isolierenden Material aufweist, der oberhalb der metallischen Wände angdordnet ist und diese nach oben verlängert und dass sie eine Einblasanordnung (10) aufweist, um auf Höhe des Aufsatzes und wenigstens auf Höhe seines unteren Randes ein unter Druck stehendes Gas einzublasen, das in der Kokille in Form von Strahlen mündet, die über den gesamten Umfang des Durchlasses verteilt sind.

5. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Verringerung der Intensität des Wärmeflusses aus einer Schicht (6, 15) eines Metalls mit einer thermischen Leitfähigkeit besteht, die kleiner als diejenige des Metalls ist, aus dem die Wände (1, 3) bestehen.

6. Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) oberhalb der Wände (3) angeordnet ist.

7. Kokille nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (15) sich über die Innenseite (16) der Wände (3) erstreckt.

8. Kokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht (15) von oben nach unten abnimmt.

9. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Verringerung der Intensität des Wärmeflusses aus Rillen (31) besteht, die sich im wesentlichen in senkrechter Richtung erstrecken und auf der Innenfläche (32) der Wände (3) ausgebildet sind.

10. Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das die Rillen (31) wenigstens teilweise mit einem Material (33) gefüllt sind, das eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die kleiner als diejenige des Metalls ist, aus dem die Wände bestehen.

11. Kokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizanordnung durch einen elektrischen Widerstand (71) im Aufsatz (7) eingesetzt ist.