AT412194B - Verbesserte kokille für eine stranggiessanlage sowie verfahren - Google Patents

Description

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   Gebiet der Erfindung 
Die Erfindung bezieht sich im weitesten Sinne auf das Gebiet der Metallherstellung und das Giessen. Spezieller betrifft die Erfindung eine verbesserte Kokille für eine Stranggiessanlange, welche eine längere Lebensdauer aufweist, die Gleichmässigkeit der Wärmeabführung verbessert und ein besseres Produkt hervorbringt als herkömmliche Kokillen dies tun. 



   Beschreibung des Standes der Technik 
Eine herkömmliche Kokille für eine Stranggiessanlange beinhaltet eine Anzahl von Kokillenplat- ten, die normalerweise aus Kupfer hergestellt sind, sowie äussere Wände, die die Kokillenplatten umgeben. Die Kokillenplatten definieren einen Abschnitt der Kokille, der das geschmolzene Metall während des Giessprozesses berührt. Parallele, sich vertikal erstreckende Kühlwasserzirkulations- schlitze oder -kanäle sind zwischen den äusseren Wänden und den Kokillenplatten vorgesehen, um Wärme von den Kokillenplatten abzuführen. Während des Betriebs wird Wasser in diese Schlitze eingeführt, üblicherweise an einem unteren Ende der Kokille, aus einer Wasserzuführung über einen Einlassverteiler, der mit allen Schlitzen in einer Kokillenplatte kommuniziert.

   Der so erreichte Kühleffekt sorgt dafür, dass sich eine äussere Haut des geschmolzenen Metalls verfestigt, während es durch die Kokille strömt. Die Verfestigung wird dann, nachdem das halb verfestigte Gussteil die Kokille verlässt, vervollständigt durch Sprühen von zusätzlichem Kühlmittel, typischerweise Was- ser, direkt auf das Gussteil. Dieses Verfahren der Metallherstellung ist hocheffizient und ist in breiter Anwendung in den Vereinigten Staaten sowie weltweit. 



   Aus der US 4,182,397 ist eine Stranggiesskokille bekanntgeworden, deren Kühlwasserkanäle alle im wesentlichen gleiche Dimensionen aufweisen und gleichmässig verteilt sind, so dass eine gleichmässige Kühlwirkung entlang der gesamten Kokilleninnenwand zur Verfügung gestellt wird. 



  Die US 5,467,810 zeigt und beschreibt eine Stranggiessform für Metall mit einem Einsatz und einem Formrahmen, von dem der Einsatz zur Wartung abnehmbar ist. Die in dieser Literaturstelle beschriebene Kühlvorrichtung weist Kühlkanäle mit einer vorbestimmten Tiefe von 50 % der Dicke einer Kupferplatte auf. Weiters ist aus der DE 41 27 333 eine Stranggiesskokille bekanntgeworden, deren Formwände mit mehreren sich von oben nach unten erstreckenden, an einen Kühlwasser- kreislauf angeschlossenen Kühlbohrungen versehen sind, deren Durchflussquerschnitt durch Verdrängungsstäbe verkleinert ist. Die JP 59-133940 A betrifft einen Stranggiesskokille, bei welcher die Kühlleistung entsprechend der sich in vertikaler Richtung der Kokille ändernden thermischen Belastung angepasst wird. 



   In den meisten Stranggiessanlagen wird das geschmolzene Metall in die Kokille aus einer Giesswanne durch einen feuerfesten Ausguss eingeführt, die in die Kokille eingetaucht ist. In Folge der gleichmässigen Einführung von geschmolzenem Metall durch die Düsenanschlüsse, der Gestalt der Kokille und des Kühleffekts, der durch die Heissflächen der Kokille aufgebracht wird, nimmt das heisse Metall oder die geschmolzene Metallzirkulation innerhalb der Kokille Form an und verur- sacht, dass durch die Wärmeübertragung durch Konvektion die Kühlrate über die Oberfläche der Heissfläche ungleichmässig ist. Dies kann eine ungleichmässige Belastung oder Beschädigung der Heissfläche verursachen und zu einem vorzeitigen Kokillenausfall führen. Es kann darüber hinaus die Qualität des gegossenen Stranges nachteilig beeinflussen.

   Ein Beispiel hierfür kann beim Betrieb von trichterförmigen Kokillen gefunden werden. Eine trichterförmige Kokille wird verwendet, um eine dünne Bramme zu giessen und enthält an dem Einführende der Kokille einen relativ breiten Zentralbereich, relativ schmale Endbereiche und Übergangsbereiche zwischen dem Zentralbereich und den Endbereichen. Der feuerfeste Tauchausguss ist in den Zentralbereich eingeführt, und es ist in der Praxis herausgefunden worden, dass frühzeitiger Verschleiss und Ausfall der Kokille tendenziell an den Übergangsbereichen auftreten.

   Einer der Gründe für frühzeitigen Verschleiss wird darin liegen, dass das Einstossen von ankommendem geschmolzenen Metall, welches aus dem Tauchausguss austritt, die benachbarte innere Oberfläche des verfestigenden Produktes veranlassen, wieder erhitzt zu werden, wodurch zusätzliches Kühlen verhindert wird, während die Haut durch diese Bereiche wandert, und dass in einigen Extremfällen eine Wiedererhitzung und ein Wiederschmelzen der Haut auftritt. Dies führt dazu, dass die Haut in solchen, den Tauchausguss umgebenden Bereichen dünner ist, was wiederum die Oberflächentemperatur des Produktes und die Oberflächentemperatur der Kokille erhöht. Nach Kenntnis der Erfinder ist für dieses Problem noch keine ausführbare Lösung gefunden worden.

   Es ist offensichtlich, dass ein Bedarf besteht für 

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 eine verbesserte Kokille für eine Stranggiessanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Stranggiesskokille, das den nachteiligen Effekt von Heissmetallzirkulationsmustern innerhalb der Kokille kompensiert. 



   Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäss ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Stranggiesskokille und ein Verfahren zum Betreiben einer Stranggiesskokille bereitzustellen, die die nachteiligen Effekte der Metallzirkulationsmuster innerhalb der Kokille kompensieren. 



   Um diese und andere Aufgaben der Erfindung zu lösen, wird eine verbesserte Kokille für eine Stranggiessanlage bereitgestellt mit einem erweiterten Eingiessbereich, einem Giessraum mit einem relativ breiten Zentralbereich, relativ schmalen Endbereichen und Übergangsbereichen zwischen dem Zentralbereich und den Endbereichen, einem in den Giessraum mündenden Tauchausguss zum Einführen von geschmolzenem Metall in den Giessraum und einer Kühlvorrichtung zum selektiven Kühlen der Kokilleninnenwand in einer solchen Weise, dass die Kühlung mit unterschiedlichen Intensitäten auf unterschiedliche Bereiche der Kokilleninnenwand gerichtet ist, um eine verbesserte Kühlung auf die Übergangsbereiche zu richten, wodurch Wärmeübertragungsungleichmässigkeiten aufgrund von Konvektion über die Kokilleninnenwand ausgeglichen werden können. 



   Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stranggiesskokille mit einer trichterartigen Kokilleninnenwand, die einen Giessraum mit einem relativ breiten Zentralbereich, relativ schmalen Endbereichen und Übergangsbereichen zwischen dem Zentralbereich und den Endbereichen definiert, mit den Verfahrensschritten: (a) Einführen von geschmolzenem Metall in den Giessraum und (b) selektives Kühlen der Kokilleninnenwand mit unterschiedlichen Intensitäten in unterschiedlichen Bereichen der Kokilleninnenwand, wobei zum Ausgleich von Wärmeübertragungsungleichmässigkeiten aufgrund von Konvektion über die innere Oberfläche der Kokilleninnenwand eine verstärkte Kühlung auf den Übergangsbereich gerichtet wird, wodurch die Produktqualität verbessert und die Lebensdauer der Kokille verlängert wird.

   Diese und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen herausgestellt. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, deren Vorteile und deren durch sie erreichten Ziele wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen und die beigefügte Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. 



   Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 ist eine schematische Ansicht in einer Stranggiessanlage, die gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gestaltet ist ; Figur 2 ist eine Teilschnittdarstellung entlang einer Komponente der Giessanlage, die gemäss der Erfindung gestaltet ist ; und Figur 3 ist eine zweite Teilschnittdarstellung entlang einer anderen Komponente des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Systems. 



   Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
In den Zeichnungen, in denen durchgehend gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Strukturen verwendet werden und insbesondere in Figur 1 ist eine Stranggiessanlage 10 dargestellt, die gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung gestaltet ist und eine Kokille 12, die einen Giessraum 14 definiert, in dem geschmolzenes Metall geformt und gekühlt werden kann. 



   Die Stranggiessanlage enthält ferner eine Giesswanne 16, in der ein Vorrat von geschmolzenem Metall 18 gelagert ist, und einen Tauchausguss 20 zum Einführen des geschmolzenen Metalls 18 aus der Giesswanne 16 in den Giessraum 14, der durch die Kokille 12 definiert ist. Ein herkömmliches Schiebeventil 22 ist oberhalb des Tauchausgusses 20 angeordnet zum Regeln des Stromes von geschmolzenem Metall 18. 



   Ein distales Ende des Tauchausgusses 20 weist eine Anzahl von Auslässen 24 auf, durch die geschmolzenes Metall 18 in den Giessraum 14 eingeführt wird. Aufgrund der Form der Kokille 12 und der Einführung von geschmolzenem Metall 18 in den Giessraum 14 bilden sich Zirkulationsmuster 26 in dem geschmolzenen Metall aus, welches sich in dem Giessraum 14 befindet, wie 

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 graphisch in Figur 1 dargestellt ist. Wie oben beschrieben ist, führen die Zirkulationsmuster 26 zu einer frühzeitigen Beschädigung der Kokille und zu einem Ausfall derselben, insbesondere in dem Meniskusbereich 28 der Kokille 12. 



   Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, dass die Kokille 12 eine Kokillenplatte 30 aufweist, die eine Kokilleninnenwand 32 enthält, die den Giessraum 14 definiert. Gemäss einem wichtigen Aspekt dieser Erfindung verkörpert die Kokillenplatte 30 eine Kühlvorrichtung 34 zum selektiven Kühlen der Kokillenplatte 30 in einer solchen Weise, dass die Kühlung bereitgestellt oder ausgerichtet wird in unterschiedlichen Intensitäten auf unterschiedliche Bereiche der Kokilleninnenwand 32 der Kokillenplatte 30 gemäss vorbestimmten oder vorhergesagten Zirkulationsmustern 26 (gezeigt in Figur 1) in dem geschmolzenen Metall, so dass Wärmeübertragungsungleichmässigkeiten in Folge von Konvektion ausgeglichen werden über die innere Oberfläche der Kokillenplatte.

   Wie üblich weist die Kokillenplatte 30 eine Anzahl von Kühlschlitzen 36 auf, die in der Kokillenplatte ausgebil- det sind zum Ableiten von Wärme von der Innenwand 32 der Kokillenplatte 30. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weisen die Kühlschlitze 36 gemäss diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Basisschlitzabschnitt 38 auf, der verhältnismässig parallel zu der inneren Oberfläche 32 der Kokil- lenplatte 30 und bearbeitet ist auf eine Tiefe, die eine Dicke Tb definiert, die dem Abstand zwi- schen der unteren Seite des Basisschlitzabschnitts 38 und der inneren Oberfläche 32 entspricht.

   In dem Meniskusbereich 28, wie auch aus Figur 3 ersichtlich ist, enthält der Kühlschlitz 36 einen vertieften Schlitzabschnitt 40, der so bearbeitet ist, dass er tiefer als der Basisschlitzabschnitt 38 ist und eine Minimaldicke Tm zwischen dem unteren Ende des Schlitzabschnitts 40 und der inneren Wand 32 der Kokillenplatte definiert. Der vertiefte Schlitzabschnitt 40 kommuniziert mit einem Verteiler 42 zum Leiten von Wasser weg von dem Schlitz 36 während des Betriebs, wie auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt ist. 



   Da die Dicke Tm an dem vertieften Schlitzabschnitt 40 geringer ist als die Dicke Tb an dem Basisschlitzabschnitt 38 wird ein verbesserter Kühleffekt auf den Bereich der Kokillenplatte be- nachbart zu dem Meniskus-Bereich 28 gerichtet, dessen Ausmass gemessen werden kann durch die Differenz der Dicke zwischen den zwei Schlitzbereichen oder Tb-Tm, wie schematisch in Figur 3 gezeigt ist. Figur 2 zeigt die untere Seite 44 des Schlitzabschnitts 40 in dem Meniskusbe- reich 28 sowie das Schlitzunterende 48 an dem Basisschlitzabschnitt 38.

   Wie aus Figur 2 ersicht- lich ist, die einen Horizontalschnitt durch die Kokillenplatte gemäss Linien 2-2 in Figur 3 darstellt, ist der Abstand Tb Tm mit Absicht variierend entlang der Horizontalerstreckung der Kokille, um selek- tiv eine verbesserte oder verstärkte Kühlung auf bestimmte Abschnitte der Kokilleninnenwand auszurichten und um so einen verringerten Kühleffekt auf andere Abschnitte der Kokillenplatte auszurichten. Die in Figur 2 dargestellte Kokillenplatte 30 definiert einen herkömmlich geformten trichterartigen Giessraum. Er enthält einen ersten relativ breiten Zentralbereich, der durch die römi- sche Ziffer I identifiziert ist, relativ schmale Endbereiche (ll), und Übergangsbereiche   (III)   zwischen dem Zentralbereich I und denen Endbereichen ll.

   In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine verstärkte Kühlung gerichtet auf die innere Oberfläche 32 der Kokillenplatte 30 in dem Über- gangsbereich lll, um die verstärkte Wärmeübertragung auszugleichen, die vorgesehen ist, in diesen Bereichen aufzutreten in Folge der Zirkulationsmuster 28 innerhalb des Giessraums 14. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand der Tb Tm erhöht. Zweiter Aspekt dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der, dass eine verringerte Kühlung mit Absicht gerichtet ist auf den relativ breiten Zentralbereich I und die äussersten Schlitze im Bereich ll und dass dies geschieht durch Verringerung des Abstands Tb-Tm. 



   Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann angewendet werden zusammen mit oder anstatt des zuvor oben diskutierten variablen Dickenwerts Tb-Tm, um Kühlung auszurichten auf die Bereiche der Kokillenplatte, die es am stärksten benötigen. Wie in Figur 2 dargestellt ist, erstreckt sich der vertiefte Schlitzabschnitt 40, der so bearbeitet ist, dass er tiefer als der Basisschlitzabschnitt 38 ist, auf einen vertikalen Abstand Lm. Der zweite Aspekt der Erfindung involviert eine Variation der Länge Lm der individuellen Schlitze, so dass die Länge in denjenigen Schlitzen grösser ist, wo ein verstärkter Kühleffekt gewünscht ist, was bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wieder vor- nehmlich in dem Übergangsbereich lll der Fall ist. Figur 4 zeigt schematisch die Längenprofile der vertieften Schlitzabschnitte 40 der Schlitze. 



   Ein bevorzugtes Beispiel der oben beschriebenen Gestaltung ist in Figur 2 gezeigt, wobei die Kühlschlitze nummeriert sind als Schlitze 1 bis 19, beginnend von dem Zentrum der Region I und 

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 endend an dem distalen Ende des Bereichs ll. Die nachstehende Tabelle stellt beispielhafte Werte von Tm, Tb-Tm und Lm für jeden der Schlitze 1 bis 19 dar. 
 EMI4.1 
 
<tb> 



  SLOT <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 19
<tb> 
<tb> Tm <SEP> (mm) <SEP> 25 <SEP> 24 <SEP> 23 <SEP> 22 <SEP> 22 <SEP> 21 <SEP> 21 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 22 <SEP> 22 <SEP> 23 <SEP> 24 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> 
 
 EMI4.2 
 
 EMI4.3 
 
<tb> Lm(mm) <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 12 <SEP> 14 <SEP> 16 <SEP> 18 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 18 <SEP> 16 <SEP> 14 <SEP> 12 <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> 8
<tb> 
 
Alternativ kann die Länge der Schlitze variiert werden, ohne die Tiefen der Schlitze zu variie- ren, oder die Schlitztiefen könnten variiert werden, ohne die Längen der Schlitze zu variieren. 



  Darüber hinaus könnten die Prinzipien dieser Erfindung angewendet werden auf andere Typen von Stranggiessanlagen, als diejenigen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. 



   Es ist ersichtlich, dass obwohl eine Anzahl von Charakteristika und Vorteilen der vorliegenden Erfindung in der obigen Beschreibung dargestellt worden sind zusammen mit Details der Struktur und Funktionen der Erfindung, die Offenbarung nur zur Anschauung dient und Änderungen vorge- nommen werden können im Detail, insbesondere in Sachen der Form, der Masse und der Anord- nung der Teile im Rahmen der Prinzipien der Erfindung in dem vollen Ausmass dessen, was als generelle Bedeutung der Begriffe gemäss den beigefügten Ansprüchen zum Ausdruck kommt. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Kokille für eine Stranggiessanlage mit einem erweiterten Eingiessbereich, einem Giessraum mit einem relativ breiten Zentralbereich, relativ schmalen Endbereichen und Übergangsbe- reichen zwischen dem Zentralbereich und den Endbereichen, und einem in den Giessraum mündenden Tauchausguss zum Einführen von geschmolzenem Metall in den Giessraum, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (34) zum selektiven Kühlen der Kokillenin- nenwand (32) in einer solchen Weise, dass die Kühlung mit unterschiedlichen Intensitäten auf unterschiedliche Bereiche der Kokilleninnenwand (32) gerichtet ist, um eine verbesser- te Kühlung auf die Übergangsbereiche   (IM)   zu richten.

Claims (1)

1. 2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (34) zur verbesserten Kühlung eines Meniskusabschnittes (28) der Kokilleninnenwand (32) ausge- bildet ist.

   3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (34) zur Kühlung unterschiedlicher Bereiche der Kokilleninnenwand (32) mit unterschiedlichen Intensitäten Kühlkanäle (36) aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen von der dem Giessraum (14) zugewandten Innenseite der Kokilleninnenwand (32) in der Kokilleninnen- wand (32) ausgebildet sind.

   4. Kokille nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (34) zur Kühlung unterschiedlicher Bereiche der Kokilleninnenwand (32) mit unterschiedli- chen Intensitäten Kühlkanäle (36) mit vertieften Kanalabschnitten (40) aufweist, welche in der Kokilleninnenwand (32) ausgebildet sind, wobei die Länge der vertieften Kanalab- schnitte (40) entsprechend der gewünschten Kühlintensität gewählt ist.

   5. Verfahren zum Betreiben einer Stranggiesskokille mit einer trichterartigen Kokilleninnen- wand, die einen Giessraum mit einem relativ breiten Zentralbereich, relativ schmalen End- bereichen und Übergangsbereichen zwischen dem Zentralbereich und den Endbereichen definiert, mit den Verfahrensschritten: (a) Einführen von geschmolzenem Metall in den Giessraum und (b) selektives Kühlen der Kokilleninnenwand mit unterschiedlichen Intensitäten in unter- schiedlichen Bereichen der Kokilleninnenwand, wobei zum Ausgleich von Wärmeübertra- gungsungleichmässigkeiten aufgrund von Konvektion über die innere Oberfläche der Kokil- leninnenwand eine verstärkte Kühlung auf den Übergangsbereich gerichtet wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Bereitstellen von verstärkter Kühlung <Desc/Clms Page number 5> an einem Abschnitt der Kokilleninnenwand, der einem Ort entspricht, wo der Meniskus des geschmolzenen Metalls während des Giessens positioniert ist.

   7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem Schritt (b) ausgeführt wird durch Variation von Abständen zwischen der inneren Oberfläche der Kokilleninnenwand und den unteren Sei- ten von Kühlkanälen, die in der Kokilleninnenwand ausgebildet sind.

   8. Verfahren nach Anspruch 5,6 oder 7, bei dem Schritt (b) ausgeführt wird durch Variation der Länge von vertieften Kanalabschnitten von Kühlkanälen gemäss dem Ausmass zusätzli- cher Kühlung, die auf einen Bereich der Kokilleninnenwand gerichtet werden soll.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem vor Schritt (b) Zirkulationsmus- ter in dem geschmolzenen Metall vorbestimmt werden, wobei Schritt (b) ausgeführt wird, um selektiv die Kokilleninnenwand in variierenden Intensitäten an unterschiedlichen Berei- chen der inneren Oberfläche der Kokilleninnenwand gemäss den vorbestimmten Zirkulati- onsmustern in dem geschmolzenen Metall zu kühlen.

   10. Kokille für eine Stranggiessanlage mit einem erweiterten Eingiessbereich und einem im wesentlichen vertikal verlaufenden Giessraum, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrich- tung (34) zum selektiven Kühlen der Kokilleninnenwand (32) in einer solchen Weise, dass die Kühlung innerhalb einer Normalebene auf die Längsachse des Giessraumes (14) mit unterschiedlichen Intensitäten erfolgt, wodurch Wärmeübertragungsungleichmässigkeiten aufgrund von Konvektion und anderer Ursachen über die Kokilleninnenwand (32) ausge- glichen werden können.

   11. Kokille nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokilleninnenwand (32) einen relativ breiten Zentralbereich (I), relativ schmale Endbereiche (ll) und Übergangsbe- reiche (III) zwischen dem Zentralbereich (I) und den Endbereichen (ll) definiert, wobei die Kühlvorrichtung (34) zur Kühlung dieser Bereiche mit von einander unterschiedlichen In- tensitäten ausgebildet ist.

   12. Kokille nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (34) zur verbesserten Kühlung der Übergangsbereiche (III) ausgebildet ist.

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