AT517139B1 - Gestützte Rohrkokille für Knüppel- und Vorblockanlagen - Google Patents

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AT517139B1 ATA50303/2015A AT503032015A AT517139B1 AT 517139 B1 AT517139 B1 AT 517139B1 AT 503032015 A AT503032015 A AT 503032015A AT 517139 B1 AT517139 B1 AT 517139B1
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Abstract

Eine Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat umfasst ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr (1) mit einer Haltevorrichtung (2), einen Wasserleitmantel (3) sowie einen Kopfflansch (4) am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch (5) am ausgießseitigen Ende. Das Kokillenrohr (1) wird über den Kopfflansch (4), den Fußflansch (5) und die Haltevorrichtung (2) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden und bildet mit diesem einen gleichförmigen Wasserspalt (11) aus, durch den während des Gießbetriebes Kühlflüssigkeit entgegen der Gießrichtung (G) strömt. Das Kokillenrohr (1) kann in einem Stück in den Wasserleitmantel (3) eingebracht bzw. aus diesem entfernt werden und ist an seiner Außenfläche über Zugschrauben (23) und Druckschrauben (22) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden, wodurch der Wasserleitmantel (3) als mechanische Stütze für das Kokillenrohr (1) wirkt. Der Was- serleitmantel (3) ist zudem aus einem Stück aus nichtmagnetischem Material gefertigt, was den Einsatz von elektromagnetischen Rührspulen ermöglicht.

Description

Beschreibung
GESTÜTZTE ROHRKOKILLE FÜR KNÜPPEL- UND VOR BLOCKANLAGEN [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat, die ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr mit einer Haltevorrichtung, einen das Kokillenrohr umgebenden Wasserleitmantel sowie einen Kopfflansch am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch am ausgießseitigen Ende aufweist.
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebsverfahren zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat mit einer Rohrkokille, die ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr mit einer Haltevorrichtung, einen das Kokillenrohr umgebenden Wasserleitmantel sowie einen Kopfflansch am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch am ausgießseitigen Ende aufweist, umfassend die Verfahrensschritte [0003] - Einbau des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel, [0004] - kontinuierliches - d.h. aus beliebig vielen Chargen Metallschmelze ohne Unterbrechung unmittelbar hintereinander erfolgendes - Gießen eines Metallstranges mittels der Rohrkokille, [0005] - Ausbau des Kokillenrohrs aus dem Wasserleitmantel.
[0006] An modernen Stranggussanlagen werden Stahlstränge im rechteckigen oder runden Vorblockformat in der Regel im Endlosgießverfahren hergestellt, wobei Chargen von flüssiger Stahl schmelze ohne Unterbrechung unmittelbar hintereinander in eine Rohrkokille gegossen werden. Derartige Kokillen umfassen ein innenliegendes Kokillenrohr, das eine beidseitig offene Gießform ausbildet, durch die das gegossene Metall beim Gießvorgang hindurchtritt und die von einem Wasserleitmantel umgeben ist. Das Kokillenrohr ist in der Regel aus einem Stück Metall - üblicherweise aus einer Kupferlegierung - mit konstanter Wandstärke gefertigt. Es besitzt dementsprechend eine dem gegossenen Metallstrang zugewandte Innenseite und eine dem Wasserleitmantel zugewandte Außenseite sowie ein eingießseitiges und ein ausgießseitiges Ende. Dabei bildet es mit seiner Außenseite die Querschnittsform des Vorblockmaterials nach und kann entlang der Gießrichtung entweder gerade geformt sein oder eine leichte Krümmung aufweisen.
[0007] Zudem wird zwischen dem Kokillenrohr und dem Wasserleitmantel ein enger Spalt, der sogenannte Wasserspalt, ausgebildet, der dazu dient, ein Kühlmedium - in der Regel Wasser entlang der Außenfläche des Kokillenrohres zu leiten und so ausreichend Gießhitze aus der Metallschmelze im Inneren des Kokillenrohrs abzuführen, um bei gegebener Gießgeschwindigkeit die Bildung einer Strangschale in der Metallschmelze zu ermöglichen.
[0008] Generell hängt die Wärmeabfuhr an das Kühlmedium vom Ausmaß der Kontaktfläche, der Temperaturdifferenz zwischen der Kokillenrohroberfläche und dem Kühlmedium sowie dem Wärmeübergangskoeffizienten ab, der wiederum von der Strömungsgeometrie und der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums beeinflusst wird. Da aus praktischen Gründen die Temperatur des Kühlmediums nicht beliebig tief gewählt werden kann - das Kühlwasser an stahlerzeugenden Anlagen hat üblicherweise eine Temperatur von bis zu 40°C - kann eine ausreichende Kühlwirkung nur durch eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums sichergestellt werden. Zu diesem Zweck ist der zwischen Wasserleitmantel und der Außenfläche des Kokillenrohres ausgebildete Spalt in der Regel nur wenige Millimeter tief, sodass sich in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagung des Kühlmediums von einigen bar die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums entlang des Kokillenrohres - und damit einhergehend der Wärmeübergangskoeffizient und somit die Kühlleistung der Kokille - auf einen entsprechenden Wert einstellt.
[0009] Der Wasserleitmantel kann dabei lediglich als strömungsführender Teil für die Kühlflüssigkeit in einen Wasserkasten eingebettet sein, wobei der Wasserkasten über ein größeres Zuund Ablaufreservoir mit den entsprechenden Anschlüssen für das Kühlmedium verfügt und /30
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Patentamt auch den mechanischen Rahmen bildet, in dem das Kokillenrohr befestigt ist. Dabei besitzt der Wasserkasten entsprechende Flansche und Dichtungen, die ermöglichen, dass das Kokillenrohr formschlüssig in den Wasserkasten eingesetzt werden kann und die eine konstante Zirkulation der Kühlflüssigkeit entlang des Kokillenrohres ermöglichen sowie den Austritt von Kühlflüssigkeit aus der Rohrkokille verhindern. Derartige Kokillen sind aus der Fachliteratur bekannt: siehe z.B. Kap. 15.6.6.2 mit Fig. 15.62 und Kap. 15.6.6.3 mit Fig. 15.63 sowie Kap. 17.1.1.3 mit Fig. 17.3 in The Making, Shaping and Treating of Steel, 11 th edition 2003, The AISE Steel Foundation.
[0010] Eine gattungsgemäße Stranggießkokille ist aus der DE 32 07 149 C1 bekannt, umfassend unter anderem ein Kokillenrohr, eine obere und eine untere Flanschplatte, einen Wasserleitmantel sowie einen Wasserkasten. Dabei werden das Kokillenrohr, die obere und die untere Flanschplatte und der Wasserleitmantel zu einer Einheit verbunden, wobei der Wasserleitmantel über Verbindungselemente an der oberen und unteren Flanschplatte befestigt und relativ zum innenliegende Kokillenrohr zentriert wird (siehe FIG. 1).
[0011] Zwar kann die Vormontage dieser Einheit in einer Werkstatt erfolgen, um anschließend als Ganzes im Wasserkasten an der Anlage zu montiert zu werden und so die Montagezeit an der Gießbühne selbst minimiert werden. Jedoch besitzt eine Kokille gemäß der beschriebenen Art keine gesonderten Vorrichtungen zum Zentrieren des Wasserleitmantels relativ zum Kokillenrohr, sodass eine genaue Ausrichtung, welche zum Erzielen einer gleichmäßigen Kühlwirkung unerlässlich ist, entsprechend zeitaufwändig ist.
[0012] Ferner besitzt der Wasserkasten an seinem unteren Ende eine zentrierende Führung zur Aufnahme der unteren Flanschplatte, sodass die Einheit auch als Ganzes im Wasserkasten zentriert wird. Ferner wird der Wasserkasten durch die untere Flanschplatte in seinem unteren Endbereich dicht verschlossen und so gegen Kühlwasseraustritt abgedichtet.
[0013] Da das Kokillenrohr nur jeweils an seinem unteren und oberen Ende mechanisch gestützt wird, sich dazwischen jedoch über die gesamte Längserstreckung thermisch verformen kann, gestattet eine derartige Konstruktion lediglich das Gießen von kleineren bis mittleren Formaten, während die Herstellung von Metallsträngen mit größeren Abmessungen ab etwa 250mm Kantenlänge bzw. Durchmesser aufgrund der dabei auftretenden höheren thermischen und mechanischen Belastungen, unter anderem aufgrund höherer Kühlwasserdrücke, nicht möglich ist. Außerdem müssen wegen der Größe des Wasserkastens etwaige elektromagnetische Rührspulen in dessen wasserdurchströmten Innenraum montiert werden (siehe FIG. 2), was einen erhöhten Konstruktionsaufwand betreffend der Abdichtung von Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse sowie einen entsprechenden Arbeitsaufwand bei einem Austausch des Kokillenrohres bedeutet.
[0014] Die DE 38 19 492 A1 beschreibt ebenfalls eine Stranggießkokille zum Gießen von Knüppelformaten, die ein innenliegendes Kokillenrohr, das über eine Grund- und eine Deckplatte mit einem Wasserkasten verbunden ist und innenliegend über einen Wasserleitmantel verfügt, der zur Außenfläche des Kokillenrohres einen Strömungsspalt für das Kühlmedium ausbildet. Zudem ist im wasserdurchströmten Innenraum des Wasserkastens ein kreisringzylindrisches Gehäuse aus nichtrostendem Stahl eingebaut, welches zumindest zwei getrennt ansteuerbare, übereinanderliegende Rühreinrichtungen zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes beinhaltet. Die separate Ansteuerung der beiden Rühreinrichtungen erlaubt die Anwendung sowohl des Freistrahl-Gießens als auch des Tauchrohr-Gießverfahrens ohne Umrüstarbeiten an der Kokille.
[0015] Da das Kokillenrohr über keine zusätzlichen seitlichen Abstützungen verfügt (siehe auch FIG. 1 und FIG. 3) , sind derartige Kokillenkonstruktionen - im Gegensatz zur gegenständlichen Erfindung - nur für kleinere bis mittlere Gießformate geeignet, da größere Strangdimensionen entsprechend höhere thermische und mechanische Belastungen verursachen würden, die eine entsprechende Stützung des Kokillenrohres nötig machen. Ferner ist es aufgrund der baulichen Lage der Rühreinrichtungen im Innenraum des Wasserkastens nicht möglich, so wie in der gegenständlichen Erfindung die Rühreinrichtungen unabhängig von der Kokille zu warten bzw.
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AT517 139B1 2018-03-15 österreichisches patentamt auszutauschen. Zudem erfordert das im kühlmitteldurchströmten Innenraum gelegene Gehäuse der Rühreinrichtungen entsprechend abgedichtete Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse, was einen konstruktiven Mehraufwand bedeutet.
[0016] Es sind aber auch Konstruktionen, vornehmlich für größere Gießformate, bekannt, die keinen Wasserkasten besitzen sondern bei welchen der Wasserleitmantel selbst den mechanischen Rahmen für das Kokillenrohr bildet. In diesem Fall verfügt der Wasserleitmantel über die entsprechenden Anschlüsse für den Zu- und Ablauf des Kühlmittels und das Kokillenrohr wird beispielsweise am eingießseitigen Ende durch einen Kopfflansch und am ausgießseitigen Ende durch einen Fußflansch mit dem Wasserleitmantel verbunden.
[0017] Um eine hohe Qualität des gegossenen Metallstranges zu erzielen, muss eine möglichst gleichmäßige Kühlwirkung an der Oberfläche des Kokillenrohres gewährleisten werden: dazu muss das Kokillenrohr möglichst symmetrisch in den umgebenden Wasserleitmantel eingebaut werden, sodass sich ein gleichförmiger Wasserspalt ausbildet, wozu in der Regel sogenannte Zentrierschrauben verwendet werden. Da sich das Kokillenrohr - insbesondere bei einer geringen Wandstärke - während des Gießvorgangs aufgrund der Druckbeaufschlagung des Kühlmediums sowie aufgrund der thermischen Belastung durch den gegossenen Metallstrang verformen kann und die Zentrierschrauben auf das Kokillenrohr nur eine Kraftwirkung in Form von Druckspannung, jedoch nicht in Form von Zugspannung ausüben, kann die Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserspalt verloren gehen, was zu einem ungleichmäßigen Wachstum der Strangschale und damit zu Qualitätseinbußen führen kann. Daher muss bei derartigen Kokillenkonstruktionen die Wandstärke des Kokillenrohres entsprechend groß gewählt werden, um unerwünschten Verformungen entgegenzuwirken.
[0018] Um ferner die Homogenität des gegossenen Stahlstranges, insbesondere bei Vorblockformaten, zu erhöhen und Seigerungen zu vermeiden, werden Rohrkokillen oftmals mit einer elektromagnetischen Rührvorrichtung in Form von elektrischen Spulen mit Eisenkern ausgestattet. Um eine ausreichend große Induktionswirkung in der Metallschmelze zu erreichen und die induzierten Wirbelströme in elektrisch leitfähigen Bauteilen der Kokille zu minimieren, die zu einer unerwünschten Aufheizung führen und somit eine Verlustleistung im Material der Kokille selbst darstellen, müssen die Spulen möglichst nahe an das Kokillenrohr herangeführt werden, was wegen der dazwischenliegenden Kühlvorrichtung eine konstruktive Schwierigkeit darstellt. Diese unerwünschten Wirbelströme können allerdings minimiert werden, indem das Kokillenrohr eine möglichst geringen Wandstärke aufweist und indem der Wasserkasten bzw. der Wasserleitmantel aus möglichst nichtmagnetischem Material, wie z.B. nichtrostendem austenitischem Stahl, gefertigt wird.
[0019] So beschreibt die EP 0117115 B1 eine derartige Rührvorrichtung für Stranggießkokillen im Vorblockformat, wobei die Rührvorrichtung 8, 9 gemäß Anspruch 1 und Fig. 4 in einem Bereich unterhalb der Wasserzufluss- und Wasserabflussdurchlässe 7a und 7b, die sich am oberen Kokillenende befinden, positioniert ist. Weiters umfasst die Kokille eine die Gießhöhlung ausbildende Kupferplatte 2, einen mit der Kupferplatte verbundenen Außenschild 3 und einen Rahmen 4, der den Außenschild und die Kupferplatte stützt und an dem über einen Flansch 15 die Rührvorrichtung befestigt ist. Das Kühlwasser wird über diverse Kammern und Durchlässe des Außenschildes und des Rahmens an die Außenfläche der Kupferplatte geleitet, was eine relativ komplexe Struktur in der Herstellung und Wartung bedingt. Überdies ist die Rührvorrichtung aufgrund der speziellen Konstruktion Teil der Kokille selber und muss somit für jede einzelne Kokille separat angefertigt werden.
[0020] Aus der WO 0041830 A1 ist eine Rohrkokille für Knüppelformate bekannt, die über eine elektromagnetische Rühreinrichtung verfügt und bei der anstelle eines das Kokillenrohr umschließenden Wasserleitmantels Kühlkanäle im Inneren der Wand des Kokillenrohrs selbst platziert sind, siehe Z.25 - 28 auf S.11 und FIG 2 und FIG 5a. Da bei dieser Konstruktion kein Wasserkasten bzw. Wasserleitmantel vorhanden ist, der für die nötige mechanische Stabilität des Kokillenrohrs sorgt, und da weiters die Wasserkanäle, die gemäß Anspruch 11 einen Durchmesser von 8 - 16mm besitzen und in einem Mindestabstand von 5 bis 20mm von der
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Innenseite des Kokillenrohres angeordnet sind (siehe 30 in FIG 5a), besitzt die Kokillenwand eine deutlich erhöhte Wandstärke und somit einen höheren Materialbedarf. Zusätzlich besitzt das Kokillenrohr gemäß Anspruch 9 entlang der Kanten Stege zur Versteifung, siehe auch 27 in FIG 5a. Da das Kokillenrohr zudem gemäß Anspruch 8 eine Länge von 1050 bis 1500mm aufweist, ist die Herstellung - insbesondere der Kühlkanäle in Gießrichtung und deren jeweils separate Wasserzufuhr und Wasserabfuhr gemäß S. 13, Z.24 - 26 - dementsprechend aufwändig, siehe auch 22a, 23a und 22b, 23b in FIG 2. Zusammen mit dem erhöhten Materialbedarf ergibt sich daher für die Herstellung einer derartigen Kokille ein entsprechender ökonomischer und technischer Aufwand. Dieselben Argumente gelten für die sehr ähnliche, in FIG 4 gezeigte Variante, bei der das Kokillenrohr aus einzelnen Platten besteht.
[0021] Bei der in FIG 5b gezeigten Variante entfallen zwar die Stege entlang der Kanten, jedoch sind gemäß Z.21 - 24 aus S.12 separate Platten sowie aufwändige Fräsungen zur Ausbildung der Kühlkanäle an der Außenseite des Kokillenrohres und in den Platten nötig. Auch bei der in FIG 3 veröffentlichten Variante, die gemäß Z.2 - 10 auf S.11 einen Wasserkasten 21 mit Wasserkammern 20 besitzt und bei der das Kühlwasser in schmalen Kanälen 26 (Bez. 26 „preferential channel, S.11 Z.8) entlang der Außenseite des Kokillenrohres geleitet wird, sind zusätzliche Versteifungen 27 entlang der Kanten vorgesehen (siehe S.10 Z.25-27). Da außerdem das Kokillenrohr, das in der Regel zum überwiegenden Teil aus Kupfer besteht und daher nur eine relative geringe mechanische Festigkeit besitzt, über keine mechanische Stützung an den ebenen Flächen der Außenseite verfügt, ist eine erhöhte Wandstärke nötig, um eine übermäßige Verformung aufgrund der Druckbeaufschlagung der Kühlflüssigkeit und aufgrund der thermischen Belastungen während des Gießvorganges zu vermeiden. Deswegen ist diese Variante aufwändig zu fertigen bzw. auf kleinere Querschnittsformate beschränkt, wenn die Wandstärke gewisse wirtschaftliche Grenzen nicht überschreiten soll.
[0022] Überdies sind die in der WO 0041830 A1 auf S.12 in Z.4-5 zitierten Kühlflüssigkeitsgeschwindigkeiten von bis zu 28m/s nur mit sehr hohem technischem Aufwand zu erreichen, da der Druckverlust beim Strömungsvorgang einer Flüssigkeit quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit ansteigt.
[0023] Weiters ist durch den konstanten Querschnitt der in der Wand der Gießform angeordneten Kühlkanäle gemäß FIG 2, 4, 5a, 5b, 6a und 6b auch eine konstante Kühlmittelgeschwindigkeit und damit eine praktisch konstante Kühlwirkung in Längsrichtung der Kokille vorgegeben, die nicht an die Temperatur der Strangoberfläche im jeweiligen Längsschnitt angepasst werden kann.
[0024] Aus der EP 1468760 B1 ist eine Rohrkokille für runde und polygonale Vorblockformate mit reduzierter Wandstärke des Kupferrohres bekannt, bei der der Wasserkasten, in dem das Kupferrohr montiert ist, direkt als Wasserleitmantel ausgebildet ist und sowohl für die Wasserführung entlang der Außenseite des Kupferrohres sorgt als auch das mechanische Stützskelett für das Kokillenrohr bildet und dieses vollständig umschließt. Der Wasserleitmantel besteht gemäß der darin offenbarten Erfindung bei Kokillen mit rechteckigem Querschnitt aus vier miteinander verschraubten Stützplatten, die einen engen Spalt zum Kupferrohr ausbilden und mit diesem über Stege und Rippen verbunden sind. Dabei erfolgt die Wasserführung über Kühlkanäle, die in die Außenseite des Kupferrohres bzw. in die Innenseite der Stützplatten gefräst sind (siehe Anspruch 2, 3 und FIG 6) oder durch Stützrippen bzw. Verbindungsstege gebildet werden (siehe Anspruch 9 bzw. FIG 4).
[0025] Wegen der verringerten Wandstärke des Kupferrohres (Absatz [0007] Zeile 18/19) muss dieses an mehreren Stellen durch Festhalteeinrichtungen wie z.B. Verbindungsbolzen 75 oder Schwalbenschwanzprofile 76 fest mit den Stützplatten verbunden sein (siehe Zeile 15-19 in Absatz [0 035] und FIG 7), um den Verlust an mechanischer Stabilität auszugleichen und um der Wärmedehnung beim Gießvorgang entgegenzuwirken. Im Besonderen muss das Kokillenrohr in den Eckbereichen am Wasserleitmantel abgestützt werden, um ein rhomboidförmiges Verziehen der Gussform bei hohen Temperaturen zu verhindern (siehe Absatz [0025] Zeile 43 49 und FIG 5).
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AT517 139B1 2018-03-15 österreichisches patentamt [0026] Zwar sind mit der offenbarten Erfindung höhere Gießgeschwindigkeiten möglich und die schlanke Bauform des Wasserleitmantels eignet sich für die Verwendung von elektromagnetischen Rührspulen, wie in FIG 1 durch Bezeichner 14 angedeutet, jedoch ist die Herstellung eines derartigen Kokillenrohres und der erfindungsgemäßen Stützplatten aufgrund der zahlreichen Kühlkanäle, Stützrippen und Verbindungselemente entsprechend aufwändig und teuer und erfordert wegen der vielen Passungen und Berührungsstellen zwischen Kokillenrohr und Stützplatten eine erhebliche fertigungstechnische Präzision. Zudem erfordern der Zusammenbau einer derartigen Kokille bzw. der Austausch eines abgenutzten Kokillenrohres, das nicht mehr überarbeitet werden kann, gegen ein neues einen erhöhten zeitlichen Aufwand im Vergleich zu Kokillen herkömmlicher Bauweise und es sind zusätzliche Dichtungen nötig, beispielsweise in den Eckbereichen zwischen den Stützplatten gemäß FIG 5.
[0027] Aus der EP 2 572 812 B1 ist eine Kokillenkonstruktion bekannt, die gemäß Anspruch 1 bzw. FIG 4 ein Kokillenrohr („Form 202) und einen Kühlmantel 204 zur Ausbildung eines engen Durchflussspaltes 210 für ein Kühlmittel entlang der Außenfläche des Kokillenrohres in einer äußeren Gehäuseanordnung 208 umfasst, wobei der Kühlmantel über eine rohrförmige Zwischenstruktur 206 und spezielle Kupplungsmittel 216 in einer nicht-starren Art mit der Gehäuseanordnung koppelt und wobei der Kühlmantel über radial wirkende Einstellmittel 212 zum Einstellen des Durchflussspaltes zum Kokillenrohr verfügt. Dadurch wird einerseits eine Möglichkeit geschaffen, die Kühlwirkung des Kühlmittels genau und gleichmäßig entlang der Oberfläche des Kokillenrohres einzustellen, was für die Qualität des gegossenen Metallstranges bedeutend ist, andererseits werden gemäß Absatz [0015] Zeile 37/38 - insbesondere durch die nicht-starre Kupplung an das äußere Gehäuse, siehe Absatz [0017] Zeile 50 - unerwünschte mechanische Kräfte minimiert.
[0028] Da das Kokillenrohr jedoch außer am oberen und unteren Ende keine mechanische Stützung erfährt, muss es entsprechend massiv ausgeführt werden, um den thermischen Belastungen beim Gießvorgang entgegenzuwirken. Weil daher einerseits bei größeren Querschnitten die Wandstärke entsprechend groß gewählt werden muss, jedoch damit andererseits auch die Temperaturbelastung auf der Innenseite des Kokillenrohres ansteigt und die für das Kokillenrohr verwendeten Kupferlegierungen in dieser Hinsicht limitiert sind, ist diese Ausgestaltung einer Stranggießkokille auf kleinere Querschnitte, vornehmlich Knüppelformate, beschränkt.
[0029] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorhin genannten Nachteile zu überwinden und eine Rohrkokille, umfassend ein Kokillenrohr und einen Wasserleitmantel, zum Gießen von Metallsträngen zu schaffen, die [0030] - zum Gießen größerer Vorblockformate geeignet ist, deren größte Abmessung in einer Richtung in einem Querschnitt bis zu 650mm, bevorzugt bis zu 500mm, beträgt und gleichzeitig eine hohe Formstabilität während des Gießvorganges besitzt, [0031] - einen effizienten Einsatz von elektromagnetischen Rührspulen mit geringer Verlustleitung im Kokillenmaterial erlaubt, [0032] - über eine Vorrichtung verfügt, die die Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel während des Gießvorganges zuverlässig aufrechterhält, [0033] - mit möglichst geringem Material- und Fertigungsaufwand hergestellt werden kann [0034] - und mit möglichst geringem Aufwand beim Zusammenbau und bei einem Austausch des Kokillenrohres verbunden ist.
[0035] Die Aufgabe wird durch eine Rohrkokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Rohrkokille sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
[0036] Erfindungsgemäß wird eine Rohrkokille der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, [0037] - dass das Kokillenrohr über den Kopfflansch, den Fußflansch und die Haltevorrichtung mit dem Wasserleitmantel verbunden ist,
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Patentamt [0038] - dass in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung die Innenseite des Wasserleitmantels im Wesentlichen konzentrisch zur Außenseite des Kokillenrohrs verläuft und einen konstanten Spalt ausbildet, durch den Kühlflüssigkeit zur
Abfuhr von Wärme aus dem gegossenen Metallstrang geleitet wird, [0039] - dass der Wasserleitmantel aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist und als mechanische Stütze für das Kokillenrohr dient, [0040] - dass der Wasserleitmantel aus einem Stück gefertigt ist, in den das Kokillenrohr als Ganzes eingesetzt werden kann, [0041] - dass das Kokillenrohr an seiner Außenfläche über Zugschrauben und Druckschrauben mit dem Wasserleitmantel verbunden ist.
[0042] Gemäß der hier offenbarten Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Rohrkokille als Hauptbestandteile ein innenliegendes Kokillenrohr mit einer Haltevorrichtung, einen außenliegenden Wasserleitmantel, einen eingießseitigen Kopfflansch und einen ausgießseitigen Fußflansch umfasst. Dabei sind das Kokillenrohr und der Wasserleitmantel so geformt, dass zwischen ihnen im zusammengebauten Zustand der Rohrkokille ein gleichmäßiger, ringförmiger Wasserspalt ausgebildet wird, durch den Kühlflüssigkeit zur Abfuhr von Wärme aus dem gegossenen Metallstrang geleitet wird. Da die lokale Wärmeabfuhr durch die Kühlflüssigkeit wesentlich von der Geometrie dieses Spaltes beeinflusst wird und möglichst gleichförmig entlang des Umfanges des Kokillenrohres erfolgen soll, verläuft erfindungsgemäß in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung die Innenseite des Wasserleitmantels im Wesentlichen konzentrisch zur Außenseite des Kokillenrohrs.
[0043] Erfindungsgemäß wird der Wasserleitmantel mit einer ausreichenden Wandstärke ausgebildet, sodass dieser mit der Außenseite des Kokillenrohres einen gleichmäßigen Wasserspalt für die Zirkulation von Kühlflüssigkeit ausbildet und gleichzeitig als mechanische Stütze für das innenliegende Kokillenrohr dient: dadurch ist eine Bauform gegeben, die es erlaubt, elektromagnetische Rührspulen möglichst nahe an der Metallschmelze zu positionieren und einen entsprechenden Wirkungsgrad zu erzielen. Überdies besteht der Wasserleitmantel erfindungsgemäß aus nichtmagnetischem Material, was unerwünschte, durch die Rührspulen hervorgerufene Wirbelströme im Kokillenmaterial selber minimiert. Beim Material des Wasserleitmantels handelt es sich bevorzugt um nichtrostenden austenitischen Stahl, wie z.B. Chrom-Nickel-Stahl des Typs 1.4301.
[0044] Konkret verfügt das Kokillenrohr nahe seinem eingießseitigen Ende über eine Haltevorrichtung, die beim Einbringen in den Wasserleitmantel als mechanischer Anschlag dient, wobei das Kokillenrohr gleichzeitig mit seinem ausgießseitigen Ende den am ausgießseitigen Ende des Wasserleitmantels montierten Fußflansch durchdringt. Dabei kann die Haltevorrichtung beispielsweise als Haltering ausgeführt sein, der in einer Nut des Kokillenrohres befestigt ist und auf einer entsprechenden stufenförmigen Ausfräsung entlang der Innenseite am eingießseitigen Ende des Wasserleitmantels zu liegen kommt. Über den Kopfflansch, den das Kokillenrohr mit seinem eingießseitigen Ende durchdringt, erfolgt eine Fixierung der Haltevorrichtung und damit des Kokillenrohres im Wasserleitmantel in Gießrichtung. Zwischen dem Kokillenrohr und dem Kopfflansch sowie dem Fußflansch ist jeweils eine ringförmige Dichtung aus flexiblem Material, beispielsweise Gummi, angebracht, die den Wasserspalt zum eingießseitigen bzw. ausgießseitigen Ende der Rohrkokille hin abdichtet. Der Kopfflansch und der Fußflansch werden jeweils fest mit dem Wasserleitmantel verbunden, was beispielsweise mittels geeigneter Schraubverbindungen geschehen kann und wobei die Verbindung zwischen Wasserleitmantel und Fußflansch bei einem allfälligen Tausch des Kokillenrohres nicht gelöst werden muss. Insgesamt wird so das Kokillenrohr über den Kopfflansch, den Fußflansch und die Haltevorrichtung mit dem Wasserleitmantel verbunden.
[0045] Die derart ausgestaltete Verbindung zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel weist überdies gezielte mechanische Toleranzen auf und ist demgemäß flexibel, was einerseits die Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel gestattet und andererseits die thermische
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Ausdehnung des Kokillenrohres in Gießrichtung erlaubt. Dies ist deswegen von Bedeutung, weil das Kokillenrohr während des Gießbetriebes wesentlich stärker als der Wasserleitmantel erwärmt wird und daher eine größere thermische Ausdehnung als dieser besitzt, was bei einer starren Verbindung zu unerwünschten mechanischen Spannungen und Verformungen des
Kokillenrohres führen würde.
[0046] Beim Einbringen des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel muss sichergestellt werden, dass das Kokillenrohr symmetrisch im Wasserleitmantel positioniert wird, sodass in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung ein gleichmäßiger Wasserspalt zur Innenseite des Wasserleitmantels entsteht: dies kann beispielsweise durch zusätzliche Löcher im Wasserleitmantel mit geeigneten Messmitteln überprüft werden, wobei die Löcher nach Überprüfung der korrekten Zentrierung wieder mit geeigneten Mitteln, wie z.B. Blindschrauben oder Blindstopfen, verschlossen werden müssen, um den Kühlflüssigkeitskreislauf abzudichten.
[0047] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die genannte Haltevorrichtung zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel als Haltering ausgeführt, der in einer außenliegenden Nut des Kokillenrohres an dessen eingießseitigem Ende montiert ist und auf einer entsprechenden Ausfräsung entlang der Innenkante am eingießseitigen Endes des Wasserleitmantels zu liegen kommt. Dabei besitzt dieser Ring in radialer Richtung einen rechteckigen Querschnitt und weist in radialer und vertikaler Richtung besagte Toleranzen im Bereich von 0.2-2mm auf, bevorzugt 0.5mm in radialer Richtung und 1mm in vertikaler Richtung.
[0048] Ferner sieht die Erfindung vor, dass der Wasserleitmantel aus einem Stück gefertigt ist, in den das Kokillenrohr als Ganzes eingebracht werden kann: dadurch müssen bei einem Wechsel des Kokillenrohres nur die mechanischen Verbindungen zwischen Kokillenrohr, Wasserleitmantel, Kopfflansch und Fußflansch gelöst bzw. hergestellt werden, es entfallen jedoch aufwändige Arbeitsschritte hinsichtlich Zerlegung, Zusammenbau und Abdichtung des Wasserleitmantels selber im Vergleich zu Konstruktionen mit einem mehrteiligen Kokillenmantel, wie etwa in EP 1468760 B1, FIG 5 offenbart. Der Wasserleitmantel kann dabei auch aus mehreren Einzelteilen dauerhaft zusammengesetzt sein - er kann z.B. aus mehreren Platten oder Formrohrteilen zusammengeschweißt sein.
[0049] Die Wandstärke des Kokillenrohres ist im Wesentlichen einheitlich und beträgt beispielsweise 20mm, der Spalt zwischen der Außenfläche des Kokillenrohrs und der Innenfläche des Wasserleitmantels liegt im Bereich weniger Millimeter, beispielsweise 4 - 5mm, der Druck des flüssigen Kühlmediums beträgt üblicherweise mehrere bar, beispielsweise 6 bar und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums liegt typischerweise in einem Bereich von 6 10m/s, wobei die Strömung des Kühlmediums vom unteren, strangaustrittseitigen Ende der Kokille nach oben, in Richtung des eingießseitigen Endes erfolgt. Durch die vorliegende Erfindung werden Knüppel- und Vorblockformate mit einer Querschnittsfläche zwischen 0.01 und 0.36m2, bevorzugt zwischen 0.05 und 0.1m2, ermöglicht.
[0050] Weiters sieht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kokille Verbindungen mittels Druckschrauben und Zugschrauben zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr vor: dabei verhindern die Druckschraubverbindungen lokal eine Ausdehnung der Oberfläche des Kokillenrohres senkrecht zur Gießrichtung in radialer Richtung nach außen, während die Zugschraubverbindungen ein lokales Ausweichen der Oberfläche des Kokillenrohres in radialer Richtung nach innen verhindern. Die Zug-und Druckschraubverbindungen sind so ausgestaltet, dass sie lediglich eine lokale thermische Bewegung des Kokillenrohres parallel zu seiner Außenseite gestatten, was jedoch die Zentrierung des Kokillenrohrs im Wasserleitmantel nicht beeinträchtigt: dadurch bleiben der Wasserspalt und somit die Kühlwirkung auch unter der thermischen Belastung des Kokillenrohres während des Gießvorganges entlang einer Umfangslinie des Kokillenrohres im Wesentlichen erhalten. Die thermische Ausdehnung des Kokillenrohres kann somit nur kleinräumig zwischen den Befestigungsstellen der Zug- und Druckschraubverbindungen stattfinden, was jedoch keine wesentlichen Auswirkungen auf das globale Strömungsverhalten der Kühlflüssigkeit hat; hingegen wird eine großräumige Verstellung der Zentrierung des
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Kokillenrohres im Wasserleitmantel, wie dies bei bekannten Konstruktionen unter Gießbedingungen Vorkommen kann, bei denen das Kokillenrohr nur am oberen und unteren Ende im Wasserkasten befestigt ist und dazwischen lediglich durch Druckschrauben im Wasserleitmantel zentriert wird, wirksam verhindert. Dadurch ist im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, bei denen der Wasserleitmantel nur über Druckschrauben stabilisiert wird, eine höhere Formstabilität des Kokillenrohres unter Gießbedingungen gegeben, weswegen die Wandstärke des Kokillenrohres reduziert und dadurch eine höhere Kühlleistung und somit eine höhere Gießgeschwindigkeit erzielt werden kann, was zu eine höheren Produktionsrate führt.
[0051] Um die beschriebenen Wirkungen der Zug- und Druckschraubverbindungen möglichst effektiv zu ausnutzen, sind vorteilhafterweise jeweils eine Zugschraubverbindung und eine Druckschraubverbindung in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Diese durch die Zugschraubverbindungen weiterentwickelten Schraubverbindungen zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel bieten überdies den Vorteil, dass das Kokillenrohr wegen der Zugschraubverbindungen durch den von außen einwirkenden Druck des Kühlmediums nicht verformt wird. Dadurch wird dauerhaft eine symmetrische Strömung des Kühlmediums entlang des Kokillenrohrs und somit eine gleichmäßige Kühlwirkung erreicht, was eine konstant hohe Qualität des gegossenen Metallstranges gewährleistet.
[0052] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Rohrkokille mittels Wasserleitmantel als mechanische Stütze für das Kokillenrohr sowie die beschriebene Stabilisierung des Kokillenrohrs durch die Zug- und Druckschraubverbindungen bietet ferner die Möglichkeit, die Wandstärke des Kokillenrohrs dünner als bei anderen bekannten Kokillenkonstruktionen zu wählen: dies hat einerseits den Vorteil, dass das Kokillenrohr wegen des geringeren Materialaufwandes kostengünstiger hergestellt werden kann und andererseits dass die thermische Belastung der Innenseite des Kokillenrohrs sinkt, was sich positiv auf die Einsatzdauer des Kokillenrohres auswirkt. Auch wird wegen der geringeren Wandstärke des Kokillenrohrs im Falle des Reißens der gegossenen Strangschale und des damit verbundenen lokalen Temperaturanstiegs durch nachfließende Schmelze („Sticker) die Überschusswärme schneller an das Kühlmedium abgeführt.
[0053] Zudem erlaubt eine geringere Wandstärke des Kokillenrohres eine effizientere Kühlwirkung und damit das Gießen von größeren Vorblockformaten.
[0054] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wasserspaltes zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel besteht darin, dass das Kokillenrohr, insbesondere für größere Gießformate, so ausgestaltet werden kann, dass an seiner Außenseite keine materialabtragenden Herstellungsschritte, wie etwa das Ausfräsen von Stützstegen oder Kühlrillen, durchgeführt werden müssen. Einerseits vereinfacht und verbilligt sich die Herstellung gegenüber einem Verfahren, wie es z.B. in der Erfindung in EP 1468760 B1 dargelegt ist, da gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr bis auf die Zug- und Druckschraubverbindungen keine Stützelemente oder Nuten zur Führung des Kühlmediums vorgesehen sind. Andererseits ist durch die vorliegende Erfindung eine höhere Fertigungsgenauigkeit hinsichtlich der Form und der Toleranzen des Kokillenrohres möglich, da das Kokillenrohr üblicherweise bei der Herstellung aus einem Stück gezogen wird und danach sehr hohe innere Materialspannungen aufweist, die zu wirksamen Verbiegungen führen können, wenn anschließend großflächig Material abgetragen wird. So ist es beispielsweise möglich, ab einer Wandstärke von etwa 18mm die Gewinde für die Zugschrauben der erfindungsgemäßen Schraubverbindungen ohne zusätzliche Maßnahmen, wie etwa das Aufbringen eines Verstärkungssteges, direkt in der Wand des Kokillenrohres anzubringen.
[0055] In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkokille für Metallstränge mit rechteckigem Querschnitt befindet sich entlang der Mittellinie in Gießrichtung jeder der vier den gegossenen Strangquerschnitt nachbildenden Außenflächen des Kokillenrohres ein Steg, auf den die Druckschraubverbindungen einwirken bzw. in dem sich die Gewinde für die Zugschraubverbindungen befinden: diese Variante ist besonders für kleinere Rechteckformate bis zu 200 x 200mm mit hoher Gießgeschwindigkeit geeignet. Einerseits ist eine Unterstützung
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[0056] In einer bevorzugten Ausführung der Rohrkokille sind das Kokillenrohr, die Haltevorrichtung, der Wasserleitmantel, der Kopfflansch und der Fußflansch so ausgestaltet, dass beim Zusammenbau der Kokille das Kokillenrohr im Wasserleitmantel automatisch zentriert wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die das Kokillenrohr aufnehmenden Öffnungen des Kopfflansches und des Fußflansches und die entsprechenden eingießseitigen bzw. ausgussseitigen Abschnitte auf der Außenfläche des Kokillenrohres als Spielpassungen zueinander ausgeführt sind. Dabei beträgt die Toleranz der Passungen in der Regel Bruchteile eines Millimeters. Dadurch wird beim Einsetzen des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel, an dem der Fußflansch bereits befestigt ist, und bei der Fixierung des Kokillenrohrs im Wasserleitmantel durch den Kopfflansch das Kokillenrohr im Wasserleitmantel mit einer Genauigkeit positioniert, die zumindest der Passungstoleranz entspricht. Die Dichtringe, die den Wasserspalt gegen Kühlmittelaustritt abdichten, erhöhen aufgrund ihrer formschlüssigen Lage zwischen Kokillenrohr und Kopfflansch bzw. Fußflansch die Genauigkeit der Zentrierung zusätzlich, sodass bei einer Passungstoleranz von bevorzugt 0.5mm das Kokillenrohr mit einer Abweichung von weniger als 0.2mm im Wasserleitmantel zentriert wird. Die Passungstoleranzen können bei Bedarf aber auch weiter verringert werden.
[0057] Durch diese Ausführungsform wird eine selbstzentrierende Ausführung einer Rohrkokille geschaffen, bei der keine weiteren Messschritte zur Überprüfung der Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel nötig sind.
[0058] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkokille ist der Querschnitt des gegossenen Vorblockmaterials rechteckig, wobei die Seitenlängen der Querschnittsfläche in einem Bereich bis zu 600 x 600mm, bevorzugt zwischen 200 und 400mm, z.B. 250 x 350mm, liegen. Es sind jedoch auch kleinere Formate denkbar, beispielsweise mit rechteckigen Querschnitten von 100 x 150mm. Die Außenfläche - das ist die dem Wasserleitmantel zugewandte Fläche - des Kokillenrohres besitzt eine annähernd einheitliche Wandstärke und umfasst somit vier ebene oder annähernd ebene Teilflächen, die den rechteckigen Querschnitt der gegossenen Metallstränge nachbilden. Zwischen diesen Teilflächen erstrecken sich abgerundete Kantenbereiche, deren Scheitelpunkte in Gießrichtung eine Kantenlinie bilden. Zudem ist das Kokillenrohr an mindestens zwei der Teilflächen in einem Mittenbereich über Zug- und Druckschrauben mit dem Wasserleitmantel verbunden, wobei sich der Mittenbereich einer Teilfläche in Gießrichtung über die gesamte Länge des Kokillenrohres und senkrecht zur Gießrichtung über einen Bereich erstreckt, der von einer Kantenlinie aus gerechnet bis zur fünffachen Wandstärke des Kokillenrohres an jede Kantenlinie heranreicht.
[0059] Überdies haben numerische Simulationen gezeigt, dass die Wärmedehnung des Kokillenrohres während des Gießbetriebes in erster Linie in den Eckbereichen symmetrisch zu den Mittenbereichen der vier Teilflächen erfolgt, sodass durch die Befestigung des Kokillenrohres am Wasserleitmantel entlang dieser Mittenbereiche durch die die erfindungsgemäßen form- und kraftschlüssigen Zug- und Druckschraubverbindungen eine ausreichende Formstabilität während des Gießvorganges gewährleistet ist.
[0060] In einer weiteren Ausführungsform der Rohrkokille für rechteckige Querschnitte ist der Spalt zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel im Bereich der Kanten reduziert. Dies kann
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[0061] In einer weiteren Ausführungsform der Rohrkokille besitzt der gegossene Metallstrang einen runden Querschnitt und das Kokillenrohr besitzt eine einheitliche Wandstärke, sodass die Außenfläche des Kokillenrohres den runden Querschnitt eines damit gegossenen Metallstranges nachbildet. Erfindungsgemäß besitzt der Wasserleitmantel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Wasserspaltes ebenfalls einen runden Querschnitt und ist aus einem Stück gefertigt, wobei die Zug- und Druckschraubverbindungen zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr gleichmäßig entlang des Umfangs des Kokillenrohres angeordnet sind, was eine gleichmäßig entlang des Umfangs verteilte radiale Stützung des Kokillenrohres gewährleistet. Dadurch wird ein symmetrisches Wachstum der Strangschale begünstigt sowie eine hohe Qualität des gegossenen Metallstranges gewährleistet, und es werden runde Vorblockformate bis zu einem Durchmesser von 650mm ermöglicht.
[0062] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkokille werden jeweils eine Zugschraube und eine Druckschraube zu einer kraftschlüssigen Zug- und Druckschraubverbindung zusammengefasst, indem die Druckschraube zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr als Gewindehülse mit einem ersten Gewinde in Form eines Außengewindes ausgebildet ist, das in ein entsprechendes Innengewinde im Wasserleitmantel eingreift, sodass die Druckschraube auf den Wasserleitmantel und das Kokillenrohr mit Druckkraft einwirkt. Die Druckschraube kann mit einer Feststellmutter auf der Außenseite des Wasserleitmantels arretiert werden. Die Zugschraube greift durch den Innenraum der Druckschraube hindurch mit einem zweiten Gewinde wiederum in Form eines Außengewindes in ein entsprechendes Innengewinde auf der Außenseite des Kokillenrohres ein und wirkt auf den Wasserleitmantel und das Kokillenrohr mit Zugkraft ein, wobei die Zugschraube als Dehnschraube ausgeführt ist, die eine thermisch bedingte Bewegung des Kokillenrohres quer zur Längsachse der Zugschraube toleriert. Dabei besitzen die Druckschrauben in einer bevorzugten Ausführungsform einen Außendurchmesser von 16 - 25mm, bevorzugt 20mm, und die Zugschrauben ein Außengewinde mit einem Durchmesser von 8 bis 16mm, bevorzugt 12mm.
[0063] Die Zugschrauben und die Druckschrauben sind an ihren außenliegenden Enden jeweils so geformt, dass sie mittels geeignetem Werkzeug eingestellt werden können; überdies weisen die derart ausgestalteten Zug- und Druckschraubverbindungen erste Dichtungsringe auf, die den Wasserleitmantel beim Feststellen der Schrauben gegen den Austritt von Kühlflüssigkeit abdichten. Die Druckschraube fungiert als einstellbarer Abstandshalter zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr und kann nach erfolgtem Einstellen mit einer Feststellmutter auf der Außenseite des Wasserleitmantels fixiert werden. Die Zugschraube dient der anschließenden Fixierung des Kokillenrohrs im Wasserleitmantel in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Kokillenrohres, wobei der Durchmesser der Zugschraube deutlich geringer ist als der Innendurchmesser der Druckschraube, sodass eine derartige Kombination von Zugschraube und Druckschraube eine thermisch bedingte Querbewegung der Oberfläche des Kokillenrohres toleriert. Diese ineinanderliegende Konstruktion von Zugschrauben und Druckschrauben bietet somit den Vorteil, dass sie das Kokillenrohr punktuell in einer Richtung senkrecht zum Wasserleitmantel fixiert, ohne jedoch durch ihre Krafteinwirkung das Kokillenrohr selbst zu verbiegen. Überdies wird im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, bei denen der Wasserleitmantel nur über Druckschrauben stabilisiert wird, bei einer gleichen Anzahl von Durchbrüchen durch den Wasserleitmantel eine Verformung des Kokillenrohres durch den Wasserdruck wirksam verhindert.
[0064] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zugschraube eine zweite Längsbohrung in axialer Richtung auf, durch die ein Messfühler, an dessen Spitze sich ein
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Sensorelement zur Erfassung der Temperatur befindet, an das Kokillenrohr geführt wird, sodass das Sensorelement die Oberfläche des Kokillenrohres berührt und ein guter Wärmeübergang an das Sensorelement gewährleistet ist. Bevorzugt wird für den Messfühler ein Bimetallübergang als Sensorelement verwendet, wobei der Messfühler mit Hilfe geeigneter Mittel, beispielsweise einer Druckfeder, gegen das Kokillenrohr gedrückt wird. Die Ausgestaltung einer derartigen Schraubdurchführung für einen Temperaturfühler durch einen Wasserleitmantel an die Oberfläche eines Kokillenrohres ist z.B. aus der WO 2014095325 A1 bekannt.
[0065] Generell ist dies ist eine übliche Vorkehrung um die Temperatur des Kokillenrohres an mehreren Punkten zu messen und so den Gießprozess zu überwachen und auf eventuell auftretende Probleme, wie z.B. Sticker oder Strangschalenablösungen, rechtzeitig reagieren zu können. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass zusätzlich zu den Durchführungen für die Zug- und Druckschraubverbindungen durch den Wasserleitmantel keine separaten Durchführungen für Temperaturmessfühler nötig sind.
[0066] Beim Durchlaufen des gegossenen Metalls durch eine Kokille bildet sich aufgrund der aus der Metallschmelze abgeführten Wärme, beginnend an der Oberfläche des Metallstranges, die feste Strangschale aus. Üblicherweise wird der gegossene, aber noch nicht völlig durcherstarrte und daher leicht verformbare Metallstrang nach dem Austritt aus der Kokille in einem Roll- gangsbogen in horizontale Richtung umgelenkt, wobei der Radius des Rollgangsbogens mehrere Meter, üblicherweise 5 - 15m, beträgt. Bei der Umlenkung durch den Rollgang erfährt der Metallstrang eine dementsprechende Verformung, was zu Spannungen in der Strangschale führt, die in der Folge zu Rissen und anderen Beschädigungen der Strangoberfläche führen können. Um daher die Auswirkungen der mechanischen Umlenkung gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn bereits die Kokille selbst, bevorzugt nahe dem strangaustrittseitigen Ende, eine Krümmung aufweist, die in dieselbe Richtung wie der Rollgang weist.
[0067] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist daher das Kokillenrohr zumindest in einem Teilbereich, bevorzugt in einer Zone am strangaustrittseitigen Ende, eine Krümmung entlang der Gießrichtung auf, die in dieselbe Richtung wie die Krümmung des Rollgangsbogens weist. Dabei ist die Innenfläche des Wasserleitmantels so geformt, dass sie der Krümmung folgt und über die gesamte Länge des Wasserleitmantels einen im wesentlichen gleichmäßigen Wasserspalt zur Außenfläche des Kokillenrohrs ausbildet, der so dimensioniert ist, dass das Kokillenrohr als Ganzes in den Wasserleitmantel eingebracht werden kann. Durch diese Formgebung wird einerseits ein gleichförmiger Wasserspalt und damit einhergehend eine gleichmäßige Kühlwirkung entlang der Außenseite des Kokillenrohres gewährleistet. Andererseits wird durch die Berücksichtigung der Krümmung bei der Bemaßung des Wasserspaltes sichergestellt, dass für den Zusammenbau der erfindungsgemäßen Rohrkokille der Wasserleitmantel nicht in mehreren Teilen an das Kokillenrohr montiert werden muss, sondern als ein zum Kokillenrohr konzentrisches Rohr aus einem Stück gefertigt sein kann.
[0068] Beim Durchtritt durch das Kokillenrohr reduziert sich der Querschnitt des gegossenen Metallstranges wegen der Erstarrung von zumindest eines Teiles des Materials aufgrund der damit verbundenen Volumenreduktion. In einer bevorzugten Ausführungsform reduziert sich daher in einem Querschnitt senkrecht zur Gießrichtung die vom Kokillenrohr umschlossene Fläche einer erfindungsgemäßen Rohrkokille vom eingießseitigen zum ausgießseitigen Ende, sodass die Schrumpfung des Stranges ausgeglichen wird und es zu keiner Abhebung von der Innenseite des Kokillenrohres kommt, was eine drastisch verringerte Kühlwirkung und Qualitätseinbußen zur Folge hätte.
[0069] Aufgrund der sich bildenden Strangschale beim Durchtritt des Metallstranges durch das Kokillenrohr ändert sich der Wärmeübertrag an das Kühlmedium entlang der Gießrichtung; üblicherweise ist der Wärmefluss im Bereich des Gießspiegels am höchsten und nimmt zum strangaustrittseitigen Ende hin ab. Besonders bei runden Gießformaten kann dieser Abfall relativ abrupt erfolgen, sodass der Großteil der Kühlleistung der Kokille in einem schmalen Bereich nahe dem eingießseitigen Ende erfolgt, was zu unregelmäßigem Verschleiß und daher zu einer verkürzten Lebensdauer der Rohrkokille führen bzw. die Produktqualität nachteilig
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Patentamt beeinflussen kann. Es ist somit wünschenswert, den Wärmestrom zwischen dem gegossenen Metallstrang und dem Kühlmedium entlang der Gießrichtung so zu modifizieren, dass eine möglichst gleichförmige Abnutzung des Kokillenrohres erfolgt bzw. die Eigenschaften des gegossenen Metallstranges in gewünschter Weise beeinflusst werden. Da die Kühlleistung wesentlich von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abhängt, kann diese durch eine variable Querschnittsfläche des Wasserspalts lokal modifiziert werden.
[0070] In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert daher in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung die vom Kühlmittel durchströmte Fläche des zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohrs ausgebildeten Wasserspaltes zwischen der Eingießseite und der Ausgießseite.
[0071] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Wasserleitmantel einen ersten Flansch an seinem eingießseitigen Ende und einen zweiten Flansch an seinem ausgießseitigen Ende und es zirkuliert während des Gießbetriebes Kühlflüssigkeit im Wasserspalt zwischen dem Wasserleitmantel und der Außenfläche des Kokillenrohres entgegen der Gießrichtung vom ausgießseitigen Ende zum eingießseitigen Ende der Rohrkokille, wobei sich sowohl die Einlassöffnungen für den Kühlmittelzulauf zur Rohrkokille als auch die Auslassöffnungen für den Kühlmittelablauf von der Rohrkokille am ersten Flansch befinden. Dies ist eine übliche Konfiguration für Rohrkokillen und bietet den Vorteil, dass sämtliche Anschlüsse in einfacher Weise von der Gießbühne aus zugänglich sind und die Kokille somit auch einfach getauscht werden kann.
[0072] Zudem weist der erste Flansch erste Zulaufkanäle auf, mittels derer die von außerhalb der Rohrkokille zugeleitete Kühlflüssigkeit über Rohre an der Außenseite des Wasserleitmantels an den zweiten Flansch geleitet wird. Diese Rohre dienen nicht der Kühlung des gegossenen Metallstranges sondern nur der Umleitung der Kühlflüssigkeit, um den erwähnten Strömungsverlauf zu erreichen. Dabei sind die Rohre im Falle rechteckiger Gießformate bevorzugt in der Nähe der Längskanten der Rohrkokille angeordnet, sodass ein wesentlicher Teil der Außenseite des Wasserleitmantels zugänglich bleibt, was für den Wirkungsgrad von elektromagnetischen Rührspulen vorteilhaft ist, da diese dadurch nahe der Metallschmelze appliziert werden können. Der zweite Flansch verfügt über zweite Zulaufkanäle, über die Kühlflüssigkeit weiter in eine erste ringförmige Nut am aus- gießseitigen Ende an der Innenseite des Wasserleitmantels geführt wird, wobei diese Nut in Umfangsrichtung des Wasserleitmantels verläuft und dadurch die zweiten Zulaufkanäle miteinander verbindet und überdies dazu dient, die zugeführte Kühlflüssigkeit gleichmäßig entlang der Außenseite des Kokillenrohres zu verteilen, um eine möglichst homogene Kühlwirkung zu erzielen.
[0073] Wegen der Druckbeaufschlagung der Kühlflüssigkeit strömt diese weiter entlang der Außenfläche des Kokillenrohres zu einer zweiten ringförmigen Nut auf der Innenseite des Wasserleitmantels, die sich ebenfalls in Umfangsrichtung erstreckt und am eingießseitigen Ende des Wasserleitmantels angeordnet ist. Dabei nimmt die Kühlflüssigkeit die von der Metallschmelze über das Kokillenrohr abgegebene Gießwärme auf und wird in weiterer Folge über Ablaufkanäle, die senkrecht zur Gießrichtung im ersten Flansch des Wasserleitmantels verlaufen und durch die zweite ringförmige Nut miteinander verbunden sind, zu den Auslassöffnungen für den Kühlmittelablauf am ersten Flansch geleitet, von wo sie beispielsweise einem externen Wärmetauscher zugeführt wird.
[0074] Diese Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufes erlaubt eine kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Rohrkokille und sorgt für eine gleichförmige Kühlwirkung entlang des Umfanges des Kokillenrohres, sodass eine hohe Produktqualität gewährleistet wird.
[0075] In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohrkokille verfügt der erste Flansch am gießseitigen Ende des Wasserleitmantels über mindestens vier erste Zulaufkanäle für die Zufuhr von Kühlflüssigkeit an die Rohre und über mindestens vier Ablaufkanäle für den Abtransport der Kühlflüssigkeit aus dem Wasserspalt und es verfügt der zweite Flansch am ausgießseitigen Ende des Wasserleitmantels über mindestens vier zweite Zulaufkanäle für die Zuleitung der Kühlflüssigkeit zum Wasserspalt. Dabei sind die ersten und die zweiten Zu12/30
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[0076] Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die ersten und die zweiten Zulaufkanäle, die Rohre und die Ablaufkanäle den beim Durchströmen der Rohrkokille entstehenden Druckverlust der Kühlflüssigkeit nicht nennenswert erhöhen, sodass die für die Aufrechterhaltung des Kühlkreislaufes aufgewendete Energie entsprechend effizient eingesetzt werden kann. Dies ist besonders bei solchen Rohrkokillen von Bedeutung, die eine hohe Gießgeschwindigkeit ermöglichen sollen oder für größere Gießformate konzipiert sind, da in diesen Fällen eine entsprechend hohe Kühlleistung nötig ist: durch die derart beschriebene Ausgestaltung der Rohrkokille können die für den Kühlkreislauf eingesetzten Kühlaggregate einen hohen Wirkungsgrad erzielen, wobei der Wirkungsgrad durch das Verhältnis von der aus dem Gießprodukt abtransportierten Wärmemenge pro Zeiteinheit zu der am Kühlaggregat eingesetzten Leistung definiert ist.
[0077] Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass der Einbau des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel die Schritte [0078] - Einsetzen des Kokillenrohres als Ganzes in den fest mit dem Fußflansch verbundenen Wasserleitmantel und Zentrieren des Kokillenrohres im Wasserleitmantel, sodass senkrecht zur Gießrichtung ein konzentrischer Wasserspalt zwischen dem Kokillenrohr und dem Wasserleitmantel ausgebildet wird, [0079] - Verbinden des Kokillenrohres über die Haltevorrichtung und den Kopfflansch mit dem Wasserleitmantel, [0080] - Einstellen von Druckschrauben, die zwischen dem Wasserleitmantel und dem Kokillenrohr wirken, sodass sie den Wasserspalt formschlüssig in Normalrichtung zur Außenfläche des Kokillenrohres überbrücken, [0081] - Einstellen von Zugschrauben, die zwischen dem Wasserleitmantel und dem Kokillenrohr wirken, sodass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wasserleitmantel und dem Kokillenrohr entsteht und der Wasserspalt fixiert wird, [0082] umfasst und dass der Ausbau des Kokillenrohres aus dem Wasserleitmantel die Schritte [0083] - Lösen und Entfernen der Zugschrauben, [0084] - Lösen der Druckschrauben, [0085] - Lösen der Verbindung zwischen dem Kopfflansch, der Haltevorrichtung und dem Wasserleitmantel und anschließendes Entfernen des Kopfflansches, [0086] - Entfernen des Kokillenrohrs in einem Stück aus dem Wasserleitmantel [0087] umfasst.
[0088] Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens erfolgen mittels der beschriebenen erfindungsgemäßen Rohrkokille und korrespondieren daher im Wesentlichen mit den vorteilhaften Ausgestaltungen der Rohrkokille.
[0089] Erfindungsgemäß wird beim Zusammenbau der Rohrkokille zunächst das Kokillenrohr als Ganzes in den aus einem Stück gefertigten und fest mit dem Fußflansch verbundenen Wasserleitmantel eingebracht, wobei es auf der Haltevorrichtung zu liegen kommt. Zusätzlich wird das Kokillenrohr im Wasserleitmantel zentriert, was in einer bevorzugten Ausführung des Betriebsverfahrens mittels entsprechender Vorrichtungen des Kokillenrohres bzw. des Wasserleitmantels beim Einsetzen des Kokillenrohres automatisch geschehen kann. Folgend wird der
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Kopfflansch an das Kokillenrohr und den Wasserleitmantel beispielsweise mittels Schrauben appliziert, wodurch das Kokillenrohr über den Kopfflansch, den Fußflansch und die Haltevorrichtung mit dem Wasserleitmantel verbunden wird. Anschließend wird der Wasserspalt zwischen der Außenseite des Kokillenrohres und der Innenseite des Wasserleitmantels durch die Druckschrauben, die zwischen Wasserleitmantel und der Außenseite des Kokillenrohrs wirken, fixiert, ohne dabei das Kokillenrohr durch übermäßige Krafteinwirkung zu verformen. Schließlich werden diese durch die Druckschrauben gebildeten Verbindungen durch Feststellen von zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel wirkenden Zugschrauben kraftschlüssig fixiert: auf diese Weise wird der Wasserspalt für die Kühlflüssigkeit zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel auch unter Gießbedingungen stabilisiert, da die solcherart zusammenwirkenden Zug- und Druckschrauben starre Abstandshalter bilden, sodass eine gleichförmige Kühlwirkung auch während des Gießvorganges, bei dem es zu thermisch bedingten Materialausdehnungen des Kokillenrohres und zu Druckeinwirkung durch die Kühlflüssigkeit kommt, gewährleistet ist. Gleichzeitig wird durch die zusammenwirkenden Zug- und Druckschrauben die mechanische Stützwirkung des Wasserleitmantels an das Kokillenrohr übertragen, sodass in diesem Zustand die Rohrkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen an einer Stranggießanlage eingesetzt werden kann.
[0090] Beim Ausbau des Kokillenrohres, etwa weil dieses beschädigt ist und gegen ein neues getauscht werden muss oder nach einer entsprechenden Produktionseinsatzdauer die zulässige Verschleißgrenze unterschritten hat, werden zunächst die Zugschrauben gelöst und entfernt und dann die Druckschrauben gelöst, woraufhin die Verbindung zwischen dem Kopfflansch, der Haltevorrichtung und dem Wasserleitmantel gelöst wird und anschließend der Kopfflansch entfernt wird. Daraufhin wird das Kokillenrohr als Ganzes aus dem Wasserleitmantel entfernt und anschließend durch ein neues bzw. überarbeitetes Kokillenrohr ersetzt.
[0091] Diese Vorgehensweise wird durch die einteilige Konstruktion des Wasserleitmantels ermöglicht und spart Zeit gegenüber Verfahren, bei denen der Wasserleitmantel bzw. der Wasserkasten der Kokille aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist bzw. als Befestigungsrahmen zur Überarbeitung des Kokillenrohres benötigt wird, wie z.B. in EP 1468760 B1, Zeile 42-44 in Absatz [0007] und Zeile 21-25 in Absatz [0024] beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiters den Vorteil, dass das Kokillenrohr direkt an der Anlage oder in einer üblicherweise in der Nähe befindlichen Kokillenwerkstätte, beispielsweise mit einem Kran, aus dem Wasserleitmantel aus- bzw. in diesen eingehoben werden kann und somit weniger Transportkapazität zur Überarbeitung des Kokillenrohres benötigt wird. Überdies können durch Verwendung einer beschriebenen selbstzentrierenden Konstruktion aufwändige Arbeitsschritte zur Überprüfung der Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel entfallen und der Installationsaufwand beim Zusammenbau der Rohrkokille erheblich reduziert werden.
[0092] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel in verschiedenen Ansichten anhand der FIG 1 bis 8 näher erläutert wird. Ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich in der Ausgestaltung der Zug- und Druckschraubverbindung zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel vom ersten unterscheidet, wird demgemäß durch die Figuren 1 bis 7 und FIG 9 illustriert. Die Bezeichner sind in sämtlichen Figuren einheitlich. Die beiden Ausführungsbeispiele sind zum Einsatz an einer Stranggießanlage konzipiert, an der der Rohrkokille unmittelbar ein gebogener Rollgang nachgeordnet ist, dessen Krümmung in dieselbe Richtung wie die Krümmung des Kokillenrohres weist, der jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist und auf den im weiteren nicht näher eingegangen wird.
[0093] Es zeigen in schematischer Darstellung:
[0094] FIG 1 eine Schrägansicht der Rohrkokille [0095] FIG 2 eine Ansicht der Rohrkokille von oben
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FIG 3 einen ersten Längsschnitt durch die Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit A - A bezeichneten Linie , österreichisches ' patentamt [0096] [0097] [0098] [0099]
FIG 4 einen zweiten Längsschnitt durch die Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit B bezeichneten Linie
FIG 5 einen Querschnitt durch die Rohrkokille aus einer in FIG 3 mit C - C bezeichneten Richtung
FIG 6 den in FIG 4 markierten Bereich der Haltevorrichtung am eingießseitigen Ende der Rohrkokille [00100] FIG 7 einen in FIG 3 mit Y bezeichneten Ausschnitt am ausgießseitigen Ende der Rohrkokille [00101] FIG 8 einen in FIG 3 mit X bezeichneten Längsschnitt durch eine Zug- und Druckschraubverbindung [00102] FIG 9 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführung einer Zug- und Druckschraubverbindung mit Temperaturmessfühler [00103] FIG 1 zeigt in einem Schrägriss das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Rohrkokille zum Gießen von Metallsträngen im Vorblockformat mit rechteckigem Querschnitt, die ein gekrümmtes, austauschbares Kokillenrohr 1 mit einer Haltevorrichtung am eingießseitigen Ende (in FIG 1 nicht sichtbar), einen das Kokillenrohr umgebenden Wasserleitmantel 3 sowie einen Kopfflansch 4 am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch 5 am ausgießseitigen Ende umfasst.
[00104] Über dem Kopfflansch 4 ist eine Abdeckplatte 10 mit identischer äußerer Umfangslinie zum Kopfflansch 4 angebracht. Der Wasserleitmantel 3 weist am eingießseitigen Ende einen ersten Flansch 6 auf, der über Rohre mit einem zweiten Flansch 7 am ausgießseitigen Ende verbunden ist. Über erste Zulaufkanäle 19, die zum Teil an der Oberseite des ersten Flansches 6 angeordnet sind, wird Kühlflüssigkeit zu den Rohren 8 und über diese weiter an den ausgießseitig gelegenen zweiten Flansch 7 geleitet. Das Kokillenrohr 1 bildet mit dem Wasserleitmantel 3 entlang seiner Umfangsrichtung einen gleichförmigen Wasserspalt 11 aus, in dem die Kühlflüssigkeit anschließend vom zweiten Flansch 7 zum ersten Flansch 6 in Ablaufkanäle 21 des ersten Flansches 6 strömt. Das Kokillenrohr 1 ist erfindungsgemäß entlang seiner Außenseite mit dem Wasserleitmantel 3 über kombinierte Zug- und Druckschraubverbindungen 9 verbunden.
[00105] FIG 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von oben: die Rohrkokille verfügt insgesamt über sechs Einlassöffnungen 12 für den Kühlmittelzulauf sowie vier Auslassöffnungen 13 für den Kühlmittelablauf, die gleichmäßig in Umfangsrichtung an der Unterseite des ersten Flansches 6 angeordnet sind. Jede Einlassöffnung 12 mündet in einen ersten Zulaufkanal 19 und jede Auslassöffnung 13 ist mit einem Ablaufkanal 21 des ersten Flansches 6 verbunden. Die ersten Zulaufkanäle 19 und die Ablaufkanäle 21 sind entlang der kürzeren Seiten des rechteckigen Gießformates an der Oberseite des ersten Flansches angebracht, während sie entlang der längeren Seiten des rechteckigen Gießformates in das Innere des ersten Flansches 6 eingearbeitet sind. Zudem sind der Wasserspalt 11, die Scheitellinie S des gekrümmten Kokillenrohres 1, die vertikale Projektion der Gießrichtung G , die in Richtung eines der Rohrkokille nachgeschalteten Rollganges weist, sowie die über dem Kopfflansch 4 befestigte Abdeckplatte 10 dargestellt.
[00106] In FIG 3 ist ein erster Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit A - A bezeichneten Linie dargestellt. Der der Fußflansch 5 ist über Schrauben 17 fest mit dem Wasserleitmantel 3 verbunden, über dem Kopfflansch 4 ist zusätzlich eine Abdeckplatte 10 angebracht. Das Kokillenrohr 1 weist eine Krümmung entlang der Gießrichtung G auf, die anhand der Mittenlinie M sichtbar wird, wobei diese aus den Mittelpunkten aller Querschnitte durch das Kokillenrohr 1 senkrecht zur Gießrichtung gebildet wird. Mit einem Haltering 18 kommt das Kokillenrohr 1 beim Einbringen in den Wasserleitmantel 3 auf
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Patentamt diesem zu liegen und wird anschließend über den Kopfflansch 4 im Wasserleitmantel 3 befestigt, wobei der Kopfflansch 4 mittels Schrauben 17 fest mit dem Wasserleitmantel 3 verbunden wird. Der zwischen dem Kokillenrohr 1 und Wasserleitmantel 3 ausgebildete Wasserspalt 11 wird durch kombinierte Zug- und Druckschraubverbindungen 9, die im Wesentlichen senkrecht zur Gießrichtung G wirken, fixiert. Während des Gießbetriebes wird Kühlflüssigkeit von den Rohren 8 in eine erste ringförmigen Nut 14 am ausgießseitigen Ende des Wasserleitmantels 6 geleitet, die anschließend den Wasserspalt 11 entgegen der Gießrichtung durchströmt und über eine zweite ringförmige Nut 15 durch Ablaufkanäle 21 in Abflussrichtung a zu den Anschlüssen für den Kühlmittelablauf 13 gelangt. Dabei erstreckt sich die zweite ringförmige Nut 15 entlang der Umfangsrichtung des Wasserleitmantels 3 und verbindet den Wasserspalt 11 mit allen Ablaufkanälen 21 des ersten Flansches 6.
[00107] FIG 4 zeigt einen zweiten Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit B - B bezeichneten Linie und verdeutlicht den Weg entlang der Zufussrichtung z, den das flüssige Kühlmedium beim Zuströmen in den Wasserspalt 11 nimmt: über die an der Unterseite des ersten Flansches 6 angeordneten Einlassöffnungen 12 strömt Kühlmittelflüssigkeit über erste Zulaufkanäle 19 in die Rohre 8, über die sie zunächst vom eingießseitigen Ende zum ausgießseitigen Ende der Rohrkokille gelangt. Durch senkrecht zur Gießrichtung verlaufende zweite Zulaufkanäle 20 strömt die Kühlflüssigkeit in eine erste ringförmige Nut 14, die in Umfangsrichtung entlang der Innenseite des Wasserleitmantels 3 angeordnet ist und alle zweiten Zulaufkanäle 20 miteinander verbindet. Dadurch wird die Kühlflüssigkeit beim Eintreten in den Wasserspalt 11 entlang der Umfangsrichtung des Kokillenrohres 1 gleichmäßig verteilt.
[00108] In FIG 5 ist ein Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer Rohrkokille entlang der in FIG 3 mit C - C bezeichneten Linie dargestellt, worin die vertikale Projektion der Gießrichtung G sowie die in Umfangsrichtung des ersten Flansches 6 annähernd gleichförmige Verteilung der sechs Einlassöffnungen 12 und der vier Auslassöffnungen 13 erkennbar ist. Die Einlassöffnungen 12 münden jeweils in die ersten Zulaufkanäle 19 und die Auslassöffnungen 13 in die Ablaufkanäle 21, wobei die Kanäle entlang der kürzeren Seiten des rechteckigen Gießformates oberhalb des ersten Flansches 6 angeordnet sind und daher vom Querschnitt nicht erfasst werden. Die während des Gießbetriebes durch den Wasserspalt 11 durchtretende Kühlflüssigkeit mündet in die zweite ringförmige Nut 15, die in Umfangsrichtung des Wasserleitmantels 3 angeordnet ist und alle Ablaufkanäle 21 miteinander verbindet und dadurch für ein gleichmäßiges Strömungsbild des Kühlmediums sorgt.
[00109] FIG 6 zeigt den in FIG 4 markierten Bereich der Haltevorrichtung 2a, FIG 7 zeigt den in FIG 3 mit Y bezeichneten Übergangsbereich zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Wasserleitmantel 3: hierbei wird ersichtlich, wie das Kokillenrohr 1 beim Einbringen in den Wasserleitmantel 3 zunächst über den in einer Nut 2a des Kokillenrohres 1 in Umfangsrichtung angeordneten Haltering 18 auf einer entsprechenden stufenförmigen Abfräsung 2b des Wasserleitmantels 3 zu liegen kommt. Dabei bilden die Nut 2a, die Abfräsung 2b und der Haltering 18 die Haltevorrichtung 2. Durch anschließendes festes Verbinden des Kopfflansches 4 mit dem Wasserleitmantel 3 wird der Haltering 18 in Gießrichtung zwischen dem Wasserleitmantel 3 und dem Kopfflansch 4 fixiert, wodurch auch eine mechanische Verbindung zwischen dem Kokillenrohr 1, dem Wasserleitmantel 3, dem Kopfflansch 4 und dem Fußflansch 5, der über Schrauben 17 fest mit dem Wasserleitmantel 3 verbunden ist, entsteht. Dabei durchdringt das Kokillenrohr 1 mit seinem eingießseitigen Ende den Kopfflansch 4 und mit seinem aus- gießseitigen Ende den Fußflansch 5, wobei in diesen Bereichen jeweils senkrecht zur Gießrichtung G ein Spalt mit einem ersten Spaltmaß S1 zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Kopfflansch 4 bzw. dem Fußflansch 5 besteht. Zudem ist die den Haltering 18 aufnehmende Nut des Kokillenrohres 1 so gefertigt, dass nach dem Einbringen des Kokillenrohres 1 in den Wasserleitmantel 3 in Gießrichtung G zwischen der Unterseite des Halterings 18 und der gegenüberliegenden Nutkante ein Spalt mit einem Spaltmaß S2 besteht, wobei im ersten Ausführungsbeispiel S1 etwa 0.5mm und S2 etwa 1mm beträgt. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits das Kokillenrohr 1 bereits beim Einbringen automatisch im Wasserleitmantel 3 mit einer Genauigkeit zentriert, die dem
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AT517 139B1 2018-03-15 österreichisches patentamt ersten Spaltmaß S1 entspricht und gleichzeitig vom Kopfflansch 4, dem Haltering 18 und dem Fußflansch 5 mit derselben Genauigkeit senkrecht zur Gießrichtung G gehalten. Andererseits ist diese Ausgestaltung der Befestigung des Kokillenrohres 1 keine starre mechanische Verbindung sondern erlaubt geringfügige thermisch bedingte Bewegungen bzw. Materialausdehnungen des Kokillenrohres 1, die während des Gießvorganges auftreten können, wodurch unerwünschte Spannungen und Verformungen des Kokillenrohres 1 verhindert werden.
[00110] Zudem sind in Nuten des Kopfflansches 4 und des Fußflansches 5 jeweils ringförmige Dichtungen 16 in Umfangsrichtung angebracht, die den von der Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlraum im Bereich der ersten ringförmigen Nut 14 und der zweiten ringförmigen Nut 15 zum Außenbereich der Rohrkokille hin abdichten, sodass ein geschlossener Durchfluss des Kühlmediums durch die Rohrkokille erfolgt. Zudem sind die Dichtungen 16 aus flexiblem Material beispielsweise Gummi - gefertigt, die die thermischen Bewegungen des Kokillenrohres im Bereich der genannten Spalte tolerieren.
[00111] FIG 8 zeigt den in FIG 3 mit X bezeichneten Ausschnitt, in dem ein Längsschnitt durch eine Zug- und Druckschraubverbindung 9 des ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Hierbei wird der Wasserspalt 11 zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Wasserleitmantel 3 über eine Druckschraube 22 und über eine Zugschraube 23 überbrückt, die durch eine entsprechende Öffnung im Wasserleitmantel 3 am Kokillenrohr 2 angreifen. Dabei besitzt die Druckschraube 22 ein erstes Gewinde 24, das in ein entsprechendes Gegengewinde in der Öffnung des Wasserleitmantels 3 eingreift und weist zudem eine erste Längsbohrung 27 auf, durch die eine Zugschraube 23 mit einem zweiten Gewinde 26 in ein entsprechendes Gegengewinde an der Außenseite des Kokillenrohres 1 eingreift. Dabei ist das erste Gewinde 24 der Druckschraube 22 als Außengewinde mit beispielsweise 24mm Durchmesser und das zweite Gewinde 26 der Zugschraube 23 als Außengewinde mit beispielsweise 12mm Durchmesser ausgestaltet. Überdies verfügen die Druckschraube 22 und die Zugschraube 23 an ihrem außenliegenden Ende jeweils über einen Sechskant-Schraubenkopf, der eine Verdrehung mittels geeignetem Werkzeug gestattet. Zudem weist jede Zug- und Druckschraubverbindung 9 erste Dichtungsringe 28 auf, die den Wasserspalt 11 zwischen dem Wasserleitmantel 3 und der Druckschraube 22 sowie zwischen der Druckschraube 22 und der Zugschraube 23 abdichten.
[00112] Nach dem Einbringen des Kokillenrohres 1 in den Wasserleitmantel 3 und Herstellung einer Verbindung zwischen diesen beiden Teilen wird der dabei ausgebildete Wasserspalt 11 zunächst fixiert, indem bei jeder der Zug- und Druckschraubverbindungen 9 zunächst die Druckschraube 23 so eingestellt wird, dass sie die Außenfläche des Kokillenrohres berührt, ohne dieses zu verformen. In dieser Stellung wird die Druckschraube 24 durch Festziehen einer Feststellmutter 25, die an der Außenseite des Wasserleitmantels 3 in das erste Gewinde 24 der Druckschraube 22 eingreift, stabilisiert. Danach wird der zwischen Kokillenrohr 1 und Wasserleitmantel 3 von den Zug- und Druckschraubverbindungen 9 überbrückte Abstand dauerhaft fixiert, indem die Zugschraube 23 festgestellt wird, wodurch insgesamt eine Bewegung zwischen Kokillenrohr 1 und Wasserleitmantel 3 in axialer Richtung der Zug- und Druckschraubverbindung 9 insbesondere während des Gießvorganges verhindert wird.
[00113] Beim Ausbau des Kokillenrohres 1 aus dem umgebenden Wasserleitmantel 3 wird zunächst die Zugschraube 23 vollständig aus dem zweiten Gewinde 26 herausgeschraubt und entfernt; anschließend wird die Feststellmutter 25 gelöst und die Druckschraube 22 zumindest soweit entgegen der Feststellrichtung verdreht, dass sie mit keinem Teil in den Innenraum des Wasserleitmantels hineinragt, woraufhin das Kokillenrohr 1 nach Lösen der Verbindung mit dem 3 Wasserleitmantel aus diesem entfernt werden kann.
[00114] Die Ausgestaltung und Applizierung der Zug- und Druckschraubverbindung in FIG 9 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung in FIG 8: als zusätzliches Merkmal weist die Zugschraube eine zweite Längsbohrung 29 in axialer Richtung auf, durch die ein stabförmiger Messfühler 31 mit einem Sensorelement 32 an seiner Spitze hindurchgeführt wird. Bei dem Messfühler handelt es sich beispielsweise um einen gängigen Bimetallsensor zur Temperaturerfassung (sog. „Thermocouple), bei dem der Kontaktbereich zwischen den beiden unterschiedli17/30
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Patentamt chen Metallen als sehr kleine Messspitze am Ende des stabförmigen Messfühlers 31 ausgeformt ist und das Sensorelement 32 darstellt, das in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur eine elektrische Spannung erzeugt. Dabei ist der stabförmige Messfühler 31 im Inneren der Zugschraube 23 im Bereich des zweiten Gewindes 26 über einen Ansatz 33 mit der Zugschraube 23 verbunden, wobei der Ansatz 33 so ausgestaltet ist, dass der Messfühler 31 beim Feststellen der Zugschraube in axialer Richtung gegen die Außenfläche des Kokillenrohres 1 gedrückt wird, sodass ein thermischer Kontakt zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Sensorelement 32 am Ende des Messfühlers 31 hergestellt wird. Zusätzlich wird der Innenraum der Zugschraube 23 im Bereich des zweiten Gewindes 26 durch einen zweiten Dichtungsring 30 gegen den Austritt von Kühlflüssigkeit abgedichtet.
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Figure AT517139B1_D0001
BEZUGSZEICHENLISTE
2a
2b
11 12
21 22
2a
2b
11 12
21 22
Kokillenrohr
Haltevorrichtung
Nut
Abfräsung
Wasserleitmantel
Kopfflansch
Fußflansch erster Flansch zweiter Flansch
Rohr
Zug- und Druckschraubverbindung
Abdeckplatte
Wasserspalt
Einlassöffnung
Auslassöffnung erste ringförmige Nut zweite ringförmige Nut
Dichtung
Schraube
Haltering erster Zulaufkanal zweiter Zulaufkanal
Ablaufkanal
Druckschraube
Zugschraube erstes Gewinde
Feststellmutter zweites Gewinde erste Längsbohrung erster Dichtungsring zweite Längsbohrung zweiter Dichtungsring Messfühler Sensorelement Ansatz
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G Gießrichtung
M Mittenlinie
S Scheitellinie z Zuflussrichtung a Abflussrichtung erstes Spaltmaß zweites Spaltmaß
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    1. Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat, die ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr (1) mit einer Haltevorrichtung (2), einen das Kokillenrohr (1) umgebenden Wasserleitmantel (3) sowie einen Kopfflansch (4) am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch (5) am ausgießseitigen Ende aufweist,
    - wobei das Kokillenrohr (1) über den Kopfflansch (4), den Fußflansch (5) und die Haltevorrichtung (2) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden ist,
    - wobei in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung (G) die Innenseite des Wasserleitmantels (3) im Wesentlichen konzentrisch zur Außenseite des Kokillenrohrs (1) verläuft und einen konstanten Wasserspalt (11) ausbildet, durch den Kühlflüssigkeit zur Abfuhr von Wärme aus dem gegossenen Metallstrang geleitet wird,
    - wobei der Wasserleitmantel (3) aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist und als mechanische Stütze für das Kokillenrohr (1) dient,
    - wobei der Wasserleitmantel (3) aus einem Stück gefertigt ist, in den das Kokillenrohr (1) als Ganzes eingesetzt wird,
    - wobei das Kokillenrohr (1) an seiner Außenfläche über Zugschrauben (23) und Druckschrauben (22) mit dem Wasserleitmantel verbunden ist.
  2. 2. Rohrkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenrohr (1), die
    Haltevorrichtung (2), der Wasserleitmantel (3), der Kopfflansch (4) und der Fußflansch (5) so ausgestaltet sind, dass das Kokillenrohr (1) im Wasserleitmantel (3) zentriert wird.
  3. 3. Rohrkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des gegossenen Metallstranges rechteckig ist und die Außenfläche des Kokillenrohres (1) vier Teilflächen umfasst, die den rechteckigen Querschnitt der gegossenen Metallstränge nachbilden, und sich zwischen den Teilflächen abgerundete Kantenbereiche erstrecken, deren Scheitelpunkte in Gießrichtung eine Kantenlinie bilden, und dass das Kokillenrohr (1) in einem Mittenbereich an mindestens zwei Teilflächen über Zugschrauben (23) und Druckschrauben (22) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden ist, wobei sich der Mittenbereich einer Teilfläche in Gießrichtung (G) über die gesamte Länge des Kokillenrohres (1) und senkrecht zur Gießrichtung (G) über einen Bereich erstreckt, der von einer Kantenlinie aus gerechnet bis zur fünffachen Wandstärke des Kokillenrohres (1) an jede Kantenlinie heranreicht.
  4. 4. Rohrkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserspalt (11) zwischen dem Wasserleitmantel (3) und der Außenfläche des Kokillenrohres (1) in den Kantenbereichen reduziert ist.
  5. 5. Rohrkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des gegossenen Metallstranges rund ist und die Außenfläche des Kokillenrohres (1) den runden Querschnitt der gegossenen Metallstränge nachbildet.
  6. 6. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Zugschraube (23) und eine Druckschraube (22) in einer kraftschlüssigen Zug- und Druckschraubverbindung (9) Zusammenwirken, indem die Druckschraube (22) zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) als Gewindehülse mit einem Außengewinde ausgebildet ist, das in ein entsprechendes Innengewinde im Wasserleitmantel (3) eingreift, sodass die Druckschraube (22) als einstellbarer Abstandshalter zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) fungiert und auf den Wasserleitmantel (3) und das Kokillenrohr (1) mit Druckkraft einwirkt, und indem die Zugschraube (23) zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) durch eine erste Längsbohrung (27) der Druckschraube (22) hindurch in ein Gewinde in der Außenfläche des Kokillenrohres (1) eingreift und auf den Wasserleitmantel (3) und das Kokillenrohr (1) mit Zugkraft einwirkt,
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    - wobei die Zugschraube (23) als Dehnschraube ausgeführt ist, die eine thermisch bedingte Bewegung des Kokillenrohres (1) quer zur Längsachse der Zugschraube (23) toleriert,
    - wobei die Zugschraube (23) und die Druckschraube (22) an ihrem außenliegenden Ende jeweils so geformt sind, dass sie mittels geeignetem Werkzeug eingestellt werden können,
    - wobei die Zug- und Druckschraubverbindung (9) erste Dichtungsringe (28) aufweist, sodass der Wasserleitmantel (3) beim Feststellen der Druckschrauben (22) und der Zugschrauben (23) gegen den Austritt von Kühlflüssigkeit abgedichtet wird.
  7. 7. Rohrkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugschraube (23) eine zweite Längsbohrung (29) aufweist, durch die ein Messfühler (31) mit einem an seiner Spitze befindlichen Sensorelement (32) zur Erfassung der Temperatur an die Oberfläche des Kokillenrohres (1) geführt wird.
  8. 8. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenrohr (1) zumindest in einem Teilbereich eine Krümmung entlang der Gießrichtung (G) aufweist, wobei der Wasserleitmantel (3) über seine gesamte Länge einen im wesentlichen gleichmäßigen Wasserspalt zur Außenfläche des Kokillenrohrs (1) ausbildet, der so dimensioniert ist, dass das Kokillenrohr (1) als Ganzes in den Wasserleitmantel (3) eingebracht werden kann.
  9. 9. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vom Kokillenrohr (1) umschlossene Querschnittsfläche in Gießrichtung (G) von der Eingießseite zur Austrittseite verjüngt.
  10. 10. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung (G) die vom Kühlmittel durchströmte Fläche des zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) ausgebildeten Wasserspaltes (11) zwischen der Eingießseite und der Ausgießseite variiert.
  11. 11. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Gießbetriebes Kühlflüssigkeit im Wasserspalt (11) entgegen der Gießrichtung (G) vom ausgießseitigen zum eingießseitigen Ende der Rohrkokille strömt,
    - wobei der Wasserleitmantel (3) einen ersten Flansch (6) am eingießseitigen Ende und einen zweiten Flansch (7) am aus- gießseitigen Ende aufweist,
    - wobei sich die Einlassöffnungen (12) für den Kühlmittelzulauf zur Rohrkokille und die Auslassöffnungen (13) für den Kühlmittelablauf von der Rohrkokille am ersten Flansch (6) befinden,
    - wobei der zweite Flansch (7) über Rohre (8) an der Außenseite des Wasserleitmantels (3) mit dem ersten Flansch (6) verbunden ist,
    - wobei der Wasserleitmantel (3) an seiner Innenseite am ausgießseitigen Ende in Umfangsrichtung eine erste ringförmige Nut (14) und an seiner Innenseite am eingießseitigen Ende in Umfangsrichtung eine zweite ringförmige Nut (15) aufweist,
    - wobei der erste Flansch (6) über erste Zulaufkanäle (19) verfügt, die das Kühlmittel von den Einlassöffnungen (12) zu den Rohren (8) leiten und über Ablaufkanäle (21) verfügt, die das Kühlmittel von der zweiten ringförmigen Nut (15) zu den Auslassöffnungen (13) leiten,
    - wobei der zweite Flansch (7) über zweite Zulaufkanäle (20) verfügt, die das Kühlmittel von den Rohren (8) zur ersten ringförmigen Nut (14) leiten.
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  12. 12. Rohrkokille nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flansch (6) über mindestens vier erste Zulaufkanäle (19) und über mindestens vier Ablaufkanäle (21) und der zweite Flansch (7) über mindestens vier zweite Zulaufkanäle (20) verfügt, die jeweils gleichmäßig entlang des Umfangs des Kokillenrohres (1) verteilt sind, wobei die Summe der Querschnittsflächen der ersten Zulaufkanäle (19), die Summe der Querschnittsflächen der Rohre (8), die den ersten Flansch (6) mit dem zweiten Flansch (7) verbinden, die Summe der Querschnittsflächen der zweiten Zulaufkanäle (20) und die Summe der Querschnittsflächen der Ablaufkanäle (21) jeweils mindestens das Doppelte der Fläche des Wasserspaltes (11) in einem beliebigen Querschnitt senkrecht zur Gießrichtung (G) der Rohrkokille beträgt.
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