Die Erfindung betrifft eine Mehrstufenkokille zum Stranggiessen von polygonalen Strangquerschnitten gemäss den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
Seit den Anfängen des Stranggiessens mit Durchlaufkokillen hat sich die Fachwelt mit dem Problem der Bildung eines Luftspaltes zwischen Strangkruste und Kokillenwand unterhalb des Badspiegels befasst. Diese Spaltbildung vermindert die Kühlleistung der Kokille ganz wesentlich durch ungleichmässige Kühlung der Strangkruste, und es werden Strangfehler, wie Rhomboidität etc., erzeugt. Um über die ganze Kokillenlänge eine möglichst gleichmässige Kühlleistung zu erzeugen, sind viele Vorschläge, wie Schreitbalken (walking beams), Kühlmitteleinpressen in den Luftspalt, Kokillenhohlraum mit unterschiedlichen Giesskonizitäten etc., vorgeschlagen worden.
Aus der DE-AS 2 758 540, die den Oberbegriff bildet, ist eine Stranggiesskokille bekannt, die einen allseitig geschlossenen Eingiessteil aufweist, in welchem sich der Badspiegel befindet. Die Querschnittmasse des Formhohlraumes dieses Kokillenteiles verbleiben während des Giessens auf einem bestimmten Festmass eingestellt. Ein nachfolgender Nachkühlteil besteht aus beweglichen Kühlwänden, die quer zur Stranglaufrichtung elastisch gegen die Strangkruste anstellbar sind. Diese Kokille konnte die Durchbruch sicherheit und die Strangqualität bei höheren Giessgeschwindigkeiten verbessern. Eine wesentliche Erhöhung der Giessgeschwindigkeit, z.B. eine Verdoppelung der mit konventionellen einstufigen Kokillen erreichten Giessgeschwindigkeit, konnte jedoch noch nicht realisiert werden.
Viele weitere Vorschläge von sogenannten Mehrstufenkokillen haben in der Praxis keinen oder nur einen beschränkten Eingang gefunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnellgiesskokille zu schaffen, die bei tragbarem Verschleiss eine hohe, gleichmässige Kühlleistung und damit eine hohe Giessleistung ermöglicht. Sie soll im weiteren das Durchbruchrisiko vermindern und durch eine über den Strangumfang gleichmässig hohe Kühlleistung ein verfeinertes Kristallgefüge, weniger Strangfehler an der Oberfläche und eine verbesserte Stranggeometrie (keine Spiesskantigkeit) erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemässen Schnellgiesskokille ist es möglich, den Nachkühlteil in seiner Länge der vorgesehenen Giessgeschwindigkeit optimal anzupassen. Eine gleichmässig hohe Kühlleistung kann an den Seitenflächen und Kantenzonen der gegossenen Stränge erreicht werden. Durch die im wesentlichen geschlossene Bauweise werden eventuell beginnende Durchbrüche innerhalb der Kokille geheilt. Neben der hohen Giessleistung können auch zusätzliche Qualitätsverbesserungen, wie verfeinertes, fehlerfreies Kristallgefüge, weniger Fehler an der Strangoberfläche und eine verbesserte Stranggeometrie sichergestellt werden.
Das Längenverhältnis zwischen dem Seitenwandteil und dem Eckzonenteil, im Strangumfang gemessen, beeinflusst die Kühl- und Stützwirkung bei Strängen mit spiesskantigem Strangquerschnitt ganz wesentlich. Um möglichst gleichmässige Kühl- und Stützverhältnisse zu erreichen, wird gemäss einem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, das im Strangumfang gemessene Längenverhältnis zwischen dem Seitenwandteil und dem Eckzonenteil zwischen 3:1 und 10:1, vorzugsweise zwischen 4:1 und 6:1, vorzusehen.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann sich das im Strangumfang gemessene Längenverhältnis in Stranglaufrichtung stetig verändern.
Abgerundete oder abgeschrägte Ecken bei polygonalen Querschnitten bieten günstige Vorausetzungen sowohl bei der Erstarrung im Meniskusbereich als auch für die nachfolgende Kühlung und Weiterverarbeitung. Um Schwachstellen in den Eckbereichen der Strangkruste abzudecken und um beginnende Durchbrüche heilen zu können, wird zusätzlich vorgeschlagen, dass eine Länge L des Eckzonenteiles grösser ist, als ein Radius R von Hohlkehlen in den Ecken des Formhohlraumes. Die Länge L des Eckzonenteiles wird mit Vorteil 1,5-3 x R gewählt.
Die Anstellvorrichtung jeder Winkelplatte kann auf verschiedene Arten gelöst werden. Es ist wichtig, dass sowohl der Seitenwandteil als auch der Eckzonenteil die Strangkruste möglichst gleichmässig stützen und kühlen. An den Nahtstellen zwischen einem Seitenwandteil und einem Eckzonenteil der benachbarten Platte sollen sich auch keine Versetzungen ergeben, die die Strangkruste verletzen können. Wenn im weiteren durch die Reibung zwischen Strang und Winkelplatten sich ein gewisser Verschleiss einstellt, so soll sich dieser an der Nahtstelle von zwei benachbarten Winkelplatten möglichst gleichmässig einstellen. Um dies zu erreichen, wird im Sinne eines Ausführungsbeispieles vorgeschlagen, jede Winkelplatte mit einer elastischen Anstellvorrichtung zu versehen.
Die Anstellkräfte der Vorrichtung werden quer zur Strangstützfläche des Seitenwand teiles aufgebracht. Über Anschlagflächen des Seitenwandteiles, die in kraftschlüssigem Kontakt mit dem Eckzonenteil der benachbarten Winkelplatte stehen, wird ein Teil der Anstellkräfte auf diesen Eckzonenteil übertragen.
Die Anschlagflächen können mit einer Stützplatte starr verbunden sein. Um die elastische Anstellkraft auf den Eckzonenteil zu begrenzen und um ein Ausweichen des Eckzonenteiles unabhängig von einer Bewegung des Seitenwandteiles zu ermöglichen, können nach einem weiteren Ausführungsbeispiel die Anschlagflächen über eine Feder mit der Stützplatte verbunden sein.
Bei Anlagen mit sehr unterschiedlichen Giessprogrammen kann es erwünscht sein, dass die Anstellkraft an den Strang einstellbar ist oder die Winkelplatten beim Einfahren des Anfahrstranges vom Formhohlraum weggezogen werden können. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, wird vorgeschlagen, steuerbare Kraftgeräte vorzusehen, die der elastischen Anstellkraft in Richtung zum Formhohlraum hin entgegenwirken.
Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine teilweise dargestellte Kokille,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und
Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch eine Ecke eines Nachkühlteiles eines weiteren Beispiels.
In Fig. 1 und 2 ist mit 2 eine polygonale, in diesem Beispiel eine quadratische, Mehrstufenkokille bezeichnet, die aus einem teilweise dargestellten Eingiessteil 3 und einem nachfolgenden Nachkühlteil 4 besteht. Der Formhohlraum 5 des Nachkühlteiles ist, wie in Fig. 2 leicht erkennbar, durch vier elastisch anstellbare Kühlwände 6-6 min min min in der Form von Winkelplatten begrenzt. Jede dieser als Winkelplatten ausgebildeten Kühlwände 6-6 min min min weist einen Seitenwandteil mit Pfeil 8 und einen Eckzonenteil mit Pfeil 9 bezeichnet auf. Die Winkelplatten 6-6 min min min werden, wie im nachfolgenden anhand der Winkelplatte 6 min erläutert, durch zwei elastische Anstellvorrichtungen mit verschiedenen Angriffspunkten und verschiedenen Anstellrichtungen gegen den Formhohlraum 5 gedrückt.
Der Seitenwandteil 8 wird durch Federn 10, die sich an einem Träger 11 abstützen, in Richtung der Pfeile 16, 16 min zum Formhohlraum 5 hin elastisch angestellt. Die durch Pfeil 15 dargestellte Anstellkraft auf den Eckzonenteil 9 wird über vorstehende Nasen 20 einer Stützplatte 17 aufgebracht. Die Nasen 20 stehen als Anschlagfläche in kraftschlüssigem Kontakt mit dem Eckzonenteil 9 und übertragen im freien Anschlag eine elastische Anstellkraft auf diesen. Die Stützplatte 17 ist mit der Winkelplatte starr verbunden. Der Eckzonenteil 9 der Winkelplatte 6 min wird somit durch die Federn 10 (Fig. 1) zum Formhohlraum 5 hin angedrückt.
Die Anstellkräfte gemäss Pfeilen 16, 16 min auf den Seitenwandteil 8 und die Anstellkraft gemäss Pfeil 15 auf den Eckzonenteil 9 sind bei Vierkantquerschnitten quer zu den in der Eckzone der Winkelplatte 6 min zusammenstossenden Seitenwänden des Formhohlraumes 5 gerichtet.
Die Federn 10 können von Bolzen 12 getragen werden, die den Anstellweg der Winkelplatten 6 durch Anschläge 13, 14 in beiden Bewegungsrichtungen begrenzen. Anstelle der Federn können pneumatische, hydraulische oder Kombinationen solcher Kraftgeräte verwendet werden.
Das im Strangumfang gemessene Längenverhältnis zwischen dem Seitenwandteil 8 und dem Eckzonenteil 9 liegt zwischen 3:1 und 10:1, vorzugsweise zwischen 4:1 und 6:1. Je nach Format und der Anzahl Ecken des polygonalen Querschnittes können auch Verhältnisse ausserhalb der angegebe nen Grenzen verwendet werden. In Fig. 1 ist strichpunktiert ein in Stranglaufrichtung 19 schräg verlaufender Spalt 18 dargestellt. Bei einer solchen schrägen Spaltanordnung verändert sich das im Strangumfang gemessene Längenverhältnis zwischen dem Seitenwandteil und dem Eckzonenteil stetig.
Ein weiteres Merkmal ist das Verhältnis der Länge L des Eckzonenteiles und einem Radius R der Hohlkehle in den Ecken des Formhohlraumes 5. Es gilt die Beziehung L = grösser als R, vorzugsweise L = 1,5 bis 3 x R.
Die Winkelplatten 6-6 min min min sind über Hebel 22 je mit einem Träger 11-11 min min min pendelnd aufgehängt. Durch eine entsprechende Bemessung des Spieles der Anlenkbolzen 23, 24 oder durch eine kardanische Anlenkung können die Winkelplatten 6-6 min min min der Stranggeometrie folgen.
In Fig. 1 ist schematisch ein steuerbares Kraftgerät 34 als Kolbenzylindereinheit mit dem Träger 11 min min min verbunden. Eine Kolbenstange dieses Kraftgerätes 34 ist an der Winkelplatte 6 min min angelenkt und kann der elastischen Anstellkraft durch die Feder 10 entgegenwirken. Die Kolbenzylindereinheit kann aber auch während des Giessens die Winkelplatte 6 min min zum Formhohlraum hin anstellen und während des Einfahrens des Anfahrstranges die Winkelplatte vom Formhohlraum wegziehen.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spaltausbildung zwischen einem Seitenwandteil 28 und einem Eckzonenteil 29 dargestellt. Ein Spalt 27 ist nach aussen hin durch Abrundung oder Anschrägung so sich erweiternd gestaltet, dass er sich durch Schlacke, Hammerschlag etc. nicht zusetzen kann. Eine Nase 30 ist ebenfalls so gestaltet, dass Schlacke und Hammerschlag leicht wegspülbar sind.
Die Anschlagfläche 30 ist in diesem Beispiel über eine Feder 31 mit einer Stützplatte 32 verbunden und kann sich im Störungsfall bei spiesskantigem Querschnitt unabhängig von der Winkelplatte 28 bewegen. Durch Dimensionierung der Federplatte können die Anstellkräfte auf den Eckzonenteil begrenzt werden.
Es versteht sich von selbst, dass der Eingiessteil in der Regel indirekt, wie in Fig. 1 dargestellt, und der Nachkühlteil direkt durch Sprühdüsen gekühlt ist. Es sind aber auch andere bekannte Kühleinrichtungen anwendbar.
Die Mehrstufenkokille wird durch eine nicht dargestellte Oszillations- oder Vibrationseinrichtung während des Giessens bewegt.
The invention relates to a multi-stage mold for the continuous casting of polygonal strand cross sections according to the features of the preamble of claim 1.
Since the beginning of continuous casting with continuous molds, experts have dealt with the problem of the formation of an air gap between the strand crust and the mold wall below the bath level. This gap formation significantly reduces the cooling capacity of the mold by uneven cooling of the strand crust, and strand defects such as rhomboidity etc. are generated. In order to produce the most uniform cooling capacity over the entire mold length, many proposals have been proposed, such as walking beams, pressing coolant into the air gap, mold cavity with different pouring conicity, etc.
From DE-AS 2 758 540, which forms the preamble, a continuous casting mold is known which has a pouring part which is closed on all sides and in which the bath level is located. The cross-sectional mass of the mold cavity of this mold part remains set to a certain fixed dimension during casting. A subsequent after-cooling part consists of movable cooling walls, which can be adjusted elastically against the strand crust transversely to the strand running direction. This mold was able to improve breakthrough safety and strand quality at higher casting speeds. A significant increase in casting speed, e.g. however, it has not yet been possible to double the casting speed achieved with conventional single-stage molds.
In practice, many other suggestions of so-called multi-stage molds have found little or no access.
The invention has for its object to provide a rapid casting mold that enables a high, uniform cooling performance and thus a high casting performance with portable wear. It is also intended to reduce the risk of breakthrough and to generate a refined crystal structure, fewer strand defects on the surface and an improved strand geometry (no spikes) through a uniformly high cooling capacity over the strand circumference.
This object is achieved by the sum of the features of claim 1.
With the rapid casting mold according to the invention, it is possible to optimally adapt the length of the post-cooling part to the intended casting speed. A uniformly high cooling capacity can be achieved on the side surfaces and edge zones of the cast strands. Due to the essentially closed design, any breakthroughs within the mold that may be starting are healed. In addition to the high casting performance, additional quality improvements, such as refined, flawless crystal structure, fewer defects on the strand surface and improved strand geometry can be ensured.
The length ratio between the side wall part and the corner zone part, measured in the strand circumference, has a significant influence on the cooling and support effect in the case of strands with a spike-edged strand cross section. In order to achieve cooling and support ratios that are as uniform as possible, it is proposed according to one exemplary embodiment to provide the length ratio measured in the strand circumference between the side wall part and the corner zone part between 3: 1 and 10: 1, preferably between 4: 1 and 6: 1.
According to a further embodiment variant, the length ratio measured in the strand circumference can change continuously in the strand running direction.
Rounded or beveled corners for polygonal cross-sections offer favorable conditions both for solidification in the meniscus area and for subsequent cooling and further processing. In order to cover weak spots in the corner areas of the strand crust and to be able to heal beginning breakthroughs, it is additionally proposed that a length L of the corner zone part is greater than a radius R of fillets in the corners of the mold cavity. The length L of the corner zone part is advantageously chosen 1.5-3 x R.
The adjustment device of each angle plate can be released in different ways. It is important that both the side wall part and the corner zone part support and cool the strand crust as evenly as possible. At the seams between a side wall part and a corner zone part of the adjacent plate, there should also be no dislocations which could damage the strand crust. If, in addition, a certain amount of wear occurs due to the friction between the strand and the angle plates, this should occur as evenly as possible at the interface between two adjacent angle plates. In order to achieve this, it is proposed in the sense of an exemplary embodiment to provide each angle plate with an elastic adjusting device.
The contact forces of the device are applied transversely to the strand support surface of the side wall part. Part of the contact forces is transferred to this corner zone part via stop faces of the side wall part which are in frictional contact with the corner zone part of the adjacent angle plate.
The stop surfaces can be rigidly connected to a support plate. In order to limit the elastic contact force to the corner zone part and to allow the corner zone part to deflect independently of a movement of the side wall part, the stop surfaces can be connected to the support plate via a spring.
In systems with very different casting programs, it may be desirable for the contact force on the strand to be adjustable or for the angle plates to be pulled away from the mold cavity when the start-up strand is retracted. In order to be able to meet these requirements, it is proposed to provide controllable force devices which counteract the elastic contact force in the direction of the mold cavity.
Examples of the invention are explained below with reference to figures.
Show it:
1 is a vertical section through a partially shown mold,
Fig. 2 shows a section along the line II-II of Fig. 1 and
Fig. 3 shows a horizontal section through a corner of an after-cooling part of another example.
1 and 2, 2 denotes a polygonal, in this example a square, multi-stage mold, which consists of a partially shown pouring part 3 and a subsequent after-cooling part 4. The mold cavity 5 of the after-cooling part is, as can easily be seen in FIG. 2, delimited by four elastically adjustable cooling walls in the form of angle plates for 6-6 min min. Each of these cooling walls, which are designed as angle plates, has a side wall part with arrow 8 and a corner zone part with arrow 9, for 6-6 min min min. The angle plates 6-6 min min min are pressed against the mold cavity 5 by two elastic adjustment devices with different points of attack and different adjustment directions, as explained below with reference to the angle plate 6 min.
The side wall part 8 is made elastic by springs 10, which are supported on a support 11, in the direction of the arrows 16, 16 min to the mold cavity 5. The contact force represented by arrow 15 on the corner zone part 9 is applied via protruding lugs 20 of a support plate 17. As a stop surface, the lugs 20 are in frictional contact with the corner zone part 9 and transmit an elastic contact force to the corner stop part 9 in the free stop. The support plate 17 is rigidly connected to the angle plate. The corner zone part 9 of the angle plate 6 min is thus pressed against the mold cavity 5 by the springs 10 (FIG. 1).
The contact forces according to arrows 16, 16 min on the side wall part 8 and the contact force according to arrow 15 on the corner zone part 9 are directed in the case of square cross sections transversely to the side walls of the mold cavity 5 which meet for 6 min in the corner zone of the angle plate.
The springs 10 can be carried by bolts 12 which limit the pitch of the angle plates 6 by stops 13, 14 in both directions of movement. Pneumatic, hydraulic or combinations of such power devices can be used instead of the springs.
The length ratio measured in the strand circumference between the side wall part 8 and the corner zone part 9 is between 3: 1 and 10: 1, preferably between 4: 1 and 6: 1. Depending on the format and the number of corners of the polygonal cross-section, ratios outside the specified limits can also be used. 1, a gap 18 which is inclined in the strand running direction 19 is shown in dash-dot lines. With such an inclined gap arrangement, the length ratio measured in the strand circumference between the side wall part and the corner zone part changes continuously.
Another feature is the ratio of the length L of the corner zone part and a radius R of the fillet in the corners of the mold cavity 5. The relationship L = greater than R, preferably L = 1.5 to 3 x R.
The angle plates 6-6 min min min are each suspended by lever 22 with a bracket 11-11 min min min. The angle plates can follow the strand geometry for 6-6 min min by appropriate dimensioning of the play of the pivot pins 23, 24 or by a cardanic linkage.
In Fig. 1, a controllable power device 34 is connected schematically as a piston-cylinder unit to the carrier 11 min min min. A piston rod of this power device 34 is articulated on the angle plate for 6 minutes and can counteract the elastic contact force by the spring 10. However, the piston-cylinder unit can also position the angle plate towards the mold cavity for 6 minutes during casting and pull the angle plate away from the mold cavity while the start-up strand is being retracted.
3 shows a further exemplary embodiment of a gap formation between a side wall part 28 and a corner zone part 29. A gap 27 is designed to widen outwards by rounding or beveling in such a way that it cannot become clogged by slag, hammer blow, etc. A nose 30 is also designed so that slag and hammer blow can be easily washed away.
In this example, the abutment surface 30 is connected to a support plate 32 via a spring 31 and can move independently of the angle plate 28 in the event of a malfunction in the case of a skewed cross section. By dimensioning the spring plate, the contact forces can be limited to the corner zone part.
It goes without saying that the pouring part is, as a rule, indirectly, as shown in FIG. 1, and the post-cooling part is cooled directly by spray nozzles. However, other known cooling devices can also be used.
The multi-stage mold is moved by an oscillation or vibration device (not shown) during casting.