CH693561A5 - Giessvorrichtung zum Stranggiessen von Metallen. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Giessvorrichtung zum Stranggiessen von Metallen, insbesondere Stahl, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 



  Beim Stranggiessen wird in einer Stranggiesskokille in einem durch eine oder mehrere gekühlte Formhohlraumwände begrenzten Formhohlraum, in den kontinuierlich eine Metallschmelze gegossen wird, ein zumindest in einer äusseren Strangkruste erstarrter Strang durch Abkühlen der Metallschmelze gebildet und kontinuierlich aus einer Austrittsöffnung ausgezogen. An die Werkstoffe, die für die Herstellung der den Formhohlraum begrenzenden Formhohlraumwände verwendet werden, sind extreme Anforderungen zu stellen, die zu Kompromissen bei der Materialwahl zwingen. Die Formhohlraumwände müssen einerseits hochtemperaturbeständig sein und eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

   Andererseits sollen die Formhohlraumwände möglichst lange dem unvermeidbaren Verschleiss standhalten, dem sie beim Strangauszug auf Grund der Wechselwirkung mit der in Strangauszugsrichtung bewegten Strangoberfläche ausgesetzt sind. 



  Wegen der Anforderungen bezüglich der thermischen Eigenschaften spielen Kupfer oder Kupferlegierungen als Werkstoff für Formhohlraumwände eine wichtige Rolle. Aus diesen Materialien gefertigte Formhohlraumwände sind aber auf Grund ihrer geringen Härte, insbesondere beim Giessen von Metallen hoher Festigkeit, beispielsweise Stahl, einem starken Verschleiss unterworfen, der ihre Lebensdauer begrenzt. Die Abnützungserscheinungen sind besonders ausgeprägt in Wandbereichen in der Nähe der Austrittsöffnung. 



  Zur Erhöhung der Verschleissfestigkeit von Kokillenwänden sind bisher verschiedene Ansätze entwickelt worden. Beispielsweise wird in JP 08-187 555 vorgeschlagen, zur Verbesserung der Verschleissfestigkeit einer aus einer Kupferlegierung gefertigten Formhohlraumwand auf die formhohlraumseitige Oberfläche der Wand eine dünne Beschichtung aus wahlweise Ni, Co, Cr, Fe oder verschiedener Legierungen dieser Metalle aufzutragen. Trotz der Beschichtungen werden die Formhohlraumwände abgenützt, insbesondere an der Austrittsöffnung. Wegen der hohen mechanischen Belastungen können die Beschichtungen beschädigt werden, sie können sich beispielsweise stellenweise ablösen. 



  Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Giessvorrichtung zum Stranggiessen von Metallen zu schaffen, die einen verbesserten Schutz der Formhohlraumwände vor Verschleiss beim Strangauszug gewährleistet und eine längere Lebensdauer der Formhohlraumwände ermöglicht. 



  Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Giessvorrichtung mit den Merkmalen gemäss Anspruch 1. 



  Bei der erfindungsgemässen Giessvorrichtung ist einer Kokille, deren Formhohlraumwand bzw. Formhohlraumwände vor Verschleiss zu schützen sind, eine Stützvorrichtung für einen aus der Austrittsöffnung der Kokille herausziehbaren Strang in Strang-auszugsrichtung nachgeordnet. Die Stützvorrichtung umfasst eine oder mehrere Stützwände für den Strang. Die Stützwände sind so angeordnet, dass die vom Strang beim Strangauszug an der Austrittsöffnung auf eine Formhohlraumwand ausgeübte Anpresskraft einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet.

   Ohne die Stützwände der Stützvorrichtung sind die Formhohlraumwände der Kokille u.a. belastet auf Grund des auf die Strangkruste wirkenden ferrostatischen Druckes im flüssigen Kern des Stranges und die Kräfte, die der aus der Austrittsöffnung der Kokille herausragende Teil des Stranges auf die ihn stützenden Bereiche der Formhohlraumwände ausübt. Diese Belastung ist maximal unmittelbar an der Austrittsöffnung. Dank der der Kokille nachgeordneten Stützvorrichtung wird ein Teil der auf eine Formhohlraumwand wirkenden Anpresskräfte von den Stützwänden der Stützvorrichtung übernommen. Die auf die Formhohlraumwände wirkenden Anpresskräfte werden deshalb reduziert. So nimmt die mechanische Beanspruchung der Formhohlraumwände ab und der Verschleiss der Formhohlraumwände wird folglich vermindert.

   Durch geeignete Positionierung und Dimensionierung der Stützwände kann erreicht werden, dass die auf die Formhohlraumwände wirkenden Anpresskräfte auf ein Minimum reduziert werden, wobei eine ausreichende Kühlung der Formhohlraumwände gewährleistet ist. Auf diese Weise wird realisiert, dass die auf die Formhohlraumwände wirkenden Anpresskräfte eine vorgebbare kritische Grenze, die ein Mass für den im Giessbetrieb zu erwartenden Verschleiss definiert, nicht überschreitet. Der Werkstoff für die Stützwände muss nicht eine ähnlich gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen wie der Werkstoff für die Formhohlraumwände und kann deshalb bevorzugt hinsichtlich der Verschleissfestigkeit bei Beanspruchung durch Strangauszug optimiert werden.

   Wird jede Stützwand aus einem Werkstoff gefertigt, der eine grössere Verschleissfestigkeit gewährleistet als der Werkstoff für die Formhohlraumwände, so werden nicht nur die Formhohlraumwände der Kokille vor Verschleiss geschützt; die erfindungsgemässe Giessvorrichtung, bestehend aus einer Kokille mit der angegebenen Stützvorricht ung, hat dann auch eine längere Lebensdauer als die Lebensdauer, die die Kokille ohne die in Stranglaufrichtung nachgeordnete Stützvorrichtung hätte. 



  Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Giessvorrichtung ist jede Stützwand als auswechselbares Verschleissteil ausgebildet. Stützwände können so bei Bedarf ausgetauscht werden, ohne Rücksicht auf den Zustand der Kokille nehmen zu müssen. Eine lösbare Halterung für die Stützwände kann so ausgebildet sein, dass jede Stützwand beim Schliessen der Halterung automatisch - ohne weitere Feinjustagen - die gewünschte Position relativ zur Austrittsöffnung und somit relativ zur Laufbahn eines aus der Austrittsöffnung ausgezogenen Stranges einnimmt. 



  Bei einer weiteren Ausführungsform bildet die Gesamtheit der Stützwände eine ringförmige Einheit. Stützwände, die einen Strang längs verschiedener Abschnitte einer Umfangslinie eines Strangquerschnitts stützen, sind zu einer Einheit verbunden und können als Gesamtheit ausgetauscht bzw. positioniert werden. Die Stützwände begrenzen eine Durchgangsöffnung für den Strang mit einer Querschnittsfläche, die kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Formhohlraums an der Austrittsöffnung ist. Durch eine geeignete Wahl der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung kann - je nach Abstand der Stützwände von der Austrittsöffnung - der thermischen Schrumpfung des Stranges Rechnung getragen werden, die gewöhnlich mit wachsendem Abstand von der Austrittsöffnung zunimmt.

   Durch eine geeignete Anordnung der Stützwände wird eine optimale Zentrierung eines aus der Austrittsöffnung he-rausgezogenen Stranges erreicht, mit dem Effekt, dass die an der Austrittsöffnung auf die Formhohlraumwand wirkenden Kräfte möglichst gleichmässig längs des Strangumfangs verteilt sind und einen möglichst geringen Verschleiss der Formhohlraumwand bewirken. 



  Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Giessvorrichtung ist für jede Stützwand am austrittsseitigen Ende der Formhohlraumwand eine Anpressfläche vorgesehen, die an eine Kontaktfläche der jeweiligen Stützwand angepasst ist, wobei die ei-nander entsprechenden Anpress- und Kontaktflächen mit geeigneten Befestigungsmitteln in formschlüssiger Verbindung gehalten werden. Bei dieser Konfiguration wird eine Ansammlung von Verschmutzungen zwischen der Austrittsöffnung und den Stützwänden vermieden. Vorteilhaft ist ein formhohlraumseitig stufenlos ausgebildeter Übergang zwischen einer Formhohlraumwand und einer entsprechenden Stützwand der Stützvorrichtung, um einen möglichst störungsfreien Strangauszug zu ermöglichen. 



   Bei einer weiteren Fortbildung der erfindungsgemässen Giessvorrichtung ist die Stützvorrichtung direkt an der Formhohlraumwand befestigt. Diese Anordnung erlaubt eine präzise Positionierung von Stützwänden mit einfachen Mitteln und ermöglicht, dass die Stützvorrichtung einer Längsdehnung der Formhohlraumwände folgt. 



  Als Werkstoffe für Stützwände kommen verschiedene Materialien, die bei hohen Temperaturen eine hohe Verschleissfestigkeit zeigen, infrage, beispielsweise wärmebehandelter Stahl, geeignet beschichtete Materialien, Sintermetall und/oder keramische Werkstoffe. 



  Die Erstreckung der Stützwände in Stranglaufrichtung kann - verglichen mit der Längserstreckung der Formhohlraumwand - verhältnismässig kurz bemessen werden. Während die Länge einer Formhohlraumwand gewöhnlich mehr als 600 mm beträgt, wirken bereits Stützwände mit einer Erstreckung in Stranglaufrichtung von mehr als 10 mm, beispielsweise im Bereich zwischen 10 mm und 50 mm, verschleissmindernd auf die Formhohlraumwand. 



  Für die Realisierung der erfindungsgemässen Giessvorrichtung sind beliebige Stranggiesskokillen, beispielsweise Rohrkokillen und Plattenkokillen, geeignet. 



  Im Folgenden wird die Erfindung erläutert anhand verschiedener Ausführungsbeispiele. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Giessvorrichtung mit einer Kokille und einer Stützvorrichtung für den Strang; 
   Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch mit einer Variante der Stützvorrichtung und 
   Fig. 3 einen Schnitt durch die Stützvorrichtung in Fig. 2 längs der Linie 3-3 in Fig. 2. 
 



  Die Giessvorrichtung in Fig. 1 umfasst eine Kokille 1 zum Giessen eines Stranges und eine Stützvorrichtung 40 für den Strang. Die Kokille 1 weist Formhohlraumwände 10 auf, die von einem beidseitig offenen Rohr gebildet sind. Die Formhohlraumwände 10 grenzen einen Formhohlraum 15 mit einer Eingiessöffnung 11 für eine Metallschmelze und einer Austrittsöffnung 12 für einen in Stranglaufrichtung 16 aus dem Formhohlraum 15 herausziehbaren Strang ab. Die Formhohlraumwände 10 sind auf der dem Formhohlraum 15 abgewandten Seite wasserdicht, beispielsweise abgedichtet mit Dichtungen 22, an der Eingiessöffnung 22 bzw. der Austrittsöffnung 12 umschlossen von ringförmigen Flanschen 20 bzw. 21. Die äusseren Ränder der Flansche 20 und 21 sind mittels eines Kokillenmantels 25 verbunden, der zwischen den Formhohlraumwänden 10 und den Flanschen 20 und 21 einen Wassermantel 27 bildet.

   Der Wassermantel 27 ist zur Kühlung der Formhohlraumwände 10 mit Kühlwasser durchströmbar und zu diesem Zweck mit einem Kühlwassereinlass 28 und einem Kühlwasserausfluss 29 versehen. Im Wassermantel 27 ist ein die Formhohlraumwände 10 umschliessendes Wasserleitblech 26 angeordnet, um einen in den Kühlwassereinlass 28 einströmenden Kühlwasserfluss längs der Formhohlraumwände 10 zu führen. 



  Die Stützvorrichtung 40 ist - der Kokille 1 in Stranglaufrichtung 16 nachgeordnet - in einem Sitz 51 im Flansch 21 mittels einer Klemmvorrichtung 50 in der Nähe der Austrittsöffnung 12 gehalten. Die Stützvorrichtung 40 hat die Form einer ringförmigen Scheibe mit einer Durchgangsöffnung 45 für einen aus der Austrittsöffnung 12 austretenden Strang. Die Durchgangsöffnung 45 wird von Stützwänden 41 begrenzt, die derart in Stranglaufrichtung 16 angeordnet sind, dass ein aus der Austrittsöffnung 12 austretender Strang in der Durchgangsöffnung 45 auf dem Umfang eines Strangquerschnitts an den Stützwänden 41 anliegt. 



  Da ein im Formhohlraum 15 gegossener Strang in der Austrittsöffnung 12 idealerweise an den Formhohlraumwänden 10 anliegt, hat die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung 45 die Form der Querschnittsfläche des Formhohlraums 15 an der Aus-tritts-öffnung 12, gegebenenfalls korrigiert um das vorhersagbare Mass thermisch bedingter Dimensionsänderungen auf Grund der sich aus den Giessbedingungen ergebenden Variationen der Temperatur des Stranges in Stranglaufrichtung 16 auf dem Weg zwischen Austrittsöffnung 12 und Durchgangsöffnung 45. Eine Abnahme der Oberflächentemperatur des Stranges in Stranglaufrichtung 16 vorausgesetzt, ist die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung 45 kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Formhohlraums 15 an der Austrittsöffnung 12 zu wählen, abhängig vom Abstand der Stützvorrichtung 40 von der Austrittsöffnung 12. 



  Beim Auszug eines Stranges aus dem Formhohlraum 15 übernimmt die Stützvorrichtung 40 die Funktion eines Stützelementes für den aus der Austrittsöffnung 12 herausragenden Abschnitt des Stranges an Stelle der austrittsseitigen Enden der Formhohlraumwände 10, die diese Stützfunktion bei Abwesenheit der Stützvorrichtung 40 innehaben. Die Stützvorrichtung reduziert folglich die mechanische Beanspruchung beim Strangauszug und somit den Verschleiss der Formhohlraumwände 10 in der Nähe der Kanten 13. 



   Der Abstand zwischen der Stützvorrichtung 40 und den Kanten 13 ist mindestens so bemessen, dass genügend Spielraum für eine thermische Längenänderung der Formhohlraumwände 10 während des Giessbetriebs besteht. Um einen bequemen Austausch der Stützvorrichtung 40 zu ermöglichen, ist der Sitz 51 so geformt, dass die Stützvorrichtung 40 beim Einsetzen in den Sitz 51 selbstjustierend die gewünschte Position bezüglich der Austrittsöffnung 12 einnimmt. 



  Die Fig, 2 und 3 zeigen eine Variante der Giessvorrichtung mit einer modifizierten Stützvorrichtung 42. Die Stützvorrichtung 42 ist im Unterschied zur Anordnung in Fig. 1 mit lösbaren Befestigungsmitteln 55 direkt am austrittsseitigen Ende der Formhohlraumwände 10 fixiert, wobei Anpressflächen 14 an den austrittsseitigen Enden der Formhohlraumwände 10 mit entsprechenden Kontaktflächen 43 an den Stützwänden 41 in formschlüssiger Verbindung gehalten sind. Die Formhohlraumwände 10 und die Stützwände 41 grenzen formhohlraumseitig stufenlos aneinander. 



  Die Fig. 2 und 3 zeigen eine vereinfachte Darstellung. Im Bild in Fig. 3 wurde auf die Darstellung der Befestigungsmittel 55 verzichtet. Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Art der Kühlung der Formhohlraumwände nicht wesentlich ist, zeigt Fig. 2 - von den Formhohlraumwänden 10 abgesehen - keine weiteren Details der Kokille 1. In weiteren Varianten der Giessvorrichtung ist es denkbar, die Wassermantelkühlung für die Formhohlraumwände 10 beispielsweise durch eine Sprühkühlung zu ersetzen oder eine Kühlung für die Stützvorrichtungen 40 bzw. 42 vorzusehen. Abweichend von den Beispielen gemäss Fig. 1-3 könnten auch Stützvorrichtungen, die aus separaten Stützwänden aufgebaut sind, verwendet werden. 



  Als Werkstoffe für die Stützwände 41 kommen - insbesondere in Hinblick auf das Stranggiessen von Stahl - verschiedene Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Verschleissfestigkeit infrage, beispielsweise wärmebehandelter Stahl, Sintermetall und/oder keramische Werkstoffe. Die Verschleissfestigkeit von Werkstoffen kann gegebenenfalls durch spezielle Oberflächenbehandlungen, beispielsweise Beschichtungen, erzielt bzw. verbessert werden.

Claims (11)

1. Giessvorrichtung zum Stranggiessen von Metallen, insbesondere Stahl, mit einer Kokille (1), die mindestens eine Formhohlraumwand (10) umfasst, welche einen Formhohlraum (15) und eine Austrittsöffnung (12) für einen Strang begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kokille (1) in Stranglaufrichtung (16) nachgeordnet eine Stützvorrichtung (40, 42) für den Strang angeordnet ist, welche mindestens eine Stützwand (41) für den Strang aufweist, wobei jede Stützwand (41) derart angeordnet ist, dass die von einem Strang bei einem Strangauszug an der Austrittsöffnung (12) auf die jeweilige Formhohlraumwand (10) ausgeübte Anpresskraft einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet, und jede Stützwand (41) aus einem Werkstoff mit grösserer Verschleissfestigkeit als der Werkstoff der jeweiligen Formhohlraumwand (10) besteht.

2.

Giessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stützwand (41) als auswechselbares Verschleissteil ausgebildet ist.

3. Giessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit der Stützwände (41) eine ringförmige Einheit (40, 42) bilden.

4. Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwände (41) eine Durchgangsöffnung (45) für den Strang bilden mit einer Querschnittsfläche, die kleiner oder gleich der Querschnittsfläche des Formhohlraums (15) an der Austrittsöffnung (12) ist.

5.

Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass am austrittsseitigen Ende (12) der jeweiligen Formhohlraumwand (10) eine Anpressfläche (14) für die Stützwand (41) vorgesehen ist, die Stützwand (41) eine an die Anpressfläche (14) angepasste Kontaktfläche (43) aufweist und Befestigungsmittel (50, 55) vorgesehen sind, um die Kontaktfläche (43) in formschlüssiger Verbindung mit der Anpressfläche (14) zu halten.

6. Giessvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Formhohlraumwand (10) und die jeweilige Stützwand (41) formhohlraumseitig stufenlos aneinander grenzen.

7. Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (42) an der jeweiligen Formhohlraumwand (10) befestigt ist.

8.

Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit aller Formhohlraumwände (10) ein Rohr bilden.

9. Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die jeweilige Formhohlraumwand (10) Kupfer oder eine Kupferlegierung vorgesehen ist.

10. Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die jeweilige Stützwand (41) wärmebehandelter Stahl, Sintermetall und/oder Keramik vorgesehen ist.

11. Giessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der jeweiligen Stützwand (41) in Stranglaufrichtung (16) zwischen 10 mm und 50 mm beträgt.