DE10030223A1 - Stranggießkokille, insbesondere zum Stranggießen von Dünnbrammen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanggießkokille, insbesondere zum Stranggießen von Dünnbrammen, umfassend einen relativ zum vorgesehenen Strangquerschnitt (5) verdickten, sich zumindest teilweise in die Tiefe der Kokille (1) erstreckenden und dabei einen fortschreitend verringerten Abstand der Breitseitenwände (2, 2') aufweisenden Eingießbereich (4), der seitwärts sowie in Strangförderrichtung von insbesondere verstellbaren Schmalseitenwänden (3, 3') begrenzt ist. DOLLAR A - Die Kokille (1) weist in ihren Breitseitenwänden (2) sich jeweils auf gleichen Höhen in horizontalen Ebenen gegenüberstehende, annähernd linear verlaufende und parallel geführte Bereiche (6, 6') auf. DOLLAR A - Die parallel geführten Bereiche (6) folgen in fortschreitend verringerter Höhe der Kokille (1) im Querschnitt einer vertikalen Ebene II-II einer wenigstens teilweise gekrümmten Konturlinie (7 bzw. 7'), die tangential in einen äquidistanten Endbereich (8) der Kokille (1) mündet. DOLLAR A - Zu beiden Seiten des parallel geführten Eingießbereiches (6) folgen vorhandene Bereiche in Richtung auf die Schmalseitenwände (3) in fortschreitend verringerter Höhe jeweils einer im wesentlichen S-förmigen Konturlinie (10), die aus wenigstens zwei miteinander verknüpften gegebenenfalls eine gerade Verbindungslinie aufweisenden Radien (R3, R4) gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille, insbesondere zum Stranggießen von Dünnbrammen, umfassend einen relativ zum vorgesehenen Querschnitt verdick­ ten, sich zumindest teilweise in die Tiefe der Kokille Erstreckenden und dabei ei­ nen fortschreitend verringerten Abstand der Breitseitenwände aufweisenden Ein­ gießbereich, der seitwärts sowie in Strangförderrichtung von insbesondere ver­ stellbaren Schmalseitenwänden begrenzt ist.

Abmessungen des Eingießbereiches einer Kokille werden im wesentlichen durch den Querschnitt des zu vergießenden Stranges, die Abmessungen des Gießroh­ res und dessen Eintauchtiefe in die Schmelze bestimmt.

Aufgrund einer trichterförmigen Formgebung der Breitseitenwände findet in Gieß­ richtung nicht nur eine Verjüngung, sondern auch eine Formänderung des Quer­ schnitts der Kokille statt. Infolgedessen werden der im Entstehen begriffenen Strangschale beim Durchlaufen der Trichterkokille, im Gegensatz zu einer her­ kömmlichen Stranggießkokille mit ebenen Wänden, zusätzliche Verformungen aufgezwungen, die zu Fehlern im Gefüge der Strangschale führen können.

In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass insbesondere beim Dünnbram­ menstranggießen zur Vermeidung von ungünstigen Strömungsverhältnissen der Schmelze der Tauchausguss des Verteilers in das Schmelzbad eingetaucht wer­ den muss. Aufgrund der geringen Brammen- und damit Kokillendicke des Dünn­ brammenstranggießens müssen spezielle Vorkehrungen getroffen werden, um einen Mindestabstand zwischen Tauchausguss und Kokillenwand zu gewährlei­ sten. Hierfür bietet sich an, das Innenmaß der Kokille im Bereich der Mitte ver­ breitet auszubilden. Ein kennzeichnendes Maß für die Verbreiterung, ist der ma­ ximale Abstand der Breitseiten im Gießspiegel im Vergleich zur Nenndicke der Bramme.

Während des Gießprozesses bildet sich an der Innenseite der gekühlten Kokille eine Strangschale aus und wird nach unten abgezogen. Unter der Voraussetzung, dass die noch weiche Strangschale zu jedem Zeitpunkt an der Kokillenwand an­ liegt und durch deren Temperaturverlauf vergleichmäßigt wird, kann die mit der Geometrie der Kokille verbundene Strangdeformation aus deren Innenkontur ab­ geleitet werden. Damit kann die Gestaltung der Kokille unter Berücksichtigung der zu erwartenden Deformation der Strangschale weitgehend optimiert werden.

Neben der Deformation der Strangschale sind aber auch andere wesentliche Kri­ terien zu berücksichtigen, bspw. die Strömung in der Kokille, woraus ersichtlich ist, dass eine hinsichtlich der Deformation optimierte Geometrie nicht unbedingt die optimale Lösung für die Ausbildung der Innenkontur der Kokille darstellt. Bei der Festlegung der Kokillengeometrie muss daher im Einzelfall und insbesondere im Hinblick auf das Schrumpfverhalten der gegossenen Stahlqualität die bestmögli­ che Gestaltung der Trichtergeometrie und dabei insbesondere die Form der Ein­ gießermreiterung nach Testergebnissen und fachmännischer Erfahrung mit dem einzelnen Kunden festgelegt werden.

Dabei wird insbesondere zu berücksichtigen sein, dass es durch die Ausgestal­ tung der horizontalen oder vertikalen Kontur des trichterförmigen Eingießbereichs einer Stranggießkokille möglich ist, die dem Strang auferlegten Verformungen re­ lativ günstig zu verteilen und dadurch die Entstehung und Fehlern des Gußpro­ duktes entgegenzuwirken, wofür der Verlauf der Verjüngung des Kokillenquer­ schnitts in Gießrichtung einer Stranggießkckilfe mit trichterförmigem Eingießbe­ reich von wesentlicher Bedeutung ist.

Wenn bspw. in einem oder mehreren Höhenabschnitten die Verjüngung des Ko­ killenquerschnitts größer als der Schrumpf des Stranges ist, dann werden der Strangschale zusätzliche Verformungen aufgezwungen. In diesem Falle ist ein gleichmäßiger Kontakt zwischen Strangschale und Kokillenwand nicht mehr ein­ wandfrei gewährleistet. Es entstehen daher Bereiche mit unterschiedlich höherer oder tieferer Strangschalentemperatur, wodurch die Entstehung von Fehlern be­ günstigt wird.

Falls die Verjüngung zu klein ist, hebt die Strangschale teilweise von der Kokillen­ wand ab. Infolge der dabei eintretenden Wiedererwärmung in diesem Bereich ent­ stehen hohe thermische Spannungen, die zu Fehlern wie Risse, Einschnürungen und/oder Gefügestörungen führen können.

Die Fehler wirken sich um so gravierender aus, je stärker ein Stahl zu vergleichs­ weise hoher Schrumpfung im Verlauf der Erstarrung und Abkühlung der sich bil­ denden Strangschale neigt.

Die Komplexität dieser Zusammenhänge von Einflussgrößen auf die Ausbildung eines fehlerfreien Stranggießproduktes, insbesondere beim Stranggießen von Dünnbrammen, hat zu einer äußerst breiten Entwicklung von geeigneten Eingieß­ bereichen an Kokillen geführt.

Die EP 0 149 734 beschreibt eine Kokille mit einem trichterförmigen Eingießbe­ reich, der zu den Schmalseitenwänden und in Gießrichtung auf das Format des gegossenen Bandes reduziert ist.

Die EP 0 268 910 schlägt vor, die Breitseitenwände im Eingießbereich in einem ersten Höhenabschnitt im wesentlichen parallel zueinander verlaufen zu lassen und in einem sich daran anschließenden Abschnitt auf die Dicke des Gießformats zurückzuführen, wobei der erste Abschnitt bis unterhalb der beim Gießbetrieb ein­ zustellenden Gießspiegelebene in den Bereich der ersten Strangschalenbildung reicht. Auf diese Weise soll die unterhalb des Gießspiegels noch dünne Strang­ schale verformungsfrei geführt werden.

Die DE 39 07 351 A1 offenbart einen Vorschlag, die horizontale Kontur der Innen­ wandung des Eingießtrichters einer Kokille durch drei sich tangential sich berüh­ rende Kreisbögen zu bilden, deren Radien, in Strangdurchlaufrichtung allmählich größer werdend, in die Kontur der Innenwandung der Kokille übergehen. Auf diese Weise soll die Verformung des Metallgießstranges auf eine größtmögliche Streckenlänge verteilt werden, wodurch Einschnürungen und Rissbildungen in der Strangschale des Metallgießstranges vermieden werden sollen. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Formänderung der Strangschale in einem derart ge­ formten Eingießbereich soll dadurch erreicht werden, dass deren Radien in Strangdurchlaufrichtung mit gleichem oder ungleichem Faktor zunehmen.

Der Erfindung liegt die aus einer Anzahl von Testgüssen gewonnene Erfahrung zugrunde, dass beim Vergießen von zu relativ hoher Schrumpfung neigenden Stählen in einer Kokille mit trichterförmigem Eingießbereich, dessen horizontale Kontur durch sich tangential berührende Kreisbögen mit gleichem Radius gebildet wird, mögliche Fehler auf der Brammenoberfläche fast ausschließlich im mittleren, dem konkaven horizontalen Konturverlauf entsprechenden Bereich des Trichters entstehen können.

Hieraus ist zu folgern, dass eine Verringerung des Fehlerbefalls der Strangober­ fläche erzielt werden kann, wenn die Strangschalenbelastung im mittleren Bereich des Trichters zu Lasten der seitlichen Außenbereiche verringert wird.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trichtergeometrie einer Kokille anzugeben, durch welche bei der Strangschalenbildung eines zu vergleichsweise hoher Schrumpfung neigenden Stahles und insbesondere beim Stranggießen von Dünnbrammen mit entspre­ chend großem Dicken-Längenverhältnis eine deutliche Verringerung des Fehler­ befalls der Brammenoberflächen erreicht wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung eine Ausgestaltung der Trichter­ geometrie einer Stranggießkokille entsprechend den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind entsprechend den Unteransprü­ chen vorgesehen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die vertikale Konturlinie zumindest beginnend im Gießspiegelbereich, einen geraden, geneigten Anteil, einen gebogenen Anteil mit vorzugsweise konstantem Krümmungsradius sowie einen senkrechten geraden Anteil aufweist, die jeweils tangential ineinander über­ gehen.

Beispielsweise sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der parallel geführte Bereich der Breitseitenwände jeweils wenigstens 50% des Abstandes der Schmalseitenwände beträgt.

Und weiterhin sieht eine erfindungswesentliche Ausgestaltung der Stranggießko­ kille bzw. ihres Eingießtrichters vor, dass die gekrümmte vertikale Konturlinie der parallel geführten Bereiche eine Kreisbahn ist, welche einen Radius von 20 bis 25 m aufweist.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste­ henden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 in Draufsicht den trichterförmigen Eingießbereich einer Kokille,

Fig. 2 einen Querschnitt des Eingießbereiches nach einer vertikalen Schnittebene II-II in Fig. 1,

Fig. 3 im Horizontalschnitt ein Endteil der Kokille mit Verlauf zur Schmal­ seitenwand,

Fig. 4 einen Querschnitt einer alternativen vertikalen Kontur der Trichterko­ kille.

Die in der Fig. 1 gezeigte Draufsicht auf die Kokille 1 und insbesondere ihren Eingießbereich 4 lässt erkennen, dass die Kokille 1 an ihren Breitseitenwänden 2 sich jeweils auf gleichen Höhen in horizontalen Ebenen gegenüberstehende, an­ nähernd linear verlaufende und parallel geführte Bereiche 6, 6' aufweist. Zu beiden Seiten des Eingießbereichs 6, 6', an dessen horizontaler Innenkontur 17, schließt sich in Richtung 9 der Schmalseitenwände je eine im wesentlichen S-förmige Konturlinie 10 an, die aus zwei Radien R₁, R₂ und einer kurzen geraden Verbin­ dungslinie 10' gebildet ist.

Damit wird erreicht, dass beim Vergießen von vergleichsweise hoher Schrump­ fung neigenden Stählen Fehler auf der Brammenoberseite insbesondere in den mittleren, annähernd linear verlaufenden und parallel geführten Bereichen 6, 6' verringert werden. Der parallel geführte Bereich 6, 6' der Breitseitenwände 2, 2' beträgt jeweils wenigstens 50% des Abstandes der Schmalseitenwände 3, 3' zu­ einander.

Wie ergänzend hierzu aus der Fig. 2 ersichtlich ist, folgen die parallel geführten Bereiche 6, 6' in fortschreitend verringerter Höhe der Kokille im Querschnitt der Ebene II-II einer gekrümmten vertikalen Konturlinie 7 bzw. 7', die tangential in ei­ nen äquidistanten Endbereich 8 der Kokille 1 mündet.

Und weiterhin ist dazu aus der Fig. 3 erkennbar, dass zu beiden Längsseiten des Eingießbereiches 4 vorhandene Bereiche zu den Schmalseitenwände 3 in fort­ schreitend verringerter Höhe jeweils einer S-förmigen Konturlinie 10 folgen kön­ nen, die aus zwei gleich großen, in einem Wendepunkt W miteinander verknüpften Radien R3, R4 gebildet sind.

In der Fig. 2 ist gezeigt, dass die vertikale Konturlinie 7 einen kleineren Krüm­ mungsradius 15 aufweist, als die gestrichelt dargestellte Konturlinie 7'. Diese stellt den Idealzustand einer einheitlichen Kreisform mit äußerst großem Radius von bspw. 5 m Länge dar. Bei etwas geringerem Volumen des Eingießbereiches 4 vermeidet die Konturlinie 7' eine Umlenkung in ihrer Kreisform, wodurch Span­ nungsdifferenzen durch Zug- und Druckkräfte in der Strangschale 13 vermieden werden. Im Sonderfall kann die gekrümmte Konturlinie 7 der parallel geführten Bereiche 6 eine Kreisbahn 7' mit einem Radius von 20-25 m aufweisen. In einer solchen Ausgestaltung des Eingießbereiches in der Kokille würde zur Vermeidung von starken Strömungsbewegungen der Schmelze die Eintauchtiefe des Tauch­ gießrohres 11 entsprechend verringert werden. Der Abstand der Austrittsöffnung 18 des Tauchgießrohres 11 von der Spiegelhöhe S der Schmelze ist insbesondere nach Maßgabe der Gießgeschwindigkeit und nach Erfahrungswerten zu optimie­ ren.

Alternativ kann jedoch die gekrümmte Konturlinie 7 bzw. 7' ein Polygonzug sein, dessen Krümmung in fortschreitend verringerter Höhe zunimmt.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind infolge der gezeigten Ausgestaltung des Eingießbereichs die Übergänge 15, 15' bzw. 16, 16' zwischen dem Verjüngungs­ bereich 14 und den parallelen, vertikalen Wandbereichen 2a, 2b der Breitseiten­ wände 2, 2' mit Radien von wenigstens 2 bis 5 m ausgebildet. Dadurch bleiben in diesen Übergangsbereichen 2a, 2b die Biegebeanspruchung der im Entstehen begriffenen Strangschale 13 vergleichsweise gering belastet, insbesondere auch deshalb, weil die Bereiche 6, 6' der Längsseitenwände 2, 2' infolge ihrer parallelen Ausrichtung nur in einer Ebene, nämlich in der Schnittebene II-II verformt werden. Dadurch bleibt der innere Spannungszustand der Strangschale in zulässigen Grenzen, wodurch Oberflächenfehler im gegossenen Strang 13 vermieden werden können.

Dem Eingießbereich 4 können wenigstens zwei im Abstand angeordnete Tauch­ gießrohre 11, 11' zugeordnet sind. Dadurch werden turbulente Strömungszustän­ de im Eingießbereich weitestgehend vermieden. Es handelt sich dabei um eine Maßnahme, die im Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Formgebung des Eingießbereiches 4 einen wesentlichen Beitrag zur Vermeidung von Gefüge­ störungen im ausgetragenen Gussstrang 13 beiträgt. Dieses Ergebnis wird auch dadurch noch verbessert, dass die beiden Breitseitenwände 2, 2' im Verjüngungs­ bereich 14 einen Spreizwinkel einschließen, der nicht größer ist als 30°.

Fig. 4 zeigt eine Variante der vertikalen Konturlinie der Kokillenplatte. Diese beginnt in Höhe des Gießspiegels als gegenüber der Senkrechten geneigten Gera­ den 19, gefolgt von einer Konturlinie 20 mit konstantem Krümmungsradius, an die sich eine senkrechte Konturlinie 21 anschließt. Die Anteile 19, 20, 21 der vertika­ len Kontur gehen jeweils tangential ineinander über. Diese Kontur der Kokillenin­ nenwand gewährleistet den notwendigen Abstand 22 zum Tauchrohr 11.

Nach allem eignet sich die erfindungsgemäße Ausbildung der Kokille 1 insbeson­ dere zum Stranggießen von Dünnbrammen aus peritektischen Stählen bei erhöh­ ten Gießgeschwindigkeiten von bspw. 6 m/min und mehr.

Claims (11)

1. Stranggießkokille, insbesondere zum Stranggießen von Dünnbrammen, umfassend einen relativ zum vorgesehenen Strangquerschnitt (5) verdick­ ten, sich zumindest teilweise in die Tiefe der Kokille (1) erstreckenden und dabei einen fortschreitend verringerten Abstand der Breitseitenwände (2, 2') aufweisenden Eingießbereich (4), der seitwärts sowie in Strangförderrich­ tung von insbesondere verstellbaren Schmalseitenwänden (3, 3') begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kokille (1) in ihren Breitseitenwänden (2) sich jeweils auf gleichen Höhen in horizontalen Ebenen gegenüberstehende, annähernd linear verlaufende und parallel geführte Bereiche (6, 6') auf­ weist,
dass die parallel geführten Bereiche (6) in fortschreitend verringerter Höhe der Kokille (1) im Querschnitt einer vertikalen Ebene II-II einer wenigstens teilweise gekrümmten Konturlinie (7, bzw. 7') folgen, die tangential in einen äquidistanten Endbereich (8) der Kokille (1) mündet, und
dass zu beiden Seiten des parallel geführten Eingießbereiches (6) vorhandene Bereiche in Richtung auf die Schmalseitenwände (3) in fortschreitend verringerter Höhe jeweils einer im wesentlichen S-förmigen Konturlinie (10) folgen, die aus wenigstens zwei miteinan­ der verknüpften gegebenenfalls eine gerade Verbindungslinie auf­ weisenden Radien (R3, R4) gebildet sind.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Konturlinie (7) zumindest beginnend im Bereich des Gießspiegels einen geraden, aber geneigten Anteil (19), einen gebogenen Anteil (20) mit vorzugsweise konstantem Krümmungsradius sowie einen senkrechten geraden Anteil (21) aufweist, die jeweils tangential ineinander übergehen.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel geführte Bereich (6) der Breitseitenwände (2) jeweils we­ nigstens 50% des Abstandes der Schmalseitenwände (3) beträgt.

4. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Konturlinie (7) der parallel geführten Bereiche (6) eine Kreisbahn (7') ist.

5. Stranggießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisbahn (7') einen Radius von 20 bis 25 m aufweist.

6. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Konturlinie (7) ein Polygonzug ist, dessen Krümmung in fortschreitend verringerter Höhe zunimmt.

7. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Kontur wenigstens teilweise (7) der Form einer Klothoide nachgebildet ist.

8. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingießbereich (4) wenigstens zwei im Abstand angeordnete Tauchgießrohre (11, 11') zugeordnet sind.

9. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsbereich (12) der Dickenreduktion unterhalb des Gieß­ spiegels (S) der Schmelze bis hin zur Dicke (D) des Gussstranges (13) eine Verjüngung (14) mit einem Radius von wenigstens 25 m aufweist.

10. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge (15, 16) des Verjüngungsbereiches (14) zu den parallelen, vertikalen Wandbereichen (2a, 2b) der Breitseitenwände (2, 2') mit Radien von wenigstens 2 bis 5 m ausgebildet sind.

11. Stranggießkokille nach einem der mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Breitseitenwände (2, 2') im Verjüngungsbereiche (14) einen Spreizwinkel einschließen, der nicht größer ist als 30°.