DE102008007082A1

DE102008007082A1 - Flüssigkeitsgekühlte Kokille zum Stranggießen von Metallen

Info

Publication number: DE102008007082A1
Application number: DE102008007082A
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter Dr. Wobker; Gerhard HUGENSCHÜTT; Thomas Rolf
Original assignee: KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-05-07
Also published as: CA2642355C; ES2502891T3; US20090139684A1; RU2477194C2; KR101504767B1; CA2642355A1; BRPI0804739A2; RU2008143338A; CN101422810B; HK1131931A1; TW200936273A; US8051893B2; BRPI0804739B1; TWI522190B; JP2009113116A; CN101422810A; KR20090045111A; JP5578780B2

Abstract

Flüssigkeitsgekühlte Kokille zum Stranggießen von Metallen, umfassend Kokillenplatten (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und Adapterplatten (3), an welchen die Kokillenplatten (2) über Befestigungsbolzen (12) befestigt sind. Die Kokillenplatten (2) sind zusätzlich zu den Befestigungsbolzen (12) über in ihren Kopf- und Fußbereichen (20, 21) angeordnete Haltebleche (19) mit den Adapterplatten (3) gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Kokille zum Stranggießen von Metallen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es zählt zum Stand der Technik, kupferne Kokillenplatten aus massiven Cu-Blöcken herauszuarbeiten, insbesondere wenn es sich bei den Kokillenplatten um einen Bestandteil einer Breitseitenplatte einer Beam Blank-Kokille handelt. Eine Beam Blank-Kokille dient zur gießtechnischen Erzeugung eines Doppel-T-Vorprofils, das nach dem Gießen walztechnisch weiterverarbeitet wird. Durch spanabhebende Bearbeitung der Cu-Blöcke werden. die Gießflächengeometrie und auch die Kühlkanalgeometrie erzeugt. Die Kokillenplatten sind sehr dickwandig. Auf Grund dieses Konstruktions- und Fertigungsprinzips sind die Möglichkeiten, die Kühlspaltgeometrie anforderungsgerecht zu gestalten, eingeschränkt. Des Weiteren werden thermische Dehnungen der gießflächennahen Bereiche, die als Folge des Wärmeeintrags durch die Metallschmelze entstehen, auf Grund der dickwandigen und daher steifen Ausführung der Kokillenplatte behindert, wodurch die Betriebsbelastung in den gießflächennahen Bereichen erhöht wird.
Im Hinblick auf den Sachverhalt, dass bislang die kupferne Kokillenplatte in aller Regel dickwandig ausgebildet wurde, wobei die Befestigungsbolzen zur Verbindung der Kokillenplatte mit der Adapterplatte typischerweise größer als M 16 gewählt wurden, bestand keine Schwierigkeit, größere Abstände zwischen den Befestigungsbolzen einzuhalten. Im Zuge des Übergangs auf dünnwandigere Kokillenplatten kann auf Grund der begrenzten Einschraubtiefe der Befestigungsbolzen nur noch mit Befestigungsbolzen gearbeitet werden, die kleiner oder gleich M 16 sind. Infolge der Belastungen der Kokillenplatte während des Stranggießens in Form von Wärmedehnungen, Kühlwasserdruck, Klemmkräften, der Verspannung zwischen der Kokillenplatte und der Adapterplatte sowie des limitierten Raums für die Befestigung der Kokillenplatte an der Adapterplatte entsteht insbesondere in den Kopf- und Fußbereichen der Breitseitenplatte das Problem, eine formstabile Fixierung der dünnwandigen Kokillenplatte zu gewährleisten.
Auch ist die konventionelle Verspannung der Kokillenplatte und der Adapterplatte mittels Befestigungsbolzen auf Grund der notwendigen Abdichtung der Kokillenplatte zur Adapterplatte störend, da eine Dichtung um die Befestigungsbolzen herumgeführt werden muss. Außerdem führen im Randbereich angeordnete Befestigungsbolzen zu zusätzlichen ungekühlten bzw. schlecht gekühlten Bereichen der Kokillenplatte. Schließlich kommt bei einer Beam Blank-Kokille erschwerend die spezielle Geometrie einer Breitseitenplatte im Bereich der gerundeten Übergänge zwischen den Schenkeln und dem mittleren Steg einerseits bzw. den Schenkeln und den randseitigen Flanschen andererseits hinzu. Hier müssen hohe Druckkräfte übertragen werden, ohne aber genügend Platz für eine ausreichende Anzahl an Befestigungsbolzen zu haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kokille, insbesondere eine Beam Blank-Kokille, zum Stranggießen von Metallen zu schaffen, bei der eine dünnwandige Kokillenplatte, insbesondere in ihren problematischen Kopf- und Fußbereichen, einwandfrei mit einer Adapterplatte verbunden werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß sind die Kokillenplatte und die Adapterplatte in ihren Kopf- und Fußbereichen gezielt mittels Halteblechen miteinander gekoppelt. Die Verbindung der Kokillenplatte mit der Adapterplatte erfolgt mithin auf Grund einer Kombination an sich bekannter Befestigungsbolzen einerseits und neuartiger Haltebleche in den Kopf- und Fußbereichen von Kokillenplatte und Adapterplatte andererseits. Hierbei sind die Haltebleche mit der Adapterplatte fest verbunden. Die Kopplung der Haltebleche mit der Kokillenplatte ist demgegenüber so gestaltet, dass die Haltebleche keine Bewegung der Kokillenplatte in Richtung zum Formhohlraum der Kokille zulassen. Die Kokillenplatte kann sich jedoch in Quer- und Vertikalrichtung dehnen, um die Materialspannungen zu minimieren, die während des Stranggießens durch die thermische Belastung der Kokillenplatte hervorgerufen werden. Besonders vorteilhaft ist es im Rahmen der Erfindung, dass auf Grund der Haltebleche eine ganzflächige optimale Kühlung der Kokillenplatte bis in die unmittelbaren Kopf- und Fußbereiche hinein gewährleistet ist.
Bei der Kokille handelt es sich insbesondere um eine Beam Blank-Kokille, wobei die Kokillenplatte bevorzugt Bestandteil einer Breitseitenplatte der Beam Blank-Kokille ist. Es kann sich bei der Kokille auch um eine Brammen- oder Dünnbrammenkokille handeln.
Die Kopplung der Kokillenplatte mit der Adapterplatte über Haltebleche in den Kopf- und Fußbereichen erlaubt es darüber hinaus, in unmittelbarer Nachbarschaft der Haltebleche gerade verlaufende Dichtungen vorbeizuführen, ohne dass deren Verlauf durch hier üblicherweise angeordnete Befestigungsbolzen gestört wird. Bevorzugt sind die Dichtungen in Nuten der Adapterplatte eingebettet und liegen an der Rückseite der Kokillenplatte an.
Die Befestigungsbolzen greifen bevorzugt in rückseitig der Kokillenplatte vorstehende, inselartige Plateau-Sockel, die zumindest teilweise in den Kühlspalt zwischen der Kokillenplatte und der Adapterplatte hineinragen und eine an die Strömungsrichtung des Kühlmediums angepasste stromlinienförmige Gestalt besitzen.
Die Fertigungskosten der erfindungsgemäßen Breitseitenplatte sind deutlich günstiger als bei der herkömmlichen Fertigung. Außerdem können Cu-Werkstoffe höherer Festigkeiten wie CuAg, CuCrZr, CuCoBe oder CuNiBe verwendet werden. Die Kokillenplatte kann sowohl aus dem Vollen gearbeitet sein als auch aus vorgeformtem Blech hergestellt werden.
Vorteilhaft greifen die Haltebleche mit insbesondere großflächigen Vorsprüngen in kopf- und fußseitige Ausnehmungen der Adapterplatte ein. Außerdem können sie hier mit der Adapterplatte verschraubt und können zudem randseitig mit der Kokillenplatte über Nut/Federausbildungen gekoppelt sein. Es ist hierbei von Vorteil, dass sowohl im Kopf- als auch im Fußbereich jeweils zwei Haltebleche vorgesehen werden. Dies erleichtert nicht nur ihre Montage, sondern auch die Demontage der Haltebleche auf Grund der im Betrieb in der Kokillenplatte erzeugten großen Spannungen.
Im Hinblick darauf, dass die Haltebleche mit Vorsprüngen in kopf- und fußseitige Ausnehmungen der Adapterplatte eingreifen, finden sie einen sicheren Halt und bilden auf Grund dessen ein einwandfreies Widerlager zur thermisch bedingten, begrenzt beweglichen Fixierung der Kokillenplatte.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kokillenplatte im Kopf- und Fußbereich Längsnuten aufweist, in welche die Haltebleche mit randseitigen Federn eingreifen.
Bevorzugt sind die Längsnuten einerseits von Randwülsten der Kokillenplatte und andererseits von an ihrer Rückseite ausgebildeten Stegen begrenzt. Diese Ausgestaltung kommt der Ausbildung einer dünnwandigen Kokillenplatte besonders vorteilhaft entgegen.
Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Stege im Bereich der seitlichen Stirnflächen der Kokillenplatte zu deren Rückseite hin schräg auslaufen.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Federn an den Halteblechen auf Grund von inneren Aussparungen der Haltebleche gebildet, welche die Stege an der Kokillenplatte und zu den Stegen benachbarte Leisten an der Adapterplatte übergreifen und dadurch zur einwandfreien Kopplung von Kokillenplatte und Adapterplatte beitragen.
Um an den gerundeten Übergängen von den Schenkeln auf die endseitigen Flansche der Kokillenplatte Kräfte, die an der Kokillenplatte wirken, in zwei Richtungen aufzunehmen und gleichzeitig eine Bewegung in vertikaler und Querrichtung zulassen zu können, ohne die Wärmeabfuhr in diesen Bereichen negativ zu beeinflussen, ist vorgesehen, dass auf der Rückseite der Kokillenplatte entlang der konvex gerundeten Übergänge von den sich an den mittleren Steg anschließenden Schenkeln auf die randseitigen Flansche vertikal, d. h. in Gießrichtung, verlaufende Gleitleisten vorgesehen sind, während analog zu den Gleitleisten, der Kokillenplatte an der Kühlseite der Adapterplatte im Bereich der Kehlen zwischen den randseitigen Flanschen und den schrägen Schenkeln sich vertikal, also auch in Gießrichtung, erstreckende Halteleisten angeordnet sind. Diese Gleitleisten und Halteleisten erlauben eine gerichtete Verschiebung der Kokillenplatte, wobei im Bereich der Kontaktflächen zu den Querplatten der Breitseitenplatte die Gleitleisten die Kokillenplatte derart abstützen, dass durch die Klemmkräfte in diesen Bereichen keine Verformung der Kokillenplatte entstehen kann.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Gleitleisten einstückiger Bestandteil der Kokillenplatte sind.
Die Halteleisten sind zweckmäßig in Nuten der Kühlseite der Adapterplatte lösbar festgelegt.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung können die im Fußbereich vorgesehenen Haltebleche stirnseitig der Federn mit Fasen versehen sein.
Die im Fußbereich der Kokillenplatte auf der Gießseite vorgesehene Fase verhindert, dass in diesem Bereich der Stahlstrang an der Kokillenplatte anliegt. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang reduziert und damit verhindert, dass die Dichtung zwischen der Kokillenplatte und der Adapterplatte auf Grund der höhen Erwärmung der Kokillenplatte beschädigt wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in der Perspektive eine Breitseitenplatte einer Beam Blank-Kokille von der Gießseite her gesehen;
2 ebenfalls in der Perspektive und von der Gießseite her gesehen eine Kokillenplatte der Breitseitenplatte;
3 in der Perspektive die Rückseite der Kokillenplatte der 2;
4 in der Perspektive die Breitseitenplatte der 1 bei entfernter Kokillenplatte;
5 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt V der 4;
6 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 1 entlang der Linie VI-VI in Richtung der Pfeile VIa gesehen;
7 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VII der 6 und
8 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VIII der 6.
In der 1 ist mit 1 eine Breitseitenplatte für eine nicht näher dargestellte flüssigkeitsgekühlte Beam Blank-Kokille zum Stranggießen von Metallen bezeichnet. Zwei derartige Breitseitenplatten 1 bilden zusammen mit ebenfalls nicht näher dargestellten Schmalseitenplatten den Formhohlraum der Beam Blank-Kokille.
Die Breitseitenplatte 1 setzt sich aus einer dünnwandigen Kokillenplatte 2 und einer die Kokillenplatte 2 tragenden, demgegenüber dickwandigen Adapterplatte 3 zusammen (siehe auch 6 bis 8).
Wie aus den 2 und 3 zu erkennen ist, umfasst die Kokillenplatte 2 einen mittleren Steg 4, sich an den Steg 4 anschließende schräge Schenkel 5 sowie endseitige Flansche 6. Die Übergänge 7, 8 vom Steg 4 auf die Schenkel 5 und von den Schenkeln 5 auf die Flansche 6 sind gerundet.
Auf der Rückseite 9 der Kokillenplatte 2 befinden sich rautenförmige Plateau-Sockel 10, welche der Fixierung von Gewindehülsen 11 dienen, in die aus den 4 und 5 erkennbare Befestigungsbolzen 12 zum Verbinden der Kokillenplatte 2 mit der Adapterplatte 3 eingeschraubt werden können.
Ferner ist aus der 3 ersichtlich, dass auf der Rückseite 9 der Kokillenplatte 2 entlang der konvex gerundeten Übergänge 8 von den Schenkeln 5 auf die Flansche 6 vertikal verlaufende Gleitleisten 13 vorgesehen sind. Die Gleitleisten 13 bilden einen einstückigen Bestandteil der Kokillenplatte 2. Sie erstrecken sich allerdings in diesem Fall über ca. 80% der Höhe der Kokillenplatte 2.
Am oberen und unteren Rand der Kokillenplatte 2 erstrecken sich auf der Rückseite 9 quer zur Gießrichtung verlaufende Stege 14, die im Bereich der seitlichen Stirnflächen 15 der Kokillenplatte 2 zu deren Rückseite 9 hin schräg auslaufen. Wie bei gemeinsamer Betrachtung der 3 und 6 bis 8 zu erkennen ist, begrenzen die Stege 14 zusammen mit Randwülsten 16 der Kokillenplatte 2 Längsnuten 17. In die Längsnuten 17 fassen Federn 18, die randseitig von aus den 1 und 4 bis 8 erkennbaren Halteblechen 19 angeordnet sind. Die Haltebleche 19 sind an die Konfiguration der Breitseitenplatte 1 angepasst. Es sind jeweils zwei Haltebleche 19 im Kopf- und Fußbereich 20, 21 der Breitseitenplatte 1 vorgesehen, welche in der vertikalen Mittelquerebene der Breitseitenplatte 1 aneinander stoßen.
Die Haltebleche 19 fassen mit Vorsprüngen 22 in kopf- und fußseitige Ausnehmungen 23, 24 der Adapterplatte 3 ein und sind mit der Adapterplatte 3, wie aus den 1, 4 und 5 ersichtlich ist, verschraubt. Im Ausführungsbeispiel sind je Halteblech 19 fünf Verschraubungen 25 vorgesehen. Die Federn 18 an den Halteblechen 19 sind auf Grund von inneren Aussparungen 26 der Haltebleche 19 gebildet, welche die Stege 14 an der Kokillenplatte 2 und zu den Stegen 14 benachbarte Leisten 27 an der Adapterplatte 3 übergreifen.
Im Bereich der Stege 14 und der Leisten 27 befinden sich in Nuten 28 der Adapterplatte 3 eingesetzte Dichtungen 29. Außerdem ist in 6 zu erkennen, dass zwischen der Kokillenplatte 2 und der Adapterplatte 3 ein Kühlspalt 30 zur Führung eines Kühlmediums vorgesehen ist. Die Zuführungen 31 für das Kühlmedium sind in den 6 bis 8 erkennbar.
Analog zu den Gleitleisten 13 der Kokillenplatte 2 sind an der Kühlseite 32 der Adapterplatte 3 (4 und 5) im Bereich der Kehlen 33 zwischen den randseitigen Flanschen 34 und den schrägen Schenkeln 35 sich vertikal erstreckende Halteleisten 36 angeordnet. Die Halteleisten 36 sind in Nuten 37 der Kühlseite 32 der Adapterplatte 3 lösbar festgelegt.
Die 1, 6 und 8 zeigen, dass im Fußbereich 21 der Kokillenplatte 2 an der Gießseite 39 eine Fase 40 vorgesehen ist.
Auch an den im Fußbereich 21 vorgesehenen Halteblechen 19 befinden sich Fasen 38 an den Federn 18.

1: Breitseitenplatte
2: Kokillenplatte
3: Adapterplatte
4: Steg v. 2
5: Schenkel v. 2
6: Flansche v. 2
7: Übergänge v. 4 auf 5
8: Übergänge v. 5 auf 6
9: Rückseite v. 2
10: Plateausockel
11: Gewindehülsen in 10
12: Befestigungsbolzen
13: Gleitleisten
14: Stege an 2
15: Stirnflächen v. 2
16: Randwülste v. 2
17: Längsnuten
18: Federn an 19
19: Haltebleche
20: Kopfbereich v. 1, 2, 3
21: Fußbereich v. 1, 2, 3
22: Vorsprünge an 19
23: obere Ausnehmung in 3
24: untere Ausnehmung in 3
25: Verschraubungen f. 19
26: Aussparungen in 19
27: Leisten an 3
28: Nuten in 3
29: Dichtungen in 28
30: Kühlspalt
31: Zuführungen zu 30
32: Kühlseite v. 3
33: Kehlen an 3
34: Flansche v. 3
35: Schenkel v. 3
36: Halteleisten an 3
37: Nuten in 33
38: Fasen an 19
39: Gießseite v. 2
40: Fase an 39

Claims

Flüssigkeitsgekühlte Kokille zum Stranggießen von Metallen, umfassend Kokillenplatten (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und Adapterplatten (3), an welchen die Kokillenplatten (2) über Befestigungsbolzen (12) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenplatten (3) zusätzlich zu den Befestigungsbolzen (12) über in ihren Kopf und Fußbereichen (20, 21) angeordnete Haltebleche (19) mit den Adapterplatten (3) gekoppelt sind.
Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenplatte (2) Bestandteil von Grammen- oder Dünnbrammenkokillen oder Bestandteil einer Breitseitenplatte (1) einer Beam Blank-Kokille ist.
Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebleche (19) mit Vorsprüngen (22) in kopf- und fußseitige Ausnehmungen (23, 24) der Adapterplatte (3) eingreifen.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebleche (19) mit der Kokillenplatte (2) über Nut/Federausbildungen (17, 18) gekoppelt sind.
Kokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenplatte (2) im Kopfbereich (20) und im Fußbereich (21) Längsnuten (17) aufweist, in welche die Haltebleche (19) mit randseitigen Federn (18) eingreifen.
Kokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten (17) einerseits von Randwülsten (16) der Kokillenplatte (2) und andererseits von an ihrer Rückseite (9) ausgebildeten Stegen (14) begrenzt sind.
Kokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (14) im Bereich der seitlichen Stirnflächen (15) der Kokillenplatte (2) zu deren Rückseite (9) hin schräg auslaufen.
Kokille nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (18) an den Halteblechen (19) auf Grund von inneren Aussparungen (26) der Haltebleche (19) gebildet sind, welche die Stege (14) an der Kokillenplatte (2) und zu den Stegen (14) benachbarte Leisten (27) an der Adapterplatte (3) übergreifen.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenplatte (2) einen mittleren Steg (4), sich an den mittleren Steg (4) anschließende Schenkel (5) und sich an die Schenkel (5) randseitig anschließende Flansche (6) aufweist, wobei sich zwischen den Schenkeln (5) und den Flanschen (6) gerundete Übergänge (8) befinden, wobei die Kokillenplatte (2) auf ihrer Rückseite (9) im Bereich der Übergänge (7) sich in Gießrichtung erstreckende Gleitleisten (13) aufweist, während analog zu den Gleitleisten (13) der Kokillenplatte (2) an einer Kühlseite (32) der Adapterplatte (3) im Bereich von Kehlen (33) zwischen den randseitigen Flanschen (34) und den schrägen Schenkeln (35) sich ebenfalls in Gießrichtung erstreckende Halteleisten (36) angeordnet sind.
Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitleisten (13) ein einstückiger Bestandteil der Kokillenplatte (2) sind.
Kokille nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteleisten (36) in Nuten (37) der Kühlseite (32) der Adapterplatte (3) lösbar festgelegt sind.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die im Fußbereich (21) vorgesehenen Haltebleche (19) stirnseitig der Federn (18) mit Fasen (38) versehen sind.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießseite (39) der Kokillenplatte (2) im Fußbereich (21) mit einer Fase (40) versehen ist.