DE102016119296A1 - Mold for continuous casting of metals - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kokille (10; 10a) zum Stranggießen von Metallen, mit einer Kokillenwand (15), mit einer geradlinig oder gekrümmt ausgebildeten Längsachse (11; 11a), wobei die Kokillenwand (15) innere Querschnittsflächen (20; 20a bis 20d) begrenzt, die senkrecht zur Längsachse (11; 11a) verlaufen, mit einem Eintrittsbereich (12) und einem Austrittsbereich (13), wobei die Stranglaufrichtung vom Eintrittsbereich (12) in Richtung des Austrittsbereichs (13) erfolgt, wobei sich die Querschnittsflächen (20; 20a bis 20d) vom Eintrittsbereich (12) in Richtung des Austrittsbereichs (13) stetig verringern, mit gerundet ausgebildeten Eckbereichen (23; 23a bis 23d), mit zwischen den Eckbereichen (23; 23a bis 23d) angeordneten Seitenwänden (24; 24a bis 24d; 36 bis 39), wobei die Eckbereiche (23; 23a bis 23d) gekrümmte Umfangslinien (22) aufweisen, deren Krümmung (K) jeweils ein lokales Maximum aufweist, und wobei die Krümmung (K) der Umfangslinie (22) vom lokalen Maximum in Richtung der Seitenwände (24; 24a bis 24d; 36 bis 39) zumindest abschnittsweise stetig abnimmt.The invention relates to a mold (10; 10a) for continuously casting metals, having a mold wall (15) with a straight or curved longitudinal axis (11; 11a), the mold wall (15) having internal cross-sectional areas (20; 20a to 20d). delimited, which run perpendicular to the longitudinal axis (11; 11a), with an inlet region (12) and an outlet region (13), wherein the strand running direction from the inlet region (12) in the direction of the outlet region (13), wherein the cross-sectional surfaces (20; 20a to 20d) from the entry region (12) in the direction of the exit region (13), with rounded corner regions (23; 23a to 23d), with side walls (24; 24a to 24d) arranged between the corner regions (23; 36-39), wherein the corner regions (23; 23a to 23d) have curved peripheral lines (22) each having a curvature (K) local maximum, and the curvature (K) of the peripheral line (22) from the local maximum in Ric side walls (24; 24a to 24d; 36 to 39) decreases at least in sections steadily.
Description
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metallen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a mold for the continuous casting of metals according to the preamble of
Eine Kokille mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
Hintergrund bei der Auslegung der Querschnittsflächen einer Kokille beim Stranggießen von Metallen ist es, den Erstarrungsprozess der Metallschmelze zu einem vorgegebenen, für das Weiterverarbeiten günstigen Querschnittsformat einzuleiten und zu unterstützen und durch Wärmeabtransport in ein Kühlmedium, welches üblicherweise die Kokillenwand durchströmt, ein möglichst homogenes Strangschalenwachstum des Querschnitts des Strangs zu bewirken. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Erstarrungsprozess der Metallschmelze in der Kokille derart erfolgen soll, dass über den Querschnitt des Strangs und seiner Oberfläche eine möglichst gleichmäßige und hohe Qualität erzielbar ist. Background in the design of the cross-sectional areas of a mold during continuous casting of metals is to initiate the solidification process of the molten metal to a predetermined, favorable for further processing cross-sectional format and support by heat dissipation in a cooling medium, which usually flows through the mold wall, the most homogeneous strand shell growth of Cross-section of the strand to effect. In other words, this means that the solidification process of the molten metal in the mold should take place in such a way that over the cross section of the strand and its surface as uniform and high quality as possible can be achieved.
Hierzu ist ergänzend zu erwähnen, dass sich die Größe des Querschnitts des Strangs beim Erstarren durch den Erstarrungsprozess verkleinert. Um eine optimale bzw. eine gleichmäßige Wärmeabfuhr von dem Querschnitt des Strangs in die Kokillenwand zu erreichen ist es daher wünschenswert, dass der Querschnitt des Strangs in Stranglaufrichtung betrachtet einerseits möglichst ständig an der Kokillenwand anliegt, d.h., dass zwischen dem Strang und der Kokille keine Spalte auftreten, und dass andererseits die von der Kokillenwand auf den Strang ausgeübte Reaktions- bzw. Gegenkraft möglichst gleichmäßig und klein ist. For this purpose, it should be mentioned in addition that the size of the cross section of the strand during solidification is reduced by the solidification process. In order to achieve optimal or uniform heat removal from the cross section of the strand in the mold wall, it is therefore desirable that the cross section of the strand viewed in the strand direction on the one hand as constantly as possible abuts the mold wall, ie, that no gap between the strand and the mold occur, and on the other hand, the force exerted by the mold wall on the strand reaction or counterforce is as uniform and small as possible.
Aus diesem Grund werden zum Stranggießen üblicherweise konisch ausgebildete Kokillen verwendet, wobei sich die Konizität der Kokille dadurch äußert, dass sich die Querschnittsflächen, die zur Führung bzw. zur Anlage des Strangs an der Kokille dienen, von einem Eintrittsbereich der Schmelze in die Kokille bis zu einem Austrittsbereich der Kokille stetig verkleinern. Besonders kritisch sind hierbei bei Ecken aufweisenden Querschnittsformen des Strangs die Eckbereiche, da dort die lokale Wärmeabfuhr unterschiedlich von der Wärmeabfuhr zwischen den Eckbereichen angeordneten, üblicherweise eben oder leicht gekrümmt ausgebildeten Seitenflächen ist. For this reason, tapered molds are usually used for continuous casting, wherein the conicity of the mold manifests itself by the fact that the cross-sectional areas, which serve to guide or plant the strand on the mold, from an inlet region of the melt in the mold up to steadily reduce an exit area of the mold. Particularly critical in this case are the corner areas at corners having cross-sectional shapes of the strand, since there the local heat dissipation differently from the heat dissipation between the corner regions arranged, is usually flat or slightly curved side surfaces.
Die eingangs genannte Schrift versucht durch die beschriebenen Umfangslinien in den Eckbereichen dieses Ziel zu erreichen. Überraschenderweise hat es sich jedoch durch Untersuchungen herausgestellt, dass sich die Krümmung des Strangs in den Eckbereichen beim Erstarren in Stranglaufrichtung zumindest im Wesentlichen – gemeint ist hierbei der Abschnitt des Eckbereichs, in dem der Querschnitt seine größte Krümmung aufweist – zumindest näherungsweise nicht ändert. Insofern ist der Querschnittsverlauf bzw. die in der
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Kokille zum Stranggießen von Metallen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie bei relativ einfacher Herstellbarkeit eine nochmals verbesserte Qualität des Stranggussprofils ermöglicht. Insbesondere wird unter einer nochmals verbesserten Qualität des Stranggussprofils ein verbessertes Schalenwachstum im Kantenbereich beim Durchlauf des Strangs durch die Kokille verstanden, wobei der erzeugte Strang eine erhöhte Resistenz gegen eine Ausbauchung infolge von ferrostatischem Druck aufweist sowie verbesserte Voraussetzungen für ein mögliches, nachträgliches Umformen während des Gießens, wie Biegen und/oder Richten, besonders aber während der Mechanical Soft-Reduction (MSR) als auch für die Weiterverarbeitung durch Walzen oder Schmieden bietet. Darüber hinaus ermöglicht es die erfindungsgemäße Kokille, dass Querschnittsflächen für alle bei der Erzeugung von Langprodukten gängigen Formate, wie Quadrat-Knüppel, Rechteck-Vorblöcke Doppel-T Profile sowie auch für spezielle gießtechnisch vorteilhafte Formate, wie beispielsweise X-Formate (die bisher nicht durch Stranggießen erzeugt werden) oder 3-Kant ähnliche Formate, hergestellt werden können. The mold according to the invention for the continuous casting of metals with the features of
Erfindungsgemäß weist die Kokille, im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik, Eckbereiche auf, bei denen das Maximum der Krümmungen der Querschnittsflächen zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich der Kokille zumindest näherungsweise konstant ist. Vorzugsweise ist das Maximum der Krümmungen der Querschnittsflächen zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich der Kokille konstant, jedoch sollen auch geringfügige Maßabweichungen von der Erfindung erfasst sein. Damit nähert sich die Form der Querschnittsflächen dem natürlichen Schrumpfungsverhalten des Querschnitts des Stranggussprofils optimal an, so dass in den Eckbereichen eine optimierte Wärmeabfuhr in die Kokille erfolgt. According to the invention, the mold, in contrast to the aforementioned prior art, on corner regions in which the maximum of the curvatures of the cross-sectional areas between the inlet region and the outlet region of the mold is at least approximately constant. Preferably, the maximum of the curvatures of the cross-sectional areas between the inlet region and the outlet region of the mold is constant, but even slight deviations should be covered by the invention. Thus, the shape of the cross-sectional areas approaches the natural shrinkage behavior of the cross-section of the continuous casting profile optimally, so that in the corner areas an optimized heat dissipation into the mold takes place.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kokille zum Stranggießen von Metallen sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the mold according to the invention for the continuous casting of metals are listed in the subclaims.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Umfangslinien im Bereich des Maximums der Krümmung durch einen ersten Kreisbogenabschnitt mit einem ersten Radius ausgebildet sind. Eine derartige Querschnittsform bzw. derartige Umfangslinien lassen sich besonders einfach herstellen. It is particularly preferred if the circumferential lines in the region of the maximum of the curvature are formed by a first circular arc section with a first radius. Such a cross-sectional shape or such circumferential lines can be produced particularly easily.
Um einen sanften bzw. stetigen Verlauf der Umfangslinie vom Eckbereich in eine Seitenfläche, ohne Knicke, Stufen oder ähnliches zu ermöglichen, ist es in Weiterbildung des zuletzt genannten Vorschlags vorgesehen, dass die Umfangslinien zwischen dem ersten Kreisbogenabschnitt und der ihr zugewandten Seitenwand durch wenigstens einen zweiten Kreisbogenabschnitt mit einem zweiten Radius und wenigstens einen dritten Kreisbogenabschnitt mit einem dritten Radius gebildet ist, wobei sich der zweite und der dritte Kreisbogenabschnitt an den ersten Kreisbogenabschnitt und die Seitenwand anschmiegt bzw. tangential in den ersten Kreisbogenabschnitt und die Seitenwand einläuft. In order to allow a smooth or continuous course of the peripheral line from the corner area in a side surface, without kinks, steps or the like, it is provided in a development of the last-mentioned proposal that the circumferential lines between the first circular arc portion and the side wall facing her by at least one second Circular arc portion having a second radius and at least a third circular arc portion is formed with a third radius, wherein the second and the third circular arc portion conforms to the first circular arc portion and the side wall and tangentially into the first circular arc portion and the side wall.
Mit Blick auf das in Stranglaufrichtung auftretende Schrumpfverhalten des Strangs ist es darüber hinaus zur Optimierung der Wärmeabfuhr vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem ersten Kreisbogenabschnitt am gerundet ausgebildeten Eckbereich und der Längsachse der Kokille in Stranglaufrichtung stetig abnimmt. Dadurch werden in Bezug auf die Längsachse der Kokille konisch ausgebildete Eckbereiche erzeugt. Dabei kann die Konizität der Eckbereiche unabhängig von der Konizität der Seitenflächen gestaltet sein. With regard to the shrinkage behavior of the strand occurring in the strand running direction, it is moreover intended to optimize the heat dissipation that the distance between the first circular arc section at the rounded corner region and the longitudinal axis of the mold steadily decreases in the strand running direction. As a result, conically shaped corner regions are produced with respect to the longitudinal axis of the mold. In this case, the conicity of the corner regions can be designed independently of the conicity of the side surfaces.
Je nach gewünschtem zu erzeugendem Querschnitt kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei, beidseitig des ersten Kreisbogenabschnitts angeordneten Kreisbogenabschnitte entweder dieselbe Krümmungsrichtung oder eine unterschiedliche Krümmungsrichtung aufweisen. Wesentlich dabei ist lediglich, dass die Wahl der Radien bzw. Anordnung der einzelnen Kreisbogenabschnitte derart ist, dass ein harmonischer Verlauf der Umfangslinie im Eckbereich erzielt wird, d.h., dass die Steigung einer an die Umfangslinie angelegten Tangente keine Sprünge aufweist. Depending on the desired cross-section to be generated, it may be provided that the at least two circular-arc sections arranged on both sides of the first circular-arc section have either the same direction of curvature or a different direction of curvature. What is essential here is that the choice of radii or arrangement of the individual circular arc sections is such that a harmonious course of the peripheral line is achieved in the corner region, that is to say that the gradient of a tangent applied to the circumferential line has no cracks.
Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die Seitenwände der Querschnittsflächen als ebene Seitenwände ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es insbesondere, den Strang nach dem Verlassen der Kokille auf einer Fördereinrichtung besonders einfach und genau führen bzw. stützen zu können, da die ebenen Seitenflächen (des Strangs) als Auflageflächen des Strangs beispielsweise auf zylindrische Förderrollen dienen, so dass der Strang auf den Förderrollen mit einer minimalen Flächenpressung, welche im Bereich der Seitenflächen darüber hinaus konstant ist, gefördert werden können. Moreover, it is particularly preferred if the side walls of the cross-sectional areas are formed as planar side walls. Such a design makes it possible in particular to lead the strand after leaving the mold on a conveyor particularly simple and accurate, since the flat side surfaces (of the strand) serve as support surfaces of the strand, for example on cylindrical conveyor rollers, so that the strand on the conveyor rollers with a minimum surface pressure, which is also constant in the area of the side surfaces, can be promoted.
Abhängig von unterschiedlichen Faktoren, wie der Kokillenlänge, der Form (gerade oder gebogen) der Längsachse der Kokille, dem Querschnitt des Strangs, dem vergossenen Metall, der Abzugsgeschwindigkeit des Strangs usw. kann es vorgesehen sein, dass die Breite der Seitenflächen in Stranglaufrichtung entweder konstant ist, oder aber, vorzugsweise stetig, abnimmt. Depending on various factors, such as the mold length, the shape (straight or curved) of the longitudinal axis of the mold, the cross section of the strand, the cast metal, the withdrawal speed of the strand, etc., it may be provided that the width of the side surfaces in the strand direction either constant is, or decreases, preferably steadily.
Grundsätzlich ist es darüber hinaus zur Optimierung der eingangs erwähnten Ziele von Vorteil, wenn die Seitenwände konisch zueinander angeordnet sind, um einen stetigen, möglichst gleichmäßigen Anlagekontakt des Strangs an der Kokille zu ermöglichen. In principle, it is also to optimize the above-mentioned objectives of advantage, when the side walls are arranged conically to each other to allow a steady, uniform as possible investment contact of the strand to the mold.
Als bevorzugte geometrische Dimensionierung für die Seitenwand hat es sich herausgestellt, dass deren Breite in Bezug zur Breite des Strangquerschnitts zwischen 60% und 80% betragen soll. As a preferred geometric dimensioning for the side wall, it has been found that its width should be between 60% and 80% with respect to the width of the strand cross-section.
Um es zu ermöglichen, dass die Auslegung der Konizitätsverläufe der Eckbereiche und der Seitenflächen frei voneinander und nur mit Blick auf die zu erwartende Strangschrumpfung erfolgt, kann es vorgesehen sein, dass die Seitenwände gegenüber den Eckbereichen in Bezug zur Längsachse zurückgesetzt oder nach außen verschoben angeordnet sind. In order to make it possible that the design of the Konizitätsverläufe the corner regions and the side surfaces is free and only with regard to the expected strand shrinkage, it may be provided that the side walls relative to the corner regions with respect to the longitudinal axis are set back or displaced outwards ,
Darüber hinaus hat es sich als optimal für eine gleichmäßige Wärmeabfuhr im Eckbereich erwiesen, wenn der Radius des ersten Kreisbogenabschnitts zwischen 10mm und 45mm, vorzugsweise zwischen 15mm und 30mm beträgt. In addition, it has proven to be optimal for a uniform heat dissipation in the corner, when the radius of the first arc section between 10mm and 45mm, preferably between 15mm and 30mm.
Eine weitere Optimierung der Qualität des Strangs mit Blick auf das in Stranglaufrichtung stattfindende Schrumpfverhalten des Strangs wird erzielt, wenn in Stranglaufrichtung betrachtet die Konizität der Eckbereiche, zumindest über eine Teillänge, vorzugsweise über einem Drittel der Teillänge der Kokille auf der dem Eintrittsbereich zugewandten Seite, größer ist als die Konizität der Seitenflächen, wobei sich ein Faktor zwischen 1,1 und 1,5 als vorteilhaft erwiesen hat. Als bevorzugte Konizität zwischen den Seitenflächen innerhalb der aktiven Kokillenlänge (d.h. zwischen den Gießspiegel und dem Kokillenaustritt) hat sich darüber hinaus ein Wert zwischen 0,4%/m und 2%/m erwiesen. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Konizität der Eckbereiche abschnittsweise unabhängig von der Konizität der Seitenwände ist A further optimization of the quality of the strand with regard to the shrinkage behavior of the strand taking place in the strand direction is achieved if the conicity of the corner regions, at least over a partial length, preferably over one third of the partial length of the mold on the side facing the inlet region, is greater is the taper of the side surfaces, with a factor of between 1.1 and 1.5 having been found to be advantageous. Moreover, the preferred conicity between the side surfaces within the active mold length (ie between the mold level and the mold outlet) has been found to be between 0.4% / m and 2% / m. Alternatively, however, it may also be provided that the conicity of the corner regions is partially independent of the conicity of the side walls
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in: This shows in:
Gleiche Bauteile bzw. Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Identical components or elements are provided in the figures with the same reference numerals.
In den
Die Länge der Kokille
Die Kokille
Die Kokille
Insbesondere verringern sich die Querschnittsflächen
Bei dem in den
Bei dem in den
Anhand der
Wesentlich ist, dass jede Querschnittsfläche
Demgegenüber verändert sich typischerweise der Radius r2 bzw. r3 des zweiten Kreisbogenabschnitts
In der
In der
Die Querschnittsflächen
In den
Neben den dargestellten Querschnittsflächen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10, 10a 10, 10a
- Kokille mold
- 11, 11a 11, 11a
- Längsachse longitudinal axis
- 12 12
- Eintrittsbereich entry area
- 13 13
- Austrittsbereich exit area
- 15 15
- Kokillenwand mold wall
- 16 16
- Kühlkanal cooling channel
- 20 20
- Querschnittsfläche Cross sectional area
- 20a–20d 20a-20d
- Querschnittsfläche Cross sectional area
- 21 21
- Pfeil arrow
- 22 22
- Umfangslinie peripheral line
- 22, 22b 22, 22b
- Seitenwand Side wall
- 23 23
- Eckbereich corner
- 23a–23d 23a-23d
- Eckbereich corner
- 24 24
- Seitenwand Side wall
- 24a–24d 24a-24d
- Seitenwand Side wall
- 25 25
- Verlängerung renewal
- 31 31
- zweiter Kreisbogenabschnitt second arc section
- 31a–31d 31a-31d
- zweiter Kreisbogenabschnitt second arc section
- 32 32
- erster Kreisbogenabschnitt first arc section
- 32a–32d 32a-32d
- erster Kreisbogenabschnitt first arc section
- 33 33
- dritter Kreisbogenabschnitt third arc section
- 33a–33d 33a-33d
- dritter Kreisbogenabschnitt third arc section
- 36 36
- Seitenwand Side wall
- 37 37
- Seitenwand Side wall
- 38 38
- Seitenwand Side wall
- 39 39
- Seitenwand Side wall
- a a
- Abstand distance
- A A
- Abstand distance
- b b
- Breite width
- B B
- Breite width
- r1 r 1
- Radius radius
- r2 r 2
- Radius radius
- r3 r 3
- Radius radius
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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2017
- 2017-10-10 EP EP17195608.9A patent/EP3308878B1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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