DE10358853A1

DE10358853A1 - Stranggießkokille

Info

Publication number: DE10358853A1
Application number: DE2003158853
Authority: DE
Inventors: Gerhard HUGENSCHÜTT
Original assignee: KM Europa Metal AG
Current assignee: KM Europa Metal AG
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-14

Abstract

Die Stranggießkokille weist eine Kokillenplatte (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie einen Wasserkasten aus Stahl auf, der mit der Kokillenplatte (1) lösbar verbunden ist. Auf der dem Wasserkasten zugewandten Seite (3) ist die Kokillenplatte (1) mit in Gießrichtung (GR) verlaufenden Kühlkanälen (4) für ein Kühlmedium versehen. Die Strömungsquerschnitte der Kühlkanäle (4) sind durch lösbar eingesetzte Füllstücke (11) bestimmt. Die Füllstücke (11) sind mindestens bereichsweise relativ beweglich in die Kühlkanäle (4) eingegliedert. Dazu weisen die Füllstücke (11) sich in Gießrichtung (GR) erstreckende Dehnungsschlitze (13, 14, 15) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille mit einer Kokillenplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie mit einem Wasserkasten aus Stahl, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Stranggießkokille ist z. B. aus der EP 0 965 401 A1 oder der EP 0 987 073 A1 bekannt. Hierbei ist jeweils die Kokillenplatte mit dem Wasserkasten verschraubt. Die Kokillenplatte ist auf der dem Wasserkasten zugewandten Seite mit in Gießrichtung verlaufenden Kühlkanälen für ein Kühlmedium versehen. Die Strömungsquerschnitte der Kühlkanäle sind durch Füllstücke bestimmt, welche in die Kühlkanäle lösbar eingesetzt sind.

Ein Charakteristikum der bekannten Stranggießkokillen ist der Sachverhalt, dass die Füllstücke passgenau in die Kühlkanäle eingesetzt und durch Schrauben in ihren Positionen fixiert sind. Die den Wasserkästen zugewandten Kanalseiten der Kokillenplatten bilden nach der Montage der Füllstücke zusammen mit deren den Wasserkästen zugewandten Oberseiten ebene Flächen, die mittels einer größeren Anzahl von Schrauben plan auf die Anschraubflächen der Wasserkästen gezogen wird.

Während des Stranggießens von Stahl dehnt sich eine Kokillenplatte auf Grund der Wärmebeanspruchung auf der der Schmelze zugewandten Seite aus. Die Wanddicke der Kokillenplatte zwischen der Gießseite und den Böden der Kühlkanäle beträgt in der Regel zwischen 10 mm und 40 mm. Die Temperaturen auf der dem Kühlmedium zugewandten Seite der Kokillenplatte sind abhängig von der Vorlauftemperatur des Kühlmediums und liegen zwischen 25°C und 50°C. Der sich dadurch ergebende Temperaturgradient zwischen der Gießseite der Kokillenplatte und den Böden der Kühlkanäle beträgt, abhängig von den jeweiligen Gießparametern, häufig mehr als 300°C.

Diese Temperaturgradienten führen innerhalb der Wand der Kokillenplatte zu extremen Materialspannungen, die eine plastische Verformung der Kokillenplatte auf der der Schmelze zugewandten Gießseite zur Folge haben. Nach Ende eines Gießprozesses kühlt jedoch die Kokillenplatte innerhalb kürzester Zeit auf die Vorlauftemperatur des Kühlmediums ab und schrumpft auf Grund der während des Stranggießens erfolgten plastischen Verformung auf der Gießseite unter das Ausgangsbreitenmaß. Die Temperaturwechselbeanspruchungen verstärken sich noch mehr auf der Gießseite der Kokillenplatte, wenn kurze Gießsequenzen vorhanden sind, wie sie insbesondere beim endabmessungsnahen Schmalbandgießen vorkommen.

In die Kühlkanäle eng eingepasste Füllstücke behindern mithin die Ausdehnung der Kokillenplatte während des Stranggießens und verhindern nach Ende eines Gießprozesses das Schrumpfen der Kokillenplatte. Hohe Zugspannungen auf der Gießseite der Kokillenplatte sind die Folge. Bereits nach wenigen Temperaturzyklen stellen sich Risse in der Oberfläche der Gießseite ein, insbesondere in der heißeren Zone des sogenannten Meniskusbereichs. Hierdurch verkürzt sich die Standzeit einer Kokillenplatte erheblich.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zu Grunde, eine Stranggießkokille mit einer Kokillenplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie mit einem Wasserkasten aus Stahl und mit in die Kühlkanäle der Kokillenplatte eingesetzten Füllstücken zu schaffen, bei welcher die Materialspannungen innerhalb der Kokillenplatte reduziert und die Rissneigung in der Oberfläche der Gießseite der Kokillenplatte minimiert werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Danach sind jetzt die Füllstücke mindestens bereichsweise relativ beweglich in die Kühlkanäle eingegliedert. Eine derartige Zuordnung der Füllstücke zu den Kühlkanälen und/oder eine entsprechende Ausbildung der Füllstücke erlaubt es demzufolge, die während des Stranggießens und nach dem Stranggießen auftretenden Wärmedehnungen und -spannungen sowie die Schrumpfprozesse einer Kokillenplatte so zu minimieren, dass eine vorzeitige Rissbildung in der Oberfläche der Gießseite verhindert wird und dadurch die Standzeit einer Kokillenplatte deutlich heraufgesetzt werden kann.

Gemäß Anspruch 2 wird eine vorteilhafte Ausführungsform darin gesehen, dass die Füllstücke mindestens bereichsweise aus einem flexiblen Material bestehen. Dieses flexible Material erlaubt es demzufolge, dass die Füllstücke den Dehnungs- und Schrumpfprozessen der Kokillenplatte beim Stranggießen und nach dem Stranggießen folgen können und dadurch schädliche Materialspannungen auf der Gießseite der Kokillenplatte vermieden werden. Eine solche Ausbildung führt mithin zu in sich flexiblen Füllstücken, die sich insbesondere in Querrichtung der Kühlkanäle den variierenden Breitenabmessungen anpassen können.

In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein, dass nach Anspruch 3 die Füllstücke mindestens bereichsweise aus einem temperaturbeständigen flexiblen Kunststoff gebildet sind. Ein solcher Kunststoff kann insbesondere Tetrafluorethylen sein, das unter der Marke Teflon im Handel bekannt ist.

Unabhängig davon, aus welchem Material die Füllstücke bestehen, kann es zur weiteren Erhöhung der Flexibilität der Füllstücke entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 vorteilhaft sein, dass die Füllstücke mit zumindest einem sich in Gießrichtung erstreckenden Dehnungsschlitz versehen sind. Ein solcher Dehnungsschlitz verläuft über die gesamte Dicke der Füllstücke, jedoch nicht über ihre sich in Gießrichtung erstreckende Länge. Mithin können sich die neben dem Dehnungsschlitz liegenden Abschnitte der Füllstücke relativ zueinander und auch zu den Seitenwänden der Kühlkanäle bewegen. Unzulässige Spannungen werden vermieden.

Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführungsform angesehen, wonach gemäß Anspruch 5 die Füllstücke drei im Abstand parallel nebeneinander verlaufende Dehnungsschlitze aufweisen. Von diesen drei Dehnungsschlitzen erstrecken sich zwei äußere Dehnungsschlitze vom oberen Querrand jedes Füllstücks aus bis in dessen unteren Höhenbereich, während ein mittlerer Dehnungsschlitz sich vom unteren Querrand aus bis in den oberen Höhenbereich jedes Füllstücks erstreckt. Auf diese Weise wird jedes Füllstück durch die Dehnungsschlitze gewissermaßen S- oder schleifenförmig untergliedert, so dass eine hohe Flexibilität in Querrichtung zwischen den Seitenwänden der Kühlkanäle erzielt wird.

Selbstverständlich ist es auch bei dieser Ausführungsform möglich, die Dehnungsschlitze mit geeigneten Materialien für die Füllstücke zu kombinieren.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 6 gesehen. Hierbei können die Füllstücke aus einem vergleichsweise stabilen Material, wie z. B. Stahl, bestehen. Ihre Relativbeweglichkeit in den Kühlkanälen wird dadurch sichergestellt, dass zwischen den Seitenwänden der Kühlkanäle und den Füllstücken flexible Distanzmittel vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, dass die Füllstücke in den Kühlkanälen ein oder mehrfach unterteilt und zwischen den Einzelteilen der Füllstücke flexible Distanzmittel vorgesehen sind.

Die flexiblen Dichtmittel können einerseits den Füllstücken und andererseits den Seitenwänden der Kühlkanäle zugeordnet sein. Auch eine kombinative Zuordnung ist vorstellbar.

Nach Anspruch 7 werden die Distanzmittel durch flexible Rundschnüre gebildet. Diese bestehen bevorzugt aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, wie es in Form von Dichtungsringen zum Stand der Technik zählt. Die Rundschnüre werden in an die Rundschnüre angepasste Nuten in den Seitenwänden der Füllstücke und/oder in den Seitenwänden der Kühlkanäle eingesetzt.

Die Distanzmittel können entsprechend Anspruch 8 aber auch durch elastische Streifen, insbesondere Gummistreifen, zwischen den Füllstücken und den Seitenwänden der Kühlkanäle gebildet sein. In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, dass die elastischen Streifen an die Seitenflächen der Füllstücke anvulkanisiert oder geklebt sind. Auch eine Fügung mit den Seitenwänden der Kühlkanäle ist denkbar.

Eine einwandfreie Führung des Kühlmediums in den Kühlkanälen wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 dadurch erzielt, dass die Kühlkanäle am oberen Ende und am unteren Ende mit einer konkaven Kontur in die am Wasserkasten anliegende Kanalseite der Kokillenplatte auslaufen. Entsprechend sind die Füllstücke auf den den Böden der Kühlkanäle zugewandten Seiten gestaltet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung erlaubt es schließlich nach Anspruch 10, dass in die Böden der Kühlkanäle sich in Gießrichtung erstreckende Kühlnuten eingearbeitet sind. Hierdurch werden die Oberflächen der Kühlkanäle vergrößert und damit eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten erreicht.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 im schematischen horizontalen Querschnitt eine Kokillenplatte für eine Stranggießkokille zusammen mit einem Wasserkasten;
2 in schematischer Perspektive einen Ausschnitt der Kokillenplatte der 1;
3 einen vertikalen Längsschnitt durch die Darstellung der 1 entlang der Linie III-III, in Richtung der Pfeile IIIa gesehen und
4–6 in schematischer Perspektive verschiedene Ausführungsformen von Füllstücken.
In den 1 bis 3 ist mit 1 eine Kokillenplatte aus Kupfer oder Kupferlegierung für eine ansonsten nicht näher dargestellte Stranggießkokille zum Stranggießen von Stahl bezeichnet.
Die Kokillenplatte 1 weist eine der Schmelze zugewandte Gießseite 2 und eine Kanalseite 3 mit mehreren, parallel zueinander verlaufenden Kühlkanälen 4 auf, die von einem Kühlmedium, wie insbesondere Wasser, beaufschlagt werden. In die Böden 5 der Kühlkanäle 4 sind mehrere parallel zueinander verlaufende Kühlnuten 6 eingearbeitet. Die Kühlkanäle 4 erstrecken sich, wie auch die Kühlnuten 6, in Gießrichtung GR (2 und 3).
Die 2 lässt erkennen, dass die Kühlkanäle 4 an den oberen Enden 7 mit konkaven Konturen in die an einem Wasserkasten 8 anliegende Kanalseite 3 der Kokillenplatte 1 auslaufen. Die zwischen den Kühlkanälen 4 liegenden Stege 9 dienen der lösbaren Verbindung der Kokillenplatte 1 mit dem Wasserkasten 8 über nicht näher dargestellte Schrauben 1 (1). Auch an den unteren Enden 21 ( 3) gehen die Kühlkanäle 4 mit konkaven Konturen in die Kanalseite 3 über.
Aus den 1 und 3 ist ersichtlich, dass über den überwiegenden Teil der Höhe H der Kühlkanäle 4 in die Kühlkanäle 4 Füllstücke 11 eingesetzt sind, die auf den den Kühlnuten 6 zugewandten Seiten 12 dem Verlauf der Böden 5 der Kühlkanäle 4 angepasst sind (siehe auch die Konturen der Füllstücke 11a-c gemäß den 4–6).
Die Füllstücke 11 werden in nicht näher dargestellter Weise durch Schrauben mit der Kokillenplatte 1 lösbar verbunden.
Die Füllstücke 11 gemäß den 1 und 3 weisen drei im Abstand parallel nebeneinander verlaufende Dehnungsschlitze 13, 14, 15 auf. Jeweils zwei äußere Dehnungsschlitze 13, 14 erstrecken sich vom oberen Querrand 16 jedes Füllstücks 11 aus bis in dessen unteren Höhenbereich, während ein mittlerer Dehnungsschlitz 15 sich vom unteren Querrand 17 aus bis in den oberen Höhenbereich des jeweiligen Füllstücks 11 erstreckt.
Aus der 4 ist ein Füllstück 11a erkennbar, das als solches nicht flexibel ist und aus Stahl bestehen kann. Dafür erstreckt sich in einer Nut 18 an einer Längsseite 19 des Füllstücks 11a ein flexibles Distanzmittel 20 in Form einer Rundschnur, beispielsweise aus einem geeigneten temperaturbeständigen Kunststoff. Auch auf der anderen Längsseite 21 des Füllstücks 11a kann ein derartiges Distanzmittel 20 vorgesehen sein. Wenn ein solches Füllstück 11a gemäß den 1 oder 3 in einen Kühlkanal 4 eingesetzt ist, so gelangen die Distanzmittel 20 mit den Seitenwänden 22 der Kühlkanäle 4 in Kontakt und erlauben auf diese Weise eine Relativbeweglichkeit der Füllstücke 11a in den Kühlkanälen 4.
Bei der Ausführungsform eines Füllstücks 11b gemäß der 5 ist an eine Längsseite 19 des Füllstücks 11b ein flexibles Distanzmittel 23 in Form eines Gummistreifens gefügt. Das Fügen kann durch Kleben oder Vulkanisieren erfolgen. Auf der anderen Längsseite 21 des Füllstücks 11b kann ebenfalls ein derartiges flexibles Distanzmittel 23 vorgesehen sein.
Im Falle der Ausführungsform der 6 ist ein Füllstück 11c mittig längs geteilt und hier mit einem eingesetzten flexiblen Distanzmittel 24 in Form eines Gummistreifens versehen. Auch dieses Distanzmittel 24 kann mit beiden aneinander gegenüber liegenden Längsseiten 25, 26 der Teile 27, 28 des Füllstücks 11c verklebt oder durch Vulkanisation verbunden sein.
Die 4 bis 6 lassen ferner noch erkennen, dass zur Flexibilität der Füllstücke 11a–c in Längsrichtung in die dem Wasserkasten 8 zugewandten Oberflächen 29 Quernuten 30 eingearbeitet sind.

1: Kokillenplatte
2: Gießseite v. 1
3: Kanalseite v. 1
4: Kühlkanäle in 1
5: Böden v. 4
6: Kühlnuten in 5
7: obere Enden v. 4
8: Wasserkasten
9: Stege zw. 4
10: Schrauben
11: Füllstücke
11a: Füllstücke
11b: Füllstücke
11c: Füllstücke
12: Seiten v. 11
13: Dehnungsschlitze in 11
14: Dehnungsschlitze in 11
15: Dehnungsschlitze in 11
16: oberer Querrand v. 11
17: unterer Querrand v. 11
18: Nut in 19
19: Längsseite v. 11a
20: Distanzmittel in 18
21: Längsseite v. 11a
22: Seitenwände v. 4
23: Distanzmittel v. 11b
24: Distanzmittel v. 11c
25: Längsseite v. 27
26: Längsseite v. 27
27: Teil v. 11c
28: Teil v. 11c
29: Oberflächen v. 11a–c
30: Quernuten in 29
31: untere Enden v. 4
GR: Gießrichtung
H: Höhe v. 4

Claims

Stranggießkokille mit einer Kokillenplatte (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sowie mit einem Wasserkasten (8) aus Stahl, der mit der Kokillenplatte (1) lösbar verbunden ist, wobei die Kokillenplatte (1) auf der dem Wasserkasten (8) zugewandten Seite (3) mit in Gießrichtung (GR) verlaufenden Kühlkanälen (4) für ein Kühlmedium versehen ist, deren Strömungsquerschnitte durch in die Kühlkanäle (4) lösbar eingesetzte Füllstücke (11, 11a, 11b, 11c) bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (11, 11a, 11b, 11c) mindestens bereichs-weise relativbeweglich in die Kühlkanäle (4) eingegliedert sind.
Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (11, 11a, 11b, 11c) mindestens bereichsweise aus einem flexiblen Material bestehen.
Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (11, 11a, 11b, 11c) mindestens bereichs-weise aus einem temperaturbeständigen flexiblen Kunststoff gebildet sind.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (11) mit zumindest einem sich in Gießrichtung (GR) erstreckenden Dehnungsschlitz (13, 14, 15) versehen sind.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstücke (11) drei im Abstand parallel nebeneinander verlaufende Dehnungsschlitze (13, 14, 15) aufweisen, von denen zwei äußere Dehnungsschlitze (13, 14) sich vom oberen. Querrand (16) jedes Füllstücks (11) aus bis in dessen unteren Höhenbereich und ein mittlerer Dehnungsschlitz (15) sich vom unteren Querrand (17) aus bis in den oberen Höhenbereich des Füllstücks (11) erstrecken.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Füllstücken (11c) und/oder zwischen den Füllstücken (11a, 11b) und den Seitenwänden (22) der Kühlkanäle (4) flexible Distanzmittel (24, 20, 23) vorgesehen sind.
Stranggießkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmittel (20) durch flexible Rundschnüre gebildet sind.
Stranggießkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzmittel (23, 24) durch elastische Streifen, insbesondere Gummistreifen gebildet sind.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (4) am oberen Ende (7) und am unteren Ende (31) mit einer konkaven Kontur in die am Wasserkasten (8) anliegende Kanalseite (3) der Kokillenplatte (1) auslaufen.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Böden (5) der Kühlkanäle (4) sich in Gießrichtung (GR) erstreckende Kühlnuten (6) eingearbeitet sind.