DE19508169B4 - Kokille zum Stranggießen von Metallen - Google Patents

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Abstract

Kokille zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise Stahl, mit einem an zwei gegenüberliegenden Seiten offenen, mehrfach konisch ausgebildeten Formhohlraum, wobei der Formhohlraumquerschnitt am eingießseitigen Ende (4) größer ist als am strangaustrittsseitigen Ende (5), und die Kokillenwand eine gekühlte Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Oberfläche mindestens einen Bereich (2) mit einem durch eine teil- oder ganzflächige Rauhigkeitsstruktur gebildeten erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise Stahl, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Kokille zählt durch die US 4,207, 941 zum Stand der Technik. Sie weist einen an zwei gegenüberliegenden Seiten offenen, mehrfach konisch ausgebildeten Formhohlraum auf. Der Formhohlraumquerschnitt ist am eingießseitigen Ende größer als am strangaustrittsseitigen Ende. Außerdem weist die Kokillenwand eine gekühlte Oberfläche auf, wobei die Art und Weise der Kühlung nicht näher erläutert wird.
  • Auf die Kühlung geht die dem Stand der Technik angehörende DE 3621073 A1 ein. Danach ist eine Stranggießkokille bekannt, deren kühlseitigen Außenflächen im oberen Kokillenbereich parallel zueinander angeordnete in Gießrichtung verlaufende Längsnuten zur besseren Kühlung aufweisen. Dabei beruht die verbesserte Kühlung auf den Längsnuten im oberen Kokillenbereich. Die lokale Erhöhung des Wärmeübergangs wird technisch durch eine zum Teil geringere Wanddicke unter der Längsnut erreicht. Gleichzeitig können auch erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten in Gießrichtung eingestellt werden, wenn die Querschnittsfläche des Kühlwassers entsprechend angepaßt wird. Diese leicht verbesserten Kühlbedingungen beruhen in jedem Fall auf einer ausgeprägt laminaren Strömung des Kühlwassers. Mit beiden Effekten kann zwar grundsätzlich eine verbesserte Kühlung des Gießstrangs erreicht werden, die jedoch für höhere Gießgeschwindigkeiten mit entsprechend erhöhter Wärmeabfuhr nicht ausreicht. Dem positiven Effekt der lokal kleineren Wanddicke steht – bei vertretbarem technischen Aufwand – eine negative Wirkung durch den größeren Strömungsquerschnitt gegenüber, der die Kühlung gleichzeitig wieder etwas verschlechtert.
  • Die durch die DE 36 21073 A1 bekannte Kokille mit zusätzlichen Längsnuten an der Außenfläche hat sich aus den genannten Gründen nicht bewährt und hat daher keinen Eingang in der Praxis gefunden.
    •
  • Der Erfindung liegt – ausgehend von diesem Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bereit zu stellen, mit der einerseits eine höhere Gießleistung und andererseits eine bessere Strangqualität erzielt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.
  • Um die Wärmeabfuhr des teilweise schmelzflüssigen Strangs zu optimieren und andererseits die Standzeit der Kokille zu erhöhen, kann nunmehr auf Grund der teil- oder ganzflächigen speziellen Rauigkeitsstruktur eine turbulente Strömung des Kühlwassers an der äußeren Oberfläche erzielt werden, wodurch eine deutlich positive Veränderung des Wärmeübergangskoeffizienten erreicht und auf diese Weise eine wesentlich verbesserte Kühlung der Kokillenwand gewährleistet wird. Damit ist die Grundlage einer optimalen Kühlung für den Einsatz der Kokille bei höheren Gießgeschwindigkeiten gegeben. Außerdem wird durch die Rauigkeitsstruktur die Ablagerung von Kalk auch kalkhaltigem Kühlwasser vermieden bzw. doch erheblich vermindert.
  • Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 ist es vorteilhaft, dass die auf der kühlseitigen Oberfläche mechanisch aufgebrachte Rauigkeitsstruktur eine Rauhtiefe von Rt > 1, 5 μm besitzt.
  • Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 ist es von Vorteil, wenn die Vertiefungen der Rauigkeitsstruktur dreieckige, trapezförmige oder runde Querschnitte aufweisen. Der Mittenabstand der Vertiefungen liegt hierbei im Bereich von 1 bis 10 mm.
  • Des Weiteren kann es entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 vorteilhaft sein, dass die einzelnen kühlseitigen Oberflächen eine Rauigkeitsstruktur mit unterschiedlicher Form und/oder Vertiefung aufweisen.
  • Bevorzugt liegt die Rauigkeitsstruktur nach Anspruch 5 im Bereich der größten Wärmeabgabe (Badspiegelbereich).
  • Ferner ist es gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 von Vorteil, dass sich die Rauigkeitsstruktur über einen Bereich symmetrisch zu einer Gießflächenachse erstreckt und sich in Gießrichtung verjüngt.
  • Die Mittenachse der Kokille kann in Gießrichtung gesehen gerade und/oder gebogen sein (Anspruch 7).
  • Der Gießquerschnitt kann nach Anspruch 8 rund, polygonal oder ähnlich einer Doppel-T-Form ausgebildet sein.
  • Ferner kann es von Vorteil sein, dass nach den Merkmalen des Anspruchs 9 der Formhohlraum eine dreistufig oder parabolisch ausgebildete Konizität besitzt.
  • Der Formhohlraum weist entsprechend Anspruch 10 vorteilhafterweise am eingießseitigen Ende eine Ausbauchung auf, die sich in Gießrichtung verkleinert.
  • Die Länge dieser Ausbauchung beträgt nach Anspruch 11 maximal 50 % der Kokillenlänge.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    •
  • 1 zeigt im Schema eine Seitenansicht einer rohrförmigen Kokille 1 zum Stranggießen von Stahl mit einem quadratischen Strangquerschnitt von 170 × 170 mm2. Die Wanddicke der gebogenen Kokille (Gießradius 8000 mm) beträgt 18 mm. Der Formhohlraum der etwa 800 mm langen Kokille 1 ist in zwei konisch verlaufende Bereiche unterteilt. Der erste Bereich, der in Gießrichtung eine Teillänge von 320 mm aufweist, besitzt eine Konizität von 2,4 %/m. Für die sich daran anschließende Teillänge von 480 mm ist eine Konizität von 1 %/m gewählt worden.
  • Wie 1 erkennen läßt, erstreckt sich der kühloptimierte Bereich 2 mit im Querschnitt dreieckförmigen Vertiefungen 3 in der kühlseitigen Oberfläche der Kokille 1 auf eine Teillänge von etwa 310 mm, die 60 mm unterhalb der Eingießseite beginnt. Mit Pfeil 4 ist die Eingießseite der Kokille 1 bezeichnet.
  • Um optimale Erstarrungsbedingungen für den Stahlstrang während des Gießbetriebes zu erzielen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den strukturierten Bereich 2 nur auf der Bogenaußenseite der rohrförmigen Kokille 1 anzuordnen.
  • Der Mittenabstand der im Querschnitt dreieckförmigen Vertiefungen 3 beträgt in Gießrichtung 8 mm, wobei die einzelnen Vertiefungen 3 eine Breite von 4 mm aufweisen. Die maximale Ausdehnung der Vertiefungen 3 senkrecht zur Oberfläche beträgt 1,2 mm. Die jeweiligen geometrischen Merkmale des kühloptimierten Bereichs 2 sind durch die Auswertung von gießtechnischen Untersuchungen ermittelt worden.
  • 2 stellt ebenfalls eine für das Stranggießen quadratischer Querschnitte vorgesehene rohrförmige Kokille 1 dar, die einen kühloptimierten Bereich 2 aufweist, der aus einer Vielzahl kreisrunder Vertiefungen 3 besteht. Der insgesamt trapezförmige Bereich 2 erstreckt sich über eine Teillänge von 250 mm, wobei er sich in Gießrichtung um etwa 30 % verjüngt. Mit Pfeil 4 ist die Eingießseite und mit Pfeil 5 das strangaustrittsseitige Ende bezeichnet.
  • In beiden Figuren sind jeweils die Ansichten auf die gebogenen Seiten des Kokillenrohres gezeigt. Die Erfindung ist aber selbstverständlich auch auf Block- und Plattenkokillen anwendbar.

Claims (11)

  1. Kokille zum Stranggießen von Metallen, vorzugsweise Stahl, mit einem an zwei gegenüberliegenden Seiten offenen, mehrfach konisch ausgebildeten Formhohlraum, wobei der Formhohlraumquerschnitt am eingießseitigen Ende (4) größer ist als am strangaustrittsseitigen Ende (5), und die Kokillenwand eine gekühlte Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Oberfläche mindestens einen Bereich (2) mit einem durch eine teil- oder ganzflächige Rauhigkeitsstruktur gebildeten erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten aufweist.
  2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kühlseitige Oberfläche eine mechanisch aufgebrachte Rauhigkeitsstruktur mit einer Rauhtiefe Rt > 1,5 μm besitzt.
  3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeitsstruktur aus Vertiefungen (3) mit dreieckigem, trapezförmigem oder rundem Querschnitt besteht, wobei der Mittenabstand der Vertiefungen (3) im Bereich von 1 bis 10 mm liegt.
  4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kühlseitige Oberfläche eine Rauhigkeitsstruktur mit unterschiedlicher Form und/oder Vertiefung aufweist.
  5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeitsstruktur im Bereich der größten Wärmeabgabe (Badspiegelbereich) angeordnet ist.
  6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeitsstruktur sich über einen Bereich symmetrisch zu einer Gießflächenlängsachse erstreckt und sich in Gießrichtung verjüngt.
  7. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachse der Kokille in Gießrichtung gerade und/oder gebogen ist.
  8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießquerschnitt rund, polygonal oder ähnlich einer Doppel-T-Form ausgebildet ist.
  9. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum eine dreistufig oder parabolisch ausgebildete Konizität besitzt.
  10. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum am eingießseitigen Ende (4) eine Ausbauchung besitzt, die sich in Gießrichtung verkleinert.
  11. Kokille nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Ausbauchung maximal 50% der Kokillenlänge beträgt.
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