DE19549275C1 - Stranggießkokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum Gießen von Dünnbrammen, mit länglicher Innenquerschnittsfläche, mit gekühlten Kokillenwänden und einer Schmelzenzuführung über zumindest einen in die Schmelze eintauchenden Tauchausguß.

Es ist bekannt, beim Stranggießen von Strängen mit länglichem Querschnitt die Innenquerschnittsfläche der Stranggießkokille so auszubilden, daß ein möglichst endabmessungsnaher Profilstrang durch die Stranggießkokille erzeugt wird. Dabei tritt insbesondere bei Profilträgern mit H-förmigem Querschnitt als auch bei solchen mit einem Querschnitt, bei dem die Querschnittsenden Verdickungen aufweisen ("dog bone" shaped cross-section), regelmäßig das Problem auf, daß die gegenüber der Stegbreite erweiterten und/oder verdickten Enden des Profilträgers beim endabmessungsnahen Gießen häufig Risse und Spannungen und/oder unerwünschte Kristallstrukturen aufweisen. Bei nicht endabmessungsnah gegossenen Profilsträngen sind dagegen nach dem Gießen technisch aufwendige und kostenintensive Walzprozesse zur Erzielung der gewünschten Endabmessungen erforderlich.

Aus der DE 20 34 762 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dünnen Bandes bekannt, bei dem das Band in seiner Längsrichtung verlaufend eine Verdickung aufweist, die noch einen flüssigen Kern besitzt. Diese Verdickung wird dann unterhalb der Kokille durch Druckrollen zurückgedrückt.

Die US-PS 50 82 746 offenbart speziell dimensionierte Profilstränge, bei denen vorgegebene Querschnittsparameter nicht überschritten werden dürfen und die eine vorgegebene homogene Kristallstruktur aufweisen, um anschließend mit einem Minimum an Walzaufwand das gewünschte Querschnittsprofil zu erhalten. Derartige Profilstränge können erfahrungsgemäß mit einem oder mehreren Tauchausgüssen zur Schmelzenzuführung gegossen werden. Dabei hat sich gezeigt, daß allein die Beschränkung der Querschnittsparameter und die Vorgabe einer gewünschten Kristallstruktur nicht ausreicht, um endabmessungsnahe Profilstränge ohne Risse und mit homogener Kristallstruktur über den gesamten Querschnitt herzustellen. Auch ist es nicht ausreichend, im Falle eines Strangprofils mit an den Enden angeformten Flanken, die Stegbreite gleich der Flankenbreite zu wählen, wie in der US-PS 50 82 746 explizit vorgeschlagen; unter speziell diesen Vorgaben hergestellte Profilstränge weisen nämlich regelmäßig Risse und insbesondere im Bereich der Flanken eine ungünstigere Kristallstruktur als der Steg auf, was darauf hindeutet, daß gleichmäßige Gießbedingungen in jedem Querschnittsbereich beim Gießen mit Tauchausgüssen nicht einfach durch Einhaltung der Grenzwerte der vorgenannten Querschnitts­ parameter erzielbar sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stranggießkokille mit gekühlten Kokillenwänden zum Gießen von Strängen mit länglicher Innenquerschnittsfläche, z. B. von Profilsträngen mit H-förmigem Querschnitt und vorgegebebener Stegbreite, und einer Schmelzenzuführung über zumindest einen in die Schmelze eintauchenden Tauchausguß anzugeben, bei der während des Gießens deutlich geringere Spannungen und als Folge davon weniger Risse in der Strangschale auftreten. Darüberhinaus sollen die gegossenen Stränge eine homogene Kristallstruktur über den gesamten Querschnitt aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 2 bis 8 ist die Stranggießkokille in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltbar.

Die Erfindung sieht vor, daß mindestens auf Höhe des sich einstellenden Gießspiegels und mindestens über einen Teil der Eintauchtiefe des Tauchausgusses für das Verhältnis der Spaltbreiten S_TI im Bereich der unmittelbaren Umgebung des Tauchausgusses und S_II/2 in den Bereichen, in denen sich die Innenflächen der Kokillenwände einander unmittelbar benachbart gegenüberliegen, und für das Verhältnis der Kühlleistungen L_TI und L_II der entsprechenden Bereiche der Kokillenwand (1,2) gilt:

[S_TI/(S_II/2)]/[L_TI/L_II]<1.

Dabei ist S_TI die Spaltbreite des von der Außenfläche des jeweiligen Tauchausgusses und von der Innenfläche der unmittelbar benachbart gegenüberliegenden Kokillenwand gebildeten Spalts. S_II/2 ist die halbe Spaltbreite des von den Innenflächen gebildeten Spalts, und zwar in den Bereichen, in denen sich die Innenflächen der Kokillenwände einander unmittelbar benachbart gegenüberliegen, in denen also kein Tauchausguß zwischen den Innenflächen angeordnet ist. L_TI und L_II sind die Kühlleistungen der Kokillenwand in den entsprechenden Bereichen.

Die Stranggießkokille mit einem derart dimensionierten Innenquerschnitt ermöglicht es, auf dem Gießspiegel aufliegendes Gießpulver auch bei hohen Gießgeschwindigkeiten gleichmäßig aufzuschmelzen und zusammen mit der Schlacke gleichmäßig abzuziehen, was zur Ausbildung einer geschmolzenen Schlacken-Gießpulver-Schicht gleicher Höhe über die gesamte Innenquerschnittsfläche führt. Eine Schlacken- Gießpulver-Schicht gleicher Höhe bewirkt vorteilhafterweise während des Stranggießens die Ausbildung einer gleichmäßigen Schlacken-Gießpulver-Schicht zwischen Kokillenwand und Strangoberfläche. Damit läßt sich ein sehr gutes Gleiten der Strangschale an der gesamten Kokillenwand einstellen und die Wärme der Schmelze bzw. des Stranges während des Gießens sehr gleichmäßig über die Kokillenwände abführen, wodurch sich eine Strangschale mit sehr homogener Kristallstruktur und ohne Spannungen und Risse ausbildet.

Vorteilhafterweise liegt [S_TI/(S_II/2)]/[L_TI/L_II] über die gesamte Eintauchtiefe des Tauchausgusses zwischen 1,05 und 1,30, wodurch insbesondere der Einfluß der Tauchausgußwand auf die Wärmeverhältnisse in der Kokille während des Gießens berücksichtigt wird.

Bei gleichmäßiger Kühlung der Kokillenwände läßt sich die Dimensionierung des erforderlichen Innenquerschnitts der Stranggießkokille dahingehend vereinfachen, daß [S_TI/(S_II/2)]<1 gilt, vorzugsweise liegt [S_TI/(S_II/2)] zwischen 1,05 und 1,30, wodurch wiederum insbesondere der Einfluß der Tauchausgußwand auf die Wärmeverhältnisse in der Kokille während des Gießens berücksichtigt wird.

Bei Anordnung des Tauchausgusses insbesondere im Stegbereich, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß der Tauchausguß einen länglichen Querschnitt aufweist. Dadurch müssen die dem Tauchausguß gegenüberliegenden Bereiche der Breitseiten nur relativ wenig nach außen ausgeformt werden.

Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, insbesondere zur Erzeugung eines Querschnitts mit verdickten Enden (dog bone), jeweils zwei Tauchausgüsse im Bereich der Schmalseiten anzuordnen. Von Vorteil ist es in diesem Falle hinsichtlich der Endabmessungen, wenn dabei die Tauchausgüsse beispielsweise einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

Zur Kühlung der Kokillenwände dienen Kühlelemente, beispielsweise Kühlrohre, die über die Kokillenwände pro Flächeneinheit so verteilt angeordnet sind, daß die in dem entsprechenden Bereich vorgesehene Kühlleistung erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Stranggießkokille bei Betrieb mit einem zentralen Tauchausguß und

Fig. 2 einen Querschnitt einer Stranggießkokille bei Betrieb mit zwei an den Schmalseiten angeordneten Tauchausgüssen mit jeweils dreieckigem Querschnitt.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Stranggießkokille mit länglicher Innenquerschnittsfläche auf Höhe des sich bei Betrieb einstellenden Gießspiegels zum Gießen von Strängen. Die Breitseitenkokillenwände 1,1 und die Schmalseitenkokillenwände 2,2 sind jeweils einander gegenüberliegend (1-1; 2-2) unter Bildung eines Gießraums angeordnet, bestehen vorzugsweise aus Kupfer und sind mit Kühlrohren 3 zur Abführung der Wärme versehen. Die Kühlrohre 3 sorgen dabei für eine gleichmäßige Wärmeabführung über die Kokillenwände 1,2, indem pro Flächeneinheit eine entsprechende Anzahl Kühlrohre 3 in der Kokillenwand 1,2 vorgesehen ist. Bei Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Kokille ist zur Schmelzenzuführung ein in die Schmelze eintauchender Tauchausguß 4 mit vorzugsweise länglichem Querschnitt zentral angeordnet.

Fig. 1 läßt erkennen, daß im Bereich der unmittelbaren Umgebung des Tauchausgusses 4 die Breitseitenkokillenwände 1,1 jeweils nach außen gewölbt sind, und zwar so, daß der von den Breitseitenkokillenwänden 1,1 und dem Tauchausguß 4 gebildete Spalt 7 eine im wesentlichen konstante Spaltbreite S_TI über die gesamte Eintauchtiefe aufweist. Diese wird in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erzielt, daß die Außenflächen 6 des Tauchausgusses 4 eine ähnliche Kontur wie die unmittelbar gegenüberliegenden Innenflächen 5 der Kokillenbreitseitenwände 1 aufweisen. Durch die längliche Form des Tauchausgusses 4 müssen die dem Tauchausguß 4 gegenüberliegenden Bereiche der Breitseiten 1 relativ wenig nach außen ausgeformt werden.

In den übrigen Bereichen links und rechts vom Tauchausguß 4 bilden die sich unmittelbar gegenüberliegenden Innenflächen 8 der Breitseitenkokillenwände 1, also ohne dazwischenangeordnetem Tauchausguß, einen Spalt 9, dessen halbe Spaltbreite S_II/2 höchstens gleich S_TI d. h. die Spaltbreite der unmittelbar gegenüberliegenden Innenflächen 8 ist höchstens doppelt so groß wie die Spaltbreite S_TI des Spaltes 7.

Eine weitere Variante einer Stranggießkokille mit entsprechend der Erfindung dimensionierter Innenquerschnittsfläche zeigt Fig. 2. Dabei weist die in Fig. 2 dargestellte Stranggießkokille im Bereich der Kokillenschmalseitenwände 2 eine Vergrößerung des Kokilleninnenraums auf, in dem jeweils ein Tauchausguß 4 angeordnet ist (Querschnitt mit verdickten Enden, auch als dog bone cross-section bekannt). Der Außenquerschnitt des Tauchausgusses 4 kann dabei von nahezu beliebiger Form sein; im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist der Tauchausguß 4 einen im wesentlichen dreieckigen Außenquerschnitt auf. Dabei ist wiederum im Bereich des Tauchausgusses 4 der von der Außenfläche 6 des Tauchausgusses 4 und der unmittelbar gegenüberliegenden Innenfläche 5 der Kokillenwand gebildete Spalt 7 über die gesamte Eintauchtiefe so dimensioniert, daß die Spaltbreite S_TI im wesentlichen konstant ist.

Im mittleren Bereich der Stranggießkokille, in dem sich die Innenfläche der Kokillenbreitseitenwände einen Spalt 9 bildend unmittelbar gegenüberstehen, ist die halbe Breite S_II/2 des Spaltes 9 etwas kleiner als S_TI; der Spalt 9 selbst ist also wie­ derum höchstens doppelt so groß wie die Breite S_TI der Spalte 7 im Bereich der Profilenden.

Mit im wesentlichen konstanter Spaltbreite ist in den Ausführungsbeispielen gemeint, daß in kleineren, Bereichen, d. h. beispielsweise an den Ecken des dreieckigen Querschnitts des Tauchausgusses 4, Abweichungen von der geforderten Konstanz der Spaltbreite auftreten können; die Konstanz der Spaltbreite muß in diesen Bereichen folglich nur näherungsweise erfüllt sein, sollte jedoch den doppelten Wert nicht überschreiten. Genauso können die Flanken - wie in der linken Hälfte der Fig. 1 zu erkennen ist - nach außen etwas ausgeformt sein.

Selbstverständlich kann die Spaltbreite in beiden Ausführungsbeispielen verringert oder vergrößert werden, wenn im Bereich des Spaltes 7 die Kühlleistung der Kokillenbreitseitenwand 1 in den entsprechenden Bereichen geringer bzw. größer ist. Entscheidend ist, daß das Verhältnis von Spaltbreite (S_TI oder S_II/2) und Kühlleistung (L_TI bzw. L_II) des entsprechenden Bereichs der Kokillenwand 1 an jeder Stelle der Stranggießkokille konstant ist und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,05 und 1,30 liegt. In den Ausführungsbeispielen liegt dieser Wert bei 1,05.

Beim Betrieb der Stranggießkokille gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 wird über den oder die Tauchausgüsse 4 ständig Stahlschmelze in die Kokille eingefüllt und der gegossene Profilstrang mit konstanter Geschwindigkeit abgezogen. Während des Gießens mit konstanter Abzugsgeschwindigkeit wird ständig genau soviel Stahlschmelze zugeführt, wie am Kokillenausgang abgezogen wird, wodurch die Höhe des sich einstellenden Gießspiegels konstant ist bei ständiger Erneuerung der sich in diesem Bereich aufhaltenden Stahlschmelze, die zusätzlich das Aufschmelzen des zugeführten und auf dem Gießspiegel aufliegenden Gießpulvers bewirkt. Dabei sorgt die im wesentlichen konstante Spaltbreite in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und Fig. 2 für einen gleichmäßig nach oben gerichteten Wärmestrom in allen Querschnittsbereichen der Stranggießkokille, so daß im Bereich des Gießspiegels ein gleichmäßiges Aufschmelzen des Gießpulvers erfolgt d. h. pro Gießspiegeloberflächeneinheit und Zeiteinheit wird ständig die gleiche Menge Gießpulver aufgeschmolzen. Zusätzlich stellt sich bei konstanter Abzugsgeschwindigkeit des gegossenen Profilstrangs die sich bildende Schlacken- Gießpulver-Schicht im Gießspiegelbereich aufgrund der erfindungsgemäßen Innenquerschnittsform an jeder Stelle der Innenquerschnittsfläche auf die gleiche Höhe ein. Damit verbunden ist ein sich ebenfalls selbsttätig einstellender Schlacken- Gießpulver-Film konstanter Dicke zwischen der Kokillenwand 1,2 und der Schmelze bzw. Strangschale an allen Stellen der Strangoberfläche.

Aufgrund der speziellen Dimensionierung der Kokille und der dadurch während des Gießens sich einstellende Schlacken-Gießpulver-Film konstanter Dicke wird fortlaufend aus der Stahlschmelze im Bereich der Kokillenwände eine der Wandfläche proportionale Wärmemenge abgeführt und die Schmelze unter Bildung der Strangschale gleichmäßig abgekühlt. Der quantitative Einfluß des Schlacken- Gießpulver-Films ergibt sich unmittelbar aus dessen spezifischer Wärmeleitfähigkeit und der Dicke des sich einstellenden Films; eine konstante Dicke an der Kokillenwand 1,2 bewirkt bei gegebener Temperaturdifferenz einen konstanten Wärmewiderstand bei der Abführung der Wärmemenge aus der Schmelze durch die Kokillenwände 1,2. Der Gesamtwärmewiderstand ergibt sich aus der Summe der einzelnen Teilwärmewiderstände, in welche die spezifische Wärmeleitfähigkeiten der hintereinanderliegenden Schichten (Kokillenwand - Schlacke/Gießpulver - Strangschale - Schmelze - Tauchausgußwand) jeweils mit ihrem Kehrwert eingehen. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Schlacken-Gießpulver-Films ist ca. 1 W/Km und somit für die Wärmeabfuhr und damit für die Kühlung des Stranges bestimmend, wie experimentelle Untersuchungen gezeigt haben. Mit der Erfindung wird über die konstante Dicke des sich einstellenden Schlacken-Gießpulver-Films der Wärmedurchgang in die Kokille über die gesamte Kokillenlänge in horizontaler Richtung vergleichmäßigt. Temperaturunterschiede in dem Grenzbereich Strangschale/Kokillenwand werden auf diese Weise stark verringert, so daß nur noch geringe Spannungen in der Strangschale des gegossenen Stranges vorhanden sind, was die Gefahr von Rissbildungen stark vermindert. Durch die dabei erzielte sehr gute gleichmäßige Schmierung werden die Wände der Stranggießkokille außerdem einem verringertem Verschleiß ausgesetzt, so daß sich zusätzlich deren Standzeit deutlich erhöht.

Bezugszeichenliste

1 Breitseitenkokillenwand
2 Schmalseitenkokillenwand
3 Kühlrohr
4 Tauchausguß
5 Innenfläche der Kokillenwand
6 Außenfläche des Tauchausgusses
7 Spalt
8 Innenfläche der Kokillenwand
9 Spalt
S_TI Spaltbreite
S_II Spaltbreite

Claims (8)

1. Stranggießkokille zum Gießen von Dünnbrammen, mit länglicher Innenquerschnittsfläche, mit gekühlten Kokillenwänden und einer Schmelzenzuführung über zumindest einen in die Schmelze eintauchenden Tauchausguß, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf Höhe des sich einstellenden Gießspiegels mindestens über einen Teil der Eintauchtiefe des Tauchausgusses für das Verhältnis der Spaltbreiten S_TI und S_II/2 und für das Verhältnis der Kühlleistungen L_TI und L_II der Kokillenwand (1,2) gilt: [S_TI/(S_II/2)]/[L_TI/L_II]<1wobei S_TI die Spaltbreite des im Bereich der unmittelbaren Umgebung des jeweils eintauchenden Tauchausgusses (4) von der Außenfläche (6) des Tauchausgusses (4) und von der Innenfläche (5) der unmittelbar benachbart gegenüberliegenden Kokillenwand (1) gebildeten Spalts (7) und S_II/2 die halbe Spaltbreite des von den Innenflächen (8) gebildeten Spalts (9) in den Bereichen ist, in denen sich die Innenflächen (8) der Kokillenwände (1) einander unmittelbar benachbart gegenüberliegen, und wobei L_TI und L_II die Kühlleistungen der Bereiche der Kokillenwand (1,2) sind, die den entsprechenden Spalt oder Spaltabschnitt bilden.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für die gesamte Eintauchtiefe des Tauchausgusses für das Verhältnis der Spaltbreiten S_TI und S_II/2 und für das Verhältnis der Kühlleistungen L_TI und L_II der entsprechenden Bereiche der Kokillenwand (1,2) gilt: [S_TI/(S_II/2)]/[L_TI/L_II] = 1,05-1,30.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmäßiger Kühlleistung durch die Kokillenwand (1,2) das Verhältnis der Spaltbreiten S_TI und S_II/2 [S_TI/(S_II/2)]<1ist.

4. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichmäßiger Kühlleistung durch die Kokillenwand (1,2) das Verhältnis der Spaltbreiten S_TI und S_II/2 [S_TI/(S_II/2)] = 1,05-1,30ist.

5. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchausguß (4) mindestens im Bereich der Mündung einen länglichen Querschnitt aufweist.

6. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchausguß (4) einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweist.

7. Stranggießkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Tauchausguß (4) im Bereich der Schmalseiten (2) angeordnet ist.

8. Stranggießkokille nach einem der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwände (1,2) mit Kühlelementen (3) versehen sind, deren Verteilung an die vorgesehene Kühlleistung angepaßt ist.