DE19606291A1 - Kokillenrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kokillenrohre werden zur Herstellung von Vollprofilen in ei­ nem kontinuierlichen Gießprozeß verwendet. Durch Kühlung des Kokillenrohrs erstarrt der flüssige Stahl in den Randberei­ chen unter Bildung einer in der Dicke permanent anwachsenden Strangschale. Aufgrund der Erstarrung des Stahls verändert sich die Querschnittsgeometrie des Strangs durch Schrumpfung.

Da bei den bislang bekannten Kokillenrohren - unabhängig von ihrem jeweiligen Querschnitt - in den zwei Seitenflächen je­ weils verbindenden, über die gesamte Länge des Formhohlraums gleich bleibenden Eckbereichen bei Abkühlung des Stahls eine höhere Wärmeabfuhr als an den Seitenflächen auftritt, unter­ liegen folglich auch die den Eckbereichen des Formhohlraums gegenüberliegenden Eckbereiche des Strangs im Vergleich zu den den Seitenflächen des Formhohlraums gegenüberliegenden Strangbereichen einer stärkeren Schrumpfung. Das Ergebnis dieser stärkeren Schrumpfung ist, daß in der Strangschale in den Eckbereichen Spannungen erzeugt werden, die zu Oberflä­ chen- und Gefügefehlern führen können.

Beim Stranggießen bildet sich die Strangschale etwa in Gieß­ spiegelhöhe durch hohe Wärmeabfuhr. Die Eckenwinkel des Form­ hohlkörpers und der Strangschale sind hier noch gleich. Im etwa mittleren Höhenbereich des Formhohlraums treten durch den größeren Schrumpf in den Eckbereichen die oben genannten Fehler auf und die Wärmeabfuhr wird durch die Spaltbildung zwischen Strang und Formhohlraum stark reduziert. Das Strang­ schalenwachstum wird behindert. Der Eckenwinkel des Strangs wird größer. Am Austritt aus dem Formhohlraum ist dann das Strangschalenwachstum in den Eckbereichen völlig unterbro­ chen. Es sind Entmischungen und Spannungen in den Eckberei­ chen zu befürchten.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Auf­ gabe zugrunde, ein Kokillenrohr zu schaffen, bei dem nicht nur durch eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den Querschnitt des Strangs eine bessere Strangqualität erzielt, sondern auch eine höhere Gießleistung erreicht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkma­ len.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8.

In Höhe des Gießspiegels beginnt zunächst in bekannter Weise aufgrund der Kühlung des Kokillenrohrs, das heißt durch hohe Wärmeabfuhr die Bildung der Strangschale. Die zunächst noch dünne Strangschale weist Eckenwinkel auf, die den Eckenwin­ keln des Formhohlraums entsprechen. Um nun das überproportio­ nale Schrumpfen der Eckbereiche des Strangs zu vermeiden und über den gesamten Querschnitt des Strangs eine in der Dicke gleichmäßig anwachsende Strangschale zu erzielen, wird jetzt erfindungsgemäß dafür Sorge getragen, daß in den Eckbereichen ein Wärmeübergang erfolgt, der dem Wärmeübergang im Bereich der Seitenflächen entspricht. Dies wird dadurch erreicht, daß mit einer Veränderung der Geometrie der Eckbereiche des Form­ hohlraums hier bewußt ein Spalt zwischen der Strangschale und der Eckwandung des Formhohlraums erzeugt wird. Dieser Spalt führt zwangsläufig zu einem geringeren Wärmeübergang mit dem Ergebnis, daß in jedem Längenabschnitt des Formhohlraums die Strangschale gleichmäßig wächst. Spannungen in den Eckberei­ chen werden dadurch vermieden. Oberflächen- und Gefügefehler werden ausgeschlossen. Die Qualität des abgegossenen Metall­ strangs wird deutlich verbessert mit der Folge, daß die wei­ tere Verarbeitung des Metallstrangs zu qualitativ höherwerti­ gen Produkten führt.

Die Eckbereiche des Formhohlraums können kreisförmig gekrümmt sein, wobei die Mittelpunkte der Radien konstant bleiben oder sich auch verändern können. Desweiteren können die Eckberei­ che des Formhohlraums nach vorgegebenen Kurven verlaufen, wie z. B. Ellipsen oder Parabeln. Aber auch hierbei ist sicherge­ stellt, daß sich diese Kurven in Richtung zum strangaus­ trittsseitigen Stirnende des Formhohlraums hin stets stärker krümmen und ihre Lage verändern, um den Spalt zur Verringe­ rung des Wärmeübergangs in den Eckbereichen zu erzeugen. Die Spaltbreite kann über die Variation von Mittelpunkt und Größe der Radien bzw. bei Kurven über Größe und Lage verändert wer­ den.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in der Draufsicht ein Kokillenrohr;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 einen horizontalen Querschnitt durch einen Eckbe­ reich des Kokillenrohrs entlang der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen horizontalen Querschnitt durch einen Eckbe­ reich des Kokillenrohrs entlang der Linie IV-IV der Fig. 2;

Fig. 5 einen horizontalen Querschnitt durch das Kokillen­ rohrs entlang der Linie V-V der Fig. 2 und

Fig. 6 in perspektivischer schematischer Darstellung einen Eckbereich des Kokillenrohrs am strangaustrittssei­ tigen Stirnende.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen ein Kokillenrohr 1 zum Stranggießen von Stahl mit einem quadratischen Strangquer­ schnitt. Das Kokillenrohr 1 besitzt einen Formhohlraum 2, dessen Querschnitt am eingießseitigen Stirnende 3 größer als am strangaustrittsseitigen Stirnende 4 bemessen ist.

Im Höhenbereich A weist der Formhohlraum 2 seitenparallele Wände 5 auf. Unterhalb des Höhenbereichs A beginnt eine Koni­ zität der Seitenflächen 6. Dieser Höhenbereich B erstreckt sich bis zum Stirnende 4 des Kokillenrohrs 1.

Die seitenparallelen Wände 5 und die konischen Seitenflächen 6 sind, wie die Fig. 1 erkennen läßt, durch gerundete Eckbe­ reiche 7, 8 miteinander verbunden. Diese Eckbereiche 7, 8 ha­ ben über den Höhenbereich C, der sich bis unterhalb des Gieß­ spiegels 9 erstreckt, ein und denselben Radius R. Siehe hierzu auch die Fig. 3.

Unter der Annahme, daß das in Fig. 2 dargestellte Kokillen­ rohr 1 etwa 800 mm lang ist, so beginnt die Konizität etwa 100 mm von dem oberen Stirnende 3. Der Gießspiegel 9 befindet sich ca. 120 mm von dem Stirnende 3 entfernt.

Über den Höhenbereich D, der etwa 140 mm unterhalb des oberen Stirnendes 3 des Kokillenrohrs 1 beginnt und sich bis zum un­ teren Stirnende 4 hin erstreckt, nimmt der Radius R der Eck­ bereiche 8 stetig ab (siehe auch Fig. 4 bis 6). Wenn bei­ spielsweise der Radius R über den Höhenbereich C 5 mm be­ trägt, so verringert sich dieser im Verlaufe des Höhenbe­ reichs D von 5 mm auf etwa 3,46 mm. Die Mittelpunkte der Ra­ dien werden so verschoben, daß das Diagonalmaß des Formhohl­ raums konstant bleibt.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, wird in Höhe des Gießspiegels 9 die Strangschale 10 an dem das Kokillenrohr 1 durchströmen­ den Strang 11 durch erhöhte Wärmeabfuhr mittels intensiver Kühlung des Kokillenrohrs 1 gebildet. Hierbei erstarrt die Strangschale 10 mit einem Radius R1 im Eckbereich 8 von 5 mm. Der Eckenwinkel des Formhohlraums 2 und des Strangs 11 sind somit gleich.

Durch den kleiner werdenden Radius R2 der Eckbereiche 8 un­ terhalb des Gießspiegels 9 (siehe Fig. 4), wobei das Diago­ nalmaß des Formhohlraums konstant bleibt, bildet sich folg­ lich bei gleich bleibendem Radius R1 der Strangschale 10, wo­ bei das Diagonalmaß des Formhohlraums durch den Schrumpf ab­ nimmt, in den Eckbereichen 8 ein Spalt 12. Dieser Spalt 12 reduziert die Wärmeabfuhr in den Eckbereichen 8 und verteilt diese auf die Seitenflächen 6. Das Einziehen des Strangs 11 wird verringert.

Im weiteren Verlauf des Formhohlraums 2 vergrößert sich die­ ser Spalt 12 (siehe Fig. 5 und 6), da sich der Radius R3 der Eckbereiche 8 ständig verringert, das heißt bei gleich­ bleibendem Diagonalmaß wandert der Mittelpunkt des Radius R3 nach außen. Die Wärmeabfuhr wird weiter auf die Seitenflächen 6 verlagert. Entmischung und Spannungen in den Eckbereichen 8 werden deutlich verringert. Hierbei wird ergänzend zu der Fig. 6 erläutert, daß die unterbrochene Linienführung 13 die Innenkontur des Formhohlraums 2 am Eingießende 3 verkörpert, während die durchgezogene Linienführung 14 die Innenkontur des Formhohlraums 2 am strangaustrittsseitigen Ende 4 dar­ stellt. Beide Linienführungen 13, 14 lassen somit auch die absolute Konizität 15 deutlich erkennen.

Ferner zeigt die Fig. 6 mit R den Radius der Eckbereiche 7, 8 im Höhenbereich C, mit R1 den gleich bleibenden Radius des in der Fig. 6 strichpunktiert angedeuteten Strangs 11 und mit R3 den Radius des Formhohlraums 2 am strangaustrittssei­ tigen Stirnende 4.

Durch die in der Fig. 6 vorgenommene zeichnerische Überlage­ rung der Linienführung 13 am eingießseitigen Stirnende 3 und der Linienführung 14 am strangaustrittsseitigen Stirnende 4 ist in der Fig. 6 auch deutlich der Spalt 12 im Eckbereich 8 zu erkennen.

Bezugszeichenliste

1 Kokillenrohr
2 Formhohlraum
3 eingießseitiges Stirnende
4 strangaustrittsseitiges Stirnende
5 seitenparallele Wände
6 konische Seitenflächen
7 Eckbereiche in A
8 Eckbereiche in D
9 Gießspiegel
10 Strangschale
11 Strang
12 Spalt
13 Linienführung
14 Linienführung
15 absolute Konizität
A Höhenbereich
B Höhenbereich
C Höhenbereich
D Höhenbereich
R Radius v. 8
R1 Radius v. 10 in Höhe v. 9
R2 Radius v. 8 in Höhe v. IV-IV
R3 Radius v. 8 in Höhe v. V-V

Claims (8)

1. Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen, das einen an einander gegenüberliegenden Stirnenden (3, 4) offenen Formhohlraum (2) besitzt, dessen Querschnitt am eingieß­ seitigen Stirnende (3) größer als am strangaustrittssei­ tigen Stirnende (4) bemessen ist und dessen Seitenflä­ chen (5, 6) durch bogenförmig gekrümmte Eckbereiche (7, 8) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eck­ bereiche (8) von einem knapp unterhalb des Gießspiegels (9) liegenden Höhenbereich des Formhohlraums (2) aus in Richtung zum strangaustrittsseitigen Stirnende (4) des Formhohlraums (2) einen sich verkleinernden Radius (R, R2, R3) mit konstant bleibendem oder sich veränderndem Mittelpunkt oder einen sich stärker krümmenden Kurven­ verlauf aufweisen.

2. Kokillenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (2) einen polygonalen Querschnitt aufweist.

3. Kokillenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (2) einen I-förmigen Querschnitt besitzt.

4. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität des Formhohlraums (2) linear ausgeführt ist.

5. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität mehrfach linear ausge­ führt ist.

6. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität des Formhohlraums (2) parabolisch ausgeführt ist.

7. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachse des Formhohlraums (2) gerade ausgebildet ist.

8. Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachse des Formhohlraums (2) in Gießrichtung gebogen ist.