DE19606291C5

DE19606291C5 - Kokillenrohr

Info

Publication number: DE19606291C5
Application number: DE1996106291
Authority: DE
Inventors: Raimund Dipl.-Ing. Eichholz-Boldt
Original assignee: KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: DE19606291B4; DE19606291A1

Abstract

Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen, das einen an einander gegenüberliegenden Stirnenden (3, 4) offenen Formhohlraum (2) besitzt, dessen Querschnitt am eingießseitigen Stirnende (3) größer als am strangaustrittsseitigen Stirnende (4) bemessen ist und dessen Seitenflächen (5, 6) durch bogenförmig gekrümmte Eckbereiche (7, 8) verbunden sind,
wobei die Eckbereiche (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 sich veränderndem Mittelpunkt oder einen sich stärker krümmenden Kurvenverlauf aufweisen,
wobei durch den sich verkleinerden Radius (R, R2, R3) oder den sich stärker krümmenden Kurvenverlauf bewusst ein Spalt zwischen einer Strangschale eines Gießstrangs und den Eckbereichen (8) des Formhohlraum (2) zur Reduzierung der Wärmeabfuhr erzeugt wird, und wobei ein Diagonalmaß des Formhohlraums konstant bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kokillenrohre werden zur Herstellung von Vollprofilen in einem kontinuierlichen Gießprozess verwendet. Durch Kühlung des Kokillenrohrs erstarrt der flüssige Stahl in den Randbereichen unter Bildung einer in der Dicke permanent anwachsenden Strangschale. Aufgrund der Erstarrung des Stahls verändert sich die Querschnittsgeometrie des Strangs durch Schrumpfung.
Stand der Technik
Ein solches Kokillenrohr ist z. B. durch den Prospekt ”Kokillen für Strangguß” der KM-kabelmetal Aktiengesellschaft, Klosterstraße 29, 4500 Osnabrück in der Ausgabe 1190.015.04.04 bekannt.
Da bei den bislang bekannten Kokillenrohren – unabhängig von ihrem jeweiligen Querschnitt – in den zwei Seitenflächen jeweils verbindenden, über die gesamte Länge des Formhohlraums gleich bleibenden Eckbereichen bei Abkühlung des Stahls eine höhere Wärmeabfuhr als an den Seitenflächen auftritt, unterliegen 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 Oberflächen- und Gefügefehlern führen können.
Beim Stranggießen bildet sich die Strangschale etwa in Gießspiegelhöhe durch hohe Wärmeabfuhr. Die Eckenwinkel des Formhohlkörpers und der Strangschale sind hier noch gleich. Im etwa mittleren Höhenbereich des Formhohlraums treten durch den größeren Schrumpf in den Eckbereichen des Strangs die oben genannten Fehler auf und die Wärmeabfuhr wird durch die Spaltbildung zwischen Strang und Formhohlraum stark reduziert. Das Strangschalenwachstum wird behindert. Die Eckenwinkel des Strangs werden größer. Am Austritt aus dem Formhohlraum ist dann das Strangschalenwachstum in den Eckbereichen völlig unterbrochen. Es sind Entmischungen und Spannungen in den Eckbereichen zu befürchten.
Durch die JP 01075146 A ist ein Kokillenrohr bekannt, welches der Erzeugung eines kreisrunden Gießstrangs dient. Um hierbei Längsrisse in der Oberfläche zu vermeiden und um eine Beschleunigung eines kontinuierlichen Gießens zu erreichen, sind in die innere Oberfläche des Kokillenrohrs von dem strangeintrittsseitigen Stirnende ausgehend gemuldete Nuten eingearbeitet. Die Nuten erstrecken sich in Gießrichtung und haben eine Länge, die sich über etwa zwei Drittel der Länge des Kokillenrohrs erstreckt. Der Querschnitt der Nuten verringert sich gleichmäßig von dem strangeintrittsseitigen Stirnende aus, bis zu der Stelle, wo die Nuten in die innere Oberfläche des Kokillenrohrs einlaufen.
In der EP 0 498 296 A2 sollen gezielt im oberen Höhenbereich eines Kokillenrohrs die inneren Seitenflächen konkav gekrümmt ausgebildet werden, damit der Formhohlraum vom etwa mittleren Höhenbereich bis zum eingießseitigen Ende einen größeren, sich erweiternden Querschnitt hat. Ergänzend zu diesen Maßnahmen können Hohlkehlen entlang der Diagonallinien mit einem in Stranglaufrichtung negativen Konus vorgesehen werden. Hiermit soll ein Verklemmen des Strangs im Kokillenrohr ausgeschaltet werden. Auch sollen mit einem negativen Konus Sehnenverlängerungen beim Zurückverformen von starken Ausbauchungen aufgefangen werden, die durch ein Schwinden nicht kompensiert werden können.
Im Umfang der DE 32 04 339 A1 wird der Vorschlag gemacht, die Krümmungen der Eckbereiche zwischen zwei Seitenflächen eines Kokillenrohrs entsprechend der Schrumpfung der Eckbereiche eines Strangs anzupassen, das heißt den Radius der Krümmung in Gießrichtung zu vergrößern.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, ein Kokillenrohr mit durch bogenförmig gekrümmte Eckbereiche verbundenen Seitenflächen 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 Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
In Höhe des Geißspiegels 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 Eckenwinkeln des Formhohlraums entsprechen. Um nun das überproportionale 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 Formhohlraums 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 Eckbereichen werden dadurch vermieden. Oberflächen- und Gefügefehler werden ausgeschlossen. Die Qualität des abgegossenen Metallstrangs wird deutlich verbessert mit der Folge, daß die weitere Verarbeitung des Metallstrangs zu qualitativ höherwertigen Produkten führt.
Die Eckbereiche des Formhohlraums können kreisförmig gekrümmt sein, wobei die Mittelpunkte der Radien sich verändern. Desweiteren können die Eckbereiche des Formhohlraums nach vorgegebenen Kurven verlaufen, wie z. B. Ellipsen oder Parabeln. Aber auch hierbei ist sichergestellt, daß sich diese Kurven in Richtung zum strangaustrittsseitigen Stirnende des Formhohlraums hin stets stärker krümmen und ihre Lage verändern, um den Spalt zur Verringerung 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 werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in der Draufsicht ein Kokillenrohr;
2 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 1 entlang der Linie II-II;
3 einen horizontalen Querschnitt durch einen Eckbereich des Kokillenrohrs entlang der Linie III-III der 2;
4 einen horizontalen Querschnitt durch einen Eckbereich des Kokillenrohrs entlang der Linie IV-IV der 2;
5 einen horizontalen Querschnitt durch das Kokillenrohrs entlang der Linie V-V der 2 und
6 in perspektivischer schematischer Darstellung einen Eckbereich des Kokillenrohrs am strangaustrittsseitigen Stirnende.
Ausführungsbeispiel
Die 1 und 2 veranschaulichen ein Kokillenrohr 1 zum Stranggießen von Stahl mit einem quadratischen Strangquerschnitt. 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 Konizität 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 1 erkennen läßt, durch gerundete Eckbereiche 7, 8 miteinander verbunden. Diese Eckbereiche 7, 8 haben über den Höhenbereich C, der sich bis unterhalb des Gießspiegels 9 erstreckt, ein und denselben Radius R. Siehe hierzu auch die 3.
Unter der Annahme, daß das in 2 dargestellte Kokillenrohr 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 unteren Stirnende 4 hin erstreckt, nimmt der Radius R der Eckbereiche 8 stetig ab (siehe auch 4 bis 6). Wenn beispielsweise der Radius R über den Höhenbereich C 5 mm beträgt, so verringert sich dieser im Verlaufe des Höhenbereichs D von 5 mm auf etwa 3,46 mm. Die Mittelpunkte der Radien werden so verschoben, daß das Diagonalmaß des Formhohlraums konstant bleibt.
Wie die 2 und 3 zeigen, wird in Höhe des Gießspiegels 9 die Strangschale 10 an dem das Kokillenrohr 1 durchströmenden 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 unterhalb des Gießspiegels 9 (siehe 4), wobei das Diagonalmaß des Formhohlraums konstant bleibt, bildet sich folglich bei gleich bleibendem Radius R1 der Strangschale 10, wobei das Diagonalmaß der Strangschale durch den Schrumpf abnimmt, 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 dieser Spalt 12 (siehe 5 und 6), da sich der Radius R3 der Eckbereiche 8 ständig ver ringert, das heißt bei gleichbleibendem 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 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 darstellt. Beide Linienführungen 13, 14 lassen somit auch die absolute Konizität 15 deutlich erkennen.
Ferner zeigt die 6 mit R den Radius der Eckbereiche 7, 8 im Höhenbereich C, mit R1 den gleich bleibenden Radius des in der 6 strichpunktiert angedeuteten Strangs 11 und mit R3 den Radius des Formhohlraums 2 am strangaustrittsseitigen Stirnende 4.
Durch die in der 6 vorgenommene zeichnerische Überlagerung der Linienführung 13 am eingießseitigen Stirnende 3 und der Linienführung 14 am strangaustrittsseitigen Stirnende 4 ist in der 6 auch deutlich der Spalt 12 im Eckbereich 8 zu erkennen.

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

Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen, das einen an einander gegenüberliegenden Stirnenden (3, 4) offenen Formhohlraum (2) besitzt, dessen Querschnitt am eingießseitigen Stirnende (3) größer als am strangaustrittsseitigen Stirnende (4) bemessen ist und dessen Seitenflächen (5, 6) durch bogenförmig gekrümmte Eckbereiche (7, 8) verbunden sind, wobei die Eckbereiche (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 sich veränderndem Mittelpunkt oder einen sich stärker krümmenden Kurvenverlauf aufweisen, wobei durch den sich verkleinerden Radius (R, R2, R3) oder den sich stärker krümmenden Kurvenverlauf bewusst ein Spalt zwischen einer Strangschale eines Gießstrangs und den Eckbereichen (8) des Formhohlraum (2) zur Reduzierung der Wärmeabfuhr erzeugt wird, und wobei ein Diagonalmaß des Formhohlraums konstant bleibt.
Kokillenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (2) einen polygonalen Querschnitt aufweist.
Kokillenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (2) einen I-förmigen Querschnitt besitzt.
Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität des Formhohlraums (2) linear ausgeführt ist.
Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität mehrfach linear ausgeführt ist.
Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität des Formhohlraums (2) parabolisch ausgeführt ist.
Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachse des Formhohlraums (2) gerade ausgebildet ist.
Kokillenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachse des Formhohlraums (2) in Gießrichtung gebogen ist.