DE19801822C1

DE19801822C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Stranggießen von Metallen

Info

Publication number: DE19801822C1
Application number: DE1998101822
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Schoenbeck; Jan Dipl Ing Vollrath
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: AU2510499A; EP1047515A1; TW379149B; WO1999036211A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, in einer stationären Kokille mit zwei sich gegenüberliegenden Breitseitenwänden, die in Richtung Kokilleneintritt eine trichterförmige Öffnung aufweisen und in Strangabzugsrichtung zumindest über einen Teil der Kokillenhöhe auf die Dicke des zu gießenden Stranges konvergieren, und zwei zwischen den Breitseiten eingeklemmten Schmalseitenleisten, sowie eine Stranggießkokille zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 0 268 910 A1 bekannt.

Aus DE 43 37 399 C2 ist eine Stranggießkokille für die Erzeugung von dünnen Brammen, Platten oder Blechen aus Stahl bekannt, die aus zwei gegenüberliegenden, zumindestens auf einem Teil der Kokillenhöhe nach unten konvergierenden, flüssigkeitsgekühlten, metallischen Längsseitenwände und zwei die Strangbreite begrenzenden, teilweise mit einem feuerfesten Werkstoff auf der Kokilleninnenseite beschichteten Schmalseitenwänden besteht. Jede Schmalseitenwand besitzt eine V-förmige Ausnehmung, in die eine Platte entsprechender Form aus Bornitrid eingesetzt ist, wobei die Platte von der Oberkante der Kokille ausgehend, mit einer wulstförmigen, sich in den Gießquerschnitt erstreckenden Verdickung ausgebildet ist, die bis unter den Gießspiegel in der Kokille reicht. Die dem Formhohlraum zugewandten Wandungen der Schmalseitenleisten sind ebenflächig ausgestaltet.

Aus DE 41 38 642 A1 ist eine Durchlaufkokille zum Gießen von Strängen mit einer maximalen Dicke von 80 mm bekannt, deren senkrecht zu den Breitseiten verlaufende Schmalseiten im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei die Schmalseiten zumindest in einem oberen vom Kokilleneingang ausgehenden Bereich einen zum Kokilleninneren hin gewölbten Querschnitt besitzen, deren Wölbungshöhe zum Kokillenausgang hin kontinuierlich abnimmt. Die Schmalseiten besitzen im oberen Bereich der Kokillen einen zum Kokilleninneren hin und im unteren Bereich einen zum Kokillenäußeren hin gewölbten Querschnitt. Die Länge der Innenwand der Schmalseitenleisten ändert sich somit ständig und hat in Stranggießrichtung beim Wechseln seiner Wölbungsrichtung ein Längenminimum.

Aus DE 35 01 422 A1 ist eine Durchlaufkokille für eine Stranggießanlage zum Gießen eines Dünnstranges bekannt, bei dem der Querschnitt des Einlaufendes in einer zweiten, auf die erste Richtung senkrechten Richtung eine kleinere Dimension aufweist als der Querschnitt des Auslaufendes in dieser zweiten Richtung. Die Seitenwände der Durchlaufkokille besitzen in der ersten Richtung einander gegenüberliegende, in Durchlaufrichtung konvergierende sowie in der zweiten Richtung einander gegenüberliegende divergierende Wandteile. Die Innenwandungen der in Strangrichtung divergierenden Schmalseitenleisten sind nach außen ausgebaucht und dabei vorzugsweise teilkreisförmig ausgebaucht ausgebildet. Die hier zum Einsatz kommenden Schmalseitenleisten sind nicht verstellbar in den Breitseiten leisten eingeklemmt. Weiterhin bleibt über die gesamte Höhe der Kokille die Distanz der Breitseitenwände im Bereich der Schmalseitenleisten konstant.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, ein Verfahren zum Stranggießen von Metallen einschließlich der dazu geeigneten Stranggießkokille zu schaffen, mit denen mit einfachen und konstruktiven Mitteln ein Hochgeschwindigkeitsgießen unter besonderer Berücksichtigung einer sicheren Schmierung erreicht wird.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 4. Die übrigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, der freien Oberfläche des in der Kokille außerhalb des Tauchausgießrohres befindlichen flüssigen Metalls eine ausreichende Menge an Schmiermittel, im wesentlichen Gießpulver, zuzuführen, mit der der Schmiermittelbedarf gedeckt wird. Beim Einsatz von Gießpulver wird dieses durch seinen Kontakt mit dem heißen Flüssigmetall aufgeschmolzen und anschließend in flüssiger Form als Schmiermittel die Reibung zwischen der Strangschale und der Kokille eingesetzt.

Beim Gießen von dünnen Brammen im Bereich von 30 bis 60 mm Dicke in stationären Stranggießkokillen hat sich gezeigt, daß die freie Oberfläche des in der Kokille befindlichen, flüssigen Stahls zu klein ist, um ein Schmiermittel in einer Menge aufzubringen, die den aktuellen Schmierungsbedarf der Bramme deckt. Dies gilt insbesondere für Geschwindigkeiten über 4 m/min und verstärkt sich mit zunehmender Gießgeschwindigkeit, beispielsweise bei Geschwindigkeiten von 7 bis 8 m/min.

Entsprechend der Erfindung wird hierzu die Badspiegelfläche, ins besondere im Bereich der Schmalseitenleisten, vergrößert und gleichzeitig in der Weise auf die Strangschalenschmalseite der Bramme formmäßig Einfluß genommen, daß ein störungsfreies Gießen möglich ist. Diese Vergrößerung im Bereich der Schmalseiten hat dabei den Vorteil, daß gerade auch im Bereich für Mangelschmierung besonders anfälligen Schmalseitenbereich der Kokille eine sichere Schmierung erreicht wird. Innerhalb der Kokille besteht nämlich ein lokal unterschiedlicher Schmiermittelbedarf. Hier wird vor allem im Bereich der Schmalseitenleisten eine pro freie Oberfläche des flüssigen Metalls entsprechend größere Schmiermittelmenge benötigt.

Mit den in der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen der Vergrößerung der Badspiegelfläche wird es möglich, auch bei Gießgeschwindigkeiten oberhalb etwa 6 m/min den Schmiermittelbedarf ausreichend zu decken.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, beim Einsatz von Gießpulver diesem zusätzlich zur über die Badspiegelfläche zugeführten Wärme weitere Wärme durch eine externe Energiequelle zuzuführen.

Die zum Einsatz kommenden Schmalseitenleisten der erfindungsgemäßen Stranggießkokille besitzen in Abhängigkeit ihrer Lage in der jeweiligen Höhenlinie der Kokille eine Länge in Richtung der Breitseitendistanz, die entsprechend der jeweiligen Höhenlinie bis auf eine Berücksichtigung des natürlichen Schrumpfmaßes der Brammen konstant bleibt. Gleichzeitig ändert sich deutlich die Breitseitendistanz. Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem die Innenwandung der Schmalseitenleisten bogen- oder wellenförmig ausgestaltet sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens im Schatten des Tauchausgußes eine trogförmige Ausgestaltung der Breitseitenwände vorgesehen. Im Bereich des Kokillenaustrittes werden die Breitseitenwände wieder im wesentlichen parallel zueinander geführt.

Der Trog ist im Eingießbereich in der Weise ausgestaltet, daß eine mit der Breitseitendistanz im Bereich der Schmalseitenleisten korrespondierende Sehne eine Größe aufweist, die das 0,05-fache bis 1,0-fache der Differenz der maximalen Breitseitendistanz und der effektiven Breitseitendistanz im Eingießbereich in Schmalseitennähe entspricht. Hierdurch wird eine weitere Vergrößerung der Badspiegelfläche, d. h. der Kontaktfläche des Gießpulvers zur freien außerhalb des Tauchgießrohres befindlichen Metalloberfläche erreicht. Die Größe der Sehne ist so gewählt, daß nicht nur die Brückenbildung zwischen dem Tauchgießrohr und der Kokille vermieden wird, sondern daß gerade die effektive Badspiegelfläche vergrößert wird.

Unabhängig von der Verformung der Strangschale an seiner Schmalseite kann hier die Verformung der Strangschale im Bereich des Troges durchgeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für die Schmalseitenleisten im Eingießbereich der Kokille ein Keil geringerer Wärmeabfuhr vorgesehen. Der Keil besitzt eine Trapezform, wobei die Trapezspitze eine Mindestbreite von 2 mm aufweist. Weiterhin wird unterhalb der Trapezspitze besonderer Einfluß auf die Wärmeabfuhr der Kokille in diesem Bereich genommen.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen die

Fig. 1 einen grundsätzlichen Aufbau der Kokille mit der Form der Schmalseitenleisten in Abhängigkeit der jeweiligen Höhenlinie,

Fig. 2 eine Schmalseitenleiste mit keilförmigem Einsatz,

Fig. 3 eine Kokille mit Trog,

Fig. 4 den Schnitt A-A durch die Kokille im Bereich des Troges.

Die Fig. 1 zeigt Breitseiten 31 zwischen denen Schmalseiten verstellbar eingeklemmt sind. Im linken Teil der Skizze ist die maximale Brammenbreite aufgezeigt, im rechten Teil ist die Schmalseite auf ein vorgebbares Maß der Brammenbreite eingestellt.

Die Breitseitendistanz am Kokilleneintritt ist mit d_E, die am Kokillenaustritt mit d_A gekennzeichnet.

Über die Kokillenhöhe h sind verschiedene Schnitte angegeben, und zwar
B-B in Höhe des Kokilleneintritts 11
C-C in Höhe des Gießspiegels 12
D-D in Höhe einer Höhenlinie 13 und
E-E am Kokillenaustritt 14.

Im rechten Teil des Bildes ist schematisch jeweils eine Schmalseitenleiste 21 dargestellt, die zwischen zwei mit einer Breitseitendistanz d zueinander angeordneten Breitseiten 31 eingeklemmt ist. Die Innenseite 22 der Schmalseitenleiste 21 weist eine Länge l auf.

Diese Länge l kann im Schnitt B-B die gleiche Länge aufweisen wie die Breitseitendistanz d (Beispiel i)). Wie im Beispiel ii) kann die Länge l bogenförmig sein und damit länger als die Breitseitendistanz d ausgebildet sein.

Im Schnitt C-C wird weiterhin auch im Schnitt D-D entsprechend E-E die Breitseitendistanz d kleiner gewählt als die Länge l, wobei im letzteren Fall d der Breitseitendistanz d_A am Kokillenaustritt entspricht.

In Beispiel ii wie auch ii der Schnitte D-D bzw. E-E ist die Länge l wellenförmig ausgestaltet. Durch diese ein oder zwei Wellentäler bzw. Wellenberge aufweisende Linie der Länge l kann ein besonders großer Unterschied der Länge zwischen l und d erreicht werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Schmalseitenleiste 21, bei der in der Innenwandung 22 ein Keil 26 eingelegt ist. Dieser Keil 26 weist eine trapezförmige Form auf mit einer Breite b an der Trapezspitze von größer 2 mm.

Der Keil 26 besteht aus einem Feuerfestmaterial, beispielsweise Bornitrid. Die relativ stumpfe Spitze hat den Vorteil, daß zum einen die Standzeit des Keils erhöht wird und zum anderen unterhalb dieser Spitze in der Schmalseitenleiste 21 mit einer Kühleinrichtung 51 (nicht dargestellt) verbundene Kanäle 52 einbringbar sind.

Durch vorgebbare Kühlparameter wird aktiv Einfluß auf die Temperatur genommen und damit das Verhalten der Brammenschale an dieser Stelle.

In der Fig. 3 ist ergänzend zu Fig. 1 im Eingießbereich 16 der Kokille in den Breitseiten 31 eine trogförmige Ausbuchtung 32 vorgesehen. In diese Ausbuchtung 32 ragt ein Tauchgießrohr 41.

Die Breitseitendistanz d weist im Bereich der trogförmigen Ausbuchtung 32 die maximale Größe d_M auf, im Bereich der Schmalseitenleisten 21 hat sie am Kokilleneintritt 11 die Größe d_E und sie verringert sich über die Kokillenhöhe h bis hin zur Breitseitendistanz am Kokillenaustritt 14 auf d_A.

In der Fig. 4 ist hierzu noch mal ein Schnitt A-A dargestellt, bei dem in besonderer Ausgestaltung der trogförmigen Ausbuchtung 32 dargestellt ist, und zwar im linken Teil ist die Außenfläche 23 geradlinig konisch und im rechten Teil kurvenförmig 24 mit einem Wendepunkt 25.

In der Fig. 3 ist darüber hinaus am Kokilleneintritt 11 eine quadratische Badspiegelfläche mit der Kantenlänge d_E sowie am Kokillenaustritt 14 eine quadratische Fläche mit der Kantenlänge d_A dargestellt. Das Verhältnis d_E/d_A liegt dabei zwischen 1,05 bis 2,0.

Bezugszeichenliste Kokille

11

Kokilleneintritt

12

Gießspiegelhöhe

13

Höhenlinie

14

Kokillenaustritt

15

Formhohlraum

16

Eingießbereich der Kokille

Seiten

21

Schmalseitenleiste

22

Innenwandung

23

Außenfläche geradlinig konisch

24

Außenfläche kurvenförmig

25

Wendepunkt

26

Keil

Kokillenbreite

31

Breitseite

32

Trogförmige Ausbuchtung

Materialzufuhr

41

Tauchgießrohr

Kühlung

51

Kühleinrichtung

52

Kanäle

b Bereich der Trapezspitze
d_A Breitseitendistanz am Kokillenaustritt
d_E Breitseitendistanz im Eingießbereich in Schmalseitennähe
d_M Maximale Breitseitendistanz
l Länge Innenwand Schmalseitenleiste
h Kokillenhöhe
s Sehne

Claims

1. Verfahren zum Stranggießen von Metallen, insbesondere von Dünnbrammen aus Stahl, in einer stationären Kokille, die zwei sich gegenüberliegende Breitseitenwände aufweist, welche im Eingießbereich eine trichterförmige Öffnung besitzen und in Strangabzugsrichtung beim Kokilleneintritt beginnend zumindest über einen Teil der Kokillenhöhe auf die Dicke des zu gießenden Stranges konvergieren, und mit zwei zwischen den Breitseiten eingeklemmten Schmalseitenleisten, sowie einen Tauchgießrohr, über das flüssige Metall in die Kokille eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die freie Oberfläche des in der Kokille außerhalb des Tauchgießrohres befindlichen flüssigen Metalls ein Schmiermittel in einer Menge aufgebracht wird, die den aktuellen Schmierungsbedarf der Bramme bei Gießgeschwindigkeiten über 4 m/min ausreichend deckt, wobei dem Schmiermittel in der Nähe jeder Schmalseitenleiste mindestens eine quadratische Badspiegelfläche mit einer Kantenlänge d_E entsprechend der Distanz der Breitseiten leisten im Bereich der Schmalseitenleisten in einer Größe, die dem Verhältnis
d_E/d_A = 1,05 bis 2,0 entspricht
mit d_A = Kantenlänge einer quadratischen Querschnittsfläche an der Mündung der Kokille im Bereich der Schmalseitenleisten, und
daß die Flächen der Schmalseiten der Strangschale in der Weise verformt werden, daß ihre horizontale Länge nicht mehr als um das 5-fache ihres natürlichen Schrumpfmaßes verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schmiermittel ein Gießpulver ist, und
daß die quadratische Badspiegelfläche mindestens das 1,2-fache der quadratischen Querschnittsfläche des Stranges am Kokillenaustritt beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gießpulver zusätzlich zur über die Badspiegelfläche zugeführte Wärme über externe Energiequellen Wärme zugeführt wird.

4. Stranggießkokille, insbesondere für Dünnbrammen aus Stahl, die zwei Breitseitenwände aufweist, zwischen denen Schmalseitenleisten verstellbar eingeklemmt sind, mit einem dem Format des zu gießenden Stranges entsprechenden Mündungsbereich und einer sich in Richtung Kokilleneintritt trichterförmig erweiternden Öffnung, wobei die Schmalseitenleisten im Eingießbereich eine zum Mündungsbereich der Kokille deutlich größere Dicke aufweisen und die den im Verstellbereich mit den Schmalseiten korrespondierenden Breitseiten zugeneigten Außenflächen der Schmalseitenleisten mindestens innerhalb des Eingießbereichs in Strangabzugsrichtung keilförmig konvergieren, sowie einem in den Freiraum des Eingießbereichs der Kokille ragenden Tauchausguß, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge (l) der Innenwandung (22) der Schmalseitenleiste (21) in Abhängigkeit ihrer Höhenlage in der Kokille in der jeweiligen Kokillenhöhenlinie in Richtung der Breitseitendistanz (d) eine Größe von
l = d_A + k.Δd aufweist,
mit d_A = Breitseitendistanz am Kokillenaustritt
Δd = natürliches Schrumpfmaß
k = Faktor der Größenordnung 5 bis 100, und
daß sich die Breitseitendistanz (d) vom Kokilleneintritt (11) beginnend in Richtung Kokillenaustritt (14) mindestens über einen Teil der Kokillenhöhe (h) verringert, wobei die entsprechende Länge (l) der Innenwandung (22) der Schmalseitenleiste (21) in der jeweiligen Höhenlinie bis auf eine Berücksichtigung des natürlichen Schrumpfmaßes der Bramme konstant bleibt.

5. Stranggießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Länge (l) der Innenwandung (22) der Schmalseitenleiste (21) einen vom Formhohlraum (15) der Kokille wegweisenden Bogen beschreibt.

6. Stranggießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) der Innenwandung (22) der Schmalseitenleiste (21) in den jeweiligen Höhenlinien wellenförmig ausgestaltet ist.

7. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseitenwände (31) im Bereich des Kokilleneintritts (11) mindestens im Schatten des Tauchausgußes (41) trogförmig ausgestaltet und im Bereich des Kokillenaustritts (14) im wesentlichen parallel zueinander geführt sind.

8. Stranggießkokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierenden mit den Breitseiten (31) korrespondierenden Außenflächen (23) der Schmalseitenleisten (21) geradlinig konisch ausgebildet sind.

9. Stranggießkokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierenden mit den Breitseiten (31) korrespondierenden Außenflächen (24) der Schmalseitenleisten (21) einer Kurve folgen, die einen Wendepunkt (25) aufweist und tangential im Kokillenmündungsteil ausläuft.

10. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sehne (s) des trogförmigen Eingießbereiches der Breitseiten (31) am Kokilleneintritt (11) eine Größe aufweist, entsprechend
s = 0,05 bis 1,0.(d_M - d_E)
mit
d_M maximaler Breitseitendistanz am Kokilleneintritt und
d_E Breitseitendistanz im Eingießbereich in Schmalseitennähe.

11. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Formhohlraum (15) zugeneigten Innenwandungen (22) der Schmalseitenleisten (21) im trogförmigen Eingießbereich in Strangabzugsrichtung divergierend und anschließend entsprechend dem Schrumpfmaß der Bramme konvergierend angeordnet sind.

12. Stranggießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schmalseitenleisten (21) im Eingießbereich (16) der Kokille ein Keil (26) geringerer Wärmeabfuhr vorgesehen ist, dessen Trapezspitze eine Breite (b) von b < 2 mm aufweist.

13. Stranggießkokille nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schmalseitenleisten (21) in Strangabzugsrichtung unterhalb der Trapezspitze des Keils (26) Kanäle (52) vorgesehen sind, die an eine regelbare Kühleinrichtung (51) angeschlossen sind.