DE19850575A1 - Breitenverstellbare Stranggießkokille mit gekrümmten Trennflächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aus Breit- und Schmalseitenwand-Teilen aus einzelnen Bauteilen bestehende und durch seitlichen Druck auf die Breitseiten-Teile zusammengehaltene und geschlossene Kokille für das Stranggießen, insbesondere von Dünnbrammen, mit seitlich verschieblichen Schmalseiten-Teilen. Die Schmalseitenwände sich durch vorzugsweise parallele Geraden begrenzt. Die Breitseitenwände werden im Verstellbereich der Schmalseiten-Teile in Gießrichtung überall aus Geraden gebildet, deren Neigung in Dickenrichtung sich in Breitenrichtung stetig ändert, wobei sich das Schmalseiten-Teil zur Außenseite der Kokille hin in jeder Höhe mindestens ebenso stark verjüngt wie die Breitseitenwände in der ungünstigen Stellung.

Description

Die Erfindung betrifft eine besondere Ausgestaltung einer aus mehreren Teilen be­ stehenden Kokille, die vorrangig beim Dünnbrammen-Stranggießen zum Einsatz kom­ men, aber auch bei anderen Stranggieß-Verfahren bedeutsam sein kann. Die beson­ dere Ausgestaltung gestattet nämlich eine Breitenverstellung auch in Fällen, bei de­ nen diese bislang nicht für durchführbar gehalten wird.

Für das Dünnbrammen-Stranggießen von Stahl wurde schon 1951 von Rossi in der DE-PS 8 87 990 eine bestimmte Form einer stationären Kokille vorgeschlagen. In die­ sem Patent blieb die Frage offen, ob die Kokille geteilt sein sollte. Vor allem aber wurde eine Verstellbarkeit der Brammenbreite nicht ins Auge gefaßt. Erst in den 90er Jahren wurden Kokillen dieser Art erprobt. Dabei stellte sich heraus, daß sie nach relativ geringen Modifikationen der bei anderen Methoden üblichen Abmessungen durchaus einsatzfähig waren. Als Mangel ist jedoch gerade heute im Lichte von An­ wenderwünschen anzusehen, daß sie nicht wie andere Kokillentypen, insbesondere die der EP-PS 0 149 734, ohne wesentliche Änderungen der empfohlenen Gestalt eine Verstellbarkeit der Brammenbreite ermöglicht.

Die Kokille nach der DE-PS 8 87 990 besitzt einen trichterförmigen erweiterten Ein­ gießbereich zur Aufnahme des Gießrohres und Schmalseitenwände, die von oben nach unten eine konstante Breite aufweisen, also durch je zwei parallele Geraden begrenzt sind. Nach dem Vorschlag der DE-PS 8 87 990 laufen die Breitseitenwände oberhalb einer gewissen Höhe zu diesen Enden hin nach oben hin zunehmend stärker zusam­ men, so daß sie an diesen Enden keine parallelen Tangenten in Breitenrichtung besit­ zen. Das erschwert die Breitenverstellbarkeit. Man hielt sie deshalb für nicht durch­ führbar.

Eine Lösung für ein ähnliches Problem wurde schon 1984 in der DE-PS 35 01 442 an­ gegeben. Hier waren die Flächen der Teilfugen zwischen je zwei Kokillenwand-Teilen Ebenen. Das erzwingt bei der Kokillenform nach der DE-PS 8 87 990 einige Abwand­ lungen und erlaubt zudem nicht die Erzeugung konstantdicker Brammen.

Die Aufgabe der hier vorgestellten Erfindung besteht darin, zumindest für eine Kokil­ le, die als technisch adäquate Form der Kokille nach der DE-PS 8 87 990 angesehen werden kann und konstantbreite Schmalseitenwande aufweist, ohne daß an den En­ den auch die horizontalen Tangenten an eine der Breitseitenwände untereinander pa­ rallel wären, eine sichere Verstellmöglichkelt der Brammenbreite zu schaffen. Wenn auch das Problem vorzugsweise von der DE-PS 8 87 990 her angeregt wurde, ist doch mit einer sehr breiten Anwendung solch einer Verstellmöglichkeit zu rechnen, wenn sie erst einmal bekannt ist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die Breitseitenwände im gewünschten Ver­ stellbereich derart gestaltet werden, daß sie Flächen bilden, die dort überall in Gieß­ richtung Geraden enthalten, deren Neigung in Dickenrichtung sich jedoch in Breitenrlch­ tung kontinuierlich ändert. Zugleich werden beide Breitseitenwände oder zumindest eine von Ihnen um die Breitenachse in irgendeiner Höhe schwenkbar ausgeführt. Ver­ schiebt man nun die zur Innenseite der Kokille hin mit einer relativ scharfen Kante versehenen Schmalseiten-Kokillenteile nach innen oder außen, so kann durch seitlichen Druck auf die beiden Breitseitenwände die Kokille stets geschlossen werden, wobei sich lediglich die Breitseitenwände oder zumindest eine von Ihnen um die Breitenach­ se ein wenig dreht, so daß sich z. B. die Weite des oberen Eingießbereichs etwas än­ dert. Dies geschieht in der Weise, daß bei einer Anwendung in dem beim Dünnbram­ men-Stranggießen üblichen Sinne sich die Weite bei größerer Breite noch erhöht, was auch technologisch eher von Vorteil ist.

In einer anderen Variante der Erfindung wird eine der Breitseitenwände festgehalten. An sie lehnen sich die dann selbst ein wenig zu verdrehenden Schmalseiten an und werden von der anderen Breitseitenwand mit angepreßt.

Da zumindest eine der Breitseitenwände um eine Breitenachse schwenkbar gestaltet werden muß, ist bei dieser Art von Kokillen nicht mehr gewährleistet, daß es von ei­ ner gewissen Höhe an abwärts einen Bereich mit konstantem Rechteckquerschnitt gibt. Man kann nur dafür sorgen, daß beim Austritt stets ein Rechteckquerschnitt vorliegt, wenn man die Drehachse an die untere Kante legt und wenn die Breitseiten­ wand dort eine Gerade über die ganze Breite aufweist. Wählt man die Drehachse nicht am unteren Ende der Kokille oder läßt man dort eine andere Kontur der Breitseiten­ wände als eine Gerade zu, so kann man gezielt konkave oder/und konvexe Brammen­ oberflächen oder sogar wellige erzeugen.

Die Neigungen der die Wandfläche erzeugenden Geraden sollten stets so gewählt wer­ den, daß die Kokille nie und nirgends oben enger als unten wird. Das aber ist stets erreichbar.

Will man sicherstellen, daß z. B. zur Verbesserung der Dichtwirkung oder/und zur Ver­ ringerung des Verschleißes durch das Bewegen der Schmalseitenwände die Berührungs­ fläche in den Trennfugen eine gewisse Mindestgrenze nicht unterschreitet, müssen die beiden sich berührenden Flächen gemeinsame Geraden auch in horizontalen Ebe­ nen aufweisen. Das ist dadurch erreichbar, daß man von den Geraden, welche erfin­ dungsgemäß die Form der Breitseitenwände erzeugen, fordert, daß sie alle durch et­ ne quer gerichetete Gerade verlaufen und ihre Neigung in Dickenrichtung mit der Brei­ tenkoordinate linear ändern. Die Gestalt der Trennfuge an den Schmalsetten-Teilen der Kokille muß nur exakt nach dem gleichen Prinzip gebildet werden. Geometrisch bedingte Abstandsfehler, die beim Verschieben der Schmalseiten-Teile und dem da­ durch bedingten Kippen der Breitseiten-Teile in der Trennfuge auftreten können, lie­ gen dann bei üblichen Abmessungen der Kokille im Bereich deutlich unterhalb von 1 µm, sind also gegenüber allen Verformungen, die z. B. durch Wärmedehnungen innerhalb des Schmalseitenteils entstehen und deren Unterschiede schon beim Dünnbrammengießen ein Vielfaches von 10 µm betragen, unbedingt vernachlässigbar.

Dadurch, daß die Breitseitenwände an den Enden noch aufeinander zu verlaufen, kann eine Fortsetzung der Begrenzung in den äußeren, nicht genutzten Verstellbereich hin­ ein nach einer relativ kurzen Strecke zu einem zu engen Spalt zwischen den Breit­ seitenwänden oder gar zu deren Berühren führen, was unbedingt zu vermelden ist. Entweder sieht man in diesem Maß eine natürliche Begrenzung des Verstellbereichs, oder aber man baut mindestens eine der beiden Kokillen-Breitseitenwände so, daß sie selbst aus mehreren Teilen besteht, so daß man einen Teil, der dann im Wege ist, ge­ gebenenfalls entfernen kann.

Altes das kann noch dadurch verallgemeinert werden, daß man als Erzeugende der Breitseitenwand-Flächen nicht Geraden, sondern beliebige andere Kurven wählt und die Schmalseitenwände mit der gleichen Kurvenform als Begrenzung zu den Breitsei­ ten hin gestaltet. Selbstverständlich verzichtet man dadurch auch auf die konstante Breite der Schmalseitenwände von oben nach unten. Aber auch solch eine Kokille wä­ re in jeder Stellung der Schmalseitenwände geschlossen und zumindest linienförmig dicht. Bei genügend hohen Kokillen ist eine solche Form wegen der Schrumpfung der Strangschale u. U. durchaus sinnvoll.

Selbstverständlich wirken alle diese Prinzipe auch, wenn man, aus welchen Gründen auch immer, an den Enden nicht nach außen hin zusammenlaufende, sondern von un­ ten nach oben unterschiedlich divergierende horizontale Tangenten an die Breitseiten­ wände wünscht.

Auch ist ein vertikales Verfahren der Schmalseiten-Teile insbesondere dann sinnvoll, wenn man keine parallel begrenzten Schmalseitenflächen vorliegen hat.

Leider muß die bis hierher beschriebene Konstruktion noch etwas verändert werden, weil sonst das Angießen nicht möglich wäre. Wenn man dieses nämlich gewährleisten will, muß zumindest in der Phase des Angießens ein Kaltstrang, der naturgemäß kon­ stanten Querschnitt besitzt, in einem Kokillenteil mit ebenso konstantem Querschnitt ruhen können, während das erste flüssige Material eingegossen wird. Dabei muß die Kokille nach unten hin besonders dicht geschlossen sein. Das aber ist bei einer belie­ bigen Stellung der Schmalseiten-Teile mit einem von der Stellung abhängigen Kippen der Breitseitenwände verbunden, die zudem zumindest an den Schmalseiten von un­ ten nach oben durchgehende Geraden enthalten, die erfindungsgemäß unterschiedlich geneigt sind.

Als Abhilfemaßnahmen gegen diesen Nachteil sind zwei Vorgehensweisen denkbar:

• 1. Man fährt nur in der engsten Stellung am und sorgt dafür, daß in einem unte­ ren Teil der Kokille nach innen hin dann nur senkrechte Geraden vorkommen. Diese Einschränkung ist sicherlich in einigen Fällen unzureichend.
• 2. Man sieht bei den Schmalseiten nach unten hin parallele Verlängerungen vor und preßt in der Angleßphase von unten her Verlängerungen der Breitseiten-Teile gegen diese Schmalseiten-Verlängerungen und gegen die eigentlichen, nun obe­ ren Kokillen-Breitseiten-Teile. Damit alles bei jedem Winkel paßt, müssen die Kokillen-Breitseiten-Teile und diese zwei Verlängerungsstücke eine zylinderför­ mige Trennfuge gemeinsam haben, die bei jeder Winkelstellung der Breitsei­ ten-Teile 1, 2 exakt schließt. Die Verlängerungsstücke müssen als Anfahrhilfe gesehen werden und werden nach dem Angießen in der Regel entfernt. Sofern man diesen unteren Teil des Gesamt-Gießkastens ständig dort läßt, ist exakt die Form der in der DE-PS 8 87 990 Kokille erreicht, allerdings besteht die Kokille dann aus sechs und nicht nur aus vier Teilen. Das aber ist nach der Phase des Angießens voraussichtlich nicht mehr erforderlich.

Alles dies sei nun anhand von einigen Bildern erläutert:

Fig. 1, bestehend aus Fig. 1a und Fig. 1b, zeigt einen Blick von oben in eine erfindungs­ gemäße Kokille, bei der sich die Kokillenteile jeweils nur linienförmig berühren, nämlich an der inneren Seite der die Schmalseiten bildenden Teile. Fig. 1a stellt dabei schema­ tisch eine der engsten Positionen dar, für die diese Kokille geeignet wäre, Fig. 1b die weiteste. Man erkennt, wenn auch in dieser Darstellung nicht ganz leicht, daß sich die Breitseitenwände 1 und 2 beim Verschieben der Schmalseitenwand-Teile 3 und 4 drehen, und zwar ist das in diesen Figuren dadurch angedeutet, daß man in der Skiz­ ze Fig. 1a noch an den Außenseiten der die Breitseitenwand bildenden Teile hinabblic­ ken kann, so daß man deren Unterkante sieht, während diese Unterkanten in der Stellung der Fig. 1b durch die oberen Flächen völlig verdeckt werden, so daß nur je eine gestrichelte Linie eingezeichnet wurde.

Dieser Effekt wird deutlicher, wenn man von der Brettseite her, z. B. in Fig. 2 von der Seite des Schmalseiten-Teiles 3 her, auf die Kokille blickt.

In Fig. 2 sind links, in der Mitte und rechts je eine mögliche Stellung der Kokille in Seitenansicht zu sehen. Man sieht jeweils die Breitseiten-Teile 1 und 2 sowie das vor­ dere der Schmalseitenteile 3, das andere (4) ist durch dieses völlig verdeckt. Dle En­ den der Breitseiten-Teile 1 und 2 verdecken, vor altem in der linken und der mittle­ ren Stellung, auch einen Teil des Schmalseiten-Teils 3. in den Skizzen ist im Grunde die Anfahrphase abgebildet, weil man auch die von unten angefügten Verlängerungstei­ le 5 und 6 sieht, die zur Verdeutlichung der Tatsache, daß sie nur am Anfang vor­ handen sind, in der rechten Skizze nach unten und zur Seite hin entfernt wurden.

In Fig. 3, bestehend aus Fig. 3a und Fig. 3b, sieht man wieder zwei Stellungen abge­ bildet. Im Gegensatz zu Fig. 1 berühren sich hier jedoch die Kokillen-Teile auf länge­ ren Flächen. Dafür müssen diese Flächen im gesamten Verstellbereich aus horizonta­ len Geraden bestehen. In Fig. 3 wurde die ganze Hälfte einer Breitseitenfläche so ge­ staltet, so daß eine Rautenform des Kokillenquerschnitts entsteht, wie er bei der DE-PS 8 87 990 für den oberen Kokillentell besonders empfohlen wurde.

Mögliche Formen für die Schmalseiten-Teile sind in Fig. 4 und Fig. 5 zu sehen:

Fig. 4 zeigt das Schmalseiten-Teil 3 in den üblichen drei Ansichten. Es darf wie hier einen von oben nach unten konstanten Querschnitt besitzen, allerdings muß das Maß a gegenüber b genügend klein gewählt werden. Mit diesem Schmalseiten-Teil 3 wäre bei jeder aus Geraden in Gießrichtung erzeugten Breitseitenwand eine linienförmige Berührung, also ein Schließen der Kokille, gewährleistet.

Fig. 5 zeigt, wie das Schmalseiten-Teil 3 zu gestalten ist, wenn man eine flächige Be­ rührung der Schmal- und der Breitseiten-Teile in den Trennfugen sicherstellen will. Der Querschnitt müßte sich dann vom unteren Rechteck-Querschnltt nach oben hin kontinuierlich zu dem anderen trapezförmigen hin ändern, wobei hier a nicht beliebig gewählt werden durfte, sondern an die Schrägung der Breitseitenflächen anzupassen wäre.

In Fig. 6 ist eine Kokille im Blick von oben gezeigt, bei der ein besonders großer Ver­ stellbereich realisiert werden soll. Wenn man sich die Wandkontur des Breitset­ ten-Teils 1 nach links und des Breitseiten-Teils 2 nach rechts an der Oberseite der Kokille im oberen Teilbild nach außen verlängert vorstellt, erkennt man, daß sich die beiden Kokillenwände oben durchdringen würden. Deshalb muß in dieser Stellung ein Teil der Breitseitenwand entfernt werden, wenn man diese Stellung erreichen will. In der mittleren der dargestellten drei Stellungen paßt der fehlende Teil 7 bei Teil 1 und entsprechend Teil 8 bei Teil 2 gerade wieder, ohne daß sich die vervollständigten Breitseitenwände durchdringen würden. in der unteren Stellung schließlich bilden die Teile 7 und 8 dann notwendige Anteile der Breitseitenwände.

Bei Anwendung des hier vorgestellten Prinzips auf Fälle, bei denen die Breitseitenwän­ de an den Schmalseiten zwar in jeder Höhe zueinander mehr oder weniger parallel sind, aber dennoch eine in sich verdrehte Berührfläche der Teile notwendig wird, er­ hält man mit diesem Prinzip die Möglichkeit, z. B. eine bezüglich der Breitenrichtung symmetrische Kokille unten in eine andere übergehen zu lassen. Diese Möglichkeit, für die z.Z. kein unmittelbarer Bedarf zu erkennen ist, könnte in besonderen Fällen u. U. relevant werden. Überhaupt ist in diesem Sinne eine sehr große Formenvielfalt sym­ metrischer wie nichtsymmetrlscher Austrittsquerschnltte verstellbar erreknbar. Fig. 7 verdeutlicht diese Möglichkeit in einer Draufsicht für einen schiefsymmetrischen Austrittsquerschnitt.

In Fig. 8 werden einige Formen zusammengestellt, die man bei Anwendung des Prinzips als Austrittsquerschnltte erreichen kann.

Bai alten Versteifungen ist zu beachten: Bei Eintritts- und Austrittsquerschnitten der Kokille, die bezügüch der aus der Gießrichtung und der Dickenrichtung gebildeten Ebe­ ne spiegelsymmetrisch sind, also in Fig. 8 bei allen links abgebildeten und der unteren der rechten Spalte, muß man die Schmalseiten-Teile 3 und 4 stets ebenfalls in Be­ zug auf diese Ebene symmetrisch bewegen, weil sonst die Breitseitenwände tordiert wurden. Die gleiche Torsion vermeldet man bei nicht-symmetrischen Systemen durch eine jeweils eigens angepaßte Fahrweise. Beliebige Stellungen der Schmalseiten-Teile unabhängig voneinander sind in keinem Falle möglich.

Im Falle einen Anordnung gemäß Fig. 7 könnte man die beiden Schmalseiten-Teile von der skizzierten Stellung aus nur beide nach rechts oder beide nach links bewegen und mußte dabei ein bestimmtes Geschwindigkeitsverhältnis einhalten, das für diese wie für jede andere der möglichen Kokillen von der Form der Breitseitenwandkontur her festgelegt wäre. Bei symmetrischen Profiten wäre dieses Verhältnis grundsätzlich stets 1 : -1.

Claims (12)

1. Aus Breit- und Schmalseitenwand-Teilen als einzelnen Bauteilen bestehende und durch seitlichen Druck auf die Breitseiten-Teile zusammengehaltene und ge­ schlossene Kokille für das Stranggießen, insbesondere von Dünnbrammen, mit seitlich verschieblichen Schmalseiten-Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseitenwände durch vorzugsweise parallele Geraden begrenzt sind und die Breitseitenwände im Verstellbereich der Schmalseiten-Teile in Gießrichtung überall aus Geraden gebildet werden, deren Neigung in Dickenrichtung sich in Breitenrichtung stetig ändert, wobei sich das Schmalseiten-Teil zur Außensei­ te der Kokille hin in jeder Höhe mindestens ebenso stark verjüngt wie die Breit­ seitenwände in der ungünstigsten Stellung.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen der Breit- und der Schmalseiten-Teile im Verstellbereich der Schmalseiten-Teile beide aus Geraden gebildet werden, deren Neigung in Dickenrichtung sich in Breitenrichtung nicht nur stetig, sondern konstant und bei beiden sich berüh­ renden 1 eilen gleich ändert, wobei alle Geraden durch eine quer gerichtete Ge­ rade verlaufen, so daß die sich berührenden Kokillenteile bei jeder Stellung der Schmalseiten-Telle eine gemeinsame Berührungsfläche besitzen.

3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalsei­ ten-Teile unverdrehbar parallel geführt sind und beide Breitseiten-Teile an die­ se angepreßt werden.

4. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Breit­ seiten-Teile feststeht, während sich die Schmalseiten-Teile um eine Breitenach­ se drehen können und durch Druck auf das andere Breitseiten-Teil mit diesem an das feststehende Brettseiten-Teil angepreßt werden.

5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Un­ terkanten der Breitseitenwende zugleich deren Drehachsen und jeweils eine durchgehende Gerade sind.

8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Un­ terkanten der Breitseitenwände keine durchgehenden Geraden sind, so daß die erzeugte Bramme eine konkave oder eine konvexe Oberfläche erhält.

7. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein Breitseiten-Teil links oder/und rechts ein- oder mehrfach geteilt ist, so daß der Verstellbereich vergrößert werden kann.

8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichteten horizontalen Tangenten beider Breitseitenwände nach oben hin nicht zunehmend konvergieren, sondern zunehmend divergieren.

9. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten-Teile nicht nur seitlich, sondern auch in Gießrichtung verschieblich sind.

10. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Neigung der die Breitseitenwandflächen erzeugenden Geraden auf beiden Breitseiten unsymmetrisch zu- oder, abnimmt, gegebenfalls auch nur auf einer der Seiten, wobei die beiden Breitseitenwandflächen im Verstellbereich in jeder Höhe zueinander parallele Geraden enthalten dürfen, ohne daß jedoch diejenigen einer Fläche untereinander parallel sind.

11. Kokille entsprechend einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9, jedoch dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erzeugende der Breitseitenwand-Flächen nicht Geraden mit in Breitenrichtung veränderlicher Neigung in Dickenrichtung sind, sondern beliebige Kurven, die in Breitenrichtung gegeneinander verdreht werden, und daß die Schmalseitenwände durch die gleichen Kurven begrenzt werden, so daß bei jeder Stellung der Schmalseiten-Teile ein zumindest linienförmiger Kontakt der Kokillenteile besteht.

12. Kokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am unteren Ende der Kokille als Hilfe beim Angie­ ßen eine Verlängerung der Schmalseitenwände (3, 4) und zusätzliche Teile (5, 6) der Breitenseitenwände (1, 2) vorgesehen sind.