DE2114505A1

DE2114505A1 - Kokille fur den Anbau an einen Warmhalteofen bzw an ein Metallaufnah megerat

Info

Publication number: DE2114505A1
Application number: DE19712114505
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Adamec, Alfred, Ing , Leder, Roland, Ing , Wien
Priority date: 1970-04-03
Filing date: 1971-03-25
Publication date: 1971-10-21
Also published as: DE2114505B2; DE2114505C3; AT321484B; JPS542604B1; GB1352037A

Description

Aug.sbui-g-Göggingen, den 25.j5.I971 D-'.Lb/R Az A 8289 2114505

PATENTANWÄLTE
DR. ING. E. LIEBAU
DIPL. ING. G. LIEBAU
»02 AUGSßURG-GQGGINGEN

V. E(CHENDORfF-STR. 10 . IEU 93Ü)f

Ing. Alfred Adamec in Wien, Tschudigasse

und
Ing. Roland Leder in Wien, Alseggerstrasse

Kokille für den Anbau an einen Warmhalteofen bzw. an ein Metallaufnahmegefäß

Die Erfindung betrifft eine Kokille für den Anbau an einen Warmhalteofen bzw. an ein Metallaufnahmegefäß, insbesondere für das horizontale Stranggießen.

Bekannte Kokillen für den Anbau an einen Warmhälteofen bzw. an ein Metallaufnahmegefäß, die zur Herstellung von Profilsträngen dienen, sind üblicherweise aus Graphit gefertigt und sind von einem Kühlsystem umgeben, das mit der Kokille formschlüssig verbunden ist. In den Kokillen bildet sich in Abhängigkeit vom Wärmeleitvermögen des Gießwerkstoffes, der Form der Kokille sowie vor, Wärmeleitvermögen des Kokillenmaterials und in Abhängigkeit vom Kühlsystem ein von der erstarrenden Schmelze ausgehender Wärraestrom aus, dessen Stärke und dessen Verlauf die Lage und Ausbildung der Erstarrungafront dee Gießwerkstoffes in der Kokille beeinflußt. Die Lage der Erstarrungsfront wird weiters auch von der Abzugege-

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schwindigkeit des Stranges, die von der Erstarrungsge- ' schwindigkeit des Gießwerkstoffes abhängig ist, beeinflußt. Da die Erstarrungsfront in einem bestimmten Bereich der Kokille liegen soll, müßte z.B. bei verminderter Graphitstärke der Kokille, was einer verstärkten Kühlung gleichkommt, die Abzugsgeschwindigkeit des Stranges entsprechend gesteigert werden, um das erforderliehe Temperaturgleichgewicht beibehalten au können und somit die Erstarrungsfront im gewünschten Bereich der Kokille zu erhalten.

Da die' physikalischen Eigenschaften, insbesondere die oft; sehr unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit des Gießwerkstoffes gegenüber dem Kokillenwerkstoff, die in besonderen Fällen notwendige Zunafesis der Abaugsgesetaisidigkeit nicht anlassen., kann oftmals eine sehr beträchtliche Verschiebung der Erstarrungsfront in fe Richtung auf den Metalleinlauf zu auftreten. Um dies. zu vermeiden a Ist es bekannt«, die durch das die Kokille umgebende Kollisystem ersielte Kühlung zu steuern. Durch die Irfimiüaxig soll die Aufgabe gelöst werden, die Lage und Ausbildung der Erstarrungsfront der Schmelze in der Kokille v©n flem die Kokille umgebenden Kühlsystem -unabhängig su iBaehen«

j einem KIIIiI syst em uifigebsne Kokillen weise a<sn ll£eht@il smf ? d.al?> gegoöenenfalls eine siefe

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über den Querschnitt der Kokille ändernde Kühlung erforderlich ist. Es dürfte verständlich sein, daß derartige Kühlsysteme einen erheblichen Aufwand bedingen, insbesondere deshalb, weil weiters auch eine Anpassung an die verschiedenen Querschnitte der Stränge notwendig sein kann.

Duron eine Kokille nach der Erfindung werden diese Nachteile auf einfache Weise vermieden. lies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Kokille mit einem in den Ofen bzw. in das Aufnahmegefäß einragenden Portsatz versehen ist, der etwa die Länge des sich bei optimalen Gießbedingungen ausbildenden Flüssigkeitskegels aufweist.

Vorzugsweise ist der Fortsatz oder der an diesen anschließende Kokillenabschnitt, um eine über den Querschnitt eines zu gießenden Profilstranges unterschiedliche thermische Beeinflussung zu erzielen, mit einer der Querschnittsform des Stranges entsprechenden Profilierung versehen. Weiters kann der Fortsatz mit vom Kokillenraum in den Ofenraum führenden, schrägen Kanälen versehen sein.

So kann der Fortsatz bzw. der an diesen anschließende Kokillenabschnitt in einer Normalebene zur Strangrichtung mit teinem verminderten Querschnitt versehen sein, dessen Ausbildung dem Querschnitt des zu gießenden Profils ent-

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sprechend gewählt ist. Auch kann der Fortsatz mit einem vergrößerten Querschnitt versehen sein, dessen Ausbildung dem Querschnitt des zu gießenden Profils entsprechend gewählt ist.

Weiters kann der Portsatz über seinen Querschnitt unterschiedlich lang ausgebildet sein, wobei die Längenverteilung ebenfalls dem Querschnitt des zu gießenden Profils entsprechend gewählt ist, z.B. die seitlichen Bereiche des Portsatzes etwa die doppelte Länge des mittleren Bereiches des Portsatzes aufweisen.

Eine erfindungsgemäße Kokille unterscheidet sich demnach gegenüber bisher bekannten Kokillen dadurch, daß die Erstarrungsfront nicht mehr innerhalb des Kühlsystems liegt, wofür insbesondere bei der Herstellung von Bandprofilen zur Erzielung einer nahezu geraden Erstarrungsfront Spezialkühler mit von der Mitte zur Randzone hin sich verringernder Kühlwirkung oder die Verwendung unterschiedlicher Kühlmedien in mittleren und in seitlichen Bereichen bzw. eine Beheizung der seitlichen Bereiche er-

foritrlich war. Bei einer eirfindungsgemäßen Kokille hat somit die Ausbildung des Kühlsystems keinen direkten Einfluß auf die Lage und Form der sich in der Kokille aus-

' bildenden Erstarrungsfront der Schmelze.

Die Kühlleistung des Kühlsystems und der Wärmeinhalt des von der Schmelze umspülten Metalleinlaufes werden dabei

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so aufeinander abgestimmt, daß sich, je nach dem Profil des vergossenen Produktes, die gewünschte Erstarrungsfront einstellt. Soferne die Kokille beim Metalleinlauf mit Einlaufkanälen versehen ist, axe schräg zur Achse des Stranges gerichtet sind, können die beim Erstarrungsvorgang frei werdenden Gase bzw. oxydischen Ausscheidungen rasch in die Schmelze übertreten. Sind hingegen keine derartigen schrägen Kanäle vorgesehen,

gelangen die erwähnten Gase und Ausscheidungen nur teilweise in die Metallschmelze zurück, wogegen die verbleibenden Anteile in den Kokillenwerkstoff bis zur Sättigung dessen Porenvolumens diffundieren. Dies führt zur Metallisierung der Kokille und damit zur Verkürzung deren Standzeit.

Durch die Beseitigung des direkten Einflusses des Kühlsystems auf die Lage und Ausbildung der Erstarrungsfront der Schmelze und durch die Anordnung von schräg zur Kokille gerichteten Kanälen, die den unmittelbar vor der Erstarrungsfront liegenden Bereich des Innenraumes der Kokille mit dem Innenraum des Ofens bzw. des Metallaufnahmegefäßes verbinden, können nicht nur extrem kleine Bandstärken, sondern auch hohe, bisher nicht erreichbare Standzeiten der Kokille erzielt werden.

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Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 bis 3 jeweils eine mit einem Kühlsystem versehene Kokille, im Querschnitt₃ aur Erläuterung des bekannten Standes der Technik_s

Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kokille mit einem Kühlsystem, im Querschnitt,

die Fig. 5 und 5a eine sweite Ausführungsform einer mit einem Kühlsystem versehenen erfindungsgemäßen Kokille, im Querschnitt und in Stimansicht _s teilweise abgebrochen,

die FIg. β und 6a eine dritte Ausführungsform einer mit einem Kühlsystem versehenen epfiodungsgemäßen Kokille, im Querschnitt und in Stirnansioht, teilweise abgebrochen,

die Fig. 7 und ?a eine vierte Ausführungsform einer mit einem Kühlsystem versehenen erfindungsgemäßen Kokille, im Querschnitt und in Draufsieht, teilweise abgebrochen,

die Fig. 8 und 8a eine fünfte Ausführungsform einer mit einem Küfjls^stem versehenen erfindungsgemäßen Kokille, im Querschnitt und in Draufsicht, teilweise abgebrochen,

die Fig. 9 amd 9a eine sechste ÄU3führungsform einer mit

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einem Kühlsystem versehenen erfindungsgemäßen Kokille, im Querschnitt und in Draufsicht, teilweise abgebrochen, wobei sich diese Ausführungsform von der Ausführungsform nach den Fig. 8 und 8a im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß die Kokille nahe dem Metalleinlauf mit zu ihrer Achse schräg stehenden Kanäle versehen ist, die Kokille nach den Fig. 10"und 10a eine siebente Ausführungsform einer mit einem Kühlsystem versehenen erfindungsgemäßen Kokille im Querschnitt und in Stirnansicht sowie die Kokille nach den Fig. 11 und 11a eine achte Ausführungsform einer mit einem Kühlsystem versehenden erfindungsgemäßen Kokille, im Querschnitt und in Stirnansicht.

Die Kokillen nach den Fig. 5 bis 9a dienen zum Stranggießen von Bandprofilen, die Kokille nach den Fig. 10 und 10a, die ebenfalls mit zum Metalleinlauf schräg stehenden Kanälen versehen ist, dient zum Stranggießen eines zylindrischen Profiles und die Kokille nach den Fig. 11 und 11 a dient zur Herstellung eines Rohrprofiles.

In Fig. 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende Kokille 1, die vorzugsweise aus Graphit gefertigt ist, dargestellt, die von einem Kühlsystem 2 umgeben ist Diese Kokille 1 ist in die Öffnung eines Aufschmelzoder Warmhalteofens 3 oder eines Metallaufnahmegefäßes eingesetzt. Soferne beim Stranggießen in Abhängigkeit

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von der Abzugsgeschwindigkeit des Stranges durch das Kühlsystem 2 eine entsprechende Kühlung der Kokille bewirkt wird, bildet sich ein von der Schmelze bzw. vom Metallstrang ausgehender, gleichbleibender Wärmefluß aus, durch den die Lage der Erstarrungsfront 5 des Metalles im Innenraum der Kokille in bestimmten optimalen Grenzen gehalten werden kann.

Soferne diese Bedingungen z.B. durch eine Änderung der Eigenschaften des Metalles, durch eine Änderung der Kühlung otier durch eine Änderung der Dimensionen der Kokille .verändert werden, kann das Wärmegleichgewicht derart gestört werden, daß sich die Erstarrungsfront der Schmelze in der Kokille außerhalb des gewünschten Bereiches ausbildet. Dieser Fall ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt, in der gegenüber der Fig. 1 der Zeichnung die Wandstärke der Kokille 1 vermindert ist, was eine verstärkte Ableitung der Wärme zur Folge hat, wodurch sich der Flüssigkeitskegel bei optimal zulässiger Gießgeschwindigkeit gegen den Einlauf der Kokillel hin verschiebt und derart außerhalb des erwünschten Bereiches liegt·

Diese Verschiebung der Erstarrungsfront kann, wie in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt ist, dadurch vermieden werden, daß eine verminderte Kühlung vorgenommen wird, wodurch die Erstarrungsfront 5 der Schmelze in der Kokille

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sich wiederum im gewünschten Bereich ausbildet.

Anhand der Fig. 1 bis 3 ist somit erläutert, daß die
Lage der Erstarrungsfront der Metallschmelze innerhalb der Kokille von einer Mehrzahl von Paktoren, insbesondere von der Kühlung, abhängig ist, die beim Stranggießverfahren berücksichtigt werden müssen, sollen optimale
Betriebsbedingungen erzielt werden.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird bei erfindungsgemäßen Ausfuhrungsformen einer Kokille diese
mit einem Portsatz versehen, der in den Aufschmelz- oder Warmhalteofen bzw. in das Metallaufnahmegefäß einragt, wodurch die Lage der Erstarrungsfront von der Kühlung der Kokille bzw. von der Ausbildung der Kokille außerhalb des Ofens bzw. des Gefäßes weitgehend unabhängig ist.

In Fig, 4 ist eine Kokille 1 dargestellt, die mit einem dem Querschnitt der Kokille entsprechenden Fortsatz la versehen ist, dessen Querschnitt dem Querschnitt der
übrigen Kokille gleich ist, und der in den Ofen 3 bzw. in das Metaliaufnahmegefäß einragfe. Dieser Portsatz la ist von der Schmelze 4 beheizt. Die Erstarrungsfront 5 der Schmelze bildet sich im Inneren dieses Fortsatzes aus.

In den Fig. 5 und 5a ist der Kokillenfortsatz 10 von der · außerhalb des Ofens bzw. des Gefäßes befindlichen Kokille

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durch eine Einfräsuhg 6 getrennt, wobei die Tiefe dieser Einfräsung gegen den Rand der Kokille hin zunimmt. Auf diese V/eise kann eine über den Querschnitt der Kokille bzw. über den Querschnitt des Profiles unterschiedliche thermische Beeinflussung der Kokille bzw.. des Stranges erzielt werden, wodurch auf die in der Einleitung erwähnten komplizierten Kühlsysteme verzichtet werden kann.

t Bei der Ausfuhrungsform nach den Fig. 6 und 6a wird der ■ gleich Effekt dadurch erzielt, daß der in den Ofen bzw. in das Gefäß einragende Kokillenfortsatz la mit Verstärkungen 7 ausgebildet ist, die sich gegen die Seitenräncier der Kokille hin keilförmig vergrößern.

Nach den Fig. 7 und 7a ist der Kokillenfortsatz 1 a gegenüber dem außerhalb des Ofens bzw. des Gefäßes liegenden Teil der Kokille 1 entsprechend der Ausführung nach den Fig. 5 und 5a durch eine Nut 6 getrennt bzw. P entsprechend der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 6a mit einer Verstärkung 7 versehen. Diese Ausführungsform einer Kokille unterscheidet sich von den Ausführungsformen nach den Fig. H bis 6a insbesondere dadurch, daß im Kokillenfortsata la schräg stehende Kanäle 9 vorgesehen sind, die bewirken, daß die beim Erstarrungsvorgang freäwerdenden Gase bzw. oxydischen Ausscheidungen von der Metallschmelze aufgenommen werden könnöl Dadurch wird vermieden, daß diese Gase bzw. Ausscheidungen von

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der Kokille aufgenommen werden. Dadurch werden deren Eigenschaften verbessert und wird deren Standzeit erhöht,

Bei der Ausführungsform einer Kokille nach den Fig. 8 und 8a ist der Kokillenfortsatz la in seinen seitlichen Bereichen gegenüber dem mittleren Bereich mit Verlängerungen 11 ausgebildet, wodurch ebenfalls wieder eine über den Querschnitt des Stranges unterschiedliche thermische Beeinflussung desselben erzielt wird.

Die Ausführungsform nach den Fig. 9 und 9a unterscheidet sich von uer Ausführungsform nach den Fig. 8 und 8a dadurch ₃ daß der Kokillenfortsatz la wieder, wie anhand der Fig. 7 und 7 a erläutert ist, mit schräg stehenden Kanälen 9 versehen ist.

In den Fig. 10 und 10a ist eine Kokille dargestellt, die zum Gießen von Rundprofilen dient und die ebenfalls mit einem in den Ofen 3 bzw. in das Metallaufnahmegefaß einragenden Fortsatz la versehen ist, der mit zur Achse der Kokille 1 schräg stehenden Kanälen 9 versehen ist.

In den Fig. 11 und 11a ist eine den Fig. 10 und 10a ähnliche Ausführungsform dargestellt, die jedoch zum Gießen von hohlen Rundprofilen dient, wofür in den Kokillenfortsatz la ein Dorn 12 eingesetzt ist.

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Wie aus den verschiedenen Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, ist die an den Aufschmelz- oder Warmhalteofen bzw. an das Metallaufnahmegefaß angesetzte Kokille jeweils mit einem Fortsatz versehen, der etwa die Länge des sich bei optimalen Gießbedingungen ausbildenden Flüssigkeitskegels aufweist. Da dieser Fortsatz von der Schmelze beheizt wird, wird das thermische Gleichgewicht unter gleichzeitiger Wirkung des Kühlsystems so abgestimmt, daß der ψ ErstarrungsVorgang im Fortsatz vor sich geht. Insbesondere kann der Erstarrungsvorgang bei Bandprofilen über die Breite des Bandes auf einfache V/eise dadurch beeinflußt weraen, daß dem Kokillenfortsatz eine Ausbildung gegeben wird, die in den Seitenbereichen der Kokille eine verstärkte Beheizung bewirkt.

Durch das Vorsehen von schrägen Kanälen können weiters die bei der Erstarrung der Schmelze freiwerdenden Gase in die Schmelze gelangen und diffundieren nicht in die Kokille, ™ wodurch die Metallisierung der Kokille verzögert und derart deren Standzeit erhöht wird.

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Claims

21H505 - 13 Patentansprüche

1. Kokille für den Anbau an einen Warmhälteofen bzw. an ein Metallaufnahmegefaß, insbesondere für das horizontale Stranggießen, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einem in den Ofen (3) bzw. in das Aufnahmegefäß einragenden Portsatz (la) versehen ist, der etwa die Länge des sich bei optimalen Gießbedingungen ausbildenden PlüBsigkeitskegels aufweist.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Portsatz (la) oder der an diesen anschließende Kokillenabschnitt zur über den Querschnitt eines su gießenden Profilstranges unterschiedlichen thermischen Beeinflussung desselben mit einer der Querschnittform des Stranges entsprechenden Profilierung versehen ist.

3. Kokille nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Portsatz (la) mit vom Kokillenraum in den Ofenraum führenden, schrägen Kanälen (9) versehen ist (Fig. 7, Fig. 7a, Fig. 9 bis lla).

4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (la) bzw. der an diesen anschließende Kokillenabschnitt in einer Normalebene zur Strangrichtung mit einem verminderten Querschnitt ver-

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sehen ist, dessen Ausbildung dem Querschnitt des zu gießenden Profils entsprechend gewählt ist (Fig. 5, Fig. 5a),

5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (la) mit einem vergrößerten Querschnitt versehen ist_a dessen Ausbildung dem Querschnitt des zu gießenden Profils entsprechend gewählt ist (Fig. 6, Fig. 6a).

6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (la) über seinen Querschnitt unterschiedlich lang ausgebildet ist, wobei die Längenverteilung dem Querschnitt des zu gießenden Profils entsprechend gewählt ist (Fig. 8, Fig. 8a).

7. Kokille nach Anspruch ²J, für bandförmige Profilstränge, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (la) mit quer zur Abzugsrichtung des Profilbandes verlaufenden, sich gegen dessen Rand hin, vorzugsweise keilförmig, vertiefenden Schlitzen (6) versehen ist (Fig. 5, Fig. 5a).

8. Kokille nach Anspruch 5, für bandförmige Profilstränge, dadurch gekennzeichnet, daß der B'ortsatz (la) mit sich zu dessen Rand hin, vorzugsweise keilförmig verstärkenden Ansätzen (7) versehen ist (Fig. 6, Fig. 6a).

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9. Kokille nach Anspruch 6, für bandförmige Profilstränge, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Bereiche des Fortsatzee (la) etwa die doppelte Länge des mittleren Bereiches cies Portsatzes aufweisen (Fig. 8, Fig. 8a).

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