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Verfahren zum Kühlen und Führen eines umlaufenden Kokil-
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lenbandes an einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen von Strängen
Es sind verschiedene Giessvorrichtungen bekannt, mittels welcher ein Band - im folgenden
"Strang" genannt -aus Leicht- oder Schwermetallen kontinuierlich gegossen werden
kann.
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In einer Gattung dieser bekannten Giessvorrichtungen ist der Gieseraum
durch zwei flexible, endlose und umlaufende Metallbänder - im folgenden "KokillenbAnder"
genannt -gebildet, zwischen welchen die kontinuierlich zugeführte Metallschmelze
erstarrt und welche auf der dem Giessraum beziehungsweise der Giessseite entgegengesetzten
Seite -im
folgenden "RUckseite" genannt - mittels einer Kühlflüssigkeit
gekühlt werden, um die vom erstarrenden und zu kühlen den Giessgut übertragene Wärme
ab zuführen0 Mit Giessvorrichtungen dieser Art können Stränge jeder erforderlichen
Breite und üblicherweise mit einer Dicke von 10 bis 100 mm kontinuierlich gegossen
werden.
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Die Kühlflüssigkeit wird dabei mittels spezieller Düsen und Leitapparate
mit hoher Geschwindigkeit auf die Rückseite der Kokillenbänder geführt. Eine Giessvorrichtung
dieser Art ist zum Beispiel im UoS, Patent Nr. 2 904 860 beschrieben.
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Der Giessraum wird über dessen Länge beidseitig durch zwischen den
Kokillenbändern angeordnete Seitendämme abgeschlossen, deren Höhe dem Abstand zwischen
den beiden Kokillenbändern entspricht, wodurch die Dicke des zu giessenden Stranges
gegeben ist. Vorzugsweise werden mitlaufende Seitendämme verwendet, welche über
eines der Kokillenbänder gelegt und mit diesem durch Adhäsion in Umlauf versetzt
werden.
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Die Dämme bestehen dabei aus gelenkig aneinander gefügten kleinen
Blöcken aus Metall oder Keramik und bilden eine endlose, geschlossene Raupe, deren
abgewickelte Länge etwas grösser ist als diejenige eines Kokillenbandes. Eine seitliche
Führung im Bereich des Giessraumes sorgt für die gewünscht Distanzierung der beiden
Dämme0 Die Breite des Stranges ist durch diese Distanzierung bestimmt, wobei ein
Verstellen der seitlichen Führungen möglich ist, um Stränge verschiedener Breite
herzustellen.
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Je nach Material und Dicke des gegossenen Stranges kann mit Giessgeschwindigkeiten
von 1 bis 10 m/min gearbeitet werden.
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Die Dicke der Kokillenbänder beträgt erfahrungsgemäss 0,5 bis 2 mm.
Je nach der Temperatur des Giessgutes und der gewünschten KUhlwirkung können die
Kokillenbänder auf der mit dem Giessgut in Berührung stehenden Seite mit einem wärmeisolierenden
Anstrich versehen werden, um damit einer thermischen Ueberbeanspruchung des Kokillenbandes
zu begegnen oder um eine zu schroffe Abkühlung des Stranges zu verhindern.
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Jedes der Kokillenbänder wird über zwei oder mehr Umlenkrollen geführt,
wovon Je eine vor und hinter dem Giessraum angeordnet ist, wobei mindestens Je eine
Rolle angetrieben wird, in die Kokillenbänder entsprechend der Gie9sgeschwindigkeit
in Unlauf zu versetzen. Eine der Rollen ist mittels bekannter Einrichtung verstellbar
und erlaubt es, das Kokillenband zu spannen bzw. zum Auswechseln desselben zu entspannenr
Im weiteren dient eine der vorhandenen Rollen auch dazu, die seitliche Bandführung
su gewährleisten, und weist hierfür eine entsprechende Steuerung bekannter Art auf.
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Im Bereich des Giessraumes werden die Kokillenbänder auf deren Rückseite
durch eine Vielzahl von schmalen, rotierenden Scheiben gestützt, welche so profiliert
sind, dass sie der über die Kokillenbänder strÖmenden Kühlflüssigkeit mÖglichst
wenig Widerstand entgegensetzen. Die Scheiben haben
die Aufgabe,
das Gewicht des Giessgutes und allfälligen metallostatischen Druck sowie die zur
Verhinderung eines wellenförmigen Werfens der Kokillenbänder erforderlichen Kräfte
aufzunehmen.
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Die Giessvorrichtung wird an einem eigens dazu errichteten Ständer
angebaut, welcher das erforderliche Einstellen von Dicke und Breite des zu giessenden
Stranges gestattet.
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Auf einer Seite gewährleistet die Form des Ständers einen freien Zugang
zu der Giessvorrichtung, um ein rasches Auswechseln der Kokillenbänder ohne besondere
Umtriebe zu ermöglichen.
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Auf der Austrittsseite der Giessvorrichtung sind angetriebene Walzen
angeordnet, welche im Betrieb den gegossenen Strang fassen und ihn der Giessgeschwindigkeit
entsprechend den Folgeoperationen zuführen.
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Eine Kühlanlage mit den erforderlichen Bestandteilen, wie Kühlmitteltank,
Leitungssystem, Pumpen, Rückkühler, Filter, Regel- und Sicherheitsorganen, ist vorgesehen,
damit die KUhlflüssigkeit im Betrieb die chemischen und physikalischen Bedingungen
erfüllt und in der für die Kühlung der Kokillenbänder erforderlichen Menge durch
die Giessvorrichtung zirkuliert. Je nach den örtlichen Verhältnissen können offene
oder geschlossene Kreisläufe zur Anwendung gelangen.
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Als Kühlflüssigkeit wird allgemein Wasser oder eine Wasser-Oel-Emulsion
verwendet.
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Die Erfahrung zeigt nun, dass das Verhindern des Werfens eines Kokillenbandes
und damit ein gleichnässiges KUhlen
des Giessgutes mit grossen
Problemen verbunden ist.
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Da ein Kokillenband wohl in Umfangsrichtung, jedoch nicht quer dazu
gespannt werden kann, besitzt dieses im Bereich des Giessraumes infolge der auftretenden
Wärmespannungen stets die Tendenz, sich wellenförmig zu werfen. Die Folge davon
ist, dass sich ein Kokillenband stellenweise vom Giessgut abhebt, wodurch die Kühlung
des Stranges auf dessen beiden Seiten verschieden und über die Breite desselben
sehr ungleichmässig wird. Erfahrungsgemäss resultieren daraus Qualitätsfehler im
Strang, welche Je nach Legierung und Art des Giessgutes in Form von Oberflächenseigerung,
Porosität, Grobkorn, Rissen und Dickenunterschieden etc. auftreten.
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Die erwähnten Defekte können vermieden werden, wenn die Abktihlung
des Giessgutes auf beiden Seiten und über die ganze Breite genügend gleichmässig
erfolgt.
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Die Erfahrung lehrt, dass diese Bedingung nur eingehalten werden
kann, wenn die zeitlich veränderliche Welligkeit beziehungsweise Unebenheit des
Kokillenbandes während des Durchlaufens der Giessstrecke weniger als 0»05 mm beträgt.
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Selbst unter Verwendung eines Materials mit äusserst geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten
für das Kokillenband beispielsweise mit Ni oder anderen Elementen hoch legiertes
Material, wie dieses auch unter dem Begriff INVAR bekannt ist - lassen sich die
Probleme nicht befriedigend lösen, da ein Kokillenband bei Giessvorrichtungen bekannter
Art neben den thermischen noch anderen Beanspruchungen ausgesetzt ist, auf welche
später noch hingewiesen wird.
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Es ist auch bekannt, anstelle der flexiblen Kokillenbänder raupenförmige
und gelenkig miteinander verbundene, starre Kokillenblöcke zu verwenden, welche
beidseitig des zu giessenden Stranges angeordnet sind und dadurch den Giessraum
bilden. Die Kokillenblöcke bewegen sich dabei in einem geschlossenen Führungssystem
zusammen mit dem Giessgut über die Länge der Giessstrecke, was unter Verwendung
eines geeigneten Antriebes erreicht wird. Die Kokillenbänder werden nach dem Durchlaufen
der Giessstrecke zwecks Kühlung in einer unter atmosphärischem Unterdruck stehenden
Haube mit einer Kühlflüssigkeit bespritzt. Durch eine grosse Zahl regelmässig verteilter
Düsen trifft dabei die Khlflüssigkeit auf die Kokillen auf und führt damit die im
Kontakt mit dem Giessgut aufgenommene Wärme ab. (Schweiz. Patentschrift Nr. 456
056).
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Das Prinzip des Spritzens der Kühlflüssigkeit in einem unter atmosphärischem
Unterdruck stehenden Raum wird nun auch bei der Kühlung von flexiblen Kokillenbändern
angewandt (englische Patentschrift Nr. 1 387 992). Dabei werden anstelle der vorgängig
erwähnten, drehbaren Stützscheiben auch feste, quer über die Breite der Kokillenbänder
angeordnete Stützleisten verwendet. Infolge des bei diesem Prinzip auf der Kühlfläche
der Kokillenbänder erzeugten Unterdrucks werden diese gegen die Abstützung gesaugt.
Durch diese Massnahme soll es möglich sein, der vorgängig erwähnten Tendenz eines
wellenförmigen Werfens der Kokillenbänder wirksam entgegenzutreten und gleichzeitig
die Kühlwirkung zu verbessern.
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Die Erfahrung zeigt, dass eine abwärts geneigte Giessrichtung für
die Qualität des Gussbandes in vielen Fällen von Vorteil ist. Un allen Erfordernissen,
welche beim kontinuierlichen Giessen von Strängen aus den verschiedenen dazu infrage
kommenden Materialien auftreten, gerecht zu werden, ist es notwenlg, dass die Giessvorrichtung
den jeweiligen Bedingungen angepasst werden kann, d.h. deren Funktionstüchtigkeit
muss für jede Neigung des Giessraumes von der horizontalen bis zur vertikalen Richtung
gewährleistet sein.
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Infolge des bei Hochleistungsanlagen erforderlichen, bis ueber 2
m langen Giessraumes und des damit verbundenen tiefen Metallstiipfes im Giessgut
ergibt sich aber mit zunehmender Neigung wegen des metallostatischen Druckes eine
verhältnismässig hohe Pressung auf die Kokillenbänder und damit auf deren Abstützungen.
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Naturgmäss verhält sich die Pressung - gleiche Sumpftiefe vorausgesetzt
- proportional zu der Dichte des Giessgutes.
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Beim Giessen von Schwermetallen, wie z.B. Kupfer, Zink, Zinn, Blei,
Stahl, etc., wird deshalb ein steil abwärts gerichtetes Giessen äusserst problematisch,
umsomehr, wenn auf der gansen Ktlhifläche der Kokillenbänder noch ein Unterdruck
herrscht, welcher die ohnehin hohen, durch das Giessgut erzeugten Belastungen wesentlich
tergrõssert.
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Die vertikale Giessrichtung nimmt giesstechnisch eine bevorzugt.
Sonderstellung ein, da dabei die beste Formfüllung, ein hoher metallostatischer
Druck am Grunde des Metallsumpfes und eine symmetrtw h, Abkühlung inbesug auf die
Bandmitte
gewährleistet sind, Faktoren, welche sich auf die Qualität
des Gussbandes aus bekannten Gründen positiv auswirken.
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Bei Verwendung rotierender Stützscheiben treten zwischen denselben
und dem Kokillenband infolge der notwendigerweise äusserst kleinen Kontaktflächen
entsprechend hohe spezifische Pressungen auf, welche nach kurzer Betriebsseit zu
Beschädigungen auf der Rückseite des Kokillenbandes führen, wodurch dessen Einsatzdauer
empfindlich verkürzt wird.
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Stationäre Bandfuhrungselemente dagegen erzeugen trotz vorgesehenen
Antifriktionsbelägen eine beträchtliche Reibung mit entsprechender Abnützung an
Stützelementen und Kokillenbändern, was ebenfalls Verschleiss und erhöhte Betriebskosten
zur Folge hat. Zudem besteht bei relativ geringer Gleitgeschwindigkeit die Gefahr
eines stick-slipn - Effektes auf den Gleitflächen der Stützelemente, was zu Oberflächenrissen
und anderen Defekten im Giessgut führen kann.
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Allen bekannten Bandführungen haftet zudem noch der Nachteil an,
dass sich das Kokillenband zwischen den Stützelementen unter dem Einfluss des Gewichtes
und/oder des metallostatischen Druckes des Giessgutes und/oder eines im Kühlraum
herrschenden Uhterdruckes verbunden mit möglichen anderen Einwirkungen zwischen
den Stützelementen nach rückwärts über die zulässige Grenze durchbiegen kann.
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Die vorliegende Erfindung hat sich 8um Ziel gesetzt, ein Verfahren
zu schaffen, mit dem ein Kokillenband über die Länge der Giessstrecke gekühlt und
so geführt werden kann, dass ein Werfen ausgeschlossen ist, wobei über die ganse
Breite
des Stranges eine gleichmässige Abkühlung erreicht wird und auch die vorgängig beschriebenen,
bekannten Verfahren und Vorrichtungen anhaftenden Nachteile eliminiert werden. Ferner
soll auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden, mit
deren Hilfe Metallstränge jeder durch die Praxis geforderten Breite zwischen zwei
flexiblen, umlaufenden, endlosen Kokillenbändern kontinuierlich gegossen werden
können.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zum Kühlen und Führen eines umlaufenden
Kokillenbandes an einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Giessen von Strängen, wobei
der vom Giessraum abgekehrten Rückseite des Kokillenbandes eine Kühlflüssigkeit
zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kühlflüssigkeit hydrostatische
Kräfte erzeugt werden, die auf die RUckseite des Kokillenbandes wirken und ein Werfen
des Kokillenbandes im Bereich des Giessraumes verhindern und das Kokillenband in
einer vorbestimmten Lage halten und führen.
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Die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des
erfindungsgemässen Verfahrens bezieht sich auf ein einzelnes Kokillenband. Bei Giessvorrichtungen
mit mehreren Kokillenbändern kann das Verfahren natürlich sinngemäss auf alle Bänder
angewendet werden.
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Gegenüber den bisher bekannten Methoden der Kühlung und FUhrung (Abstütsung)
eines Kokillenbandes im Bereich des Giessraumes unterscheidet sich das nachfolgend
beschriebene erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich dadurch, dass
das
Kokillenband im Bereich des G-essraumes nicht durch mechanische Elemente, wie rotierende
Stützscheiben oder feste Unterlagen, gestützt und geführt wird, sondern dass mittels
der Kühlflüssigkeit erzeugte hydrostatische Kräfte ein Werfen des Kokillenbandes
verhindern und dieses in der erforderlichen Lage halten und führen. Die hierzu notwendigen
Voraussetzungen können vorzugsweise dadurch geschaffen werden, dass in geringem
Abstand hinter dem Kokillenband eine Platte - im folgenden Fuhrungsplatte genannt
- angeordnet wird, deren Länge und Breite etwas grösser sind als die betreffenden
Abmessungen des Giessraumes. Diese Führungsplatte weist zweckmässigerweise eine
Dicke in der Grössenordnung von 20 bis 50 mm auf, und sie kann aus mehreren Teilen
zusammengesetzt sein, wenn dies aus Herstellungs- oder anderen Gründen vorteilhaft
ist. Es ist auch möglich, die Führungsplatte nur über einen Teil des Giessraumes
anzuordnen und das Kokillenband über dem anderen Teil des Giessraumes auf andere
Art zu kühlen und zu führen. Die Führungsplatte weist nun, über die dem Kokillenband
zugewandten Flächen verteilt, in zueinander relativ geringen Abständen angeordnete
Zufluss- und Abflussöffnungen auf.
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Die Zuflussöffnungen sind dabei mit einer Kammer - im folgenden "Druckkammer"
genannt - verbunden, in welche die Kühlflüssigkeit unter Druck zugeführt wird.
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Die Abflussöffnungen münden dagegen in eine Kammer, in welcher atmosphärischer
Unterdruck herrscht - im folgenden "Niederdruckkammer" genannt - aus welcher die
Kühlflüssigkeit
dauernd abgesaugt wird.
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Infolge der Vielzahl der in regelmässigen Abständen vorgesehenen
Zufluss- und Abflussöffnungen ist es zweckmässig, für die weitere Beschreibung der
Führungsplatte die dem Kokillenband zugewandte Oberfläche der Führungsplatte über
den Bereich des Giessraumes in formgleiche Feder aufzuteilen, so dass jedes dieser
Felder mit mindestens einer Zufluss- und mindestens einer Abflussöffnung versehen
ist. Bei einer restlosen Aufteilung der Fläche weisen diese Felder aufgrund geometrischer
Gesetze die Form eines Vielecks, insbesondere eines Drei-, Vier oder Sechsecks auf.
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Da jedes dieser Felder einen Zu- und Abfluss der Kühlflüssigkeit
besitzt, werden die Felder im folgenden "Kühlzellen" genannt.
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Wie nachstehend beschrieben, werden diese Kühl zellen so ausgebildet,
dass durch die darin von der Druckkammer in die Niederdruckkammer fliessende Kühlflüssigkeit
auf die Rückseite des Kokillenbandes strömt und dieses über die ganze Fläche der
Kühizellen intensiv und lückenlos kühlt, und dass in jeder Kühlselle inbezug auf
die umgebende Atmosphäre ein positives und ein negatives hydrostatisches Druckfeld
erzeugt wird, aus welchen Druckfeldern eine auf das Kokillenband wirkende Kraft
resultiert, die von der Distanz zwischen der Führungsplatte und dem Kokillenband
so abhängig ist, dass das Kokillenband im Bereich jeder Kühlselle durch die Wirkung
der hydrostatischen Druckfelder automatisch eine bestimmte Distanz von der Führungsplatte
einnimmt und damit über der ganzen Fläche des Giessraumes stabil
gehalten
und geführt wird, so dass eine unzulässige Verformung desselben ausgeschlossen ist.
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Damit sich die aus der Zuflussöffnung ausströmende Kühlflüssigkeit
gleichmässig und ohne grossen Strömungswiderstand zwischen der Führungsplatte und
dem Kokillenband ausbreiten kann, wird um die Zuflussöffnung herum eine Vertiefung
-im folgenden "Tasche" genannt - vorgesehen. Die Tiefe der Tasche kann dabei wenige
Zehntelmillimeter bis mehrere Millimeter betragen. Die Fläche der Tasche wird zweckmässigerweise
so gross wie möglich ausgeführt, so dass diese nur durch einen schmalen Rand von
weniger als 0,5 mm Breite von einer Abflussöffnung getrennt wird.
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Da die Taschen im Betrieb ständig mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind,
wird darin durch die zuströmende Flüssigkeit eine kräftige Turbulenz erzeugt, wodurch
im Bereich jeder Tasche eine intensive Kühlung des Kokillenbandes erreicht wird.
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Ueber dem Rand der Tasche besteht dabei ebenfalls eine hinreichende
Kühiwirkung, da die abfliessende Kühlflüssigkeit mit relativ hoher Geschwindigkeit
zwischen dem schmalen Rand und dem Kokillenband in die Abflussöffnung strömt.
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Auf die Kühlverhältnisse über den Abflussöffnungen wird später eingegangen.
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Jede Zuflussöffnung in eine Tasche der Kühl zellen wird zweckmässigerweise
mit einem eigenen Speiserohr an die Druckkammer angeschlossen. Da die Kühlflüssigkeit
vorteilhafterweise mit hoher Geschwindigkeit auf das Kokillenband strömt,
um
eine gute Kühlwirkung zu erzielen, sind die Zuflussöffnungen in die Taschen der
Kühlzellen zweckmäs sig düsenförmig verengt.
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Vorteilhafterweise werden die Abflussöffnungen der Kühlzellen auf
der Oberfläche der Führungsplatte als Schlitze ausgebildet, welche die Taschen umgeben.
Damit strömt die Kühlflüssigkeit zwischen der Führungsplatte und dem Kokillenband
in jeder Kühlzelle von der Zuflussöffnung, welche zweckmässigerweise im Zentrum
der Kühlselle angeordnet wird, in allen Richtungen in den die Tasche umgebenden
und gleichzeitig die Grenzen der Kühlzelle markierenden Schlitz.
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Von den Verhältnissen am Rande der Führungsplatte abgesehen, strömt
die Kühlflüssigkeit somit immer von zwei benachbarten Kühlsellen in den gemeinsamen,
dazwischen liegenden Schlitz.
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Die Schlitze weisen eine Tiefe von vorzugsweise 8 bis 12 mm auf und
sind, wie vorgängig vermerkt, durch Löcher in der Führungsplatte direkt mit dem
Niederdruckraum verbunden0 Aus den nachstehend angeführten Gründen stellt sich nun
die Distanz zwischen der Führungsplatte und dem Kokillenband entsprechend den auf
letzteres wirkenden Kräften über jeder Kühlzelle automatisch ein, wobei das Kokillenband
in der sich einstellenden Lage im stabilen Gleichgewicht verhart.
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Infolge des Strömungswiderstandes in den Speiserohren und der düsenfÖrmigen
Verengung des Querschnittes am Eintritt in die Tasche der Kühlzellen ist der hydrostatische
Druck
nach den Gesetzen der Strömungslehre in jeder Tasche von
der Grösse des Austrittsquerschnittes derselben abhängig.
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Liegt beispielsweise das Kokillenband auf der Führungsplatte auf,
so ist der Ausfluss aus der Tasche geschlossen.
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In diesem Fall kann keine Strömung und damit auch kein Druckabfall
in dem betreffenden Speiserohr vorhanden sein. Deshalb wird der hydrostatische Druck
in der Tasche gleich demjenigen in der Druckkammer. Entfernt sich das Kokillenband,
so beginnt die Kühlflüssigkeit bei entsprechendem Druckabfall im Speiserohr zu fliessen.
tlird der freie Querschnitt, welcher durch das Produkt aus Unfang der Tasche und
Distanz zwischen Kokillenband und Führungsplatte bestimmt ist, so gross, dass er
mindestens dem Querschnitt der Abflussöffnung in die Niederdruckkammer entspricht,
so kann die Tasche als ganz offen bezeichnet werden, wobei darin annähernd der gleiche
Druck wie am Eintritt in die mit der Niederdruckkammer verbundenen Abflussöffnungen
herrscht. Die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer und der Tasche der Kühlzelle
wird dabei infolge des Druckabfalls in der Düse und des Strömungswiderstandes im
Speiserohr der Kühlzelle erzeugt. Damit ist der hydrostatische Druck für eine geschlossene
und ganz offene Tasche einer bestehenden Führungsplatte bei gegebenem Druck in der
Druck- und Niederdruckkammer prinzipiell bestimmt. Naturgemäss muss nun jeder dazwischen
liegenden Distanz ein bestimmter, in der Tasche herrschender Druck zugeordnet sein.
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Die Dimensionen der Kühl zellen mit den Zu- und Abflussöffnungen
sowie die Drücke in den Druck- und Niederdruckkammern
werden nun
so gewählt, dass im Betrieb die Distanz zwischen dem Kokillenband und der Führungsplatte
beziehungsweise dem Rand der Taschen zwischen den beiden erwähnten Extremwerten
liegt. Damit bauen sich in jeder Kühlzelle zwei Druckfelder auf, welche auf die
Rückseite des Kokillenbandes wirken. Das eine, erzeugt durch den auf die Rückseite
des Kokillenbandes wirkenden Strahldruck und den hydrostatischen Druck in der Tasche,
drückt das Kokillenband von der Führungsplatte weg und wird als positiv bezeichnete
Das andere, in welchem inbezug auf die Atmosphäre ein Unterdruck herrscht, weil
es über den mit der Niederdruckkammer verbundenen Abflussöffnungen liegt, wird als
negativ bezeichnet, da es eine resultierende Kraft auf das Kokillenband erzeugt,
welche gegen die Führungsplatte gerichtet isto Bereits bei der geringsten Verkleinerung
der Distanz an irgend einer Stelle der Kühlfläche, sei es infolge zunehmender Druckkräfte
im Giessraum oder infolge örtlicher Deformation des Kokillenbandes, baut sich das
positive Druckfeld infolge Zunahme des hydrostatischen Druckes in den Taschen der
betreffenden Kühl zellen unverzüglich auf, da durch eine Annäherung des Kokillenbandes
der Abfluss aus den betreffenden Taschen gedrosselt wird. Dadurch wird in diesen
Kühlzellen eine erhöhte Kraft erzeugt, welche einer Annäherung des Kokillenbandes
an die Führungsplatte entgegenwirkt.
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Die umgekehrte Wirkung tritt bei einer Entfernung des Kokillenbandes
von der Führungsplatte ein. Infolge der damit verbundenen Vergrösserung des Abflussquerschnittes
aus den Taschen der an diesem Ort befindlichen Kühlsellen verkleinert sich die Kraft
der Druckfelder in den betreffenden Taschen, wodurch eine erhöhte, gegen die Führungsplatte
gerichtete Kraft resultiert, welche eine unzulässige Entfernung des Kokillenbandes
verhindert.
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Jede Kühl zelle bewirkt somit infolge der stabilisierenden Wirkung
des beschriebenen Prinzips in ihrem Bereich eine genaue Regulierung beziehungsweise
Konstanthaltung der Distanz zwischen Kokillenband und FUhrungsplatte. Diese Distanz
stellt sich automatisch entsprechend den vorhandenen Drücken in der Druck- und Niederdruckkammer,
den Dimensionen der Kühl zelle und der Zu- und Abflussöffnungen sowie den im Giessraum
auf das Kokillenband wirkenden Kräften ein.
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Die Fläche einer Kuhlzelle kann in zwei Zonen aufgeteilt werden,
nämlich diejenige über der Tasche, welche inbezug auf die Distanz zwischen dem Kokillenband
und der Führungsplatte, wie beschrieben, eine stabilisierende Wirkung ausübt, und
diejenige über der AbflussÖffnung, in welcher wegen des dort herrschenden, von der
Lage des Kokillenbandes wenig abhängigen Unterdruckes praktisch indifferente Verhältnisse
herrschen.
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Durch die auf das Kokillenband wirkenden Kraftfelder im Bereich Jeder
Kühlzelle, insbesondere unter zusätzlicher Belastung durch metallostatischen Druck
bei noch untragfahiger
Kruste des Giessgutes, können unzulässige
räumliche Durchbiegungen des Kokillenbandes auftreten.
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Dieses Problem kann ohne Beeinträchtigung einer gleichzeitig äusserst
intensiven Kühlung des Kokillenbandes gelöst werden, wenn die Fläche einer Kühlzelle
höchstens 10 cm2, vorzugsweise 1 bis 6 cm2, beträgt und wenn zudem die stabilisierende
Zone über 50 , vorzugsweise über 70 C,0 der totalen Fläche der Kühlzelle misst.
Dabei soll der Querschnitt der Zuflussöffnung in eine Kühlzelle 0,5 bis 3,5 <a
der Kühlzellenfläche betragen und der pro Kühl zelle vorhandene Querschnitt der
Abflussöffnungen vorteilhafterweise gleich dem Zwei- bis Zehnfachen desjenigen der
Zuflussöffnungen sein.
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Die Drücke in der Druck- und Niederdruckkammer können den Verhältnissen
angepasst werden und betragen vorzugsweise, je nach der Dichte und der Temperatur
des Giessgutes und der Neigung des Giessraumes, zwischen 2 und 5 bar abs in der
Druckkammer und von 0,5 bis 0,9 bar abs in der Niederdruckkammer, wobei die höheren
Werte bei höheren Giesstemperaturen und/oder bei höherer Dichte des Giessgutes und/oder
bei starker Neigung des Giessraumes vorgesehen werden.
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Unter den beschriebenen Bedingungen kann sich im Betrieb zwischen
der Führungsplatte und dem Kokillenband eine Distanz von 0,02 bis 1 mm einstellen,
wobei das Kokillenband über den ganzen Bereich des Giessraumes inbezug auf die eingenommene
Distanz von der Führungsplatte in derart engen Grenzen gehalten und geführt wird,
dass die auftretenden lokalen Verbiegungen infolge mechanischer und thermischer
Beanspruchung
so klein sind, dass die früher diesbezüglich festgestellte
Bedingung gut eingehalten wird und dass demzufolge keine schädlichen Einflüsse auf
die Qualität des Stranges vorhanden sind.
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Die angegebene Distanz kann dabei durch Veränderung des Abflussquerschnittes
über die Länge des Giessraumes wiukürlich variiert werden.
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Der kleinere Wert bezieht sich dabei vorzugsweise auf den Anfang
des Giessraumes beziehungsweise auf die Strecke, wo das Giessgut nur eine weiche
oder brüchige Kruste besitzt, währenddem der grössere Wert für die Austrittsseite
gilt.
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Da die Abflussöffnungen der Kühl zellen als parallele Schlitze ausgeführt
werden können, welche die Taschen umgeben, und da der Abflussquerschnitt nur das
Zwei- bis Zehnfache des Querschnittes der Zuflussöffnung beträgt, werden die Schlitze
bei der vorgesehenen Grösse der Kühlzellen relativ schmal.
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Durch den Umstand bedingt, dass die Strömung der Kühlflüssigkeit
aus zwei benachbarten Kühlzellen, somit aus entgegengesetzter Richtung kommend,
über der Oeffnung des Schlitzes zusammenprallt, entsteht auch an dieser Stelle eine
starke Turbulenz in der Kühlflüssigkeit, wodurch die erforderliche Kühlwirkung auf
dem Kokillenband auch ausserhalb den Taschen und somit lückenlos über der ganzen
Fläche einer Kühlzelle, beziehungsweise des Giessraumes gewährleistet ist.
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Die Niederdruckkammer wird vorzugsweise unmittelbar hinter der Führungsplatte
und die Druckkammer, durch eine
Wand getrennt, direkt hinter der
Niederdruckkammer angeordnet, wobei sich die Kammern über die ganze Fläche der Führungsplatte
erstrecken. Damit ist es möglich, die Kühlzellen mittels durchgehender Löcher durch
die Führungsplatte direkt mit der Niederdruckkaumer zu verbinden, was von grossem
Vorteil ist, da auf diese Art der Strömungswiderstand für die rückfliessende Kühlflüssigkeit
minimal wird. Das hat zur Folge, dass der Unterdruck in der Niederdruckkammer nicht
wesentlich hÖher sein muss als derjenige, welcher in den Abfluss-Öffnungen der Kühlzellen
erforderlich ist.
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Die der Zufuhr der Kühlflüssigkeit von der Druckkammer in die Kühlzellen
dienenden Speiserohre durchqueren somit die Niederdruckkammer. Infolgedessen wird
der Durchfluss der Kühlflüssigkeit in derselben gehemmt. Un den Druckverlust darin
in zulässigen Grenzen zu halten, ist es notwendig, dass der lichte Abstand zwischen
der Führungsplatte und der gegenüberliegenden Wand der Niederdruckkammer genügend
gross ist. Je nach de Durchmesser und'der Distanzierung der Speiserohre wird der
erwähnte Abstand vorzugsweise mit 5 bis 25 % des Wertes der Quadratwurzel aus der
Kühlfläche der Führungsplatte bemessen.
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Die beschriebene Art der Kühlung und Führung eines Kokillenbandes
im Bereich des Giessraumes gestattet einen Betrieb ohne die hohe Vorspannung des
Kokillenbandes in Umfangsrichtung, die sonst erforderlich ist, um dieses über die
Giessstrecke in mÖglichst ebenem Zustand zu halten. Zudem sind die für die Ikalaufbewegung
des Kokillenbandes aufzubringenden
Kräfte äusserst gering, da zwischen
dem Kokillenband und der Führungsplatte Flüssigkeitsreibung herrscht. Diese beiden
Umstände gestatten nun, das Kokillenband ohne nennenswerte Vorspannung in Betrieb
zu setzen. Eine minimale Vorspannung ist dabei nur durch den Antrieb bedingt. Damit
wird es im Bereich der Giessstrecke praktisch nur den auftretenden thermischen Spannungen
ausgesetzt, woraus eine bedeutend längere Lebensdauer resultiert. Infolge der dargelegten
Gründe können die bei andern Giesavorrichtungen mit Kokillenbändern vor und hinter
dem Giessraum befindlichen Umlenkrollen entfallen. Das Kokillenband kann anstelle
derselben über mehrere, über dessen Breite und über den erforderlichen Umlenkwinkel
auf einem Bogen angeordnete Führungsrollen relativ kleinen Durchmessers geleitet
werden.
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Diese Bauart bietet den wesentlichen Vorteil, dass die für die Zufuhr
der Metallschmelze in den Giessraum dienende Düse bedeutend kürzer und damit stabiler
und einfacher wird und dass der aus der Giessvorrichtung austretende Strang in kürzester
Distanz nach dem Giessraum durch die sogenannten Vorschubwalzen gefasst und geführt
werden kann, woraus neben Platzersparnis auch eine Erhöhung der Betriebssicherheit
des Giessverfahrens resultiert.
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Da die Reibung zwischen dem zu giessenden Strang und dem Kokillenband
aus den früher dargelegten Gründen grösser ist als die Reibung zwischen dem Kokillenband
und dem stationären Teil der Giessvorrichtung (Flüssigkeitsreibung i Bereich des
Giessraumes), kann das Kokillenband vom sich bewegenden
Strang
mit gleicher Geschwindigkeit mitgeschleppt und damit in Umlauf gesetzt werden, wenn
der erstarrte Teil des Stranges die hierfür erforderliche Zugkraft aufnehmen kann,
was von den Eigenschaften des zu giessenden Materials abhängig ist. Unter diesen
umstanden kann ein besonderer Antrieb und die zugehörige Geschwindigkeitsregelung
der Kokillenbänder entfallen, wodurch die Giess vorrichtung bedeutend einfacher
wird.
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Anhand der Zeichnung werden nachstehond Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Giessvorrichtung mit
vertikal angeordnetem Giessraum und erfindungsgemässer Führung und Kühlung der Kokillenbänder.Links
in Fig. 1 ist die Vorrichtung im Schnitt und rechts in der Ansicht gezeichnet.
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Fig. 2 zeigt die Vorrichtung mit Blick auf das Kokillenband und veranschaulicht
eine Lösung der Aufhängung der Vorrichtung an einem auf einem Fundament ruhenden
Gerüst mit freiem Zugang von rechts zum Auswechseln der Kokillenbänder.
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Die Fig. 3 bis 8 veranschaulichen in grösserem Massstab Schnitte
und Ansichten verschiedener Ausführungsformen der Führungsplatte mit Kühlzellen,
Speiserohren, Abflusslöchern, Niederdruckkammer und Kokillenband. In allen dargestellten
Fällen besteht die Führungsplatte aus einer Grundplatte und aufgesetzten Kühlzellenelementen.
Dabei zeigen: Fig. 3 und 4 im Schnitt bzw. in Ansicht die Anordnung bei sechseckigen
Kühlzellen und ebenfalls sechseckigen Taschen,
ohne Nebenzufluss
zwischen den pilzförmig ausgebildeten Kühlzellenelementen, Fig. 5 und 6 wieder im
Schnitt bzw. in Ansicht einen Aufbau der Führungsplatte mit quadratischen Kühl zellen
und mit runden, pilzförmigen Kühlzellenelementen und mit einem Nebenzufluss in jeder
Ecke der Kühlzellen und Fig. 7 und 8 ebenfalls im Schnitt bzw. in Ansicht einen
Aufbau der Führungsplatte mit sechseckigen Kühl zell en und mit runden, pilzförmigen
Kühlzellenelementen und mit einem Nebenzufluss in jeder Ecke der Kühlzellen.
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In der Giessvorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 ist in einem in Fig.
1 im Schnitt gezeigten Gehäuse 10 eine Hochdruckkammer 11 untergebracht, welche
durch eine Oeffnung 12 mit unter Druck stehender Kühlflüssigkeit gespiesen wird.
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Diese strömt nun in Speiserohren 14 durch eine Niederdruckkammer 15
und durch aine Führungsplatte 13, die im Bereich eines Giessraumes 26 in geringem
Abstand hinter einem umlaufenden, endlosen Kokillenband 20 angeordnet ist.
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'-Jie aus Fig. 1 hervorgeht, läuft das endlose Kokillenband 20 über
eine angetriebene Rolle 23, erreicht dann ein Umlenkstück 24, welches mit bogenförmig
angeordneten Führungsrollen 25 versehen ist, und läuft anschliessend über die hinter
dem Giessraum 26 angeordnete Führungsplatte 13. Am Austritt aus dem Giessraum läuft
das Kokillenband 20 wieder über auf einem unteren Umlenkstück 27 angeordnete Führungsrollen
28 auf die Antriebsrolle 23. Die Führungsrollen 25 und 28 weisen einen Durchmesser
von vorzugsweise 20 bis 50 mm
auf. Vorteilhafterweise werden über
die Breite des Kokillenbandes 20 mehrere Rollen geringerer Breite mit dazwischen
angeordneten StUtzlagern vorgesehen, wobei die Drehachsen der einzelnen Rollen zueinander
auch versetzt werden können, wodurch eine Staffelung der Rollen erreicht wird. Durch
eine enge, gestaffelte Anordnung der Rollen ist es möglich, eine allen Anforderungen
gerecht werdende Führung und Abstützung des Kokillenbandes zu gewährleisten.
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Die Antriebsrolle 23 ist in Halterungen 29 mittels beidseitig angeordneten
Spann-Zylindern 30 in der Horizontalebene verschiebbar gelagert, um das Kokillenband
pneumatisch oder hydraulisch leicht zu spannen oder, wenn erforderlich, vollkommen
zu entspannen, wenn ein Ersatz desselben notwendig ist.
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Mittels eines Zylinders 31 am hintern Ende der Rolle 23 kann diese
in der Vertikalebene geschwenkt werden, wodurch es mittels einer Steuerung bekannter
Art möglich ist, ein seitliches Verlaufen des Kokillenbandes 20 zu verhindern.
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Der Giessraum 26 mit dem eingezeichneten Strang 32 wird beidseitig
durch sogenannte Seitendämme abgeschlossen.
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Diese bestehen aus einer endlosen Kette gelenkig oder biegsal miteinander
verbundener Blöcke 33 aus Metall oder keramischem Werkstoff und liegen auf einem
der beiden Kokillenbänder auf, so dass sie sich mit diesem in Umlaufrichtung bewegen.
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Mittels nicht eingezeichneten, verstellbaren, seitlichen Ftihrungen
kann die Distanz zwischen den beiden Seitendämmen
und damit die
zu giessende Breite des Stranges den Erfordernissen angepasst werden.
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Die Metallschmelze wird vom Ofen durch einen Trog 34 und anschliessend
durch eine Anzahl in der Giessebene nebeneinander lotrecht angeordneter Rohre 35
aus keramischem Material in eine Giessdüse 36 geleitet, wobei die durchfliessende
Menge der Schmelze durch Niveauregler bekannter Art gesteuert wird.
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Aus der Giessdüse 36 strömt die Schmelze über die Breite des zu giessenden
Stranges verteilt in den Giessraum 26, wobei der infolge des sich kontinuierlich
nach abwärts bewegenden Stranges frei werdende Raum ständig mit Schmelze nachgefüllt
wird.
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Vorerst erstarrt an den gekühlten Kokillenbändern eine Kruste 37,
deren Dicke mit zunehmender Kühlung wächst, wobei bis zur vollständigen Erstarrung
des Strangquerschnittes ein Metallsumpf vorhanden ist. Anschliessend erfolgt bis
zum Verlassen des Giessraumes eine weitere Abkühlung des Stranges 32 um etwa 20
% der Erstarrungstemperatur, wodurch das Material die für die Weiterverarbeitung
erforderliche Festigkeit erlangt.
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Unterhalb der Giessvorrichtung wird der Strang zwischen zwei synchron
zu der Giessgeschwindigkeit angetriebenen Vorschub-Walzen 39 gefasst, welche für
eine gleichmässige Absenkung des Stranges sorgen.
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Die beiden, beidseitig des Stranges angeordneten Hälften der Giessvorrichtung
sind auf Je einem beweglichen, mit auf
Schienen 40 laufenden Rollen
41 versehenen Ständer 42 befestigt. Mittels von Zylindern 43 können nun die beiden
Einheiten Je um einige Dezimeter auseinandergefahren werden, was insbesondere zum
Wechseln der Kokillenbänder erforderlich ist. Ein vorgesehener, jedoch nicht gezeichneter,
einstellbarer Anschlag gewährleistet die richtige Distanzierung der beiden Einheiten
beim Zusammenfahren in die Betriebsstellung.
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Fig. 2 veranschaulicht eine mögliche Lösung der Aufstellung der Giessvorrichtung
auf einem Gerüst 44, wobei die Zugänglichkeit zum Wechseln der Kokillenbänder von
rechts her gewährleistet ist. Das Gerüst ist mit kräftigen Schrauben 45 auf einem
Fundament 46 verankert. Während die Rollen 41 das Gewicht der Vorrichtung tragen,
übernehmen Rollen 47 und 48 die Horizontalkräfte, welche infolge der einseitigen
Aufhängung der Vorrichtung entstehen. Damit wird das entsprechende Moment kompensiert.
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Der Antrieb der Rollen 23 erfolgt über Gelenkwellen 49 und Jener
der Vorschubwalsen 39 über Gelenkwellen 50 durch ein nicht eingezeichnetes Getriebe.
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Durch zwei Stutzen 51 und 52 zirkuliert die Kühlflüssigkeit von und
zu der Kühlwasseranlage, wobei die Kühlflüssigkeit durch den am Anschluss 12 befestigten
Stutzen 51 in die Vorrichtung strömt und durch den an einem Anschluss 22 befindlichen
Stutzen 52 die Vorrichtung wieder verlässt. Beide Stutzen sind über flexible Leitungen
mit der Kühlmittelaufbereitungsaräge verbunden. Der Einfachheit halber sind diese
beiden Elemente nicht eingezeichnet. Für den Fall,
dass das zu
giessende Material keinen besonderen Antrieb der Kokillenbänder erfordert, entfallen
die Gelenkwellen 49 und damit die betreffenden, nicht eingezeichneten Getriebe und
Antriebselemente.
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Nachstehend werden nun Ausführungsbeispiele der FUhrungsplatte 13
erläutert, mit deren Hilfe das Kokillenband 20 durch die Kühlflüssigkeit hydrostatisch
abgestützt wird.
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Die Führungsplatte 13 ist gemäss Fig. 3 und 4 aus einer Grundplatte
16 und für die Gestaltung von Kühl zellen darauf befestigten, separaten, kleinen
Blöcken 60, im folgenden Kühl zellenel ement e" oder "Elemente" genannt, aufgebaut.
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Die Kühlzellenelemente 60 besitzen Je eine Tasche 56 der schon beschriebenen
Art mit je einer Zuflussöffnung 57, an die ein Speiserohr 14 angeschlossen ist.
Die Befestigung kann durch bekannte Methoden, zum Beispiel Verschrauben oder Kleben
geschehen.
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Als Oberfläche der Führungsplatte wird die durch den Rand der Taschen
56, das heisst nun, die über den Kühizollenelementen 60 liegende Fläche verstanden.
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Bei festgelegter Grösse und Form der Kühlzellen, beziehungsweise
Distanzierung der Kühlzellenelemente 60 auf der Grundplatte 16, werden die Kühlzellenelemente
30 gross gemacht, dass zwischen ihnen Schlitze 58 entstehen, welche als Abflussöffnungen
dienen. Die Höhe der Elemente 60 misst dabei vorzugsweise 8 bis 20 mm, und die Breite
der Schlitze 58 an der Oberfläche der Führungsplatte 13 wird> entsprechend den
früher gemachten Angaben, so bemessen, dass der auf eine
Kühlzelle
entfallende Abflussquerschnitt dem Zwei- bis Zehnfachen des Querschnitts der Zuflussöffnung
57 entspricht.
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Für den Abfluss der Kühlflüssigkeit weist die Grundplatte 16 die
erforderlichen, mit den Schlitzen korrespondierenden Löcher 21 auf.
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In den Taschen 56 breitet sich die durch die dUsenförmige Oeffnung
57 des Speiserohres 14 strömende Kühlflüssigkeit auf dem Kokillenband 20 aus und
fliesst anschliessend in die Schlitze 58 und von da durch die Austrittsoffnungen
21 in die Niederdruckkammer 15 und weiter (Fig. 1) durch den Ausfluss 22 in einen
nicht dargestellten Kühlmitteltank.
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Obschon die Kuhlzellen die Form eines Drei-, Vier-oder Sechsecks
haben, können auch runde Ktihlzelleneiemente vorgesehen werden, deren Herstellung
einfacher ist.
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Runde Kühlzelienelemente 60' mit Taschen 56' sind in den Fig. 5 und
6 bzw. in den Fig. 7 und 8 in verschiedenen Anordnungen dargestellt, nämlich in
Fig. 5 und 6 in quadratischen und in Fig. 7 und 8 in sechseckigen Kühlzellen.
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Durch die geometrischen Verhältnisse bedingt, würden jedoch in den
Eckpunkten der Kühl zellen wegen mangelnder Zirkulation der Kühlflüssigkeit ausserhalb
der Taschen 56 ungenügend gekühlte Stellen auf dem Kokillenband 20 entstehen.
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U dennoch eine einwandfreie und vollständige Kühlung des Kokillenbandes
20 über der ganzen Fläche des Giessraumes 26 ou ersielen, wird in Jeder Ecke der
Kühlselle eine zusätzliche Zuflussöffnung 61 - im folgenden wNebensufluss" genannt
-rorgesehen, durch welche von der Druckkammer 11 zugeführte
Kühlflüssigkeit
mit entsprechend hoher Geschwindigkeit auf das Kokillenband 20 strömt. Durch diese
Massnahme wird in der im Raum 58' bzw. 58" zwischen den Elementen 60' befindlichen
Flüssigkeit wie in den Taschen 56' eine starke Turbulenz erzeugt, wodurch auch ausserhalb
der Kühleellenelemente 60' eine intensive Kühlung des Kokillenbandes 20 erreicht
wird.
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Jeder Nebensufluss 61 ist vorteilhafterweise ebenfalls durch eine
eigene Speiseleitung mit der Druckkammer 11 verbunden.
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Im vorliogenden Fall werden pilzförmige KUhlsellenel*-mente 60' verwendet
und so auf der Grundplatte 16 befestigt, dass der Hut des Pilzes gegen das Kokillenband
20 gerichtet ist. Der Start weist dabei zweckmässigerweise einen Querschnitt von
etwa 40 % der Fläche der Kühizelle auf. Die minimale Fläche des Hutes soll vorteilhafterweise
mindestens 50 % der totalen Fläche des Kühlelementes betragen, um die früher erwähnte
Bedingung inbezug auf die Grösse der stabilisierenden Zone der Khhlzelle zu erfüllen>
doch soll der maximale Durchmesser höchstens 98 % der Distanz der Mittelpunkte zweier
benachbarter Elemente betragen, damit über dem ganzen Umfang des Elementes 60' ein
ungehinderter Abfluss der Kühlflüssigkeit aus der Tasche 56' gewährleistet ist.
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Mit der pilzförmigen Ausbildung der Elemente 60' wird auf der Grundplatte
16 für die Anordnung der Neben-Zuflussöffnungen und der Abflusslöcher 21 genügend
Platz geschaffen.
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Im Gegensatz zu den Kühlzellen mit vieleckigen KUhlsellenelementen
bezieht sich bei den runden Elementen 60' die vorgängig erwähnte Bedingung, den
Querschnitt der Abflussöffnungen
betreffend, nicht auf die zwischen
den Elementen 60' liegende Fläche 58', sondern auf die in der Grundplatte 16 vorgesehenen
Abflusslöcher 21.
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Unter gewissen Voraussetzungen kann ein Kokillenband dazu neigen,
durch die Strömung der Kühlflüssigkeit in Schwingungen versetzt zu werden, was nachteilige
Folgen haben kann.
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Es ist nun möglich, diese Schwingungen zu vorhindern, indem die Länge
benachbarter Speiserohre 14 innerhalb weniger Zentimeter variiert. Dies wird erreicht,
indem die einzelnen Rohre 14 mehr oder weniger weit in den Druckraum 11 hineinragen.
Dadurch kann die Eigenfrequenz der Schwingungen der Kühlflüssigkeit in den Rohren
14 genügend verändert werden, um eine gegensdbige Harmonie zu verhindern, beziehungsweise
um eine unerwünschte Vibration des Kokillenbandes 20 zu verunmöglichen.
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Um einer Durchbiegung der Kokillenbänder zwischen den Stützelementen
unter der auftretenden Belastung entgegenzuwirken, müssen bei Giessvorrichtungen
bekannter Bauart Kokillenbänder mit einer Dicke von 0,5 bis 2 mm, in der Regel 1
bis 1,5 mm eingesetst werden, da dort eine relativ grosse, durch die Konstruktion
bedingte Entfernung zwischen den einzelnen Stützelementen vorhanden ist.
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Das hier beschriebene Verfahren der Kühlung und Führung von Kokillenbändern
erlaubt nun auch die Verwendung von Kokillenbändern mit einer Dicke von 0,1 bis
0, 4 mm. Dies wird ermöglicht durch die grosse Zahl der relativ klein bemessenen
Kühlzellen und den hohen prozentualen Flächenanteil der stabilisierenden
und
stützenden Zone in denselben. Ein ausserordentlicher Vorteil der dünneren gegenüber
den dickeren Kokillenbändern liegt darin, dass die infolge der Wärmespannungen in
den Kokillenbändern auftretenden Verformungskräfte gemäss den Grundsätzen der Festigkeitslehre
bedeutend kleiner sind, was zur Folge hat, dass entsprechend geringere, auf die
Kokillenbänder wirkende Kräfte aufgebracht werden müssen, um ein Werfen zu verhindern.
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Der folgende Teil der Beschreibung bezieht sich im Besonderen auf
Giessvorrichtungen, bei welchen der Giessraum, wie in der Vorrichtung gemäss Fig.
1 und 2, durch zwei einander gegenüberliegende Kokillenbänder 20 und dazwischen
angeordnete Seitendämme gebildet wird.
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Bei stark geneigter oder, wie in Fig. 1 und 2, vertikaler Giessrichtung
erweist es sich als vorteilhaft, das Verhältnis der Querschnitte der Abflussöffnungen
58 bzw. 21 zu den Querschnitten der Zuflussöffnungen 57 in der Führungsplatte 13
gegen den Austritt des Giessraumes 26 hin allmählich zu verkleinern. Damit wird
erreicht, dass sich zwischen der Führungsplatte 13 und dem Kokillenband 20 infolge
eines relativ geringeren Abflussquerschnittes ein nach unten zunehmender Druck der
Kühlflüssigkeit in den betreffenden Kühl zellen aufbaut. Damit wird dem metallostatischen
Druck im Giessraum entgegengewirkt und gleichzeitig die Entstehung eines Schrumpfspaltes
zwischen den beiden, den Giessraum 26 bildenden Kokillenbändern 20 und dem erkaltenden
Giessgut 32 verhindert.
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Die gleiche Wirkung wird auch ersielt, wenn die Eintrittsoffnungen
57 sukzessive vergrössert werden, doch hat diese Lösung einen Mehraufwand an Kühlflüssigkeit
zur Folge.
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Nach vollständiger Erstarrung des Giessgutes 32 kann der Querschnitt
der Abflussöffnungen 58 bzw. 21 im Verhältnis surn Querschnitt der Zuflussöffnungen
57, je nach den in der Druck- und der Niederdruckkammer 11 bzw. 15 eingestellten
Drucken, bis auf 2 : l verkleinert werden. Dadurch erhöht sich der statische Druck
in der indifferenten Druck zone der Kiblzellen, so dass sich die Distanz zwischen
den Führungsplatten 13 und den Kokillenbändern 20 derart vergrössert, dass letstere
über die ganze Länge des Giessraumes 26 auf dem Strang 32 sanft aufliegen. Damit
wird beidseitig und über die Breite des Stranges 32 eine gleichmässige Abkühlung
erreicht, wodurch Wärmespannungen auf ein Minimum reduziert werden. Infolge des
damit verbundenen, intensiven Wärmeüberganges ergibt sich zudem eine entsprechend
höhere Giessleistung der Anlage.
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Eine weitere Lösung besteht darin, die Niederdruckkammer 15 über
die Länge des Giessraumes in mehrere, von einander getrennte Einheiten zu teilen,
wovon jede Einheit einen separaten Ausfluss besitzt. Damit kann der Flüssigkeitsdruck
durch entsprechende Regelorgane in jeder Einheit und damit in dem betreffenden Teil
der Führungsplatte 13 eingestellt werden, womit die gewünschten Bedingungen inbezug
auf die Druckverhältnisae in den KUhlsellen geschaffen werden können, um die Distanz
zwischen der Führungsplatte 13 und dem Kokillenband
20 zu vergrössern
um damit günstigste Kühlungsverhältnisse zu erreichen.
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Zusätzlich kann der Bildung eines Schrumpfspaltes zwischen dem zu
giessenden Strang 32 und den Kokillenbändern 20 begegnet werden, indem die Führungsplatten
13 in Giessrichtung entsprechend der zu erwartenden Schrumpfung konvergent zu einander
eingestellt werden.
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Da der Schrumpfeffekt bei der Erstarrung des Giessgut es bedeutend
höher ist als bei der anschliessenden Abkühlung des festen Stranges, ist es bei
Strängen mit einer Dicke von über 30 mm von Vorteil, wenn die beiden einander gegenüberliegenden
Führungsplatten 13 über die Länge des Giessraumes 26 mit einer den Verhältnissen
entsprechenden konvexen Wölbung gegen den Giessraum 26 ausgeführt werden, wobei
sich die engste Stelle des Giessraumes an dessen Austritt befindet. Die erforderliche
Wölbung wird unter Beibehaltung ebener Grundplatten 16 auf einfache Art ermöglicht,
indem die Höhe der Kühlzellenelomente 60 bzw. 60' in Längsrichtung des Giessraumes
26 entsprechend verändert wird.
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Wenn die beiden Kokillenbänder 20 wegen BerUcksichtigung des Schrumpfens
des Giessgutes 32 über die Länge des Giessraumes 26 nicht parallel zueinander laufen,
werden vorzugsweise statt der Blöcke 33 elastisch dichtende Seitendämme aus temperaturbeständigem
Material, beispielsweise Fibrefrax, eingesetzt, welche sich der konvergierenden
Form des Giessraumes 26 anpassen können.
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Beim Giessen eines Stranges von 25 mm Dicke aus Aluminium mit einer
Giessvorrichtung mit zwei symmetrisch zueinander angeordneten Kokillenbändern 20
und bei einer Länge des Giessraumes 26 von 100 cm erweisen sich folgende Relationen
als vorteilhaft: 1. Fläche der Kühlzellen 3,75 cm2 2. Form der Kühlzellen 6-eckig
3. Querschnitt der Zuflussöffnung 57 C,023 cm2 4. Querschnitt der Abflussöffnung
58 2 am Eintritt des Giessraumes 26 0,23 cm 5. Querschnitt der Abflussöffnung 58
2 am Austritt des Giessraumes 0,07 cm 6. Druck der Kühlflüssigkeit in der Druckkammer
11 3 bar abs 7. Druck der Kühlflüssigkeit in der Niederdruckkammer 15 0,7 bar abs
8. Distanz zwischen Kokillenband 20 und Führungsplatte 13 wn Eintritt des Giessraumes
26 0,1 mm 9. Distanz zwischen Kokillenband 20 und Führungsplatte 13 am Austritt
des Giessraumes 26 0,25 mm 10. Dicke des Kokillenbandes 20 0,4 mm 11. Mittlere Menge
der durch eine 3 Kühlzelle strömenden Kühlflüssigkeit 45 cm3/sek 12. Temperatur
der Kühlflüssigkeit oc in der Druckkammer 11 42 13. Temperatur der Kühlflüssigkeit
O in der Niederdruckkammer 15 44 C 14. Temperatur der Schmelse am Ein- 0 tritt des
Giessraumes 26 690 C 15. Temperatur des Stranges 32 am 0 Austritt des Giessraumes
26 530 bis 550 C 16. Giessgeschwindigkeit 3,5 bis 4,2 m/min
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