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Bezeichnung: Kokille für Strangguß von Metall
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Zusatz zu: Ausscheidung aus: .
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Ausstellungspriorität: Unionspriorität: - -Datum: Land: Aktenzeichen:
Die
beim Stranggießen üblichen gekühlten Rohrkokillen, die für Stahlguß meist vierkantförmigen
Querschnitt haben, verfestigen die eingegossene Schmelze innen am Kokillenmantel
und an dem von unten her gegen den Letzteren an - oder in ihn eingeschobienen kalten
Anfahrkopf, so daß sich eine Wandung in Form eines oben offenen Behälters bildet.
Wird dieses Gebilde während weiteren Schmelzeingusses abgesenkt und auch unterhalb
der Kokille gekühlt, so entsteht der gegossene Strang, denn die Wandung verdickt
sich allmählich, bis sie den ganzen Querschnitt ausfüllt und kein flüssiger Kern
mehr bleibt. Zwecks Minderung des Cleitwiderstands in der Kokille wird diese in
Richtung der Strangachse kurzhubig oszilliert, und auch Gleitmittel werden zugeführt
(Lueger: "Lexikon der Technik", Band 5 (196a), Seiten 631 bis 633).
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Das Gießen mit den üblichen Rohrkokillen hat folgende Nachteile:
1. Bei gleichbleibender KUhlungsintensität nimmt die Wandung dicke in der Folge
gleicher Kühlungszeitraten immer weniger zu, weil sie durch ihr Anwachsen der Wärmeabruhr
mehr und mehr Widerstand entgegensetzt. Zum schnellen Uberblick des nachher genannten
Nachteils wird hier das Verhiltnis Wanddicke d zur Kühlungszeit t, wie an sich bekannt,
kurz dargetan und in Fig. 1 graphisch dargestellt (auch weil dieses Verhältris'
die Basis der Erfindung ist>.
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Es bedeuten: #F = betrachtetes Flächenteilchen des Kokillenmantels
= = die durch #F zur Zeit abgeführte Wärmemenge = = Temperaturgefälle im Strang
(flüssig zu fest) d = Wandungsdicke R = Wärmeleitungswiderstand = 1/# Die Beziehung
zueinander ist
Bei gleichbleibender Wanddicke d würde Q' bei je weiterer Zeiteinheit dt konstant
bleiben. d nimmt aber Je Rate dt zu, zwar mit absinkendem Anwachsmass, und mit dem
reziproken Wert l/d verringert sich Q' zu
Je Giessmaterial kann der erste Wurzelwert als spezifische Konstante k betrachtet
werden und es ist
Fig. 1 zeigt d/t für eine übliche Baustahlqualität.
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Bis zur Durcherstarrung des Strangs ergibt sich ein sehr langer flüssiger
Kern und erst hinter diesem können Strangsstücke abgetrennt werden. Nachteil: Der
lange flüssige Kern.
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2. Ein annehmbar kurzer, flüssiger Kern ist auch bei intensiver Kühlung
nur bei kleinem Strangvorschub (kleiner Giessgeschwindigkeit) möglich. Nachteil:
Die kleine Giessgeschwindigkeit.
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3. Beim Kühlen des Strangs zieht sich das Material zusammen, es schrumpft.
Durch das Temperaturgefälle vom Stranginnern nach aussen, eilt das Schrumpfen der
Wandung dem Schrumpfen des Kerns voraus. Das Kernmaterial zieht sich zur Wandung
hin zusammen, wobei die nachfliessende Schmelze das Schrumpfvolumen ausgleicht.
Am Ende des flüssigen Kerns hört das Nachfliessen auf. Dort ergeben sich anstelle
des restlichen Schrumpfens Dehnungsspannungen, denn die Wandung gibt infolge ihrer
erreichten Stärke nicht mehr genügend nach. Nachteil: Die Spannungen im erstarrten
Kern, weil sie zu Kernrissen führen können.
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4. Die abgeschnittenen, noch glühenden Strangstücke (Knüppel, Blöcke,
Brammen) müssen noch zu langsamer Restabkühlung (sogenantes Nachglühen) gelagert
werden. Dadurch wird eine Wiederaufwärmung der Wandung von innen her und teilweise
ein
Temperaturausgleich im Querschnitt erreicht und es ergibt sich in etwa eine Korrektur
der Schrumpfung in Richtung Kern und damit eine Minderung der SpannunRen. Zwecks
Weiterverarbettung im Walzwerk müssen die Strangstücke bis zum GlUhen wiedererhitzt
werden. Nachteil: Nachglühen und Wiedererhitzen.
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Die Erfindung bezweckt, den zuvor genannten Nachteilen entgegenzuwirken,
indem schon zu Gießbeginn im Innern des Strangquerschnitts vorgekühlte oder vorverfestigte
Schmelze entsteht.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die lichte
Weite des Kokillenmantels zur Vorauskühlung der ein gegossenen Schmelze im Inneren
des entstehenden Stranges durch eine mit Kühlmittel gekühlte Querkühlwand im Bereich
des Kokilleneinlasses zumindest teilweise verschlossen ist.
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Nach Fig. 1 ist bei Kühlungsbeginn der beste Effekt. Dieser wird nutzbar,
indem die an der Querkühlwand gekühlten un d in Vertestigung Ubergehenden Materialpartikel
durch Absenken des Stranges und durch nachströmende Schmelze fortwährend von dieser
entfernt werden. Die rechtwinklig angeordnete Querkühiwand ist zu bevorzugen, um
möglichst zu vermeiden, daß die Partikel an ihr entlanggleiten und um zu erreichen,
d-ß letztere rasch Abstand gewinnen und den Querschnitt fUllen, wobei auch die Oszillation
sich nützlich auswirkt.
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Einige Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der Figuren
2 bis 10 erläutert.
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Fig. 4 zeigt die Ganzdarstellung der Rohrkokille vor Gießbeginn, bei
der eine übliche Ausführung bereits in eine mit schriger Querkühlwand geändert wurde.
Letztere muß mit ihrem
oberen Ende über das höchste Schmelzenniveau
(Stand der Schmelze in der Kokille) ragen. Die Nummern bedeuten: 1 Kokillenmantel,
2 Querkühlwand, 3 Kühlwasserführung der Querkühlwand, 4 Kühlwassereintritt, 5 Kühlwasseraustritt,
6 Kühlwasserleitblech, das den Kokillenmantel umschliesst, 7 Anfahrkopf (im Fachausdruck
auch Kaltstrangkopf genannt, ist das Ende einer Anfahrstange oder -kette, die im
Fachgebrauch auch Kaltstrang heisst), 8 Hitzefeste Dichtschnur.
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(z. Beispiel aus Asbest), 9 Kühlwasserabdichtung, 10 Messstelle für
die automatische Regelung des Niveaus, bei Verwendung beispielsweise eines Durchstrahlungsgeräts
oder eines Geräts zur Messung des kapazitiven Widerstands (wegen der Einengung des
Schmelzen-Niveaus ist die Regelung von Hand nach Sicht nicht ratsam), 11 Düse für
den Einlauf der Schmelze. - Vorerwähnte Nummern in den anderen Figuren sind gleichbedeutend.
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Die Querkühiwand 2 mit ihrer Kühlwasserfünrung 3 ist hierbei eine
Einheit mit dem Kokillenmantel 1, wie auch die Draufsicht, Fig. 2, zeigt und lässt
sich beispielsweise im Feinguss, dem sogenannten Wachsgiessverfahren, herstellen.
Die ganze Einheit ist bequem in den Hohlraum des Kühlwasserleitblechs 6 einzuschieben.
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Fig. 3 und Fig. 5 zeigen eine rechtwinklig angeordnete Querkühlband
und zwar Fig. 3 bei einer Rohrkokille entsprechend Fig. 4 für vertikalen Strangaustritt,
Fig. 5 bei einer für schrägen Austritt. Die Querkühlwand kann hierbei auch eine
Einheit
mit dem Kokillenmantel 1 bilden, analog der Ausführung nach Fig. 4.
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Eine grosse Querkühlwand 2 bedingt die Einengung der Eingiessöffnung,
sodass ein Eingiesstrichter 12 erforderlich ist, wie in Fig. 3, Fig. 5, Fig. 6 und
Fig. 7 zu ersehen. Nebst dem Trichter ist eine zweite Oeffnung 13, wie zum Beispiel
Fig. 6 zeigt, nötig, damit die Luft und andere Gase besser aus der Kokille entweichen
und sich auch Anschwemmungen in ihr sammeln können. Beide Oeffnungen befinden sich
in einem gemeinsamen Klotz 14, der ein zur Erfindung gehörendes Bestandteil ist.
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Dieser besteht aus feuerfestem Material, wie solches zum Beispiel
auch für die Eingiessdüsen verwendet wird. Zur besseren Haltbarkeit und auch um
ein Abheben durch die Schmelze zu verhindern, ist der Klotz mit einer Auflageplatte
15 fest verbunden (zum Beispiel durch Eingiessen in auf der Auflageplatte angebrachten
Leisten 16, Fig. 3, mit T-förmigem oder schwalbenschwanzförmigem Querschnitt) und
auf die Rohrkokille oder die Gehäuseummantelung aufgeschraubt. Zum besseren Schutz
des Klotzes 14 dient auch ein Klotzmantel 17, Fig. 5 und Fig. 6, der mit der Auflageplatte
verschweisst ist. Ausserdem ist eine Armierung 18, Fig. 3, des Klotzmaterialsvorgesehen.
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Der Klotz 14 kann bevorzugterweise, statt aus keramischem Feuerfestmaterial,
aus hochhitzebeständigem Metall, wie etwa Widia-Hartmetall, hergestellt sein.
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Erstrebenswert ist, die ganze lichte Weite der Rohrkokille durch die
Querkühlwand 2 zu schliessen, wie dies Fig. 7 und Fig. 8 zeigen. Die Kokille ist
in horizontaler Lage dargestellt. Die Querkühlwand besteht als separate Einheit
aus zwei Teilen, der Querkühlwand 2 selbst und der zugehörigen Kühlwasserführung
19, mit ebenfalls separatem Kühlwassereintritt 4 und -austritt 5. Beide Teile sind
gemeinsam mit dem Kokillenmantel 1 auf das Gehäuse aufgeschraubt. Bei dieser Ausführung
der Querkühlwand drängt sich schräger oder horizontaler Strangaustritt als zweckmässig
auf. Der Eingiesstrichter 12 und die Oeffnung 13 im Klotz 14, analog Fig. 6, befinden
sich in einer Seitenöffnung des Kokillenmantels 1, wobei die Zuführung der Schmelze
zur Querkühlwand hin gerichtet ist, siehe Fig. 7.
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Der Anfahrkopf 7, Fig. 4, stellt eine übliche Ausführung dar.
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Die Dichtschnur 8 wird normalerweise vom Eingiessende des Koltillenmantels
her eingebracht und festgestemmt, was bei der Kokille gemäss Fig. 4 soeben noch
möglich sein dürfte. Die anderen Beispiele der Erfindung lassen dies nicht zu. Der
Anfahrkopf 20 nach Fig. 9 und Fig. 10 ist deshalb ein Teil der Erfindung. Bei ihm
wird die zuvor aufgelegte Dicht schnur 8 nach dem Einschieben des Anfahrkopfs mitte;,
einer auf der grobgewindigen Spindel 21 befindlichen Spindelmutter 22 und einem
Schieber 23 gegen den Kolcillenmantel gepresst. Die Spindel ist einerseits ein gemeinsames
Stück mit dem Anfahrkopf und ist anderseits im Endteil 24 der Anfahrstange oder
-kette eingeschraubt und mittels eines Bolzens 25 gegen Verdrehen
gesichert.
Der Schieber ist ein aus Blechstücken zusammengeschweisstes Teil, das oben den Anfahrkopf,
der entsprechend der Dichtschnurdicke ausgehobelt ist, umschliesst und unten eine
Andrückplatte mit Loch für die Spindel hat. Zwecks besseren Anpressens der Dichtschnur
sind sowohl der Schieber oben, als auch der Bund 26 des Anfahrkopfs unten angeschrägt.
Der Letztere ist über der Dichtschnur auch von oben angeschrägt, um ein Abbrennen
der Kante durch die Schmelze möglichst zu verhindern.
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Der Anfahrkopf ist am oberen Ende mit einem hochragenden, schwalbenschwanzförmigen
Angiessteil 27 versehen, das in der Längsrichtung Konizität aufweist, um den Strang
später besser zu lösen Damit dieses Teil weder von vorn noch von hinten durch erstarrende
Schmelze verklemmt wird, befinden sich dort Endstücke 28 aus Feuerfestmaterial.
Diese sind durch Bolzen 29 gegen das Weg- oder Hochschwemmen gesichert. Die Endstücke
sind als Verschleissteile gedacht, die beim Lösen des Strangs zerbrechen.
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Fig. 11, Fig. 12, Fig. 13 zeigen eine Alternative zu Fig. 9 und Fig.
10. Dieser Anfahrkopf 30 ist, wie üblich, das direkt ausgebildete Ende 24 der Anfahrstange
oder -kette. Neu ist die herumführende Nute 31, die eine Konizität aufweist, derart,
dass sie unten weniger tief eingearbeitet ist als oben, In diese Nute kann die Dichtschnur
8 eingelegt werden und drückt beim Einschieben des Anfahrkopfs von selbst gegen
den Kokillenmantel.
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Neu ist auch die versenkt eingearbeitete, sich schräg nach unten vertiefende,
konische, schwalbenschwanz- oder T-förmige Vergiessöffnung 32, die das leichte Lösen
des Strangs gewährt.