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MEHRFACHKOKILLE ZUM VERTIKALEN STRANGGIESSEN VON NE-METALLEN
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Die Erfindung betrifft eine Mehrfachkokille zum vertikalen Stranggießen
von Nichteisenmetallen, die aus einem gleichzeitig der Kühlwasserzufuhr dienenden
Kokillenrahmen un mehreren Einzelkokillen besteht, die ihrerseits eine integrierte
Wasserkammer und einen ringförmigen Spritzspalt oder einen Spritzlochkranz aufweisen.
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Mehrfachkokillen, die eine zusammenhängende, gemeinsame Wasserkammer
aufweisen ("mehrfache Blockkokille") sowie solche, bei denen von außen berieselte
Einzelkokillen eingesetzt werden (International Metals Reviews, London/Metals Park,
Juni 1976, vol. 21, S. 84, Fig 14/a, c und d sowie DE-PS 1.758.574), sind nicht
Gegenstand der Erfindung.
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Es ist bekannt, daß die eine integrierte Wasserkammer aufweisende
Stranggießkokille der von außen berieselten Kokille überlegen ist. Dadurch, daß
sie eine genau bestimmte und gerichtete Wasseraustrittsöffnung - ringförmigen Spalt
oder Lochkranz - aufweist, kann diese sogenannte Spalt- oder Lochkranzkokille ihre
Aufgabe, nämlich die gleichmäßige Abkühlung des Stranges, besser erfüllen als die
von außen berieselte Kokille. Die von außen berieselte Stranggießkokille ist empfindlicher
gegen Druckschwankungen im Wasserversorgungsnetz als die Spalt- oder Lochkranzkokille
und kann nicht einen ähnlich gleichmäßigen und intakten Wasserschleier erzeugen
wie z.B.
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eine gut konstruierte Spaltkokille. Trotzdem gewinnt die von außen
berieselte Kokille als Bauelement einer Mehrfachkokille in der letzten Zeit immer
mehr an Bedeutung, weil sie wesentlich einfacher und billiger ist als die Spalt-
oder Lochkranzkokille, und weil bei ihr der Formatwechsel durch auswechselbare Kokillenhülsen
einfach und schnell durchgefuhrt werden kann, was bei den modernen Großanlagen sehr
wichtig ist.
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Wenn eine integrierte Wasserkammer aufweisende herkömmliche Stranggießkokil-le
als Bauelement einer Mehrfachkokille benutzt wird, verwendet man nach dem Stand
der Technik einen Kokillenrahmen, an dem die Einzelkokillen fest montiert sind.
Der gleichzeitig der Külwasserzufuhr dienende Kokillenrahmen ist als eine Wasserdruckkammer
ausgebildet, mit der jede Einzelkokille durch eine oder mehrere Leitungen verbunden
ist. Die so entstandene.
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herkömmliche Mehrfachkokille ist in dieser Art lediglich eine Zusammensetzung
von Einzelkokillen, bei denen für die gute Wasserverteilung innerhalb jeder Kokille
einzeln gesorgt werden muß.
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Die Hauptschwierigkeit bei der Konstruktion einer eine integrierte
Wasserkammer aufweisenden Stranggießkokille besteht darin, daß das durch nur eine
oder einige wenige Leitungen in die Kokille seitlich eingeführte Kühlwasser innerhalb
der Kokillenkammer so verteilt werden muß, daß einerseits die Kokillenwand an ihrem
Umfang entlang gleichmäßig gekühlt wird, andererseits das Kühlwasser in der Bewegungsrichtung
des Stranges unter Ausschaltung jeglicher nennenswerter Querbewegung längs der Strangoberfläche
herunterfließt.
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Es sind zahlreiche Kokillenkonstruktionen mit integrierter Wasserkammer
bekanntgeworden (International Metals Reviews, London/ Metals Park, Juni 1976, vol.
21, S. 84, fig. 14/e bis i, Hermann, E.: Handbuch des Stranggießens, Aluminium-Verlag
Düsseldorf, 1958, S. 205, Bilder 664 bis 666, S. 485, Bild 1588, US-PS 3.665.999,
US-PS 3.688.834 und US-PS 3.739.837). Sie alle weisen verschiedene strömungsdynamische
Beruhigungselemente wie Siebplatten, Siebringe, kragenartige Wehre usw. auf, welche
die Aufgabe haben, das an einer oder einigen Stellen in die Kokille seitlich eingeführte
Kühlwasser durch Verringerung und Ausgleich der Strömungsgeschwindigkeiten und Umleitung
der Wasserströmungin einen gleichmäßigen, von Querströmungen freien Spritzwasserschleier
umzuwandeln. Diese bekannten Kokillenkonstruktionen sind kompliziert, teuer, haben
einen großen Platzbedarf und können nur mühsam gereinigt werden.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Mehrfachkokillen besteht darin,
daß ihfre Einzelkokillen, da sie am Kokillenrahmen befestigt sind, beim Zusammenführen
der Anfahrböden mit den Kokillen nicht verschoben und/oder hochgehoben werden können,
was bei einer ungenauen Plazierung der Anfahrböden auf dem Absenktisch zur Beschädigung
der empfindlichen Kokillenunterkanten führen kann. Beim Formatwechsel müssen außerdem
nicht nur die Befestigungselemente der Einzelkokillen, sondern auch ihre Kühlwasseranschlüsse
gelöst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfachkokille der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche die Mängel der bekannten Mehrfachkokillen
nicht aufweist, d.h. sie ist einfach und billig herzustellen, ermöglicht einen schnellen
Formatwechsel, hat einen geringen Platzbedarf, kann leicht gereinigt werden und
gewährleistet vor allem eine gleichmäßige Kokillenwandkühlung und einen perfekten,
von Querströmungen freien Spritzwasserschleier. Bei der erfindungsgemäßen Mehrfachkokille
soll außerdem ermöglicht werden, die Einzelkokillen auf dem Kokillenrahmen zu verschieben
und/oder hochzuheben.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der oberen
Seite des seitlich geschlossenen, kastenförmigen Kokillenrahmens eine der Zahl der
Einzelkokillen entsprechende Anzahl ringförmiger Schlitze, bzw. Lochkränze ausgebildet
ist, und daß die Einzelkokillen, die an ihrer unteren Seite ebenfalls einen Lochkranz,
bzw. ringförmigen Schlitz aufweisen, der genauso verläuft wie die Uffnungen (Schlitzewbzw.
Lochkränze) im Kokillenrahmen, in einer Position, in der die Uffnungen der Einzelkokillen
den Uffnungen des Kokillenrahmens gegenüberliegen, auf den Kokillenrahmen gesetzt
und durch ihr Eigengewicht oder auch durch zusätzliche Anpreßkraft an die obere
Seite des Kokillenrahmens angepreßt werden.
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Die erfindungsgemäße Mehrfachkokille besteht derart aus einem kastenförmigen,
seitlich geschlossenen Kokillenrahmen, der als Wasserdruckkammer ausgebildet ist
und der Halterung und Wasserzuleitung
für die Einzelkokillen dient,
sowie aus mehreren Einzelkokillen, die ihrerseits eine integrierte Wasserkammer
und entweder einen ringförmigen Spritzspalt oder einen Spritzlochkranz aufweisen.
Zur Überführung des Kühlwassers vom Kokillenrahmen in die Einzelkokillen sind an
der oberen Seite des Kokillenrahmens so viele oeffnungen ausgebildet wie die Mehrfachkokille
an Einzelkokillen aufnehmen muß. Die Einzelkokillen ihrerseits weisen an ihrer unteren
Seite den Uffnungen des Kokillenrahmens entsprechend angeordnete Wassereinführungsöffnungen
auf. In einer Position, in der die oeffnungen der Einzelkokillen den '6ffnungen
des Kokillenrahmens gegenüberliegen, werden die Einzelkokillen auf den Kokillenrahmen
gesetzt und durch ihr Eigengewicht oder auch durch zusätzliche Anpreßkraft an die
obere Seite des Kokillenrahmens angepreßt. Dadurch wird eine Verbindung zwischen
der Wasserdruckkammer des Kokillenrahmens und den Wasserkammern der Einzelkokillen
hergestellt und aus dem Kokillenrahmen und den Einzelkokillen eine komplexe Mehrfachkokille
gebildet.
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Die Wasserüberführungsöffnungen des Kokillenrahmens, bzw. der Einzelkokillen
sind so gewählt, daß entweder der Kokillenrahmen ringförmige Schlitze hat und die
Einzelkokillen Lochkränze oder umgekehrt, oder aber beide Lochkränze aufweisen.
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Wenn die Uffnungen des Kokillenrahmens als ringförmige Schlitze ausgebildet
sind, können die Einzelkokillen entweder einen ringförmigen Spritzspalt oder einen
Spritzlochkranz aufweisen (s.
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Anspruch 1). Wenn aber die oeffnungen des Kokillenrahmens in der Form
von Lochkränzen ausgebildet sind, können die Einzelkokillen als Wasseraustrittsöffnung
sinngemäß nur einen Spritzlochkranz aufweisen (s. Anspruch 2). Diese Ausführung
ermöglicht die Ausbildung der Einzelkokillen aus einem Stück im Gießverfahren.
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Wenn sowohl der Kokillenrahmen als auch die Einzelkokillen Lochkränze
aufweisen, sind die Löcher in den Lochkränzen beider Teile genauso angeordnet, damit
beim Aufsetzen der Einzelkokillen
auf den Kokillenrahmen Loch über
Loch steht (s. Anspruch 3).
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Diese Ausführung ist für rechteckige Kokillen geeignet, bei denen
eine Verdrehung der Kokille auf dem Kokillenrahmen nicht möglich ist.
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Gemeinsam ist bei all diesen Ausführungsformen der Erfindung das Vorhandensein
einer ringförmigen, siebartigen vertikalen Lochreihe (Lochkranz) - die sinngemäß
auch als eine doppelte Lochreihe mit versetzten Löchern oder als ein ringförmiges
Lochfeld ausgebildet sein kann - zwischen dem Kokillenrahmen und jeder Einzelkokille.
Das Kühlwasser, dessen Druck im Inneren des Kokillenrahmens auf dem Weg zu den im
Verhältnis zum Kokillenrahmen oben angeordneten Lochreihen weitgehend verringert
und ausgeglichen wird, steigt nun mit rundum gleichmäßigen Geschwindigkeit durch
diese vertikalen Lochreihen in die Wasserkammern der auf dem Kokillenrahmen liegenden
Einzelkokillen. Hier erfährt es einen letzten, feinen Druckausgleich, und es wird
zu den Wasseraustrittsöffnungen (ringförmige Spritzspalte oder Lochkränze) der Einzelkokillen
geleitet.
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Beim Verlassen der Einzelkokillen bespült das Kühlwasser die Außenwand
der Kokillen, sodann die Oberfläche der aus den Kokillen austretenden erstarrten
Barren.
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Die ringförmige Wasserkammer der Einzelkokillen, im Gegensatz zu den
bekannten Stranggießkokillen, ist bei der erfindungsgemäßen Mehrfachkokille ziemlich
niedrig ausgebildet, da sie hier praktisch nur noch die Aufgabe hat, das Kühlwasser
vom Kokillenrahmen auf dem kürzesten Weg zu den Wasseraustrittöffnungen der Kokillen
überzuleiten. Bei dieser Kühlwasserführung ist das Auftreten von Querströmungen
in der Wasserkammer oder gar im Spritzwasserschleier der Einzelkokillen ausgeschlossen,
weil die Strömungslinien, angefangen von den dicht nebeneinander angeordneten vertikalen
Oberführungslöchern der siebartigen Lochreihe, gleich lang sind und naturgemäß ausschließlich
in vertikalen Ebenen verlaufen.
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Erfindungsgemäß sind die Wasserüberführungsöffnungen (ringförmige
Schlitze oder Lochkränze) des Kokillenrahmens, bzw. der Einzelkokillen vorzugsweise
von verschiedener Breite, damit der volle Wasserüberführungsquerschnitt auch bei
einer Verschiebung oder ungenauen Plazierung der Einzelkokillen erhalten bleibt.
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Um eine übermäßige Kühlung der Barreneckbereiche zu verhindern, können
die Wasserüberführungsöffnungen des Kokillenrahmens und der Einzelkokillen in den
Eckbereichen einer rechteckigen Einzelkokille erfindungsgemäß unterbrochen sein.
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Zur Positionierung der Einzelkokillen auf dem Ko.killenrahmen sowie
zur Begrenzung ihrer Verschiebung kann erfindungsgemäß an der oberen Seite des Kokillenrahmens
für jede Einzelkokille eine flache Vertiefung ausgebildet sein, deren Kontur zum
Umriß der Einzelkokillen parallel verläuft und deren Umfang gleich oder größer ist
als das Ausmaß der Einzelkokillen, wobei das Spiel der Einzelkokillen in den flachen
Vertiefungen kleiner ist als das Spiel zwischen den Wasserüberführungsöffnungen
im Kokillenrahmen, bzw. in den Einzelkokillen. Diese Vertiefungen dienen als Sitze
für die Einzelkokillen. Durch das Spiel einer Einzelkokille in einer flachen Vertiefung
kann das Maß der Kokillenverschiebung bestimmt werden, oder die Verschiebung kann
verhindert werden.
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Die Einzelkokillen können erfindungsgemäß entweder ohne oder mit Zwischenlegung
von Dichtungen auf den Kokillenrahmen gesetzt werden. Falls keine Dichtungen eingesetzt
werden, kann an den Anschlußstellen Leckwasser austreten. Zum Auffangen dieses Leckwassers
kann erfindungsgemäß an der Seitenwand einer jeden Vertiefung eine ringförmige Nut
ausgebildet sein, von der das Leckwasser durch von der Nut ausgehende und im Kokillenrahmen
befestigte vertikale Drainagerohre in die Gießgrube abgejeitet wird.
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In dem Fall, daß das Eigengewicht der Einzelkokillen nicht ausreicht,
diese auf dem Kokillenrahmen festzuhalten, können
sie erfindungsgemäß
durch am Metallverteiler angeordnete federbelastete Druckelemente an die obere Seite
des Kokillenrahmens angepreßt werden. Beim Abheben des Metallverteilers vom Kokillenrahmen
liegen die Einzelkokillen somit wieder lose auf dem Kokillenrahmen und können geprüft,
gereinigt oder ausgewechselt werden.
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Wenn eine feste Montage der Einzelkokillen bevorzugt wird, können
sie erfindungsgemäß durch am Kokillenrahmen angeordnete Spannelemente am Kokillenrahmen
festgespannt werden.
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Die Erfindung wird anhand der in den Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiele
erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Sektion der Mehrfachkokille
laut Anspruch 1 mit verschiebbaren Spritzspalt-Einzelkokillen, einschließlich der
entsprechenden Sektion der Verteilerrinne mit federbelasteten Druckelementen sowie
Drainagerohre im Kokillenrahmen, Fig. 2 einen Untersicht einer runden Spritzspalt-Einzelkokille,
Fig. 3 einen Vertikalschnitt einer Spritzlochkranz-Einzelkokille, die bereitsteht,
in die Einrichtung in Fig. 4 eingesetzt zu werden, Fig. 4 einen Vertikalschnitt
einer Sektion der Mehrfachkokille laut Anspruch 1 mit Spritzlochkranz-Einzelkokillen,
einschließlich Drainagerohre im Kokillenrahmen, die Einzelkokille in der Mitte entfernt,
Fig. 5 einen Vertikalschnitt einer Sektion der Mehrfachkokille laut Anspruch 2,
einschließlich Dichtungen zwischen dem Kokillenrahmen und den Einzelkokillen sowie
Spannelemen-Xte am Kokillenrahmen,
Fig. 6 einen Vertikalschnitt
einer Sektion der Mehrfachkokille laut Anspruch 3 mit Spritzspalt- Einzelkokillen
sowie Drainagerohren und Fig. 7 einen Untersicht einer rechteckigen Spritzspalt-
Einzelkokille.
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Der Kokillenrahmen 1 ist als kastenförmige Wasserdruckkammer ausgebildet,
die dem Querschnitt der Einzelkokillen 3, 4 oder 5 entsprechend ausgebildete Durchbrüche
2 aufweist und seitlich geschlossen ist.
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An der oberen Seite des Kokillenrahmens 1 sind zur Wasserversorgung
der Einzelkokillen 3, 4 oder 5 Wasserüberführungsöffnungen ausgebildet, die entweder
ringförmige Schlitze 6 oder Lochkränze 7 sind. Zur Aufnahme der Einzelkokillen 3,
4 oder 5 weist die obere Seite 16 des Kokillenrahmens 1 flache Vertiefungen 8 auf.
Wenn der Umfang der Vertiefung 8 größer ist als das Ausmaß der Einzelkokillen 3,
4 oder 5 (Fig. 1), kann die Einzelkokille 3, 4 oder 5 dementsprechend in der Vertiefung
8 verschoben werden. Wenn jedoch kein Spiel für die Einzelkokille 3, 4 oder 5 vorgesehen
ist, sitzt sie verschiebungsfrei in der Vertiefung 8 (Fig. 4, 5 und 6).
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Die Einzelkokille 3 ist als zweiteilige Spritzspaltkokille ausgebildet.
Sie weist eine integrierte, niedrige Wasserkammer 9, an ihrer unteren Seite 15 einen
Lochkranz 10 als Wassereinführungsöffnung sowie einen schrägen, ringförmigen Spritzspalt
11 als Wasseraustrittsöffnung auf. Die Kokillenteile 3a und 3b sind zusammengeschraubt
(die Schrauben sind lediglich durch ihre Mittellinien angedeutet).
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Die Einzelkokille 4 ist als zweiteilige Spritzlochkranzkokille ausgebildet.
Sie weist ebenfalls eine integrierte, niedrige Wasserkammer 9, an ihrer unteren
Seite 15 einen Lochkranz 10 als Wassereinführungsöffnung sowie einen schrägen Spritzlochkranz
12
als Wasseraustrittsöffnung auf. Die Kokillenteile 4a und 4b sind ebenfalls zusammengeschraubt
(die Schrauben sind lediglich durch ihre Mittellinien angedeutet).
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Die Einzelkokille 5 ist eine einteilige Spritzlochkranzkokille.
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Ihre integrierte, niedrige Wasserkammer 9 ist im Gießverfahren ausgebildet
und mündet nach unten in einen ringförmigen Schlitz 13 als Wassereinführungsöffnung.
Sie weist außerdem einen schrägen Spritzlochkranz 12 als Wasseraustrittsöffnung
auf.
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Die ringförmigen Schlitze 6 und Lochkränze 7 des Kokillenrahmens 1,
die Lochkränze 10 der Einzelkokillen 3, bzw. 4 sowie der ringförmige Schlitz 13
der Einzelkokille 5 können in den Eckbereichen einer rechtekigen Einzelkokille 14
unterbrochen sein, um eine übermäßige Kühlung der Barreneckbereiche zu verhindern
(Fig 7).
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Wenn die Einzelkokillen 3, 4 oder 5 ohne Zwischenlegung von Dichtungen
24 auf den Kokillenrahmen 1 gesetzt werden, ist zum Auffangen der geringen Menge
Leckwasser an der Seitenwand 17 der Vertiefung 8 eine ringförmige Nut 18 ausgebildet.
Von der Nut 18 wird das Leckwasser durch die im Kokillenrahmen 1 befestigte Drainagerohre
19 in die Gießgrube abgeleitet.
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Im Noramlfall genügt das Eigengewicht der Einzelkokillen 3, 4 oder
5, sie am Kokillenrahmen 1 festzuhalten, denn der Kühlwasserdruck ist an den Wasserüberführungsstellen
sehr gering.
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Wenn jedoch die Einzelkokillen 3, 4 oder 5 mit einem Verschiebungsspiel
in den Vertiefungen 8 sitzen (Fig. 1), empfiehlt es sich, sie für die Zeit des Gießens
an die obere Seite 16 des Kokillenratmens anzupressen. Hierfür sind federbelastete
Druckelemente 20 vorgesehen, die an der Verteilerrinne 22 angebracht sind. DietPratzen
21 der Druckelemente 20 halten die Einzelkokillen 3,lj4 oder 5 während des Gießvorganges
an ihrem Platz fest.
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Bei Beendigung des Gießens wird die Verteilerrinne 22 vom Kokillenrahmen
1 abgehoben, und die Einzelkokillen 3, 4 oder 5 liegen wieder lose in den Vertiefungen
8.
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In Fig. 5 sind zwischen den Anschlußflächen 15 und 16 der Einzelkokillen
3, 4 oder 5, bzw. des Kokillenrahmens 1 Dichtungen 24 eingesetzt, die vorzugsweise
in Nuten des Kokillenrahmens 1 liegen. Die Einzelkokillen 3, 4 oder 5 sind hier
gleichzei-tig durch Pratzen 21 und Muttern 23 am Kokillenrahmen 1 festgespannt.
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Die erfindungsgemäße Mehrfachkokille vereinigt in sich die Vorteile
der bekannten Spalt- oder Lochkranzkokillen sowie der bekannten, von außen berieselten
Kokillen, ohne ihre Nachteile aufzuweisen, und bietet außerdem weitere Vorteile.
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In einer einzigen Kokillenrahmen können jetzt Einzelkokillen verschiedener
Formate eingesetzt werden, ohne daß sich die Kühlung der jeweils eingesetzten Kokille
verschlechtert. Die Einzelkokillen verschiedenster Formate haben stets das selbe
Ausmaß und die selbe Wassereinführungsöffnung. Sie unterscheiden sich lediglich
in ihrem lichten Querschnitt und somit in der Breite ihrer ringförmigen Wasserkammer.
Unabhängig von ihrem Querschnitt haben sie auch stets eine genau bestimmte und gerichtete,
dem Querschnitt angepaßte Wasseraustrittsöffnung, und zwar einen Spritzspalt oder
einen Spritziochkranz. Durch die spezielle Wasserführung ist die Wasserverteilung
innerhalb des Kokillenrahmens und jeder Einzelkokille optimal, und des wegen können
alle Barren gleichmäßig abgekühlt werden.
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Der Formatwechsel kann einfach und schnell durchgeführt werden.
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Die bis dahin verwendete Einzelkokille wird einfach von ihrem Sitz
herausgenommen, und eine Einzelkokille anderen Formats wird in den Sitz eingesetzt.
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Die Konstruktion sowohl des Kokillenrahmens als auch der»Einzelkokillen
ist einfach. Die Einzelkokillen bestehen höchstens aus zwei einfachen Teilen, sind
billig herzustellen, einfach zu reinigen und haben einen geringen Platzbedarf.
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Das Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Mehrfachkokille beschränkt
sich selbstverständlich nicht auf das konventionelle Stranggießen mit Düsen und
Schwimmern. Sie kann ebenfalls Verwendung finden als Bestandteil von mehrfachen
Heißkopfkokillen (Hot-top Verfahren) oder als Kühlvorrichtung von mehrfachen elektromagnetischen
Stranggießkokillen.
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Der Gültigkeitsbereich der Erfindung erstreckt sich auch auf den Grenzfall,
in dem der Kokillenrahmen nur eine einzige Einzelkokille aufnimmt.