DE3204339A1

DE3204339A1 - Stranggusskokille fuer traegerrohlinge

Info

Publication number: DE3204339A1
Application number: DE19823204339
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Kitakyushu Fukuoka Ariyoshi; Tamenori Masui; Hitoshi Sakai Osaka Ono
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1982-02-09
Publication date: 1982-12-09
Also published as: DE3204339C2; CA1188479A; JPS57134243A; JPS619100B2; US4565236A

Description

eines Blockwalzwerkes zum Vorwalzen von Rohblöcken zum Herstellen von Trägerrohlingen durch Stranggießen ersetzt.

20 Eines der beim Stranggießen von Trägerrohlingen

auftretenden Problemen besteht darin, daß die Form einer Kokille so ausgebildet wird, daß sie so stark wie möglich derjenigen des Endprodukts gleicht und das Formausbildungs- und Formänderungsverhalten der verfestigten Schale, die sich während der Ver-.festigung des geschmolzenen Stahles in einer Stranggußkokille ausbildet, verwickelt ist, mit dem Ergebnis, daß sich in dem Strang, insbesondere in den Hohlkehlen des Strangs leicht Hisse bilden. Um die Ausbildung von Rissen in dem Strang zu verhindern, sind die folgenden Verfahren angewendet worden: (a) Stahlherstellungsverfahren, das dergestalt durchgeführt wird, daß die Anfälligkeit der verfestigten Schale für Rißbildung durch Verringern

3° der Verunreinigungen des geschmolzenen Stahles, insbesondere Schwefel, vermindert ist; (b) ein

Verfahren bei dem zum Herstellen einer gleichmäßigen verfestigten Schale, wie sie in einem Querschnitt eines Strangs zu sehen ist, (b-1) Gießpulver gleichmäßig zwischen der verfestigten Schale und einer Stranggußkokille eingeführt wird, (b-2) die Stranggußkokille durch Steuern der Kühlwassertemperatur oder -strömungsmenge mäßig gekühlt wird, (b-3) die verfestigte Schale durch Steuern der Verteilung des Kühlwassers, wie in einem Querschnitt der Stranggußkokille zu sehen ist, gleichmäßig gekühlt wird, (b-4) eine Horizontalerschütterung der Stranggußkokille vermieden wird. Außerdem ist es notwendig, die Ausweitung von Rissen nachdem sie sich gebildet haben, zu verhindern. Um dieses Ziel zu erreichen, kann ein sanftes zweitrangiges Kühlverfahren (c) dadurch ausgeführt werden, daß eine kleine'Kühlwassermenge unmittelbar unterhalb der Stranggußkokille versprüht wird.

Außerdem sind verschiedene Stranggußkokillen vorgeschlagen worden, die speziell für das Gießen von Trägerrohlingen ausgebildet sind. Bevor diese Kokillen beschrieben werden, wird das Verhalten

25 oder Benehmen der verfestigten Schale während des Gießens unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 erläutert.

In den Zeichnungen sind die Figuren 1 bis 4 Dario r\

Stellungen eines Viertels eines Trägerrohlings und zeigen schematisch die Verformung der verfestigten Schale während des Gießens; Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Stranggießen eines Trägerrohlings und die wesentlichen Teile einer Stranggußkokille für einen Trägerrohling zeigt; Fig. 6 ist eine schematische Darstellung ,

die zeigt, wie sich die Querschnittsform eines Trägerrohlings während des Gießens verändert; Fig. 7 ist eine Aufsicht auf einen Teilguerschnitt einer Stranggußkokille gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 8 (A, B und C) ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie sich die Bögen einer gekrümmten Hohlkehle einer Stranggußkokille in Gießrichtung verändern; Fig. ist eine schematische Querschnittsdarstellung

10. eines Trägerrohlings; Fig. 10 zeigt die Kurven einer Hohlkehle einer Stranggußkokille an ihrem Gießspiegel und untersten Teil; Figuren 11 bis 13 sind Diagramme, die die Beziehung zwischen dem Radius der Hohlkehle und dem Abstand von dem oberen Ende einer Stranggußkokille zeigen; Fig. 14 ist eine schematische Darstellung, die die Verschiebung der Biegestellen einer verfestigten Schale zeigt; Fig. 15 ist eine Darstellung einer Hälfte einer Stranggußkokille mit einem verjüngten

20 Flansch und Fig. 16 ist eine Darstellung eines Viertels einer Stiranggußkokille gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist die Verformung einer verfestigten Schale 3 unter der Annahme dargestellt, daß sich die verfestigte Schale verfestigt hat, ohne von der Stranggußkokille eingeschnürt worden zu sein. Unter diesen Bedingungen schrumpft die Stegschale 5, wodurch ein Teil der verfestigten Schale 3 ge-³^ zwungen wird, sich von den inneren Flanschen4 der Stranggußkokille zu lösen.

In Fig. 2 ist die Verformung einer verfestigten Schale 3 dargestellt, wobei die Einschnürung infolge der beiden inneren Flanschen der Stranggußkokille berücksichtigt ist. Die verfestigte Schale

- Jt -

wird einer Zugspannung ausgesetzt und wird somit verformt, mit der Folge, daß ein Spalt zwischen dem inneren Teil der Stranggußkokille und der Stegschale 5 gebildet wird. Da die Kühlung nicht gleichmäßig ist, neigt die Stegschale 5 dazu, örtlich dünner als die anderen Teile der verfestigten Schale zu sein und einer Zugspannungskonzentration ausgesetzt zu sein, was zur Bildung von Rissen führt.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird der geschmolzene Stahl im allgemeinen in punktförmige Stellen F gegossen, von denen eine in Fig. 3 gezeigt ist. Der Strom geschmolzenen Stahls kann jedoch gelegentlich

15 unregelmäßig sein und diesem Fall findet eine

örtliche Erosion der verfestigten Schale 3 statt oder die Verfestigung wird örtlich verlangsamt, mit der Folge, daß die verfestigte Schale örtlich dünner wird.

Unter Bezugnahme auf . Fig. 4 -ist die Dicke der verfestigten Schale nicht gleichmäßig entlang der Stranggußkokillenwand. Dies ist der Fall, weil eine vollständige gleichmäßige Kühlung um die Stranggußkokillenwand herum nicht verwirklicht wird und somit sich die verfestigte Schale nicht zufriedenstellend in den Gebieten der Stranggußkokille ausbildet, wo die Kühlung unzureichend ist. Da der verfestigten Schale unterstellt wird, daß sie sich während des Stranggiessens in der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Weise verformt oder ausbildet, kann eine Spannungskonzentration in den dünnen Gebieten der verfestigten Schale leicht auftreten und zur BiI-dung von Rissen führen. Die oben beschriebenen Stahlherstellungsverfahren (a) und Stranggieß-

verfahren (b), (c) haben dazu beigetragen, Risse in Trägerrohlingen zu eliminieren.

Bezüglich der Stranggußkokille für Trägerrohlinge 5 sind nun mehrere Ausführungsformen einer Gießform vorgeschlagen worden, um die Bildung von Rissen zu vermeiden. Gemäß einem der Vorschläge hat eine zusammengesetzte Gießform eine größere Ausdehnung an einem oberen Teil und eine kleinere

^q Ausdehnung an einem unteren Teil, so daß eine Verjüngung in der Form in übereinstimnungmit dem Fortschreiten der Verfestigung gebildet und somit das Volumen des Stranges verringert wird. In der Japanischen Offenlegungsschrift No. 56-109146

15 ist nämlich beschrieben, daß eine Stranggußkokille für Trägerrohlinge zumindest an ihrem Stegteil mit einer solchen Verjüngung versehen ist, daß sich der Gießspaltabstand zwischen beiden Oberflächen der Kokille in der Bewegungsrichtung des

Stranges allmählig verringert. Das Ziel, das mit dem Ausbilden einer Verjüngung zumindest an dem Stegteil der Stranggußkokille verfolgt wird, besteht darin, den geschmolzenen Stahl während des Verfestigungsvorgangs gleichmäßig zu kühlen. In "Blast Furnace And Steel Plant", Januar 1970, Seiten 19 - 32, steht, daß Gießformen für Trägerrohlinge aus einem massiven Block von 28 Zoll Länge sind und eine 0,040 Zoll gegengerichtete Verjüngung an den Steghohlkehlen haben (0,080 Zoll insgesamt).

Übrigens, die Bildung von Rissen in Trägerrohlingen ist eine Folge von, grob gesagt: der Anfälligkeit der verfestigten Schale für Rißbildung; einer 35 örtlich dünnen, verfestigten Schale; und der

Einschnürung einer verfestigten Schale auf die

Kokillenwand. Wenn sich Risse beim Stranggießen

bilden, kommt es zu einem Ausbruch, wobei dann das Stranggießen unterbrochen werden muß, und zu einer Abnahme in der Strangausbeute. Der Zweck der Ver-5 jüngung in der oben erwähnten "Blast Furnace And Steel Planf'-Zeitschrift besteht darin, einen gleichmäßigen Kühleffekt durch Vermindern der inneren Abmessungen der Stranggußkokille zu erzielen und die Spannungsrisse abzuschwächen. Solch IQ eine Stranggußkokille ist aber eine komplizierte Vorrichtung und somit sehr schwierig herzustellen und teuer.

Was die Abmessungen von Trägerrohlingen, die bis-

15 lang produziert, worden sind, betrifft, haben die größten eine innere Steghöhe von 476 mm am Maximum. Wenn man versucht Trägerrohlinge mit einer inneren Steghöhe von mehr als 500 mm herzustellen, besteht die unselige Möglichkeit, daß Risse nicht

wirksam gemäß den Vorschlägen, die oben in den Punkten (a), (b) und (c) erwähnt sind, verhindert werden könnten.Es ist hierbei zu beachten, daß die Größe der Schrumpfung der verfestigten Schale mit einer Vergrößerung in der Steghöhe zunimmt, obgleich sich die Schrumpfungsrate einer verfestigten Schale bezogen auf die Steghöhe nicht entsprechend der S.tranggußkokillen mit einer großen oder kleinen Steghöhe verändert. Demzufolge wird bei einer großen Stranggußkokille für Trägerrohlinge die Gefahr von Spannungsrissen erhöht, wenn die verfestigte Schale eine ungleichmäßige Dicke infolge ungleichmäßiger Kühlung hat, und die Spannungskonzentration wird somit in den dünnen Gebieten

³^ der verfestigten Schale gefördert.

2 Die bekannten Stranggußkokillen weisen ungelöste Probleme auf, weil sie die Bildung von Spannungsrissen infolge Schrumpfung der verfestigten Schale an ihren Hohlkehlen und Stegteilen nicht zufrieden-

c stellend verhindern.

Beim Stranggießen ist die tatsächliche Verformung und Ausbildung der verfestigten Schale eine Synthese der Verformung und Ausbildung der ver-₁₀ festigten Schale, die in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, und die Spannungsrisse werden herbeigeführt wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben worden ist.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5. Mit in der Stranggußkokille -1 zum Gießen von einem Trägerrohling fortschreitender Verfestigung neigt die verfestigte Schale 3 des Trägerrohlings 2 zum Schrumpfen (vgl. auch Figuren 1 und 2), während

20 die verfestigte Schale 3 an dem inneren Flansch 4 der Stranggußkokille 1 bleiben muß. Die Stegschale 5 kann daher nicht ungehindert schrumpfen. Da eine freie Schrumpfung verhindert ist, wird "örtlich ein hoher Spannungsdruck in der Stegschale 5 er-

zeugt.

Die Dicke der verfestigten Schale 3 ist im allgemeinen nicht gleichmäßig (vgl. Fig. 4), weil wahrscheinlich eine ungleichmäßige Abkühlung der verfestigten Schale auftreten wird, die gewöhnlich eine Folge der ungleichmäßigen Einführung von Gießpulver ist und außerdem weil der in Fig. 2 dargestellte Spalt infolge der Schrumpfung der Stegschale gebildet wird. Eine Spannungskonzentration wird daher in den dünnen Teilen der verfestigten Schale herbeigeführt und

1 verursacht die Bildung"von länglichen Stegrissen, die als Spannungsrisse in der vorliegenden Beschreibung bezeichnet sind.

5 Die Erfinder erkennen, daß die Wirkungen der herkömmlichen Verfahren, die in den Punkten (a) , (b) und (c) beschrieben sind, und der bekannten Stanggußkokillen für Trägerrohlinge nicht ausreichend sind, um längliche Stegrisse zu ver-

meiden und daß eine grundlegende Lösung des Problems der Spannungsrisse für die industrielle Herstellung von Trägerrohlingen, insbesondere große Trägerrohlinge, entscheidend ist. Aus diesen Gründen stellten die Erfinder Nachforschungen an.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Strangußkokille für Trägerrohlinge zu schaffen, bei der die Bildung von Spannungsrissen an den Hohlkehlen-

teilen der Kokille verhindert ist und bei der die Herstellung der Kokille vereinfacht ist. Die Strangußkokille gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert erfolgreich die Bildung von Spannungsrissen, nicht nur bei Abmessungen

25 von Trägerrohlingen, die gegenwärtig hergestellt werden, sondern auch bei den größeren Abmessungen der Trägerrohlinge.

Eine erfindungsgemäße Stranggußkokille zum Gies- ^O sen von Trägerrohlingen ist dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Hohlkehlenteile dieser Kokille eine sich ändernde Krümmung aufweisen, die in Gießrichtung entsprechend der Größe der ungehinderten Schrumpfung der verfestigten Schale des Stranges sukzessiv abnimmt, wodurch die verformende Spannung, die infolge der

auf Gebiete der verfestigten Schale von der Innenseite des Flansches bis zu dem Stegteil der Kokille aufgebrachten Zugspannung gebildet wird, auf einem Niveau gehalten wird, das die zulässige obere Span-

5 nungsgrenze für Rißbildung nicht übersteigt.

Der Ausdruck "zulässige obere Spannungsgrenze für die Rißbildung" ist schwierig zu definieren, wenn man berücksichtigt, daß sie sich abhängig von der

10, Temperaturverteilung in der verfestigten Schale und der Spannungsgeschwindigkeit verändert. Die oben erwähnte Größe, die hier definiert ist, ist so niedrig, daß es keine Bildung von Rissen gibt, weil die Zugspannung, die eine Folge der Einschränkung der verfestigten Schale auf die Kokillenwand ist, während der Schrumpfung der verfestigten Schale niedrig ist und somit die plastische Verformung der verfestigten Schale erlaubt. Außerdem, wenn gemäß der vorliegenden Definition die verformende Spannung die zulässige obere Grenze für die Rißbildung übersteigt, wird die oben erwähnte Zugspannung so groß, daß die in der verfestigten Schale erzeugte Verformungsspannung den plastischen Verformungsbereich übersteigt und somit zu Bildung von Rissen führt. Der Ausdruck "freie Schrumpfung", der hier verwendet wird, bezeichnet die Schrumpfung der verfestigten Schale unter der Annahme, daß sich die Schale ohne an einer Stranggußkokille (Fig. 1) gehalten zu sein, verfestigt.

Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 16 erläutert.

In Fig. 6 stellt die durchgezogene Linie 7 einen Teil- oder Viertelquerschnitt einer Stranggußkokille an ihrem oberen Teil und die Form eines

-κι Trägerrohlings 2 an dem oberen Teil der Stranggußkokille dar. Dagegen stellt die gestrichelte Linie 8 die Form des Trägerrohlings 2 an einem unteren Teil der Stranggußkokille oder einem in der Nähe des unteren Endes dieser Kokille liegenden Teil dar und sie ist als Ergebnis einer Berechnung unter Verwendung der Finiten-Elementen-Methode erhalten worden. Wie aus Fig. 6 deutlich wird, hat der gekrümmte Hohlkehlenteil 9 des Trägerrohlings 2 anfänglich die innere Form der Stranggußkokille an ihrem oberen Teil. Danach wird die Form des gekrümmten Hohlkehlenteiles 9 des Trägerrohlings an einem unteren Teil der Stranggußkokille in einer . solchen Weise deformiert, daß der Trägerrohling heftig gegen die innere Wand der Kokille gedrängt wird. Der gekrümmte Hohlkehlenteil 9 des Trägerrohlings an dem unteren Teil ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Mit anderen Worten, die Krümmung des gekrümmten Hohlkehlenteiles 9 des

20 Trägerrohlings verändert sich sukzessiv in einer Vertikallage der Stranggußkokille.

Ein Flanschteil 11 eines Trägerrohlings 2 neigt dazu, an der Spitze 12 auszubeulen, bei einer Be-

25 wegung in der Gießrichtung, wenn die verfestigte Schale einer Einschnürung nicht ausgesetzt ist. Wenn jedoch die verfestigte Schale durch Einschnürung der Stranggußkokille schrumpft, wird die Spitze 12 des Flanschteiles 11 gegen die

^O innere Wand der Kokille gedrängt, das dann wieder zur Ablösung der Mitte 13 des Flanschteiles 1,1 von der inneren Wand der Kokille führt. Die Formveränderung des Flanschteiles 11 während des Gießens hat jedoch keinen großen Einfluß auf die Bildung von Rissen.

- vr -

Die Krümmung der gekrümmten Hohlkehlenteile einer Stranggußkokille ändert sich sukzessive entsprechend der Größe der freien Schrumpfung des Stranges, der mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit von der Kokille abgezogen wird, d. h. die oben erwähnte Krümmung ändert sich mit dem Ablauf der Strangbewegungszeit von dem Gießspiegel (Zeit-t_ß) zu dem untersten Ende (Zeit-t ) der Kokille. Als Folge wird keine Einschnürungskraft und werden keine Risse in dem Strang an den gekrümmten Hohlkehlen- und Stegteilen des Trägerrohlings gebildet.

In den Figuren 7 und 8 ist ein gekrümmter Hohlkehlenteil einer Stranggußkokille,die mit einer sich ändernden Krümmung versehen ist, schematisch dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 100 ist die Horizontalebene über die Stranggußkokille 1 wo der Gießspiegel des geschmolzenen Stahlen gebildet wird, bezeichnet. Die Krümmung der Hohlkehle an der Horizontalebene 100 ist teilweise und schematisch in Fig. 8A dargestellt. In ähnlicher Weise ist mit dem Bezugszeichen 102 die Horizontalebene an dem untersten Ende der Stranggußkokille 1 bezeichnet und ihr gekrümmter Hohlkehlenteil ist in Fig. 8C dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 101 ist eine Horizontalebene bezeichnet, die praktisch in der Mitte zwischen den Horizontalebenen 100 und 102 angeordnet ist und ihr gekrümmter Hohlkehlenteil

ist in Fig. 8B dargestellt. Die durchgezogene

Linie 9a in Fig. 8A zeigt die Formen der gekrümmten Hohlkehlenteile sowohl von einer Stranggußkokille 1 als auch einem Trägerrohling (nicht in Figuren 7 und 8 dargestellt) an, wobei die Formen dieser beiden Teile somit übereinstimmen. In Fig. 8B ist

der gekrümmte Hohlkehlenteil 9b einer Strangguß-

• kokille nach innen bezüglich der oben erwähnten

- vt -

durchgezogenen Linie 9a entsprechend der Größe der freien Schrumpfung des Steges, die durch das schraffierte Gebiet 200 angezeigt ist, verrückt. Anders ausgedrückt, der gekrümmte Hohlkehlenteil 9b ist nach hinten auf den Mittelpunkt des Krünmungsradiusses zu verrückt und das schraffierte Gebiet 200, das infolge der Rückwärtsverschiebung gebildet wird, entspricht der Größe der Schrumpfung, die durch die Verfestigung in Fig. 8B (an der Horizontalebene 101) herbeigeführt wird, die weiter als die in Fig. 8A (an der Horizontalebene 100) fortgeschritten ist. In Fig. 8C ist der gekrümmte Hohlkehlenteil 9c der Stranggußkokille noch weiter nach hinten auf den Krümmungsmittelpunkt zu verrückt, weil die freie Schrumpfung weitergeht und die Größe der freien Schrumpfung dem schraffierten Gebiet 201 entspricht. Wie aus den Figuren 8A, B und C verständlich wird, wird die Größe der freien Schrumfung der Stegschale, die mit der Verfestigung zunimmt, sukzessiv von der sich ändernden Krümmung des gekrümmten Hohlkehlenteiles einer Stranggußkokille aufgenommen. Dies ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung und die sich ändernde Krümmung kann durch eine Berechnung,basierend auf solchen vorherbestimmten Gießparametemwie das Gießformat, Abkühlungs- und Gießbedingung des geschmolzenen Stahls und die Temperatur des geschmolzenen Stahls, und durch Korrigieren des errechneten Wertes auf der Grundlage der Ergebnisse des tatsächlichen Gießvorgangs erhalten werden. Eine geringe Differenz zwischen der Veränderung in der Krümmung und der Veränderung in der Größe der freien Schrumpfung kann jedoch zugelassen werden und es besteht keine Notwendigkeit, eine geometrische strikte Übereinstimmung zwischen den Veränderungen zu erzielen.

- TA - -

Es wird nun beispielsweise beschrieben, wie die Veränderung in der Krümmung des Hohlkehlenteiles der Stranggußkokille bestimmt wird.

5 Der Trägerrohling 14, der in Fig. 9 gezeigt ist, hat eine Steghöhe (H) von 800 mm, eine innere Steghöhe (W) von 500 mm, einen Hohlkehlenwinkel (Θ..) von 120° und einen Abschrägung swinkel (θ_) des inneren Flansches von 30°. Die gekrümmten

Hohlkehlenteile 15 der Stranggußkokille haben eine Krümmung, die annähernd ein kreisförmiger Bogen ist. Die effektive Länge oder die Länge von dem Gießspiegel bis zu dem unteren Ende der Stranggußkokille beträgt 700 mm und die Abzugsgeschwindigkeit ist 0,9 m/min. Die Temperatur der verfestigten Schale beträgt 1 500⁰C an dem Gießspiegel und 1 200⁰C an dem unteren Ende der Stranggußkokille. Die Größe der freien Schrumpfung (Δ-6) niit den oben beschriebenen Gießparameternbe-

20 trägt:

AZ = 500 χ (1500-1200) χ 16 χ 10~⁶ = 2.4mm

wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der verfestigten Schale 16 χ 10 beträgt.

Die Krümmungen der gekrümmten Hohlkehlenteile können wie unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert, erhalten werden, in welcher die Krümmungen an dem Gießspiegel und dem untersten Ende der Stranggußkokille in einer Aufsicht gezeigt sind. Der gekrümmte Hohlkehlenteil der Stränggußkokille ist an dem Gießspiegel gekrümmt, wie durch die kreisförmige Kurve ( Zn) r die einen von ihrem Zentrum am Punkt (P) ausgehenden Krümmungsradius R₁ (69 mm) hat,gezeigt ist, wogegen der gekrümmte Hohlkehlenteil an dem unteren Ende

der Kokille gekrümmt ist, wie durch die kreisförmige Kurve (ß¹), die einen von ihrem Zentrum am Punkt (Q) ausgehenden Krümmungsradius R~ (80 mm)hat, gezeigt ist. Punkt (O) stellt den Schnittpunkt der Verlangerung der inneren Seitenfläche (X) des Flansches mit der Verlängerung der Stegfläche (Y) dar, nämlich einen vorgestellten Punkt, wo sich beide Verlängerungen miteinander schneiden. Die kreisförmige Kurve (£„) oskuliert.mit den Flächen X und Y jeweils an den Punkten A₁ und A₂, während die kreisförmige Kurve (^₁) mit den Flächen X und Y jeweils an den Punkten B₁ und B₂ oskuliert.

Wenn Δ£-_Μ definiert ist durch die Differenz der Länge von B₁-* A₁ -*A₂ -*B₂ und der Länge von B₁ nach B₂, ist

= { 2(DB₁ - O ₂

tan 30° ₊ ^2π * ⁶⁹ } -

- { 2(80 - 69) tan 30° ₊ ^2π * ⁶⁹ } -

= 12.69 + 72.22 - 83.73 = 1.18 (mm)

(2)

25 · ^

In der Formel stellen A₁A₂ und B₁B₂ jeweils die Länge der kreisförmigen Kurven &~ und £. dar.

Allgemein ausgedrückt kann die Größe der freien Schrumpfung (Δ£) mittels der Formel (1) berechnet werden, während der Krümmungsradius R₂ an dem untersten Teil der Kokille und der Abstand von OB₁ (OB₂) von den Abmessungen des Stranges bestimmt werden können. In diesem Fall bleiben OA₁ und A₁A₅ in der Formel (2) unbekannt, können aber auf eine Funktionsgleichung des Krümmungsradiusses

R. reduziert werden, wenn der Winkel Θ- vorb;estimmt wird, der die Hälfte des Zentralwinkels des Hohlkehlenteiles der Stranggußkokille ist. Wenn der Krümmungsraduis R- so erhalten wird, kann die Größe der freien Schrumpfung auf jeder Seite der Stegteile der Stranggußkokille, d. h. A£/2 praktisch mit Δ/_Μ gleichgesetzt werden, d. h. mit der Differenz zwischen der Länge von B₁ -*A" -*A_? -*·Β_ und der Länge von B₁ nach B₂, so daß die Gefahr der Bildung von .Spannungsrissen ausgeschaltet werden kann.

Die Krümmung des gekrümmten Hohlkehlenteiles wird nun durch Verwenden einer Formel berechnet, die normalerweise beim Stranggießen von Brammen zum Berechnen der Verjüngung verwendet wird.

Die Verjüngung der Brammenkokille wird durch die folgende Formel (3) dargestellt:

_T - BL f λ 1. ₍₃₎

20 ^T " 2L¹I¹ 1+3(T-T)J ^K '

In der Formel (3) stellt T die Verjüngung in der Kokille an einer der kurzen Seiten des Stranges dar; "a" stellt den Wärmeausdehnungskoeffizient

der Bramme dar; B stellt die Gießbreite dar; T_ stellt die Oberflächentemperatür des Stranges am Gießspiegel dar; L stellt die Länge der Stranggußkokille dar; T₁ stellt die Oberflächentemperatur des Stranges an dem untersten Ende der Stranggußkokille dar/ L¹ stellt die Länge von dem Gießspiegel bis zum untersten Teil der Stranggußkokille dar und λ stellt den Koeffizient zum Kompensieren des Luftspaltes an den kurzen Seiten, der eine Folge des Ausbeulens

der langen Seiten des Stranges ist, dar. 35

Wenn die Verjüngung bestimmt werden soll, wobei die Größe der freien Schrumpfung des Stranges berücksichtigt wird, kann die Formel (3) vereinfacht werden, wie in der folgenden Formel (4) gezeigt ist, weil das Gebiet der Kokille von dem Gießspiegel bis zu ihrem untersten Teil mit der Größe der freien Schrumpfung zu tun hat.

T¹ - 2 I ^- ~ U=IiP _φ Γ ί (4)

Bf, λ

_τ. _

Die Größe der freien Schrumpfung (T¹) eines Trägerrohlings wird durch die Formel (4) bestimmt, in der B die innere Steghöhe darstellt. Ein Beispiel der Größe der freien Schrumpfung (T¹) wird für den Fall: B = 500 mm; λ = 0,998; a = 16 χ 10~⁶; T_Q = 1 500⁰C; und T. = 1 200⁰C errechnet.

, 500 f. 0.998 T¹ = - j 1

f. j 1

l+(16xlO X300)

[l - I =

= 250 [l - I = 250 x 0.00677 = 1.693

^ Die Größe der freien Schrumpfung und der Krümmungsradius der gekrümmten Hohlkehlenteile der Stranggußkokille werden wie unten dargestellt berechnet, wobei die Tatsache zu berücksichtigen ist, daß der

halbe Winkel (θ^) des zentralen Winkels an einem

gekrümmten Hohlkehlenteil (Fig. 10) abhängig von

dem Abschrägungswinkel (θ«) (Fig. 9) des inneren Flansches, wie in Tabelle 1 gezeigt ist,geändert.

bo O

σι

Tabelle 1

B₂:

Abschrägungswinkel des inneren Flansches

20° 21° 22° 23° 24° 25° 26° 27° 28° 29° 30'

Halber Winkel (G₃) des zentralen Winkels am gekrümmten Hohlkehlenteil

35° 34.5° 34° 33.5° 33° 32.5° 32° 31.5° 31° 30.5° 30

• β ο

-YS-

Die Größe der Verschiebung der gekrümmten Hohlkehlenteile, die eine Folge der Veränderung in dem Krümmungsradius dieses Teiles ist, kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

= (2(R₂-R₁) tan Q₃ + R₁ ^-J -

R₂

Der Krümmungsradius (R₁) am Gießspiegel, der die Beziehung von Δί_Μ = T' befriedigt, kann durch die folgende Formel erhalten werden:

2π«

^AJlM = ^2R2 ^{tan Θ}3 - ^2R1 ^{tan Θ}3 ^{+ R}l Ϊ80

2 180

in der angenommen wird, daß R = 80 mm und θ_ = 34,5° ist.

Demzufolge ist

T' = 1.693=(2x80x0.6873)-(2R.x0.6873)+(l.2037R₁J-(I.2037x80) 11..

1.693=109.968-1.3746R₁+!.2037R₁-Se.296 0.1709R₁=Il.979 R =70.09 mm

Wenn man annimmt, daß sich die Größe der freien Schrumpfung in der Gießrichtung der Stranggußkokille liniar ändert, ist die Größe der freien Schrumpfung in dem Gebiet, das in der Mitte zwischen dem Gießspiegel und dem untersten Teil der Kokille liegt, die Hälfte von dem oben erwähnten T¹ . Daher ist

320A339

T" = T¹ * ^ = 1.693 χ j = 0.8465 mm.

Der Krümmungsradius (R.,) in dem oben erwähnten Gebiet, in dem A£_M = T¹¹ ...
gende Formel bestimmt:

in dem A£_M = T¹¹ ... (7) ist, wird durch die fol

2ττθ 2ττθ

I ■ ^{AS2Rtee2Rtane+KR}

0.8465 = (2*80X0.6873}-(2Rx0.6873)+{l.2037Rj-(1.2037x80)

, 0.8465 = 109.968-1.3746R +1.2037R -96.296 ' "''?'K~

0.1709R^=12.8255

R-=75.05 mn
15 3

Daher ist ΐτ> ± τ> \

Der Krümmungsradius (R_Q) der gekrümmten Hohlkehlenteile des obersten Teiles der Stranggußkokxlle wird durch die folgende Formel erhalten:

R₂-R₁

R_n = R₁ - -^ ^L x (L-L-)

25 L¹ ·

= 70.09 - x 100 = 68.67 mm ... (9)

In einem Fall in dem die Konstanten der Formel (4)

die folgenden Werte haben
.30

X = 0,998; a = 16 χ 10~⁶; T_Q = 1 500⁰C;

B = 500 mm; und T₁ = 1 200⁰C und der

Krümmungsradius (R₂) konstant ist oder 80 mm hat, wird der Krümmungsradius (R₁) durch die Formel (5) '

wie folgt erhalten.

«2	^Θ3	R.(mm)
20°	35°	70.56
21°	34.5°	70.09
22°	34°	69.60
23°	33.5°	69.08
24°	33° ■	68.51
25°	32.5°	67.95
26°	32°	67.29
27°	31;. 5°	66.63
28°	3Γ°	65.95
29°	30.5°	-65.13
30°	30°	64.35

In den Figuren 11 und 12 ist dargestellt, wie sich im Fall daß AZ^ und R_ Konstante sind, d. h. 1 693 mm und 80,0 mm, der Innenradius der gekrümmten Hohlkehlenteile in der Vertikalrichtung der Stranggußkokille mit einer Änderung in O₂, d. h. dem Abschrägungswinkel des inneren Flansches,verändert.

In Fig. 13 ist dargestellt, wie sich im Fall, daß AZ _M = 1 693mm, R₂ = 80,0 mm, die Länge der Kokille 800 mm, die Entfernung von dem oberen Ende der Kokille bis zum Gießspiegel 100 mm und Q₂ = 21 ist, der Innenradius des gekrümmten Hohlkehlenteiles in Vertikalrichtung der Stranggußkokille ändert.

Die Änderung in der Krümmung des Bogens, der durch die

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gekrümmten Hohlkehlenteile der Stranggußkokille definiert wird, die sukzessiv im Einklang mit der Größe der freien Schrumpfung des Steges des Stranges gemäß der Erfindung steht, wird in der Vertikalrichtung der Stranggußkokille mindestens von dem Gießspiegelgebiet bis zu dem untersten Teil der Kokille durchgeführt. Eine solche Änderung kann z. B. durch sukzessives und kontinuierliches Ändern der Bogenlänge der gekrümmten Hohlkehlenteile der Stranggußkokille realisiert werden, wodurch sich die Form solcher gekrümmten Hohlkehlenteile abhängig von der Änderung der Form der gekrümmten Hohikehlenteile des Trägerrohlings ändern kann, und somit die gekrümmten Hohlkehlenteile des Trägerrohlings vor der Wirkung der nachteilig hohen Einschnürungskraft geschützt wird. Als Alternative kann die Krümmung kontinuierlich von 1/R- bis 1/R« geändert werden. In diesem Fall, wie in Fig. dargestellt ist, werden die Punkte des Geradewerdens der verfestigten Schale an den Flanschseiten in der Reihenfolge A₁-^B₁ '—»-B.. , zusammen mit der Änderung in der oben erwähnten Krümmung verschoben, so daß ein kontinuierliches und mehrstelliges Biegen oder Geradewerden der verfestigten Schale stattfindet. Übrigens ändert sich die Steghöhe W gemessen von.dem Ausgangspunkt des Punktes "0" in Fig. 14, nicht, wenn sich die Horizontalebene über die Stranggußkokille, an der die Steghöhe W gemessen wird, entlang einer Vertikallage ändert.

Anstelle einer stetigen Änderung in der Krümmung kann die Krümmung in 5 bis 20 Stufen oder Schritte unterteilt werden und die so geteilten Krümmungen werden den gekrümmten Hohlkehlenteilen der Stranggußkokille in der Vertxkalrichtung der Kokille zugeordnet. Jede andere Änderung in der Krümmung, ·

die eine freie Schrumpfung des Stegteiles in einem solchen Ausmaß zuläßt, daß Spannungsrisse nicht gebildet werden, kann zum Bestimmen der gekrümmten Hohlkehlenteile der Stranggußkokille verwendet wer-

5 ^den·

Die Krümmung der gekrümmten Hohlkehlenteile der Strang gußkokille, wie sie in einer Horizontalebene gesehen wird, kann durch einen kreisförmigen Bogen vorge-

iQ geben sein, der eine solche Vielzahl von Krümmungen hat, daß, wenn die verfestigte Schale während des Geradewerdens verformt wird, das Biegemoment der verfestigten Schale so stark wie möglich verringert wird. Im Fall daß die kreisförmigen Bögen 2~ und £' , die oben erwähnt sind, durch Kurven bestimmt werden, die eine Vielzahl von Krümmungen haben, oskulieren die kreisförmigen Bögen, bei denen z. B. der eine einen Krümmungsradius (R„ dargestellt in Fig. 14) hat, nicht mit der Linie OX oder OY, sondern kreisförmige Bögen mit einem Krümmungsradius R₀. .,worin R_Q < R_Q , >< °° und η eine Zahl größer als eins ist, werden zwischen den kreisförmigen Bogen (R„) und der Linie OX oder OY eingeführt. Infolge der kreisförmigen Bögen, die einen Krümmungsradius R_n, * haben wird die Wahrscheinlichkeit der 0 (n)

Bildung von Spannungsrissen weiter vermindert, da das Biegen der verfestigten Schale nicht an einem Punkt, sondern an einer Vielzahl von Punkten oder "n" Punkten bewirkt wird.

Die kreisförmigen Bögen der gekrümmten Hohlkehlenteile der Stranggußkokille, z. B. kreisförmige Bögen mit Krümmungsradien R.. und R„ (Fig. 10), haben ihre Mittelpunkte möglichst auf der Mittellinie OQ. Wenn sich diese Mittelpunkte von der Mittellinie fortbewegen, können Kurven mit kreisförmigen Bögen

nicht gebildet werden und das Λ-£_Μ nimmt ab. Dies ist nicht verdienstvoll, aber erlaubt die Einschnürung zu mildern oder erlaubt die freie Schrumpfung an den gekrümmten Hohlkehlenteilen

5 in einem geringen Ausmaß.

Eine Änderung in der Krümmung in der Gießrichtung gemäß der Erfindung kann bewirkt werden, so daß die Krümmung des Hohlkehlenteiles der Stranggußkokille,wie sie in ihrer Vertikalebene gesehen wird, einer quadratischen Gleichung oder einer Gleichung höheren Grades folgt.

Die gekrümmten Hohlkehlenteile der Strangguß-15 kokille kann durch eine einzige kreisförmige

Kurve, wie sie in ihrer Horizontalebene gesehen wird, gebildet werden oder kann nicht durch eine einzige kreisförmige Kurve,sondern durch eine quadratische Gleichung oder eine Gleichung höheren Grades bei Betrachtung in der Horizontalebene gebildet werden. Die gekrümmten .Hohlkehlenteile, die in Fig. 6 gezeigt sind, werden durch eine Gleichung höheren Grades gebildet und ein mehrstelliges Biegen der verfestigten Schale wird in der Horizontalebene bewirkt.

Die erfindungsgemäße Stranggußkokille für Trägerrohlinge kann an anderen Stellen als denjenigen .der gekrümmten Hohlkehlenteile eine freiwählbare

Form haben und insbesondere können die vorgenannten Teile eine freiwählbare, sich ändernde Form in der Gießrichtung haben. Die äußeren Flanschteile der Stranggußkokille sind vorzugsweise mit einer Verjüngung versehen, die mit der Formel (3) berechnet wird, in der die Gießbreite B als die Steghöhe definiert ist, und

-μι trägt dadurch die zusammengefallene verfestigte

Schale mittels der Flanschoberflächen der Kokille. Die von den gekrümmten Hohlkehlenteilen verschiedenen Teile und gelegentlich die Flanschoberflächen der Stranggußkokille haben in der Regel keinen Einfluß auf die Bildung von Spannungsrissen. Der Stegteil kann jedoch mit einer kleineren Verjüngung in der Gießrichtung versehen werden, als diejenige, die mittels der Formel (3) errechnet wird.

Die erfindungsgemäße Stranggußkokille für Trägerrohlinge bewirkt eine Abnahme der Spannungskon-· zentration in den dünnen Teilen der verfestigten Schale und somit eine Abnahme von Spannungsrissen

15 beim Stranggießen von Trägerrohlingen jeder Abmessung, insbesondere Trägerrohlinge mit einer großen Abmessung oder solche, die eine Steghöhe über 775 mm haben. Obgleich die Änderung in der. Krümmung der gekrümmten Hohlkehlenteile in der

Gießrichtung verdienstvolle Wirkungen aufzeigt, ganz gleich wie groß die Querschnittsabmessung der Stranggußkokille ist, bedeutet dies, daß diese. Änderung bemerkenswerterweise eine verdienstvolle Wirkung in einer Kokille mit einer größeren Steg-

25 höhe ausübt.

Die Abmessungen einer Stranggußkokille für Trägerrohlinge sind oben beschrieben worden. Es ist hervorzuheben, daß sich die Merkmale der Strangguß-

kokille, die nicht oben beschrieben sind, wie z. B. die Kühlwasserleitungen der Kokille, der Osziliermechanismus, die Länge der Kokille, ein massiver oder zusammengesetzter Aufbau und die Begleitteile der Kokille, nicht von denen bekannter Strangguß-

^° kokillen zum Gießen von Trägerrohlingen unterscheiden.

Wie von der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird, besteht die Verbesserung der Stranggußkokille zum Gießen von Trägerrohlingen gemäß der Erfindung im wesentlichen in der Ausbildung der Form der gekrümmten Hohlkehlenteile der Kokille und daher ist eine solche Kokille leicht herzustellen, im Vermeiden von Spannungsrissen äußerst wirksam und zum Gießen von rißfreien Trägerrohlingen bemerkenswert nützlich.
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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Stranggußkokille zum Gießen von Trägerrohlingen, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Hohlkehlenteile (9) der Kokille (1) eine sich ändernde Krümmung aufweisen, die in der Gießrichtung entsprechend der Größe der freien Schrumpfung der verfestigten Schale des Stranges sukzessiv abnimmt, wodurch eine Spannung, die infolge der auf die Gebiete der verfestigten Schale von der Innenseite (4) des Flansches bis zu dem Stegteil (5) der Kokille (1) aufgebrachten Zugspannung gebildet wird, auf einem Niveau gehalten wird, das die zulässige obere Spannungsgrenze für die Rißbildung nicht überschreitet.

2. Stranggußkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschteile

(11) der Kokille eine Verjüngung in der Gießrichtung aufweisen.

3. Stranggußkokille nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegteile der Kokille (1) eine Verjüngung in der

1 Gießrichtung aufweisen.

4. Stranggußkokille nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die Innenseite (4) des Flansches der Kokille (1) durch eine Kurve gebildet wird, die durch Verbinden einer Vielzahl von kreisförmigen Bögen ( Z) erzeugt wird, wobei die Krümmungen der kreisförmigen Bögen derart bestimmt werden, daß das Biegemoment der verfestigten Schale (3) vermindert werden kann.

5. Stranggußkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steghöhe (W)

. der Kokille 775 mm übersteigt. 15

6. Stranggußkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung in der Krümmung in der Gießrichtung die folgende Formel befriedigt:

20 -, - 2τγΘ

= 2 [2(R₂-R₁) tan θ_{3 +} R₁-JgJj-

2 180

worin A£ die Größe der freien Schrumpfung bestimmt durch die Gießparameter ist; R₁ der Krümmungsradius von

25 irgendeinem der gekrümmten Hohlkehlenteile (9) an

dem untersten Teil der Kokille (1) vorgegeben durch das Strangformat ist; R₂ der Krümmungsradius von irgendeinem der gekrümmten Hohlkehlenteile (9) am Gießspiegel ist und Θ., die Hälfte des zentralen Winkels an den gekrümmten Hohlkehlenteilen (9) der Kokille (1) ist.

7. Stranggußkokilie nach Anspruch 1 oder 6, d a durch gekennzeichnet, daß sich die Krümmung kontinuierlich oder schrittweise ändert.