DE3204339A1 - Stranggusskokille fuer traegerrohlinge - Google Patents
Stranggusskokille fuer traegerrohlingeInfo
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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-tß) 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; TQ = 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
σι
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 ΔίΜ = T' befriedigt, kann durch die
folgende Formel erhalten werden:
2π«
AJlM = 2R2 tan Θ3 - 2R1 tan Θ3 + Rl 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:
gende Formel bestimmt:
in dem A£M = T11 ... (7) ist, wird durch die fol
2ττθ 2ττθ
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
15 3
Daher ist ΐτ> ± τ>
\
Der Krümmungsradius (RQ) der gekrümmten Hohlkehlenteile
des obersten Teiles der Stranggußkokxlle wird durch die folgende Formel erhalten:
R2-R1
Rn = 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
.30
X = 0,998; a = 16 χ 10~6; TQ = 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
"* °'r'':" '"'"" 32CK339
■ - 2i. - ■ ■
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 RQ
< RQ , >< °° 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
Rn, * 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.
10
10
Leerseite
Claims (7)
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 θ3 + 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.
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