DE3239291C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille für Bänder, insbesondere aus Metallen wie Kupferlegierungen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Stranggießkokille dieser Art (DE-OS 18 12 483) sind als Mittel zum Andrücken der Kokillenteile an die entsprechenden Flächen der Kühl­ elemente Verschraubungen vorgesehen, um eine innige Berührung der Kühlelemente mit den Kokillenteilen über die gesamte Standzeit der Kokille zu erreichen. Hier­ bei werden Stehbolzen durch das jeweilige Kühlelement in das angrenzende Kokillenteil eingeschraubt, um so die Teile fest miteinander zu verbinden. Diese Ausge­ staltung ist jedoch mit einem sehr hohen Herstellungsauf­ wand behaftet, da Gewindebohrungen in die Grafitteile eingearbeitet werden müssen, die darüber hinaus zur Ge­ währleistung ihrer Festigkeit dicker als üblich ausge­ bildet sein müssen. Außerdem ist es erforderlich, die Kühlelemente für den Durchgang der Stehbolzen zu durch­ bohren. Dennoch läßt aber die auf diese Weise herge­ stellte feste Verbindung zwischen Kühlelement und Kokillen­ teil bei längerer Einsatzdauer bereichsweise nach, was insbesondere aus der im Betrieb eintretenden Wärmedehnung resultiert, die vor allem in Bereichen zwischen den Ver­ schraubungen zu Verformungen der Kokillenteile im Sinne eines Abziehens von den Kühlelementen führt. Die dadurch entsprechend herabgesetzte Kühlwirkung der Kühlelemente beeinträchtigt nachhaltig die Arbeitsgeschwindigkeit.

Es ist ferner eine ofenabhängige Stranggießkokille bekannt (DE-PS 17 58 457), deren Kühler aus insgesamt vier Kühl­ elementen besteht, die durch ein Spannkreuz zusammenge­ halten werden. Dieses besteht aus Pratzen, die unter der Wirkung von Zugankern stehen. Auf den Zugankern sitzen Gegenhalter. Mit Hilfe von Druckschrauben können die vier Kühlelemente gegen den formgebenden Teil der Kokille gepreßt werden, damit dessen Einzelteile an den Fugen dicht schließen und auch die Fugen zwischen den Kokillen­ teilen und dem Kühler kein Kühlmedium durchlassen, das durch die Innenräume der Kühlelemente strömt. Die An­ preßkraft mittels der Druckschrauben wird hierbei auf die der Berührungsfläche mit den Kokillenteilen gegenüber­ liegende Außenfläche der Kühlelemente ausgeübt, und es tritt auch bei dieser bekannten Ausgestaltung im Betrieb der Kokille eine Beeinträchtigung der vollflächigen Be­ rührungsanlage zwischen Kokillenteil und Kühlelement vor allem im mittleren Bereich ein. Diese folgt aus einer vom Kühlelement fortgerichteten Durchbiegung des Kokillen­ teils infolge des in den Kokillenteilen vorherrschenden Temperaturgefälles.

Insbesondere für den Bandguß ist auch eine Spezialform einer Stranggießkokille in Gestalt eines Grafitkörpers mit einer konischen Mantelfläche bekannt geworden (CH- PS 4 88 506), der von entsprechend konischen Halteelementen gehalten ist. Die hierbei vorzugsweise als Flächenkühlele­ mente ausgebildeten Halteelemente sind durch ein Joch miteinander verbunden, gegen das sich Schrauben abstützen, welche über eine Druckplatte gegen eine Stirnkühleinrich­ tung der Kokille drücken. Der mittels der Druckschrauben aufgebrachte Anpreßdruck verteilt sich dabei gleichmäßig auf die angrenzende Stirnfläche der Kokille und setzt sich in axialer Richtung in dieser fort, so daß der Grafit­ körper mit seiner konischen Mantelfläche in die ent­ sprechend konische Aufnahmeöffnung eingedrückt wird, die von den Innenflächen der Flächenkühlelemente definiert ist. Im Betrieb dieser bekannten Stranggießkokille treten aufgrund in den wesentlichen Einzelteilen übereinstimmen­ der Konstruktionsmerkmale ähnliche, die Kühlleistung beeinträchtigende Formveränderungen auf, wie sie oben hinsichtlich der bekannten Kokille nach der DE-PS 17 58 457 erläutert wurden.

Schließlich ist eine weitere Spezialform einer Strang­ gießkokille mit einem Grafitkörper bekannt (DE-OS 12 65 924 und Zusatz-DE-PS 17 58 157), der bei Verwendung eines im wesentlichen rechteckigen Formhohlraums eine ellipsen­ ähnliche äußere Umfangsfläche aufweist, die von einem gekühlten Metallmantel umgeben ist. Der gekühlte Metall­ mantel ist unter tangentialen Zugspannungen derart ange­ ordnet, daß er über den gesamten Umfang radiale Druck­ spannungen auf den Grafitkörper ausübt. Diese bekannte Ausgestaltung ist wiederum mit einem hohen Konstruktions­ aufwand behaftet, der insbesondere durch die Mittel zum Einbringen der tangentialen Zugspannungen in den Metall­ mantel und durch die primäre Kühleinrichtung in Form eines den Metallmantel seinerseits umgebenden Wasser­ mantels mit Mitteln zu dessen Beaufschlagung mit Kühl­ wasser verursacht ist, wobei sich aber dennoch die Ent­ stehung von die Kühlwirkung beeinträchtigenden Luft­ spalten zwischen dem Metallmantel und dem Grafitkörper im Betrieb infolge der unvermeidbaren Wärmespannungen nicht ausschließen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strang­ gießkokille der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln eine im wesentlichen vollflächige gegenseitige Berührungsanlage der Kühlelemente und der Kokillenteile erreicht ist und auch im Lang­ zeitbetrieb der Kokille weitestgehend erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausge­ staltung der Stranggießkokille entsprechend dem Patent­ anspruch 1 gelöst. Dadurch, daß bei dieser Ausgestaltung die Andrückmittel von Einrichtungen gebildet sind, die Druckkräfte auf die Seitenflächen der Kokillenteile in einem Bereich ausüben, der der Berührungsfläche mit den Kühlelementen in bezug auf die Ebene der neutralen Faser des Kokillenteils entgegengerichtet ist, werden Biegemomente in den Kokillenteilen erzeugt, die diese in der Weise verformen, daß sie sich jeweils an die Berührungsfläche des entsprechenden Kühlelements voll­ flächig anschmiegen. Hierdurch ist auf einfache Weise eine wirkungsvolle, gleichmäßige Kühlung über den ge­ samten Querschnitt auf Dauer gewährleistet, die es er­ möglicht, die Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend zu erhöhen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Be­ rührungsflächen der Kühlelemente für die Kokillenteile konkav ausgebildet sein. Durch eine derartige leicht konkave Form der Kühlelemente kann die Berührungsanlage zwischen den Kokillenteilen und den Kühlelementen weiter verbessert und ein zusätzlicher Ausgleich für etwaige Schrumpferscheinungen, die zu einer Hohlform des ge­ gossenen Bandes führen, geschaffen werden. Diese Aus­ gestaltung läßt sich mit einfachen Mitteln verwirklichen und bereitet auch im Langzeitbetrieb der Kokille keine Schwierigkeiten, da lediglich die Kokillenteile als Ver­ schleißteile anzusehen sind, während die Kühlelemente selbst keinerlei Verschleiß unterliegen. Die Kokillen­ teile sind demnach stets von ebenen Teilen gebildet, die nur einfach in Querrichtung von den Andrückmitteln eingespannt sind.

Eine Verbesserung der Kräfteverteilung im Inneren der Kokillenteile kann noch dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche des Kühlelements seitliche Stützzonen und eine mittlere Stützzone für das Kokillenteil umfaßt. Hierdurch ist eine Dreipunktabstützung geschaffen, die außerdem den Vorteil einer vereinfachten Herstellung der Kühlelemente bietet, da die drei Berührungsflächen­ bereiche von ebenen Flächen gebildet sind.

Die Stützzonen können in zweckmäßiger weiterer Ausge­ staltung der Erfindung durch ein Wärmeleitmedium ent­ haltende Hohlräume voneinander getrennt sein, wobei diese Hohlräume durch Ausnehmungen im Kühlelement oder auf einfache Weise dadurch gebildet sein können, daß die Berührungsfläche des Kühlelements einen polygonalen Querschnitt aufweist.

In der nachfolgenden Beschreibung ist die Erfindung an­ hand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Stranggießeinrichtung zum Vergießen einer Kupferlegierung in Bandform,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine in der Einrich­ tung nach Fig. 1 verwendete Stranggießkokille zur Veranschaulichung je einer Ausführungs­ form der Kokille in den beiden Hälften der Figur,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein einzelnes Ko­ killenteil in Verbindung mit seitlichen Andrückmitteln,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Kokillen­ teils und des angrenzenden Bereiches eines Kühlelements zur Veranschaulichung der durch die Andrückmittel hervorgerufenen Kräfte,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 mit einem abgewandelten Kühlelement,

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Stranggießkokille mit Kühlelementen ent­ sprechend Fig. 5,

Fig. 7 ein Prinzipschema zur Veranschaulichung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform eines Kühlelements und

Fig. 8 und 9 schematische Schnittdarstellungen zur Ver­ anschaulichung je einer Abwandlung des Kühl­ elements nach Fig. 7.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfaßt einen Be­ hälter 1, der das zu vergießende geschmolzene Metall ent­ hält. Eine Öffnung des Behälters 1 mündet in eine Strang­ gießkokille 2 aus Grafit mit z. B. rechteckiger Form­ öffnung aus, die mit Kühlelementen 3 z. B. mit Kühlmittel­ kreislauf versehen ist. Das geschmolzene Metall, das fort­ laufend in der Kokille 2 von den Kühlelementen 3 gekühlt wird, kann sodann in Form eines Bandes 4 abgezogen werden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 umfaßt die Stranggieß­ kokille 2 Kokillenteile 23, die gemäß der Darstellung in der linken Hälfte der Fig. 2 durch Abstandselemente 24 voneinander getrennt sind, derart, daß eine Kokille 2 mit beispielsweise rechteckigem Formquerschnitt gebildet ist. Zur Erzeugung von Biegemomenten umfaßt die Einrichtung Andrückmittel 25, die auf die Seiten der Kokillenteile 21, 23 einwirken, um Druckkräfte F in jedem Kokillenteil 21, 23 auf der Seite zu erzeugen, die der der Kühlelemente 3 in bezug auf die Ebene 26 der neutralen Faser gegenüber­ liegt. Gemäß der Darstellung in der rechten Hälfte der Fig. 2 sind die Abstandselemente 24 durch entsprechende Randausbildungen der Kokillenteile 21 ersetzt.

Die Fig. 3 veranschaulicht die Wirkung der Andrückmittel 25 auf einen Bereich 232 des Kokillenteils 23. Die Resul­ tierende F der auf die Seitenflächen 231 des Kokillen­ teils 23 ausgeübten Druckkräfte muß, schematisch gesehen, auf den Bereich 232 jeder Seitenfläche 231 aufgebracht werden, der in bezug auf die Ebene der neutralen Faser 26 auf der Seite liegt, die der Anlagefläche 233 des Ko­ killenteils 23 an der Berührungsfläche 13 des zugehörigen Kühlelements 3 entgegengerichtet ist.

Der Abstand d zwischen der neutralen Faser und der Linie der Resultierenden F ermöglicht die Berechnung eines Biegemoments M = F × d, das auf den Kokillenteil 23 aus­ geübt wird und bestrebt ist, diesen entsprechend der Darstellung in Fig. 6 durchzubiegen.

Da das Kühlelement 3 bzw. 3′ (Fig. 4 und 5) der Durch­ biegung des Kokillenteils 23 entgegenwirkt, verhalten sich die Kräfte fi im Abstand di jedes eine Abstützung bildenden Abstandselementes 24 wie:

• M = Σ Mi oder F × d = Σ fi × di

Die Berechnung zeigt demnach, daß diese Abstützungskräfte fi (oder die entsprechenden Reaktionen) in dem Maße kleiner werden, wie di größer wird, und daß eine mittlere Zone Z vorhanden ist, in der die Kräfte null sind.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 ist für eine verbesserte Verteilung der Kräfte und folglich eine verbesserte Anlage des Kokillenteils 23 das Kühlelement 3′ mit einer kon­ kaven Krümmung versehen. Die Fig. 6 zeigt eine vollstän­ dige Kokille mit zwei konkaven Kühlelementen 3′.

Eine andere Lösung, um die Kräfte verschieden zu vertei­ len, ist in den Fig. 7, 8 und 9 dargestellt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 7 ist das Kühlelement 3′′ mit einer Stützfläche für das Kokillenteil 23 versehen, die seitliche Zonen 31 für eine Abstützung auf dem Ko­ killenteil 23 gerade gegenüber den Abstandselementen 24, eine mittlere Zone 33 und Ausnehmungen 32 zwischen diesen aufweist. Unter diesen Bedingungen wirken sich die Kräfte fi (oder die Reaktionen) in der Hauptsache in der mittleren Zone 33 aus, was eine Gewähr für einen guten Anlagedruck zwischen dem Kokillenteil 23 und dem Kühlelement 3′′ bietet, da eine Berührung nur in den Zonen 31, 33, 31 möglich ist. Die Ausnehmungen 32 können ein die Wärme gut leitendes Medium, wie z. B. Wasser­ stoff, Helium oder Quecksilber, enthalten.

Die Fig. 8 zeigte eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7 mit einem Kühlelement 3′′′ mit konkaver Berührungs­ fläche. Die Berührungsfläche umfaßt Stützzonen 34, 36, 34, an den Rändern und in der Mitte sowie Ausnehmungen 35, die mit einem leitenden Medium (Wasserstoff, Helium, Quecksilber) gefüllt sind. Bei dieser Ausgestaltung sind die Vorteile der Stützzonen und der konkaven Oberfläche vereinigt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 9 dargestellt. Das Kühlelement 3 ^IV bietet hierbei eine konkave Fläche dar, die von drei geraden Abschnitten 37, 38, 37 gebildet ist. Da das den Druckkräften ausge­ setzte Kokillenteil 23 eine ständig gekrümmte Form an­ nimmt, sind Hohlräume 39 zwischen der polygonalen Kontur 37, 38, 37 und der fortlaufenden Krümmungslinie des Kokillenteils 23 gebildet. Wie in den vorhergehenden Fällen können die Hohlräume 39 ein Wärmeleitmedium ent­ halten.

Die letztgenannte Ausführungsform ist hinsichtlich der Herstellung und Benutzung von besonderer Bedeutung. Die Herstellung ist einfach, da es genügt, im Kokillenteil 3 ^IV eine Ausnehmung vorzusehen, deren Querschnitt eine polygonale Form aufweist, wobei die Anzahl der Abschnitte nicht auf drei beschränkt ist.

Der Wirkungsgrad dieser Ausführungsform ist ebenfalls sehr groß, da gleichzeitig Stützzonen und eine konische Form der Ausnehmung vorhanden sind.

Die konkaven Oberflächenformen der Kühlelemente und folg­ lich der Kokillenteile ermöglichen außerdem einen Aus­ gleich einer Hohlform des gegossenen Bandes, die normaler­ weise durch Schrumpf hervorgerufen wird.

Claims (5)

1. Stranggießkokille für Bänder, insbesondere aus Metallen wie Kupferlegierungen, mit einem zumindest aus zwei Kokillenteilen gebildeten Grafiteinsatz, der in Kühlelementen sitzt, und mit Mitteln zum Andrücken der Kokillenteile an entsprechende Flächen der Kühlelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückmittel von Ein­ richtungen gebildet sind, die Druckkräfte auf die Seiten­ flächen (231) der Kokillenteile (21, 23) in einem Bereich (232) ausüben, der der Berührungsfläche (233) mit den Kühlelementen (3) in bezug auf die Ebene der neutralen Faser des Kokillenteils für ein Anlegen jedes Kokillen­ teils (21, 23) gegen die Berührungsfläche (31) des ent­ sprechenden Kühlelements (3) entgegengerichtet ist.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen der Kühlelemente (3) für die Kokillenteile (21, 23) konkav sind.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kühlelements (3′′′, 3 ^IV ) seitliche Stützzonen (31; 34; 37) und eine mittlere Stützzone (33; 36; 38) für das Kokillenteil (23) umfaßt.

4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützzonen (31, 34, 37, 33, 36, 38) durch ein Wärmeleitmedium enthaltende Hohlräume (32, 35, 39) voneinander getrennt sind.

5. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche des Kühlelements (3 ^IV ) einen polygonalen Querschnitt aufweist.