DE3819493C2 - - Google Patents
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft eine Knüppel- oder Vorblock-
Stranggießkokille mit mindestens einer höhenverstellbaren
Rühreinrichtung zur Erzeugung eines rotierenden
elektromagnetischen Kraftfeldes.
Es ist bekannt (AT-B-3 59 225, US-A-40 26 346, US-A-
29 44 309), die Erstarrung beim Stranggießen
hochschmelzender Metalle, wie Stahl, durch Anlegen von
rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldern zu
beeinflussen, wobei metallurgische und technische
Vorteile, insbesondere eine gleichmäßigere feinere
Gefügestruktur des gegossenen Stranges, eine gleichmäßige
Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse, eine bessere
Wärmeabfuhr etc. erzielt werden. Das Anlegen des
Drehfeldes erfolgt gemäß dem Stand der Technik im
Kokillenbereich bzw. knapp darunter.
Das Gießen von Strängen mit Knüppel- oder
Vorblockquerschnitt erfolgt je nach Schmelzenqualität im
Freistrahl-Gießverfahren, bei dem ein frei aus einem
oberhalb der Stranggießkokille in Stellung gebrachten
Zwischengefäß austretender Gießstrahl in die
Stranggießkokille fließt und in die im Kokillenhohlraum
vorhandene Schmelze eindringt, oder im Tauchrohr-
Gießverfahren, wobei ein am Zwischengefäß angeordnetes
Gießrohr in die im Kokillenhohlraum befindliche Schmelze
eintaucht, so daß der Gießstrahl unter Vermeidung von
Luftkontakt in die im Kokillenhohlraum befindliche
Schmelze gelangt. Der Gießspiegel ist mit einem Gießpulver
bedeckt.
Im letzteren Fall ist die Schmelze durch das Tauchrohr und
durch das Gießpulver vor Reoxidation geschützt, wobei
jedoch beim elektromagnetischen Rühren darauf geachtet
werden muß, daß keine zu heftige Bewegung der Schmelze am
Gießspiegel auftritt, da sonst Gießpulver, das zur
Schmierung der Strangschale beim Gleiten an der Kokille
dient, in das Stranginnere gelangt und dort eingeschlossen
wird.
Beim Freistrahl-Gießen, bei dem an den Kokillenwänden
aufgebrachtes Öl anstelle von Gießpulver zur Schmierung
verwendet wird, ist man hingegen bestrebt, am Gießspiegel
eine möglichst starke Schmelzenrotation hervorzurufen (2
bis 3 Hertz), um die beim Eindringen des Gießstrahles in
die in der Stranggießkokille befindliche Schmelze
mitgerissenen Gase leichter zum Gießspiegel aufsteigen
lassen zu können, also einen sogenannten Auswascheffekt zu
erzielen.
Bekannte Stranggießkokillen mit Rühreinrichtungen
unterscheiden sich je nach Tauchrohr- oder Freistrahl-Guß
in ihrer Bauart, wobei insbesondere die Gestaltung der
Rühreinrichtungen je nach gewähltem Gießverfahren
getroffen ist.
Eine Kokille der eingangs beschriebenen Art ist aus
der AT-B-1 84 313 bekannt. Die höhenverstellbare
Rühreinrichtung dient dazu, beim Freistrahl-Gießen
ein Zurückdrängen des Ölfilmes dadurch zu verhindern,
daß ein Gießspiegel mit einer ganz charakteristischen
Form eingestellt werden kann. Der Gießspiegel besitzt
eine Mulde, ohne daß sich jedoch zwischen der Kokil
lenwand und der Schmelze ein spitzer Winkel einstellt.
Für Stahlwerke stellt sich oft das Problem, daß eine
breite Palette von unterschiedlichen Stahlqualitäten
strangzugießen ist, wobei für einige Stahlqualitäten - vor
allem aluminiumberuhigte Stahlqualitäten - das Tauchrohr-
Gießverfahren und für andere Stahlqualitäten - wie
siliciumberuhigte Stähle - das Freistrahl-Gießverfahren
aus metallurgischen Gründen vorzuziehen ist. Da ein
Austausch der Stranggießkokillen bei einem Wechsel vom
Freistrahl-Gießverfahren zum Tauchrohr-Gießverfahren bzw.
umgekehrt zu viel Zeit benötigt, insbesondere beim Gießen
kleinerer Mengen, hat man, um auf ein- und derselben
Stranggießkokille beide Verfahren durchführen zu können,
bezüglich der Bauart der Rühreinrichtung einen Kompromiß
treffen müssen, der beiden Gießverfahren mehr oder weniger
gerecht wurde, wobei jedoch für keines der Gießverfahren
optimale Ergebnisse erzielt werden konnten.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser
Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine
Stranggießkokille der eingangs beschriebenen Art zu
schaffen, die sowohl für das Tauchrohr-Gießverfahren als
auch für das Freistrahl-Gießverfahren einsetzbar ist, so
daß bei beiden Gießverfahren eine optimale Gefügestruktur
und geringstmögliche Einschlüsse sichergestellt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- - daß die Stranggießkokille zum wahlweisen Gießen im Freistrahl-Gießverfahren oder im Tauchrohr-Gießverfahren eine Rühreinrichtung aufweist, die über die Höhe der Stranggießkokille verschiebbar und in unterschiedlichen Höhenpositionen festlegbar ist,
- - daß die Rühreinrichtung in einem geschlossenen, von einem Rühreinrichtungs-Kühlmedium durchströmten Gehäuse, das in einem von einem Kühlmittel durchflossenen Kokilleninnenraum eingesetzt ist, angeordnet ist,
- - daß die Rühreinrichtung im Innenraum des geschlossenen Gehäuses, welches sich über nahezu die gesamte Höhe der Stranggießkokille erstreckt, höhenmäßig verschiebbar ist,
- - daß in das geschlossene Gehäuse mindestens eine Rühreinrichtungs-Kühlmittelleitung nahe dessen unterem Ende und mindestens eine nahe dessen oberem Ende einmündet und
- - daß die Höhenlage der Rühreinrichtung durch Erzeugung eines Differenzdruckes des ober halb und des unterhalb der Rühreinrichtung befindlichen Kühlmediums festlegbar ist.
Die erfindungsgemäße Stranggießkokille erlaubt die
Anwendung sowohl des Freistrahl-Gießverfahrens als auch
des Tauchrohr-Gießverfahrens, ohne Umrüstarbeiten
durchführen zu müssen. Um beim Freistrahl-Gießen einen
optimalen Rühreffekt zu erzielen, wird die Rühreinrichtung
in eine obere Position gebracht, wodurch die den
Gießspiegel bildende Schmelze und die unmittelbar darunter
liegende Schmelze gerührt wird, so daß in die Schmelze mit
dem Gießstrahl eingedrungene
Gase wirkungsvoll ausgewaschen werden. Im Unterschied dazu wird beim
Tauchrohr-Gießverfahren zur Vermeidung einer Badbewegung
am Gießspiegel, der in diesem Fall vom Gießpulver bedeckt
ist, die Rühreinrichtung in eine vom Gießspiegel
entferntere Position gebracht, so daß ein Rühren am
Gießspiegel selbst nicht auftritt. Dadurch, daß für jedes
der beiden Gießverfahren stets eine optimal angeordnete
Rühreinrichtung zur Verfügung steht, ist es möglich, bei
beiden Gießverfahren mit einer geringeren Leistung beim
Rühren auszukommen, d.h. weniger Energie zu verbrauchen,
als bei Stranggießkokillen, bei denen dies nicht
verwirklicht ist.
Die Anordnung der Rühreinrichtung in einem kühlmitteldurchflossenen,
sich etwa über die ganze Höhe der
Stranggießkokille erstreckenden Kokilleninnenraum bewirkt
die Vermeidung einer zu großen Abschirmung des
elektromagnetischen Kraftfeldes durch die Stranggießkokille.
Die Anordnung der Rühreinrichtung in einem
eigenen geschlossenen Gehäuse innerhalb des Kokillen
hohlraumes bringt den Vorteil mit sich, daß der Kühl
mittelkreislauf für die Rühreinrichtung an deren
Kühlmittelbedarf unabhängig von der Innenkühlung der
Stranggießkokille angepaßt werden kann.
Zweckmäßig ist der Rühreinrichtungs-Kühlmittelzu- und
-ablauf mittels Ventile gesteuert.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung mit einer die
Rühreinrichtung gegenüber dem geschlossenen Gehäuse einen
Durchflußquerschnitt vorbestimmter Größe freilassenden
Dichteinrichtung, wie einer Dichtscheibe, abgedichtet ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert, wobei die Fig. 1 und 3 ein- und dieselbe
Stranggießkokille im Längsschnitt darstellen, u.zw. einmal
(Fig. 1) beim Tauchrohr-Gießen und einmal (Fig. 3) beim
Freistrahl-Gießen. Fig. 2 stellt einen Schnitt senkrecht
zur Längsachse der Stranggießkokille nach Fig. 1 und Fig.
3 dar, u.zw. jeweils nach der Schnittlinie II-II dieser
Figuren.
Eine Stranggießkokille 1 zum Gießen von Knüppeln, die als
Rohrkokille ausgebildet ist, weist einen etwa
quadratischen geraden und vertikal verlaufenden
Kokillenhohlraum 2 auf, der von einem Rohr 3 aus Kupfer
oder einer Kupferlegierung begrenzt ist. Um dieses
Rohr 3 ist ein Außenmantel 4 vorgesehen, der mit dem
Rohr 3 über eine ringförmige Grund- und Deckplatte 5, 6
dicht verbunden ist. Am unteren Ende der Stranggießkokille
ist ein Kokillenkühlwassereinlauf 7, am oberen Ende ein
Kokillenkühlwasserauslauf 7′ vorgesehen.
Innerhalb des vom Außenmantel 4 und Rohr 3 gebildeten
und vom Kühlmittel durchströmten Kokilleninnenraumes 8 ist
ein geschlossenes kreisringzylindrisches Gehäuse 9
ortsfest eingebaut, welches an einem oberhalb der
Grundplatte 5 angeordneten Flansch 10 aufsitzt. Dieser
Flansch 10 ist am Außenmantel 4 befestigt und ragt unter
Freilassung eines Spaltes 11 zum Rohr 3. An diesem Flansch
10 ist ein Wasserleitmantel 12 vorgesehen, der gegenüber
dem Rohr 3 einen Strömungsspalt 13 für das
Kokillenkühlmedium freiläßt.
In dem geschlossenen, aus nichtrostendem Stahl bestehenden
Gehäuse 9 ist eine Rühreinrichtung 14 eingebaut, die zur
Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen
Kraftfeldes dient. Die Rühreinrichtung 14 weist einen
ringförmigen Eisenkern 15 aus Dynamoblech auf, an dem
radial nach innen ragende Fortsätze 16 zur Aufnahme
jeweils einer Spule 17 aus Kupferdraht vorgesehen sind.
Die Rühreinrichtung 14 erstreckt sich höhenmäßig über etwa
die Hälfte der Höhe 18 des Innenraumes 19 des Gehäuses 9
und ist in dem Gehäuse 9 über dessen Höhe 18 verschiebbar.
Zur Führung der Rühreinrichtung 14 dienen an der
Gehäuseinnenwand angeordnete vertikale Führungsleisten 20,
entlang der zwei einander gegenüberliegende Fortsätze 16
des Eisenkernes 15 geführt sind. Diese Führungsleisten 20
dienen dazu, die bei der Erzeugung eines
elektromagnetischen Kraftfeldes entstehenden
Reaktionskräfte in das Gehäuse 9 einzuleiten. Ein
elektrischer Anschluß 21 für die Rühreinrichtung ist durch
die Außenwand 22 des Gehäuses geführt und weist im
Innenraum 19 des Gehäuses 9 eine Länge auf, die ein
Verschieben der Rühreinrichtung 14 über die gesamte Höhe
18 des Innenraumes 19 des Gehäuses ermöglicht.
Am unteren und am oberen Ende des Gehäuses 9 ist jeweils
ein Stutzen 23, 24 für Kühlmedium, beispielsweise Öl oder
Wasser, vorgesehen. Das Verschieben der Rühreinrichtung 14
erfolgt mit Hilfe des das Gehäuse 9 durchströmenden
Kühlmediums, und zwar durch Ändern der Strömungsrichtung
des Kühlmediums.
Zu diesem Zweck ist im Bereich des Eisenkernes 15 eine
horizontale Ringdichtscheibe 25 eingebaut, die den vom
Gehäuse eingeschlossenen kreisringzylindrischen Innenraum
19 in zwei Teile, u.zw. einen oberen und unteren Teil,
unterteilt.
Die Ringdichtscheibe, die sich im wesentlichen von der
Außenwand 22 bis zur Innenwand 26 des Gehäuses 9
erstreckt, hat mindestens eine Ausnehmung, die einen genau
definierten Durchflußquerschnitt für das Kühlmedium
bildet. Diese Ausnehmung, z.B. ein Ringspalt zur Innenwand
26, ist von solcher Größe, daß sich zwischen der Einlauf-
und Auslaufseite des Kühlmediums bei entsprechender
Strömungsrichtung und Menge des Kühlmediums ein
Differenzdruck aufbauen kann, der die Rühreinrichtung 14
von der unteren, in Fig. 1 dargestellten Position in die
obere, in Fig. 3 dargestellte Position verbringt und dort
hält.
Um bei dieser Verschiebung der Rühreinrichtung 14 die
Führungsleisten 20 nicht zu belasten, erfolgt das
Höhenverstellen der Rühreinrichtung 14 vor deren
Inbetriebnahme.
Der Kühlmittelkreislauf für die Rühreinrichtung weist zwei
Hauptleitungen 27, 28 auf, die von jeweils einem Stutzen
23, 24 des Gehäuses 9 zu einem Wärmetauscher 29 führen,
wobei in jede Hauptleitung 27, 28 ein Magnetventil 30, 31
eingebaut ist, mit dem der Wärmetauscher 29 an jeweils
eine Hauptleitung 27, 28 zu- oder von dieser abgeschaltet
werden kann. Vom Wärmetauscher führt eine Rücklaufleitung
32 über eine Pumpe 33 und ein Filter 34 zu einem
Dreiwegventil 35, von dem jeweils eine Zweigleitung 36, 37
in jeweils eine Hauptleitung 27 bzw. 28 einmündet. Durch
entsprechendes Schalten der Ventile 30, 31 und 35 ist es
möglich, Kühlmittel für die Rühreinrichtung 14 über den
oberen Stutzen 24 zuzuführen und vom unteren Stutzen 23
abzuleiten bzw. den Kühlmittelkreislauf umzukehren, so daß
das Kühlmittel beim unteren Stutzen 23 zuläuft und beim
oberen Stutzen 24 abläuft.
Oberhalb der Stranggießkokille 1 ist ein Zwischengefäß 38
in Stellung gebracht. Gemäß Fig. 1 ragt zentrisch in den
Kokillenhohlraum 2 ein an dem Zwischengefäß befestigtes
Tauchrohr 39, das am freien Ende eine nach unten
gerichtete Ausströmöffnung 40 aufweist. Der Gießspiegel 41
liegt oberhalb dieser Ausströmöffnung 40 und ist mit
Gießpulver 42 bedeckt. Die sich am Rohr 3 bildende
Strangschale 43 ist schematisch dargestellt.
Beim Tauchrohr-Gießverfahren ist die Rühreinrichtung 14 in
die untere Endlage verschoben; der Kühlmittelfluß im
Innenraum 19 des Gehäuses 9 erfolgt, wie die in Fig. 1
eingezeichneten Richtpfeile 44 erkennen lassen, von oben
nach unten. Die Rühreinrichtung 14 erzeugt in der Schmelze
eine Rotationsbewegung um die Längsachse 45 des
Kokillenhohlraumes 2, wie dies durch die Pfeile 46
veranschaulicht ist.
Gemäß Fig. 3 tritt in den Kokillenhohlraum 2 ein frei aus
dem Zwischengefäß 38 auslaufender Gießstrahl 47 ein. In
diesem Fall ist die Rühreinrichtung 14 in die obere
Endlage verschoben - der Kühlmittelfluß im Innenraum 19
des Gehäuses 9 erfolgt von unten nach oben - und es kommt
zu einer Rührbewegung der den Gießspiegel 48 bildenden und
der unmittelbar darunter liegenden Schmelze, wie dies die
Pfeile 49 andeuten.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der
Zeichnung dargestellte Ausführungsform, sondern kann in
verschiedener Hinsicht modifiziert werden. So kann der
Kokillenhohlraum 2 auch in Längsrichtung gekrümmt (bei
einer sogenannten Bogenkokille) ausgebildet sein als auch
von der Vertikalen abweichend angeordnet sein.
Claims (3)
1. Knüppel- bzw. Vorblock-Stranggießkokille (1) mit
mindestens einer höhenverstellbaren Rühreinrichtung
(14) zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen
Kraftfeldes, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Stranggießkokille (1) zum wahlweisen Gießen im Freistrahl-Gießverfahren oder im Tauchrohr-Gießverfahren eine Rühreinrichtung (14) aufweist, die über die Höhe der Stranggießkokille verschiebbar und in unterschiedlichen Höhenpositionen festlegbar ist,
- - daß die Rühreinrichtung (14) in einem geschlossenen, von einem Rühreinrichtungs-Kühlmedium durchströmten Gehäuse (9), das in einem von einem Kühlmittel durchflossenen Kokilleninnenraum (8) eingesetzt ist, angeordnet ist,
- - daß die Rühreinrichtung (14) im Innenraum (19) des geschlossenen Gehäuses (9), welches sich über nahezu die gesamte Höhe der Stranggießkokille (1) erstreckt, höhenmäßig verschiebbar ist,
- - daß in das geschlossene Gehäuse (9) mindestens eine Rühreinrichtungs-Kühlmittelleitung (28) nahe dessen unterem Ende und mindestens eine (27) nahe dessen oberem Ende einmündet und
- - daß die Höhenlage der Rühreinrichtung (14) durch Erzeugung eines Differenzdruckes des oberhalb und des unterhalb der Rühreinrichtung (14) befindlichen Kühlmediums festlegbar ist.
2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rühreinrichtungs-Kühlmittelzu-
und -ablauf mittels Ventile (30, 31, 35) gesteuert
ist.
3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (14) mit
einer die Rühreinrichtung (14) gegenüber dem geschlossenen
Gehäuse (9) einen Durchflußquerschnitt
vorbestimmter Größe freilassenden Dichteinrichtung
(25), wie einer Dichtscheibe, abgedichtet ist.
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