DE4006842A1 - Bandgiessanlage mit oszillierender durchlaufkokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bandgießanlage zum Herstellen von stranggegossenen Bändern aus Stahl mit einer mit flüssigem Metall im Bereich ihres Mundstücks beschickbaren und den bandförmigen Gußstrang bis zu dessen Austritt unter Ausbildung einer erstarrenden Schale auf einen vorgegebenen Ausgangsquerschnitt formenden, insbesondere oszillierend auf- und abbewegbaren Durchlaufkokille.

Mit einer derartigen Bandgießanlage können beispielsweise Gießstränge mit Bandbreiten zwischen 1200 und 2000 mm und vergleichsweise geringen Banddicken zwischen 25 und 60 mm bei Gießgeschwindigkeiten im Bereich zwischen 5 und 6 m/min hergestellt werden.

Aus der Fachzeitschrift "Stahl und Eisen 108 (1988) Nr. 3, Seiten 99 bis 109", ist die Beschreibung einer Bandgießanlage dem Fachreferat "Walzen von stranggegossenen Vorbändern und anlagentechnische Konsequenzen für den Bau von Warmband- Produktionsanlagen" zu entnehmen. Darin wird ausgeführt, daß die Grundelemente der neuen Technologie der speziell gestaltete Eingießbereich der Kokille und die besondere Form des Gießrohres sind. Die übrigen Einrichtungen entsprechen den Grundelementen einer Vertikal-Abbiegeanlage. Entsprechend der dortigen Darstellung des Eingießbereiches der Kokille weist diese quer zur Längsrichtung des Formspaltes ein nach beiden Seiten sinusförmig erweitertes Mundstück mit einem vergleichsweise schmalen Öffnungsquerschnitt auf. In diesen ragt senkrecht von oben das als Tauchrohr ausgebildete Gießrohr hinein. Es ist zwecks besserer Verteilung des flüssigen Stahls im Kokillenquerschnitt mit zur vertikalen Fließrichtung quer angeordneten seitlichen Ausflußöffnungen ausgebildet.

Nachteilig bei dieser Ausführung ist die vergleichsweise komplizierte Formgebung des Gießrohres, welche einerseits hohe Herstellungskosten verursacht und andererseits durch Abnutzungserscheinungen, wie Auswaschungen oder Ausbrüche, die Verfügbarkeit des Gießrohres und damit den ungestörten Betrieb der Produktionsanlage nicht befriedigend sicherstellt. Hinzu kommt, daß trotz der aufwendigen Formgebung des Gießrohres ein zufriedenstellend gleichmäßiges und wirbelfreies Einfließen und Verteilen des flüssigen Stahls mit möglichst geringen Temperaturgradienten in den oberen Kokillenbereich nicht erreicht wird.

Bei Beurteilung der vorgenannten Zusammenhänge ist zudem zu berücksichtigen, daß die Schwierigkeiten und technischen Grenzen bei abnehmender Dicke des bandförmigen Gießstranges mit überproportionaler Tendenz zunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, durch welche im Eingießbereich der Kokille eine wesentlich verbesserte, gleichmäßigere und wirbelfreie Strömungszone der Stahlschmelze erreicht wird, und zwar als Voraussetzung für eine möglichst homogene Primärkristallisation zur Erzielung eines lunkerfreien Gefüges unter weitgehender Vergleichmäßigung von Seigerungen. Damit sollen auch bandförmige Gießstränge mit extrem geringen Banddicken unterhalb eines Maßes hergestellt werden können, bei dessen Unterschreitung bisher die Erzeugung eines fehlerfreien Stahlbandes als nicht möglich angesehen wurde, beispielsweise bei Banddicken zwischen 10 und 20 mm. Weiterhin soll die Formgebung des Gießrohres ebenso wie des Mündungsbereiches der Kokille möglichst unkompliziert sein, um dadurch sowohl deren Herstellung als auch die Verfügbarkeit zu verbessern. Und schließlich soll die Gießgeschwindigket auch bei abnehmender Banddicke möglichst weitgehend erhöht werden können, um hierdurch beispielsweise ohne Nachschaltung von weiteren Verformungseinrichtungen eine vorgegebene Bandlänge zu einem Coil aufwickeln zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Bandgießanlage der eingangs genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß die Durchlaufkokille einen auf ihrem Mundstück fest aufmontierten, als Kokillenkopf ausgebildeten und von schmelzflüssigem Metall durchströmbaren Aufsatz aufweist, in den das Gießrohr von oben hineinragt, und daß dieser mit Strömungsleitmittel zur Erzielung eines wirbelfreien und nach Länge und Breite dem Einlaufquerschnitt des Mundstücks der Kokille angepaßten Stromes der Metallschmelze ausgebildet ist.

Durch die Vorschaltung des als Kokillenkopf ausgebildeten Aufsatzes vor das Mundstück der Durchlaufkokille nimmt dieser zuerst den Strahl des flüssigen Metalles auf und verteilt einen dabei entstehenden Materialstrom mit Hilfe seiner Strömungsleitmittel auf die gesamte Länge und Breite des Kokillenquerschnittes. Dabei werden im Eingießbereich der Kokille turbulente Fließwirbel und ungleichförmige Strömungszonen abgebaut bzw. können gar nicht erst entstehen. Infolgedessen strömt der flüssige Stahl in beruhigtem, gleichmäßigem und wirbelfreiem Fluß unter Einstellung eines konstanten Gießspiegels im Kokillenkopf in den Eingieß- und Mündungsbereich der Kokille.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Kokillenkopf sich über die gesamte Breite der Kokille erstreckt. Dabei weist dieser austragsseitig einen sich im Durchlaufquerschnitt trichterförmig verengenden Austragskanal auf, dessen Anschluß- Querschnitt in Länge und Breite mit dem Querschnitt des Mundstücks der Kokille übereinstimmt.

Während beim Stand der Technik die kinetische Energie des einfließenden schmelzflüssigen Metalles im Mündungsbereich der Kokille unter Bildung turbulenter Strömungszonen abgebaut wurde, breitet sich bei der Bandgießanlage nach der Erfindung im Eingießbereich ein in Richtung, Geschwindigkeit und Temperatur vergleichsmäßigter und beruhigter Strom von Gießmaterial aus. Dieser bewirkt in der Folge eine gleichmäßige Primärkristallisation und führt damit zur Ausbildung eines homogenen Gußgefüges mit hoher Oberflächenqualität am Gießstrang.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Kokillenkopf aufgabeseitig mit einer sich parallel zur Längsseite des Austragskanals und in gleicher Länge erstreckenden Verteilerrinne und einem sich zwischen dieser und dem Austragskanal verlaufenden Überlaufwehr ausgebildet ist, und daß diese im Zusammenwirken einen syphonförmigen Strömungsweg für das Gießmetall bilden, wobei das Gießrohr in den in der Verteilerrinne anstehenden Gießspiegel eintaucht.

Hierdurch wird erreicht, daß der vom Gießrohr in den Kokillenkopf einfließende Stahl zuerst beim Einlauf in die Verteilerrinne über deren gesamte Breite gleichmäßig verteilt wird, wobei zugleich eine beruhigte Strömung unter Abbau turbulenter Fließwirbel entsteht. Nach Erreichen einer vorgegebenen Höhe des Gießspiegels im Kokillenkopf fließt sodann ein beruhigter Strom flüssigen Stahls über das Überlaufwehr und durch den Austragskanal in den Eingießbereich der Kokille ein.

Dadurch, daß das Gießrohr nicht, wie beim Stand der Technik, in die schmale Öffnung des Eingießbereiches der Kokille eingeführt werden muß, ergeben sich sowohl für die Formgebung des Gießrohres ebenso wie auch für diejenige der Kokillenmündung einfachere Konstruktionsmerkmale. Beispielsweise fallen beim Gießrohr die seitlichen Öffnungen weg, es mündet mit unverändert-kreisförmigem Querschnitt in die Verteilerrinne aus. Bei der Kokille entfällt die sinusförmige Ausweitung des Mündungsbereiches, sie ist mit ebenflächigen Kokillenplatten an ihren Breitseiten ausgebildet.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kokille mit dem Kokillenkopf erhält das Gießmaterial bereits im Austragskanal des Kokillenkopfes vor bzw. beim Eintritt in die Kokille seine endgültige Querschnittsform mit unverändert gleichbleibendem Dickenmaß zum Durchlauf durch die Kokille. Dabei wird eine gleichmäßige Gießschale beim weiteren Weg des Stranges durch die Kokille aufgebaut, ohne daß eine nachträgliche Zwangsverformung durch Querschnittsverengung in der Kokille stattfindet. Dadurch ergeben sich mit Vorteil geringere Ausziehkräfte. Weiterhin treten infolge der einfacheren, verbesserten Bauart des Tauchrohres und der Durchlaufkokille weniger Störungen beim Gießprozeß auf. Dies führt zu einer höheren Verfügbarkeit der Anlage, insbesondere bei der Herstellung von extrem dünnen Gießsträngen, weil beispielsweise auch bei Bruch des Gießrohres Bruchstücke nicht in die Durchlaufkokille gelangen, sondern in der Verteilerrinne aufgefangen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Merkmalen der übrigen Unteransprüche vorgesehen.

Die Erfindung wird in schematischen Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.

Es zeigen:

Fig. 1 den Stand der Technik in einer Prinzipskizze vom Eingießbereich einer Durchlaufkokille, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Kokille mit aufgesetztem Kokillenkopf, in perspektivischer Darstellung und teilweise im Schnitt,

Fig. 3 den Kokillenkopf mit dem Eingießbereich der Kokille, im Schnitt,

Fig. 4 eine Detaildarstellung einer Kokillen- Schmiermittelzuführung, ebenfalls im Schnitt.

Fig. 1 zeigt den Eingießbereich der Kokille (1) einer Bandgießanlage vom Stand der Technik. Die Seitenplatten (21 und 22) zeigen im mittleren Bereich sinusförmige Ausnehmungen (23 und 24). Diese verlaufen unter Verjüngung etwa bis zur halben Tiefe der Kokille (1). Damit ergibt sich ein verbreiteter Eingießbereich, innerhalb dessen die Schmelze unter anfänglicher Turbulenz in eine gerichtete Strömung überführt wird, und schließlich am Randbereich der Kokille (1) Erstarrungszonen bildet. Das Gießrohr (20) ragt von oben her etwa bis zu einem Drittel in die Kokille (1) hinein und taucht dabei mit seinem Mundstück (26) in den flüssigen Stahl (25) ein. Die Fig. 1 zeigt die nachteilig enge Gestaltung des Eingießbereiches der Kokille (1) und die vergleichsweise komplizierte Form des Gießrohr- Mundstücks (26). Dieses besitzt mit einem seitlich und nach unten verlaufenden Austrittspalt (27) eine äußerst schwierig herstellbare Ausgestaltung. Aber auch die Seitenplatten (21, 22) der Kokille (1) erfordern mit ihren sinusförmigen Ausnehmungen (23, 24) ein hohes Maß an Formgebungsarbeit. Darüber hinaus nimmt der Eingießbereich bis zur Erzielung einer beruhigten Strömung der Stahlschmelze einen vergleichsweise großen Anteil der Kokillentiefe in Anspruch, wodurch die Ausbildung nicht-homogener Gefügezonen begünstigt wird. Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Schwierigkeiten überwunden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die erfindungsgemäße Ausbildung der Durchlaufkokille (1) mit einem auf ihrem Mundstück (2) fest aufmontierten, als Kokillenkopf (3) ausgebildeten und von schmelzflüssigem Metall (25) durchströmbaren Aufsatz. In diesen ragt von oben her das Gießrohr (20). Der Kokillenkopf (3) ist mit Strömungsleitmitteln (4, 5, 6) zur Erzielung eines wirbelfreien und nach Länge und Breite dem Einlaufquerschnitt des Mundstücks (2) der Kokille (1) angepaßten Stromes der Metallschmelze (25) ausgebildet.

Der Kokillenkopf (3) erstreckt sich über die gesamte Breite der Kokille (1) und weist einen austragseitig im Durchlaufquerschnitt sich trichterförmig verengenden Austragskanal (6) auf, dessen Anschluß- Querschnitt in Länge und Breite mit dem Einlaufquerschnitt des Mundstücks (2) der Kokille (1) übereinstimmt.

Aus der Zusammenschau der Fig. 2 und 3 ist zu ersehen, daß der Kokillenkopf (3) aufgabeseitig mit einer sich parallel zur Längsseite des Austragskanals (6) und in gleicher Länge erstreckenden Verteilerrinne (4) und einem sich zwischen dieser und dem Austragskanal (6) verlaufenden Überlaufwehr (5) ausgebildet ist, und daß diese in Zusammenwirken einen syphonförmigen Strömungsweg für das Gießmetall bilden, wobei das Gießrohr (20) in den in der Verteilerrinne (4) anstehenden Gießspiegel (19) eintaucht. Mit dieser Ausgestaltung wird vorteilhaft erreicht, daß die Stahlschmelze (25) in gleichmäßigem Fluß frei von Turbulenzen und Wirbeln aus der Verteilerrinne (4) über das Überlaufwehr (5) in den Austragskanal (6) und durch diesen hindurch in den Eingießbereich (2) der Kokille (1) einfließt und dabei die Ausbildung eines lunkerfreien, homogenen Gefüges über den gesamten Kokillenquerschnitt begünstigt. Infolge der hierbei erzielten optimalen Gießverhältnisse können nunmehr auch extrem dünne Gußstränge mit gegenüber dem Stand der Technik vergrößerter Gießgeschwindigkeit hergestellt werden. Dies wird auch dadurch begünstigt, daß das zu erzeugende Stahlband (28) bereits im Austragskanal (6) des Kokillenkopfes (3) vorgeformt ist und somit seine endgültige Querschnittsform ohne weitere Zwangsverformung im Formkanal (29) der Kokille erhalten hat.

Sehr vorteilhaft ist gemäß Fig. 3 die tiefste Stelle der Verteilerrinne (4) mit einer Prallplatte (7) ausgekleidet. Diese ist ein in die feuerfeste Auskleidungsmasse (8) der Verteilerrinne (4) eingebettetes Formstück aus hochfeuerfestem und auswaschungsresistentem Sintermaterial. Hiermit wird eine langlebige Verfügbarkeit der Verteilerrinne (4) gesichert.

Weiterhin ist vorgesehen, daß zwischen dem Kokillenkopf (3) und der Kokille (1) ein nach Art einer Dichtung eingespanntes Pufferstück (9) eingesetzt ist. Dieses dient zur Überbrückung von Temperatur- sowie Materialunterschieden. Es verhindert somit einen schroffen Temperatursprung sowohl an dem Kokillenmundstück (2) als auch an der Gießschale des im Entstehen befindlichen Stahlbandes.

Weil im übrigen die Kokille (1) beim Erfindungsgegenstand eine unveränderte Querschnittsform über die gesamte Länge des Formkanales (29) aufweist, wird auch bei extrem dünnen stranggegossenen Bändern (28) eine gleichmäßige Gießschale (30) aufgebaut, ohne daß diese durch nachträgliche Zwangsverformung im Aufbau ihrer Struktur gestört wird.

Weiterhin weist die Kokille (1) eine Schmiermittelzuführungseinrichtung (10) auf. Diese kann mit Kanälen durch den oberen Teil der Kokillen- Breitseitenplatten (21, 22) sowie durch die Schmalseitenplatten (13, 14) geführt sein und tritt dann zwischen diesen und der Gießschale (30) des Stahlbandes (28) aus. Dabei erfolgt das Schmieren der Kokillenwände, wie an sich bekannt, mittels flüssigen oder pastösen Schmiermitteln, welche unter Druck mit beispielsweise 15 bar über die Kanäle der Schmiermittelzuführung (10) aufgegeben werden.

Wie das Ausführungsbeispiel eines Kokillenkopfes (3) in der Fig. 3 ferner zeigt, ist dieser mit einem im wesentlichen kubischen Kasten (16) aus Stahlplatten ausgebildet und mit einer formgebenden Auskleidung (8) aus Feuerfest-Stampfmasse bzw. Formsteinen (17) ausgekleidet. Und schließlich weist der Kokillenkopf (3) eine Einrichtung (18) zum Aufheizen auf.

Fig. 4 zeigt eine etwas andere Ausführung der Schmiermittelzuführungseinrichtung. Bei dieser Ausgestaltung münden die Schmiermittelkanäle (31) in einer Teilfuge (32) zwischen dem Pufferstück (9) und den Stirnseiten der Kokillen-Seitenplatten (21, 22).

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Durchlaufkokille (1) ist nicht auf das in den Zeichnungsfiguren dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise der Kokillenkopf (3), ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, in Ausgestaltung und/oder Abmessungen der Verteilerrinne (4) oder des Überlaufwehrs (5) oder des Auslaufkanals (6) unterschiedlich ausgebildet sein. Die jeweilige konstruktive Ausgestaltung ist in Anpassung an die vorgesehenen Arbeitsparameter der Bandgießanlage dem Fachmann anheimgestellt. Darüber hinaus wird bei Betrieb der Anlage selbstverständlich im Kokillenkopf zur Verhinderung von Oxidation der Gießspiegel mit geeignetem Pulver abgedeckt.

Claims (11)

1. Bandgießanlage zum Herstellen von stranggegossenen Bändern aus Stahl mit einer durch ein Gießrohr mit flüssigem Metall kontinuierlich beschickbaren und den bandförmigen Gußstrang bis zu dessen Austritt unter Ausbildung einer erstarrenden Schale auf einen vorgegebenen Ausgangsquerschnitt formenden, insbesondere oszillierend auf- und abbewegbaren Durchlaufkokille, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufkokille (1) einen auf ihrem Mundstück (2) fest aufmontierten, als Kokillenkopf ausgebildeten und von schmelzflüssigem Metall durchströmbaren Aufsatz (3) aufweist, in den das Gießrohr (20) von oben hineinragt, und daß dieser mit Strömungsleitmitteln (4, 5, 6) zur Erzielung eines wirbelfreien und nach Länge und Breite dem Einlaufquerschnitt des Mundstücks (2) der Kokille (1) angepaßten Stromes der Metallschmelze ausgebildet ist.

2. Bandgießanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkopf (3) sich über die gesamte Breite der Kokille (1) erstreckt.

3. Bandgießanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkopf (3) austragsseitig einen sich im Durchlaufquerschnitt trichterförmig verengenden Austragskanal (6) aufweist, dessen Anschluß-Querschnitt in Länge und Breite mit dem Einlauf-Querschnitt des Mundstücks (2) der Kokille (1) übereinstimmt.

4. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkopf (3) aufgabeseitig mit einer sich parallel zur Längsseite des Austragskanals (6) und in gleicher Länge erstreckenden Verteilerrinne (4) und einem sich zwischen dieser und dem Austragskanal (6) erstreckenden Überlaufwehr (5) ausgebildet ist, und daß diese im Zusammenwirken einen syphonförmigen Strömungsweg für das Gußmetall bilden, wobei das Gießrohr (20) in den in der Verteilerrinne (4) anstehenden Gießspiegel (19) eintaucht.

5. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefste Stelle der Verteilerrinne (4) mit einer Prallplatte (7) ausgekleidet ist.

6. Bandgießanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (7) ein in die Feuerfestauskleidungsmasse (8) der Verteilerrinne (4) eingebettetes Formstück aus hochfeuerfestem und auswaschungsresistentem Sintermaterial ist.

7. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kokillenkopf (3) und der Kokille (1) ein nach Art einer Dichtung eingespanntes Pufferstück (9) eingesetzt ist.

8. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (1) eine Schmiermittelzuführungseinrichtung (10) aufweist, deren Schmiermittelaustritt (11) mit einem Spalt (12) zwischen dem Pufferstück (9) und dem Kokillenmundstück (2) in Verbindung steht.

9. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (1) durch die mundstücknahen Bereiche der Breitseitenplatten (21, 22) sowie der Schmalseitenplatten (13, 14) hindurchgeführte Schmiermittelkanäle (10, 31) aufweist, die an eine Schmiermittel-Druckquelle (nicht dargestellt) angeschlossen sind.

10. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkopf (3) mit einem im wesentlichen kubischen Kasten (16) aus Stahlplatten ausgebildet und dieser mit einer formgebenden Auskleidung (8) aus Feuerfest- Stampfmasse bzw. -formsteinen (17) ausgekleidet ist.

11. Bandgießanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkopf (3) eine Einrichtung zum Aufheizen (18) aufweist.