DE4424600A1 - Kokille zum Stranggießen von Dünnbrammen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Dünnbrammen mit einer verbesserten Oberflächenqualität.

Nach den herkömmlichen Verfahren der Warmbanderzeugung werden die als Aus­ gangsmaterial eingesetzten Brammen vom kontinuierlich gegossenen Strang abge­ trennt, abgekühlt, inspiziert, bei Erfordernis an der Oberfläche nachgebessert und danach zur weiteren Verarbeitung an ein Warmwalzwerk übergeben. Die Gefahr der Vererbung von Oberflächenfehlern von der Bramme auf die warm- und kaltge­ walzten Fertigerzeugnisse wird dadurch wesentlich reduziert.

Die Herstellung von Warmband nach dem Dünnbrammengießwalzverfahren birgt wegen der wesentlich höheren Gießgeschwindigkeit und deshalb auch erheblich höheren Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze in der Kokille sowie wegen dem deutlich vergrößerten Verhältnis von gegossener Oberfläche zu vergossenem Vo­ lumen zusätzlich Gefahren für die Oberflächenqualität in sich und läßt verfahrens­ bedingt darüber hinaus eine erfolgreiche Inspektion und Nachbesserung der Dünnbrammenoberfläche nicht zu. Deshalb ist es erforderlich, daß das Entstehen von Oberflächenfehlern verhindert wird, um eine hohe Oberflächenqualität an den Dünnbrammen und den daraus hergestellten Warm- und Kaltbandprodukten zu sichern.

Zur Herstellung von Dünnbrammen sind bereits mehrere Kokillenformen entwickelt worden, die für den Einsatz von langlebigen Gießrohren größeren Querschnitts, Aufweitungen des Kokillenquerschnittes im Eintrittsbereich eines Tauchrohres in die Kokille aufweisen, um den Abguß mehrerer Schmelzen in Sequenz an einer Dünn­ brammengießanlage zu ermöglichen. Kokillen mit derartig ausgebildeten Aufwei­ tungen sind z. B. in den Veröffentlichungen gemäß DE-PS 34 00 220 und DE-OS 36 01 501 beschrieben.

Die Aufweitung des Kokillenquerschnitts im Eingußbereich durch die entsprechende Formgebung der Kokillenbreitseiten wurde bereits als Quelle von Gießstrangfehlern erkannt und hat zu Weiterentwicklungen geführt, wie sie in den Veröffentlichungen gemäß DE-OS 39 07 351 und DE-OS 42 01 363 enthalten sind, ohne die Fehler­ quellen jedoch umfassend zu beseitigen.

Die beschriebene Aufweitung des Kokillenquerschnitts im Bereich des Gießrohrein­ tritts, die sich über die Kokillenlänge allmählich verjüngt und im unteren Kokillen­ drittel fließend in einen rechteckigen Querschnitt ausläuft, bewirkt im aufgeweiteten Teil der Kokille einen keilförmigen Längsschnitt von Kokille und Gießstrang und damit unterschiedliche Volumina für benachbarte Gießstrangsegmente mit unter­ schiedlicher Höhenkoordinate. Infolge der für das Stranggießen erforderlichen Os­ zillationsbewegung der Kokille ist es unvermeidlich, daß bei der periodisch wieder­ kehrenden gegenläufigen Bewegung des Gießstranges und der Kokille, insbeson­ dere bei der Aufwärtsbewegung der Kokille, prinzipiell aber während der gesamten Zeit, in der die Kokille nicht schneller abwärts bewegt wird als der Gießstrang, An­ teile der sich in der Kokillenaufweitung befindlichen Schmelze verdrängt werden, was zu einem periodischen An- und Abschwellen des Badspiegels in der Kokille führt.

Dadurch können Wallungen an der Badoberfläche initiiert werden, die Oberflächen­ fehler des Gießstranges zur Folge haben. Auf diesen Zusammenhang wird bereits in dem Verfahren zur Regelung des Badspiegels einer Metallschmelze gemäß der DE-OS 40 10 968 hingewiesen, ohne aber eine ausreichend befriedigende Lösung des Gesamtproblems unter Berücksichtigung der Erzielung hoher Gießleistungen und Oberflächenqualitäten vorzuschlagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine aufgeweitete Kokille zum Stranggießen von Dünnbrammen zu finden, mit der bei hoher Gießleistung eine verbesserte Ober­ flächenqualität der Dünnbrammen und der aus ihr hergestellten Banderzeugnisse möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine aus je zwei gekühlten Breitseiten- und Schmalseitenwänden bestehende Kokille mit folgenden Merkmalen gelöst.

• - Die Kokillenbreitseitenwände sind aufgeweitet und ihre Aufweitung so be­ messen, daß das verdrängte Volumen bei der periodisch wiederholten ge­ genläufigen Bewegung von Gießstrang und der oszillierenden Kokille mit den aufgeweiteten Breitseitenwänden zu einem Betrag des An- und Abschwellens des Badspiegels in der Kokille führt, der im Toleranzbereich der Badspiegel-Niveauregelung liegt, wozu das Verhältnis zwischen der größten lichten Weite im Badspiegelbereich der Kokille und der lichten Weite der Kokille am Strangaustritt auf einen Wert von 1,3 bis 1,5 begrenzt ist.
• - Die Dicke des aus der Kokille austretenden Gießstranges liegt vorzugs­ weise zwischen 70 und 100 mm, wodurch auch bei hohen Durchsatzleitun­ gen eine ausreichend niedrige Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze in der Kokille vorliegt.
• - Das Verhältnis der Gießstrangkontur im Badspiegelbereich und bei Errei­ chen des rechteckigen Querschnitts im unteren Kokillenbereich übersteigt nicht das Verhältnis der linearen Schrumpfung der Strangschale in den glei­ chen Ebenen der Kokille (für weiche Umformstähle z. B. max. 1,008).
• - Die Kokille ist beim Vergießen von magnetisch beeinflußbaren Schmelzen zum weiteren Abbau von Turbulenzen und Wallungen im Badspiegelbereich mit einer Einrichtung zur elektromagnetischen Beeinflussung der Strömungs­ richtung und der Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze in der Kokille versehen.

Mit einer derart ausgebildeten Kokille werden folgende Effekte erreicht:
Turbulenzen und Wallungen, die durch die gegenläufige Bewegung von Gießstrang und oszillierender Kokille am Badspiegel entstehen oder durch Turbulenzen aus hoher Gießgeschwindigkeit verursacht werden, können stark reduziert und in Ver­ bindung mit dem Einsatz einer Einrichtung zur elektromagnetischen Beeinflussung der Strömungsrichtung und -geschwindigkeit weiter gedämpft werden, so daß ein Einziehen von Gießschlacke in die Strangschale und somit das Entstehen von Oberflächenfehlern vermieden werden kann.

Die vorgeschlagene Umformung in der Strangschale vom aufgeweiteten Quer­ schnitt zum rechteckigen Austrittsquerschnitt berücksichtigt die natürliche Schrump­ fung der Schale und verhindert das Entstehen unzulässiger Spannungen. Die Aus­ ziehkraft, die am Strang angreift, kann auf Grund der minimalen Umformung der Strangschale in der Kokille reduziert werden, so daß die Strangschale geringeren Belastungen ausgesetzt ist.

Ein Wechsel des Verteilergefäßes oder/und des Tauchrohres ist ohne Sequenzun­ terbrechung möglich, weil der sich dabei entstehende Umformwiderstand, der durch die Begrenzung der Breitseitenaufweitung auch nur begrenzt konfigurierten Strangschale selbst nach Gießstillstand und dadurch verursachter höherer Festig­ keit und Dicke der Strangschale niedrig genug bleibt, um den Strang durch den rechteckigen Kokillenteil auszuziehen, ohne Gefahr zu laufen, einen Strangdurch­ bruch zu provozieren.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel zur Herstellung eines Dünn­ brammenstranges aus kohlenstoffarmen, unlegierten Stahl mit einem Querschnitt von 75 mm × 1275 mm näher erläutert werden. Die verwendete, aus zwei gekühl­ ten Schmalseiten- und zwei gekühlten aufgeweiteten Breitseitenwänden bestehen­ de Kokille weist im Bereich der Einführung des Tauchausgusses am Badspiegel ein Aufweitungsmaß auf, das das 1,47fache der Dicke des aus der Kokille austreten­ den Stranges, d. h. 110 mm beträgt. Die Aufweitung je Kokillenbreitseite beträgt also 17,5 mm. Sie läuft fließend mit maximal möglichen Radien etwa 200 mm vor den Schmalseitenwänden und nach etwa 75% der Kokillenlänge aus.

Die Schmalseitenwände der Kokillen sind so positioniert, daß die Kontur des Gieß­ stranges bei Austritt aus der Kokille von 2 × (75 mm × 1275 mm) = 2700 mm Länge aus einer um ca. 0,8% längeren Kontur bei der Bildung der Strangschale im Bad­ spiegelbereich hervorgeht, d. h. die Kontur im Badspiegelbereich hat eine Länge von 2722 mm. Die Verlängerung der Kontur durch die gewählte Aufweitung beträgt für die Breitseitenwände insgesamt nur etwa 2 mm gegenüber gradlinig verlaufen­ den Breitseitenwänden. Unter Berücksichtigung dieses Maßes beträgt der Abstand der Schmalseitenwände an der Oberkante der Kokille 1285 mm. Zur Einstellung turbulenzarmer Strömungen der Schmelze in der Kokille ist an den Breitseitenwän­ den der Kokille in deren oberen Hälfte eine Einrichtung zur elektromagnetischen Beeinflussung der Strömungseinrichtung und -geschwindigkeit angeordnet, mit der die negativen Einflüsse von verbleibenden Turbulenzen und Wallungen im Bildungsbereich der Strangschale vermieden oder vermindert werden.

Claims (4)

1. Kokille zum Stranggießen von Dünnbrammen mit einer verbesserten Oberflä­ chenqualität, bestehend aus je zwei gekühlten Breitseitenwänden und Schmal­ seitenwänden, wobei die Breitseitenwände im Bereich des Eintritts des Gießroh­ res aufgeweitet sind und die Aufweitung mit maximal möglichen Radien in den parallelen Teil der Kokillenbreitseitenwände in Richtung der Kokillenschmal­ seitenwände übergeht, sich nach unten in der Kokille verjüngt und nach etwa 75% der Kokillenlänge allmählich und fließend in einen rechteckigen Quer­ schnitt mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der größten lichten Weite der Kokille in Dickenrichtung am Badspiegel und der lich­ ten Weite der Kokille im Bereich des rechteckigen Querschnitts am Kokillenaus­ tritt auf einen Wert von 1,3 bis 1,5 begrenzt ist.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Län­ gen der im Badspiegelbereich gebildeten Gießstrangkontur und der Gießstrang­ kontur bei Erreichen des rechteckigen unteren Kokillenabschnitts dem Verhält­ nis der Werte für die lineare Schrumpfung der Strangschale zwischen den glei­ chen Ebenen entspricht (für weiche Umformstähle etwa 1,008).

3. Kokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aus der Kokille austretenden Gießstranges vorzugsweise zwischen 70 mm und 100 mm liegt.

4. Kokille nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Breitseitenwänden in der oberen Hälfte der Kokille eine Einrichtung zur elektro­ magnetischen Beeinflussung der Strömungsrichtung und -geschwindigkeit der Schmelze in der Kokille angeordnet ist.