EP0086405B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen und Stützen eines Stranges in einer Plattenkokille einer Stahlstranggiessanlage - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen und Stützen eines Stranges in einer Plattenkokille einer Stahlstranggiessanlage Download PDF

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EP0086405B1
EP0086405B1 EP83101009A EP83101009A EP0086405B1 EP 0086405 B1 EP0086405 B1 EP 0086405B1 EP 83101009 A EP83101009 A EP 83101009A EP 83101009 A EP83101009 A EP 83101009A EP 0086405 B1 EP0086405 B1 EP 0086405B1
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mould
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mould wall
wall
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Concast Service Union AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/05—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds into moulds having adjustable walls

Definitions

  • the invention relates to a method and a plate mold for cooling and supporting a strand in a steel continuous casting installation during a change in casting parameters, in particular during a movement of a mold wall arranged between broad side walls to change the strand cross-section, cf.
  • plate molds with a mold cavity which is adjustable in width.
  • narrow side walls arranged between broad side walls can be moved transversely to the direction of the strand by adjusting devices such as spindles etc.
  • the invention has for its object to provide a method and a plate mold, which enables optimal cooling and support of the strand crust during a change in a casting parameter, in particular when changing the position of the mold walls, with a high adjustment speed and a during the casting operation high operational reliability is to be achieved.
  • the device according to the invention for carrying out the method is the subject of claim 10. Refinements result from claims 11 to 13.
  • the pivoted mold wall is generally moved in parallel.
  • the instantaneous geometric formation of the moving strand crust can be predetermined by means of a computer as a function of the pivoting speed or the speed of movement of the strand crust.
  • Such predefined, stored values are advantageously used to control the bending of the mold wall.
  • the bend and the displacement speed can also be set as a function of measurements of the heat output of the mold wall following in the direction of the strand.
  • any bulging can be neglected.
  • a gapless support of the strand crust can be achieved according to another indicator if the Central axes of the circles of curvature of the curved mold wall run transverse to the direction of the strand and parallel to the mold wall.
  • the mold wall is only bent over part of its length, the mold wall being bent on one side of the central axis lying transverse to the direction of the strand and on the other side of the central axis being inclined to the direction of the strand.
  • the flexible mold wall can be constructed using various construction principles and with various flexible materials.
  • An advantageous construction results when the mold wall consists of a flexible wall and a rigid support plate and the bending device consists of movement devices which are arranged on both sides of a support axis and can be operated independently and are connected to the support plate.
  • the flexible wall is advantageously constructed from a copper plate and a flexible, non-metallic composite plate provided with cooling channels.
  • the invention recommends that the support axis is designed as a joint between the flexible wall and the rigid support plate.
  • Fig. 1 two narrow side walls 2, 2 'and two broad side walls 3, 3' are attached in a frame 1.
  • a mold wall 20 which could be used, for example, as a narrow side wall in the mold according to FIG. 1, is constructed from a flexible wall 21 and a rigid support plate 22.
  • Bending devices 24 are pivotally arranged on both sides of a support axis 26 on the rigid support plate 22 and are connected in an articulated manner to the flexible wall 21.
  • the two bending devices 24 consist of independently actuatable stepper motors for the movement of bending spindles 27.
  • the support axis 26 is formed in this wall as a joint between the flexible wall 21 and the rigid support plate 22.
  • the flexible mold wall 21 is constructed from a copper plate 30 and from a flexible composite plate 32 provided with cooling channels 31. It can consist of a non-metallic material to reduce the bending force, e.g. B. made of a plastic, hard rubber or a similar material.
  • the flexible wall 21 can be bent convexly or, as shown in dash-dotted lines, concavely.
  • movement devices 25 such as spindles and drives 12 interacting with spindle nuts, are provided in the mold frame 15 for pivoting and / or displacing the mold wall 20.
  • These drives 12 are also electrically connected to the computer 14 via control devices 13. Bending, pivoting and parallel movements of the mold wall 20 can be coordinated with one another as desired.
  • a displacement movement in the direction of arrow 39 can also be superimposed, as the wall position 37 shows.
  • the deflection is generally reduced to zero in accordance with the calculated curvature of the strand crust.
  • Axes 40, 40 ' which represent the geometric center of the circles of curvature (not measured true to the bar), from which the bending curve of the curved mold wall is composed, run transversely to the strand running direction 42 and parallel to the mold wall.
  • the bending lines 33 ', 34' show that the mold wall can also be bent only over part of its length.
  • the mold wall is bent on one side (above the central axis 43 lying transversely to the direction of strand running and pivoted obliquely to the direction of strand running 42 on the other side (below) the central axis.
  • the support and cooling of the strand crust can be checked and, if necessary, corrected in addition or as an alternative to the computational method by means of measurements of the heat output of the mold wall following in the direction of strand 42.
  • a bend or a change in the bend of a mold wall can also be applied when the mold cavity is adjusted to adapt to changing casting parameters such as casting speed, casting temperature, steel analysis, bath level in the mold, etc.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Plattenkokille zum Kühlen und Stützen eines Stranges in einer Stahlstranggießanlage während einer Änderung von Gießparametern, insbesondere während einer Bewegung einer zwischen Breitseitenwänden angeordneten Kokillenwand zur Änderung des Strangquerschnittes, vgl. Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 10.
  • Bei Stranggießanlagen, insbesondere bei Stahlstranggießanlage ist es bekannt, Plattenkokillen mit in der Breite verstellbarem Formhohlraum zu verwenden. Bei solchen Plattenkokillen sind zwischen Breitseitenwänden angeordnete Schmalseitenwände durch Vestelleinrichtungen wie Spindeln etc. quer zur Stranglaufrichtung bewegbar.
  • Aus der CH-A-477 244 ist ein Verfahren zur Rückbildung von Verwerfungen von Wandelementen einer Plattenkokille zum Stranggießen bekanntgeworden. Durch äußere Kräfte, die durch Schrauben oder äquivalente Mittel ausgeübt werden, wird das Wandelement derart beansprucht, daß aufgetretene oder vorhersehbare Deformationen rückgebildet werden. Die Biegebeanspruchung bei dieser Kokille wird mit dem Ziel aufgebracht, trotz Wärmespannungen die Kokillenwände verzugsfrei zu halten.
  • In jüngerer Zeit ist es im weiteren bekanntgeworden, Strangformate auch während eines laufenden Gusses zu verändern. Dabei werden die Verstelleinrichtungen durch Fernsteuerung bedient.
  • Aus der EP-A-0 028 766 ist ein Format-Verstellverfahren für Stahlstranggießanlagen bekanntgeworden, das zur Erreichung kurzer Verstellzeiten und kurzer Übergangsstücke am gegossenen Strang zwei in Stranglaufrichtung hintereinander an einer Schmalseite angeordnete Bewegungseinrichtungen so betreibt, daß während der Verschwenkbewegung der Kokillenwand das gegenseitige Verhältnis der Verschiebegeschwindigkeiten der beiden Bewegungseinrichtungen verändert wird. Bei diesem Verfahren wird eine Spaltbildung zwischen Kokillenwand und Strangkruste verkleinert. Auch kann durch dieses Verfahren gleichzeitig die Verformung der Strangkruste in engen Grenzen gehalten werden, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit bzw. die Verschwenkgeschwindigkeit der Kokillenwand nicht zu hoch gewählt wird. Obwohl kleine Luftspalte durch örtliche Ausbauchungen im Mittelbereich der Schmalseite zum Teil kompensiert werden, sinkt die Kühlleistung in den Kantenbereichen ab, wodurch die Durchbruchgefahr erhöht bzw. die Betriebssicherheit verringert wird. Um solche Durchbrüche zu vermeiden, sind auch bei diesem Verstellverfahren noch re lativ lange Übergangsstücke am gegossenen Strang von beispielsweise 2,5 m für 50 mm Breitenänderung zwischen zwei unterschiedlichen Formaten kaum zu umgehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Plattenkokille zu schaffen, die eine optimale Kühlung und Stützung der Strangkruste während einer Änderung eines Gießparameters, insbesondere bei einem Verändern der Lage von Kokillenwänden, ermöglicht, wobei während des laufenden Gießbetriebes eine hohe Verstellgeschwindigkeit und eine hohe Betriebssicherheit erreicht werden soll.
  • Nach der Erfindung wird dies in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die Merkmale des An spruchs 1 erreicht. Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand von Anspruch 10. Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 11 bis 13.
  • Mit diesem Verfahren bzw. mit dieser Plattenkokille wird auch während einer Veränderung der Lage der Kokillenwand eine optimale Kühlung und Stützung des Stranges bzw. der noch dünnen Strangkruste bei geringer Reibung erreicht. Dies führt zu einer hohen Wärmeabfuhr mit einem gleichmäßigen Krustenwachstum und zu einer fehlerfreien Strangoberfläche. Durch die hohe mögliche Verstellgeschwindigkeit wird eine Verkürzung von konischen Übergangsstükken am Strang bei gleichzeitig größeren Breitenverstellschritten ermöglicht. Die optimale Kühlung und Stützung der noch dünnen Strangkruste vermindert im weiteren die Durchbruchgefahr ganz wesentlich und ergibt dadurch zusätzlich eine indirekte Leistungssteigerung beim Gießen unterschiedlicher Strangquerschnitte ohne Gießunterbruch. Auch kann ein Verschleiß an den Kokillenwänden vermindert werden.
  • Bei einer Änderung der Strangbreite mit vorangehender Schwenkbewegung erfolgt in der Regel ein Parallelverschieben der verschwenkten Kokillenwand. Zur Erreichung hoher Verstellgeschwindigkeiten der beweglichen Kokillenwand ist es von Vorteil, wenn zusätzlich zur Schwenkbewegung und Biegung auch eine Verschiebebewegung der Kokillenwand überlagert wird.
  • Die momentane geometrische Ausbildung der sich bewegenden Strangkruste kann in Abhängigkeit der Verschwenkgeschwindigkeit bzw. der Bewegungsgeschwindigkeit der Strangkruste mittels einem Rechner vorausbestimmt werden. Solche im voraus bestimmte, gespeicherte Werte werden mit Vorteil zur Steuerung der Biegung der Kokillenwand verwendet. Als Alternative zu dieser rechnerischen Methode kann nach einem weiteren Merkmal die Biegung und die Verschiebegeschwindigkeit aber auch in Abhängigkeit von in Stranglaufrichtung sich folgenden Messungen der Wärmeleistung der Kokillen wand eingestellt werden.
  • Bei einer Errechnung der geometrischen Aus bildung der Strangkruste kann jegliche Ausbauchung vernachlässigt werden. Eine spaltlose Abstützung der Strangkruste kann nach einem weiteren Kennzeichen erreicht werden, wenn die Mittelachsen der Krümmungskreise der gebogenen Kokillenwand quer zur Stranglaufrichtung und parallel zur Kokillenwand verlaufen.
  • Bei Biegebeginn und Biegeende ist es vielfach ausreichend, wenn die Kokillenwand nur über einen Teil ihrer Länge gebogen wird, wobei die Kokillenwand auf einer Seite der quer zur Stranglaufrichtung liegenden Mittelachse gebogen und auf der anderen Seite der Mittelachse schräg zur Stranglaufrichtung gestellt wird.
  • Der Aufbau der biegsamen Kokillenwand kann auf verschiedenen Konstruktionsprinzipien und mit verschiedenen biegsamen Materialien realisiert werden. Eine vorteilhafte Konstruktion ergibt sich, wenn die Kokillenwand aus einer biegsamen Wand und einer starren Stützplatte und die Biegeeinrichtung aus beidseits einer Stützachse angeordneten, unabhängig betätigbaren, mit der Stützplatte verbundenen Bewegungseinrichtungen bestehen. Die biegsame Wand wird mit Vorteil aus einer Kupferplatte und einer biegsamen, nicht metallischen, mit Kühlkanälen versehenen Verbundplatte aufgebaut.
  • Im weiteren empfiehlt die Erfindung, daß die Stützachse als Gelenk zwischen der biegsamen Wand und der starren Stützplatte ausgebildet ist.
  • Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele des Verfahrens und der Plattenkokille zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Dabei zeigt
    • Fig. 1 Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Plattenkokille,
    • Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Schmalseitenwand einer Plattenkokille und
    • Fig.3 Biegelinien einer Schmalseitenwand während einer Schwenk-und Verschiebebewegung.
  • In Fig. 1 sind in einem Rahmen 1 zwei Schmalseitenwände 2, 2' und zwei Breitseitenwände 3, 3' befestigt. Die Schmalseitenwände 2, 2' sind mit Einrichtungen zum Verstellen des Strangquerschnittes in Form von Spindeln 5 und mit einer schematisch dargestellten Einrichtung 7 zum Biegen der Schmalseitenwände 2, 2' versehen. Mit bekannten Kraftgeräten werden die Schmalseitenwände 2, 2' zwischen den Breitseitenwände 3, 3' über angelenkte Stangen 8 festgeklemmt.
  • In Fig.2 ist eine Kokillenwand 20, die beispielsweise als Schmalseitenwand in der Kokille gemäß Fig. 1 verwendet werden könnte, aus einer biegsamen Wand 21 und einer starren Stützplatte 22 aufgebaut. Biegeeinrichtungen 24 sind beidseits einer Stützachse 26 an der starren Stützplatte 22 schwenkbar angeordnet und mit der biegsamen Wand 21 gelenkig verbunden. Die beiden Biegeeinrichtungen 24 bestehen aus unabhängig betätigbaren Schrittmotoren für die Bewegung von Biegespindeln 27. Über eine bekannte Steuereinrichtung 28, die mit einem Rechner 14 verbunden ist, sind mit den Schrittmotoren sehr genaue axiale Bewegungen der Biegespindeln 27 erreichbar.
  • Die Stützachse 26 ist bei dieser Wand als Gelenk zwischen der biegsamen Wand 21 und der starren Stützplatte 22 ausgebildet.
  • Die biegsame Kokillenwand 21 ist aus einer Kupferplatte 30 un aus einer biegsamen, mit Kühlkanälen 31 versehenen Verbundplatte 32 aufgebaut. Sie kann zur Verminderung der Biegekraft aus einem nicht-metallischen Werkstoff bestehen, z. B. aus einem Kunststoff, aus Hartgummi oder einem ähnlichen Werkstoff.
  • Die biegsame Wand 21 kann je nach Art der Schwenkbewegung konvex oder, wie strichpunktiert dargestellt, konkav gebogen werden.
  • Zum Verschwenken und/oder Verschieben der Kokillenwand 20 sind in diesem Beispiel Bewegungseinrichtungen 25, wie Spindeln und mit Spindelmuttern zusammenwirkende Antriebe 12, im Kokillenrahmen 15 vorgesehen. Diese Antriebe 12 sind über Steuereinrichtungen 13 ebenfalls mit dem Rechner 14 elektrisch verbunden. Biege-, Verschwenk- und Parallelbewegungen der Kokillenwand 20 können beliebig miteinander koordiniert ablaufen.
  • Anhand von Fig. 3 soll das Verfahren zum Kühlen und Stützen eines Stranges bzw. einer Strangkruste in einer Plattenkokille während einer Bewegung einer Kokillenwand zur Änderung des Strangquerschnitte erläutert werden. Während einer Abkippbewegung einer Kokillenwand ergibt sich, wie durch eine rechnerische Analyse festgestellt wurde, eine entsprechend der Kippgeschwindigkeit und der Strangausziehgeschwindigkeit leicht gebogene Strangkruste. Mit zunehmendem Kipp- oder Schwenkwinkel vergrößert sich bei gleichbleibender Strangausziehgeschwindigkeit temporär auch die Krümmung der Strangkruste an der Schmalseite des Stranges.
  • Mit 33, 34, 35 und 36 sind vier unterschiedliche Schwenkstellungen einer Kokillenwand um einen Schwenkpunkt 38 angedeutet. Der Schwenkpunkt 38 ist der Einfachheit halber in seiner Lage stationär gewählt worden. Zu jeder Schwenkstellung 33-36 sind mit 33', 34', 35', 36' die diesen Stellungen entsprechenden errechneten Biegelinien, zur besseren Übersicht mit einer vergrößerten Biegung, dargestellt. Entsprechend der momentanen geometrischen Ausbildung der Strangkruste wird der dieser Strangkruste zugeordneten Kokillenwand während der Schwenkbewegung eine Biegung entsprechend den Biegelinien 33'-36' überlagert. Die Schwenkbewegung ist entsprechend den strichpunktierten Schwenkstellungen 33-36 durch 4 Teilschritte dargestellt. Die Biegung verändert sich dabei in kleinen Schritten oder mit Vorteil kontinuierlich.
  • Zusätzlich zur Schwenkbewegung und Biegung kann noch eine Verschiebebewegung in Pfeilrichtung 39 überlagert werden, wie die Wandstellung 37 zeigt. Während der Verschiebebewegung wird in der Regel die Durchbiegung entsprechend der errechneten Krümmung der Strangkruste wieder bis auf Null reduziert.
  • Achsen 40, 40', die das geometrische Zentrum der Krümmungskreise darstellen (nicht maßstabgetreu), aus welchen die Biegekurve der gebogenen Kokillenwand zusammengesetzt ist, verlaufen quer zur Stranglaufrichtung 42 und parallel zur Kokillenwand.
  • Die Biegelinien 33', 34' lassen erkennen, daß die Kokillenwand auch nur über einen Teil ihrer Länge gebogen sein kann. Die Kokillenwand ist dabei auf einer Seite (oberhalb der quer zur Stranglaufrichtung liegenden Mittelachse 43 gebogen und auf der anderen Seite (unterhalb) der Mittelachse schräg zur Stranglaufrichtung 42 verschwenkt.
  • Zur Steuerung der Biegung und der Verschwenkbewegung kann zusätzlich oder alternativ zur rechnerischen Methode mittels in Stranglaufrichtung 42 sich folgenden Messungen der Wärmeleistung der Kokillenwand die Abstützung und Kühlung der Strangkruste überprüft und, wenn nötig, korrigiert werden.
  • Eine Biegung bzw. Biegungsänderung einer Kokillenwand kann auch bei einer Konusverstellung des Formhohlraumes zur Anpassung an sich ändernde Gießparameter wie Gießgeschwindigkeit, Gießtemperatur, Stahlanalyse, Badspiegelhöhe in der Kokille etc. aufgebracht werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Kühlen und Stützen eines Stranges in einer Plattenkokille einer Stahlstranggießanlage während einer Bewegung einer zwischen Kokillenwänden angeordneten Kokillenwand zur Änderung des Strangquerschnittes, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane geometrische Ausbildung der Strangkruste in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit der Kokillenwand (2, 2', 20) und der Bewegungsgeschwindigkeit der Strangkruste gerechnet und der Kokillenwand während der Bewegung die der momentanen geometrischen Ausbildung der dieser Kokillenwand zugeordneten sich bewegenden Strangkruste entsprechende Biegung aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Kokillenwand eine Verschwenkbewegung beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Kokillenwand eine Parallelverschiebung beinhaltet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen der Krümmungskreise (40, 40') der gebogenen Kokillenwand (2, 2', 20) quer zur Stranglaufrichtung (42) und parallel zur Kokillenwand (2, 2', 20) verlaufen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand (2, 2', 20) nur über einen Teil ihrer Länge gebogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand (2, 2', 20) auf einer Seite ihrer quer zur Stranglaufrichtung (42) liegenden Mittelachse (43) gebogen und auf der anderen Seite ihrer Mittelachse (43) schräg zur Stranglaufrichtung (42) gestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegung und die Verschiebebewegung in Abhängigkeit von in Stranglaufrichtung (42) sich folgenden Messungen der Wärmeleistung der Kokillenwand (2, 2', 20) eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand (2, 2', 20) bei einer Schwenkbewegung im Sinne einer Vergrößerung der Gießkonizität der Kokille konvex gebogen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7. dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand (2, 2', 20) bei einer Schwenkbewegung im Sinne einer Verkleinerung der Gießkonizität der Kokille konkav gebogen wird.
10. Plattenkokille nach einem der Ansprüche 1-9 für eine Stahlstranggießanlage; mit Einrichtungen zum Verstellen des Strangquerschnittes. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Kokillenwand (2, 2', 20) eine Einrichtung (7, 24) zum Biegen der Kokillenwand (2, 2', 20) zugeordnet ist und daß die Mittelachsen (40, 40') der Krümmungskreise der Biegelinie (33'-36') quer zur Stranglaufrichtung (42) und parallel zur Kokillenwand (2, 2', 20) verlaufen und die Biegeeinrichtung (7, 24) mit einer Steuereinrichtung (28) verbunden ist, die die momentane geometrische Ausbildung der Strangkruste in Abhängigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit der Kokillenwand (2, 2', 20) und der Bewegungsgeschwindigkeit der Strangkruste rechnet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenwand aus einer biegsamen Wand (21) und einer starren Stützplatte (22) und die Biegeeinrichtung (24) aus beidseits einer Stützachse (26) angeordneten, unabhängig betätigbaren, mit der Stützplatte (22) verbundenen Bewegungseinrichtung (25) bestehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützachse (26) als Gelenk zwischen der biegsamen Wand (21) und der starren Stützplatte (22) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Kokillenwand (21) aus einer Kupferplatte (30) und einer biegsamen, nichtmetallischen, mit Kühlkanälen (31) versehenen Verbundplatte (32) aufgebaut ist.
EP83101009A 1982-02-12 1983-02-03 Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen und Stützen eines Stranges in einer Plattenkokille einer Stahlstranggiessanlage Expired EP0086405B1 (de)

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EP0086405A1 EP0086405A1 (de) 1983-08-24
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