EP0498296B1 - Kokille zum Stranggiessen von Metallen, insbesondere von Stahl - Google Patents

Kokille zum Stranggiessen von Metallen, insbesondere von Stahl Download PDF

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EP0498296B1
EP0498296B1 EP92101506A EP92101506A EP0498296B1 EP 0498296 B1 EP0498296 B1 EP 0498296B1 EP 92101506 A EP92101506 A EP 92101506A EP 92101506 A EP92101506 A EP 92101506A EP 0498296 B1 EP0498296 B1 EP 0498296B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
mould
cross
section
strand
billet
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP92101506A
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English (en)
French (fr)
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EP0498296B2 (de
EP0498296A3 (en
EP0498296A2 (de
Inventor
Franciszek Kawa
Adrian Stilli
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Concast Standard AG
Original Assignee
Concast Standard AG
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Publication date
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Publication of EP0498296A3 publication Critical patent/EP0498296A3/de
Application granted granted Critical
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Publication of EP0498296B2 publication Critical patent/EP0498296B2/de
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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
    • 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
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a mold for the continuous casting of metals, preferably steel, according to the preamble of claim 1 or claim 2.
  • DE-A-3 907 351 describes a mold with a pouring funnel for a thin slab.
  • the two broad sides are provided with bulges on the pouring side of the mold, which are continuously formed back along a partial height of the mold.
  • the cross section of the mold cavity is rectangular and aligned with the desired thin slab cross section.
  • the sole purpose of the two opposite bulges is to create the space required for a dip tube. No bulges and no deformation of the strand shell through the mold walls are provided on the two narrow sides.
  • a mold with a mold cavity open on both sides for continuous casting of a thin strand is known.
  • the circumferential line of the mold cavity cross section on the pouring side can be divided into four circumferential sections.
  • Cross-sectional enlargements in the form of bulges compared to the same cross-section on the strand exit side are provided on two sides of the circumference, which simultaneously form the broad sides of the thin strand cross section.
  • the size of the bulge which corresponds to the arch height in this example, decreases continuously in the direction of the strand and is zero at the mold exit.
  • the narrow side walls diverging in the direction of the strand run on the two other circumferential sections, the narrow sides of this thin slab mold.
  • These narrow sides, which diverge in the direction of the strand, are necessary to solve the task set there, in order to prevent bruises and wrinkles on the broad sides.
  • An improvement or equalization of the cooling over the entire mold circumference and associated improvement of the strand quality with regard to surface and structure cannot be achieved with this mold because the narrow and broad sides have different conicity and therefore cool to different degrees. If the casting speed varies greatly, this different cooling is intensified.
  • An increase in the casting speed is limited by the indefinite cooling conditions on the narrow sides.
  • the strong cooling of the broad sides and the weak cooling of the narrow sides further increase the risk of breakthroughs in the case of widely varying, but especially at high, casting speeds.
  • the invention has for its object to overcome the disadvantages mentioned.
  • deformation of the strand cross section within the mold is intended to achieve cooling of the strand crust that can be measured over the entire circumference, in order to improve the strand quality on the one hand and to increase the casting speed on the other hand.
  • differences in casting speed during a running casting should also be made possible without the disadvantages mentioned, such as strand break and breakthrough.
  • the mold according to the invention it is possible, in the case of billets and small pre-block cross sections, to force cooling that is uniform in all circumferential sections and that can be measured in terms of its intensity within predetermined limits. This can influence the crystallization of the strand crust and improve the strand quality. Skewed edges, surface and structural defects are avoidable.
  • the cross section can further improve the uniformity of cooling along the strand circumference, even at different casting speeds, in the mold according to the invention. The risk of strand breaks or breakthroughs can be significantly reduced at high casting speeds.
  • the bulges of the mold cavity in each section of the circumference on the pouring side each represent curved lines in the mold according to the invention, which have a higher dimensional stability of the mold tube, in particular in the highly heat-exposed bath level area, compared to classic tubular molds. With tube and other molds, this higher dimensional stability improves the dimensional stability of the mold cavity during the service life of the mold on the one hand and the strand quality on the other.
  • the bulge is usually reduced from the pouring side along the mold cavity over a part length or over the entire length of the mold.
  • a curved line can remain in each circumferential section.
  • the mold can also be round or a pre-profile, e.g. in the form of a double-T beam.
  • the difference between the arc length at the bath level and at the mold exit or the chord length at the mold exit is determined and compared with the shrinkage of the strand crust transverse to the direction of the strand.
  • the difference mentioned can be selected by the size of the bulge or the bend height so that it is essentially in agreement with the shrinkage mentioned.
  • the light dimension between opposite circumferential sections of the mold cavity on the pouring side measured in the region of the largest bulge, can be selected to be about 5-15%, preferably at least 5% or 8%, larger than the light dimension between opposite circumferential sections on the strand exit side.
  • the dimension of the arc height can decrease degressively or possibly progressively in the casting direction and can approach zero. According to a further embodiment, the dimension of the arc height can advantageously decrease steadily in the cross-sections following the strand running direction. According to a further exemplary embodiment, the change in the bow height in the strand running direction can also be defined as a degree of taper.
  • the shape and size of the bulge are the same in all sections. The conicity of the bulge changes in size along the circumferential section. According to one embodiment, a taper between 0 and 1% / m and at the center of the peripheral section between 10 and 35% / m can be provided at the two ends of each peripheral section.
  • Another possible variation is the choice of the length or partial length of the mold cavity with bulges.
  • the arc height of the bulge is reduced over the entire length of the mold cavity.
  • An advantageous embodiment provides for a partial length of at least 50% of the mold length. In today's molds of 800 mm length, the partial length is at least 400 mm.
  • the taper in the corners or in the corner areas is greater by a factor of 2 than on the side walls.
  • this fact can lead to jams and strand breaks.
  • the strand cross-sectional shape is deformed according to the invention as it passes through the partial length of the mold cavity and the cooling capacity is controlled in the process.
  • the design of the taper can be freely selected, regardless of the size and degree of taper of the bulge.
  • the corners of the mold cavity are rounded in polygonal strand cross sections. It has proven to be particularly advantageous if the corners of the mold cavity have fillets with a radius of 3 to 8% of the side length of the cross section.
  • the circumferential sections with bulges can be composed of circular lines, curves or of th straight lines.
  • FIG. 1 and 2 show a mold 3 for the continuous casting of polygonal strand cross sections, in the present example of square strand cross sections.
  • An arrow 4 points to a pouring side and an arrow 5 to a strand exit side of the mold 3.
  • the cross sections of a mold cavity 6 have different geometrical shapes on the pouring and strand exit side. 2, the cross-section of the mold cavity 6 on the pouring side 4 between the corners 8-8 "'is provided with cross-sectional enlargements in the form of bulges 9 compared to the strand exit side.
  • An arc height 10 which represents the extent of the bulge , decreases steadily in the strand running direction 11 over a partial length 12 of the mold cavity 6.
  • the mold cavity cross sections in the planes 14 and 15 delimit a Kokiiienteii 13 with a square cross section with fillets 16, as is known in the prior art.
  • a circumferential line 17 shows the mold cavity cross section in the plane 14 and a circumferential line 18 shows the mold cavity cross section in the plane 15.
  • the cross section of the mold cavity 6 is straight on all sides between the corners 8 on the mold exit side.
  • An arrow 2 denotes a peripheral section of the peripheral line of the mold cavity 6.
  • 4 peripheral sections with similar cross-sectional enlargements 7 are provided.
  • a hexagonal, rectangular etc. cross section could also serve as the basic shape.
  • a light dimension 20 between opposite sides of the mold cavity 6 on the pouring side 4 in the area of the largest bulge is 5 to 15% larger than a light dimension 21 between the opposite sides on the strand exit side 5.
  • the light dimension 20 can also be at least 5% or at least 8% larger than the light dimension 22 in the plane 14 at the end of the partial length 12.
  • the arch height 10 of the bulge 9 decreases continuously in the direction of the strand 11 with the following cross sections.
  • the taper of the maximum arc height 10 along a line 24 can be according to the formula are calculated, where Bo denotes the mold width at the top or light dimension 20 in mm, Bu the mold width at the bottom or light dimension 22 in mm, L the decisive length in m and T the conicity (or taper) in% / m. Conicities of 10 - 35% / m can be selected using this formula.
  • the part length 12 in this example is 400 mm or about 50% of the mold length, which measures about 800 mm.
  • FIG. 3 shows height curves 30-33 a corner of a bulged mold cavity 35.
  • the height curve 30 represents the top edge of the mold cavity 35 of the mold 34.
  • the wall thickness of a mold tube is indicated by 36.
  • 33 shows the height curve at the mold exit. Between the curves 30 and 33, the taper can be read out at two intermediate heights. Curves 31 and 32 show the decreasing arc heights of the bulges, which cause the strand crust to deform during casting.
  • the taper of the mold cavity 35 along a diagonal cut along the line 39 is 0-1% / m, preferably 0.1-0.5% / m. A deformation of the strand crust along line 39 is generally not provided.
  • FIG. 4 shows similar height curves 40-43 as in FIG. 3.
  • the main difference lies in the design of the fillet 48 along the diagonal line 49.
  • the fillet 48 has a negative cone in the direction of the strand. In the corner area in the strand running direction, an expansion of the mold cavity is thus provided.
  • the selected arc height of the bulge that has to be deformed back it may be of interest to provide a negative cone at the corners 48 along the diagonal line 49 in order to prevent any jamming of the strand in the mold.
  • the cooling in the edge area of the strand can also be controlled.
  • a negative taper along the diagonal line 49 may also be desirable to accommodate tendon extensions when reshaping bulges that are not compensated for by the shrinkage the.
  • Fig. 5 the bulges are delimited by compound straight lines. Elevation curves 50 - 53 represent a steady decrease in the bulges. In order to ensure that there are no abutting edges in the middle of the bulged sides, a rounding 54 is appropriate.
  • the straight lines run tangentially to a fillet 58. In this example, no taper is provided along the groove 58 in the direction of the strand. In a section along the diagonal 59, the fillet 58 runs essentially parallel to the longitudinal central axis of the mold.
  • the taper of the fillets 38, 48, 58 in FIGS. 3-5 calculations and / or casting tests are necessary.
  • the shrinkage of the strand crust transversely to the direction of the strand running can be calculated at a specific casting speed and compared with the tendon extension.
  • the taper in the corner area can be determined from the difference between the two values. It should be noted that at high casting speeds, i.e. with short dwell time of the strand crust in the mold, the value for the shrinkage is smaller than at low casting speeds.
  • FIGS. 6 and 7 show molds whose mold cavities 60 and 70 are delimited by curved and circular surfaces.
  • Circumferential lines 61, 71 of the mold cavity cross section are each divided into three peripheral sections 62, 72.
  • the number of peripheral sections 62, 72 can be chosen freely, with essentially round molds, as shown in the figures, generally being divided into 3-6 peripheral sections 62, 72.
  • Each peripheral section 62, 72 on the pouring side has a cross-sectional enlargement in the form of a bulge 63, 73 in relation to the strand exit side.
  • the cross-sectional enlargements are represented by bulges delimited by an arc.
  • the dimension of the bulge 63, 73 is represented by arrows 65, 65 ', 65 "and 75, 75' and by their length. This dimension decreases on the partial length of the mold cavity in such a way that the strand cross-sectional shape deforms as it passes through the partial length.
  • the shape and the size of the bulge 63, 73 are the same in all the circumferential sections 62, 72.
  • the conicity of the bulges 63, 73 measured in the direction of the strand run are different in size along the circumferential sections 62, 72.
  • each circumferential section 62, 72 is the taper zero to 1% / m and in the middle 67, 77 of the circumferential sections a taper between 10 - 35% / m is generally provided.
  • the peripheral sections of the successive partial lengths can be offset from one another, preferably offset by half a peripheral section.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggiess von Metallen, vorzugsweise von Stahl, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 oder Anspruch 2.
  • Seit den Anfängen des Stranggiessens mit Durchlaufkokillen hat sich die Fachwelt mit dem Problem der Bildung von Luftspalten zwischen Strangkruste und Kokillenwand unterhalb des Badspiegels befasst. Diese Spaltbildung vermindert den Wärmeübergang zwischen Kokille und Strangkruste ganz wesentlich und verursacht eine ungleichmässige Kühlung der Strangkruste, die zu Strangfehlern, wie Rhomboidität, Risse, Gefügefehler etc., führt. Um über die ganze Kokillenlänge einen möglichst allseitig guten Kontakt der Strangkruste zur Kokillenwand und damit die bestmöglichen Bedingungen für die Wärmeabfuhr zu schaffen, sind viele Vorschläge, wie Schreitbalken (Walking Beams), Kühlmitteleinpressen in den Luftspalt, Kokillenhohlraum mit unterschiedlichen Konizitäten etc., vorgeschlagen worden.
  • Aus der US-PS 4'207'941 ist eine Kokille zum Stranggiessen von Stahlsträngen mit polygonalen, insbesondere mit quadratischen Querschnitten, bekannt. Der Querschnitt des beidseitig offenen Formhohlraumes ist auf der Eingiessseite ein Quadrat mit Eckhohlkehlen und auf der Strangaustrittsseite ein unregelmässiges Zwölfeck. In den Eckbereichen wird zur Eckhohlkehle hin der Giesskonus in Stranglaufrichtung stetig vergrössert, und er ist im Bereich der Hohlkehle auf einer Teillänge der Kokille etwa doppelt so gross wie im Mittelbereich der Kokillenwand. Beim Giessen mit solchen Kokillen können Verklemmungen des Stranges innerhalb der Kokille auftreten, die zu Strangabrissen und Durchbrüchen führen. Auch wird anstelle eines Quadrates ein Zwölfeck gegossen. Insbesondere ist es schwierig, solche Kokillen für unterschiedliche Giessgeschwindigkeiten während eines laufenden Gusses zu dimensionieren, wie sie bei langen Sequenzgüssen mit vielen Pfannenwechseln unvermeidbar sind.
  • In DE-A-3 907 351 wird eine Kokille mit Eingiesstrichter für eine Dünnbramme beschrieben. Die beiden Breitseiten werden auf der Eingiessseite der Kokille mit Ausbauchungen versehen, die entlang einer Teilhöhe der Kokille stetig zurückgeformt werden. Auf der Strangaustrittsseite der Kokille ist der Querschnitt des Formhohlraumes rechteckig und auf den gewünschten Dünnbrammenquerschnitt ausgerichtet. Der alleinige Zweck der beiden gegenüberliegenden Ausbauchungen besteht darin, den erforderlichen Platz für ein Tauchrohr zu schaffen. An den beiden Schmalseiten sind keine Ausbauchungen und auch keine Verformungen der Strangschale durch die Kokillenwände vorgesehen.
  • Aus AT-B-379 093, die den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 bildet, ist eine Kokille mit einem beidseitig offenen Formhohlraum zum Stranggiessen eines Dünnstranges bekannt. Die Umfangslinie des Formhohlraumquerschnittes auf der Eingiessseite kann in vier Umfangsabschnitte aufgeteiltwerden. Auf zwei Umfangsabschnitten, die gleichzeitig die Breitseiten des Dünnstrangquerschnittes bilden, sind auf der Eingiessseite Querschnittsvergrösserungen in der Form von Ausbauchungen gegenüber dem gleichen Querschnitt auf der Strangaustrittsseite vorgesehen. Das Mass der Ausbauchung, das in diesem Beispiel der Bogenhöhe entspricht, verkleinert sich stetig in Stranglaufrichtung und ist am Kokillenausgang null. Auf den beiden anderen Umfangsabschnitten, den Schmalseiten dieser Dünnbrammenkokille, verlaufen, im Gegensatz zu den beiden Breitseiten, die Schmalseitenwände in Stranglaufrichtung divergierend. Diese in Stranglaufrichtung divergierenden Schmalseiten sind zur Lösung der dort gestellten Aufgabe notwendig, um Quetschungen und Faltenbildungen an den Breitseiten zu verhüten. Eine Verbesserung bzw. Vergleichmässigung der Kühlung über den gesamten Kokillenumfang und damit verbunden eine Verbesserung der Strangqualität bezüglich Oberfläche und Gefüge, kann mit dieser Kokille nicht erreicht werden, weil die Schmal- und Breitseiten unterschiedliche Konizitäten aufweisen und dadurch unterschiedlich stark kühlen. Bei stark variierender Giessgeschwindigkeit wird diese unterschiedliche Kühlung noch verstärkt. Eine Steigerung der Giessgeschwindigkeit ist durch die unbestimmten Kühlverhältnisse an den Schmalseiten begrenzt. Die starke Kühlung der Breitseiten und die schwache Kühlung der Schmalseiten erhöhen im weiteren die Gefahr für Durchbrüche sowohl bei stark variierenden, aber insbesondere bei hohen Giessgeschwindigkeiten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll durch Verformung des Strangquerschnittes innerhalb der Kokille eine über den ganzen Umfang bemessbare Kühlung der Strangkruste erreicht werden, um einerseits die Strangqualität zu verbessern und anderseits die Giessgeschwindigkeit zu erhöhen. Es sollen aber auch Giessgeschwindigkeitsunterschiede während eines laufenden Gusses ohne die genannten Nachteile, wie Strangabriss und Durchbruch, ermöglicht werden.
  • Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.
  • Mit der erfindungsgemässen Kokille ist es möglich, bei Knüppeln und kleinen Vorblockquerschnitten eine in allen Umfangsabschnitten gleichmässige und in ihrer Intensität in vorgegebenen Grenzen bemessbare Kühlung aufzuzwingen. Dadurch kann die Kristallisation der Strangkruste beeinflusst und die Strangqualität verbessert werden. Spiesskantigkeit, Oberflächen- und Gefügefehler sind vermeidbar. Durch die gezielte Verformung des Querschnittes kann im weiteren bei der erfindungsgemässen Kokille die Gleichmässigkeit der Kühlung entlang des Strangumfanges, auch bei unterschiedlichen Giessgeschwindigkeiten, verbessert werden. Die Gefahr für Strangabrisse oder Durchbrüche kann bei hohen Giessgeschwindigkeiten wesentlich reduziert werden.
  • Die Ausbauchungen des Formhohlraumes in jedem Abschnitt des Umfanges auf der Eingiessseite stellen bei der erfindungsgemässen Koki lle jewei ls Bogenlinien dar, die gegenüber klassischen Rohrkoki llen eine höhere Formstabilität des Kokillenrohres, insbesondere im hoch wärmebelasteten Badspiegelbereich, aufweisen. Diese höhere Formstabilität verbessert bei Rohr- und anderen Kokillen einerseits die Masshaltigkeit des Formhohlraumes während der Standzeit der Kokille und anderseits die Strangqualität.
  • Die Ausbauchung wird in der Regel von der Eingiessseite entlang des Formhohlraumes auf einer Tei llänge oder auf der ganzen Länge der Kokille vermindert. Am Kokillenausgang kann beispielsweise noch eine Bogenlinie in jedem Umfangsabschnitt verbleiben. Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich vorgeschlagen, den Querschnitt des Formhohlraumes auf der Kokillenaustrittsseite allseitig zwischen Ecken geradlinig vorzusehen. Am Kokillenausgang kann die Kokille auch rund sein oder ein Vorprofil, z.B. die Form eines Doppel-T-Trägers, aufweisen.
  • Bei der Dimensionierung der Ausbauchung bzw. der Bogenhöhe ist zu beachten, dass auch bei kurzen Verweilzeiten der Strangkruste in der Kokille, d.h. bei hohen Giessgeschwindigkeiten, keine Verklemmung des Stranges in den Grenzbereichen von zwei zusammenstossenden Umfangsabschnitten, z.B. in den Ecken, stattfinden kann. Zu diesem Zweck wird die Differenz zwischen der Bogenlänge auf der Badspiegelhöhe und am Kokillenausgang bzw. der Sehnenlänge am Kokillenausgang bestimmt und mit der Schwindung der Strangkruste quer zur Stranglaufrichtung verglichen. Die genannte Differenz kann durch das Mass der Ausbauchung bzw. der Bogenhöhe so gewählt werden, dass sie mit der genannten Schwindung im wesentlichen in Uebereinstimmung ist. Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann das Lichtmass zwischen gegenüberliegenden Umfangsabschnitten des Formhohlraumes auf der Eingiessseite, im Bereich der grössten Ausbauchung gemessen, etwa 5 - 15 %, vorzugsweise mindestens 5 % bzw. 8 %, grösser als das Lichtmass zwischen gegenüberliegenden Umfangsabschnitten auf der Strangaustrittsseite gewählt werden.
  • Das Mass der Bogenhöhe kann sich in Giessrichtung degressiv oder eventuell progressiv verkürzen und auf Null zusteuern. Nach einer weiteren Ausführungsform kann das Mass der Bogenhöhe sich in Stranglaufrichtung folgenden Querschnitten mit Vorteil stetig abnehmen. Die Veränderung der Bogenhöhe in Stranglaufrichtung kann gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel auch als Konizitätsgrad festgelegt werden. Die Form und das Mass der Ausbauchung sind in allen Abschnitten gleich. Die Konizitäten der Ausbauchung verändern sich entlang dem Umfangsabschnitt in ihrer Grösse. Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann an den beiden Enden jedes Umfangsabschnittes eine Konizität zwischen 0 und 1 %/m und in der Mitte des Umfangsabschnittes eine solche zwischen 10 und 35 %/m vorgesehen werden.
  • Eine weitere Variationsmöglichkeit ist die Wahl der Länge bzw. Teillänge des Formhohlraumes mit Ausbauchungen. Es ist grundsätzlich möglich, dass sich die Bogenhöhe der Ausbauchung über die gesamte Formhohlraumlänge reduziert. Es sind aber auch nur Teillängen denkbar. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht eine Teillänge von mindestens 50 % der Kokillenlänge vor. Bei heute üblichen Kokillen von 800 mm Länge beträgt die Teillänge mindestens 400 mm.
  • Bei rechteckigen konischen Kokillen gemäss Stand der Technik ist die Konizität in den Ecken bzw. in den Eckbereichen um den Faktor Wurzel 2 grösser als an den Seitenwänden. Diese Tatsache kann bei solchen Kokillen, deren Konizitätsgrad das übliche Mass von 0,9 - 1,2 %/m überschreitet, zu Verklemmungen und Strangabrissen führen. Anstelle der konisch angeordneten Wände der im Stand der Technik bekannten Kokillen wird gemäss der Erfindung die Strangquerschnittsform beim Durchlauf durch die Teillänge des Kokillenhohlraumes verformt und dabei die Kühlleistung gesteuert. Im Grenzbereich von zwei zusammenstossenden Umfangsabschnitten bzw. in den Ecken des Formhohlraumes ist die Gestaltung der Konizität unabhängig vom Mass und vom Konizitätsgrad der Ausbauchung frei wählbar. Dies erlaubt erstmals Kokillen zu bauen, deren Konizität in den Ecken bzw. Eckbereichen unabhängig von der Konizität und der Form der ausgebauchten Seitenflächen gewählt werden kann. Es ist beispielsweise möglich, die Konizität in den Ecken je nach dem Mass der Rückverformung der Ausbauchung, der Schrumpfung der Strangkruste etc. positiv, neutral oder negativ zu gestalten.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, die über die Diagonale gemessene Konizität auf der Teillänge mit Ausbauchungen in einer Grössenordnung zwischen 0 - 1 %/m, bzw. zwischen 0 - 0,5 %/m, vorzusehen.
  • Aus verschiedenen bekannten Gründen werden bei polygonalen Strangquerschnitten die Ecken des Formhohlraumes abgerundet. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ecken des Formhohlraumes Hohlkehlen mit einem Radius von 3 - 8 % der Seitenlänge des Querschnittes aufweisen.
  • Die Umfangsabschnitte mit Ausbauchungen können von Kreislinien, Kurven oder von zusammengesetzten geraden Linien begrenzt sein.
  • Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1: Einen Längsschnitt durch eine Rohrkokille nach der Linie I-I von Fig. 2,
    • Fig. 2: eine Draufsicht auf die Kokille gemäss Fig. 1,
    • Fig. 3: eine Draufsicht auf ein Beispiel einer Ecke eines ausgebauchten Formhohlraumes mit vier Höhenkurven,
    • Fig. 4: eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel einer Ecke eines ausgebauchten Formhohlraumes mit vier Höhenkurven,
    • Fig. 5: eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines halben Formhohlraumes mit vier Höhenkurven,
    • Fig. 6: eine Draufsicht auf eine runde Kokille und
    • Fig. 7: eine Draufsicht auf eine Kokille, deren Formhohlraum durch Bogenlinien begrenzt ist.
  • In Fig. 1 und 2 ist eine Kokille 3 zum Stranggiessen von polygonalen Strangquerschnitten, im vorliegenden Beispiel von quadratischen Strangquerschnitten, dargestellt. Ein Pfeil 4 zeigt auf eine Eingiessseite und ein Pfeil 5 auf eine Strangaustrittsseite der Kokille 3. Die Querschnitte eines Formhohlraumes 6 weisen auf der Eingiess- und Strangaustrittsseite unterschiedliche geometrische Formen auf. Wie am besten in Fig. 2 erkennbar, ist der Querschnitt des Formhohlraumes 6 auf der Eingiessseite 4 zwischen den Ecken 8 - 8"' mit Querschnittsvergrösserungen gegenüber der Strangaustrittsseite in der Form von Ausbauchungen 9 versehen. Eine Bogenhöhe 10, die das Mass der Ausbauchung darstellt, nimmt in Stranglaufrichtung 11 auf einer Teillänge 12 des Formhohlraumes 6 stetig ab. Die Formhohlraumquerschnitte in den Ebenen 14 und 15 begrenzen einen Kokiiienteii 13 mit quadratischem Querschnitt mit Hohlkehlen 16, wie im Stand der Technik bekannt.
  • Eine Umfangslinie 17 zeigt den Formhohlraumquerschnitt in der Ebene 14 und eine Umfangslinie 18 den Formhohlraumquerschnitt in der Ebene 15. Der Querschnitt des Formhohlraumes 6 ist auf der Kokillenaustrittsseite allseitig zwischen den Ecken 8 geradlinig. Mit einem Pfeil 2 ist ein Umfangsabschnitt der Umfangslinie des Formhohlraumes 6 bezeichnet. Bei dieser Kokille sind 4 Umfangsabschnitte mit gleichartigen Querschnittsvergrösserungen 7 vorgesehen. Anstelle der quadratischen Grundform des Formhohlraumes 6 könnte auch ein sechseckiger, rechteckiger etc. Querschnitt als Grundform dienen.
  • Ein Lichtmass 20 zwischen gegenüberliegenden Seiten des Formhohlraumes 6 auf der Eingiessseite 4 im Bereich der grössten Ausbauchung ist gegenüber einem Lichtmass 21 zwischen den gegenüberliegenden Seiten auf der Strangaustrittsseite 5 um 5 - 15 % grösser. Das Lichtmass 20 kann, anders ausgedrückt, auch mindestens 5 % bzw. mindestens 8 % grösser als das Lichtmass 22 in der Ebene 14 am Ende der Teillänge 12 sein.
  • Die Bogenhöhe 10 der Ausbauchung 9 nimmt in Stranglaufrichtung 11 bei sich folgenden Querschnitten stetig ab. Die Konizität der maximalen Bogenhöhe 10 entlang einer Linie 24 kann nach der Formel
    Figure imgb0001
    berechnet werden, wobei Bo die Kokillenbreite oben oder Lichtmass 20 in mm, Bu die Kokillenbreite unten oder Lichtmass 22 in mm, L die massgebende Länge in m und T die Konizität (oder Taper) in %/m bezeichnet. Nach dieser Formel gerechnet können Konizitäten von 10 - 35 %/m gewählt werden.
  • Die Teillänge 12 ist in diesem Beispiel 400 mm oder etwa 50 % der Kokillenlänge, die etwa 800 mm misst.
  • In Fig. 3 zeigen Höhenkurven 30 - 33 eine Ecke eines ausgebauchten Formhohlraumes 35. Die Höhenkurve 30 stellt die oberste Kante des Formhohlraumes 35 der Kokille 34 dar. Mit 36 ist die Wandstärke eines Kokillenrohres angedeutet. 33 zeigt die Höhenkurve am Kokillenausgang. Zwischen den Kurven 30 und 33 kann die Konizität auf zwei Zwischenhöhen herausgelesen werden. Kurven 31 und 32 zeigen die abnehmenden Bogenhöhen der Ausbauchungen, die während des Giessens eine Verformung der Strangkruste verursachen. Im Bereich der Hohlkehle 38 ist die Konizität des Formhohlraumes 35 entlang einem Diagonalschnitt nach der Linie 39 0 - 1 %/m, vorzugsweise 0,1 - 0,5 %/m. Eine Verformung der Strangkruste entlang der Linie 39 ist in der Regel nicht vorgesehen.
  • In Fig. 4 sind ähnliche Höhenkurven 40 - 43 wie in Fig. 3 dargestellt. Der wesentliche Unterschied liegt in der Gestaltung der Hohlkehle 48 entlang der Diagonallinie 49. Die Hohlkehle 48 weist in Stranglaufrichtung einen negativen Konus auf. Im Eckbereich ist in Stranglaufrichtung somit eine Formhohlraumerweiterung vorgesehen. Je nach Format des Stranges, gewählter Bogenhöhe der Ausbauchung, die zurückverformt werden muss, kann es von Interesse sein, einen negativen Konus an den Ecken 48 entlang der Diagonallinie 49 vorzusehen, um jegliches Verklemmen des Stranges in der Kokille auszuschalten. Je nach der geometrischen Ausbildung des Eckbereiches kann zusätzlich die Kühlung im Kantenbereich des Stranges gesteuert werden. Ein negativer Konus entlang der Diagonallinie 49 kann auch erwünscht sein, um Sehnenverlängerungen beim Zurückverformen von starken Ausbauchungen aufzufangen, die durch die Schwindung nicht kompensiert werden.
  • In Fig. 5 sind die Ausbauchungen durch zusammengesetzte gerade Linien begrenzt. Höhenkurven 50 - 53 stellen eine stetige Abnahme der Ausbauchungen dar. Damit in der Mitte der ausgebauchten Seiten keine Stosskante entsteht, ist eine Abrundung 54 angebracht. Die geraden Linien laufen tangential auf eine Hohlkehle 58 zu. In diesem Beispiel ist entlang der Hohlkehle 58 in Stranglaufrichtung keine Konizität vorgesehen. In einem Schnitt entlang der Diagonale 59 verläuft die Hohlkehle 58 im wesentlichen parallel zur Längsmittelachse der Kokille.
  • Zur Bestimmung der Konizität der Hohlkehlen 38, 48, 58 in den Fig. 3 - 5 sind Berechnungen und/oder Giessversuche notwendig. Auf der Teillänge der Kokille verlängert sich bei abnehmender Bogenhöhe der Ausbauchung einerseits die jedem Kreisbogen zugehörige Sehne. Anderseits kann die Schwindung der Strangkruste quer zur Stranglaufrichtung bei einer bestimmten Giessgeschwindigkeit berechnet und mit der Sehnenverlängerung verglichen werden. Aus der Differenz beider Werte kann die Konizität im Eckbereich festgelegt werden. Es ist dabei zu beachten, dass bei hohen Giessgeschwindigkeiten, d.h. bei kurzer Verweilzeit der Strangkruste in der Kokille, der Wert für die Schwindung kleiner ist als bei niedrigen Giessgeschwindigkeiten.
  • In Fig. 6 und 7 sind Kokillen dargestellt, deren Formhohlräume 60 bzw. 70 durch kurven- und kreisförmige Flächen begrenzt sind. Umfangslinien 61,71 des Formhohiraumquerschnittes sind in je drei Umfangsabschnitte 62, 72 unterteilt. Die Anzahl der Umfangsabschnitte 62, 72 kann frei gewählt werden, wobei im wesentlichen runde Kokillen, wie in den Figuren dargestellt, in der Regel in 3 - 6 Umfangsabschnitte 62, 72 unterteilt sind. Jeder Umfangsabschnitt 62, 72 auf der Eingiessseite weist gegenüber der Strangaustrittsseite eine Querschnittsvergrösserung in der Form einer Ausbauchung 63, 73 auf. In diesen Beispielen sind die Querschnittsvergrösserungen durch bogenförmig begrenzte Ausbauchungen dargestellt. Durch Pfeile 65,65', 65" und 75, 75' und durch deren Länge ist das Mass der Ausbauchung 63, 73 dargestellt. Dieses Mass verkleinert sich auf der Teillänge des Kokillenhohlraumes derart, dass sich die Strangquerschnittsform beim Durchlauf durch die Teillänge verformt. Die Form und das Mass der Ausbauchung 63, 73 ist in allen Umfangsabschnitten 62, 72 gleich. In Stranglaufrichtung gemessene Konizitäten der Ausbauchungen 63, 73 sind entlang der Umfangsabschnitte 62, 72 in ihrer Grösse unterschiedlich. An den beiden Enden 66, 66', 76, 76' jedes Umfangsabschnittes 62, 72 ist die Konizität Null bis 1 %/m und in der Mitte 67, 77 der Umfangsabschnitte ist in der Regel eine Konizität zwischen 10 - 35 %/m vorgesehen.
  • Bei im wesentlichen runden Formhohlraumquerschnitten ist es auch möglich, den Strang in zwei Teillängen, die unmittelbar einander folgen oder eine Zwischenzone zwischen den Teillängen aufweist, zu verformen. Bei solchen Kokillen können die Umfangsabschnitte der einander sich folgenden Teillängen gegeneinander versetzt, vorzugsweise um einen halben Umfangsabschnitt versetzt, angeordnet werden.
  • Um lange Standzeiten solcher Kokillen zu erreichen, oder um die Strangoberfläche zu verbessern, können alle im Stand derTechnik bekannten Massnahmen zur Reibungsverminderung, wie Schmierung, Oberflächenbehandlung, Ueberzüge, Materialwahl der Kokille etc., angewendet werden.
  • Alle Figuren zeigen zu einer besseren Uebersicht gerade Rohrkokillen. Die Erfindung ist aber auch auf Bogenkokillen sowie auf Block-, Plattenkokillen etc. anwendbar.

Claims (11)

1. Kokille zum Stranggiessen von Metallen, Vorzugsweise von Stahl, mit einem beidseitig offenen Formhohlraum (60, 70), der am eingiessseitigen Ende der Kokille entlang einer Umfangslinie (61, 71) des Formhohlraumquerschnittes mindestens zwei Umfangsabschnitte (62, 72) aufweist, die je eine Querschnittsvergrösserung des Formhohlraumes gegenüber den gleichen Umfangsabschnitten des Formhohlraumquerschnittes am strangaustrittsseitigen Ende der Kokille in der Form von Ausbauchungen begrenzen, und sich Bogenhöhen der Ausbauchungen (63, 73) in Stranglaufrichtung derart verkleinern, dass sich während des Giessbetriebes eine im Formhohlraum (60, 70) bildende Strangschale beim Durchlauf durch den Formhohlraum (60, 70) entlang der Umfangsabschnitte verformt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingiessseite die Umfangslinie (61, 71) eines etwa runden Formhohlraumquerschnittes in mindestens drei, im wesentlichen gleich grosse Umfangsabschnitte (62, 72) unterteilt ist und jeder dieser Umfangsabschnitte (62, 72) auf der Eingiessseite die Querschnittsvergrösserung des Formhohlraumes als Ausbauchung aufweist und die Bogenhöhen der Ausbauchungen (63, 73) sich auf allen Umfangsabschnitten in Stranglaufrichtung mindestens entlang einer Teiiiänge des Formhohlraumes (60, 70) verkleinern.
2. Kokille zum Stranggiessen von polygonalen, vorzugsweise vier- oder sechseckigen Stahlsträngen, mit einem beidseitig offenen Formhohlraum (6), deram eingiessseitigen Ende (4) der Kokille (3) entlang einer Umfangslinie des Formhohlraumquerschnittes zwischen Ecken des Formhohlraumes (6) mindestens zwei Umfangsabschnitte (2) aufweist, die je eine Querschnittsvergrösserung (7) des Formhohlraumes gegenüber den gleichen Umfangsabschnitten des Formhohlraumquerschnittes am strangaustrittsseitigen Ende (5) der Kokille in der Form von Ausbauchungen (9) begrenzen, und sich Bogenhöhen der Ausbauchungen (10) in Stranglaufrichtung (11) derart verkleinern, dass sich während des Giessbetriebes eine im Formhohlraum (6) bildende Strangschale beim Durchlauf durch den Formhohlraum (6) entlang der Umfangsabschnitte verformt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingiessseite die Umfangslinie des polygonalen Formhohlraumquerschnittes zwischen allen Ecken (8 - 8"') Umfangsabschnitte (2) mit Querschnittsvergrösserungen (7) des Formhohlraumes (6) in der Form von Ausbauchungen (9) aufweisen und die Bogenhöhen (10) der Ausbauchungen sich auf allen Umfangsabschnitten in Stranglaufrichtung (11) mindestens entlang einer Teillänge (12) des Formhohlraumes (6) verkleinern.
3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und die Masse der Ausbauchungen (9, 63, 73) entlang aller Umfangsabschnitte (2, 62, 63) gleich sind.
4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass entlang dem Umfangsabschnitt (2, 62, 63) in Stranglaufrichtung (11) gemessene Konizitäten der Ausbauchungen (9, 63, 73) in ihrer Grösse unterschiedlich sind, vorzugsweise an den beiden Enden (66, 66', 76, 76') jedes Umfangsabschnittes (62, 72) eine Konizität zwischen 0 und 1 %/m und in der Mitte (67, 77) des Umfangsabschnittes (62, 72) eine solche zwischen 10 - 35 %/m vorgesehen ist.
5. Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraumquerschnitt auf der Strangaustrittsseite ein Vorprofil, vorzugsweise die Form eines Doppel-T-Trägers, aufweist.
6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsvergrösserung in jedem Umfangsabschnitt (62, 72) von einem Kreisabschnitt (63, 73) begrenzt ist.
7. Kokille nach einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmass (20) zwischen gegenüberliegenden Umfangsabschnitten auf der Eingiessseite (4), im Bereich der grössten Ausbauchung (9) gemessen, etwa 5 - 15 %, vorzugsweise mindestens 5 % bzw. 8 %, grösser ist, als das Lichtmass (21) zwischen den gleichen Umfangsabschnitten auf der Strangaustrittsseite (5).
8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teillänge (12) mindestens 50 % der Kokillenlänge beträgt.
9. Kokille nach einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem viereckigen Querschnitt die über einen Diagonalschnitt gemessene Konizität 0 - 1 %/m, vorzugsweise 0,1 - 0,5 %/m, beträgt.
10. Kokille nach einem der Ansprüche 2 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken (8, 8"') des Formhohlraumes (6, 35) Hohlkehlen (16, 38, 48, 58) mit einem Radius von 3 - 8 % der Seitenlänge des Querschnittes aufweisen.
11. Kokille nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität entlang der Teillänge (12) im Grenzbereich von zwei zusammenstossenden Umfangsabschnitten (62, 72) mit Querschnittsvergrösserungen aus der geometrischen Berechnung der Umfangslänge und der Schwindungsberechnung der Strangschale quer zur Stranglänge bestimmt ist.
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