EP0904873B2 - Trichtergeometrie einer Kokille zum Stranggiessen von Metall - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a mold for the continuous casting of metal with a cooled Breitrate- and narrow side walls having funnel-shaped in the casting direction to the format of the cast strand tapered Eingello Symposium.
- the dimensions of the pouring area are determined essentially by the cross section of the strand to be cast, the dimensions of the pouring tube and its immersion depth in the melt.
- the strand shell Due to the funnel-shaped shaping of the broad side walls not only a taper, but also a change in shape of the strand cross-section takes place in the casting direction. As a result, in contrast to a conventional continuous casting mold with flat walls, the strand shell is forced through additional deformations when passing through a funnel mold. In order to prevent the formation of surface defects of the cast product, these additional deformations must not exceed a certain limit, so that the strand shell is not overloaded and ensures a uniform over the strand cross-section heat dissipation.
- the EP 0 268 910 B1 proposes that the strand shell, which is still thin below the casting level, be guided without deformation, in that the broad side walls run essentially parallel to one another in a first section in the pouring region and are returned to the thickness of the casting format in an adjoining section, the first section reaching below the first in the casting operation to be set Gitty Spiegelebene in the range of the first strand shell formation ranges.
- the entire strain imposed by the mold on the strand which is required for the reduction of the strand to the thickness of the casting mold, extends to the subsequent section, which is formed by inclined or curved surfaces or combination thereof.
- the EP 0 552 501 A2 discloses a mold for continuous casting of steel strip, in which the wide side walls form a funnel-shaped Eingello Scheme which is reduced to the narrow side walls and in the casting direction on the format of the cast strip.
- the curvature of the funnel-shaped Eingello Schemees is determined by lateral arcs and at tangent points with these associated central circular arcs.
- the radii of the lateral arcs are formed in a constant at least 100 mm from the mold top edge downwardly extending portion.
- the DE 39 07 351 A1 discloses a proposal to form the pouring funnel of a mold so that the deformation of the metal casting is distributed over a maximum distance and constrictions and cracks in the strand shell of Metallg screensstranges be avoided. This is achieved in that the contour of the inner wall of the pouring funnel is formed in the strand passage direction by three tangentially touching circular arcs whose radii, gradually increasing in strand passage direction, pass into the contour of the inner wall of the mold. The most uniform possible distribution of the change in shape of the strand shell in such a molded Eing man Silverbrook is achieved in that increase their radii in the strand passage direction with the same or unequal factor.
- the present invention seeks to provide a further funnel geometry of a mold, by which friction and wear between strand shell and mold walls even better reduced and especially in the strand shell formation of a relatively high shrinkage prone steel an even clearer reduction of error the slab surface is realized as a result of a uniform as possible adjustment of the change in shape.
- the invention is based on the finding that in the pouring region the change in length of the mold contour caused by the transition from a horizon to an underlying horizon has a maximum on each horizon and that this maximum is an above-average local deformation or increased tendency to local gap formation between strand and mold wall equivalent. It follows that the Eing sheet Silverbrook has at least a maximum of the change in length of the horizontal Kokillenkontur and that the most uniform distribution of the change in shape over the Eing devis Anlagen is achieved in that this maximum is minimized.
- the inner contours of the broad side walls in the casting direction from top to bottom at least two points with the property that they determine a straight line along which the inner contours of these broad side walls with at least one concave and are formed at least a convex portion of any sequence.
- the inner contours of the broad side walls along a straight line drawn from the upper mold edge to Kokillenunterkante straight in the casting direction from top to bottom are formed with at least one concave portion and at least one convex portion.
- the object is achieved with the invention also in that in the funnel area, the inner contours of the broad side walls along a top edge and the beginning of the lower vertical portion of the broad side walls connecting straight lines in the casting direction from top to bottom with at least one concave portion and at least one convex portion are formed.
- concave sections and convex sections of the broad side walls can merge into one another directly.
- each of the concave sections or the convex sections of the broad side walls may advantageously have both a constant as well as a variable curvature in the course thereof.
- An embodiment of the invention provides that the inner contours of the broad side walls on the concave or on the convex portions have a circular arc shape or a trigonometric, for example, a sinusoidal shape.
- funnel geometry results from the measure that the curvatures of the individual sections of the broad side walls are formed with such radii that the largest local change in length delta max (% / m) at the transition from a horizon to an underlying horizon four times the value over the funnel area without taking account of parallel-walled sections averaged local length changes, in particular a value of 2.0% / m does not exceed.
- the invention provides a use of the claimed mold for the continuous casting of relatively to extremely high shrinkage prone to peritectic carbon steels and austenitic stainless steels.
- Fig. 1 three different funnel contours of the broad side wall of a mold have a funnel-shaped in the casting direction to the format of the cast strand tapered Eingello Club A or a funnel-shaped in the casting direction to the format of the cast strand tapered Eingello Club B and a subsequent substantially parallelwandigen area C.
- This Kokillen Scheme or Kokillenaustritt must not have parallel exit surfaces or exit edges.
- the lower mold area or the lower Kokillenauscher may well have a small curvature of 1 to 15 mm per broad side wall in the central region.
- the funnel contours of the broad side walls 4 are formed from top to bottom along a straight line connecting the upper mold edge 1 and the lower mold edge 3, first with a concave portion a and subsequently with a convex portion b. It can be seen that the inner contour 4 of the broad side walls has a sinusoidal profile over the sections a and b.
- the funnel contours of the broad side walls 4 'and 4''along a top edge 1 and the beginning of the parallel-walled area 2 connecting straight line from top to bottom first with a concave section a' and a '' and then with a convex portion b 'and b''andc''formed.
- the inner contours 4 'and 4 "of the broad side walls have a sinusoidal profile over the sections a' and b 'or a" and b ".
- Fig. 1 also shows that the convex portion b '' with a terminal lower circular arc c '' in the parallel-walled portion d '' merges with a steady course.
- Essential for the funnel geometry is also the measure that each of the concave sections a, a 'and a''and the convex sections b, b' and b '' both a constant in their course, as well as have a variable curvature.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich.
- Die Abmessungen des Eingießbereichs werden im wesentlichen durch den Querschnitt des zu vergießenden Stranges, die Abmessungen des Gießrohres und dessen Eintauchtiefe in die Schmelze bestimmt.
- Aufgrund der trichterförmigen Formgebung der Breitseitenwände findet in Gießrichtung nicht nur eine Verjüngung, sondern auch eine Formänderung des Strangquerschnittes statt. Infolgedessen werden der Strangschale beim Durchlaufen einer Trichterkokille im Gegensatz zu einer herkömmlichen Stranggießkokille mit ebenen Wänden zusätzliche Verformungen aufgezwungen. Um die Entstehung von Oberflächenfehlern des Gußproduktes zu vermeiden, dürfen diese zusätzlichen Verformungen einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, damit die Strangschale nicht überlastet wird und eine über den Strangquerschnitt gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet bleibt.
- Die
EP 0 268 910 B1 schlägt vor, die unterhalb des Gießspiegels noch dünne Strangschale verformungsfrei zu führen, indem die Breitseitenwände im Eingießbereich in einem ersten Abschnitt im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in einem sich daran anschließenden Abschnitt auf die Dicke des Gießformates zurückgeführt werden, wobei der erste Abschnitt bis unterhalb der beim Gießbetrieb einzustellenden Gießspiegelebene in den Bereich der ersten Strangschalenbildung reicht. Die gesamte dem Strang von der Kokille auferlegte Formänderung, welche für die Reduzierung des Stranges auf die Dicke des Gießformates erforderlich ist, erstreckt sich auf den anschließenden Abschnitt, der durch geneigte oder gewölbte Flächen oder Kombination derselben gebildet wird. - Die
EP 0 552 501 A2 offenbart eine Kokille zum Stranggießen von Stahlband, bei der die Breitseitenwände einen trichterförmigen Eingießbereich bilden, der zu den Schmalseitenwänden und in Gießrichtung auf das Format des gegossenen Bandes reduziert ist. Die Wölbung des trichterförmigen Eingießbereiches ist durch seitliche Kreisbögen und an Tangentenpunkten mit diesen verbundene mittlere Kreisbögen bestimmt. Zur Reibungs- und Verschleißminderung und Reduzierung der Zug- und Biegebeanspruchungen der Strangschale sind die Radien der seitlichen Kreisbögen in einem mindestens 100 mm von der Kokillenoberkante abwärts reichenden Abschnitt gleichbleibend ausgebildet. - Die
DE 39 07 351 A1 offenbart einen Vorschlag, den Eingießtrichter einer Kokille so auszubilden, daß die Verformung des Metallgießstranges auf eine größtmögliche Streckenlänge verteilt wird und Einschnürungen sowie Rißbildungen in der Strangschale des Metallgießstranges vermieden werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kontur der Innenwandung des Eingießtrichters in Strangdurchlaufrichtung durch drei sich tangential berührende Kreisbögen gebildet wird, deren Radien, in Strangdurchlaufrichtung allmählich größer werdend, in die Kontur der Innenwandung der Kokille übergehen. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Formänderung der Strangschale in einem derart geformten Eingießbereich wird dadurch erreicht, daß deren Radien in Strangdurchlaufrichtung mit gleichem oder ungleichem Faktor zunehmen. - Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Trichtergeometrie einer Kokille anzugeben, durch welche Reibung und Verschleiß zwischen Strangschale und Kokillenwänden noch besser vermindert und insbesondere bei der Strangschalenbildung eines zu vergleichsweise hoher Schrumpfung neigenden Stahles eine noch deutlichere Verringerung des Fehlerbefalls der Brammenoberfläche infolge einer möglichst gleichmäßigen Einstellung der Formänderung verwirklicht wird.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Eingießbereich die durch den Übergang von einem Horizont auf einen darunterliegenden Horizont bedingte Längenänderung der Kokillenkontur auf jedem Horizont ein Maximum aufweist und daß diesem Maximum eine überdurchschnittliche lokale Verformung bzw. verstärkte Neigung zur lokalen Spaltbildung zwischen Strang und Kokillenwand entspricht. Daraus geht hervor, daß der Eingießbereich mindestens ein Maximum der Längenänderung der horizontalen Kokillenkontur aufweist und daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Formänderung über den Eingießbereich dadurch erzielt wird, daß dieses Maximum möglichst gering ist.
- Die Aufgabe wird durch eine Kokille gemäß Anspruch 1 und deren Verwendung gemäß Anspruch 7 gelöst.
- Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung dadurch, daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände in Gießrichtung von oben nach unten wenigstens je zwei Punkte mit der Eigenschaft aufweisen, daß sie eine Gerade bestimmen, entlang derer die Innenkonturen dieser Breitseitenwände mit wenigstens einem konkaven und mit wenigstens einem konvexen Abschnitt beliebiger Abfolge ausgebildet sind.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang einer von der Kokillenoberkante bis zur Kokillenunterkante gezogenen Geraden in der Gießrichtung von oben nach unten mit wenigstens einem konkaven Abschnitt und mit wenigstens einem konvexen Abschnitt ausgebildet sind.
- Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung auch dadurch, daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante und den Beginn des unteren vertikalen Abschnitts der Breitseitenwände verbindenden Geraden in Gießrichtung von oben nach unten mit wenigstens einem konkaven Abschnitt und mit wenigstens einem konvexen Abschnitt ausgebildet sind.
- Dabei können mit Vorteil konkave Abschnitte und konvexe Abschnitte der Breitseitenwände unmittelbar ineinander übergehen.
- Vorteilhaft ist auch, dass in Gießrichtung von oben nach unten zuerst der konkave Abschnitt und dann der konvexe Abschnitt bis zum Kokillenaustritt angeordnet sind.
- Dabei kann mit Vorteil jeder der konkaven Abschnitte bzw. der konvexen Abschnitte der Breitseitenwände sowohl eine in deren Verlauf gleichbleibende als auch eine veränderliche Krümmung aufweisen.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Innenkonturen der Breitseitenwände über die konkaven bzw. über die konvexen Abschnitte einen kreisbogenförmigen Verlauf oder einen trigonometrischen, beispielsweise einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
- Wenn der untere Abschnitt der Kokille einen parallelwandigen Bereich aufweist, wird ein besonders reibungsfreier Übergang zwischen Trichterbereich und anschließendem parallelwandigem Bereich dadurch verwirklicht, daß der untere konvexe oder konkave Bereich mit einem endständigen unteren Kreisbogen in den geradlinigen Bereich mit einem stetigen Verlauf übergeht.
- Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung der Trichtergeometrie ergibt sich durch die Maßnahme, daß die Krümmungen der einzelnen Abschnitte der Breitseitenwände mit solchen Radien ausgebildet sind, daß die größte lokale Längenänderung Deltamax (%/m) beim Übergang von einem Horizont auf einen darunterliegenden Horizont den vierfachen Wert der über den Trichterbereich ohne.Berücksichtigung von parallelwandigen Abschnitten gemittelten lokalen Längenänderungen, insbesondere einen Wert von 2,0 %/m nicht übersteigt.
- Und schließlich sieht die Erfindung eine Verwendung der beanspruchten Kokille für das Stranggießen von vergleichsweise zu extrem hoher Schrumpfung neigenden peritektischen Kohlenstoffstählen und austenitischen nichtrostenden Stählen vor.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Längenänderungen der Innenkontur einer Kokille in unterschiedlichen Horizonten des Eingießbereichs durch deren Darstellung in den dreidimensionalen Diagrammen.
- Es zeigen:
- Fig. 1:
- im Schnitt entlang der Mittelachse drei verschiedene trichterförmige Innenkonturen 4, 4', 4'' der Breitseitenwand einer Kokille nach der Erfindung
- Fig. 2 a:
- Längenänderungen der Innenkontur im Eingießbereich sowohl in unterschiedlichen Abständen von der Kokillenoberkante als auch von der Kokillenmitte.
- Fig. 2 b:
- Eine andere Darstellung der Längenänderung, ebenfalls in Abhängigkeit der Abstände von der Kokillenoberkante wie der Kokillenmitte,
- Fig. 3 a:
- Längenänderungen der Innenkontur im Eingießbereich einer herkömmlichen Kokille, ebenfalls im Abstand sowohl der Kokillenoberkante als auch von der Kokillenmitte.
- Fig. 3 b:
- in anderer Darstellung Längenänderungen der Innenkontur im Eingießbereich einer herkömmlichen Kokille in Abhängigkeit sowohl des Abstandes von der Kokillenoberkante, als auch von der Kokillenmitte.
- Die in
Fig. 1 dargestellten drei unterschiedlichen Trichterkonturen der Breitseitenwand einer Kokille besitzen einen trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich A oder einen trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich B und einen sich anschließenden im wesentlichen parallelwandigen Bereich C. Dieser Kokillenbereich bzw. der Kokillenaustritt muß nicht parallele Austrittsflächen bzw. Austrittskanten haben. Der untere Kokillenbereich bzw. der untere Kokillenaustritt kann im mittleren Bereich durchaus eine kleine Wölbung von 1 bis 15 mm pro Breitseitenwand aufweisen. - Im Trichterbereich A sind die Trichterkonturen der Breitseitenwände 4 entlang einer die Kokillenoberkante 1 und die Kokillenunterkante 3 verbindenden Geraden von oben nach unten zuerst mit einem konkaven Abschnitt a und daran anschließend mit einem konvexen Abschnitt b ausgebildet. Dabei ist ersichtlich, daß die Innenkontur 4 der Breitseitenwände über die Abschnitte a und b einen sinusförmigen Verlauf aufweist.
- Im Trichterbereich B sind die Trichterkonturen der Breitseitenwände 4' bzw. 4'' entlang einer die Kokillenoberkante 1 und den Beginn des parallelwandigen Bereichs 2 verbindenden Geraden von oben nach unten zuerst mit einem konkaven Abschnitt a' bzw. a'' und daran anschließend mit einem konvexen Abschnitt b' bzw. b'' und c'' ausgebildet.
Auch in diesem Beispiel weisen die Innenkonturen 4' bzw. 4'' der Breitseitenwände über die Abschnitte a' und b' bzw. a'' und b'' einen sinusförmigen Verlauf auf. -
Fig. 1 zeigt außerdem, daß der konvexe Abschnitt b'' mit einem endständigen, unteren Kreisbogen c'' in den parallelwandigen Bereich d'' mit einem stetigen Verlauf übergeht. Erfindungswesentlich für die Trichtergeometrie ist weiterhin die Maßnahme, daß jeder der konkaven Abschnitte a, a' und a'' bzw. der konvexen Abschnitte b, b' und b'' sowohl eine in deren Verlauf gleichbleibende, als auch eine veränderliche Krümmung aufweisen kann. - Bei der untersuchten Trichtergeometrie sind die Krümmungen der Abschnitte a, b, a', b', a'', b'', c'' mit solchen Radien ausgebildet, daß die größte lokale Längenänderung beim Übergang von einem Horizont auf einen darunterliegenden Horizont Deltamax einen Wert von 2,0 %/m und gleichzeitig den vierfachen Wert der über den Trichterbereich ohne Berücksichtigung der parallelwandigen Abschnitte d' und d'' gemittelten lokalen Längenänderungen nicht übersteigt.
-
Fig. 2a undFig. 2b zeigen im dreidimensionalen Diagramm die Verteilung der Formänderung im Trichterbereich der Breitseitenwand einer Kokille mit folgenden Parametern: - 950 mm Trichterbreite, 45 mm Trichtertiefe an der Oberkante der Kokillenplatte, 900 mm Trichterlänge, sinusförmige horizontale Kontur.
- Bei einer gemäß
Fig. 1 sinusförmig ausgebildeten vertikalen Kontur 4' des Eingießbereichs mit einer Amplitude von 1,52 mm beträgt die maximale lokale Änderung 1,90 %/m und die über die Bereiche a' und b' und die Trichterbreite gemittelte Längenänderung 0,50 %/m. - Das gleiche Bild ergibt
Fig. 3a undFig. 3b für dieselbe Kokille herkömmlicher Bauart, bei der die vertikale Kokillenkontur der Breitseite durch eine gerade Linie ausgebildet ist. In diesem Fall ist die maximale lokale Längenänderung mit 2,44 %/m wesentlich größer. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Verteilung der Formänderung wesentlich ungleichmäßiger und im Bereich der Kokillenoberkante, wo die Strangschalenbildung am empfindlichsten ist, besonders groß ist. Gerade diese Nachteile werden mit der Erfindung vermieden.
Claims (7)
- Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, wobei im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände in Gießrichtung von oben nach unten wenigstens je zwei Punkte mit der Eigenschaft aufweisen, dass sie eine Gerade bestimmen, entlang derer die Innenkonturen der Breitseitenwände mit wenigstens einem konkaven und wenigstens einem konvexen Abschnitt beliebiger Abfolge ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Trichterbereich die Innenkonturen (4, 4', 4") der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante (1) und die Kokillenunterkante (3) verbindenden Geraden
oder
entlang einer die Kokillenoberkante (1) und den Beginn (2) eines unteren vertikalen Abschnitts (d', d") verbindenden Geraden
in Gießrichtung von oben nach unten zuerst mit einem konkaven Abschnitt (a, a', a") und daran anschließend mit einem konvexen Abschnitt (b, b', b", c") ausgebildet sind,
wobei zwecks gleichmäßiger Verteilung der Formänderung über den Eingießbereich die maximale Formänderung in allen Horizonten der oberen Kokillenhälfte, auch im Bereich der Kokillenoberkante, wo die Strangschalenbildung am empfindlichsten ist, gleich oder im Wesentlichen gleich ist. - Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass konkave Abschnitte (a, a', a") und konvexe Abschnitte (b, b', b") unmittelbar oder mit einer Zwischenkontur ineinander übergehen.
- Kokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonturen (4, 4', 4") der Breitseitenwände wenigstens über einen oder mehrere Teilbereiche (a, b, a', b', a", b", c") einen kreisbogenförmigen Verlauf oder einen trigonometrischen, wie zum Beispiel sinusförmigen Verlauf aufweisen.
- Kokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der untere konvex/konkave Abschnitt (b") der Breitseitenwände mit einem endständigen Kreisbogen (c") in den unteren, vorzugsweise parallelwandigen Abschnitt (d") mit einem stetigen Verlauf übergeht.
- Kokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der konkaven Abschnitte (a, a', a") und der konvexen Abschnitte (b, b', b", c") sowohl eine in deren Verlauf gleichbleibende, als auch eine veränderliche Krümmung aufweist.
- Kokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungen der Abschnitte (a, b, a', b', a", b", c") mit solchen Radien ausgebildet sind, dass die größte lokale Längenänderung (Deltamax) beim Übergang von einem Horizont auf einen darunterliegenden Horizont den vierfachen Wert der über den Trichterbereich ohne Berücksichtigung der parallelwandigen Abschnitte (d' und d") gemittelten lokalen Längenänderungen, insbesondere einen Wert von 2,0 %/m nicht übersteigt.
- Verwendung der Kokille mit einer Trichtergeometrie nach den Ansprüchen 1 bis 6, für das Stranggießen von vergleichsweise zu extrem hoher Schrumpfung neigenden peritektischen Kohlenstoffstählen und austenitischen nichtrostenden Stählen.
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