EP1441869B1 - Continuous casting mould - Google Patents
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- EP1441869B1 EP1441869B1 EP02779287A EP02779287A EP1441869B1 EP 1441869 B1 EP1441869 B1 EP 1441869B1 EP 02779287 A EP02779287 A EP 02779287A EP 02779287 A EP02779287 A EP 02779287A EP 1441869 B1 EP1441869 B1 EP 1441869B1
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- 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
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Durchlaufkokille für eine Stranggießanlage, insbesondere eine Stahlstrang-Durchlaufkokille, zum Gießen eines Metallstranges mit einem Dünnbrammenquerschnitt mit maximal 150 mm Dicke, mit einem von gekühlten Breitseitenwänden und Schmalseitenwänden gebildeten Formhohlraum, wobei die einander gegenüberliegenden Breitseitenwände einen zentralen Erweiterungsbereich bilden, der in Richtung zu den einander gegenüberliegenden Schmalseitenwänden in Schmalseiten-Verstellbereiche übergeht.The invention relates to a continuous casting mold for a continuous casting plant, in particular a continuous steel casting mold, for casting a metal strand having a thin slab cross section with a maximum thickness of 150 mm, with a mold cavity formed by cooled broad side walls and narrow side walls, wherein the opposite broad side walls form a central extension region which in Direction to the opposite narrow side walls in narrow-side adjustment ranges passes.
Durchlaufkokillen dieser Art werden in der Praxis als "Trichterkokillen" bezeichnet und sind mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des trichterförmigen Erweiterungsbereiches in der Literatur beschrieben. Die vielen Ausführungsformen, die von der ursprünglichen Rossi-Kokille (DE-C 887 990) und der ersten Verstellkokille mit einem trichterförmigen Erweiterungsbereich (EP-B 149 734) abgeleitet wurden, reflektieren die Probleme bei der Strangschalenbildung und der Umformung dieser Strangschale im räumlich gekrümmten Erweiterungsbereich.Continuous molds of this type are referred to in practice as "funnel cooils" and are described with different embodiments of the funnel-shaped extension region in the literature. The many embodiments, which were derived from the original Rossi mold (DE-C 887 990) and the first adjustment mold with a funnel-shaped extension region (EP-B 149 734), reflect the problems in the strand shell formation and the deformation of this strand shell in the spatially curved extension area.
Eingangsseitig weisen die bekannten Durchlaufkokillen im Bereich des Meniskus einen spindelförmigen Formhohlraumquerschnitt auf, der in Richtung zu den Schmalseitenwänden auf das Maß des zu gießenden Stranges kontinuierlich verengt ist und der in Strangausziehrichtung bzw. Gießrichtung entweder noch innerhalb der Kokillenlänge oder direkt im Austrittsquerschnitt oder im nachfolgenden Stütz- und Führungsrollengerüst der Stranggießanlage auf das Maß der gewünschten Strangdicke zurückgeführt ist.On the input side, the known continuous molds in the region of the meniscus on a spindle-shaped mold cavity cross-section which is continuously narrowed in the direction of the narrow side walls to the extent of the strand to be cast and in strand extraction direction or casting either within the mold or directly in the outlet section or in the subsequent support - And guide roller frame of the continuous casting plant is returned to the extent of the desired strand thickness.
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, in einer derartigen Kokille Stahlstränge zu erzeugen, die bei üblichen Brammenbreiten Strangdicken von weniger als 150 mm, vorzugsweise jedoch 30 bis 100 mm aufweisen und gleichzeitig Schmelze mit Tauchgießrohren in die Durchlaufkokille einzubringen, die dicker sind, als die Zieldicke für den Gussstrang.With this configuration, it is possible to produce in such a mold steel strands, the strand widths of less than 150 mm, but preferably 30 to 100 mm in conventional slab widths and at the same time introduce melt with immersion pipes in the continuous casting mold, which are thicker than the target thickness for the cast strand.
Aus der EP-A 1 002 599, der DE-A 39 07 351 und der EP-A 552 501 sind bereits Durchlaufkokillen bekannt, deren trichterförmiger Erweiterungsbereich in normal zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebenen von Kreisbogenabschnitten gebildet ist, die die konkav-konvex-gekrümmte Spindelform nachbilden. Insbesondere in den Wendepunkten, in denen Kreisbögen mit voneinander abweichenden Radien fluchtend ineinander übergehen, kommt es zu großen Radius- und Krümmungssprüngen. An diesen Unstetigkeitsstellen hebt die Strangschale von der Kokillenwand ab, wodurch inhomogene Temperaturverhältnisse in der Strangschale und daraus resultierend ein ungleichmäßiges Strangschalenwachstum auftritt. In weiterer Folge führt dies zu Temperaturspannungen zwischen benachbarten Strangzone und erhöhten Belastungen, sowie unter Umständen zu Schädigungen der Strangschale.From EP-
Aus der EP-A 552 501, der EP-A 909 597, der GB-A 2 329 141 und der DE-A 39 07 351 sind beispielsweise Durchlaufkokillen bekannt, bei denen sich die Kontur des trichterförmigen Erweiterungsbereiches in Längsrichtung, d. h. entlang von Schnittebenen parallel zur Kokillenlängsachse sprunghaft bzw. mit großer Krümmungsänderung verändern. Zumeist betrifft dies Kokillen, deren trichterförmiger Erweiterungsbereich bereits in einem größeren Abstand von der Kokillenausgangskante in einem Rechteckquerschnitt endet. Neben den bereits zuvor beschriebenen Nachteilen der plötzlichen bzw. großen Radius- und Krümmungsänderungen der den Erweiterungsbereich beschreibenden Kurven, ergeben sich zusätzliche Belastungen der Strangschale durch die Kokillenoszillation. Das lokal verstärkte Klopfen der Kokille auf den trichterförmigen Keil des Stranges bewirkt eine zusätzliche Beeinträchtigung der Strangschale in diesem Bereich. Aus der GB-A 2 329 141 ist es weiters bekannt, die Kontur des trichterförmigen Erweiterungsbereiches durch klothoidenähnlichen Kurven darzustellen. Durch die Rückführung des trichterförmigen Erweiterungsbereiches innerhalb einer Teilstrecke der Kokillenlänge kommt es trotzdem zu erheblichen Krümmungsänderungen.From EP-A 552 501, EP-A 909 597, GB-
Eine Durchlaufkokille der eingangs beschriebenen Art, mit einem Erweiterungsbereich, der sich von der Kokilleneingangskante über die gesamte Kokillenlänge erstreckt und erst im Kokillenausgangsquerschnitt auf den annähernd Rechteckquerschnitt des zu gießenden Stranges zurückgenommen wird, ist bereits aus der DE-C 35 01 422 bekannt. Bei dieser Kokille ist die Kontur des Erweiterungsbereiches in normal zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebenen von aneinander fluchtend anschließenden Kreisbögen gebildet und weist ebenfalls die zuvor beschriebenen Nachteile großer Krümmungsänderungen auf. Der durch die Rückformung des Erweiterungsbereiches zwangsweise auftretenden Verkürzung der Strangumfangslänge wird durch eine entsprechende Anstellung der Schmalseitenwände entgegengewirkt und so bereits eine Strangschalenverwerfung vermieden.A continuous mold of the type described above, with an extension region which extends from the Kokilleneingangskante over the entire Kokillenlänge and is withdrawn only in Kokillenausgangsquerschnitt on the approximately rectangular cross-section of the strand to be cast, is already known from DE-C 35 01 422. In the case of this mold, the contour of the widening region is formed in sectional planes laid perpendicular to the longitudinal axis of the mold by circular arcs adjoining one another and likewise has the disadvantages of large changes in curvature described above. The forcibly occurring due to the reshaping of the extension region shortening of the strand circumference length is counteracted by a corresponding employment of the narrow side walls and thus already avoided a strand shell distortion.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und eine Durchlaufkokille vorzuschlagen, bei der die Kontur des Formhohlraumes derart optimiert ist, dass ein Abheben des Stranges von der Kokillenwand vom Meniskus bis zur Kokillenaustrittskante weitgehend verhindert wird und somit eine homogenere Strangschalenbildung in der Kokille gewährleistet ist.The object of the present invention is therefore to avoid the described disadvantages of the known prior art and to propose a continuous casting mold in which the contour of the mold cavity is optimized such that lifting of the strand from the mold wall from the meniscus to the mold exit edge is largely prevented and thus a more homogeneous strand shell formation is ensured in the mold.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitgehende Vermeidung von Krümmungssprüngen schafft die besten Bedingungen für eine optimale Strangschalenausbildung.This object is achieved by the combination of the features of
Der beschriebene Vorteil einer Verminderung des Abhebens der Strangschale stellt sich gleichermaßen ein, wenn näherungsweise oder exakt von Kreisbögen oder Geraden gebildete Kurvenabschnitte durch von Klothoiden oder klothoidenähnliche Kuven gebildete Kurvenabschnitte verbunden sind und Krümmungssprünge dieser Kurvenabschnitte an deren Übergangsstellen minimiert oder auf Null reduziert sind.The described advantage of reducing the lift-off of the strand shell arises equally when approximately or exactly curved sections or straight line curve sections are connected by formed by clothoids or clothoid curves Curve sections and curvature jumps of these curve sections are minimized or reduced to zero at their crossing points.
Eine bevorzugte Ausgestaltung im Mittenbereich des Erweiterungsbereiches ist dann gegeben, wenn die Kontur des Formhohlraumes im Erweiterungsbereich in normal zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebenen von zu den Schmalseitenwänden symmetrisch verlaufenden Kurven mit konvex-konkavem Verlauf gebildet ist, die ausgehend von der Mitte der Formhohlraumkontur mit nur geringer oder keiner Krümmung in einen Bereich mit stetig zunehmender Krümmung übergehen. Damit wird Abhebetendenzen der Strangschale in diesem Zentralbereich wirksam entgegengewirkt.A preferred embodiment in the middle region of the extension region is given if the contour of the mold cavity in the extension region is formed in normal to Kokillenlängsachse cutting planes of symmetrical to the narrow side walls curves with convex-concave curve, starting from the center of the mold cavity contour with only a small or no curvature pass into an area with steadily increasing curvature. This effectively counteracts lift-off tendencies of the strand shell in this central area.
Günstige Bedingungen stellen sich hierbei ein, wenn die Krümmung (k) in der Mitte der Formhohlraumkontur der Bedingung k ≤ 0,3*(4H)/(H2+L2) entspricht,
wobei k = Krümmung (mm)
H = halbe maximale Formhohlraumerweiterung (mm)
L = halbe Breite des Erweiterungsbereiches B1 (mm)In this case, favorable conditions are established when the curvature (k) in the center of the mold cavity contour corresponds to the condition k ≦ 0.3 * (4H) / (H 2 + L 2 ),
where k = curvature (mm)
H = half maximal mold cavity extension (mm)
L = half width of the extension area B 1 (mm)
Eine Verbesserung der Strangschalenbildung und Strangschalenführung entlang der Breitseitenwände stellt sich ein, wenn die Krümmungssprünge beim Übergang vom zentralen Erweiterungsbereich zu den Schmalseiten-Verstellbereichen und am Ort der Wendetangenten im Kurvenverlauf minimiert sind, vorzugsweise gegen Null gehen. Hierbei ergeben sich günstige Bedingungen, wenn die Krümmungssprünge (Δk) beim Übergang vom zentralen Erweiterungsbereich (11) zu den Schmalseiten-Verstellbereichen (12, 13) der Bedingung Δk ≤ 0,5*(4H)/(H2+L2) entsprechen, oder wenn die Krümmungssprünge (Δk) am Ort der Wendetangenten (25) der Bedingung Δk ≤ 0,4*(8H)/(H2+L2) entsprechen.An improvement in the strand shell formation and strand shell guide along the broad side walls adjusts itself when the curvature jumps are minimized in the transition from the central extension region to the narrow side adjustment and at the location of Wendetangenten in the curve, preferably go to zero. This results in favorable conditions when the curvature jumps (.DELTA.k) in the transition from the central extension region (11) to the narrow-side adjustment regions (12, 13) of the Condition .DELTA.k ≦ 0.5 * (4H) / (H 2 + L 2 ), or if the curvature jumps (.DELTA.k) at the location of the turning tangents (25) of the condition .DELTA.k ≦ 0.4 * (8H) / (H 2 + L 2 ) correspond.
Das Abheben der Strangschale von der Breitseitenwand der Kokille wird weitgehend vermieden, wenn die Kontur des Formhohlraumes im Erweiterungsbereich in parallel zur Kokillenlängsachse und den Schmalseitenwänden gelegten Schnittebenen zwischen der Kokilleneingangskante und der Kokillenausgangskante von Geraden gebildet ist. Durch diese lineare Ausbildung des zentralen Ervveiterungsbereiches in Längsrichtung der Kokille tritt eine das Abheben der Strangschale fördernde Krümmungsänderung erst am Kokillenaustritt auf. Dort ist jedoch keine negative Auswirkung durch eine inhomogene Temperaturverteilung zu erwarten, da in diesem Bereich die Einwirkung der direkten Spritzkühlung auf den gegossenen Strang einsetzt.The lifting of the strand shell of the broad side wall of the mold is largely avoided if the contour of the mold cavity in the extension region in parallel to Kokillenlängsachse and the narrow side walls laid cutting planes between the Kokilleneingangskante and the Kokillenausgangskante is formed by straights. As a result of this linear design of the central expansion region in the longitudinal direction of the mold, a change in curvature promoting the lifting of the strand shell occurs only at the mold outlet. There, however, no negative effect is to be expected from an inhomogeneous temperature distribution, since in this area the action of the direct injection cooling on the cast strand begins.
Kritische Bereiche hinsichtlich der Abhebung der Strangschale von der Kokillen-Breitseitenwand bilden die maximale Erweiterung, der Übergang vom zentralen Erweiterungsbereich zu den anschließenden Schmalseiten-Verstellbereichen und die Bereiche des Formhohlraumes, die Wendepunkte aufweisen. Hier wird eine Minimierung der Strangschalenabhebung einerseits dadurch erreicht, dass der Übergang von zentralem Erweiterungsbereich und daran seitlich anschließendem Schmalseiten-Verstellbereich von einer Geraden gebildet ist, die in einer parallel zur Kokillenlängsachse und den Schmalseitenwänden gelegten Schnittebene die Kokilleneingangskante und die Kokillenausgangskante verbindet, andererseits dadurch erreicht, dass die Orte der Wendetangenten in der Kontur des Formhohlraumes bei normal zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebenen zwischen Kokilleneingangskante und Kokillenausgangskante Geraden bilden, die in einer parallel zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebene liegen.Critical areas with respect to the separation of the strand shell from the mold wide side wall form the maximum extension, the transition from the central extension region to the subsequent narrow side adjustment and the areas of the mold cavity having inflection points. Here, a minimization of the strand bowl lift on the one hand achieved in that the transition from the central extension region and laterally adjoining narrow-side adjustment is formed by a straight line connecting the Kokilleneingangskante and the Kokillenausgangskante in a plane parallel to Kokillenlängsachse and the narrow side walls cutting plane, on the other hand achieved in that the locations of the wedge tangents in the contour of the mold cavity form straight lines between the mold inlet edge and the mold exit edge at cutting planes laid perpendicular to the longitudinal axis of the mold, which lie in a cutting plane parallel to the mold longitudinal axis.
In Anlehnung an die betriebliche Praxis ist es vorteilhaft, wenn die Geraden im Ausmaß der Strangschrumpfung geneigt angeordnet sind. Die Neigung entspricht in ihrer räumlichen Orientierung und Größenordnung den für die Konuseinstellung der Schmalseiten üblichen Werten. Durch diese Maßnahme soll vermieden werden, dass die Strangschale in Strangabzugsrichtung einen Übergang von einem parallelen Wandbereich in den Erweiterungsbereich durchlaufen muss.Based on the operational practice, it is advantageous if the straight lines are inclined in the extent of strand shrinkage. In terms of its spatial orientation and magnitude, the inclination corresponds to the values customary for cone adjustment of the narrow sides. This measure is intended to prevent the strand shell in the strand withdrawal direction from having to pass through a transition from a parallel wall region into the expansion region.
Um speziellen Erstarrungs- und Schrumpfbedingungen besonderer Stahlqualitäten zu entsprechen ist es zweckmäßig, wenn die Kontur des Formhohlraumes im Erweiterungsbereich in parallel zur Kokillenlängsachse und den Schmalseitenwänden gelegten Schnittebenen zwischen der Kokilleneingangskante und der Kokillenausgangskante in Abhängigkeit von den Erstarrungsbedingungen des zu vergießenden Metalles einen kurvenförmigen, vorzugsweise parabolischen Verlauf aufweist. Dies gilt speziell auch für die Bereiche des Überganges vom zentralen Erweiterungsbereich zu den anschließenden Schmalseiten-Verstellbereichen und den Orten der Wendepunkte bzw. Wendetangenten, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer schrumpfungsabhängigen Neigung.In order to meet special solidification and shrinkage conditions of special steel grades, it is expedient if the contour of the mold cavity in the extension region in cutting planes parallel to the Kokillenlängsachse and the narrow side walls between the Kokilleneingangskante and the Kokillenausgangskante as a function of the solidification conditions of the metal to be cast has a curved, preferably parabolic course. This is especially true for the areas of transition from the central extension area to the adjoining narrow-side adjustment areas and the locations of the inflection points or Wendet tangents, possibly taking into account a shrinkage-dependent inclination.
Weitere günstige Einflüsse auf die Qualität des zu gießenden Stranges ergeben sich, wenn die Krümmungsradien der Kontur des Formhohlraumes im Erweiterungsbereich in normal zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebenen zwischen der Kokilleneingangskante und der Kokillenausgangskante in Richtung zur Kokillenausgangskante größer werden und an der Ausgangskante unendlich betragen. Unter Bedachtnahme auf ein Kokillen-Gesamtkonzept ist es zweckmäßig, wenn die Breitseitenwände in den Schmalseiten-Verstellbereichen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und die Schmalseitenwände in Abhängigkeit vom Schrumpfverhalten des jeweils zu vergießenden Metalls konvex ausgebildet sind.Further favorable influences on the quality of the strand to be cast arise when the radii of curvature of the contour of the mold cavity in the extension region in the direction normal to Kokillenlängsachse cutting planes between the Kokilleneingangskante and the Kokillenausgangskante be greater towards Kokillenausgangskante and be infinitely at the exit edge. Taking into account an overall mold concept, it is expedient if the broad side walls are arranged substantially parallel to one another in the narrow-side adjustment regions and the narrow side walls are convex in dependence on the shrinkage behavior of the respective metal to be cast.
Weiter Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den nachstehenden Erläuterungen und Darstellungen eines den Schutzumfang nicht einschränkenden Ausführungsbeispieles.Further details, features and advantages will become apparent from the following explanations and illustrations of a non-limiting the scope of the embodiment.
Es zeigen:
- Fig. 1a, 1b, 1c,
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Durchlaufkokille in Grundriss (Ansicht Z), Aufriss und Kreuzriss (Schnitt A-A) nach einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
- Fig.1d
- eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Durchlaufkokille im Kreuzriss (analog zu Schnitt A-A in Fig. 1c),
- Fig. 2
- die erfindungsgemäße Durchlaufkokille in einem Längsschnitt mit Tauchgießrohr und gegossenem Strang,
- Fig. 3
- das Abhebeverhalten des Stranges von der Breitseitenwand bei großen Krümmungsänderungen in einem rechteckig ausgeformten zentralen Erweiterungsbereich in einer Stranggießkokille nach dem Stand der Technik,
- Fig. 4
- das Abhebeverhalten des Stranges von der Breitseitenwand bei großen Krümmungsänderungen in einem trapezförmig ausgeformten zentralen Erweiterungsbereich in einer Stranggießkokille nach dem Stand der Technik,
- Fig. 5
- das Abhebeverhalten des Stranges von der Breitseitenwand bei minimierten Krümmungsänderungen in einem rechteckig ausgeformten zentralen Erweiterungsbereich in einer Stranggießkokille nach der Erfindung,
- Fig. 6
- einen Vergleich der Kontur des zentralen Erweiterungsbereiches und der zugehörigen Krümmungsverläufe bei der erfindungsgemäßen Kokille und einer Kokille nach dem Stand der Technik.
- 1a, 1b, 1c,
- a schematic representation of the continuous casting mold according to the invention in plan (view Z), elevation and cross-sectional view (section AA) according to a possible embodiment of the invention.
- Fig.1d
- a further embodiment of the continuous mold according to the invention in the cross-section (analogous to section AA in Fig. 1c),
- Fig. 2
- the continuous casting mold according to the invention in a longitudinal section with immersion casting tube and cast strand,
- Fig. 3
- the lifting behavior of the strand from the broad side wall with large changes in curvature in a rectangularly shaped central extension region in a continuous casting mold according to the prior art,
- Fig. 4
- the lifting behavior of the strand from the broad side wall with large changes in curvature in a trapezoidally shaped central extension region in a continuous casting mold according to the prior art,
- Fig. 5
- the lifting behavior of the strand from the broad side wall with minimized changes in curvature in a rectangular shaped central extension region in a continuous casting mold according to the invention,
- Fig. 6
- a comparison of the contour of the central extension region and the associated curvature curves in the mold according to the invention and a mold according to the prior art.
In Fig. 1a bis 1 c ist in einer schematischen Darstellung eine Durchlaufkokille der erfindungsgemäßen Art dargestellt. Sie besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Breitseitenwänden 1, 2 und zwei einander ebenfalls gegenüberliegenden und im Sinne einer Formatverstellung zwischen zwei Positionen B, B1 verstellbaren Schmalseitenwänden 3, 4. Von den Breitseitenwänden 1, 2 und den Schmalseitenwänden 3, 4 wird zwischen den Kokilleneingangskanten 5 und den Kokillenausgangskanten 6 der Formhohlraum 7 der Durchlaufkokille begrenzt, in dem zwischen einem Meniskus (Gießspiegel) 8 und der Kokillenausgangskante 6 ein Gussstrang, bestehend aus einer Strangschale 9 und einem flüssigen Kern 10, geformt wird, wie in Fig.2 veranschaulicht.In Fig. 1a to 1 c, a continuous casting mold of the type according to the invention is shown in a schematic representation. It consists of two opposite
Die Breitseitenwände 1, 2 weisen einen zentralen Erweiterungsbereich 11 auf, der im wesentlichen vom engsten Verstellbereich B1 der Schmalseitenwände 3, 4 begrenzt ist und beidseitig in die Schmalseiten-Verstellbereiche 12, 13 übergeht. Diese Schmalseiten-Verstellbereiche sind von zueinander planparallelen Wandteilen der Breitseitenwände 1, 2 gebildet und erstrecken sich von der Kokilleneingangskante 5 bis zur Kokillenausgangskante 6. In Abweichung von dieser Ausführungsform ist es durchaus möglich, dass die Breitseitenwände im Bereich der Schmalseiten-Verstellbereiche in Strangabzugsrichtung oder in Richtung zu den Schmalseitenwänden konvergierend angeordnete ebene Flächen bilden.The
Der zentrale Erweiterungsbereich 11 weist an den Kokilleneingangskanten 5 einen spindelförmig zu den Schmalseiten-Verstellbereichen 12, 13 verjüngten Querschnitt auf. Er ist in seinem Mittenbereich mit einer für die Aufnahme eines Tauchgießrohres 14 ausreichende Breite ausgestattet und zu den Schmalseiten-Verstellbereichen 12, 13 hin durch Kurven 15 mit weitgehend sprungfreiem Krümmungsverlauf auf die Dicke D des zu gießenden Metallstranges reduziert. Diese Kurven 15 bestehen beispielsweise aus Kreisbögen 16, 17, die durch Klothoiden 18, 19, 20, 21 oder klothoidenähnliche Kurven fluchtend verbunden sind und deren Krümmungsverlauf sprungfrei oder sprungminimierend verläuft.The
Der zentrale Erweiterungsbereich 11 ist zwischen Kokilleneingangskante 5 und Kokillenausgangskante 6 kontinuierlich verengt und wird an der Kokillenausgangskante 6 auf das Maß eines rechteckigen Austrittsquerschnittes 22 reduziert, der dem gewünschten Gießquerschnitt entspricht. Der Konturverlauf des zentralen Erweiterungsbereiches 11 zwischen Kokilleneingangskante 5 und Kokillenausgangskante 6 wird, bezogen auf eine Schnittebene, die parallel zur Kokillenlängsachse 23 und parallel zu den Schmalseitenwänden 3, 4 gelegt ist, von Geraden 24a, 24b,... 24n gebildet. Diese lineare Ausgestaltung des zentralen Erweiterungsbereiches in Gießrichtung gewährleistet Verformungsfreiheit in der vertikalten Strangabzugsrichtung. Dieser Festlegung der Schnittebene liegt die Annahme zugrunde, dass die Schmalseitenwände 3, 4 planparallel zueinander angeordnet sind und daher keine Konusanstellung vorliegt. Somit sind die Stirnseiten der ebenen Schmalseitenwände parallel zur Kokillenlängsachse orientiert. Eine in der Praxis vorgesehene Konusanstellung der Schmalseitenwände ändert daher nichts an der Orientierung der beschriebenen Geraden. Der zentrale Erweiterungsbereich 11 kann zwischen Kokilleneingangskante 5 und Kokillenausgangskante 6 auch durch eine Kurve mit parabolischem Verlauf 26 verengt werden. (Fig. 1d)The
Fig. 3 veranschaulicht Ergebnisse von numerischen Untersuchungen auf Finite-Elemente-Basis in einem Halbschnitt einer Breitseitenwand zwischen Meniskus und Kokillenausgangskante am Beispiel einer Durchlaufkokille nach dem Stand der Technik mit einem zentralen in der Stirnansicht rechteckig ausgeformten Erweiterungsbereich, der sich in Querrichtung zwischen der Linie I, die der Kokillenlängsachse (23) in Fig. 1a entspricht, und dem Schmalseiten-Verstellbereich und in Längsrichtung zwischen Meniskus und der Linie A erstreckt. Die hellen Flächen zeigen Bereiche, an denen das Abheben der Strangschale von der Breitseitenwand besonders markant hervortritt. In diesen Bereichen tritt eine große Krümmungsänderung in der Kontur des zentralen Erweiterungsbereiches auf. An diesen Stellen ist mit inhomogenen Temperaturverhältnissen und verringertem Strangschalenwachstum zu rechnen. Es können hier im wesentlichen drei Bereiche in Querrichtung, angedeutet durch die vertikallen Linien I, II, III, und ein Bereich in Längsrichtung, angedeutet durch die horizontale Linie A unterschieden werden. Besonders gefährdet ist der Bereich mit der größten Erweiterung in der Kokille (Linie I), gefolgt von zwei Bereichen (Linien II, III) an den Kurvenübergängen zum Rand der Kokille hin. In Längsrichtung folgt am Ende des Trichters ein ausgedehnter Bereich (Linie A) mit verschwindendem Kontakt der Strangschale zur Breitseitenwand. Dies kann als gravierender Nachteil von Trichterkokillen angesehen werden, deren Trichter innerhalb der Kokille endet.Fig. 3 illustrates results of finite element based numerical studies in a half section of a broad side wall between meniscus and mold exit edge using the example of a prior art continuous casting mold with a central extension area of rectangular shape in the end view extending transversely between the line I , which corresponds to the Kokillenlängsachse (23) in Fig. 1a, and the narrow-side adjustment and extends in the longitudinal direction between the meniscus and the line A. The bright areas show areas where the lifting of the strand shell from the broad side wall is particularly striking. In these areas, a large change of curvature occurs in the contour of the central extension area. At these points inhomogeneous temperature conditions and reduced strand shell growth can be expected. Here, essentially three regions in the transverse direction, indicated by the vertical lines I, II, III, and a region in the longitudinal direction, indicated by the horizontal line A, can be distinguished. The area with the largest enlargement in the mold (line I) is particularly at risk, followed by two areas (lines II, III) at the curve transitions to the edge of the mold. In Longitudinally follows at the end of the funnel an extended area (line A) with vanishing contact of the strand shell to the broad side wall. This can be regarded as a serious disadvantage of funnel cooils, the funnel ends within the mold.
Fig. 4 zeigt analoge Ergebnisse bezüglich einer Trichterkokille mit V-förmiger Verengung der Erweiterungsbereiches zwischen Meniskus und Kokillenausgangskante, wie sie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der strukturelle Aufbau der Darstellung entspricht der Fig. 3. Auch bei diesem Kokillentyp stellen sich große Bereiche mit gestörtem Kontakt zwischen Strangschale und Kokillenwand ein. Der Grund liegt in der V-förmigen Trichterkante (Linie V), die schräg zur Gießrichtung liegt und die der Strang / die Strangschale passieren muss. Die damit verbundenen Krümmungsänderungen in Längsrichtung verursachen diese Störungen des Kontaktverhaltens.Fig. 4 shows analogous results with respect to a funnel mold having a V-shaped constriction of the extension area between meniscus and mold exit edge, as is also known from the prior art. The structural design of the representation corresponds to FIG. 3. Also in this Kokillentyp set up large areas with disturbed contact between strand shell and mold wall. The reason lies in the V-shaped funnel edge (line V), which lies obliquely to the casting direction and must pass through the strand / strand shell. The associated bending changes in the longitudinal direction cause these disturbances of the contact behavior.
Fig. 5 zeigt die Ergebnisse der numerischen Untersuchung auf Finite-Elemente-Basis an Hand einer erfindungsgemäßen Durchlaufkokille. Der strukturelle Aufbau dieser Darstellung entspricht wiederum dem der Fig. 3. Infolge der erfindungsgemäßen Optimierung der Kontur des Formhohlraumes der Kokille stellen sich helle Bereiche mit gestörtem Kontakt zwischen Strangschale und Breitseitenwand nur mehr in unmittelbarer Nähe der Kokillenaustrittskante ein, wo keine negativen Auswirkungen auf die Strangschalenbildung mehr auftreten.FIG. 5 shows the results of the finite element-based numerical investigation using a continuous casting mold according to the invention. The structural design of this representation corresponds in turn to that of FIG. 3. Due to the inventive optimization of the contour of the mold cavity of the mold bright areas with disturbed contact between strand shell and broad side wall are only in the immediate vicinity of Kokillenaustrittskante where no negative effects on the strand shell formation more occur.
Ein Vergleich der Konturen des Formhohlraumes im Erweiterungsbereich bei einer Trichterkokille nach dem Stand der Technik und einer erfindungsgemäßen Kokille in einer normal zur Kokillenlängsachse gelegten Schnittebene ist in Fig. 6 dargestellt. In der oberen Bildhälfte ist der Konturverlauf über die Kokillenbreite ausgehend von der Kokillenmitte (Kokillenlängsachse) dargestellt und die unteren Bildhälfte zeigt den zugeordneten Krümmungsverlauf über die Kokillenbreite. Der mit punktierten Linien dargestellte Konturverlauf nach dem Stand der Technik ist von zwei ineinander übergehenden Kreisbogenabschnitten gebildet und endet in einer Geraden, die den Schmalseiten-Verstellbereich kennzeichnet. Der zugehörige mit punktierter Linie dargestellte Krümmungsverlauf springt im Kontaktpunkt der beiden Kreisbogenabschnitt (Wendepunkt 25') von einem bis dorthin konstanten negativen Wert zu einem konstanten positiven Wert. Hier tritt die als nachteilig beschriebene massive Unstetigkeitsstelle im Krümmungsverlauf auf, die wesentlich zum Abheben der Strangschale beiträgt. Wirkungsgleiche Verhältnisse liegen am Übergang vom Kreisbogen zur Geraden am Übergang zum Schmalseiten-Verstellbereich auf. Hier springt die Krümmung in einer Unstetigkeitsstelle auf den Wert Null zurück. Im Vergleich dazu ist mit durchgehender Linie der Konturverlauf nach einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, der ausgehend von der Kokillenmitte von einer Klothoide 18 oder klothoidenähnlichen Kurve mit konstant anwachsender Krümmung gebildet ist, an die sich ein Kreisbogenabschnitt 16 mit konstanter Krümmung anschließt. Daran schließt ein von zwei Klothoiden 19,20 oder klothoidenähnlichen Kurven gebildeter Übergangsabschnitt an, in dessen Verlauf die Krümmung von einem negativen Maximalwert bei Durchlaufen eines Wendepunktes 25 kontinuierlich zu einem positiven Maximalwert verändert wird. In weiterer Folge schließt ein Kreisbogenabschnitt 17 mit einem positiven Krümmungswert an, der im weiteren mit einer Klothoide 21 oder klothoidenähnlichen Übergangskurve auf den Krümmungswert Null einer Gerade übergeführt wird. Die Vermeidung von Krümmungssprüngen ist durch diesen Konturverlauf gegeben.A comparison of the contours of the mold cavity in the extension region in a funnel mold according to the prior art and a mold according to the invention in a normal to the Kokillenlängsachse cutting plane is shown in Fig. 6. In the upper half of the figure, the contour over the mold width is shown starting from the center of the mold (mold longitudinal axis), and the lower half of the image shows the associated curve over the mold width. The contour curve according to the prior art shown by dotted lines is formed by two arc segments merging into one another and ends in a straight line which identifies the narrow-side adjustment region. The associated curve shown with a dotted line jumps at the point of contact of the two circular arc section (inflection point 25 ') from a negative value to a constant value to a constant positive value. Here occurs the disadvantageous described massive discontinuity in the curvature, which contributes significantly to the lifting of the strand shell. Equivalent conditions are present at the transition from the circular arc to the straight line at the transition to the narrow-side adjustment range. Here, the curvature jumps back to zero in a point of discontinuity. In comparison, a continuous line of the contour curve is shown according to an embodiment of the invention, starting from the Kokillenmitte of a
Anstelle der in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Kreisbogenabschnitte im Konturverlauf können auch näherungsweise kreisbogenförmig ausgebildete Kurvenabschnitte verwendet werden. Im Bereich der maximalen Erweiterung im Erweiterungsbereich kann ein von einer Geraden oder näherungsweise von einer Geraden gebildeter Kurvenabschnitt vorgesehen werden. Alle diese Abwandlungen liegen im Schutzbereich der Erfindung.Instead of the circular arc sections in the contour profile indicated in this exemplary embodiment, approximately arc-shaped curved sections can also be used. In the area of the maximum extension in the extension area, a curve section formed by a straight line or approximately by a straight line can be provided. All of these modifications are within the scope of the invention.
Claims (18)
- Open-ended mold for a continuous casting installation, in particular an open-ended steel casting mold, for casting a metal strand with a thin slab cross section with a maximum thickness of 150 mm, with a mold cavity (7) formed by cooled broad-side walls (1, 2) and narrow-side walls (3, 4), the mutually opposing broad-side walls forming a central widening region (11), and the broad-side walls (1,2) and the narrow-side walls (3,4) forming a rectangular outlet cross section (22) on the mould outlet edge (6) and the central widening region (11) going over in the direction of the mutually opposing narrow-side walls (3, 4) into narrow-side adjusting regions (12, 13), the central widening region (11) extending from the mould inlet edge (5) to the mould outlet edge (6) and the contour of the mold cavity (7) in the widening region (11) from the mould inlet edge (5) to the mould outlet edge (6) being formed in sectional planes taken at right angles to a longitudinal axis (23) of the mold by curves (15) which at least in partial regions form clothoids (18, 19, 20, 21) or clothoidal curves, within which the sudden changes in curvature (Δk) are minimized or reduced to zero.
- Open-ended mold according to Claim 1, characterized in that curve portions formed approximately or exactly by arcs of a circle (16, 17) or straight lines are joined by curve portions formed by clothoids (18, 19, 20, 21) or clothoidal curves and sudden changes in curvature (Δk) of these curve portions at their transitional points are minimized or reduced to zero.
- Open-ended mold according to Claim 1, characterized in that the contour of the mold cavity (7) in the widening region (11) is formed in sectional planes taken at right angles to the longitudinal axis (23) of the mold by curves (15) running symmetrically in relation to the narrow-side walls (3, 4) with a convex-concave profile, which, starting from the center of the mold cavity contour with only a small or no curvature (k), go over into a region with constantly increasing curvature.
- Open-ended mold according to Claim 3, characterized in that the curvature (k) in the center of the mold cavity contour meets the condition k ≤ 0.3*(4H)/(H2+L2),
where k = curvature (mm)
H = half the mold cavity widening (mm)
L = half the width of the widening region B1 (mm). - Open-ended mold according to one of the preceding claims, characterized in that the sudden changes in curvature (Δk) at the transition from the central widening region (11) to the narrow-side adjusting regions (12, 13) and at the location of the inflectional tangents (25) in the curve profile are minimized, preferably tend toward zero.
- Open-ended mold according to Claim 5, characterized in that the sudden changes in curvature (Δk) at the transition from the central widening region (11) to the narrow-side adjusting regions (12, 13) meet the condition Δk ≤ 0.5*(4H)/(H2+L2).
- Open-ended mold according to Claim 5, characterized in that the sudden changes in curvature (Δk) at the location of the inflectional tangents (25) meet the condition Δk ≤ 0.4*(8H)/(H2+L2).
- Open-ended mold according to one of the preceding claims, characterized in that the contour of the mold cavity (7) in the widening region (11) is formed in sectional planes taken parallel to the longitudinal axis (23) of the mold and the narrow-side walls (3, 4) by straight lines (24a, 24b, 24n) between the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6).
- Open-ended mold according to one of the preceding claims, characterized in that the transition from the central widening region (11) and the narrow-side adjusting region (12, 13) laterally adjoining the latter is formed by a straight line (24a) which, in a sectional plane taken parallel to the longitudinal axis (23) of the mold and the narrow-side walls (3, 4), joins the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6).
- Open-ended mold according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the locations of the inflectional tangents in the contour of the mold cavity (7) with sectional planes taken at right angles to the longitudinal axis (23) of the mold form straight lines (24d) between the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6) which lie in a sectional plane taken parallel to the longitudinal axis (23) of the mold.
- Open-ended mold according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the straight lines (24a, 24b, 24n) are arranged inclined by the extent of strand shrinkage.
- Open-ended mold according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the contour of the mold cavity (7) in the widening region (11) has in sectional planes taken parallel to the longitudinal axis (23) of the mold and the narrow-side walls (3, 4) a curved, preferably parabolic, profile (26) between the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6), in dependence on the solidifying conditions of the metal to be cast.
- Open-ended mold according to Claim 12, characterized in that the transition from the central widening region (11) and the narrow-side adjusting region (12, 13) laterally adjoining the latter is formed by a curve with an essentially parabolic profile (26) which, in a sectional plane taken parallel to the longitudinal axis (23) of the mold and the narrow-side walls (3, 4), joins the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6).
- Open-ended mold according to Claim 12, characterized in that the locations of the inflectional tangents in the contour of the mold cavity (7) with sectional planes taken at right angles to the longitudinal axis (23) of the mold form curves with an essentially parabolic profile (26) between the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6) which lie in a sectional plane taken parallel to the longitudinal axis (23) of the mold.
- Open-ended mold according to one of Claims 12 to 14, characterized in that the curves with the essentially parabolic profile (26) are arranged inclined by the extent of strand shrinkage.
- Open-ended mold according to one of the preceding claims, characterized in that the radii of curvature of the contour of the mold cavity (7) in the widening region (11) in sectional planes taken at right angles to the longitudinal axis (23) of the mold become greater between the mold inlet edge (5) and the mold outlet edge (6) in the direction of the mold outlet edge and are infinite at the outlet edge.
- Open-ended mold according to one of the preceding claims, characterized in that the broad-side walls (1, 2) in the narrow-side adjusting regions (12, 13) are arranged essentially parallel to one another.
- Open-ended mold according to one of the preceding claims, characterized in that the narrow-side walls (3, 4) are convexly formed in dependence on the shrinking behavior of the metal respectively to be cast.
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RDAF | Communication despatched that patent is revoked |
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RDAG | Patent revoked |
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27W | Patent revoked |
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GBPR | Gb: patent revoked under art. 102 of the ep convention designating the uk as contracting state |
Effective date: 20110224 |
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