EP1792675A2

EP1792675A2 - Kokille zum Stranggiessen von Metall

Info

Publication number: EP1792675A2
Application number: EP06019527A
Authority: EP
Inventors: Hans-Günter Dr. Wobker; Gerhard Hugenschütt; Raimund Boldt; Dietmar Kolbeck; Frank Maiwald; Hans-Dirk Piwowar; Daniel Reinelt; Dirk Dr. Rode
Original assignee: KM Europa Metal AG; KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: US20070125511A1; ATE488315T1; US7455098B2; JP2007152431A; CA2569437C; KR20070056923A; ES2356554T3; DE102005057580A1; CA2569437A1; UA92147C2; DE502006008320D1; BRPI0603979A; RU2414322C2; CN1974061A; EP1792675B1; EP1792675A3; RU2006142221A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem Formhohlraum (2), der eine Eingießöffnung (3), eine Austrittsöffnung (4) und einen Gießkonus (6) aufweist. Es ist wenigstens eine sich in Gießrichtung (G) erstreckende konkave Ausbauchung (7) vorgesehen, die in einem Abstand (A) unterhalb einer vorbestimmten Gießspiegellage (5) beginnt und sich bis zur Austrittsöffnung (4) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Rohrförmige Kokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen zum Gießen von Profilen aus Stahl oder anderen Metallen mit hohem Schmelzpunkt sind vielfach im Stand der Technik beschrieben worden. Kokillenrohre besitzen üblicherweise in einer horizontalen Querschnittsebene eine gleichmäßige Wanddicke, die in Strangrichtung aufgrund der Innenkonizität des Kokillenrohrs zunimmt. Die Konizität kann über die gesamte Länge der Kokille gleich sein. Es können aber auch über die Länge veränderliche Konizitäten zum Einsatz kommen, insbesondere kann die Konizität im Bereich der Eingießöffnung größer sein und in Gießrichtung abnehmen, um der Schrumpfung des Gießstrangs bei der Abkühlung besonders gut folgen zu können und dadurch eine gute Wärmeabfuhr sicherzustellen.
Grundsätzlich haben Maßnahmen zur Optimierung der Konizität das vorherrschende Ziel, die Wärmeabfuhr in Gießrichtung durch Anpassung der Innenkontur an die Schrumpfung der Strangschale zu verbessern. Der Großteil der heute verwendeten Kokillen ist hinsichtlich der Konizität auf einen bestimmten Arbeitspunkt optimiert, wobei der Arbeitspunkt von mehreren Parametern abhängt, wie z. B. der Gießgeschwindigkeit, der Stahlzusammensetzung und den Kühlbedingungen. Wenn es zu Abweichungen von dem vorbestimmten Arbeitspunkt kommt, kann die gewählte Geometrie zu Störungen im Gießprozess und der Strangqualität führen, denn mit der einsetzenden Erstarrung der Metallschmelze im Gießspiegel bildet sich am Strang die so genannte Strangschale aus. Bei unzutreffender Kokillengeometrie vom Kokillenrohr kann die Strangschale abheben und sich verdrehen oder im umgekehrten Fall, das heißt bei zu geringer Schrumpfung, zu einer hohen Reibung an dem Kokillenrohr führen. Ein Ruckeln des Strangs, Strangabrisse oder sogar Durchbrüche können die Folge sein. Der Luftspalt zwischen Kokillenrohr und Strangschale bewirkt auch eine ungleichmäßige Wärmeabfuhr, die Strangschale schmilzt erneut auf mit der Folge von externen und internen Rissen im Strang. Es gibt daher vielfache Bemühungen, die Konizität exakt auf einen bestimmten Anwendungsfall einzustellen, um dadurch optimale Gießgeschwindigkeiten zu erreichen.
In der EP 0 958 871 A1 wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, dass die Konizität wenigstens in einer Teillänge des Gießkonus entlang einer Umfangslinie derart variiert, dass jeder Abschnitt der Umfangslinie zwischen den Eckbereichen eine glatte Kurve bildet und wobei die Konizität in Gießrichtung abnimmt. Obwohl diese Ausgestaltung des Formhohlraums für einen bestimmten Satz von Parametern die theoretisch optimale Geometrie darstellt, kommt es in der Praxis dennoch zu Parameterschwankungen, beispielsweise bedingt durch die Temperaturführung oder durch geänderte Stahlzusammensetzungen, die es unmöglich machen, den vorbestimmten Arbeitspunkt der Kokille dauerhaft exakt einzuhalten.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kokille zum Stranggießen von Metallen aufzuzeigen, bei welcher hohe Gießgeschwindigkeiten bei gewünschter Strangqualität auch dann gefahren werden können, wenn sich Abweichungen vom Arbeitspunkt ergeben und sich die Schrumpfungsverhältnisse des Metalls innerhalb der Kokille ändern.
Diese Aufgabe ist bei einer Kokille mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Kokille ist, dass wenigstens eine sich in Gießrichtung erstreckenden, konkave Ausbauchung vorgesehen ist, die in einem Abstand unterhalb einer vorbestimmten Gießspiegellage beginnt und sich bis zur Austrittsöffnung erstreckt. Vorzugsweise sind mehrere konkave Ausbauchungen vorgesehen, so dass sich in dem unteren Höhenabschnitt der Kokille gewissermaßen eine wellenförmige Profilierung über den gesamten Umfang oder auch nur Teilumfangsbereiche ergibt, im Gegensatz zu den im Normalfall geraden Seitenflächen. Die wenigstens eine konkave Ausbauchung lässt zu, dass sich die Strangschale des erstarrten Metalls bei Abweichungen vom Arbeitspunkt, das heißt bei veränderter Schrumpfung, mehr oder weniger stark in die dafür vorgesehene Ausbauchung hinein legt. Dabei wird die Strangschale jedoch jederzeit sicher geführt, so dass beispielsweise ein Verdrehen oder eine Rhomboidizität der Strangschale vermieden werden kann. Bei Gießparametern, die zu einer erhöhten Schrumpfung führen, ermöglicht die vorgeschlagene Kokillengeometrie, dass die Strangschale vorzugsweise auf den höher liegenden Flächen, das heißt an den Rändern der konkaven Ausbauchungen geführt wird. Im umgekehrten Fall, das heißt, wenn die Schrumpfung der Strangschale zu gering ist, kann diese etwas stärker in die konkaven Ausbauchungen eintauchen. Trotz des Eintauchens ist die Reibung zwischen der Strangschale und dem Formhohlkörper wesentlich geringer als bei Querschnittskonturen mit im Wesentlichen geraden Umfangskonturen.
Zwar ist bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Kokille in Kauf zu nehmen, dass der Kontakt des Gießstrangs von der vorbestimmten Gießspiegellage bis zu Austrittsöffnung nicht absolut vollflächig ist und aufgrund der daraus resultierenden geringfügig schlechteren Kühlung nicht ganz maximale Gießgeschwindigkeiten gefahren werden können, allerdings wird die Verfahrenssicherheit entscheidend verbessert, ohne dass es zu spürbaren Qualitätseinbußen kommt. Darüber hinaus steht der weitaus überwiegende Teil der Oberfläche des Formhohlraums in unmittelbarem Kontakt mit der Schmelze bzw. der erstarrenden Strangschale, da die Ausbauchungen sich nicht über die gesamte Länge des Formhohlraums erstrecken, sondern erst in einem Abstand unterhalb der vorbestimmten Gießspiegellage beginnen. Das bedeutet, dass derjenige Bereich, der oberhalb der Ausbauchungen liegt, im Wesentlichen glatt ist, das heißt insbesondere keine derartigen Ausbauchungen aufweist, wie sie erst im unteren Höhenbereich der Kokille vorgesehen sind. Ausgenommen hiervon sind selbstverständlich Eingießtrichter, welche z.B. bei Convex-Rohren etwa in der Höhe des Gießspiegels beginnen und sich ca. bis zur halben Länge des Formhohlraums erstrecken.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die wenigstens eine konkave Ausbauchung beginnt in einem Anfangsbereich, der sich gemessen von der Eingießöffnung von 30 % bis 70 %, vorzugsweise von 40 % bis 60 %, der Formhohlraumlänge erstreckt. Insbesondere beginnt die wenigstens eine Ausbauchung auf halber Länge des Formhohlraums. Es müssen nicht zwingend alle Ausbauchungen auf exakt derselben Höhenlage beginnen. Es ist durchaus denkbar, dass die Ausbauchungen in unterschiedlichen Höhenlagen beginnen. Wesentlich ist, dass die Ausbauchungen in einem Bereich beginnen, in dem sich bereits eine hinreichend dicke Strangschale gebildet hat, die bereits eine gewisse Formstabilität besitzt. Daher ist der Abstand zwischen der vorbestimmten Gießspiegellage und der wenigstens einer konkaven Ausbauchung hinreichend groß zu bemessen. Vorzugsweise ist der Abstand größer als 10 %, insbesondere größer als 20 % der Länge des Formhohlraums. Es ist vorteilhaft wenigstens eine konkave Ausbauchung pro Fläche des Formhohlraums vorhanden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Konizität im Tiefsten der wenigstens einer konkaven Ausbauchung schneller abnimmt als am Rand der konkaven Ausbauchung. Insbesondere kann die Konizität im Tiefsten der konkaven Ausbauchung bis auf 0 % pro Meter abnehmen, während die Konizität an den Rändern der Ausbauchungen bis in einen Bereich von 0,6 % pro Meter bis 1,5 % pro Meter abnimmt. Mit anderen Worten nimmt die Tiefe der Ausbauchungen in Gießrichtung zu.
Bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Kokille ist bezüglich der Konizität ebenfalls ein bestimmter theoretischer Arbeitspunkt anzunehmen, wobei sich der daraus ergebende Verlauf der Konizität im Bereich der Ausbauchungen weder ausschließlich durch die Ränder noch durch das Tiefste der Ausbauchung definiert ist. Vielmehr ist vorgesehen, dass benachbarte Ausbauchungen ein Wellenprofil bilden, wobei die gedachte Mittellinie des Wellenprofils die für die Auslegung der Kokille hinsichtlich der Konizität maßgebliche Optimallinie bildet. Wenn der Arbeitspunkt der Kokille erreicht wird, bedeutet dies, dass sich ein Teil der Strangschale in die Ausbauchungen hinein verlagert, während sich ein anderer Teil an den Rändern bzw. den Wellenbergen des Wellenprofils abstützt. Bei Abweichungen der Schrumpfung, das heißt bei Abweichungen von der Optimallinie, wird die Strangschale dennoch durch die konkaven Ausbauchungen innerhalb der Kokille geführt. Es kommt lediglich zu einer Erhöhung bzw. Verringerung der Reibung, allerdings ohne Gefahr des Strangruckelns oder Strangabrisses.
Es ist vorgesehen, dass die Konizität an den Rändern der Ausbauchungen, das heißt an den Wellenbergen, bis in einen Bereich von 0,9 % pro Meter bis 1,1 % pro Meter abnimmt. Wenn sich die Konizität beispielsweise von 2,5 % pro Meter am Anfangsbereich des Gießkonus auf 0,5 % pro Meter reduzieren soll und die Konizität an den Rändern der Ausbauchungen bei 1 % liegt und im Tiefsten der konkaven Ausbauchung bei 0 % liegt, folgt daraus, dass die Mittellinie des Wellenprofils in etwa einer Konizität von gewünschten 0,5 % pro Meter entspricht.
Die maximale Tiefe der konkaven Ausbauchungen gemessen von den Rändern der Ausbauchungen bis zum Tiefsten liegt in einem Bereich von 0,3 mm bis 1 mm und beträgt vorzugsweise etwa 0,5 mm. Die Tiefe nimmt aufgrund der schnelleren Abnahme der Konizität im Tiefsten der konkaven Ausbauchung in Gießrichtung zu, wobei die maximale Tiefe an der Austrittsöffnung erreicht wird.
Um Materialspannungen innerhalb des Gießstrangs zu vermeiden sowie um ein gleichmäßiges Verschleißbild des Formhohlraums zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, die konkaven Ausbauchungen bei einem im Querschnitt rechteckigen, polygonen oder zylindrischen Formhohlraum symmetrisch anzuordnen. Bei einem im Querschnitt zylindrischen Formhohlraum sind die Ausbauchungen vorzugsweise diametral angeordnet. Bei zylindrischen Formhohlräumen kann die Anzahl der konkaven Ausbauchungen auch ungerade sein. In diesem Fall wird eine gleichmäßige Verteilung, d.h. eine rotationssymmetrische Verteilung der Ausbauchungen über den Umfang angestrebt, wobei sich der Kreisbogen zwischen zwei einander benachbarten Aussparungen über 360°/n erstreckt, mit n = Anzahl der Ausbauchungen. Bei einem im Querschnitt rechteckigen oder polygonen Formhohlraum sind dementsprechend in bevorzugter Ausgestaltung in jeder Kokillenseite konkave Ausbauchungen vorgesehen.
Sprünge oder Knicke im Konizitätsverlauf können dadurch vermieden werden, dass die in Gießrichtung ortsabhängige Konizität des Formhohlkörpers eine durch eine stetige Funktion beschreibbare Kurve ist. Das bedeutet insbesondere, dass die konkaven Ausbauchungen nicht sprunghaft beginnen, sondern einen sanften, möglichst gerundeten Übergang aufweisen, der durch eine stetige Kurve beschrieben werden kann. Alternativ kann die Kontur auch durch eine geeignete und hinreichend große Anzahl von Geradenabschnitten beschrieben werden. Auch in Umfangsrichtung, das heißt quer zur Gießrichtung, soll die Kontur der konkaven Ausbauchungen eine durch eine im Idealfall stetige Funktion beschreibbare Kurve sein. Alternativ kann die Kontur aus Geraden und/oder Kreisabschnitten zusammengesetzt sein. Durch gerundete und möglichst weiche Übergänge kann die Reibung zwischen der Strangschale und dem Formhohlraum reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Kokille kann zur Konturgebung spanlos umgeformt werden. Selbstverständlich ist zur Ausbildung der wenigstens einen konkaven Ausbauchung auch eine spanabhebende Bearbeitung möglich. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Kontur der wenigstens einen konkaven Ausbauchung zumindest teilweise durch ein Abscheideverfahren hergestellt ist. Abscheideverfahren im Sinne der Erfindung sind vorzugsweise elektrolytische Abscheideverfahren, bei denen Metalle wie z.B. Chrom, Kupfer und Nickel oder deren Legierungen auf der Innenoberfläche des Formhohlraums abgelagert werden. Die gewünschte Kontur der konkaven Ausbauchungen kann durch geeignete Elektrodenführung oder die Elektrodengeometrie erreicht werden, so dass es zu unterschiedlich starken Beschichtungsdicken kommt. Grundsätzlich kann es ausreichend sein, die gewünschte Geometrie der konkaven Ausbauchungen ausschließlich durch das Abscheideverfahren zu erzeugen. Falls jedoch konkave Ausbauchungen mit großen Tiefen gewünscht werden, kann es zweckmäßig sein, eine spanlose oder spanabhebende Umformung mit einem Abscheideverfahren zu kombinieren, so dass die Kontur der wenigstens einen konkaven Ausbauchung zumindest teilweise durch ein Abscheideverfahren hergestellt ist. Grundsätzlich ist eine Beschichtung des Formhohlraums empfehlenswert, um die Verschleißfestigkeit und damit die Standzeit der Kokille zu erhöhen. Auch aus diesem Grund ist es zweckmäßig, an den Rändern der konkaven Ausbauchungen dickere Beschichtungen vorzusehen, als im Tiefsten der konkaven Ausbauchungen, da im Tiefsten ein geringerer Verschleiß zu erwarten ist, als an den exponierten Rändern der Ausbauchungen.
Die Kontur der wenigstens einen konkaven Ausbauchung kann zumindest teilweise, d.h. gegebenenfalls in Kombination mit einem anderen Bearbeitungsverfahren, durch ein Abscheideverfahren hergestellt werden, z.B. durch ein Ätzverfahren, Erodieren, Laserabtragen oder durch elektrochemische Verfahren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: im Längsschnitt eine Seitenwand einer Kokille;
Figur 2: Ausschnitte aus zwei unterschiedlichen Querschnittsebenen I und II der Figur 1 in vergrößerter Darstellung;
Figur 3: die Konizität der Seitenwand der Kokillenplatte der Figur 1, aufgetragen über ihre Länge;
Figur 4: eine perspektivische Ansicht eines Kokillenrohrs in Blickrichtung auf den Kokillenaustritt;
Figur 5: die Konizität einer Seitenwand der Kokille der Figur 4, aufgetragen über ihre Länge;
Figur 6: einen Teilbereich einer Kokillenplatte mit zwei konkaven Ausbauchungen in einer ersten Ausführungsform und
Figur 7: einen Teilbereich einer Kokillenplatte mit zwei konkaven Ausbauchungen in einer zweiten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt im Längsschnitt die Wand einer Kokille 1 zum Stranggießen von Metall. Die Darstellung ist rein schematisch, ist in keiner Weise maßstäblich und dient lediglich zur Illustrierung des Erfindungsgedankens.
Die Kokille 1 ist bezüglich ihrer Mittellängsachse MLA symmetrisch ausgebildet. Die Kokille 1 besteht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und wird von außen in nicht näher dargestellter Weise gekühlt, so dass eine in die Kokille 1 eingebrachte Metallschmelze von außen nach innen erstarrt und eine Strangschale ausbildet. Die dargestellte Kokille 1 besitzt zu diesem Zweck einen besonders konturierten Formhohlraum 2, wobei dessen Konizität K auf das Schrumpfungsverhalten der Metallschmelze eingestellt ist. Der Formhohlraum 2 besitzt eine Eingießöffnung 3 und eine Austrittsöffnung 4. Die Gießrichtung ist durch den Pfeil G gekennzeichnet. Während des Stranggießvorgangs wird die Metallschmelze innerhalb einer vorbestimmten Gießspiegellage 5 gehalten. Die Gießspiegellage 5 schwankt verfahrensbedingt in gewissen Grenzen um die vorbestimmte Gießspiegellage 5, das heißt die Solllage. Die Kokille 1 wird von außen gekühlt, dadurch setzt unterhalb der Gießspiegellage 5 ein Erstarren der Metallschmelze ein, es bildet sich die Strangschale, die im weiteren Verlauf schrumpft. Der mit 6 bezeichnete Gießkonus gleicht die Volumenabnahme der Schmelze bzw. der Strangschale in gewissem Umfang aus. Die Konizität K des Gießkonus 6 verändert sich in Längsrichtung der Kokille 1. Die Konizität K beginnt bei ca. 2,5 % pro Meter und nimmt in Gießrichtung G bis auf etwa 0,5 % pro Meter ab.
Die erfindungsgemäße Kokille 1 gliedert sich in diesem Ausführungsbeispiel in zwei unterschiedliche Höhenbereiche. Der obere Höhenbereich H1 erstreckt von der Eingießöffnung 3 bis zur halben Länge L der Kokille 1. Der untere Höhenbereich H2 beginnt in der Mitte der Kokille 1 und reicht bis zur Austrittsöffnung 4. Wesentlich ist, dass der untere Höhenbereich H2 in einem Abstand A unterhalb der vorbestimmten Gießspiegellage 5 beginnt, da der untere Höhenbereich H2 eine ganz besondere Konturierung zum Ausgleich von unterschiedlich starken Schrumpfungen besitzt. Diese Konturierung beginnt erst im unteren Höhenbereich H2, wo sich eine hinreichend feste Strangschale ausgebildet hat. Bei der erfindungsgemäßen Kokille 1 sind sich in Gießrichtung G erstreckende konkave Ausbauchungen 7 vorgesehen, die bis zur Austrittsöffnung 4 reichen. Die Tiefe T der Ausbauchungen 7 nimmt in Gießrichtung G zu. Die Ausbauchungen 7 beginnen nicht sprunghaft, sondern besitzen eine Tiefe T, die in Gießrichtung G langsam zunimmt. Ein fließender Übergang zum oberen Höhenbereich H1 ergibt sich dadurch, dass die Ausbauchungen 7 in Gießrichtung G eine stärker abnehmende Konizität K2 im Tiefsten 9 der Ausbauchungen 7 besitzen als an ihren Rändern 8. Einzelheiten werden nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert.
Figur 2 zeigt mit doppelt punktierter Linie die Oberflächenkontur des Gießkonus 6 im Bereich der Querschnittebene I, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Die zweite Linie stellt den Verlauf der Oberflächenkontur an der Austrittsöffnung 4 dar. Es wird darauf hingewiesen, dass die Kurvenverläufe zur Veranschaulichung stark überzeichnet sind und sich daher auch nicht mit den Abmessungen der Figur 1 decken. Es ist zu erkennen, dass die Amplitude in der Querschnittebene II größer ist als in der Querschnittebene I. Das bedeutet, dass die Tiefe T der Ausbauchungen in Gießrichtung G zunimmt. In der Querschnittebene I ist die Tiefe T1 nur etwa halb so groß wie in der Querschnittebene II, wo zwischen dem Tiefsten 9 und dem Formhohlraum 2 zugewandten Rand 8 die Tiefe T2 zu messen ist. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass die Konizität K im Tiefsten 9 der Ausbauchungen 7 stärker abnimmt als zwischen den Rändern 8, da die Tiefsten 9 in dieser Darstellung einen geringeren Abstand zueinander haben als die Ränder 8.
Die Kokille 1 ist so ausgelegt, dass die Mittellage MI bzw. MII des eingezeichneten Wellenprofils 10 der hinsichtlich der Konizität maßgeblichen Optimallinie entspricht. Hierbei setzt sich die jeweilige Mittellinie M1, M2 aus der kokillenlängsrichtungsabhängigen Lage der Tiefsten 9 und der Ränder 8 der Ausbauchungen 7 zusammen. Figur 3 verdeutlicht diesen Sachverhalt. Es ist zu erkennen, dass die Konizität K in der Nähe der Eingießöffnung 3 mit 2,5 % je Meter relativ hoch ist und kontinuierlich in Gießrichtung G abnimmt. Etwa in der Mitte der Kokille bei L/2 beginnen die Ausbauchungen 7, wobei sich die Gesamtkonizität K aus der Konizität K1 und der Konizität K2 zusammensetzt. Die Konizität K1 ist jeweils an den Rändern 8 der Ausbauchungen 7 gemessen und mit strichpunktierter Linie eingezeichnet. Die Konizität K2 ist an den jeweils tiefsten Punkten der Ausbauchungen 7 gemessen und ist mit gestrichelter Linie eingezeichnet. Die Konizität K1 an den Rändern 8 nimmt nur langsam ab und bewegt sich in der Größenordnung um 1 % je Meter. Dahingegen nimmt die Konizität K2 im Tiefsten 9 der Ausbauchungen 7 schneller ab und beträgt an der Austrittsöffnung 4 der Kokille 1 sogar 0 % pro Meter. Die Überlagerung der Konizitäten K1, K2 führt zu der Gesamtkonizität K in einer Größenordnung von ca. 0,5 % pro Meter.
Durch die zusätzlichen Ausbauchungen 7 im unteren Höhenbereich H2 der Kokille 1 ist es möglich, Parameterschwankungen bedingt durch unterschiedliche Gießtemperaturen, Legierungszusammensetzung oder durch unterschiedliche Lagen des Gießspiegels in gewissen Grenzen auszugleichen. Klemmungen des Strangs, die zu einem Strangruckeln, Strangabrissen oder sogar Strangdurchbrüchen führen, werden dadurch vermieden.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kokille 11, wobei zur Beschreibung der Geometrie nachfolgend die bereits eingeführten Bezugszeichen zu den Figuren 1 und 2 verwendet werden. Der Formhohlraum 2 der Kokille 11 ist in Gießrichtung G im Wesentlichen in zwei Abschnitte gegliedert. Der der Eingießöffnung 3 zugewandte obere Höhenbereich ist glatt ausgeführt, wobei sich auf etwa halber Länge der Kokille 11 ein unterer Höhenbereich anschließt, der mehrere konkave Ausbauchungen aufweist. Jeweils eine konkave Ausbauchung 7 ist in der Mitte jeder Kokillenseite 12 vorgesehen. Darüber hinaus sind auch die Eckbereiche 13 zwischen zwei aneinander stoßenden Kokillenseiten 12 mit Ausbauchungen 7 versehen. Sämtliche Ausbauchungen 7 sind quer zur Gießrichtung betrachtet, abgerundet ausgeführt, wobei es sich um eine Aneinanderreihung von Kurvenabschnitten handelt. Wesentlich bei der Kokille 11 der Figur 4 ist wiederum, dass die konkaven Ausbauchungen 7 in einem bestimmten Abstand unterhalb der vorbestimmten Gießspiegellage beginnen und sich bis zur Austrittsöffnung 4 erstrecken. Die Geometrie der Ausbauchungen 7 ist so gewählt, dass sich hinsichtlich der Konizität eine Optimallinie ergibt, die weder durch das Tiefste 9 noch den Rand 8 der Ausbauchungen 7 definiert ist, sondern durch die Überlagerung aller Konizitäten.
Analog zu Figur 3 zeigt Figur 5 den Konizitätsverlauf des Ausführungsbeispiels der Figur 4. Es ist zu erkennen, dass die Konizität K3 im Bereich der Eingießöffnung zunächst konstant ist und anschließend in Gießrichtung kontinuierlich abnimmt. Die Konizität K3 nimmt zunächst recht stark ab, wobei der Graph K3 in Richtung der Austrittsöffnung 4 abflacht. Im unteren Höhenbereich, d.h. etwa ab U2, beginnen die konkaven Ausbauchungen 7 in den einzelnen Kokillenseiten 12. K4 steht in diesem Zusammenhang für die Konizität, die im Tiefsten 9 der Ausbauchungen 7 gemessen wird. K5 steht für die Konizität, die an den Rändern 8 der Ausbauchungen 7 gemessen wird. Die Konizität K4 im Tiefsten der Ausbauchungen 7 fällt bei L/2 auf 0 ab, während die Konizität an den Rändern 8 der Ausbauchungen 7 bei etwa 1 liegt. Die mittlere Konizität K3 liegt zwischen den Konizitäten K4 und K5.
Die Figuren 6 und 7 zeigen Ausschnitte von Kokillenseiten 12, in die jeweils unterschiedlich konfigurierte Ausbauchungen 7a, 7b eingebracht sind. Die Länge der Ausbauchungen 7a, 7b in Bezug auf die dargestellte Kokillenseite 12 ist in diesem Zusammenhang unerheblich, da ausschließlich die Geometrie der Ausbauchungen 7a, 7b erläutert werden soll.
Die Tiefe T und die Breite B der Ausbauchungen 7a, 7b nehmen in Gießrichtung kontinuierlich zu. Es ist allerdings erkennbar, dass der Radius R1 der Ausbauchung 7a über die gesamte Länge konstant ist. Diese Geometrie ergibt sich aus einer Durchdringung eines gegenüber der Oberfläche der Kokillenseite 12 leicht geneigten Kreiszylinders mit der Kokillenseite 12. Um eine quer zur Gießrichtung G gerundete Geometrie zu erhalten, wurden die Übergänge zu den Rändern 8 der Ausbauchungen 7a gerundet.
Die Ausführungsform der Figur 7 unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, dass der Radius der Ausbauchungen in Gießrichtung zunimmt. Es ist erkennbar, dass der Radius R2 am schmalen Ende der Ausbauchung 7b kleiner ist als der Radius R3 am breiten Ende der Ausbauchung 7b. Diese Geometrie ergibt sich aus einer Durchdringung der Kokillenplatte 12 mit einem Kreiskegel, wobei die Hochachse des Kreiskegels parallel zur Oberfläche des Formhohlraums verläuft. Selbstverständlich kann dieser Kreiskegel auch noch zusätzlich geneigt werden, um den Tiefen- und Breitenverlauf der Ausbauchung 7b zu variieren. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Ränder 8 der Ausbauchung 7b gerundet ausgeführt, so dass sich austrittsseitig gewissermaßen ein gewelltes Profil ergibt.

Bezugszeichen:

1: - Kokille
2: - Formhohlraum
3: - Eingießöffnung
4: - Austrittsöffnung
5: - Gießspiegellage
6: - Gießkonus
7: - Ausbauchung
7a: - Ausbauchung
7b: - Ausbauchung
8: - Rand v. 7
9: - Tiefstes v. 7
10: - Wellenprofil
11: - Kokille
12: - Kokillenseite
13: - Eckbereich

MLA: - Mittellängsachse v. 1
G: - Gießrichtung
H1: - oberer Höhenbereich
H2: - unterer Höhenbereich
L: - Länge der Kokille
A: - Abstand zw. 5 u. H2
B: - Breite v. 7a
T: - Tiefe
T1: - Tiefe
T2: - Tiefe
R1: - Radius v. 7
R2: - Radius v. 7a
R2: - Radius v. 7b
MI: - Mittellage v. 10 bei I
MII: - Mittellage v. 10 bei II
K: - Konizität
K1: - Konizität
K2: - Konizität
K3: - Konizität
K4: - Konizität

Claims

Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem Formhohlraum (2), wobei der Formhohlraum (2) eine Eingießöffnung (3), eine Austrittsöffnung (4) und einen Gießkonus (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine sich in Gießrichtung (G) erstreckende, konkave Ausbauchung (7, 7a, 7b) vorgesehen ist, die in einem Abstand (A) unterhalb einer vorbestimmten Gießspiegellage (5) beginnt und sich bis zur Austrittsöffnung (4) erstreckt.
Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfang der wenigstens einen konkaven Ausbauchung (7) in einem Anfangsbereich liegt, wobei sich der Anfangsbereich von 30% bis 70 % der Formhohlraumlänge (L), gemessen von der Eingießöffnung (3), erstreckt.
Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine konkave Ausbauchung (7) auf halber Länge (L) des Formhohlraums (2) beginnt.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen der vorbestimmten Gießspiegellage (5) und der wenigstens einen konkaven Ausbauchung (7) größer ist als 10 %, insbesondere größer ist als 20% der Länge (L) des Formhohlraums (2).
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität (K, K3) im Tiefsten (9) der wenigstens einen konkaven Ausbauchung (7) schneller abnimmt als am Rand (8) der wenigstens einen konkaven Ausbauchung (7).
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität (K2) im Tiefsten (9) der wenigstens einen konkaven Ausbauchung (7) bis auf max. 0 % pro Meter abnimmt.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität (K1) an den Rändern (8) der Ausbauchungen (7) bis in einen Bereich von 0,6 % pro Meter bis 1,5 % pro Meter abnimmt.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Ausbauchungen (7) ein Wellenprofil (10) bilden, wobei die gedachte Mittellinie (MI, MII) des Wellenprofils (10) die für die Auslegung der Kokille hinsichtlich der Konizität (K) maßgebliche Optimallinie bildet.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven Ausbauchungen (7) bei einem im Querschnitt rechteckigen, polygonen oder zylindrischen Formhohlraum (2) symmetrisch angeordnet sind.
Kokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konkaven Ausbauchungen (7) bei einem im Querschnitt zylindrischen Formhohlraum (2) diametral angeordnet sind.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine konkave Ausbauchung (7) in jeder Kokillenseite (12) eines im Querschnitt rechteckigen oder polygonen Formhohlraums (2) vorgesehen ist.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in Gießrichtung (G) ortsabhängige Konizität (K) des Formhohlraums (2) eine durch eine stetige Funktion beschreibbare Kurve ist.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in Gießrichtung (G) ortsabhängige Konizität (K) des Formhohlraums (2) durch eine Aneinanderreihung von Kurven- und/oder Geradenabschnitten definiert ist.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der wenigstens einen konkaven Ausbauchung (7) quer zur Gießrichtung (G) eine durch eine stetige Funktion beschreibbare Kurve ist.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der wenigsten einen konkaven Ausbauchung (7) quer zur Gießrichtung (G) durch eine Aneinanderreihung von Kurven- und/oder Geradenabschnitten definiert ist.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der wenigstens einen konkaven Ausbauchung zumindest teilweise durch ein Abscheideverfahren hergestellt ist.
Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der wenigstens einen konkaven Ausbauchung zumindest teilweise durch ein Abtragverfahren hergestellt ist.