EP2111311A1 - Kokillenwand einer kokille zum giessen einer metallschmelze - Google Patents

Kokillenwand einer kokille zum giessen einer metallschmelze

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EP2111311A1
EP2111311A1 EP07856534A EP07856534A EP2111311A1 EP 2111311 A1 EP2111311 A1 EP 2111311A1 EP 07856534 A EP07856534 A EP 07856534A EP 07856534 A EP07856534 A EP 07856534A EP 2111311 A1 EP2111311 A1 EP 2111311A1
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds

Definitions

  • Sealing media or rings on the annular bulges of such a dog-bone-shaped sealing element ensure a seal of the blind bore and the transverse bore relative to the cooling liquid from the transition region even at a Schrägtial caused by the transverse forces. Misalignment of the sealing element in the blind or transverse bore.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)

Description

Kokillenwand einer Kokille zum Gießen einer Metallschmelze
Die Erfindung betrifft eine Kokillenwand einer Kokille zum Gießen einer Metallschmelze.
Kokillen mit Kokillenwänden sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die Kokillenwände begrenzen mit ihrer der Metallschmelze zugewandten Heißseite einen Raumbereich für die zunächst noch flüssige Metallschmelze und geben gleichzeitig die Form für die später erstarrte Metallschmelze vor.
Bekannt sind zum einen einteilig aufgebaute Kokillenwände, welche im Wesentlichen lediglich aus einer Kokillenplatte bestehen. Die Kokillenplatte ist typischerweise mit ihrer Kaltseite mit Hilfe von Bolzenelementen an einen Wasserkasten angeschraubt zum Kühlen der Kokillenplatte während des Gießbetriebs. Bei derartig konstruierten Kokillenwänden ist es bekannt, dass einige der Bolzenelemente eine Längsbohrung aufweisen, durch welche ein Thermoelement in eine dazu fluchtende Sackbohrung in der Kokillenplatte geführt ist. Mit Hilfe des Thermoelementes kann dann die Temperatur der Kokillenplatte während des Gießbetriebs erfasst und überwacht werden.
Neben den einteilig aufgebauten Kokillenwänden gibt es zum anderen zweiteilig aufgebaute Kokillenwände, welche neben einer Kokillenvorderplatte auch eine Kokillenrückplatte, nachfolgend auch Adapterplatte genannt aufweisen. Die Kokillenvorderplatte weist eine der Metallschmelze zugewandte Heißseite und eine von der Metallschmelze abgewandte Kaltseite auf. Die Kokillenrückplatte ist bei den zweiteiligen Konstruktionen an die Kaltseite der Kokillenvorderplatte angeschraubt. Im Bereich der Trennebene zwischen den beiden Platten befinden sich üblicherweise Kühlkanäle oder -bohrungen, die zur Kühlung der Kokille von Kühlflüssigkeit mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit durchströmt werden. Alternativ kann auch eine nahezu vollflächige Kühlung realisiert sein. Bei dem zweiteiligen Aufbau ist die Kokillenvorderplatte typischerweise aus Kupfer und die Kokillenrϋckplatte typischerweise aus einem anderen preisgünstigeren und eventuell auch stabileren Material als Kupfer, z.B. aus Stahl, gefertigt. Auf diese Weise können gleichzeitig Kosten eingespart und die Festigkeit der Kokillenwand erhöht werden. Schließlich ist es ebenfalls bekannt, die Kokil- lenrückplatte zusammen mit der Kokillenvorderplatte mit Hilfe von Bolzenelementen an einen Wasserkasten anzuschrauben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer grundsätzlich bekannten, aus einer Kokillenvorderplatte und einer Kokillenrückplatte aufgebauten Kokillenwand einen Eintritt von Kühlflüssigkeit aus einem Übergangsbereich zwischen der Kokillenvorderplatte und der Kokillenrückplatte in eine Sackbohrung in der Kokillenvorderplatte und eine zumindest näherungsweise dazu fluchtende Querbohrung in der Kokillenrückplatte zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dieser sieht vor, dass bei einer Kokillenwand ein Dichtungselement mit einer Längsbohrung vorgesehen ist, welches im Übergangsbereich zwischen der Kokillenvorderplatte und der Kokillenrückplatte so angeordnet ist, dass die Längs- bohrung zumindest näherungsweise mit der Querbohrung und der Sackbohrung fluchtet.
Durch das Dichtungselement wird verhindert, dass Kühlflüssigkeit, die sich unter hohem Druck in den Kühlkanälen und damit im Übergangsbereich zwischen Kokillenvorderplatte und Kokillenrückplatte befindet, in die durch das Dichtungselement abgedichtete Sackbohrung in der Kokillenvorderplatte und Querbohrung in der Kokillenrückplatte eindringen kann.
In den Unteransprüchen sind verschiedene Ausführungsformen für das Dich- tungselement beschrieben. So kann das Dichtungselement grundsätzlich in
Form eines einzelnen Dichtungsringes (O-Ringes) oder in Form eines graden Rohres, dessen Außendurchmesser so dimensioniert ist, dass es möglichst passgenau in die Sack- und Querbohrung passt, ausgebildet sein. Diese beiden Formen haben sich jedoch in der Praxis nicht bewährt, weil sie den dynamischen Querverschiebungen, wie sie beim Betrieb der Kokille zwischen der Ko- killenvorderplatte und der Kokillenrückplatte auftreten, nicht lange standhalten. Aufgrund der dynamischen Belastung durch die Querkräfte werden die Dichtungselemente der genannten Art zwischen den Platten deformiert bzw. förmlich zerrieben und verlieren deshalb schnell ihre Dichtwirkung.
Weil die Querkräfte bzw. Querverschiebungen in der Praxis nicht zu vermeiden sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Dichtungselement so ausgebildet ist, dass es der Querverschiebung, d.h. der Relativbewegung der Kokil- lenvorderplatte und der Adapterplatte zueinander, Rechnung trägt. Dies wird bei weiteren Ausführungsbeispielen für das Dichtungselement dadurch erreicht, dass das Dichtungselement im Übergangsbereich, genauer gesagt insbesonde- re auf Höhe der Trennebene zwischen Kokillenvorderplatte und Kokillenrückplatte einen deutlich geringeren Außendurchmesser aufweist, als an seinen Endbereichen (inklusive evtl. dort vorhandener Dichtringe), welche in die gegebenenfalls lokal erweiterten Innendurchmesser der Sack- und Querbohrung hinragen.
In einer solchen weiteren Ausführungsform kann das Dichtungselement z.B. in Form eines Rohres ausgebildet sein, dessen Außendurchmesser kleiner ist als die Innendurchmesser der ggf. lokal aufgeweiteten Sack- und Querbohrung. Aufgrund der Differenz zwischen den Durchmessern verbleibt genügend Spiel und Bewegungsfreiheit für das Dichtelement, so dass die Querverschiebungen ungehindert stattfinden können, ohne dass das Dichtelement beschädigt werden würde. Die Differenz zwischen den Durchmessern wird mit Hilfe von Dichtmedien, z.B. O-Ringen an den Endbereichen des rohrförmigen Dichtelementes abgedichtet. Besonders gut wird den Querverschiebungen Rechnung getragen durch ein in seiner Außenkontur tailliertes rohrförmiges Dichtungselement z.B. in Form eines Hundeknochens.
Dichtungsmedien bzw. -ringe auf den ringförmigen Ausbauchungen eines sol- chen hundeknochenförmigen Dichtungselementes gewährleisten eine Abdichtung der Sackbohrung und der Querbohrung gegenüber der Kühlflüssigkeit aus dem Übergangsbereich auch bei einer durch die Querkräfte bedingten Schrägbzw. Schiefstellung des Dichtungselementes in der Sack- oder Querbohrung.
Als optimal hat es sich erwiesen, wenn das Dichtungselement und insbesondere das hundeknochenförmige Dichtungselement möglichst ganz aus gummiartigem Material gefertigt ist. Die Querkräfte können dann mit Vorteil besonders gut durch eine temporäre Deformation aufgefangen werden, ohne das die Gefahr einer Zerstörung oder eines Verlustes der Dichtwirkung bei dem Dichtungsele- ment gegeben wäre. Bei einer geringfügigen Überdimensionierung der Außendurchmesser des Dichtungselementes gegenüber den eventuell lokal aufgeweiteten Innendurchmessern der Sack- und/oder Querbohrung kann dieses aufgrund des gummiartigen Materials abdichtend mit Presssitz in die Sack- und Querbohrung eingebracht werden.
Wenn die Kokillenrückplatte - sei es in Form einer Adapterplatte oder in Form einer Wand eines Wasserkastens - und die mit der Kokillenrückplatte verbundene Kokillenvorderplatte mit Hilfe von Befestigungsbolzen an einem/dem Wasserkasten angeschraubt ist, wird durch das erfindungsgemäße Dichtungs- element vorteilhafterweise auch verhindert, dass Kühlflüssigkeit durch die
Sackbohrung und/oder die Querbohrung in eine zu diesen Bohrungen fluchtende Längsbohrung in dem Befestigungsbolzen fließt und an der Rückseite des Wasserkastens austritt.
Durch die Längsbohrung in dem Befestigungsbolzen kann von der Rückseite des Wasserkastens her ein Temperatursensor bis in die Sackbohrung in der Kokillenvorderplatte geführt sein. In diesen Fällen bewirkt das erfindungsgemäße Dichtungselement vorteilhafterweise, dass die Sackbohrung und damit auch der Temperatursensor trocken bleibt, so dass die Ergebnisse einer Temperaturmessung nicht durch angesammelte Feuchtigkeit verfälscht werden.
Vorteilhafterweise sind entsprechend abgedichtete Temperatursensoren nicht nur an einer Stelle in der Kokillenvorderplatte, sondern sowohl in Gießrichtung als auch quer zur Gießrichtung (Brammen-Breitenrichtung) an einer Mehrzahl von Stellen verteilt angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur eine singu- läre Temperatur, sondern vielmehr die jeweilige Temperaturverteilung in der Kokillenvorderplatte, insbesondere während des Gießbetriebs, erfasst werden kann. Die so erfasste Temperaturverteilung und insbesondere der Temperaturverlauf in Gießrichtung ermöglichen vorteilhafterweise einen Rϋckschluss auf ein eventuelles Anhaften der Schmelze an der Heißseite der Kokillenvorderplatte.
Es ist vorteilhaft, wenn das Bolzenelement an seiner der Kokillenrückplatte zugewandten Stirnseite einen Stirnseiten-Dichtungsring aufweist, um das Eindringen von Kühlflüssigkeit aus dem Wasserkasten durch den Übergangsbereich zwischen Bolzenelement und Kokillenrückplatte in die Querbohrung der Kokil- lenrückplatte oder umgekehrt aus der Querbohrung in den Wasserkasten zu vermeiden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Kokillenwand, der Dichtungselementes und des Thermosensors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung sind insgesamt drei Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kokillenwand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kokillen- rückplatte als Adapterplatte ausgebildet ist; Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1 ; und
Figur 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Kokillenwand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kokillenwand identisch mit einer Wand eines Wasserkastens ist;
zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend in Form von Ausführungsbeispielen unter Be- zugnahme auf die genannten Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugzeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kokillenwand 100 einer Kokille zum Gießen einer Metallschmelze (nicht gezeigt) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Kokillenwand 100 umfasst eine Kokillenvor- derplatte 110 mit einer der Metallschmelze zugewandten Heißseite H und einer der Metallschmelze abgewandten Kaltseite K. Darüber hinaus umfasst die Kokillenwand 100 eine Kokillenrückplatte in Form einer Adapterplatte 120 zum Stützen der Kokillenvorderplatte, wobei die Adapterplatte 120 an die Kaltseite K der Kokillenvorderplatte 110 angeschraubt ist. Zwischen der Kokillenvorderplatte und der Adapterplatte befinden sich üblicherweise Kühlkanäle oder Kühlbohrungen, die zur Kühlung der Kokille von einer unter einem hohen Druck stehenden Kühlflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durchströmt werden.
Weiterhin ist in Figur 1 zu erkennen, dass die Kokillenwand 100 einem Wasserkasten 150 zugeordnet ist, welcher die Kühlflüssigkeit für die Kühlkanäle der Kokille während des Gießbetriebs bereitstellt. Die Adapterplatte 120 ist mit ihrer der Kokillenvorderplatte abgewandten Seite - zusammen mit der Kokillenvorderplatte - mit Hilfe von Bolzenelementen 160 an einen Wasserkasten 150 an- geschraubt. Figur 2 zeigt die bereits erwähnte Verbindung von Wasserkasten 150, Kokillen- rückplatte 120 und Kokillenvorderplatte 110 im Detail. Zu erkennen ist, dass das Bolzenelement 160, welches den Wasserkasten mit der Kokillenrückplatte 120 verbindet, eine durchgehende Längsbohrung 162 aufweist, welche zu einer Querbohrung 122 in der Adapterplatte 120 und zu einer Sackbohrung 112 in der Kokillenvorderplatte 110 zumindest näherungsweise fluchtend ausgerichtet ist. Dies ermöglicht das Durchführen eines Temperatursensors 130 durch den Wasserkasten und die Adapterplatte hindurch bis in die Sackbohrung in der Kokillenvorderplatte 110, um dort die Temperatur insbesondere während eines Gießbetriebes zu erfassen. Der Temperatursensor 130 ist vorzugsweise als Thermoelement ausgebildet.
Durch die in dem Übergangsbereich zwischen Kokillenvorderplatte und Kokillenrückplatte vorhandenen Kühlkanäle besteht die Gefahr, dass Kühlflüssigkeit aus dem Übergangsbereich in die Längsbohrung 162, die Querbohrung 122 oder die Sackbohrung 112 gepresst wird. Um dies zu verhindern ist erfindungsgemäß im Übergangsbereich 115 zwischen der Kokillenrückplatte 120 und der Kokillenvorderplatte 110 ein Dichtungselement 140 vorgesehen.
Das Dichtungselement 140 weist eine Längsbohrung auf und ist in den Über- gangsbereich so eingebaut, dass seine Längsbohrung mit der Sackbohrung 112 und der Querbohrung 122 fluchtet. Wenn ein Temperatursensor durch das Bolzenelement 160 bis in die Sackbohrung 112 geführt ist, umschließt das Dichtungselement 140 den Temperatursensor 130 lokal.
Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für dieses Dichtungselement, wonach das Dichtungselement 140 mit der Längsbohrung rotationssymmetrisch in Form eines Hundeknochens mit jeweils einer Ausbauchung 142 in seinen beiden Endbereichen gebildet ist. Eine der Ausbauchungen 142a ist an demjenigen Ende des Dichtungselementes angebracht, welches in die lokal erweiterte Sackbohrung 112 in der Kokillenvorderplatte 110 eingeführt ist. Spiegelbildlich dazu ist die Ausbauchung 142b an dem anderen Ende des Dichtungselementes 140 in die erweiterte Querbohrung 122 in der Adapterplatte eingeführt. Beide Ausbauchungen 142 weisen an ihrer Oberfläche in einer Ebene quer zur Längsrichtung L des Hundeknochens jeweils einen der umlaufenden Dichtungsringe 144a, 144b auf, welche, allgemein gesprochen, die Kokillenrückplatte 120 gegen die Kokillenvorderplatte 110 abdichten. Genauer gesagt verhindert der Dichtungsring 144a ein Eindringen von Flüssigkeit aus dem Übergangsbereich 115 zwischen der Kokillenrückplatte 120 und der Kokillenvorderplatte 110 in die tiefer gelegenen Bereiche der Sackbohrung im Innern der Kokillenvorderplatte. Demgegenüber verhindert der Dichtungsring 144b ein Eindringen von Flüssigkeit aus dem Übergangsbereich 115 insbesondere in den nicht verbreiterten Bereich der Querbohrung 122.
Alternativ kann das Dichtungselement 140 inklusive der Dichtungsringe 144a, 144b einstückig aus gummiartigem Material gebildet sein; die separaten Dichtungsringe können dann entfallen.
Gleichermaßen vorteilhaft verhindert der Stirnseiten-Dichtungsring 164 an der Stirnseite des Bolzenelementes 160 ein Eindringen von Flüssigkeit aus dem Übergangsbereich 155 zwischen dem Wasserkasten 150 und der Adapterplatte 120 in die Längsbohrung 162 oder in die Querbohrung 122 oder in umgekehrter Richtung.
Bei der beschriebenen Kokillenwand handelt es sich vorzugsweise um eine Ko- killenbreitseitenwand .
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Kokillenwand. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Kokillenrückplatte hier nicht als Adapterplatte 120, sondern in Form einer Wand 150 des Wasserkastens ausgebildet. Ansonsten gelten die obigen Ausführungen für das erste Ausführungsbeispiel hier für das zweite Ausführungsbeispiel analog.

Claims

Patentansprüche
1. Kokillenwand (100) einer Kokille zum Gießen einer Metallschmelze, umfassend: eine Kokillenvorderplatte (110) mit einer der Metallschmelze zugewandten Heißseite (H) und einer der Metallschmelze abgewandten Kaltseite (K) und mindestens einer Sackbohrung (112) auf der Kaltseite (K); eine Kokillenrückplatte (120) mit mindestens einer Querbohrung (122), wobei die Kokillenrückplatte (120) so an der Kaltseite (K) der Kokillen- vorderplatte (110) mit dieser verbunden ist, dass die Querbohrung (122) mit der Sackbohrung (112) zumindest näherungsweise fluchtet; und ein Dichtungselement (140) mit einer Längsbohrung, wobei das Dichtungselement (140) im Übergangsbereich (115) zwischen der Kokillenvorderplatte (110) und der Kokillenrückplatte (120) so angeordnet ist, dass die Längsbohrung mit der Querbohrung (122) und der Sackbohrung
(112) zumindest näherungsweise fluchtet.
2. Kokillenwand (100) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch mindestens es sich bei dem Dichtungselement um einen Dichtungsring handelt.
3. Kokillenwand (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement in Form eines Rohres ausgebildet ist, welches so in die Kokillenwand eingebaut ist, dass es mit seinem einen Ende in die vorzugsweise lokal aufgeweitete Sackbohrung und mit seinem anderen Ende in die vorzugsweise lokal aufgeweitete Querbohrung hineinragt.
4. Kokillenwand (110) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Dichtungselement in Form eines Hundesknochens mit jeweils einer Ausbauchung (142a, 142b) an seinen beiden Endbereichen ausgebildet ist, wobei - in eingebautem Zustand - die Ausbau- chung (142a) an dem einen Ende in die Sackbohrung (112) in der Kokil- lenvorderplatte (110) und die Ausbauchung (142b) an dem anderen Ende in die Querbohrung (122) in der Kokillenrückplatte (120) eingeführt ist.
5. Kokillenwand (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (140) an seinen beiden Endbereichen, ggf. vorzugsweise im Bereich des größten Durchmessers der Ausbauchungen, jeweils ein Dichtmedium, z.B. in Form eines Dichtungsringes (144a, 144b) aufweist, wobei die Dichtmedien bei eingebautem Dichtungsele- ment dichtend an diesem und dichtend an den Innenwänden der Sackbohrung und der Querbohrung anliegen.
6. Kokillenwand (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (140) vorzugsweise vollständig aus einem gummiartigen Material gefertigt ist und dass seine größten Außendurchmesser, insbesondere gegebenenfalls im Bereich der Ausbauchungen geringfügig größer als die Innendurchmesser der Sackbohrung und der Querbohrung dimensioniert sind.
7. Kokillenwand (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenrückplatte als Adapterplatte ausgebildet ist; ein Wasserkasten vorgesehen ist; und mindestens ein Bolzenelement (160) vorgesehen ist zum Befestigen der Adapterplatte (120) und der damit verbundenen Kokillenvorderplatte an dem Wasserkasten.
8. Kokillenwand (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserkasten vorgesehen ist; die Kokillenrückplatte mit einer Wand (150) des Wasserkastens identisch ist; und mindestens ein Bolzenelement (160) vorgesehen ist zum Befestigen der Kokillenvorderplatte an dem Wasserkasten.
9. Kokillenwand (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bolzenelement (160) durch den Wasserkasten (150) geführt ist und eine zu der Querbohrung (122) in der Kokillenrückplatte (120) und der Sackbohrung (112) in der Kokillenvorderplatte (110) fluchtende durchgehende Längsbohrung (162) aufweist zur Durchführung eines
Temperatursensors (130) von dem Wasserkasten (150) herkommend bis in die Sackbohrung (112).
10. Kokillenwand (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, zumindest in Gießrichtung (G), vorzugsweise auch quer zur Gießrichtung, eine Mehrzahl der Befestigungsbolzen mit durch ihre jeweiligen Längsbohrungen geführte Temperatursensoren vorgesehen sind zum Erfassen der Temperatur an verschiedenen Punkten in der Kokillenwand- vorderplatte.
11. Kokillenwand (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (130) als Thermoelement ausgebildet ist.
12. Kokillenwand (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bolzenelement (160) auf seiner der Kokillenrückplatte (120) zugewandten Stirnseite einen Stirnseiten-Dichtungsring (164) aufweist.
13. Kokillenwand (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kokillenwand (100) um eine Kokillenbreitseitenwand handelt.
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