EP2905093B1 - Kokillenanordnung zum Stranggiessen von metallischen Produkten - Google Patents

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EP2905093B1
EP2905093B1 EP14154370.2A EP14154370A EP2905093B1 EP 2905093 B1 EP2905093 B1 EP 2905093B1 EP 14154370 A EP14154370 A EP 14154370A EP 2905093 B1 EP2905093 B1 EP 2905093B1
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EP
European Patent Office
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mould
mold
vibrations
devices
arrangement
Prior art date
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EP14154370.2A
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EP2905093A1 (de
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Christian Dratva
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SMS Concast AG
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SMS Concast AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/07—Lubricating the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/053—Means for oscillating the moulds

Definitions

  • the invention relates to a Kokillenan angel for continuous casting of metallic products, with a mold and connected thereto means for generating vibrations.
  • the friction between the mold inner wall and the strand shell surface can not be reduced by the oscillation parameters, since in the dead centers always creates a static friction, which acts on the solidifying shell. Furthermore, the oscillation inevitably generates a pulsating tensile and compressive force on the newly formed strand shell. This primarily limits the maximum possible casting speed due to the strength of the resulting strand shell.
  • JP-A-57062842 is a vibration generation of a mold in the ultrasonic range disclosed by a plurality of laterally arranged on the mold vibrators.
  • vibrations generated in the ultrasonic range cause insufficient Kokillenoszillation, since such a vibration at a high number of oscillations generated too small amplitudes to keep the solidifying melt sufficiently separated from the inner shell of the mold.
  • EP-A-0 305 930 discloses a method for the oscillation of a continuous casting mold at high frequencies, in which oscillations with different frequencies are generated by a number of oscillators at right angles to the inner walls.
  • a connecting bolt of an oscillator extending through a plate is fastened to these inner walls.
  • These walls are further provided with grooves for water cooling, the outer plates serve to seal these grooves.
  • the oscillators operate with substantially electronically generated vibrations. With such electronically generated vibrations has the disadvantage that the amplitudes and frequencies can not be adjusted as desired and thus the friction between the mold and strand are not reducible.
  • the invention has for its object to avoid these disadvantages and to provide a mold of the type mentioned, which is characterized in that it effectively supports the transport of the strand with the simplest possible means or improves the quality of the strand surface.
  • actuators are preferably mounted in the upper region of the mold on the outside of the mold, which vibrations generate with a given amplitude and frequency range.
  • the mold according to the invention can also be provided with a conventional device for generating mechanical oscillations of the mold in the longitudinal direction of the mold.
  • a mold assembly 1 according to Fig. 1 with a mold 2 with a rectangular, square, polygonal or round cross-sectional profile is used for continuous casting of metallic products, such as long or flat products, especially steel products. It has a correspondingly shaped mold 2, a surrounding cooling box 20 for the water cooling and a preferably disc-shaped head part 3.
  • the mold assembly 1 are assigned a plurality of circumferentially distributed devices 5a to 5d for generating vibrations, such that during casting on the approximately entire inner wall 11 of the mold 2 in particular from the inlet to the outlet of the mold moving wave-shaped oscillations are generated.
  • four such devices 5a to 5d are arranged in the upper region of the mold 2.
  • These devices 5a to 5d are each advantageously equipped with piezoelectric actuators which generate vibrations directed in the mold 2 transversely to the longitudinal direction of the mold 2.
  • the devices 5a to 5d with the actuators are circumferentially distributed at the upper corners of the mold on the outside of the mold 2 attached.
  • the mold 2 is supported or held with advantage only on its upper side, while it is loose towards the bottom, so that the vibrations in the same can move down evenly.
  • the mold 2 is preferably held by the cooling box 20 surrounding it by a retaining ring 22 of the cooling box 20 which engages in a preferably outer annular groove at the upper end of the mold 2.
  • the respective device 5a fastened on the head part 3 comprises a cylindrical housing 51, a preferably piezoelectric bearing mounted therein Actuator 52 with a projecting plunger 55, a counterweight 53 connected to the actuator 52, a cover 54 which can be fastened to the housing on the front side, and a cable connection 56 for the actuator.
  • the actuator 52 is coupled, on the one hand, with the plunger 55 and the connecting bolt 55 'which is in contact with the outside of the mold 2, wherein this connecting bolt 55' is mounted axially displaceably in the cooling box 20.
  • the self-standing counterweight 53 is attached via a spacer screw 57 on the actuator 52 to accommodate thermal expansion.
  • the coupling of the spring-mounted actuator 52 to the likewise spring-mounted counterweight 53 causes the actuator 52 preferably exerts an on- or decongestant load on pressure on the mold 2 when activated, wherein it largely transfers the full impulse force to them with each shock pulse because the counterweight 53, with its mass inertia, absorbs the resulting reaction force almost immovably.
  • an approximately constant contact pressure of the actuator 52 and the plunger 55 is effected with the connecting pin 55 'to the Kokillenaussenseite.
  • the actuator 52 is internally connected through line connections 58 (see FIG Fig. 1 ) air or water cooled and can generate excitation oscillations of up to about 10000 Hz.
  • the plunger 55 could be coupled with the connecting bolt 55 'and the mold 2 mechanically free of play, so that in each case not only a pressure shock on the mold 2, but when moving back the plunger 55 with the connecting pin 55' and a pulling movement radially outward would affect them.
  • the vibrations generated by the actuators 52 are phase-matched so that the vibrations wander along the wavy shape from top to bottom.
  • the existing friction between the inner wall of the mold 2 and the strand moving thereon is reduced according to the invention by the vibrations, because they are the contact surface 11 between the mold 2 and the Strand shell 10 are effective.
  • the wave-like propagation of the vibrations in the direction of the withdrawal movement of the strand in turn generates a displacement force 14 on the shell wall of the strand, which supports the discharge of the strand during the casting process.
  • This effect is particularly strong when the mold 2, an inner wall 11 lubricating oil film 15 or slag is supplied. Due to the pyrolytic splitting of the oil film primarily in carbon C and hydrogen-rich gas H2 occurring in the meniscus of the resulting strand in the upper mold region, the latter flow through the joint between the inner wall of the mold and the strand shell in the direction of the arrow 13 from top to bottom, which is caused by the Vibrations is supported.
  • pockets 12 are formed on the inner wall by this undulating course, as shown in FIG Fig. 3 is clarified.
  • the gas is then absorbed, which forms a protective film and is taken down.
  • the adhesion of the solidifying steel is made impossible. If no lubricant is used, the air in the bag serves as a protective film.
  • the carbon C is known to have a lubricating effect, which also reduces the friction between the strand shell and the mold.
  • the hydrogen-rich gas H2 acts, as mentioned above, in turn like an air cushion and thus also helps to minimize the friction between the mold and strand.
  • the arrow 16 symbolizes the pyrolysis taking place there.
  • the inventive arrangement of the devices 5a to 5d in the upper region of the mold is optimal for a uniform distribution of the resonant vibrations or vibrations on all four side walls of the mold.
  • the actuators may be mounted in the upper mold part laterally and preferably centrally on the four side walls of the mold.
  • the frequency of the vibrations generated corresponds to the resonant vibrations of the mold 2 resulting from the intrinsic shape.
  • the necessary oscillation generation can be carried out with a low expenditure of energy.
  • the devices 5 a to 5 d can advantageously be arranged in the space surrounding the mold 2, which is supplied with a water circulation, so that they too are sufficiently lapped and thus cooled.
  • This space is formed by the mold and a surrounding mold, not shown.
  • the invention further provides that the power and / or the exciter frequency and / or the oscillation amplitude of the individual actuators are adapted to the size and rigidity of the mold.
  • a form-fit connection could also be provided between the mold outer side and the actuator, in which case a compressive and tensile load on the mold outer side would then be effected.
  • FIG. 4 and FIG. 5 each show the mold 2, which is offset by these devices, not shown 5a to 5d in the predetermined oscillations. These oscillations moving downwards along the longitudinal extent of the mold are disproportionately illustrated for better recognition.
  • a bulge 23 is formed by this generated oscillation field in the upper part of the mold 2, in which there is a cross-sectional enlargement both in the surface 23 'and in the corner regions 23 " , in which a cross-sectional constriction in the surface 24 'as well as in the corner regions 24 "is present.
  • there is a constriction at the inlet of the mold which moves downwards.
  • a large number of bulges 23 or constrictions 24 over the height of the mold are desired, wherein it is important that on the inner walls 11 of the mold 2 form these bulges 23 and constrictions.
  • FIG. 4 and FIG. 5 illustrate also that with these alternating bulges 23 or constrictions 24 due to this waveform a kind of swallowing motion, since with the downwardly bulging bulges 23 each increase the volume in the cavity of the mold 2 over a limited height. Thus, the liquid steel is moved as by swallowing down.
  • the devices could be distributed over the height of the mold to achieve on the inner wall of the mold at least from the upper to the lower region different waveforms in terms of wave velocity and / or wave amplitude.
  • the vibrations generated by these devices could also be timed to each other that these vibrations obliquely, for example helically, from the inlet to the outlet of the mold on the inner wall of the mold continuously and / or interrupted move. This would be particularly suitable for molds with round format. This could be achieved by arranging them around the mold Vibration generator short-term succession off and on again.
  • the mold according to the invention may be composed of mold tubes or of plates.
  • Additional passive actuators could also be arranged on the outside of the mold. These would then be provided with vibrations that would cause a targeted damping of the actual vibrations, so as to stabilize the mold and optionally to influence the wave-like vibration movements.
  • the devices can also be equipped with hydraulically or pneumatically acting vibration generators, in particular mass exciters, for example with mechanically acting percussion hammers which can be actuated electromagnetically or the like. With these hammer blows would be triggered only a blow in one direction.
  • An additional device could also be provided, by means of which the mold is mechanically oscillated back and forth in the longitudinal direction, as is known per se.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kokillenanordnung zum Stranggiessen von metallischen Produkten, mit einer Kokille und einer mit diesem verbundenen Einrichtung zur Erzeugung von Schwingungen.
  • Um in einer Kokille das Ausfördern eines sich darin bildenden Stranges zu unterstützen, ist es allgemein bekannt, diese mit einer Einrichtung zu versehen, die die Kokille mechanisch in oszillierende Auf- und Abbewegungen in ihrer Achsrichtung versetzt. Damit wird grundsätzlich erreicht, dass zum einen die sich in der Kokille verfestigende Metallschmelze nicht an der Innenwand der Kokille anklebt und zum andern die Gleitreibung dazwischen vermindert wird. Weiter begünstigt die Oszillationsbewegung die Schmierungsverhältnisse an der Kontaktfläche zur Kokille. Es entstehen aber als negativer Effekt mit jedem Oszillationshub sogenannte Oszillationsmarken auf der Kokillenaussenseite, welche eine Fehlerquelle der Oberfläche bilden können. Bei manchen Legierungen, wie zum Beispiel bei nichtrostenden Stählen, können diese Oszillationsmarken in der Regel so ausgeprägt gebildet sein, dass die gesamte Strangoberfläche vor der Weitervereinbarung mechanisch abgetragen werden muss.
  • Bei der Oszillationsbewegung kann die Reibung zwischen der KokillenInnenwand und der Strangschalenoberfläche nicht durch die Oszillationsparameter reduziert werden, da in den Totpunkten immer eine Haftreibung entsteht, die auf die erstarrende Schale wirkt. Weiter erzeugt die Oszillation zwangsläufig eine pulsierende Zug- und Druckkraft auf die neu gebildete Strangschale. Dies limitiert primär die mögliche maximale Giessgeschwindigkeit aufgrund der Festigkeit der entstehenden Strangschale.
  • Gemäss der Druckschrift JP-A-57062842 ist eine Schwingungserzeugung einer Kokille im Ultraschallbereich durch mehrere seitlich an der Kokille angeordneter Vibratoren geoffenbart. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass erzeugte Schwingungen im Ultraschallbereich eine ungenügende Kokillenoszillation hervorrufen, da eine solche Vibration bei einer hohen Schwingungszahl zu geringe Amplituden generiert, um die erstarrende Schmelze ausreichend von dem Innenmantel der Kokille getrennt zu halten.
  • Bei der Druckschrift WO-A-2004/028723 sind mit der Kokille verbundene Schwingrahmen an Blattfedern gelagert und dabei mit einem Oszillationsantrieb gekoppelt, welcher eine Bewegung des Schwingrahmens und damit eine sinusförmige Schwingbewegung der Kokille in Giessrichtung erzeugt. Damit werden aber nicht Schwingungen an der Innenwand der Kokille herbeigeführt, sondern sie bewirken wie herkömmlich eine Auf- und Abbewegung der Kokille. Damit entstehen Zug- und Druckkräfte aussen auf den Strang, welche die Reibung zwischen diesen erhöhen.
  • Gemäss der Druckschrift US-A-3,447,480 ist bei einer Giesskokille ein akustischer Oszillator angebracht, welcher eine Resonanzvibration der Kokille bewirken soll. Als Oszillator ist ein exzentrisch drehender Rotor in einem Gehäuse gelagert, durch dessen Drehung eine Vibration auf das Gehäuse und von diesem auf die Kokille übertragen wird. Nachteilig hierbei ist, dass die gesamte Kokille mit dem Kühlsystem in Vibration versetzt wird. Durch diese mechanische Ausbildung des Oszillators sind sehr hohe Drehzahlen des Rotors erforderlich und es entstehen starke mechanische Belastungen auf den Oszillator. Zudem sind mit einem solchen Exzenter keine gerichteten Pulsrichtungen möglich.
  • In der Druckschrift EP-A-0 305 930 ist ein Verfahren für die Oszillation einer Stranggiesskokille bei hohen Frequenzen offenbart, bei dem durch eine Anzahl von Oszillatoren im rechten Winkel zu den inneren Wandungen Oszillationen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden. Es ist dabei jeweils ein sich durch eine Platte erstreckender Verbindungsbolzen eines Oszillators an diesen inneren Wandungen befestigt. Diese Wandungen sind ferner mit Nuten für die Wasserkühlung versehen, wobei die äusseren Platten zum Abdichten dieser Nuten dienen. Es wird bei Frequenzen im Ultraschallbereich von 18 kHz gearbeitet, wobei die Oszillatoren mit im Wesentlichen elektronisch erzeugten Vibrationen arbeiten. Mit solchen elektronisch erzeugten Vibrationen besteht der Nachteil, dass die Amplituden und Frequenzen nicht wunschgemäss eingestellt werden können und damit die Reibungen zwischen Kokille und Strang nicht reduzierbar sind.
  • In der Druckschrift EP-A-0 178 967 ist eine Kokille der eingangs genannten Gattung geoffenbart, bei welcher mittels eines Aktuators im Kokillenrohr mechanische Schwingungen in Längsrichtung der Kokille generiert werden, mittels welchen diese oszillierende Auf- und Abbewegung desselben erzeugt werden soll. Es ist hierbei von Nachteil, dass der erzielte Oszillationseffekt durch die Huberzeugung des Aktuators beschränkt ist, und zudem muss der Aktuator in einem Verlängerungsstück auf der Oberseite des Kokillenrohres eingebaut sein, was aus verschiedenen Gründen insbesondere wegen der dort herrschenden Hitze und dem Platzmangel ungünstig ist. Zudem reichen diese kurzen erzeugten Bewegungen nicht aus, um das Schmiermittel in dem Spalt zwischen dem Strang und der Kokillenwand zu fördern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Kokille der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, dass sie wirkungsvoll die Ausförderung des Stranges mit möglichst einfachen Mitteln unterstützt bzw. die Qualität der Strangoberfläche verbessert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die gerichteten wellenförmigen Schwingungen wird die Reibung zwischen der Kokille und der sich bildenden Strangschale minimiert. Die wellenförmig wandernden Schwingungen bewirken gleichzeitig eine nach unten wirkende Verschiebekraft auf die Schalenwandung, die das Ausfördern des sich bildenden Stranges durch Reibminderung unterstützt. Zudem wird damit ein effizientes Schmieren ermöglicht, auf welches gegebenenfalls sogar verzichtet werden kann.
  • Zu diesem Zweck sind Aktuatoren vorzugsweise im oberen Bereich der Kokille auf der Aussenseite der Kokille angebracht, welche Schwingungen mit einem vorgegebenen Amplituden- und Frequenzbereich erzeugen.
  • Die erfindungsgemässe Kokille kann auch zusätzlich mit einer herkömmlichen Einrichtung zur Erzeugung mechanischer Oszillationen der Kokille in Längsrichtung der Kokille versehen sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Kokillenanordnung;
    Fig. 2
    einen teilweisen Querschnitt einer Kokillenanordnung mit der Kokille und einer Einrichtung für die Schwingungserzeugung;
    Fig. 3
    einen schematischen Teilschnitt der Kokille mit Veranschaulichung der Schwingungsverlaufes;
    Fig. 4
    und Fig. 5 jeweils eine perspektivische Ansicht der Kokille in einem in Schwingung versetzen Zustand.
  • Eine Kokillenanordnung 1 gemäss Fig. 1 mit einer Kokille 2 mit einem rechteckigen, quadratischen, polygonalen oder runden Querschnittsprofil dient zum Stranggiessen von metallischen Produkten, wie zum Beispiel von Lang- oder Flachprodukten, insbesondere von Stahlerzeugnissen. Sie weist eine entsprechend ausgebildete Kokille 2, einen diese umgebenden Kühlkasten 20 für die Wasserkühlung und einen vorzugsweise scheibenförmigen Kopfteil 3 auf.
  • Der Kokillenanordnung 1 sind erfindungsgemäss mehrere umfänglich verteilt angeordnete Einrichtungen 5a bis 5d zur Erzeugung von Schwingungen zugeordnet, derart, dass während dem Giessen an der annähernd gesamten Innenwand 11 der Kokille 2 insbesondere vom Ein- zum Auslauf der Kokille sich fortbewegende wellenförmige Schwingungen erzeugt werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier solcher Einrichtungen 5a bis 5d im oberen Bereich der Kokille 2 angeordnet. Diese Einrichtungen 5a bis 5d sind jeweils vorteilhaft mit piezoelektrischen Aktuatoren ausgestattet, die in der Kokille 2 quer zur Längsrichtung der Kokille 2 gerichtete Schwingungen erzeugen. Die Einrichtungen 5a bis 5d mit den Aktuatoren sind umfänglich verteilt bei den oberen Ecken der Kokille auf der Aussenseite der Kokille 2 angebracht. Mit dieser Anordnung der Aktuatoren in den Ecken einer Kokille entsteht der Vorteil, dass eine Übertragung der Schwingungen in den Eckbereichen der Kokille gewährleistet ist.
  • Gemäss Fig. 2 ist die Kokille 2 mit Vorteil nur auf ihrer Oberseite abgestützt bzw. gehalten, während sie gegen unten lose ist, womit sich die Schwingungen in derselben gleichmässig nach unten fortbewegen können. Zu diesem Zwecke ist die Kokille 2 von dem diese umgebenden Kühlkasten 20 vorzugsweise von einem in eine vorzugsweise äussere Ringnut am oberen Ende der Kokille 2 eingreifenden Haltering 22 des Kühlkastens 20 gehalten.
  • Die jeweilige auf dem Kopfteil 3 befestigte Einrichtung 5a umfasst ein zylindrisches Gehäuse 51, einen in diesem gelagerten vorzugsweise piezoelektrischen Aktuator 52 mit einem vorstehenden Stössel 55, ein mit dem Aktuator 52 verbundenes Gegengewicht 53, ein stirnseitig am Gehäuse befestigbarer Deckel 54 und einen Kabelanschluss 56 für den Aktuator.
  • Der Aktuator 52 ist einerseits mit dem Stössel 55 und dem mit der Aussenseite der Kokille 2 in Berührung stehenden Verbindungsbolzen 55' gekoppelt, wobei dieser Verbindungsbolzen 55' axial verschiebbar im Kühlkasten 20 gelagert ist. Andererseits ist das an sich freistehende Gegengewicht 53 via eine Distanzschraube 57 am Aktuator 52 befestigt, um thermische Ausdehnungen aufzunehmen.
  • Die Ankopplung des federnd gelagerten Aktuators 52 an das ebenfalls federnd gelagerte Gegengewicht 53 bewirkt, dass der Aktuator 52 bei Aktivierung vorzugsweise eine an- bzw. abschwellende Belastung auf Druck auf die Kokille 2 ausübt, wobei er auf sie bei jedem Stossimpuls die volle Impulskraft weitgehend überträgt, weil das Gegengewicht 53 mit seiner Massenträgheit die entstehende Reaktionskraft nahezu unbeweglich absorbiert. Durch Beaufschlagung vorzugsweise einer Druckfeder auf das Gegengewicht 53 wird ein annähernd konstanter Anpressdruck des Aktuators 52 bzw. des Stössels 55 mit dem Verbindungsbolzen 55' an die Kokillenaussenseite bewirkt.
  • Der Aktuator 52 ist im Innern durch Leitungsanschlüsse 58 (siehe Fig. 1) luft- oder wassergekühlt und kann Erregerschwingungen von bis zu ca. 10000 Hz generieren.
  • Im Prinzip könnte der Stössel 55 mit dem Verbindungsbolzen 55' und der Kokille 2 mechanisch spielfrei gekoppelt sein, so dass sich jeweils nicht nur ein Druckstoss auf die Kokille 2, sondern beim Zurückbewegen des Stössels 55 mit dem Verbindungsbolzen 55' auch eine Zugbewegung radial nach aussen auf sie wirken würde.
  • Gemäss Fig. 3 sind die von den Aktuatoren 52 erzeugten Schwingungen dabei phasenmässig so aufeinander abgestimmt, dass die Schwingungen wellenlinienförmig von oben nach unten entlang wandern. Dadurch entsteht in den Seitenwänden der Kokille ein über die gesamte Fläche gleichmässig wirkendes Schwingungsfeld 12. Die vorhandene Reibung zwischen der Innenwand der Kokille 2 und dem daran sich bewegenden Strang wird erfindungsgemäss durch die Schwingungen herabgesetzt, weil sie zur Kontaktfläche 11 zwischen der Kokille 2 und der Strangschale 10 wirksam sind.
  • Die wellenlinienförmige Fortpflanzung der Schwingungen in Richtung der Abzugsbewegung des Strangs erzeugt ihrerseits eine Verschiebekraft 14 auf die Schalenwandung des Strangs, die das Ausfördern des Stranges während des Giessprozesses unterstützt. Dieser Effekt ist besonders stark, wenn der Kokille 2 ein die Innenwandung 11 schmierender Ölfilm 15 oder Schlacke zugeführt wird. Aufgrund der im Meniskus des entstehenden Strangs im oberen Kokillenbereich erfolgenden pyrolytischen Aufspaltung des Ölfilms primär in Kohlenstoff C und wasserstoffreiches Gas H2 strömen letztere durch die Fuge zwischen der Innenwand der Kokille und der Strangschale in Richtung des Pfeils 13 von oben nach unten hindurch, was durch die Schwingungen unterstützt wird.
  • Als weiterer Vorteil im Rahmen der Erfindung werden durch diesen wellenförmigen Verlauf an der Innenwand Taschen 12 gebildet, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist. In diesen Taschen 12 ist dann das Gas aufgenommen, welches einen Schutzfilm bildet und nach unten mitgenommen wird. Dadurch wird das Anhaften des sich verfestigenden Stahles verunmöglicht. Wird kein Schmierstoff verwendet, so dient die Luft in der Tasche als Schutzfilm.
  • Der Kohlenstoff C hat bekanntlich eine Schmierwirkung, die auch die Reibung zwischen der Strangschale und der Kokille herabsetzt. Das wasserstoffreiche Gas H2 wirkt, wie oben erwähnt, seinerseits wie ein Luftkissen und trägt damit ebenfalls dazu bei, die Reibung zwischen Kokille und Strang zu minimieren. Ferner symbolisiert der Pfeil 16 die dort stattfindende Pyrolyse.
  • Die erfindungsgemässe Anordnung der Einrichtungen 5a bis 5d im oberen Bereich der Kokille ist optimal für eine gleichmässige Verteilung der Resonanzschwingungen bzw. Vibrationen auf alle vier Seitenwände der Kokille. Alternativ dazu können die Aktuatoren im oberen Kokillenteil seitlich und vorzugsweise mittig an den vier Seitenwänden der Kokille angebracht sein.
  • Vorteilhaft entspricht die Frequenz der erzeugten Schwingungen den durch die Eigenform sich ergebenden Resonanzschwingungen der Kokille 2. Damit kann die notwendige Schwingungserzeugung mit geringem Energieaufwand erfolgen. Mit diesen Resonanzschwingungen ergeben sich primär Ganzkörperschwingungen der Kokille 2, welche insbesondere an der Innenwand 11 derselben diesen wellenförmigen Verlauf erzeugen.
  • Die Einrichtungen 5a bis 5d können vorteilhaft in dem die Kokille 2 umgebenden mit einer Wasserzirkulation versorgten Raum angeordnet sein, damit diese ebenfalls ausreichend umspült und damit gekühlt sind. Dieser Raum ist durch die Kokille und einen dieses umgebenden nicht gezeigten Kokillenmantel gebildet.
  • Für den praktischen Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die Aktuatoren 5a bis 5d eine Leistung P > 100 W, eine Wellenamplitude A 10 bis 200 µm und eine Erreger-Frequenz F > 200 Hz bis 16 kHz, d.h. unterhalb des Ultraschallbereichs, aufweisen. Diese Grössen werden von Fall zu Fall der Grösse und Steifigkeit der Kokille angepasst. Unter besonderen Bedingungen kann auch eine Erreger-Frequenz F = 1.50 kHz optimal sein.
  • Es ist auch im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, je nach Ausgestaltung der Kokille, diese mit einer anderen Anzahl Aktuatoren auszustatten, deren Anordnung so gewählt ist, dass die von ihnen erzeugten Resonanzschwingungen die erfindungsgemässe Wirkungsweise aufweisen.
  • Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Leistung und/oder die Erreger-Frequenz und/oder die Schwingungsamplitude der einzelnen Aktuatoren der Grösse und Steifigkeit der Kokille angepasst sind.
  • Zwischen der Kokillenaussenseite und dem Aktuator könnte auch eine Formschlussverbindung vorgesehen sein, wobei dann eine Druck - und Zugbelastung auf die Kokillenaussenseite bewirkt würde.
  • Fig. 4 und Fig. 5 zeigen jeweils die Kokille 2, welche durch diese nicht dargestellten Einrichtungen 5a bis 5d in die vorgegebenen Schwingungen versetzt ist. Diese sich entlang der Längsausdehnung der Kokille nach unten bewegenden Schwingungen sind zur besseren Erkennung überproportional veranschaulicht sind.
  • Gemäss Fig. 4 als Momentaufnahme ist durch dieses erzeugte Schwingungsfeld im oberen Teil der Kokille 2 eine Ausbauchung 23 gebildet, bei der eine Querschnittsvergrösserung sowohl in den Flächen- 23' als auch in den Eckbereichen 23" vorliegt. Demgegenüber ist im unteren Teil der Kokille 2 eine Verengung 24 gebildet, bei der eine Querschnittsverengung in den Flächen- 24' als auch in den Eckbereichen 24" vorliegt. Ebenso liegt beim Einlauf der Kokille eine Verengung vor, die sich nach unten fortbewegt Im effektiven Betrieb sind jedoch aufgrund der Frequenzen und der Wellenamplituden eine Vielzahl von Ausbauchungen 23 bzw. Verengungen 24 über die Kokillenhöhe angestrebt, wobei von Bedeutung ist, dass sich an den Innenwänden 11 der Kokille 2 diese Ausbauchungen 23 bzw. Verengungen bilden.
  • Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass sich diese Ausbauchung 23 mit der Querschnittsvergrösserung der Kokille 2 und genauso diese Verengung 24 nach unten hin bewegt hat.
  • Es ist im Rahmen der Erfindung bedeutsam, dass nicht nur in den Flächenbereichen 23', 24', sondern auch in den Eckbereichen 23", 24" insbesondere auf der Innenseite 11' der Kokille 2 diese Querschnittserweiterung bzw. -verengung erfolgt, damit in den Eckbereichen diese Schwingungen eine Verschiebekraft auf die Schalen in den Ecken und ein ausreichendes Schmieren bewirken.
  • Fig. 4 und Fig. 5 verdeutlichen auch, dass mit diesen sich abwechselnden Ausbauchungen 23 bzw. Verengungen 24 aufgrund dieser Wellenform eine Art Schluckbewegung entsteht, da mit den nach unten wandernden Ausbauchungen 23 jeweils eine Erhöhung des Volumens im Hohlraum der Kokille 2 über eine begrenzte Höhe erfolgt. Damit wird der flüssige Stahl wie durch ein Schlucken nach unten bewegt.
  • Die Erfindung ist mit dem obigen Ausführungsbeispiel ausreichend dargetan. Sie könnte aber noch durch andere Varianten beispielsweise nur durch eine an der Kokille angebrachte Einrichtung realisiert sein.
  • Anstelle von Aktuatoren könnten auch andere Schwingungserreger verwendet werden.
  • Die Einrichtungen könnten über die Höhe der Kokille verteilt angeordnet sein, um an der Innenwand der Kokille zumindest vom oberen zum unteren Bereich unterschiedliche Wellenformen hinsichtlich Wellengeschwindigkeit und/oder Wellenamplitude zu erzielen.
  • Die von diesen Einrichtungen erzeugten Schwingungen könnten auch so zueinander getaktet sein, dass sich diese Schwingungen schräg, zum Beispiel schraubenförmig, vom Ein- zum Auslauf der Kokille an der Innenwand der Kokille ununterbrochen und/oder unterbrochen fortbewegen. Dies würde sich besonders für Kokillen mit Rundformat eignen. Dies liesse sich erzielen, indem diese um die Kokille herum angeordneten Schwingungserreger kurzzeitig nacheinander ab- und wieder eingeschaltet würden.
  • Die erfindungsgemässe Kokille kann als Kokillenrohr oder auch aus Platten zusammengesetzt sein.
  • Es könnten auch zusätzliche passive Aktuatoren auf der Aussenseite der Kokille angeordnet sein. Diese würden dann mit Schwingungen versehen, die eine gezielte Dämpfung der eigentlichen Schwingungen bewirken würden, um so die Kokille zu stabilisieren und gegebenenfalls die wellenförmigen Schwingungsbewegungen zu beeinflussen.
  • Die Einrichtungen können anstatt solcher piezoelektrischer Aktuatoren auch mit hydraulisch bzw. pneumatisch wirkenden Schwingungserzeugern, insbesondere Massenerreger, ausgestattet sein, beispielsweise auch mit mechanisch wirkenden Schlaghammern, die elektromagnetisch oder ähnlichem betätigbar sind. Mit diesen Schlaghammern würde nur ein Schlag in der einen Richtung ausgelöst.
  • Es könnte auch eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen sein, mittels welcher die Kokille mechanisch in Längsrichtung oszillierend hin- und herbewegt wird, wie dies an sich bekannt ist.

Claims (12)

  1. Kokillenanordnung zum Stranggiessen von metallischen Produkten, mit einer Kokille (2) und mit dieser verbundene vorzugsweise piezoelektrischen Aktuatoren (52) mit je einem mit der Aussenseite der Kokille (2) in Verbindung stehenden Stössel (55) zur Erzeugung von Schwingungen der Kokille (2), derart, dass während dem Giessen an der annähernd gesamten Innenwand (11) der Kokille (2) Schwingungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kokille (2) mehrere umfänglich verteilt angeordnete Einrichtungen (5a bis 5d) zur Erzeugung der Schwingungen, vorzugsweise Resonanzschwingungen, zugeordnet sind, wobei die Einrichtungen (5a bis 5d) jeweils ein Gehäuse (51) und den in diesem gelagerten Aktuator (52) aufweisen, wobei die Gehäuse (51) der Einrichtungen (5a bis 5d) auf der Aussenseite der Kokille (2) auf einem Kopfteil (3) angebracht sind, so dass die Stössel (55) bei den oberen Enden auf der Aussenseite der Kokille angreifen.
  2. Kokillenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    vom Ein- zum Auslauf der Kokille sich fortbewegende wellenförmige Schwingungen, vorzugsweise Resonanzschwingungen erzeugbar sind.
  3. Kokillenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    die von den einzelnen Einrichtungen (5a bis 5d) erzeugbaren Wellengeschwindigkeit der Schwingungen, die Leistung, die Wellenamplitude und/oder die Erreger-Frequenz der Grösse und Steifigkeit der Kokille (2) angepasst sind.
  4. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    diese Einrichtungen (5a bis 5d) zur Erzeugung von Schwingungen auf dem Kopfteil (3) auf der Aussenseite der Kokille (2) angebracht und damit die erzeugbaren Schwingungen quer zur Kokillenlängsachse gerichtet sind.
  5. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kokille (2) eine Zuführeinrichtung von Öl bzw. Schlacke zugeordnet ist, mittels welcher ein reibungsmindernder Ölfilm (15) an der Innenwand (11) der Kokille einleitbar ist.
  6. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einrichtungen (5a bis 5d) jeweils mindestens einen Aktuator (5a bis 5d) für die Erzeugung der Schwingungen aufweisen.
  7. Kokillenanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aktuatoren (5a bis 5d) jeweils eine Leistung von P > 100 W und/oder eine Wellenamplitude von A ∼ 50 µm aufweisen.
  8. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einrichtungen (5a bis 5d) mit piezoelektrischer Aktuatoren, mit hydraulisch bzw. pneumatisch wirkenden Schwingungserzeugern und/oder, mit mechanisch wirkenden Schlaghammern, die elektromagnetisch oder ähnlichem betätigbar sind, ausgestattet sind.
  9. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einrichtungen (5a bis 5d) in dem die Kokille (2) umgebenden wassergekühlten Raum angeordnet sind, damit diese ebenfalls ausreichend gekühlt sind.
  10. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Kokille (2) mechanisch in Längsrichtung oszillierend hin- und herbewegt wird.
  11. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kokille (2) nur auf ihrer Oberseite abgestützt bzw. gehalten ist, während sie gegen unten lose angeordnet ist.
  12. Kokillenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einrichtungen (5a bis 5d) mit den Aktuatoren umfänglich verteilt bei den oberen Ecken der Kokille auf der Aussenseite der Kokille (2) angebracht sind.
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