WO2000044515A1 - Vorrichtung zum horizontalen stranggiessen, insbesondere von bändern - Google Patents

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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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/045—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for horizontal casting

Definitions

  • the invention relates to a device for horizontal continuous casting, in particular of strips, with a mold that can be connected to a receptacle for a molten metal, the casting gap of which, provided with a graphite lining and formed between heat sinks, forms a shaping solidification section and a subsequent after-cooling section
  • the flowing from the receptacle into the mold of a horizontal continuous casting metal melt is withdrawn via heat sinks forming a casting gap between heat, so that the molten metal solidifies and can be pulled as a strand from the mold
  • an attack especially the graphite lining of the casting gap oxidation especially the graphite lining of the casting gap oxidation
  • the mold is exposed to a protective gas atmosphere in the area of the casting gap, which naturally also prevents oxidation of the cast strand in this area.
  • the strand can react with atmospheric oxygen, which leads to the requirement to cool the strand inside the mold below an upper limit temperature of, for example, 300 ° C. in order to prevent excessive surface oxidation of the strand.
  • the invention is therefore based on the object of designing a device for horizontal continuous casting, in particular of strips, of the type described at the outset in such a way that adequate cooling of the cast strand can be ensured with a comparatively short after-cooling section of the casting gap
  • the invention complies with the stated object in that the graphite lining in the area of the after-cooling section can be pressed flat against the strand under a prestress
  • the cooling output is correspondingly higher Graphite lining printed on the strand on the after-cooling section of the casting gap is of particular importance in the continuous casting of thin sheets, because otherwise in the area of the solidification section due to a casting gap wall lying against the strand, surface flatness of the strand were unavoidable.
  • the stress on the solidifying strand surface due to the hydrostatic pressure of the melt during horizontal continuous casting must be taken into account
  • the after-cooling section can have at least one heat sink which is displaceable transversely to the surface of the cast strand and can be pressurized against the strand the graphite lining attached to it is pressed against the strand.
  • the heat sink opposite the displaceable heat sink takes account of the shrinkage caused by solidification, which, however, does not allow adjustment
  • the heat sink that can be acted on by pressure requires simpler design conditions in this context if two vertically opposite, vertically displaceable heat sinks are provided in the after-cooling section Ind, which are printed against the strand guided between them.
  • the displaceably mounted heat sinks can be acted upon hydraulically or subjected to a weight load.
  • pressure springs are provided to act on the heat sink or the heat sink, which
  • a common graphite lining of the casting gap of a mold consists of rigid graphite plates that do not adapt to the strand dimensions changing due to solidification. For this reason, it is advisable to provide the casting gap with a graphite lining made of a carbon fiber fleece in the area of the after-cooling section of the mold can be elastically pressed together, so that this carbon fiber fleece under the influence of Pressurization of the displaceable heat sink flatly nestles against the cast strand. Such a carbon fiber fleece can also be used to build up a corresponding preload without moving the associated heat sink if the carbon fiber fleece is held between the strand and the heat sink under an elastic preload. For this purpose, the casting gap could be appropriately offset or tapered in the area of the after-cooling section
  • a device for horizontal continuous casting has, according to the exemplary embodiment shown, a receptacle for the molten metal associated with the lead frame 1 for a mold 2, which is not shown for reasons of clarity, which forms a casting gap 3 between heat sinks 4 and 5.
  • These heat sinks 4, 5, the are arranged between pressure plates 6 of a mold housing 7, a coolant flows through them, for which flow channels 8 are provided.
  • a stamping frame 9 is flanged to the mold housing 7 in a conventional manner, the stamping mass 10 of which is a refractory lining of the mold 2 with respect to the lead frame 1 or the receptacle forms
  • the ramming frame 9 is provided on this provided bolts 11, between which and the ramming frame 9 plate spring assemblies 12 are biased to the ramming frame 9 against an annular, between ramming frame 9 and lead frame 1 e to insert the inserted seal 13 from a carbon fiber fleece
  • Solidification section 3a of the casting gap 3 in the area of the The cooling section 3b of the casting gap 3 following the rigidification section 3a is vertically displaceably supported by the heat sinks 5 and connected to an application device 14.
  • this application device 14 consists of pressure stamps 15 which are pressed against the heat sink 5 with the aid of pressure springs 16
  • the graphite lining consists of graphite plates 17 which are fastened with the aid of spring-loaded tie rods 18, the graphite lining in the area of the after-cooling section 3b is formed from a fleece 19 made of carbon fibers.
  • the molding gap 3 in the inlet area is formed in the casting gap 3 by molding strips 20 offset from the subsequent solidification section 3a in order to create advantageous casting conditions.
  • the casting gap 3 in the region of the moldings 20 can be divided into several sections by inserts 21, w as has an advantageous effect on the course of the solidification front of the strip-like strand 22 to be cast, which is indicated by dash-dotted lines
  • the heat drawn off in the area of the shaping solidification section 3a via the heat sink 4 from the strand 22 causes not only a solidification of the molten metal flowing from the receptacle, but also a solidification-related shrinkage with the effect that the strand 22 against the end of the Solidification section 3a begins to lift off from the graphite plates 17.
  • This shrinkage-damped lifting of the strand 22 is particularly desirable when casting thin strips in order to avoid surface impairments due to increased friction between the strand 22 and the graphite plates 17, since the shrinkage during the continuous casting of thin strips is small , it may even be advantageous to widen the casting gap 3 in the area of the solidification section 3a towards the after-cooling section 3b, so that in the area of the after-cooling section 3b the heat transfer from the strand 22 to the cooling body 5 is not restricted to convection and radiation, as in FIG If this is the case with a graphite lining lifted off from the strand 22, the heat sinks 5 are printed against the strand 22 in the area of the after-cooling section 3b via the compression springs 16, so that in the area of the After-cooling section 3b, heat transfer can be ensured by hot conduction.For good heat conduction, it is important that the graphite lining is in flat contact with strand 22, but this must not lead to an impermissible surface load on strand 22.
  • the lubricating properties of the graphite lining are of essential importance for the strand guidance If a fleece 19 is provided in the area of the after-cooling section 3b as the graphite lining of the casting gap 3, these conditions are advantageously met because the fleece 19 elastically compressed when the heat sinks 5 are pressed onto the strand 22 under favorable lubrication conditions for good, flat contact with the strand 22 provides, regardless of the surface profile of the strand 22nd
  • the strand 22 can be cooled to such an extent within the mold 2 charged with a protective gas that the strand 22 emerging from the mold 2 reacts only to a portable extent with the atmospheric oxygen
  • the strand 22 is cooled by means of secondary cooling by means of cooling liquid sprayed onto the strand 22, which is supplied via spray bars 23
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, which can be modified in many ways, because it is all about the solidification-related lifting of the strand 22 from the wall of the casting gap 3 in Prevent the area of the after-cooling section 3b by the graphite lining in this section 3b being pressed onto the strand either by acting on at least one heat sink or by virtue of its own elasticity under a corresponding pretension.
  • the strand 22 also does not have to be in the form of a strip, although during the continuous casting of strips can set particularly advantageous cooling conditions in connection with the invention

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen, insbesondere von Bändern, mit einer an ein Aufnahmegefäß für eine Metallschmelze anschließbaren Kokille (2) beschrieben, deren mit einer Grafitauskleidung versehener, zwischen Kühlkörpern (4, 5) gebildeter Gießspalt (3) einen formgebenden Erstarrungsabschnitt (3a) und einen daran anschließenden Nachkühlabschnitt (3b) bildet. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Grafitauskleidung im Bereich des Nachkühlabschnittes (3b) unter einer Vorspannung an den Strang (22) flächig andrückbar ist.

Description

Vorrichtung zum horizontalen Stranqqießen. insbesondere von Bandern
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen, insbesondere von Bandern, mit einer an ein Aufnahmegefaß für eine Metallschmelze anschließbaren Kokille, deren mit einer Grafitauskleidung versehener, zwischen Kühlkörpern gebildeter Gießspalt einen formgebenden Er- starrungsabschnitt und einen daran anschließenden Nachkuhlabschnitt bildet
[0002] Der aus dem Aufnahmegefaß in die Kokille einer horizontalen Stranggießanlage fließenden Metallschmelze wird über zwischen sich einen Gießspalt bildenden Kühlkörpern Warme entzogen, so daß die Metallschmelze erstarrt und als Strang aus der Kokille gezogen werden kann Um eine vor allem die Grafitauskleidung des Gießspaltes angreifende Oxidation im Bereich der Kokille zu vermeiden, wird die Kokille im Bereich des Gießspaltes mit einer Schutzgas- atmosphare beaufschlagt, die naturgemäß auch eine Oxidation des gegossenen Stranges in diesem Bereich verhindert Mit dem Austritt des Stranges aus der Kokille kann jedoch der Strang mit dem Luftsauerstoff reagieren, was zur Forderung fuhrt, den Strang innerhalb der Kokille unter eine obere Grenztemperatur von beispielsweise 300° C abzukühlen, um eine übermäßige Ober- flachenoxidation des Stranges zu unterbinden Dies bedeutet, daß innerhalb der Kokille für eine ausreichende Warmeabfuhr entlang des Gießspaltes gesorgt werden muß Da aufgrund des erstarrungsbedingten Schwindens der Strang mit zunehmender Erstarrung von den Wanden des Gießspaltes abhebt, wird der in einem formgebenden Erstarrungsabschnitt des Gießspaltes zunächst gute, vor allem durch Warmeleitung bestimmte Wärmeübergang vom Strang auf die Kokille im Bereich eines anschließenden Nachkuhlabschnittes wegen der auftretenden Spalte zwischen dem Strang und der Gießspaltwandung erheblich verschlechtert, was zwangsläufig zu einer Verlängerung der Kokille fuhrt, wenn der Strang entsprechend abgekühlt werden soll Diese grundsatzlichen Verhaltnisse treten auch bei einer verstärkten Sekundarkuhlung des aus der Kokille austretenden Stranges durch eine aufgesprühte Kuhlflussigkeit auf, weil der gegossene Strang diesbezüglich eine unzureichende Wärmeleitfähigkeit mit sich bringt
[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zürn horizontalen Stranggießen, insbesondere von Bandern, der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß mit einem vergleichsweise kurzen Nachkuhlab- schnitt des Gießspaltes eine ausreichende Abkühlung des gegossenen Stranges sichergestellt werden kann
[0004] Die Erfindung iost die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Grafitauskleidung im Bereich des Nachkuhlabschnittes unter einer Vorspannung an den Strang flachig andruckbar ist
[0005] Durch die an den Strang im Bereich des Nachkuhlabschnittes andruckbare Grafitauskleidung kann trotz des erstarrungsbedingten Schwindens des Stranges eine Wärmeübertragung durch Warmeleitung erreicht werden, weil die unter Vorspannung an den Strang angedruckte Grafitauskleidung dem Schwindmaß des Stranges entsprechend nachgestellt wird, so daß sich keine eine Warmeleitung unterbindenden Spalte zwischen der Gießspaltwandung und der Strangoberflache bilden können Die dadurch verbesserte Wärmeübertragung erlaubt eine raschere Warmeabfuhr aus dem Strang im Bereich des Nachkuhlabschnittes, der aus diesem Grund kurzer ausfallen kann Bei unveränderter Lange des Nachkuhlabschnittes ergibt sich eine entsprechend höhere Kuhllei- stung Die Beschrankung der an den Strang angedruckten Grafitauskleidung auf den Nachkuhlabschnitt des Gießspaltes ist insbesondere beim Stranggießen dunner Bleche von wesentlicher Bedeutung, weil sonst im Bereich des Erstar- rungsabschnittes durch eine am Strang anliegende Gießspaltwandung Ober- flachenbeeintrachtigungen des Stranges unvermeidbar waren In diesem Zusammenhang ist die Belastung der erstarrenden Strangoberflache durch den hydrostatischen Druck der Schmelze beim horizontalen Stanggießen zu beruck- sichtigen
[0006] Damit die Grafitauskleidung im Bereich des Nachkuhlabschnittes unter einer Vorspannung an den Strang angedruckt werden kann, kann der Nach- kuhlabschnitt wenigstens einen quer zur anliegenden Oberflache des gegosse- nen Stranges verschiebbar gelagerten und im Andrucksinn an den Strang beaufschlagbaren Kühlkörper aufweisen, über den die an ihm befestigte Grafitauskleidung gegen den Strang gedruckt wird Um mit nur einem verschiebbar gelagerten Kühlkörper eine symmetrische Strangkuhlung zu erreichen, ist für ein das erstarrungsbedinge Schwinden berücksichtigendes Anstellen des diesem verschiebbaren Kühlkörper bezüglich des Stranges gegenüberliegenden Kühlkörpers zu sorgen, was allerdings eine Justiermoglichkeit dieses nicht im Andrucksinn beaufschlagbaren Kühlkörpers erfordert Einfachere Konstruktionsverhaltnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn im Nachkuhlab- schnitt zwei einander vertikal gegenüberliegende, vertikal verschiebbare Kuhlkor- per vorgesehen sind, die gegen den zwischen ihnen geführten Strang gedruckt werden Die verschiebbar gelagerten Kühlkörper können hydraulisch beaufschlagt oder einer Gewichtsbelastung unterworfen werden Besonders vorteilhafte Konstruktionsbedingungen ergeben sich allerdings, wenn zur Beaufschlagung des Kühlkörpers bzw der Kühlkörper Drukfedern vorgesehen sind, die gegebenenfalls in ihrer Vorspannung einstellbar ausgebildet sein können
[0007] Eine übliche Grafitauskleidung des Gießspaltes einer Kokille besteht aus starren Grafitplatten, die sich nicht an die sich erstarrungsbedingt ändernden Strangabmessungen angleichen Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, im Bereich des Nachkuhlabschnittes der Kokille den Gießspalt mit einer Grafitauskleidung aus einem Kohlefaservlies vorzusehen, das sich elastisch zusammendrucken laßt, so daß sich dieses Kohlefaservlies unter der Einwirkung der Druckbeaufschlagung der verschiebbaren Kühlkörper flachig an den gegossenen Strang anschmiegt Über ein solches Kohlefaservlies laßt sich aber auch eine entsprechende Vorspannung ohne ein Verschieben des zugehörigen Kühlkörpers aufbauen, wenn das Kohlefaservlies zwischen dem Strang und dem Kühlkörper unter einer elastischen Vorspannung gehalten wird Zu diesem Zweck konnte der Gießspalt im Bereich des Nachkuhlabschnittes entsprechend abgesetzt oder verjungt ausgebildet sein
[0008] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise darge- stellt, und zwar wird eine erfindungsgemaße Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen ausschnittsweise in einem vertikalen Längsschnitt gezeigt
[0009] Eine Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen weist gemäß dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel einen dem aus Ubersichtlichkeitsgrunden nicht naher dargestellten Aufnahmegefaß für die Metallschmelze zugehörigen Anschlußrahmen 1 für eine Kokille 2 auf, die einen Gießspalt 3 zwischen Kühlkörpern 4 und 5 bildet Diese Kühlkörper 4, 5, die zwischen Druckplatten 6 eines Kokillengehauses 7 angeordnet sind, werden von einem Kuhlmittel durchströmt, für das Stromungskanale 8 vorgesehen sind An das Kokillengehause 7 ist in herkömmlicher Weise ein Stampfrahmen 9 angeflanscht, dessen Stampfmasse 10 eine feuerfeste Auskleidung der Kokille 2 gegenüber dem Anschlußrahmen 1 bzw dem Aufnahmegefaß bildet Zur Befestigung des Stampfrahmens 9 am Anschlußrahmen 1 dienen an diesem vorgesehene Schraubbolzen 11 , zwischen denen und dem Stampfrahmen 9 Tellerfederpakete 12 vorgespannt werden, um den Stampfrahmen 9 gegen eine ringförmige, zwischen Stampfrahmen 9 und Anschlußrahmen 1 eingefugte Dichtung 13 aus einem Kohlefaservlies anzudruk- ken
[0010] Zum Unterschied zu herkömmlichen Kokillen dieser Art sind nicht alle Kühlkörper 4, 5 starr zwischen den Druckplatten 6 des Kokillengehauses 7 eingespannt, sondern lediglich die Kühlkörper 4 im Bereich eines formgebenden
Erstarrungsabschnittes 3a des Gießspaltes 3 Im Bereich des auf diesen Er- starrungsabschnitt 3a folgenden Nachkuhlabschnitt 3b des Gießspaltes 3 sind die einander vertikal gegenüberliegenden Kühlkörper 5 vertikal verschiebbar gelagert und mit einer Beaufschlagungseinrichtung 14 verbunden Diese Beaufschlagungseinrichtung 14 besteht im Falle des Ausfuhrungsbeispiels aus Druck- stempeln 15, die mit Hilfe von Druckfedern 16 gegen die Kühlkörper 5 gedruckt werden Wahrend im Erstarrungsabschnitt 3a die Grafitauskleidung aus Grafitplatten 17 besteht, die mit Hilfe von federbelasteten Zugankern 18 befestigt sind, wird die Grafitauskleidung im Bereich des Nachkuhlabschnittes 3b aus einem Vlies 19 aus Kohlefasern gebildet Durch in den Gießspalt 3 eingesetzte Formleisten 20 wird der Gießspalt 3 im Einlaufbereich gegenüber dem anschließenden Erstarrungsabschnitt 3a abgesetzt, um vorteilhafte Gießverhalt- nisse zu schaffen Außerdem kann der Gießspalt 3 im Bereich der Formleisten 20 durch Einsätze 21 der Breite nach in mehrere Abschnitte unterteilt werden, was sich vorteilhaft auf den Verlauf der Erstarrungsfront des zu gießenden, bandförmigen Stranges 22 auswirkt, der strichpunktiert angedeutet ist
[0011 ] Die im Bereich des formgebenden Erstarrungsabschnittes 3a über die Kühlkörper 4 aus dem Strang 22 abgezogene Warme bedingt nicht nur ein Erstarren der aus dem Aufnahmegefaß zufließenden Metallschmelze, sondern auch ein erstarrungsbedingtes Schwinden mit der Wirkung, daß sich der Strang 22 gegen das Ende des Erstarrungsabschnittes 3a hin von den Grafitplatten 17 abzuheben beginnt Dieses schwmdungsgedmgte Abheben des Stranges 22 ist insbesondere beim Gießen dunner Bander erwünscht, um Oberflachenbeein- trachtigungen zufolge einer verstärkten Reibung zwischen dem Strang 22 und den Grafitplatten 17 zu vermeiden Da das Schwindmaß beim Stranggießen dunner Bander klein ausfallt, kann es sogar vorteilhaft sein, den Gießspalt 3 im Bereich des Erstarrungsabschnittes 3a gegen den Nachkuhlabschnitt 3b hin zu erweitern Damit im Bereich des Nachkuhlabschnittes 3b die Wärmeübertragung vom Strang 22 auf die Kühlkörper 5 nicht auf Konvektion und Strahlung be- schrankt ist, wie dies bei einer vom Strang 22 abgehobenen Grafitauskleidung der Fall ist, werden die Kühlkörper 5 im Bereich des Nachkuhlabschnittes 3b über die Druckfedern 16 gegen den Strang 22 gedruckt so daß im Bereich des Nachkuhlabschnittes 3b ein Wärmeübergang durch Warmeleitung sichergestellt werden kann Wichtig für eine gute Warmeleitung ist eine flächige Anlage der Grafitauskleidung am Strang 22, was aber nicht zu einer unzulässigen Oberflachenbelastung des Stranges 22 fuhren darf Aus diesem Grunde sind die Schmiereigenschaften der Grafitauskleidung für die Strangfuhrung von wesentlicher Bedeutung Ist im Bereich des Nachkuhlabschnittes 3b als Grafitauskleidung des Gießspaltes 3 ein Vlies 19 vorgesehen, so werden diese Bedingungen vorteilhaft erfüllt, weil das beim Andrucken der Kühlkörper 5 an den Strang 22 elastisch verdichtete Vlies 19 bei gunstigen Schmierbedingungen für eine gute, flächige Anlage am Strang 22 sorgt, und zwar unabhängig vom Oberflachenverlauf des Stranges 22
[0012] Durch die verbesserte Kühlung im Nachkuhlabschnitt 3b des Gießspaltes 3 kann der Strang 22 innerhalb der mit einem Schutzgas beaufschlagten Kokille 2 soweit abgekühlt werden, daß der aus der Kokille 2 austretende Strang 22 nur mehr in einem tragbaren Umfang mit dem Luftsauerstoff reagiert Die weitere Abkühlung des Stranges 22 erfolgt über eine Sekundarkuhlung durch auf den Strang 22 aufgesprühte Kuhlflussigkeit, die über Spruhbalken 23 zugeführt wird
[0013] Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, daß sich die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel beschrankt, das vielfaltig abgewandelt werden kann, weil es ja vor allem darum geht, das erstarrungsbedingte Abheben des Stranges 22 von der Wandung des Gießspaltes 3 im Bereich des Nachkuhlabschnittes 3b dadurch zu verhindern, daß die Grafitauskleidung in diesem Abschnitt 3b entweder über eine Beaufschlagung wenigstens eines Kühlkörpers oder zufolge ihrer Eigenelastizitat unter einer entsprechenden Vorspannung an den Strang angedruckt wird Der Strang 22 muß außerdem nicht Bandform aufweisen, obwohl sich beim Stranggießen von Bandern im Zusammenhang mit der Erfindung besonders vorteilhafte Kuhlbedingungen einstellen lassen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 Vorrichtung zum horizontalen Stranggießen, insbesondere von Bandern, mit einer an ein Aufnahmegefaß für eine Metallschmelze anschließbaren Kokille, deren mit einer Grafitauskleidung versehener, zwischen Kühlkörpern gebildeter Gießspalt einen formgebenden Erstarrungsabschnitt und einen daran anschlie- ßenden Nachkuhlabschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Grafitauskleidung im Bereich des Nachkuhlabschnittes (3b) unter einer Vorspannung an den Strang (22) flachig andruckbar ist
2 Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Nachkuhlabschnitt (3b) wenigstens einen quer zur anliegenden Oberflache des gegossenen Stranges (22) verschiebbar gelagerten und im Andrucksinn an den Strang (22) beaufschlagbaren Kühlkörper (5) aufweist
3 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Nachkuhlabschnitt (3b) zwei einander vertikal gegenüberliegende, vertikal verschiebbare Kühlkörper (5) vorgesehen sind 4 Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beaufschlagung des Kühlkörpers (5) bzw der Kühlkörper (5) Drukfedern (16) vorgesehen sind
5 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grafitauskleidung im Bereich des Nachkuhlabschnittes (3b) aus einem zwischen den Kühlkörpern (5) und dem Strang (22) elastisch vorgespannten - Kohlefaservlies (19) besteht
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