WO2002064286A2

WO2002064286A2 - Stranggiesskokille

Info

Publication number: WO2002064286A2
Application number: PCT/DE2002/000443
Authority: WO
Inventors: Egon Evertz; Rolf Seybold
Original assignee: Egon Evertz K.G. (Gmbh & Co)
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2002-08-22
Also published as: WO2002064286A3; DE10290453D2; US6932147B2; AU2002244616A1; US20040050529A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stranggiesskokille zum kontinuierlichen Giessen von Metallbändern oder Dünnbrammen mit einem trichterförmig in Giessrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingiessbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatte (10, 11) mit gewölbten taschenförmigen Breitseitenwandabschnitten. Erfindungsgemäss weisen die gewölbten taschenförmigen Breitseitenabschnitte eine im Querschnitt elliptische Krümmung auf.

Description

Beschreibung

Stranggießkokille

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen mit einem trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten mit gewölbten taschenformigen Breitseitenwandab- schnitten.

Bereits in der DE-PS 887 990 werden wassergekühlte Stranggießformen beschrieben, mit denen schmale Brammen, beispielsweise mit Abmessungen von 450 mm x 20 mm herstellbar sind. Die wassergekühlte Form zum Stranggießen besitzt eine viel größere Breite als Dicke, deren unterer Teil aus einander gegenüberstehenden, parallelen Seiten- und Stirnwänden besteht, wobei die Breite der Seitenwände der länglichen rechteckigen senkrecht angeordneten Formkammer viel größer ist als diejenige der Stirnwände. Die Stirnwände des weiteren Kokillenteiles setzen sich im oberen Kokillenteil geradlinig fort, während sich die Seitenwände des oberen Kokillenteiles nach oben trichterförmig erweitern. Das Kokillenoberteil soll im Querschnitt rautenförmig ausgebildet sein.

In der DE 36 40 525 C2 wird eine Stranggießkokille beschrieben, bei der die Breitseitenwände im Eingießbereich aus je einem ersten Abschnitt, die zueinander parallel oder nahezu parallel verlaufen, und je einem daran anschließenden auf die Dicke des Gießformates reduzierenden Abschnitt bestehen, wobei die ersten Abschnitte bis unterhalb der im Gießbereich einzustellenden Gießspiegelebene reichen sollen. Die im Gießbereich vorgesehene trichterförmig erweiterte Öffnung ist im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Ebenfalls entsprechend trapezförmig ausgebildete Eingießbereiche zeigt die EP 0 300 219 B1. In der DE 43 43 124 A1 wird eine Kokille zum Stranggießen von Stahlband mit Breitseitenwänden vorgeschlagen, die im trichterförmigen Eingießbereich als konvexer Kreisbogenabschnitt und seitlich des trichterförmigen Eingießbereiches mit sich nach außen zu den Schmalseiten einander annähernden Schrägflächen ausgebildet sein sollen.

Andere Kokillenplattenformen besitzen taschenförmige gewölbte Breitseitenbereiche im Eingießbereich, deren Wölbungen durch seitliche Kreisbögen und an Tangentenoder Wendepunkten mit diesen verbundene mittlere Kreisbögen aufweisen, deren Radien mit größerem Abstand von der Kokillenoberkante sukzessive größer werden. In der EP 0 552 501 wird eine diesbezügliche Ausführungsform vorgeschlagen, bei der die Radien der seitlichen Kreisbögen von der Kokillenoberkante in einem mindestens 100 mm von der Kokillenoberkante abwärts reichenden Abschnitt des Eingießbereiches gleichbleibend sind, vorzugsweise sogar über die gesamte Höhe des Eingießbereiches.

Bei allen beschriebenen Stranggießkokillen stellt sich das Problem, dass der außen teilerstarrte fortlaufende Strang sich beim Ausfördern in der Kokille verklemmt, was ungünstigenfalls zum Abreißen der äußeren, bereits festen Strangschale führen kann, wodurch flüssiges Gießmaterial aus dem Stranginneren nach außen strömt. Ungleichmäßig geformte, bereits verfestigte Strangschalen und einen drohenden teilweisen Abriß können unerwünschte Depressionen oder Risse im Endprodukt zur Folge haben. Außerdem wird die teilerstarrte Schale im Bereich der Taschen senkrecht zur Gießrichtung auf Druck belastet, da ihre Ausdehnung in dieser Richtung über die Länge der Taschen reduziert wird. Dies führt zwangsweise zur Verformung der Schalen.

Darüber hinaus hat sich bei den taschenartigen Einströmbereichen mit einer im Innenbereich konvexen und im Außenbereich konkaven Wölbung das Problem ergeben, dass der außen teilerstarrte Strang bei der Fortbewegung in der Kokille unter Druckspannung eine randseitige Aufwölbung mit einer hieraus folgenden ungleichmäßigen Abkühlung erfahren kann, wonach eine erhöhte Gefahr eines Verklemmens des fortlaufenden Stranges in der Kokille besteht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Stranggießkokille derart weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Mängel beseitigt, zumindest jedoch erheblich minimiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Stranggießkokille nach Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß besitzen die miteinander verspannten Kokillenplatten gewölbte taschenförmige Breitseitenwandabschnitte (Eingießbereiche), die im wesentlichen eine im Querschnitt elliptische Krümmung aufweisen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass derartige Eingießtaschen bewirken, dass die an der Außenperipherie bereits verfestigte Stranggießschale im Fortlauf in der Kokille weitestgehend gleichmäßig an jedem Ort an die Kokilleninnenwand gepreßt wird, wodurch die Querverformung der Schale begünstigt und gleichermaßen ein Verklemmen verhindert sowie eine homogene Erstarrung gefördert werden. Unter elliptische Krümmung ist eine solche Krümmung zu verstehen, die beim Schnitt eines schräggestellten Zylinders mit einer Ebene entsteht, wobei jede der sich spiegelsymmetrisch gegenüberliegenden Taschen der Kokillenplatten einen teilellipsenförmigen Querschnitt besitzt.

Vorzugsweise ist der taschenförmige gewölbte Breitseitenwandabschnitt beider Kokillenplatten derart ausgestaltet, dass seine räumliche Krümmung gleich groß dem Schnitt eines schräggestellten Zylinders mit einer planparallelen Platte ist. Dies bedeutet, dass quer zur Gießrichtung ein entsprechend dem vorbeschriebenen Schnitt sich ergebender konvexer Eingießbereich geschaffen wird, der sich in Gießrichtung zum Dünnbrammenbreitenmaß verjüngt. Ein Vorteil einer solchen Ausbildung besteht insbesondere darin, dass die taschenformigen Auswölbungen gegen- über den nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen in Gießrichtung kürzer ausgebildet werden können und dass dadurch die Länge der Führung der Bramme in der Kokille mit ihrem Endquerschnitt größer wird.

Die Kontur zwischen der Ebene und der Tasche kann mit einem Radius zwischen 5 mm und 100 mm, vorzugsweise 20 mm versehen werden.

Zur Erhöhung des Durchflußvolumens bzw. des Wärmeabflusses im Eingießbereich ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die gewölbten Breitseitenabschnitte bis auf 2 cm bis 5 cm bis zum Randbereich (der Schmalseite) einer jeden Kokillenplatte reichen. Die mittige (und damit maximale) Tiefe der Tasche (des gewölbten Breitseitenabschnittes) beträgt 40 % bis 60 %, vorzugsweise 50 % bis 60 %, der Kokillenplattenhöhe.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Kokille außerhalb der Taschen in Gießrichtung konisch ausgebildet. Das vorzugsweise verwendete Maß der Konizität liegt zwischen 0,9 % bis 1 ,3 % pro 1 m, insbesondere bei 1 % pro 1 m.

Die mittels eines in den Eingießbereich ragenden Tauchrohres zugeführte Metallschmelze bewegt sich jedoch bei den nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen in der Stranggießkokille nicht in Form einer linearen homogenen Strömung. Erfahrungsgemäß entstehen im oberen Kokillenbereich Turbulenzen, die dazu führen können, dass mit der Schmelze beim Einlauf vermehrt Schmutzpartikel oder sonstige Verunreinigungen mitgerissen werden, die dann infolge der nicht linearen Schmelzbadbewegungen eingeschlossen werden.

Um solche Schmutzeinschlüsse zumindest weitgehend zu minimieren bzw. die Schmelzbadbewegungen so zu richten, dass etwaige Einschlüsse im gegossenen Fertigteil primär an der Strangoberfläche zu finden sind, wo sie durch Abschleifen oder durch zerspanenden Abtrag leicht entfernbar sind, besitzen die taschenformigen Breitseitenwandabschnitte im Längsschnitt ein nicht lineares Profil. Turbulenzen entstehen stets dann, wenn große Gradienten der Strömungsgeschwindigkeit quer zur Strömungsrichtung vorhanden sind. Der Strömungswiderstand in turbulenten Strömungen ist wesentlich größer als in laminaren Strömungen, weshalb es zu der Verwirbelung und der damit verbundenen Gefahr der Vermischung von Schmutzpartikeln mit der Flüssigkeit bzw. den hieraus folgenden Einschlüssen führt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, das Längsprofil der Breitseitenwandabschnitte nicht mehr über die Höhe des Eingießbereiches linear zu gestalten, kann überraschenderweise einer starken Turbulenz in der Metallschmelze entgegengewirkt werden. Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und dem sich aus der Kokillengeometrie ergebenden Strömungswiderstand, der Schmelzbadzusammensetzung und der Schmelzbadtemperatur können Horizontalbewegungen der Schmelze erheblich minimiert werden, so dass ein verbesserter Schmelzefluß zu beobachten ist. Für die Gestaltung des Längsschnitt-Profiles eröffnen sich mehrere Möglichkeiten, von denen einige als beispielhafte Ausführungsformen in den Unteransprüchen angesprochen werden.

Das Längsschnitt-Profil kann konkav oder konvex mit einem über die Höhe der Breitseitenwandabschnitte konstantem oder sich ändernden Krümmungsradius ausgebildet sein. Des weiteren sind auch solche Profilgestaltungen wirksam, in denen sich in Strömungsrichtung konvexe und konkave Profilabschnitte einander anschließen, wobei sich beispielsweise ein etwa sinusförmiger Verlauf der betreffenden Längs- profillinie ergeben kann. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Längsschnittprofil aus mehreren Teilstücken mit jeweils unterschiedlichem Krümmungsradius zusammengesetzt sein, wobei sich ein über die gesamte Höhe entweder streng konvexer oder konkaver Verlauf oder sich anschließende konvexe und konkave Teilbereiche verwenden lasse.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind auch solche Breitseitenwandabschnitte mit einem Längsschnittprofil, das sich aus jeweils aneinandergren- zenden linearen Teilstücken zusammensetzt, die jeweils unter einem stumpfen Win- kel zueinander angeordnet sind, wobei sich insgesamt eine konkave und/oder konvexe Profilkontur ergibt. Ggf. kann zur Vermeidung von Nischen, in denen turbulente Strömungen drohen, der Übergangsbereich von jeweils linearen Teilstücken abgerundet sein. Eingeschlossen im Sinne der Erfindung sind auch solche Längsschnitt- Profile, in denen Teilbereiche konkav und/oder konvex und andere Teilbereiche linear ausgebildet sind.

Eine im wesentlichen im Querschnitt elliptische Krümmung der Breitseitenwände bewirkt, dass die an der Außenperipherie bereits verfestigte Stranggießschale im Fortlauf in der Kokille weitestgehend gleichmäßig an jedem Ort an die Kokilleninnenwand gepreßt wird, wodurch die Querverformung der Schale begünstigt und gleichermaßen ein Verklemmen verhindert sowie eine homogene Erstarrung gefördert werden.

Vorzugsweise ist der taschenförmige gewölbte Breitseitenwandabschnitt beider Kokillenplatten derart ausgestaltet, dass seine räumliche Krümmung gleich groß dem Schnitt eines schräggestellten Zylinders mit einer planparallelen Platte ist. Dies bedeutet, dass quer zur Gießrichtung ein entsprechend dem vorbeschriebenen Schnitt sich ergebender konvexer Eingießbereich geschaffen wird, der sich in Gießrichtung zum Dünnbrammenbreitenmaß verjüngt. Ein Vorteil einer solchen Ausbildung besteht insbesondere darin, dass die taschenformigen Auswölbungen gegenüber den nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen in Gießrichtung kürzer ausgebildet werden können und dass dadurch die Länge der Führung der Bramme in der Kokille mit ihrem Endquerschnitt größer wird.

Zur Erhöhung des Durchflußvolumens bzw. des Wärmeabflusses im Eingießbereich ist nach einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die gewölb- ten Breitseitenabschnitte bis auf 2 cm bis 5 cm bis zum Randbereich (der Schmalseite) einer jeden Kokillenplatte reichen. Die mittige (und damit maximale) Tiefe der Tasche (des gewölbten Breitseitenabschnittes) beträgt 40 % bis 60 %, vorzugsweise 50 % bis 60 %, der Kokillenplattenhöhe.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer aus zwei miteinander verspannten Stranggießkokille,

Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Stranggießkokille,

Fig. 3 einen Längsschnitt im Bereich der Trennfuge einer Kokillenplatte und den Schmalseitenwänden,

Fig. 3a einen Schnitt entlang der Linie I - 1 durch den oberen Kokillenabschnitt

Fig. 3b eine skizzenhafte Darstellung eines Schnittes eines Zylinders mit einer planparallelen Platte.

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie I - I in Fig. 1 mit einer weiteren Ausgestaltung

Fig. 5 bis 10 jeweils entsprechende Längsschnitte einer Kokillenplatte.

Die Stranggießkokille besteht im wesentlichen aus zwei miteinander verspannten Kokillenplatten 10 und 11 , welche mit ihren Innenflächen Breitseitenwände bilden. Im Eingießbereich sind die Breitseitenwände taschenartig gewölbt, so dass dort ein nicht dargestelltes Tauchrohr eingeführt werden kann. Die Schmalseitenwände 12 und 13 besitzen eine deutlich kleinere Breite als die Breitseitenwände. Die in Fig. 1 mit 14 bezeichnete taschenförmige Eingießöffnung besitzt die aus Fig. 2 ersichtliche elliptische Krümmung, die sich bis auf ein Maß a von 2 cm bis 5 cm bis zum Randbereich der Breitseite erstreckt. Ein solches teilelliptisches Krümmungsmaß entsteht bei einem Schnitt einer Zylinderform 15 mit einer Ebene 16 (vgl. Fig. 5), wobei sich die in Fig. 3 in einer Draufsicht auf die Kokillenplattentasche ersichtliche Höhe h ergibt, die maximal 50 % bis 60 % der gesamten Kokillenplattenhöhe ist. Wie den Fig. 1 bis 3 entnommen werden kann, sind die jeweiligen gewölbten Ausnehmungen der Kokillenplatteninnenseite spiegelsymmetrisch zueinander- auch in ihrer räumlichen Gestaltung - ausgebildet. Im unteren Bereich sind die Kokillenplatteninnen- seiten eben und parallel zueinander angeordnet ausgebildet.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der taschenformigen Breitseitenwandabschnitte im Längsschnitt ist den Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bis 10 zu entnehmen. Das Längsprofil ist stets nicht linear. Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, kann ein konkaves Profil 20 oder ein konvexes Profil 21 mit einer einheitlichen, sich über die gesamte Höhe h erstreckenden Krümmungsrichtung gewählt werden. Die Krümmungsradien können entweder konstant oder, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, sich in Gießrichtung betrachtet ändern. Es ist auch möglich, das in Fig. 10 dargestellte Längsprofil 22 zu wählen, das sich aus aneinanderreihenden konvexen und konkaven Bereichen unterschiedlicher Krümmung zusammensetzt. In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 7 bis 9 wird die konvexe und/oder konkave Ausgestaltung durch jeweils aneinandergrenzende lineare Profilabschnitte realisiert. In Fig. 1 werden hierzu drei lineare Abschnitte 23, 24 und 25 zu einem Längsprofil "aneinandergereiht", wobei die jeweiligen aneinandergrenzenden Linearabschnitte einen stumpfen Winkel miteinander bilden. Insgesamt ergibt sich hierdurch ein konvexer Verlauf, der eine technisch äquivalente Lösung zu dem Profilverlauf 20 gemäß Fig. 5 darstellt. Nach Fig. 7 sind Profil verlaufe vorgesehen, in denen sich an einen konkaven Bereich 26 ein konvexer Bereich 28 anschließt. Der Übergangsbereich 27 bildet den Wendepunkt von einer konkaven zu einer konvexen Krümmung. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist der Krümmungsradius im oberen und im untersten Bereich relativ zu den mittleren Bereichen deutlich größer gewählt.

Fig. 8 zeigt einen im wesentlichen konvexen Verlauf, der durch vier aneinandergren- zende lineare Profilbereiche 29 bis 32 realisiert ist. Einen etwa dem Profil nach Fig. 7 entsprechenden Profilverlauf zeigt Fig. 9, in dem jeweilige Linearstücke 33 bis 36 erkennbar sind, die unter einem Winkel aneinandergrenzen, der von 180° verschieden ist.

Claims

Patentansprüche

1. Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen mit einem trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillen platten (10, 11) mit gewölbten taschenformigen Breitseitenwandab- schnitten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die gewölbten taschenformigen Breitseitenabschnitte eine im wesentlichen im Querschnitt elliptische Krümmung (17) aufweisen.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Breitseitenwandabschnitt beider Kokillenplatten (10, 11) eine räumliche Krümmung aufweist, die gleich groß dem Schnitt eines schräggestellten Zylinders (15) mit einer planparallelen Platte (16) ist.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbten Breitseitenabschnitte (17) bis auf ein Maß (a) von 2 cm bis 5 cm sich bis zum Randbereich einer jeden Kokillenplatte (10, 11) erstrecken.

4. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittig angeordnete maximale Tiefe (h) der gewölbten Breitseitenabschnitte 40 % bis 60 %, vorzugsweise 50 % bis 60 %, der Kokillen- plattenhöhe beträgt.

5. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille in Gießrichtung konisch ausgebildet ist und vorzugsweise eine Konizität von 0,9 % bis 1 ,3 % pro 1 m, weiterhin vorzugsweise von 1 % pro 1 m aufweist.

Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen dem gewölbten Breitseitenabschnitt (17) und der hierum angeordneten Kokillenplattenfläche abgerundet ist, wobei der Radius der Abrundung vorzugsweise zwischen 5 mm und 100 mm liegt.

7. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die taschenformigen Breitseitenwandabschnitte im Längsschnitt ein nicht lineares Profil besitzen.

8. Stranggießkokille nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsschnittprofil konvex (21) und/oder konkav (20) gekrümmt ist.

9. Stranggießkokille nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Längsschnittprofil aus mehreren Teilstücken (22; 26, 27, 28) mit jeweils unterschiedlichem Krümmungsradius zusammensetzt, wobei vorzugsweise die Krümmung (26) im oberen Kokillenbereich konkav und im darunterliegenden Bereich konvex ausgebildet ist.

10. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe oder konkave Form durch aneinandergrenzende lineare Teilstücke (23 bis 25; 29 bis 32; 33 bis 36), die jeweils unter einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind, ausgebildet ist.

11. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die taschenformigen Breitseitenwandabschnitte im Querschnitt eine elliptische Krümmung (17) aufweisen.