WO2015118050A1 - Kokillenanordnung zum stranggiessen von metallischen produkten - Google Patents

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WO2015118050A1
WO2015118050A1 PCT/EP2015/052378 EP2015052378W WO2015118050A1 WO 2015118050 A1 WO2015118050 A1 WO 2015118050A1 EP 2015052378 W EP2015052378 W EP 2015052378W WO 2015118050 A1 WO2015118050 A1 WO 2015118050A1
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mold
vibrations
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devices
wall
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PCT/EP2015/052378
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Christian Dratva
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Sms Concast Ag
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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.
  • a device which mechanically displaces the mold in oscillating up and down movements in its axial direction. This basically achieves that, on the one hand, the metal melt solidifying in the mold does not stick to the inner wall of the mold and, on the other hand, the sliding friction between them is reduced. Furthermore, the oscillation movement favors the lubrication conditions at the contact surface to the mold.
  • EP-A-0 178 967 discloses a mold of the type mentioned in the introduction, in which mechanical oscillations are generated in the longitudinal direction of the mold by means of an actuator in the mold tube, by means of which this oscillating up and down motion is to be produced. It is disadvantageous here that the actuator must be installed in an extension piece on the upper side of the mold tube, which is unfavorable for various reasons, in particular because of the heat prevailing there and the lack of space. In addition, these short generated movements are not enough to the To promote lubricant in the gap between the strand and the mold wall.
  • 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.
  • the mold is preferably associated with a plurality of peripherally distributed devices for generating preferably resonant vibrations, such that oscillations are generated during the annealing at the approximately entire inner wall of the mold.
  • actuators are preferably mounted in the upper region of the mold on the outside of the mold, which generate vibrations with a predetermined amplitude and frequency range.
  • the entire wall of the mold is set in a waveform, so that a kind of downward-acting Schiuckmosis is generated on the melt flowing into the mold.
  • the amplitudes of the vibrations on the inner wall of the mold expediently run perpendicular to the strand shell surface. This causes avoidance of adhesives and reduction of friction and support of the pull-out movement of the strand.
  • the tendency to incline and friction between strand and mold is minimized.
  • the path / force exciters are therefore positioned in the corners of the mold and operated in a suitable frequency and amplitude band.
  • 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. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the drawing. It shows:
  • Fig. 1 is a perspective plan view of an inventive
  • Mold and a device for vibration generation shows a schematic partial section of the mold with a view of the oscillation process
  • FIG. 6 shows a partial longitudinal section of a variant according to the invention of an actuator of a device for vibration generation
  • FIG. 7 is a perspective view of diaphragms of the actuator of FIG. 6; FIG. and
  • FIG. 8 shows a section of the actuator according to FIG. 6.
  • a mold assembly 1 according to FIG. 1 with a mold 2 having a rectangular, square, polygonal or round cross-sectional profile is used for continuous casting of metallic products, such as long or flat products, in particular of steel products. It has a correspondingly shaped mold 2, a mold of this type benden cooling box 20 for the water cooling and a preferably disc-shaped Kopftei! 3 on.
  • the mold assembly 1 are assigned a plurality of circumferentially distributed devices 5a to 5d for generating vibrations, such that during the glazing 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 advantageously supported or held only on its upper side, while it is loose towards the bottom, with which the oscillations in the same can progressively move downward.
  • the mold 2 is preferably held by the surrounding cooling box 20 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 actuator 52 mounted therewith, with a protruding plunger 55, a counterweight 53 connected to the actuator 52, a cover 54 fastened to the housing on the front side, and a cable fitting 56 for the actuator.
  • the actuator 52 is, on the one hand, coupled to the plunger 55 and to the connecting pin 55 'which is in contact with the outside of the mold 2, wherein this connecting pin 55' is mounted so as to be axially displaceable 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 at each shock pulse because the counterweight 53, with its mass inertia, absorbs the resulting reaction force almost immovably.
  • a compression spring not shown in detail on the counterweight 53 in the direction of mold 2
  • 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 air- or water-cooled in the interior by line connections 58 (see FIG. 1) and can generate excitation oscillations of up to approximately 10,000 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 matched in phase to one another in such a way that the oscillations travel along the wavy line 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 Strandscha- 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 is supplied to the inner wall 1 1 lubricating oil film 15 or slag. Due to the pyrolytic splitting of the oil film occurring primarily in carbon C and hydrogen-rich in the meniscus of the resulting strand in the upper mold area Gas H2 flow through the gap between the inner wall of the mold and the strand shell in the direction of the arrow 13 from top to bottom, which is supported by the vibrations.
  • pockets 12 are formed on the inner wall by this wave-shaped profile, as illustrated in FIG. 3. In these pockets 12, the gas is then absorbed, which forms a protective film and is taken down. This makes the adhesion of the hardening steel impossible. If no lubricant is used, the trapped gas medium in the pockets 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 gleumblefflessig distribution of the resonant vibrations or vibrations on all four corner regions and side walls of the mold.
  • the actuators in the upper mold part can be mounted laterally and preferably centrally on the four side walls of the mold.
  • the devices could not as shown perpendicular to the longitudinal extent of the mold, but at an angle preferably be aligned obliquely upwards, so that with their rams a pressure surge in the direction of the mold inside would be made obliquely downwards.
  • 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.
  • Whole-body vibrations of the mold 2 which produce the wave-shaped course, in particular, on the inner wall 11 of the mold, result primarily from these resonant vibrations.
  • 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, not shown Kokilienmanteis.
  • the frequencies of the resonant vibrations of the mold 2 are depending on the size, wall thickness and other parameters of the same between approximately 1 kHz and 3 kHz. For example, a mold with a square format of 150 mm and a wall thickness of? mm have a resonant vibration with filled mold of about 1 .5 kHz. Other parameters, such as mold suspension, water connections, etc. of course affect the natural frequency. However, if the excitation oscillations occur in the region of resonance, there is the advantage that with less power the required oscillation can be achieved.
  • the generated vibration frequencies are preferably approximated to the resonance vibrations and the power P of the actuators are selected so that the wave amplitudes A are approximately the same over the entire height of the mold or weaken only slightly. This ensures that the mold oscillation generated according to the invention is ensured over the entire mold height. It is also within the scope of the invention readily possible, depending on the design of the mold, to equip them with a different number of actuators whose arrangement is chosen so that the resonant vibrations generated by them have the inventive mode of action.
  • 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.
  • the Kokiilenaussenseite and the actuator could also be provided a positive connection, in which case a pressure and tensile load on the Kokiilenaussenseite would be effected. But it would then be provided a temperature compensation, so that the actuator upon thermal expansion of the mold, it would not create a pressure on it and the strength of the pressure pulses would change during casting.
  • FIGS. 4 and 5 each show the mold 2, which is set in the predetermined oscillations by these devices 5a to 5d, not shown. These oscillations moving downwards along the longitudinal extent of the mold are disproportionately illustrated for better recognition. It is thus offset the entire wall of the mold in a waveform, so that a kind of downward-acting swallowing motion is generated on the flowing into the mold 2 melt.
  • a bulge 23 is formed in the upper part of the mold 2 by this vibration field generated, in which a cross-sectional enlargement is present both in the surface 23 'and in the corner regions 23 " Mold 2, a constriction 24 is formed, in which a cross-sectional constriction in the surface 24 'and in the corner regions 24 "is present.
  • a constriction 24 is formed, in which a cross-sectional constriction in the surface 24 'and 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 or constrictions. From Fig.
  • FIG. 4 and FIG. 5 also illustrate that with these alternating bulges 23 or constrictions 24 on account of this waveform, this type of slip movement occurs, since with the downwardly bulging bulges 23 an increase of the volume in the hollow space of the mold 2 respectively transitions a limited amount takes place. Thus, the liquid steel is moved as by swallowing down.
  • Fig. 6 shows a variant of a device 60 for generating vibrations, which is configured analogously to that of FIG. 2 or works and therefore only the differences are explained below.
  • a plurality of such devices 60 - as shown in Fig. 1 - are arranged around the mold 2 around.
  • the actuator 62 is shown without the surrounding housing. This is made up of a plurality of contiguous on an axis 61 lined membranes 63, 64, an encapsulation 65 thereof and from both sides a respective piston element 66, 67 together. One of the piston members 66, 67 is coupled to a projecting ram 68, while the other is coupled to a counterweight 69.
  • the membranes 63, 64 are composed of stacks of electrodes and piezocrystals.
  • the actuator 62 can both have a cooling line arranged on the outer circumference of the encapsulation 65 and, inside, a cooling by a medium, such as air or a liquid, is provided in the membranes 63, 64.
  • these disk-shaped membranes 63, 64 which serve as electrodes, are provided with recesses 63 'or cams 63 "in their outer and, advantageously, also on the inner sides, through which, when installed, as in FIG 8, a passage for a cooling medium is formed internally and subsequently on the outside in the direction of the arrow 72, 73 so that these membranes do not exceed a certain temperature during operation
  • the invention is sufficiently demonstrated with the above exemplary embodiment but still be realized by other variants, for example, only by a device attached to the mold.
  • 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 Wellengeschwin ⁇ speed and / or wave amplitude.
  • the vibrations generated by these devices could also be timed to each other so that these vibrations are inclined, for example! helical, from the inlet to the outlet of the mold on the inner wall of the mold continuous and / or interrupted. This would be particularly suitable for molds with round format. This could be achieved by briefly switching off these oscillators arranged around the mold in succession and then switching them 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 which would bring about a targeted damping of the actual vibrations in order to stabilize the mold and, if appropriate, to influence the wave-shaped oscillatory 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.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kokille (2) zum Stranggiessen von Stahl und ähnlichen Werkstoffen mit mehreren umfänglich verteilt angeordneten Aktuatoren (5a bis 5d), die quer zur Kokillenlängsachse gerichtete Schwingungen erzeugen und phasenmässig so aufeinander abgestimmt sind, dass die Schwingungen wellenlinienförmig von oben nach unten an der Innenwand der Kokille (2) entlangwandern. Die quergerichteten Schwingungen bewirken eine Minimierung der Reibung zwischen dem Strang und der Kokille, und erzeugen zudem eine nach unten gerichtete Verschiebekraft an der Schalenwandung des Strangs. Dadurch wird der Transport des Stranges innerhalb der Kokille (2) aktiviert und damit der Giessprozess erheblich unterstützt und folglich verbessert.

Description

Kokillenanordnung zum Stranggiessen von metallischen Produkten
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 Abbewe- gungen 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, weiche eine Fehlerquelle der Oberfläche bilden können. Bei manchen Legierungen, wie zum Beispiel bei nichtrostenden Stählen, können diese Oszillationsmarken in der Regel so ausgeprägt bilden, dass die gesamte Strangoberflä- che vor der Weitervereinbarung mechanisch abgetragen werden muss.
Bei der Oszillationsbewegung herrscht in den Totpunkten immer eine Haftreibung, die auf die erstarrende Schale wirkt. Weiter erzeugt die Oszillation aufgrund der Kokillenreibung zwangsläufig eine pulsierende Zug- und Druckkraft auf die neu gebildete Strangschale. Dies limitiert primär die mögliche maximale Giessgeschwindigkeit aufgrund der Festigkeit der entstehenden Strangschale.
In der Druckschrift EP-A-0 178 967 ist eine Kokille der eingangs genann- ten 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 Aktuator in einem Verlängerungsstück auf der Oberseite des Kokillenrohres ein- gebaut sein muss, 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.
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.
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 ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Kokille vorzugsweise mehrere umfänglich verteilt angeordnete Einrichtungen zur Erzeugung von vorzugsweise Resonanzschwingungen zugeordnet sind, derart, dass während dem Glessen an der annähernd gesamten Innenwand der Kokille Schwingungen erzeugt werden. Durch die oben erwähnten gerichteten 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 Schaienwandung, die das Aus- fördern des sich bildenden Stranges durch Reibminderung unterstützt. Zudem wird damit ein effizientes Schmieren ermöglicht, auf welches gegebenenfalls sogar verzichtet werden kann. Damit können Oszillationsmarken nahezu vermieden werden, die Ausganspunkt für Strangfehler, wie Querrisse, Mikrosegregation, Grobkornbildung im Oszillationsmarkengrund sein können.
Zu diesem Zweck sind Aktuatoren vorzugsweise im oberen Bereich der Kokille auf der Aussenseite der Kokille angebracht, welche Schwingun- gen mit einem vorgegebenen Amplituden- und Frequenzbereich erzeugen.
Vorteilhaft wird die gesamte Wandung der Kokille in eine Wellenform versetzt, so dass eine Art nach abwärts wirkende Schiuckbewegung auf die in die Kokille einfliessende Schmelze erzeugt wird.
Die Amplituden der Schwingungen an der Innenwand der Kokille verlaufen zweckmässigerweise senkrecht zur Strangschalenoberfläche. Dadurch wird eine Vermeidung von Klebern und Verringerung der Rei- bung und Unterstützung der Ausziehbewegung des Stranges bewirkt.
Vorteilhaft wird mit Hilfe der Erregung einer bestimmten Eigenform der Kokille bzw. durch die gezielte periodische Verformung der Eckenbereiche der Kokille in einem bestimmten Frequenzband die Kleberneigung und Reibung zwischen Strang und Kokille minimiert. Die Weg / Krafterreger werden daher in die Ecken der Kokille positioniert und in einem geeigneten Frequenz- und Amplitudenband betrieben. 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 Veranschauii- chung der Schwingungsveriaufes;
Fig. 4 und Fig. 5 jeweils eine perspektivische Ansicht der Kokille in einem in Schwingung versetzen Zustand;
Fig. 6 einen teiiweisen Längsschnitt einer erfindungsgemässen Variante eines Aktuators einer Einrichtung für die Schwingungserzeugung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht von Membranen des Aktuators nach Fig. 6; und
Fig. 8 einen Ausschnitt des Aktuators nach Fig. 6.
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 umge- benden Kühlkasten 20 für die Wasserkühlung und einen vorzugsweise scheibenförmigen Kopftei! 3 auf.
Der Kokillenanordnung 1 sind erfindungsgemäss mehrere umfänglich verteilt angeordnete Einrichtungen 5a bis 5d zur Erzeugung von Schwingungen zugeordnet, derart, dass während dem Glessen 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 bevorzugten Anordnung der Aktuatoren in den Ecken einer Kokille entsteht der Vorteil, dass eine Übertragung der Schwingungen in den Eckbereichen der Kokille gewähr- leistet 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 gieichmässig nach unten fortbewegen kön- nen. 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 Kühikastens 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 Kabelanschiuss 56 für den Aktuator.
Der Aktuator 52 ist einerseits mit dem Stössel 55 und dem mit der Aus- senseite 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 nicht näher gezeigten Druckfeder auf das Gegengewicht 53 in Richtung Kokille 2 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 Strangscha- ie 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 1 1 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 Strangschaie 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 verun- möglicht. Wird kein Schmierstoff verwendet, so dient das eingeschlossene Gasmedium in den Taschen 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 gleächmässige Verteilung der Resonanzschwingungen bzw. Vibrationen auf alle vier Eckbereiche als auch Seitenwände der Kokille. Alternativ dazu können die Aktuatoren im oberen Kokillenteil seitlich und vorzugsweise mittig an den vier Seiten- wänden der Kokille angebracht sein.
Ausserdem könnten die Einrichtungen nicht wie dargestellt senkrecht zur Längserstreckung der Kokille, sondern in einem Winkel vorzugsweise schräg nach oben ausgerichtet sein, so dass mit ihren Stösseln ein Druckstoss in Richtung nach innen der Kokille schräg nach unten erfolgen würde. 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. Die- ser Raum ist durch die Kokille und einen dieses umgebenden nicht gezeigten Kokilienmanteis 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 prn und eine Erreger-Frequenz F > 200 Hz bis 16 kHz, d.h. unterhalb des Ultra- schailbereichs, 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 optima! sein. Die Frequenzen der Resonanzschwingungen der Kokille 2 betragen je nach Grösse, Wandstärke und andern Parametern derselben zwischen annähernd 1 kHz und 3 kHz. So kann beispielsweise eine Kokille mit einem quadratischen Format von 150 mm und einer Wandstärke von ? mm eine Resonanzschwingung bei gefüllter Kokille von ca. 1 .5 kHz aufweisen. Weitere Parameter, wie Kokillenaufhängung, Wasseranschlüsse etc. beeinflussen selbstverständlich die Eigenfrequenz. Wenn jedoch die Erregerschwingungen im Bereich der Resonanz erfolgen, besteht der Vorteil, dass mit weniger Leistung die erforderliche Oszillation erzielt werden kann.
Die erzeugten Schwingungsfrequenzen werden vorzugsweise den Resonanzschwingungen angenähert und die Leistung P der Aktuatoren sind so gewählt, dass die Wellenamplituden A annähernd über die gesamte Höhe der Kokille gleich sind bzw. sich nur geringfügig abschwächen. Damit ist sichergestellt, dass die erfindungsgemäss erzeugte Kokillenoszillation über die gesamte Kokillenhöhe gewährleistet ist. 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 Kokiilenaussenseite und dem Aktuator könnte auch eine Formschlussverbindung vorgesehen sein, wobei dann eine Druck - und Zugbelastung auf die Kokiilenaussenseite bewirkt würde. Es müsste aber dann eine Temperaturkompensation vorgesehen sein, damit der Aktuator bei einer Wärmeausdehnung der Kokille nicht einen Druck auf dieselbe erzeugen würde und sich die Stärke der Druckimpulse während dem Ab- giessen ändern würden. 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. Es wird damit die gesamte Wandung der Kokille in eine Wellenform versetzt, so dass eine Art nach abwärts wirkende Schluckbewegung auf die in die Kokille 2 einfliessende Schmelze erzeugt wird.
Gemäss Fig. 4 als Momentaufnahme ist durch dieses erzeugte Schwin- gungsfeid 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 Aus- bauchungen 23 bzw. Verengungen bilden. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass sich diese Ausbauchung 23 mit der Quer- schnittsvergrösserung 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. Daher greifen diese Einrichtungen 5a bis 5d mit Vorteil bei den Ecken der Kokille an, wie dies in Fig. 1 verdeutlicht ist.
Fig. 4 und Fig. 5 verdeutlichen auch, dass mit diesen sich abwechseln- den Ausbauchungen 23 bzw. Verengungen 24 aufgrund dieser Wellenform diese Art Schiuckbewegung 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.
Fig. 6 zeigt eine Variante einer Einrichtung 60 zur Erzeugung von Schwingungen, die an sich analog wie diejenige nach Fig. 2 ausgestaltet ist bzw. funktioniert und daher nachfolgend nurmehr die Unterschiede erläutert sind. Vorteilhaft sind ebenso mehrere solcher Einrichtungen 60 - wie in Fig. 1 gezeigt ist - um die Kokille 2 herum angeordnet.
Der Aktuator 62 ist ohne das diesen umgebende Gehäuse dargestellt. Dieser setzt sich aus einer Vielzahl von auf einer Achse 61 aneinander- gereihten Membranen 63, 64, einer Verkapselung 65 derselben sowie aus beidseitig je einem Kolbenelement 66, 67 zusammen. Das eine der Kolbenelemente 66, 67 ist mit einem vorstehenden Stössel 68, indes das andere mit einem Gegengewicht 69 gekoppelt ist. Die Membrane 63, 64 setzen sich aus Stacks von Elektroden und Piezokristallen zusammen.
Dem Aktuator 62 kann sowohl eine am Aussenumfang der Verkapselung 65 umgebend angeordnete Kühlleitung aufweisen und innen ist bei den Membranen 63, 64 eine Kühlung durch ein Medium, wie Luft oder eine Flüssigkeit, vorgesehen.
Gemäss Fig. 7 und Fig. 8 sind diese scheibenförmigen Membrane 63, 64, die als Elektroden dienen, bei ihren Aussen- und vorteilhaft auch bei den Innenseiten mit Ausnehmungen 63' bzw. Nocken 63" versehen, durch welche im eingebauten Zustand, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ein Durchläse für ein kühlendes Medium innen- und nachfolgend aussensei- tig in Pfeilrichtung 72, 73 gebildet ist, damit diese Membrane im Betrieb nicht eine bestimmte Temperatur überschreiten. 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.
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 Wellengeschwin¬ digkeit und/oder Wellenamplitude zu erzielen. Die von diesen Einrichtungen erzeugten Schwingungen könnten auch so zueinander getaktet sein, dass sich diese Schwingungen schräg, zum Beispie! schraubenförmig, vom Ein- zum Auslauf der Kokille an der Innenwand der Kokille ununterbrochen und/oder unterbrochen fortbewe- gen. 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 verse- hen, 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

PATENTANSPRÜCHE 1. Kokilienanordnung zum Stranggiessen von metallischen Produkten, mit einer Kokille (2) und einer mit dieser verbundenen Einrichtung zur Erzeugung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kokille (2) vorzugsweise mehrere umfänglich verteilt angeordnete Einrichtungen (5a bis 5d) zur Erzeugung von Schwingungen, vorzugswei- se Resonanzschwingungen, zugeordnet sind, derart, dass während dem Glessen an der annähernd gesamten Innenwand (1 1 ) der Kokille (2) Schwingungen erzeugt werden.
2. Kokillenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
vom Ein- zum Austauf der Kokille sich fortbewegende wellenförmige Schwingungen, vorzugsweise Resonanzschwingungen erzeugt werden, dies bei einer Erreger-Frequenz F von jeweils > 200 Hz bis 16 kHz.
3. Kokillenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Wellengeschwindigkeit der Schwingungen, die Leistung, die Weilenamplitude und/oder die Erreger-Frequenz der einzelnen Einrichtungen (5a bis 5d) der Grösse und Steifigkeit der Kokille (2) angepasst sind.
4. Kokillenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
diese Einrichtungen (5a bis 5d) zur Erzeugung von Schwingungen im oberen Bereich auf der Aussenseite der Kokille (2) angebracht und damit die erzeugten Schwingungen quer zur Kokilleniängsachse gerichtet sind, die phasenmässig so aufeinander abgestimmt sind, dass die sinusförmi- gen Schwingungen in einer transversalen Komponente wellenförmig nach unten wandern.
5. Kokillenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die von diesen Einrichtungen (5a bis 5d) erzeugten Schwingungen so zueinander getaktet sind, dass sich diese Schwingungen schräg, zum Beispiel schraubenförmig, vom Ein- zum Auslauf der Kokille an der Innenwand (1 ) der Kokille (2) ununterbrochen fortbewegen.
6. Kokilienanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtungen (5a bis 5d) über die Höhe der Kokille verteilt angeordnet sind, um an der Innenwand (11 ) der Kokille (2) zumindest vom oberen zum unteren Bereich unterschiedliche Wellenformen hinsichtlich Wellengeschwindigkeit und/oder Wellenamplitude zu erzielen.
7. Kokillenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kokille (2) eine Zuführeinrichtung von Öl bzw. Schlacke zugeordnet ist, mittels welcher ein reibungsmindernder Ölfilm (15) an der Innenwand (1 1 ) der Kokille einleitbar ist, die von den Aktuatoren (5a bis 5d) erzeug- ten Schwingungen im oberen Bereich der Kokille eine den Ölfilm (15) insbesondere Kohlenstoff C und wasserstoffreiches Gas H2, weiche durch eine aufspaltende Pyrolyse vorliegen, an der Innenwand nach unten bewegt werden.
8. Kokillenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
durch diesen wellenförmigen Verlauf an der Innenwand Taschen (12) gebildet sind, in welchen das Gas aufgenommen ist, welches einen Schutzfilm bildet und nach unten mitgenommen wird.
9. Kokülenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtungen (5a bis 5d) umfänglich verteilt bei den oberen Ecken s der Kokille auf der Aussenseite der Kokille (2) angebracht und die Schwingungen quer zur Kokillenlängsachse auf diese Ecken gerichtet sind.
10. Kokillenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtungen (5a bis 5d) mit Aktuatoren jeweils eine Leistung P von > 100 W, eine Weilenamplitude A von 10 bis 200 μιη und/oder eine Erreger-Frequenz F von > 200 Hz bis 16 kHz aufweisen. 5
11. Kokillenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Frequenzen der Resonanzschwingungen der Kokille (2) je nach Grösse, Wandstärke und andern Parametern derselben zwischen annähernd 1 kHz und 3 kHz betragen und dass die erzeugten Schwingungs-0 frequenzen den Resonanzschwingungen angenähert und die Leistung P der Aktuatoren so gewählt sind, dass die Wellenamplituden A annähernd über die gesamte Höhe der Kokille (2) gleich sind bzw. sich nur geringfügig abschwächen. 5
12. Kokillenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtungen (5a bis 5d) für die Erzeugung der Schwingungen je- weils mindestens einen vorzugsweise piezoelektrischen Aktuator (52, 62) in einem Gehäuse (51 ) aufweisen, welcher mit einem aus dem Gehäuse (51) vorstehenden Stössel (55, 68) oder dergleichen gekoppelt ist, der an der Aussenseite der Kokille (2) angreift und die Schwingungen auf diese überträgt.
13. KokiMenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktuator (52, 62) im Gehäuse (51 ) gegenüberliegend zum Stössel (55, 68) mit einem Gegengewicht (53, 69) gekoppelt ist, welches durch eine Federkraft in Richtung gegen den Aktuator hin wirkt.
14. Kokillenanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
der Aktuator (62) eine Vielzahl von scheibenförmigen Membranen (63) aufweist, weiche mit Ausnehmungen (63') für den Durchlass eines Kühlmediums versehen sind.
15. Kokillenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtungen (5a bis 5d) in dem die Kokille (2) umgebenden wassergekühlten Raum angeordnet sind, damit diese ebenfalls ausreichend gekühlt sind.
16. Kokillenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kokiile (2) nur auf ihrer Oberseite abgestützt bzw. gehalten ist, während sie gegen unten lose angeordnet ist.
17. Kokilienanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch das erzeugte Schwingungsfeld abwechslungsweise Ausbauchungen (23) bzw. Verengungen (24) zumindest innenseitig bei der Kokiile (2) gebildet sind, bei der jeweils eine Querschnittsvergrösserung bei den Flächen- (231) als auch in den Eckbereichen (23") bzw. eine Querschnittsverengung bei den Flächen- (24') als auch in den Eckbereichen (24") gebildet sind.
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