WO2016166215A1 - Gestützte rohrkokille für knüppel- und vorblockanlagen - Google Patents

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WO2016166215A1
WO2016166215A1 PCT/EP2016/058231 EP2016058231W WO2016166215A1 WO 2016166215 A1 WO2016166215 A1 WO 2016166215A1 EP 2016058231 W EP2016058231 W EP 2016058231W WO 2016166215 A1 WO2016166215 A1 WO 2016166215A1
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WO
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mold
tube
wasserleitmantel
mold tube
flange
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PCT/EP2016/058231
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Franz Wimmer
Johann Poeppl
Heinrich Thoene
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Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock

Definitions

  • the present invention relates to a tube mold for continuously casting metal strands in billet or billet format, which has an internal, exchangeable mold tube with a holding device, surrounding the mold tube Wasserleitmantel and a head flange at the pouring end and a gravitational force at the pouring end.
  • the present invention further relates to an operating ⁇ method for continuously casting metal strands in billet or billet format with a tube mold having an internal, exchangeable mold tube with a holding device, surrounding the mold tube Wasserleitmantel and a head flange at the inflow end and a participatedflansch at the pouring end comprising the method steps
  • molds comprise an inner mold tube, which forms a mold which is open on both sides, through which the cast metal passes during the casting process and which is surrounded by a water-conducting jacket.
  • the mold tube is usually made of a piece of metal - usually made of a copper alloy - with a constant wall thickness. It accordingly has an inner side facing the cast metal strand and an outer side facing the Wasserleitmantel and a pour-in and a pouring end. It forms with its outside the cross-sectional shape of the pre-block material and can either be formed straight along the casting direction or have a slight curvature.
  • the so-called water gap is formed, which serves to guide a cooling medium - usually water - along the outer surface of the mold tube and so dissipate sufficient casting heat from the molten metal in the interior of the mold tube, to allow the formation of a strand shell in the molten metal at a given casting speed.
  • the heat removal to the cooling medium depends on the extent of the contact surface, the temperature difference between the Kokhl- lenrohrober Assembly and the cooling medium and the heat transfer coefficient, which in turn is influenced by the flow geometry and the flow rate of the cooling medium. Since for practical reasons, the temperature of the cooling medium can not be chosen arbitrarily low - the cooling water at steel-producing plants usually has a temperature of up to 40 ° C - can be ensured sufficient cooling effect only by a correspondingly high flow rate of the cooling medium.
  • the Wasserleitmantel can be embedded only as a flow leading part for the cooling liquid in a water tank, the water tank over a larger supply and drainage reservoir with the corresponding connections for the
  • a generic continuous casting mold is known from DE 32 07 149 C1, comprising, inter alia, a mold tube, an upper and a lower flange plate, a Wasserleitmantel and a water tank.
  • the mold tube, the upper and the lower flange plate and the Wasserleitmantel be connected to form a unit, wherein the Wasserleitmantel is attached via connec ⁇ tion elements on the upper and lower flange plate and centered relative to the inner Kokillenrohr (see FIG. 1).
  • a mold of the type described does not have separate means for centering the water jacket relative to the mold tube, so that accurate alignment, which is essential to achieve a uniform cooling effect, is correspondingly time consuming.
  • the water box has at its lower end a centering guide for receiving the lower flange plate, so that the unit is centered as a whole in the water tank. Further, the water box is sealed by the lower flange plate in its lower end region and sealed so against cooling water outlet.
  • any electromagnetic stirring coils must be mounted in its water-flowed interior space (see Fig. 2), which means an increased design effort for sealing feedthroughs for the electrical connections as well as a corresponding amount of work involved in replacement of the mold tube.
  • DE 38 19 492 AI also describes a continuous casting mold for casting billets, which has an inner Kokillenrohr which is connected via a base and a cover plate with a water tank and internally has a Wasserleitmantel, the outer surface of the Kokillenrohres a flow gap for the cooling medium formed.
  • a circular ring cylindrical stainless steel housing is installed, which controllable at least two separated, includes one above the other lying ⁇ agitating means for generating a rotating electromagnetic force field. The separate control of the two agitators allows the use of both free-jet casting and immersion tube casting without retooling the mold.
  • the Wasserleitmantel has the appropriate connections for the inlet and outlet of the coolant and the mold tube is connected, for example, at the inflow end by a head flange and at the pouring end by a foot flange with the Wasserleitmantel.
  • the cooling effect on the surface of the mold tube must be as uniform as possible: for this, the co ⁇ killenrohr must be installed as symmetrical as possible in the surrounding Wasserleitmantel, so that a uniform water gap is formed, including what are generally known Centering screws are used. Since the mold tube - in particular with a small wall thickness - during the casting process due to the pressurization of the cooling medium and due to the thermal stress of the cast metal strand can deform and the centering on the mold tube only a force in the form of compressive stress, but not in the form of tensile stress exercise, the centering of the mold tube can be lost in the water gap, which can lead to uneven growth of the strand shell and thus quality losses.
  • the wall thickness of the mold tube must be chosen ⁇ accordingly large to counteract undesirable deformations.
  • tubular molds are often provided with a electromag- netic stirring device in the form of electrical coil with an iron core.
  • the coils In order to achieve a sufficiently large Indukti ⁇ ons Koch in the molten metal and to minimize the induced eddy currents in electrically conductive components of the mold, which lead to an undesirable heating and thus represent a power loss in the material of the mold itself, the coils must be as close to the mold tube be introduced, which is a design difficulty because of the intermediate cooling device.
  • EP 0117115 Bl describes such a stirring device for continuous casting molds in the pre-block format, wherein the stirring device 8, 9 according to claim 1 and Fig. 4 in a region below the serzuflus s- and water drainage passages 7a and 7b, which are located at the upper Kokillenende positioned is.
  • the mold includes a copper plate forming the Gellohöhlung 2, a copper plate connected to the Au ⁇ .schild 3 and a frame 4 which supports the outer shield and the copper plate and to which said agitator is mounted on a flange 15 °.
  • the cooling water is passed through various chambers and passages of the outer shield and the frame to the outer surface of the copper plate, which causes a relatively complex structure in the production and maintenance.
  • the stirring device is part of the mold itself and thus has to be made separately for each individual mold.
  • a tube mold for billet formats which has an electromagnetic stirring device and has at the place of a the mold tube to ⁇ closing Wasserleitmantels cooling ducts inside the wall of the mold tube are placed itself, see Z.25 - 28 S.ll and Figures 2 and 5a. Since no water tank or Wasserleitmantel is present in this construction, which ensures the necessary me ⁇ chanical stability of the Kokillenrohrs, and there further the water channels, which have a diameter of 8 - 16mm according to claim 11 and at a minimum distance of 5 to 20mm from the inside of the mold tube are arranged (see 30 in FIG 5a), the mold wall has a significantly increased wall thickness and thus a higher material requirement.
  • the mold tube according to claim 9 along the edges webs for stiffening, see also 27 in FIG 5a. Since the mold tube also has a length of 1050 to 1500mm according to claim 8, the production - in particular the cooling channels in the casting direction and their separate water supply and drainage according to p. 13, Z.24 - 26 - is correspondingly expensive, see also 22a, 23a and 22b, 23b in FIG 2. Together with the increased material requirements, therefore, results for the production of such a mold, a corresponding economic and technical effort.
  • Preferential channel S.ll Z.8
  • additional reinforcements 27 are provided along the edges (see p.10 Z.25-27) consists predominantly of copper and therefore has only a relatively low mechanical strength, has no mechanical support on the flat surfaces of the outside, an increased wall thickness is necessary to prevent excessive deformation due to the pressure aufschlagung the cooling liquid and due to the thermal stresses during the casting process to avoid. Therefore, this variant is expensive to manufacture or limited to smaller cross- sectional formats, if the wall thickness should not exceed certain economic limits.
  • cooling-liquid velocities of up to 28 m / s cited in WO 0041830 A1 to S .12 in S4-5 can only be achieved with very high technical complexity, since the pressure loss during the flow process of a liquid increases quadratically with the flow velocity.
  • Wasserleitmantel consists according to the invention disclosed therein in molds with rectangular cross section of four support plates bolted together, which form a narrow gap to the copper pipe and are connected thereto via webs and ribs.
  • the water flow via cooling channels, which in the outside of the copper tube or in the inside of the
  • Support plates are milled (see claim 2, 3 and FIG 6) or by support ribs or connecting webs are formed (see claim 9 and FIG 4).
  • a Kokillenkonstrutation is known, which according to claim 1 and FIG 4 a mold tube ("shape" 202 ) and a cooling jacket 204 to form a narrow comprises flow ⁇ gap 210 for a coolant along the outer surface of the mold tube within an outer housing assembly 208, the cooling jacket via an intermediate tubular structure 206, and special coupling means 216 in a non-rigid type with the housing assembly couples and wherein the cooling jacket via radially acting adjusting means 212 for adjusting the flow gap has to mold tube.
  • the mold tube experiences no mechanical support except at the upper and lower end, it must be made correspondingly solid to counteract the thermal stresses during the casting process. Because therefore on the one hand, the wall thickness must be chosen to be correspondingly large for larger cross sections, but on the other hand, on the other hand, the temperature load on the inside of the mold tube increases and for the
  • Moldings used copper alloys are limited in this regard, this configuration of a continuous casting mold on smaller cross-sections, primarily billet formats, be ⁇ limits.
  • a tube mold of the type mentioned is configured by
  • a tube mold as main components be an internal one
  • Mold tube with a holding device, an outer Wasserleitmantel, a pouring-side head flange and a pour-out foot flange comprises.
  • the mold tube and the Wasserleitmantel are shaped so that a uniform, annular water gap is formed between them in the assembled state of the tube mold, is passed through the cooling ⁇ liquid for dissipating heat from the cast metal strand. Since the local heat dissipation through thedeflüs ⁇ stechnik is significantly influenced by the geometry of this gap and should be as uniformly along the circumference of Ko ⁇ killenrohres, according to the invention extends in a cross section through the tube mold perpendicular to the casting direction, the inside of the water jacket substantially concentric with the outside of the mold tube.
  • the Wasserleitmantel is formed with a suffi ⁇ cal wall thickness, so that it forms a uniform water gap for the circulation of cooling fluid with the outside of the mold tube and at the same time mechanical support for the inner mold tube is used: this is given a design that allows to move ⁇ electromagnetic stirring coils as close as possible to the molten metal and to achieve a corresponding efficiency.
  • the Wasserleitmantel according to the invention consists of non-magnetic material, which minimizes unwanted, caused by the stirring coils eddy currents in the mold material itself.
  • the material of the water jacket is preferably austenitic stainless steel, such as chromium-nickel steel of the type 1.4301.
  • the mold tube near its feed end has a holding device which serves as a mechanical stop when introduced into the Wasserleitmantel, wherein the mold tube penetrates simultaneously with its pouring end mounted on the pouring end of the Wasserleitmantels foot ⁇ flange.
  • the holding device can be embodied, for example, as a retaining ring which is fastened in a groove of the mold tube and comes to rest on a corresponding step-shaped cutout along the inside at the inflowing end of the water-conducting jacket.
  • the holding device can be embodied, for example, as a retaining ring which is fastened in a groove of the mold tube and comes to rest on a corresponding step-shaped cutout along the inside at the inflowing end of the water-conducting jacket.
  • the top flange and the foot flange are each firmly connected to the Wasserleitmantel, which can be done for example by means of suitable screw and the connection between Wasserleitmantel and constitutionalflansch must not be solved in a possible exchange of the mold tube.
  • the mold tube is thus connected via the head flange, the base flange and the holding device with the Wasserleitmantel.
  • the thus configured connection between die tube and Wasserleitmantel also has targeted mechanical tolerances and is therefore flexible, which on the one hand, the centering of the Kokillenrohres allowed in Wasserleitmantel and on the other hand allowed the thermal expansion of the mold tube in the casting direction. This is of importance because the mold tube is heated much stronger than the Wasserleitmantel during the casting operation and therefore has a greater thermal expansion than this, which would lead to unwanted mechanical stresses and deformations of the mold tube in a rigid connection.
  • the mold tube When introducing the mold tube into the water jacket, it must be ensured that the mold tube is symmetrically positioned in the water jacket, so that a uniform water gap to the inside of the water jacket occurs in a cross section through the tube mold perpendicular to the casting direction: this can be achieved, for example, by additional holes in the water jacket with suitable measuring means be checked, the holes after checking the correct centering again with appropriate means, such as Blanking screws or blanking plugs must be closed to seal the cooling liquid circuit.
  • the said holding device between Kokillenrohr and Wasserleitmantel is designed as a retaining ring, which is mounted in an outer groove of the Kokillenrohres at the eing cord workedem end and comes to rest on a corresponding cutout along the inner edge at the inflow-side end of the Wasserleitmantels.
  • this ring has a rectangular cross section in the radial direction and has in the radial and vertical directions said tolerances in the range of 0.2-2mm, preferably 0.5mm in the radial direction and 1mm in the vertical direction.
  • the invention provides that the Wasserleitmantel is made of one piece, in which the mold tube can be introduced as a whole: this must be solved or produced when changing the Kokillenrohres only the mechanical connections between Kokillenrohr, Wasserleitmantel, head flange and additionallyflansch
  • the Wasserleitmantel can be permanently assembled from several items - it can be welded together, for example, from several plates or mold pipe parts.
  • the wall thickness of the mold tube is essentially a ⁇ uniformly and for example, 20mm
  • the gap between the outer surface of the mold tube and the inner surface of the What ⁇ serleitmantels is in the range of a few millimeters, for example 4 - 5 mm
  • the pressure of the liquid cooling medium is typically of several bars, for example, 6 bar and the
  • Flow rate of the cooling medium is typically in a range of 6 - 10m / s, wherein the flow of the cooling medium is from the lower, strand outlet end of the mold upwards, in the direction of the pouring end.
  • the present invention enables billet and billet formats having a cross-sectional area between 0.01 and 0.36 m 2 , preferably between 0.05 and 0.1 m 2 .
  • the inventive design of the mold provides connections by means of pressure screws and lag screws between Wasserleitmantel and mold tube before: while preventing the
  • the thermal expansion of the mold tube can thus take place only small spaces between the fastening points of the pull and Druckschraubtagenen, but this has no significant impact on the global flow behavior of the cooling liquid; however, a large-scale adjustment of the centering of the mold tube in Wasserleitmantel, as may occur in known constructions under casting conditions in which the mold tube is attached only at the top and bottom in the water box and is centered therebetween only by pressure screws in Wasserleitmantel effectively prevented.
  • the mold tube in particular for larger casting formats, can be configured such that no material-removing production steps, such as the milling of supporting webs or cooling grooves, on its outside are made. must be performed.
  • simplified and the manufacturing cheaper compared to a method as 1468760 Bl is set forth for example in the invention in EP since according to the pre lying invention between Wasserleitmantel and mold tube to the tensile and Druckschraubeuren no support ⁇ ELEMENTS or grooves for guiding the cooling medium are provided.
  • the present invention a higher manufacturing accuracy in terms of the shape and tolerances of Kokillenrohres possible because the mold tube is usually pulled in the production of one piece and then has very high internal material stresses that can lead to effective bending, if subsequently large area material is removed.
  • the thread for the lag screws of the screw according to the invention without additional measures, such as the application of a reinforcing web to install directly in the wall of the mold tube.
  • the inventive tube mold for metal strands with rectangular cross section is located along the center line in the casting direction of each of the four cast strand cross-section replicating outer surfaces of the mold tube a web on which the pressure ⁇ screw connections act or in which the threads are for the Switzerlandschraubtagenen :
  • This variant is particularly suitable for smaller rectangular formats up to 200 x 200mm with high casting speed.
  • a support of the mold tube by arranging the tension and compression
  • the wall thickness of the Ko ⁇ killenrohres - apart from the said webs - are reduced, whereby the casting heat of the molten metal can be dissipated more quickly to the cooling medium.
  • the mold tube, the holding device, the Wasserleitmantel, the head flange and the base flange are designed so that the mold tube is automatically centered in Wasserleitmantel during assembly of the mold. This can be done, for example, in that the openings of the head flange and of the base flange which receive the mold tube and the corresponding pouring-side or outflow-side portions on the outer surface of the mold tube are designed as clearance fits to one another. The tolerance of the fits is usually fractions of a millimeter.
  • the mold tube is positioned in the water jacket with an accuracy that corresponds to ⁇ least the fit tolerance when inserting the mold tube in the Wasserleitmantel to which the rigorousflansch is already attached, and in the fixation of the Kokillenrohrs in Wasserleitmantel through the head flange.
  • the sealing rings which seal the water gap against coolant leaks, increase ⁇ due to their form-locking position between the mold tube and the head flange and the foot flange the accuracy of the centering, in addition, so at a fit tolerance of preferably 0.5mm the mold tube with a deviation of less than 0.2mm is centered in the water jacket.
  • the fit tolerances can also be further reduced if necessary.
  • the cross section of the cast billet material is rectangular, the side lengths of the
  • smaller formats are also conceivable, for example with rectangular cross sections of 100 ⁇ 150 mm.
  • the outer surface - that is the surface facing the Wasserleitmantel - of Kokillenrohres has an approximately uniform wall thickness and thus includes four even or approximately flat partial surfaces that emulate the rectangular cross-section of the cast metal strands. Between these partial surfaces, rounded edge regions extend whose vertices in the casting direction form an edge line.
  • the mold tube is connected to the Wasserleitmantel at least two of the partial surfaces in a central region via tension and compression screws, wherein the central region of a partial surface in the casting direction over the entire length of the Kokil lenrohres and perpendicular to the casting over a region extending from a Edge line of up to five times the wall thickness of the mold tube reaches each edge line.
  • the cast metal strand has a round cross-section and the co ⁇ killenrohr has a uniform wall thickness, so that the outer surface of the Kokillenrohres the round cross-section of a cast metal strand.
  • the Wasserleitmantel to form a uniform water gap also has a round cross-section and is made of one piece, the tensile and Druckschraubeuren between Wasserleitmantel and mold tube are arranged uniformly along the circumference of Kokillenrohres, which is a uniformly distributed along the circumference radial support of the mold tube guaranteed.
  • This promotes symmetrical growth of the strand shell and ensures high quality of the cast metal strand, and allows round bloom formats up to 650mm in diameter.
  • tubular mold according to the invention will each have a lag screw and a pressure ⁇ screw combined to form a non-positive traction and Druckschraubharm by the pressure screw between Wasserleitmantel and mold tube is formed as a threaded sleeve with a first thread in the form of an external thread, which in a corresponding internal thread engages in the water jacket , so that the pressure screw on the Wasserleitmantel and the Mold tube acts with compressive force.
  • the pressure screw can be locked with a locking nut on the outside of the water jacket.
  • the lag screw engages through the interior of the pressure screw with a second thread turn in the form of an external thread in a corresponding internal thread on the outside of the mold tube and acts on the water ⁇ leitmantel and the mold tube with tensile force
  • the tension screw is designed as an expansion screw, which tolerates a thermally induced movement of the mold tube transverse to the longitudinal axis of the tension screw.
  • the pressure screws have an outer diameter of 16-25 mm, preferably 20 mm
  • the lag screws have an outer thread with a diameter of 8 to 16 mm, preferably 12 mm.
  • the lag screws and the pressure screws are each formed at their outer ends so that they can be adjusted by means of a suitable tool; Moreover, the tensile and pressure screw connections configured in this way have first sealing rings which seal the water-conducting jacket against the escape of cooling fluid when the screws are locked.
  • the pressure screw acts as an adjustable spacer between Wasserleitmantel and mold tube and can be fixed after adjustment with a locking nut on the outside of the water jacket.
  • the lag screw is used for subsequent fixation of the mold tube in Wasserleitmantel in a direction perpendicular to the surface of the mold tube, the diameter of the lag screw is significantly smaller than the inner diameter of the pressure screw, so that such a combination of lag screw and pressure screw thermally induced transverse movement of the surface of the mold tube to - lieriert.
  • This interlocking construction of lag screws and pressure screws thus offers the advantage that it fixes the Kokillenrohr selectively in a direction perpendicular to the Wasserleitmantel, but without bending the Kokillenrohr itself by their force.
  • the lag screw has a second longitudinal bore in the axial direction, through which a sensor, at the tip of which a sensor element for detecting the temperature is guided to the mold tube, so that the sensor element touches the surface of the mold tube and a good heat transfer to the sensor element is ensured ⁇ ge.
  • a bimetal ⁇ tallionatgang is used as a sensor element for the probe, wherein the probe is pressed by means of suitable means, such as a compression spring, against the mold tube.
  • suitable means such as a compression spring
  • this is a common measure to measure the temperature of the mold tube at multiple points to monitor the casting process and to address any problems that may occur, such as Sticker or Strandschalenabitesen to react in time.
  • This version has the advantage that in addition to the bushings for the tensile and Druckschrauborganizen through the Wasserleitmantel no separate feedthroughs for temperature sensors are needed.
  • the solid strand shell forms due to the heat dissipated from the molten metal, starting at the surface of the metal strand.
  • the radius of the roller table is several meters, usually 5 - 15m.
  • the metal strand undergoes a corresponding deformation, which leads to stresses in the strand shell, which can lead to cracks and other damage to the strand surface in the sequence. Therefore, in order to keep the effects of the mechanical deflection low, it is advantageous if already the mold itself, preferably close to the strand outlet end, having a curvature facing in the same direction as the roller table.
  • the mold tube at least in a partial region, preferably in a zone at the strand outlet end, a curvature along the casting direction, which points in the same direction as the curvature of the roller table arch.
  • the inner surface of the Wasserleitmantels is shaped so that it follows the curvature and over the entire length of the Wasserleitmantels a substantially uniform water gap to the outer surface of Ko ⁇ killenrohrs formed, which is dimensioned so that the mold tube introduced as a whole in the Wasserleitmantel can be.
  • the Wasserleitmantel does not have to be mounted in several parts of the mold tube, but can be made as a tube concentric tube for the tube in one piece.
  • the heat transfer ⁇ changes to the cooling medium along the casting direction; customary
  • the heat flow in the region of the casting mirror is highest and decreases towards the strand outlet end.
  • this waste can be relatively abrupt, so that the majority of the cooling capacity of the mold is in a narrow region near the feed end, resulting in irregular wear and therefore shortened life of the tube mold or can affect the product quality adversely. It is thus desirable to modify the heat flow between the cast metal strand and the cooling medium along the casting direction in such a way that the mold tube is worn as uniformly as possible or the properties of the cast metal strand are influenced in the desired manner. Since the cooling capacity depends substantially on the flow velocity of the cooling medium, it can be locally modified by a variable cross-sectional area of the water gap.
  • the Wasserleitmantel comprises a first flange at its inflow-side end and a second flange at its pouring end and it circulates during the casting operation cooling liquid in the water gap between the Wasserleitmantel and the outer surface of the Kokillenrohres against the casting direction from the pouring end to the pouring end the tube mold, wherein both the inlet openings for the coolant inlet to the tube mold and the outlet openings for the coolant outlet from the tube mold are located on the first flange.
  • first flange on the first inlet channels by means of which the supplied initiated from outside the tubular mold cooling ⁇ liquid is passed through tubes to the outside of the Wasserleitmantels to the second flange. These tubes are not used to cool the cast metal strand but only the
  • the tubes are preferably arranged in the vicinity of the longitudinal edges of the tubular mold, so that a substantial part of the outside of the water-conducting jacket remains accessible, which is advantageous for the efficiency of electromagnetic stirring coils, since they can be applied close to the molten metal.
  • the second flange has second inlet channels through which cooling liquid is further guided into a first annular groove at the pouring end on the inside of the water jacket, this groove running in the circumferential direction of the water ⁇ Leitmantels and thereby connects the second inlet channels together and moreover to serves to uniformly distribute the supplied cooling liquid along the outside of the Ko killenrohres in order to achieve the most homogeneous cooling ⁇ effect.
  • the cooling liquid takes up the casting heat released by the molten metal via the mold tube and is subsequently connected via outlet channels, which run perpendicular to the casting direction in the first flange of the water jacket and are interconnected by the second annular groove, to the outlet ⁇ openings for the coolant outlet passed to the first flange, from where it is supplied, for example, an external heat exchanger.
  • This embodiment of the coolant circuit allows a compact construction of the tube mold according to the invention and ensures a uniform cooling effect along the circumference of the Mold tube, so that a high product quality is guaranteed.
  • the first flange at the pouring end of the water jacket has at least four first supply channels for the supply of cooling liquid to the tubes and at least four drainage channels for the removal of the cooling liquid from the water gap and it has the second flange on the pouring side End of Wasserleitmantels over at least four second to ⁇ run channels for the supply of cooling liquid to the water ⁇ gap.
  • the first and the second inlet channels and the outlet channels are distributed uniformly in the circumferential direction of the tube ⁇ kokille and thus ensure a uniform flow path of the cooling liquid along the mold tube safely.
  • the sum of the cross-sectional areas of the first inflow channels, the sum of the cross-sectional areas of the tubes connecting the first flange to the second flange, the sum of the cross-sectional areas of the second inflow channels and the sum of the cross-sectional areas of the flow channels are at least twice the area of the water gap in FIG any cross-section perpendicular to the casting direction of the tube mold.
  • This configuration ensures that the first and the second inlet channels, the tubes and the drainage channels do not appreciably increase the pressure loss of the cooling liquid that arises when flowing through the tubular mold, so that the energy expended for maintaining the cooling circuit can be used correspondingly efficiently.
  • This is loading Sonder in such tube molds of importance, which should enable a high casting speed and are designed for larger G manformate because in these cases ent ⁇ speaking high cooling capacity is required: by such be ⁇ required configuration of the tube mold can for the Cooling system used to achieve a high We ⁇ ciency, the efficiency of the ratio of the transported away from the cast product amount of heat per Time unit is de ⁇ fined to the power used on the cooling unit.
  • an operating method of the type mentioned is configured by the fact that the installation of the mold tube in the water ⁇ leitmantel the steps
  • the mold tube is initially introduced as a whole in the one-piece manufactured and firmly connected to theticianflansch Wasserleitmantel during assembly of the tubular mold, wherein it comes to rest on the holding device.
  • the mold tube is centered in the water jacket, which can be done automatically in a preferred embodiment of the operating method by means of appropriate devices of the mold tube or the water jacket when inserting the mold tube.
  • the head flange is applied to the mold tube and the water jacket, for example by means of screws, whereby the mold tube is connected via the head flange, the base flange and the holding device with the Wasserleitmantel.
  • the water gap between the outside of the mold tube and the inside of the water ⁇ Leitmantels by the pressure screws which act between Wasserleitmantel and the outside of the mold tube fixed, without deforming the mold tube by excessive force.
  • these compounds formed by the pressure screws are frictionally fixed by detecting lag screws acting between mold tube and water jacket: in this way the water gap for the cooling liquid between mold tube and water jacket is stabilized even under casting conditions, since the co-operating tensile and pressure screws form rigid spacers, so that a uniform cooling effect is ensured even during the casting process, in which it comes to thermally induced material ⁇ expansions of the mold tube and to pressure by the cooling liquid.
  • the mechanical support action of the water jacket is transferred to the mold tube by the cooperating tension and compression screws, so that in this state, the tube mold for continuous casting of metal strands can be used in a continuous casting.
  • FIGS. 1 to 7 A second exemplary embodiment, which differs from the first in the design of the pull and pressure screw connection between the mold tube and the water jacket, is accordingly illustrated by FIGS. 1 to 7 and FIG.
  • the identifiers are consistent in all figures.
  • the two embodiments are designed for use in a continuous casting, at the Tubular mold immediately downstream of a curved roller table, whose curvature points in the same direction as the curvature of the mold tube, which is not the subject of the invention and will not be discussed in more detail below.
  • FIG. 4 shows a second longitudinal section through the tubular mold along the line B - B in FIG. 2 along the line A - A in FIG. 2, a cross section through the tubular mold from an in.
  • FIG. 8 shows a longitudinal section, designated by X in FIG. 3, through a tension and compression screw connection
  • FIG 1 shows in an oblique view the first embodiment of a tubular mold according to the invention for casting metal strands in the pre-block format with rectangular cross section, the ge ⁇ curved, interchangeable mold tube 1 with a Garvor- direction at the inflow end (not visible in FIG 1), a mold tube surrounding Wasserleitmantel 3 and a top flange 4 at the inflow end and a base flange 5 at the pouring end comprises.
  • the What ⁇ serleitmantel 3 comprises at the pouring end a first flange 6 which at the via pipes with a second flange 7 pouring end is connected. Via first inlet channels 19, which are arranged partly on the upper side of the first flange 6, cooling liquid is conducted to the tubes 8 and, via them, further to the second flange 7 located on the pouring side.
  • the mold tube 1 forms with the Wasserleitmantel 3 along its circumferential direction a uniform water gap 11, in which the cooling liquid then flows from the second flange 7 to the first flange 6 in drain channels 21 of the first flange 6.
  • the mold tube 1 is according to the invention along its outer side connected to the Wasserleitmantel 3 via combined tension and compression ⁇ screw 9.
  • FIG 2 shows the first embodiment in a view from above: the tube mold has a total of six inlet openings 12 for the coolant inlet and four Auslrawöff ⁇ openings 13 for the coolant outlet, which are arranged uniformly in the circumferential direction on the underside of the first flange 6 , Each inlet opening 12 opens into a first inlet channel 19 and each outlet opening 13 is connected to a drainage channel 21 of the first flange 6.
  • the first inflow channels 19 and the outflow channels 21 are mounted along the shorter sides of the rectangular mold at the top of the first flange, while being machined into the inside of the first flange 6 along the longer sides of the rectangular mold.
  • FIG 3 a first longitudinal section through the first exporting ⁇ approximately example a tube mold along in FIG 2 A is - A designated line shown.
  • the foot flange 5 is connected by screws 17 fixed to the Wasserleitmantel 3, above the head flange 4, a cover plate 10 is additionally attached.
  • the mold tube 1 has a curvature along the casting direction G, which is visible from the center line M, which from the centers of all cross-sections through the mold tube. 1 is formed perpendicular to the casting direction. With a retaining ring 18, the mold tube 1 comes when introduced into the Wasserleitmantel
  • the second annular groove 15 extends along the circumferential direction of the Wasserleitmantels 3 and connects the water gap 11 with all Ab ⁇ flow channels 21 of the first flange 6.
  • 4 shows a second longitudinal section through the first Aus ⁇ exemplary embodiment of a tubular mold along in FIG B - B designated line and illustrates the path along the inflow direction z, which takes the liquid cooling medium as it flows into the water gap 11: via the arranged at the bottom of the first flange 6 inlet openings 12, coolant liquid flows through first inlet channels 19 in the tubes 8, over she first passes from the pouring end to the pouring end of the tube mold.
  • the cooling liquid flows into a first annular groove 14, which is arranged in the circumferential direction along the inside of the water jacket 3 and connects all second inlet channels 20 with each other. As a result, the cooling liquid is evenly distributed on entering the water gap 11 along the circumferential direction of the mold tube 1.
  • FIG. 5 shows a cross section through the first exemplary embodiment of a tubular mold along the line indicated by C-C in FIG. 3, wherein the vertical projection of the casting direction G is shown as well as in the circumferential direction of the first flange 6 approximately uniform distribution of the six inlet openings 12 and the four outlet openings 13 can be seen.
  • the inlet openings 12 each open into the first inlet channels 19 and the outlet openings 13 into the outlet channels 21, wherein the channels are arranged along the shorter sides of the rectangular casting format above the first flange 6 and therefore are not covered by the cross section.
  • FIG. 6 shows the region of the holding device 2 a marked in FIG. 4
  • FIG. 7 shows the transition region between the mold tube 1 and the water-conducting jacket 3 designated by Y: in this case it can be seen how the mold tube 1 first penetrates the water-conducting jacket 3 via the in a groove 2 a of the cokillenrohres 1 arranged in the circumferential direction retaining ring 18 comes to rest on a corresponding step-shaped cutout 2 b of the water jacket 3.
  • the retaining ring 18 is fixed in the casting between the Wasserleitmantel 3 and the head flange 4, whereby a mechanical connection between the mold tube 1, the Wasserleitmantel 3, the head flange 4 and the base flange 5, which is connected by screws 17 fixed to the Wasserleitmantel 3, arises.
  • the mold tube 1 penetrates the head flange 4 with its pouring end and the foot flange 5 with its pouring end, wherein in these regions, in each case perpendicular to the casting direction G, a gap having a first gap S1 between the mold tube 1 and the head flange 4 or the Foot flange 5 is.
  • the retaining ring 18 receiving groove of the mold tube 1 is made so that after the introduction of the mold tube 1 in the Wasserleitmantel 3 in the casting direction G between the bottom of the retaining ring 18 and the opposite groove edge a gap with a gap S2, wherein in the first embodiment Sl is about 0.5mm and S2 is about 1mm.
  • the mold tube 1 is automatically centered when introduced automatically in Wasserleitmantel 3 with an accuracy corresponding to the first gap Sl and simultaneously held by the head flange 4, the retaining ring 18 and the base flange 5 with the same accuracy perpendicular to the casting direction G.
  • this embodiment of the attachment of the mold tube 1 is not a rigid mechanical connection but allows slight thermally induced movements or material expansions of the mold tube 1, which may occur during the casting process, whereby undesirable stresses and deformations of the mold tube 1 can be prevented.
  • annular grooves 16 are circumferentially mounted in grooves of the head flange 4 and the inquireflansches 5, which seal the flowed through by the cooling liquid cavity in the region of the first annular groove 14 and the second annular groove 15 to the outer region of the tube mold, so that a closed flow the cooling medium through the tube mold.
  • the seals 16 made of flexible material - such as rubber - made that tolerate the thermal movements of the mold tube in the region of said column. 8 shows the detail marked X in FIG. 3, in which a longitudinal section through a tension and compression screw connection 9 of the first exemplary embodiment is shown.
  • the water gap 11 is bridged between the mold tube 1 and the Wasserleitmantel 3 via a pressure screw 22 and a tension screw 23 which engage through a corresponding opening in the ⁇ serleitmantel 3 on the mold tube 2.
  • the pressure screw 22 has a first thread 24 which engages in a corresponding mating thread in the opening of the Wasserleitmantels 3 and also has a first longitudinal bore 27 through which a lag screw 23 with a second thread 26 into a corresponding mating thread on the outside of the mold tube 1 engages.
  • the first thread 24 of the pressure screw 22 as Au ⁇ infogewinde with, for example, 24mm diameter and the second Thread 26 of the tension screw 23 configured as an external thread with, for example, 12mm diameter.
  • each pull and Druckschraubtagen 9 first sealing rings 28, the water gap 11 between the water jacket 3 and the
  • the senor is, for example, a common bimetal sensor for temperature detection (so-called “thermocouple”), in which the
  • the probe 31 is pressed when detecting the lag screw in the axial direction against the outer surface of the mold tube 1, so that a thermal contact between the mold tube 1 and the sensor element 32 at the end of the probe 31 is produced.
  • the interior of the lag screw 23 is sealed in the region of the second thread 26 by a second sealing ring 30 against the escape of cooling liquid.

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Abstract

Eine Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat umfasst ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr (1) mit einer Haltevorrichtung (2), einen Wasserleitmantel (3) sowie einen Kopfflansch (4) am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch (5) am ausgießseitigen Ende. Das Kokillenrohr (1) wird über den Kopfflansch (4), den Fußflansch (5) und die Haltevorrichtung (2) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden und bildet mit diesem einen gleichförmigen Wasserspalt (11) aus, durch den während des Gießbetriebes Kühlflüssigkeit entgegen der Gießrichtung (G) strömt. Das Kokillenrohr (1) kann in einem Stück in den Wasserleitmantel (3) eingebracht bzw. aus diesem entfernt werden und ist an seiner Außenfläche über Zugschrauben (23) und Druckschrauben (22) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden, wodurch der Wasserleitmantel (3) als mechanische Stütze für das Kokillenrohr (1) wirkt. Der Wasserleitmantel (3) ist zudem aus einem Stück aus nichtmagnetischem Material gefertigt, was den Einsatz von elektromagnetischen Rührspulen ermöglicht.

Description

Beschreibung
Gestützte Rohrkokille für Knüppel- und Vorblockanlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat , die ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr mit einer Haltevorrichtung, einen das Kokillenrohr umgebenden Wasserleitmantel sowie einen Kopfflansch am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch am ausgießseitigen Ende aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebs¬ verfahren zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat mit einer Rohrkokille, die ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr mit einer Haltevorrichtung, einen das Kokillenrohr umgebenden Wasserleitmantel sowie einen Kopfflansch am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch am ausgießseitigen Ende aufweist, umfassend die Verfahrensschritte
- Einbau des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel,
- kontinuierliches - d.h. aus beliebig vielen Chargen Me¬ tallschmelze ohne Unterbrechung unmittelbar hintereinander erfolgendes - Gießen eines Metallstranges mittels der Rohrkokille,
- Ausbau des Kokillenrohrs aus dem Wasserleitmantel.
An modernen Stranggussanlagen werden Stahlstränge im rechteckigen oder runden Vorblockformat in der Regel im Endlos¬ gießverfahren hergestellt, wobei Chargen von flüssiger Stahl schmelze ohne Unterbrechung unmittelbar hintereinander in eine Rohrkokille gegossen werden. Derartige Kokillen umfassen ein innenliegendes Kokillenrohr, das eine beidseitig offene Gießform ausbildet, durch die das gegossene Metall beim Gießvorgang hindurchtritt und die von einem Wasserleitmantel umgeben ist . Das Kokillenrohr ist in der Regel aus einem Stück Metall - üblicherweise aus einer Kupferlegierung - mit konstanter Wandstärke gefertigt. Es besitzt dementsprechend eine dem gegossenen Metallstrang zugewandte Innenseite und eine dem Wasserleitmantel zugewandte Außenseite sowie ein eingießseitiges und ein aus- gießseitiges Ende. Dabei bildet es mit seiner Außenseite die Querschnittsform des Vorblockmaterials nach und kann entlang der Gießrichtung entweder gerade geformt sein oder eine leichte Krümmung aufweisen.
Zudem wird zwischen dem Kokillenrohr und dem Wasserleitmantel ein enger Spalt, der sogenannte Wasserspalt, ausgebildet, der dazu dient, ein Kühlmedium - in der Regel Wasser - entlang der Außenfläche des Kokillenrohres zu leiten und so ausreichend Gießhitze aus der Metallschmelze im Inneren des Kokillenrohrs abzuführen, um bei gegebener Gießgeschwindigkeit die Bildung einer Strangschale in der Metallschmelze zu ermöglichen.
Generell hängt die Wärmeabfuhr an das Kühlmedium vom Ausmaß der Kontaktfläche, der Temperaturdifferenz zwischen der Kokil- lenrohroberfläche und dem Kühlmedium sowie dem Wärmeübergangskoeffizienten ab, der wiederum von der Strömungsgeometrie und der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums beeinflusst wird. Da aus praktischen Gründen die Temperatur des Kühlmediums nicht beliebig tief gewählt werden kann - das Kühlwasser an stahlerzeugenden Anlagen hat üblicherweise eine Temperatur von bis zu 40 °C - kann eine ausreichende Kühlwirkung nur durch eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums sichergestellt werden. Zu diesem Zweck ist der zwischen Wasserleitmantel und der Außenfläche des Kokillenrohres ausge¬ bildete Spalt in der Regel nur wenige Millimeter tief, sodass sich in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagung des Kühlmediums von einigen bar die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums entlang des Kokillenrohres - und damit einhergehend der Wärmeüber¬ gangskoeffizient und somit die Kühlleistung der Kokille - auf einen entsprechenden Wert einstellt.
Der Wasserleitmantel kann dabei lediglich als strömungs führender Teil für die Kühlflüssigkeit in einen Wasserkasten eingebettet sein, wobei der Wasserkasten über ein größeres Zu- und Ab- laufreservoir mit den entsprechenden Anschlüssen für das
Kühlmedium verfügt und auch den mechanischen Rahmen bildet, in dem das Kokillenrohr befestigt ist. Dabei besitzt der Was¬ serkasten entsprechende Flansche und Dichtungen, die ermög- liehen, dass das Kokillenrohr formschlussig m den Wasserkasten eingesetzt werden kann und die eine konstante Zirkulation der Kühlflüssigkeit entlang des Kokillenrohres ermöglichen sowie den Austritt von Kühlflüssigkeit aus der Rohrkokille verhindern. Derartige Kokillen sind aus der Fachliteratur bekannt : siehe z.B. Kap. 15.6.6.2 mit Fig. 15.62 und Kap. 15.6.6.3 mit Fig. 15.63 sowie Kap. 17.1.1.3 mit Fig. 17.3 in "The Making, Shaping and Treating of Steel", llth edition 2003, The AISE Steel Foundation.
Eine gattungsgemäße Stranggießkokille ist aus der DE 32 07 149 Cl bekannt, umfassend unter anderem ein Kokillenrohr, eine obere und eine untere Flanschplatte, einen Wasserleitmantel sowie einen Wasserkasten. Dabei werden das Kokillenrohr, die obere und die untere Flanschplatte und der Wasserleitmantel zu einer Einheit verbunden, wobei der Wasserleitmantel über Verbin¬ dungselemente an der oberen und unteren Flanschplatte befestigt und relativ zum innenliegende Kokillenrohr zentriert wird (siehe FIG. 1) .
Zwar kann die Vormontage dieser Einheit in einer Werkstatt erfolgen, um anschließend als Ganzes im Wasserkasten an der Anlage zu montiert zu werden und so die Montagezeit an der Gießbühne selbst minimiert werden. Jedoch besitzt eine Kokille gemäß der beschriebenen Art keine gesonderten Vorrichtungen zum Zentrieren des Wasserleitmantels relativ zum Kokillenrohr, sodass eine genaue Ausrichtung, welche zum Erzielen einer gleichmäßigen Kühlwirkung unerlässlich ist, entsprechend zeitaufwändig ist .
Ferner besitzt der Wasserkasten an seinem unteren Ende eine zentrierende Führung zur Aufnahme der unteren Flanschplatte, sodass die Einheit auch als Ganzes im Wasserkasten zentriert wird. Ferner wird der Wasserkastendurch die untere Flanschplatte in seinem unteren Endbereich dicht verschlossen und so gegen Kühlwasseraustritt abgedichtet.
Da das Kokillenrohr nur jeweils an seinem unteren und oberen Ende mechanisch gestützt wird, sich dazwischen jedoch über die gesamte Längserstreckung thermisch verformen kann, gestattet eine derartige Konstruktion lediglich das Gießen von kleineren bis mittleren Formaten, während die Herstellung von Metallsträngen mit größeren Abmessungen ab etwa 250mm Kantenlänge bzw.
Durchmesser aufgrund der dabei auftretenden höheren thermischen und mechanischen Belastungen, unter anderem aufgrund höherer Kühlwasserdrücke, nicht möglich ist. Außerdem müssen wegen der Größe des Wasserkastens etwaige elektromagnetische Rührspulen in dessen wasserdurchströmten Innenraum montiert werden (siehe FIG. 2), was einen erhöhten Konstruktionsaufwand betreffend der Abdichtung von Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse sowie einen entsprechenden Arbeitsaufwand bei einem Austausch des Kokillenrohres bedeutet.
Die DE 38 19 492 AI beschreibt ebenfalls eine Stranggießkokille zum Gießen von Knüppelformaten, die ein innenliegendes Kokillenrohr, das über eine Grund- und eine Deckplatte mit einem Wasserkasten verbunden ist und innenliegend über einen Wasserleitmantel verfügt, der zur Außenfläche des Kokillenrohres einen Strömungsspalt für das Kühlmedium ausbildet. Zudem ist im wasserdurchströmten Innenraum des Wasserkastens ein kreis- ringzylindrisches Gehäuse aus nichtrostendem Stahl eingebaut, welches zumindest zwei getrennt ansteuerbare, übereinander¬ liegende Rühreinrichtungen zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes beinhaltet. Die separate An- steuerung der beiden Rühreinrichtungen erlaubt die Anwendung sowohl des Freistrahl-Gießens als auch des Tauch- rohr-Gießverfahrens ohne Umrüstarbeiten an der Kokille.
Da das Kokillenrohr über keine zusätzlichen seitlichen Ab- stützungen verfügt (siehe auch FIG. 1 und FIG. 3) , sind derartige Kokillenkonstruktionen - im Gegensatz zur gegenständlichen Erfindung - nur für kleinere bis mittlere Gießformate geeignet, da größere Strangdimensionen entsprechend höhere thermische und mechanische Belastungen verursachen würden, die eine entsprechende Stützung des Kokillenrohres nötig machen. Ferner ist es aufgrund der baulichen Lage der Rühreinrichtungen im Innenraum des Wasserkastens nicht möglich, so wie in der gegenständlichen Erfindung die Rühreinrichtungen unabhängig von der Kokille zu warten bzw. auszutauschen. Zudem erfordert das im kühlmitteldurchströmten Innenraum gelegene Gehäuse der Rühreinrichtungen entsprechend abgedichtete Durchführungen für die elektrischen Anschlüsse, was einen konstruktiven Mehraufwand bedeutet .
Es sind aber auch Konstruktionen, vornehmlich für größere Gießformate, bekannt, die keinen Wasserkasten besitzen sondern bei welchen der Wasserleitmantel selbst den mechanischen Rahmen für das Kokillenrohr bildet. In diesem Fall verfügt der Wasserleitmantel über die entsprechenden Anschlüsse für den Zu- und Ablauf des Kühlmittels und das Kokillenrohr wird beispielsweise am eingießseitigen Ende durch einen Kopfflansch und am aus- gießseitigen Ende durch einen Fußflansch mit dem Wasserleitmantel verbunden.
Um eine hohe Qualität des gegossenen Metallstranges zu erzielen, muss eine möglichst gleichmäßige Kühlwirkung an der Oberfläche des Kokillenrohres gewährleisten werden: dazu muss das Ko¬ killenrohr möglichst symmetrisch in den umgebenden Wasserleitmantel eingebaut werden, sodass sich ein gleichförmiger Wasserspalt ausbildet, wozu in der Regel sogenannte Zent- rierschrauben verwendet werden. Da sich das Kokillenrohr - insbesondere bei einer geringen Wandstärke - während des Gießvorgangs aufgrund der Druckbeaufschlagung des Kühlmediums sowie aufgrund der thermischen Belastung durch den gegossenen Metallstrang verformen kann und die Zentrierschrauben auf das Kokillenrohr nur eine Kraftwirkung in Form von Druckspannung, jedoch nicht in Form von Zugspannung ausüben, kann die Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserspalt verloren gehen, was zu einem ungleichmäßigen Wachstum der Strangschale und damit zu Qualitätseinbußen führen kann. Daher muss bei derartigen Ko- killenkonstruktionen die Wandstärke des Kokillenrohres ent¬ sprechend groß gewählt werden, um unerwünschten Verformungen entgegenzuwirken . Um ferner die Homogenität des gegossenen Stahlstranges, ins¬ besondere bei Vorblockformaten, zu erhöhen und Seigerungen zu vermeiden, werden Rohrkokillen oftmals mit einer elektromag- netischen Rührvorrichtung in Form von elektrischen Spulen mit Eisenkern ausgestattet. Um eine ausreichend große Indukti¬ onswirkung in der Metallschmelze zu erreichen und die induzierten Wirbelströme in elektrisch leitfähigen Bauteilen der Kokille zu minimieren, die zu einer unerwünschten Aufheizung führen und somit eine Verlustleistung im Material der Kokille selbst darstellen, müssen die Spulen möglichst nahe an das Kokillenrohr herangeführt werden, was wegen der dazwischenliegenden Kühlvorrichtung eine konstruktive Schwierigkeit darstellt. Diese unerwünschten Wirbelströme können allerdings minimiert werden, indem das Kokillenrohr eine möglichst geringen Wandstärke aufweist und indem der Wasserkasten bzw. der Wasserleitmantel aus möglichst nichtmagnetischem Material, wie z.B. nichtrostendem austenitischem Stahl, gefertigt wird. So beschreibt die EP 0117115 Bl eine derartige Rührvorrichtung für Stranggießkokillen im Vorblockformat , wobei die Rührvorrichtung 8, 9 gemäß Anspruch 1 und Fig. 4 in einem Bereich unterhalb der Was serzuflus s- und Wasserabflussdurchlässe 7a und 7b, die sich am oberen Kokillenende befinden, positioniert ist. Weiters umfasst die Kokille eine die Gießhöhlung ausbildende Kupferplatte 2, einen mit der Kupferplatte verbundenen Au¬ ßenschild 3 und einen Rahmen 4, der den Außenschild und die Kupferplatte stützt und an dem über einen Flansch 15 die Rührvorrichtung befestigt ist. Das Kühlwasser wird über diverse Kammern und Durchlässe des Außenschildes und des Rahmens an die Außenfläche der Kupferplatte geleitet, was eine relativ komplexe Struktur in der Herstellung und Wartung bedingt . Überdies ist die Rührvorrichtung aufgrund der speziellen Konstruktion Teil der Kokille selber und muss somit für jede einzelne Kokille separat angefertigt werden.
Aus der WO 0041830 AI ist eine Rohrkokille für Knüppelformate bekannt, die über eine elektromagnetische Rühreinrichtung verfügt und bei der anstelle eines das Kokillenrohr um¬ schließenden Wasserleitmantels Kühlkanäle im Inneren der Wand des Kokillenrohrs selbst platziert sind, siehe Z.25 - 28 auf S.ll und FIG 2 und FIG 5a. Da bei dieser Konstruktion kein Wasserkasten bzw. Wasserleitmantel vorhanden ist, der für die nötige me¬ chanische Stabilität des Kokillenrohrs sorgt, und da weiters die Wasserkanäle, die gemäß Anspruch 11 einen Durchmesser von 8 - 16mm besitzen und in einem Mindestabstand von 5 bis 20mm von der Innenseite des Kokillenrohres angeordnet sind (siehe 30 in FIG 5a) , besitzt die Kokillenwand eine deutlich erhöhte Wandstärke und somit einen höheren Materialbedarf. Zusätzlich besitzt das Kokillenrohr gemäß Anspruch 9 entlang der Kanten Stege zur Versteifung, siehe auch 27 in FIG 5a. Da das Kokillenrohr zudem gemäß Anspruch 8 eine Länge von 1050 bis 1500mm aufweist, ist die Herstellung - insbesondere der Kühlkanäle in Gießrichtung und deren jeweils separate Wasserzufuhr und Wasserabfuhr gemäß S. 13, Z.24 - 26 - dementsprechend aufwändig, siehe auch 22a, 23a und 22b, 23b in FIG 2. Zusammen mit dem erhöhten Materialbedarf ergibt sich daher für die Herstellung einer derartigen Kokille ein entsprechender ökonomischer und technischer Aufwand.
Dieselben Argumente gelten für die sehr ähnliche, in FIG 4 gezeigte Variante, bei der das Kokillenrohr aus einzelnen Platten besteht .
Bei der in FIG 5b gezeigten Variante entfallen zwar die Stege entlang der Kanten, jedoch sind gemäß Z.21 - 24 aus S.12 separate Platten sowie aufwändige Fräsungen zur Ausbildung der Kühlkanäle an der Außenseite des Kokillenrohres und in den Platten nötig. Auch bei der in FIG 3 veröffentlichten Variante, die gemäß Z.2 - 10 auf S.ll einen Wasserkasten 21 mit Wasserkammern 20 besitzt und bei der das Kühlwasser in schmalen Kanälen 26 (Bez. 26
„preferential Channel", S.ll Z.8) entlang der Außenseite des Kokillenrohres geleitet wird, sind zusätzliche Versteifungen 27 entlang der Kanten vorgesehen (siehe S.10 Z.25-27) . Da außerdem das Kokillenrohr, das in der Regel zum überwiegenden Teil aus Kupfer besteht und daher nur eine relative geringe mechanische Festigkeit besitzt, über keine mechanische Stützung an den ebenen Flächen der Außenseite verfügt, ist eine erhöhte Wandstärke nötig, um eine übermäßige Verformung aufgrund der Druckbe- aufschlagung der Kühlflüssigkeit und aufgrund der thermischen Belastungen während des Gießvorganges zu vermeiden. Deswegen ist diese Variante aufwändig zu fertigen bzw. auf kleinere Quer¬ schnittsformate beschränkt, wenn die Wandstärke gewisse wirtschaftliche Grenzen nicht überschreiten soll.
Überdies sind die in der WO 0041830 AI auf S .12 in Z .4-5 zitierten Kühlflüssigkeitsgeschwindigkeiten von bis zu 28m/s nur mit sehr hohem technischem Aufwand zu erreichen, da der Druckverlust beim StrömungsVorgang einer Flüssigkeit quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit ansteigt.
Weiters ist durch den konstanten Querschnitt der in der Wand der Gießform angeordneten Kühlkanäle gemäß FIG 2, 4, 5a, 5b, 6a und 6b auch eine konstante Kühlmittelgeschwindigkeit und damit eine praktisch konstante Kühlwirkung in Längsrichtung der Kokille vorgegeben, die nicht an die Temperatur der Strangoberfläche im jeweiligen Längsschnitt angepasst werden kann.
Aus der EP 1468760 Bl ist eine Rohrkokille für runde und po- lygonale Vorblockformate mit reduzierter Wandstärke des Kup¬ ferrohres bekannt, bei der der Wasserkasten, in dem das Kup¬ ferrohr montiert ist, direkt als Wasserleitmantel ausgebildet ist und sowohl für die Wasserführung entlang der Außenseite des Kupferrohres sorgt als auch das mechanische Stützskelett für das Kokillenrohr bildet und dieses vollständig umschließt. Der
Wasserleitmantel besteht gemäß der darin offenbarten Erfindung bei Kokillen mit rechteckigem Querschnitt aus vier miteinander verschraubten Stützplatten, die einen engen Spalt zum Kupferrohr ausbilden und mit diesem über Stege und Rippen verbunden sind. Dabei erfolgt die Wasserführung über Kühlkanäle, die in die Außenseite des Kupferrohres bzw. in die Innenseite der
Stützplatten gefräst sind (siehe Anspruch 2, 3 und FIG 6) oder durch Stützrippen bzw. Verbindungsstege gebildet werden (siehe Anspruch 9 bzw. FIG 4) .
Wegen der verringerten Wandstärke des Kupferrohres (Absatz [0007] Zeile 18/19) muss dieses an mehreren Stellen durch Festhalteeinrichtungen wie z.B. Verbindungsbolzen 75 oder Schwalbenschwanzprofile 76 fest mit den Stützplatten verbunden sein (siehe Zeile 15-19 in A satz [0035] und FIG 7) , um den Verlust an mechanischer Stabilität auszugleichen und um der Wärmedehnung beim Gießvorgang entgegenzuwirken. Im Besonderen muss das Kokillenrohr in den Eckbereichen am Wasserleitmantel abgestützt werden, um ein rhomboidförmiges Verziehen der Gussform bei hohen Temperaturen zu verhindern (siehe Absatz [0025] Zeile 43 - 49 und FIG 5) .
Zwar sind mit der offenbarten Erfindung höhere Gießgeschwindigkeiten möglich und die schlanke Bauform des Wasserleitmantels eignet sich für die Verwendung von elektromagnetischen Rührspulen, wie in FIG 1 durch Bezeichner 14 angedeutet, jedoch ist die Herstellung eines derartigen Kokillenrohres und der erfindungsgemäßen Stützplatten aufgrund der zahlreichen Kühlkanäle, Stützrippen und Verbindungselemente entsprechend aufwändig und teuer und erfordert wegen der vielen Passungen und Berührungsstellen zwischen Kokillenrohr und Stützplatten eine erhebliche fertigungstechnische Präzision. Zudem erfordern der Zusammenbau einer derartigen Kokille bzw. der Austausch eines abgenutzten Kokillenrohres, das nicht mehr überarbeitet werden kann, gegen ein neues einen erhöhten zeitlichen Aufwand im
Vergleich zu Kokillen herkömmlicher Bauweise und es sind zusätzliche Dichtungen nötig, beispielsweise in den Eckbereichen zwischen den Stützplatten gemäß FIG 5. Aus der EP 2 572 812 Bl ist eine Kokillenkonstruktion bekannt, die gemäß Anspruch 1 bzw. FIG 4 ein Kokillenrohr („Form" 202) und einen Kühlmantel 204 zur Ausbildung eines engen Durchfluss¬ spaltes 210 für ein Kühlmittel entlang der Außenfläche des Kokillenrohres in einer äußeren Gehäuseanordnung 208 umfasst, wobei der Kühlmantel über eine rohrförmige Zwischenstruktur 206 und spezielle Kupplungsmittel 216 in einer nicht-starren Art mit der Gehäuseanordnung koppelt und wobei der Kühlmantel über radial wirkende Einstellmittel 212 zum Einstellen des Durchflussspaltes zum Kokillenrohr verfügt. Dadurch wird einerseits eine Mög- lichkeit geschaffen, die Kühlwirkung des Kühlmittels genau und gleichmäßig entlang der Oberfläche des Kokillenrohres einzu¬ stellen, was für die Qualität des gegossenen Metallstranges bedeutend ist, andererseits werden gemäß Absatz [0015] Zeile 37/38 - insbesondere durch die nicht-starre Kupplung an das äußere Gehäuse, siehe Absatz [0017] Zeile 50 - unerwünschte mechanische Kräfte minimiert .
Da das Kokillenrohr jedoch außer am oberen und unteren Ende keine mechanische Stützung erfährt, muss es entsprechend massiv ausgeführt werden, um den thermischen Belastungen beim Gießvorgang entgegenzuwirken. Weil daher einerseits bei größeren Querschnitten die Wandstärke entsprechend groß gewählt werden muss, jedoch damit andererseits auch die Temperaturbelastung auf der Innenseite des Kokillenrohres ansteigt und die für das
Kokillenrohr verwendeten Kupferlegierungen in dieser Hinsicht limitiert sind, ist diese Ausgestaltung einer Stranggießkokille auf kleinere Querschnitte, vornehmlich Knüppelformate, be¬ schränkt .
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorhin genannten Nachteile zu überwinden und eine Rohrkokille, um¬ fassend ein Kokillenrohr und einen Wasserleitmantel, zum Gießen von Metallsträngen zu schaffen, die
- zum Gießen größerer Vorblockformate geeignet ist, deren größte Abmessung in einer Richtung in einem Querschnitt bis zu 650mm, bevorzugt bis zu 500mm, beträgt und gleichzeitig eine hohe Formstabilität während des Gießvorganges besitzt,
- einen effizienten Einsatz von elektromagnetischen Rührspulen mit geringer Verlustleitung im Kokillenmaterial erlaubt,
- über eine Vorrichtung verfügt, die die Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel während des Gießvorganges zuverlässig aufrechterhält,
- mit möglichst geringem Material- und Fertigungsaufwand hergestellt werden kann
- und mit möglichst geringem Aufwand beim Zusammenbau und bei einem Austausch des Kokillenrohres verbunden ist.
Die Aufgabe wird durch eine Rohrkokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Rohrkokille sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12. Erfindungsgemäß wird eine Rohrkokille der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
- dass das Kokillenrohr über den Kopfflansch, den Fußflansch und die Haltevorrichtung mit dem Wasserleitmantel verbunden ist, - dass in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung die Innenseite des Wasserleitmantels im We¬ sentlichen konzentrisch zur Außenseite des Kokillenrohrs verläuft und einen konstanten Spalt ausbildet, durch den Kühlflüssigkeit zur Abfuhr von Wärme aus dem gegossenen Metallstrang geleitet wird,
- dass der Wasserleitmantel aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist und als mechanische Stütze für das Kokillenrohr dient ,
- dass der Wasserleitmantel aus einem Stück gefertigt ist, in den das Kokillenrohr als Ganzes eingesetzt werden kann,
- dass das Kokillenrohr an seiner Außenfläche über Zugschrauben und Druckschrauben mit dem Wasserleitmantel verbunden ist.
Gemäß der hier offenbarten Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Rohrkokille als Hauptbestandteile ein innenliegendes
Kokillenrohr mit einer Haltevorrichtung, einen außenliegenden Wasserleitmantel, einen eingießseitigen Kopfflansch und einen ausgießseitigen Fußflansch umfasst. Dabei sind das Kokillenrohr und der Wasserleitmantel so geformt, dass zwischen ihnen im zusammengebauten Zustand der Rohrkokille ein gleichmäßiger, ringförmiger Wasserspalt ausgebildet wird, durch den Kühl¬ flüssigkeit zur Abfuhr von Wärme aus dem gegossenen Metallstrang geleitet wird. Da die lokale Wärmeabfuhr durch die Kühlflüs¬ sigkeit wesentlich von der Geometrie dieses Spaltes beeinflusst wird und möglichst gleichförmig entlang des Umfanges des Ko¬ killenrohres erfolgen soll, verläuft erfindungsgemäß in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung die Innenseite des Wasserleitmantels im Wesentlichen konzentrisch zur Außenseite des Kokillenrohrs .
Erfindungsgemäß wird der Wasserleitmantel mit einer ausrei¬ chenden Wandstärke ausgebildet, sodass dieser mit der Außenseite des Kokillenrohres einen gleichmäßigen Wasserspalt für die Zirkulation von Kühlflüssigkeit ausbildet und gleichzeitig als mechanische Stütze für das innenliegende Kokillenrohr dient: dadurch ist eine Bauform gegeben, die es erlaubt, elektro¬ magnetische Rührspulen möglichst nahe an der Metallschmelze zu positionieren und einen entsprechenden Wirkungsgrad zu erzielen . Überdies besteht der Wasserleitmantel erfindungsgemäß aus nichtmagnetischem Material, was unerwünschte, durch die Rührspulen hervorgerufene Wirbelströme im Kokillenmaterial selber minimiert . Beim Material des Wasserleitmantels handelt es sich bevorzugt um nichtrostenden austenitischen Stahl, wie z.B. Chrom-Nickel-Stahl des Typs 1.4301.
Konkret verfügt das Kokillenrohr nahe seinem eingießseitigen Ende über eine Haltevorrichtung, die beim Einbringen in den Wasserleitmantel als mechanischer Anschlag dient, wobei das Kokillenrohr gleichzeitig mit seinem ausgießseitigen Ende den am ausgießseitigen Ende des Wasserleitmantels montierten Fu߬ flansch durchdringt. Dabei kann die Haltevorrichtung beispielsweise als Haltering ausgeführt sein, der in einer Nut des Kokillenrohres befestigt ist und auf einer entsprechenden stufenförmigen Ausfräsung entlang der Innenseite am eingieß- seifigen Ende des Wasserleitmantels zu liegen kommt. Über den Kopfflansch, den das Kokillenrohr mit seinem eingießseitigen Ende durchdringt, erfolgt eine Fixierung der Haltevorrichtung und damit des Kokillenrohres im Wasserleitmantel in Gie߬ richtung. Zwischen dem Kokillenrohr und dem Kopfflansch sowie dem Fußflansch ist jeweils eine ringförmige Dichtung aus flexiblem Material, beispielsweise Gummi, angebracht, die den Wasserspalt zum eingießseitigen bzw. ausgießseitigen Ende der Rohrkokille hin abdichtet. Der Kopfflansch und der Fußflansch werden jeweils fest mit dem Wasserleitmantel verbunden, was beispielsweise mittels geeigneter Schraubverbindungen geschehen kann und wobei die Verbindung zwischen Wasserleitmantel und Fußflansch bei einem allfälligen Tausch des Kokillenrohres nicht gelöst werden muss. Insgesamt wird so das Kokillenrohr über den Kopfflansch, den Fußflansch und die Haltevorrichtung mit dem Wasserleitmantel verbunden.
Die derart ausgestaltete Verbindung zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel weist überdies gezielte mechanische Toleranzen auf und ist demgemäß flexibel, was einerseits die Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel gestattet und andererseits die thermische Ausdehnung des Kokillenrohres in Gießrichtung erlaubt. Dies ist deswegen von Bedeutung, weil das Kokillenrohr während des Gießbetriebes wesentlich stärker als der Wasserleitmantel erwärmt wird und daher eine größere thermische Ausdehnung als dieser besitzt, was bei einer starren Verbindung zu unerwünschten mechanischen Spannungen und Verformungen des Kokillenrohres führen würde.
Beim Einbringen des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel muss sichergestellt werden, dass das Kokillenrohr symmetrisch im Wasserleitmantel positioniert wird, sodass in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung ein gleichmäßiger Wasserspalt zur Innenseite des Wasserleitmantels entsteht: dies kann beispielsweise durch zusätzliche Löcher im Wasserleitmantel mit geeigneten Messmitteln überprüft werden, wobei die Löcher nach Überprüfung der korrekten Zentrierung wieder mit geeigneten Mitteln, wie z.B. Blindschrauben oder Blindstopfen, verschlossen werden müssen, um den Kühlflüs- sigkeitskreislauf abzudichten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die genannte Haltevorrichtung zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel als Haltering ausgeführt, der in einer außenliegenden Nut des Kokillenrohres an dessen eingießseitigem Ende montiert ist und auf einer entsprechenden Ausfräsung entlang der Innenkante am eingießseitigen Endes des Wasserleitmantels zu liegen kommt. Dabei besitzt dieser Ring in radialer Richtung einen rechteckigen Querschnitt und weist in radialer und vertikaler Richtung besagte Toleranzen im Bereich von 0.2-2mm auf, bevorzugt 0.5mm in radialer Richtung und 1mm in vertikaler Richtung.
Ferner sieht die Erfindung vor, dass der Wasserleitmantel aus einem Stück gefertigt ist, in den das Kokillenrohr als Ganzes eingebracht werden kann: dadurch müssen bei einem Wechsel des Kokillenrohres nur die mechanischen Verbindungen zwischen Kokillenrohr, Wasserleitmantel, Kopfflansch und Fußflansch gelöst bzw. hergestellt werden, es entfallen jedoch aufwändige Arbeitsschritte hinsichtlich Zerlegung, Zusammenbau und Ab¬ dichtung des Wasserleitmantels selber im Vergleich zu Konstruktionen mit einem mehrteiligen Kokillenmantel, wie etwa in EP 1468760 Bl, FIG 5 offenbart. Der Wasserleitmantel kann dabei auch aus mehreren Einzelteilen dauerhaft zusammengesetzt sein - er kann z.B. aus mehreren Platten oder Formrohrteilen zusammengeschweißt sein.
Die Wandstärke des Kokillenrohres ist im Wesentlichen ein¬ heitlich und beträgt beispielsweise 20mm, der Spalt zwischen der Außenfläche des Kokillenrohrs und der Innenfläche des Was¬ serleitmantels liegt im Bereich weniger Millimeter, beispielsweise 4 - 5mm, der Druck des flüssigen Kühlmediums beträgt üblicherweise mehrere bar, beispielsweise 6 bar und die
Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums liegt typischerweise in einem Bereich von 6 - 10m/ s, wobei die Strömung des Kühlmediums vom unteren, strangaustrittseitigen Ende der Kokille nach oben, in Richtung des eingießseitigen Endes erfolgt. Durch die vorliegende Erfindung werden Knüppel- und Vorblockformate mit einer Querschnittsfläche zwischen 0.01 und 0.36m2, bevorzugt zwischen 0.05 und 0.1m2, ermöglicht.
Weiters sieht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kokille Verbindungen mittels Druckschrauben und Zugschrauben zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr vor: dabei verhindern die
Druckschraubverbindungen lokal eine Ausdehnung der Oberfläche des Kokillenrohres senkrecht zur Gießrichtung in radialer Richtung nach außen, während die Zugschraubverbindungen ein lokales Ausweichen der Oberfläche des Kokillenrohres in radialer Richtung nach innen verhindern. Die Zug-und Druckschraubverbindungen sind so ausgestaltet, dass sie lediglich eine lokale thermische Bewegung des Kokillenrohres parallel zu seiner Außenseite gestatten, was jedoch die Zentrierung des Kokillenrohrs im Wasserleitmantel nicht beeinträchtigt: dadurch bleiben der Wasserspalt und somit die Kühlwirkung auch unter der thermischen Belastung des Kokillenrohres während des Gie߬ vorganges entlang einer Umfangslinie des Kokillenrohres im Wesentlichen erhalten. Die thermische Ausdehnung des Kokillenrohres kann somit nur kleinräumig zwischen den Befesti- gungsstellen der Zug- und Druckschraubverbindungen stattfinden, was jedoch keine wesentlichen Auswirkungen auf das globale Strömungsverhalten der Kühlflüssigkeit hat; hingegen wird eine großräumige Verstellung der Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel, wie dies bei bekannten Konstruktionen unter Gießbedingungen vorkommen kann, bei denen das Kokillenrohr nur am oberen und unteren Ende im Wasserkasten befestigt ist und dazwischen lediglich durch Druckschrauben im Wasserleitmantel zentriert wird, wirksam verhindert. Dadurch ist im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, bei denen der Wasserleitmantel nur über Druckschrauben stabilisiert wird, eine höhere Formsta¬ bilität des Kokillenrohres unter Gießbedingungen gegeben, weswegen die Wandstärke des Kokillenrohres reduziert und dadurch eine höhere Kühlleistung und somit eine höhere Gießgeschwin¬ digkeit erzielt werden kann, was zu eine höheren Produktionsrate führt .
Um die beschriebenen Wirkungen der Zug- und Druckschraubverbindungen möglichst effektiv zu ausnutzen, sind vorteilhaf- terweise jeweils eine Zugschraubverbindung und eine Druck¬ schraubverbindung in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Diese durch die Zugschraubverbindungen weiterentwickelten Schraubverbindungen zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel bieten überdies den Vorteil, dass das Kokillenrohr wegen der Zugschraubverbindungen durch den von außen einwirkenden Druck des Kühlmediums nicht verformt wird. Dadurch wird dauerhaft eine symmetrische Strömung des Kühlmediums entlang des Kokillenrohrs und somit eine gleichmäßige Kühlwirkung erreicht, was eine konstant hohe Qualität des gegossenen Metallstranges gewähr- leistet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Rohrkokille mittels Wasserleitmantel als mechanische Stütze für das Kokillenrohr sowie die beschriebene Stabilisierung des Kokillenrohrs durch die Zug- und Druckschraubverbindungen bietet ferner die Mög- lichkeit, die Wandstärke des Kokillenrohrs dünner als bei anderen bekannten Kokillenkonstruktionen zu wählen: dies hat einerseits den Vorteil, dass das Kokillenrohr wegen des geringeren Materialaufwandes kostengünstiger hergestellt werden kann und andererseits dass die thermische Belastung der Innenseite des Kokillenrohrs sinkt, was sich positiv auf die Einsatzdauer des Kokillenrohres auswirkt . Auch wird wegen der geringeren Wandstärke des Kokillenrohrs im Falle des Reißens der gegossenen Strangschale und des damit verbundenen lokalen Temperaturan- stiegs durch nachfließende Schmelze („Sticker") die Über¬ schusswärme schneller an das Kühlmedium abgeführt.
Zudem erlaubt eine geringere Wandstärke des Kokillenrohres eine effizientere Kühlwirkung und damit das Gießen von größeren Vorblockformaten .
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wasserspaltes zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel be¬ steht darin, dass das Kokillenrohr, insbesondere für größere Gießformate, so ausgestaltet werden kann, dass an seiner Au- ßenseite keine materialabtragenden Herstellungsschritte, wie etwa das Ausfräsen von Stützstegen oder Kühlrillen, durchgeführt werden müssen. Einerseits vereinfacht und verbilligt sich die Herstellung gegenüber einem Verfahren, wie es z.B. in der Erfindung in EP 1468760 Bl dargelegt ist, da gemäß der vor- liegenden Erfindung zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr bis auf die Zug- und Druckschraubverbindungen keine Stütze¬ lemente oder Nuten zur Führung des Kühlmediums vorgesehen sind. Andererseits ist durch die vorliegende Erfindung eine höhere Fertigungsgenauigkeit hinsichtlich der Form und der Toleranzen des Kokillenrohres möglich, da das Kokillenrohr üblicherweise bei der Herstellung aus einem Stück gezogen wird und danach sehr hohe innere Materialspannungen aufweist, die zu wirksamen Verbiegungen führen können, wenn anschließend großflächig Material abgetragen wird. So ist es beispielsweise möglich, ab einer Wandstärke von etwa 18mm die Gewinde für die Zugschrauben der erfindungsgemäßen Schraubverbindungen ohne zusätzliche Maßnahmen, wie etwa das Aufbringen eines Verstärkungssteges, direkt in der Wand des Kokillenrohres anzubringen.
In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkokille für Metallstränge mit rechteckigem Querschnitt befindet sich entlang der Mittellinie in Gießrichtung jeder der vier den gegossenen Strangquerschnitt nachbildenden Außenflächen des Kokillenrohres ein Steg, auf den die Druck¬ schraubverbindungen einwirken bzw. in dem sich die Gewinde für die Zugschraubverbindungen befinden: diese Variante ist besonders für kleinere Rechteckformate bis zu 200 x 200mm mit hoher Gießgeschwindigkeit geeignet. Einerseits ist eine Unterstützung des Kokillenrohres durch Anordnung der Zug- und Druck- Schraubverbindungen entlang einer Reihe pro Außenfläche ausreichend, andererseits kann dadurch die Wandstärke des Ko¬ killenrohres - abgesehen von den genannten Stegen - reduziert werden, wodurch die Gießhitze der Metallschmelze schneller an das Kühlmedium abgeführt werden kann. Daraus ergibt sich eine höhere Kühlleistung der Kokille, was wiederum höhere Gießgeschwindigkeiten und damit eine höhere Produktionsrate erlaubt. Weiters erfolgt aufgrund der beschriebenen Anordnung der Zug- und Druckschraubverbindungen die thermisch bedingte Ausdehnung des Kokillenrohres symmetrisch zu den Mittellinien der vier Außenflächen, woraus sich eine symmetrische Kühlleistung und ein symmetrischer Querschnitt des gegossenen Stranges ergeben. Überdies wirkt sich eine dünnere Wandstärke des Kokillenrohres positiv auf elektromagnetische Rührspulen aus, da weniger Verlustleistung im Kokillenrohr induziert wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Rohrkokille sind das Kokillenrohr, die Haltevorrichtung, der Wasserleitmantel, der Kopfflansch und der Fußflansch so ausgestaltet, dass beim Zusammenbau der Kokille das Kokillenrohr im Wasserleitmantel automatisch zentriert wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die das Kokillenrohr aufnehmenden Öffnungen des Kopfflansches und des Fußflansches und die entsprechenden eingießseitigen bzw. ausgussseitigen Abschnitte auf der Au- ßenfläche des Kokillenrohres als Spielpassungen zueinander ausgeführt sind. Dabei beträgt die Toleranz der Passungen in der Regel Bruchteile eines Millimeters. Dadurch wird beim Einsetzen des Kokillenrohres in den Wasserleitmantel, an dem der Fußflansch bereits befestigt ist, und bei der Fixierung des Kokillenrohrs im Wasserleitmantel durch den Kopfflansch das Kokillenrohr im Wasserleitmantel mit einer Genauigkeit positioniert, die zu¬ mindest der Passungstoleranz entspricht. Die Dichtringe, die den Wasserspalt gegen Kühlmittelaustritt abdichten, erhöhen auf¬ grund ihrer formschlüssigen Lage zwischen Kokillenrohr und Kopfflansch bzw. Fußflansch die Genauigkeit der Zentrierung zusätzlich, sodass bei einer Passungstoleranz von bevorzugt 0.5mm das Kokillenrohr mit einer Abweichung von weniger als 0.2mm im Wasserleitmantel zentriert wird. Die Passungstoleranzen können bei Bedarf aber auch weiter verringert werden.
Durch diese Ausführungsform wird eine selbstzentrierende Ausführung einer Rohrkokille geschaffen, bei der keine weiteren Messschritte zur Überprüfung der Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel nötig sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkokille ist der Querschnitt des gegossenen Vorblockmaterials rechteckig, wobei die Seitenlängen der
Querschnittsfläche in einem Bereich bis zu 600 x 600mm, bevorzugt zwischen 200 und 400mm, z.B. 250 x 350mm, liegen. Es sind jedoch auch kleinere Formate denkbar, beispielsweise mit rechteckigen Querschnitten von 100 x 150mm. Die Außenfläche - das ist die dem Wasserleitmantel zugewandte Fläche - des Kokillenrohres besitzt eine annähernd einheitliche Wandstärke und umfasst somit vier ebene oder annähernd ebene Teilflächen, die den rechteckigen Querschnitt der gegossenen Metallstränge nachbilden. Zwischen diesen Teilflächen erstrecken sich abgerundete Kantenbereiche, deren Scheitelpunkte in Gießrichtung eine Kantenlinie bilden. Zudem ist das Kokillenrohr an mindestens zwei der Teilflächen in einem Mittenbereich über Zug- und Druckschrauben mit dem Wasserleitmantel verbunden, wobei sich der Mittenbereich einer Teilfläche in Gießrichtung über die gesamte Länge des Kokil- lenrohres und senkrecht zur Gießrichtung über einen Bereich erstreckt, der von einer Kantenlinie aus gerechnet bis zur fünffachen Wandstärke des Kokillenrohres an jede Kantenlinie heranreicht .
Überdies haben numerische Simulationen gezeigt, dass die Wärmedehnung des Kokillenrohres während des Gießbetriebes in erster Linie in den Eckbereichen symmetrisch zu den Mittenbereichen der vier Teilflächen erfolgt, sodass durch die Befestigung des Kokillenrohres am Wasserleitmantel entlang dieser Mittenbereiche durch die die erfindungsgemäßen form- und kraftschlüssigen Zug- und Druckschraubverbindungen eine ausreichende Formstabilität während des Gießvorganges gewähr¬ leistet ist. In einer weiteren Ausführungsform der Rohrkokille für rechteckige Querschnitte ist der Spalt zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel im Bereich der Kanten reduziert. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Rundungen mit größeren Radien in den Kanten auf der Innenseite des Wasserleitmantels realisiert werden, sodass in diesem Bereich der Normalabstand zwischen der Außenfläche des Kokillenrohres und der Innenfläche des Was¬ serleitmantels auf die Hälfte oder ein Drittel des Wasserspalts entlang der vier ebenen bzw. annähernd ebenen Teilflächen reduziert wird. Dies hat den Effekt, dass die Wärmeabfuhr aus dem gegossenen Metallstrang in den Kantenbereichen relativ zur restlichen Oberfläche reduziert wird, sodass damit das bekannte Phänomen einer Kantenüberkühlung verhindert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der Rohrkokille besitzt der gegossene Metallstrang einen runden Querschnitt und das Ko¬ killenrohr besitzt eine einheitliche Wandstärke, sodass die Außenfläche des Kokillenrohres den runden Querschnitt eines damit gegossenen Metallstranges nachbildet. Erfindungsgemäß besitzt der Wasserleitmantel zur Ausbildung eines gleichmäßigen Wasserspaltes ebenfalls einen runden Querschnitt und ist aus einem Stück gefertigt, wobei die Zug- und Druckschraubverbindungen zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr gleichmäßig entlang des Umfangs des Kokillenrohres angeordnet sind, was eine gleichmäßig entlang des Umfangs verteilte radiale Stützung des Kokillenrohres gewährleistet . Dadurch wird ein symmetrisches Wachstum der Strangschale begünstigt sowie eine hohe Qualität des gegossenen Metallstranges gewährleistet, und es werden runde Vorblockformate bis zu einem Durchmesser von 650mm ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rohrkokille werden jeweils eine Zugschraube und eine Druck¬ schraube zu einer kraftschlüssigen Zug- und Druckschraubverbindung zusammengefasst , indem die Druckschraube zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr als Gewindehülse mit einem ersten Gewinde in Form eines Außengewindes ausgebildet ist, das in ein entsprechendes Innengewinde im Wasserleitmantel ein¬ greift, sodass die Druckschraube auf den Wasserleitmantel und das Kokillenrohr mit Druckkraft einwirkt. Die Druckschraube kann mit einer Feststellmutter auf der Außenseite des Wasserleitmantels arretiert werden. Die Zugschraube greift durch den Innenraum der Druckschraube hindurch mit einem zweiten Gewinde wiederum in Form eines Außengewindes in ein entsprechendes Innengewinde auf der Außenseite des Kokillenrohres ein und wirkt auf den Wasser¬ leitmantel und das Kokillenrohr mit Zugkraft ein, wobei die Zugschraube als Dehnschraube ausgeführt ist, die eine thermisch bedingte Bewegung des Kokillenrohres quer zur Längsachse der Zugschraube toleriert. Dabei besitzen die Druckschrauben in einer bevorzugten Ausführungsform einen Außendurchmesser von 16 - 25mm, bevorzugt 20mm, und die Zugschrauben ein Außengewinde mit einem Durchmesser von 8 bis 16mm, bevorzugt 12mm.
Die Zugschrauben und die Druckschrauben sind an ihren außen- liegenden Enden jeweils so geformt, dass sie mittels geeignetem Werkzeug eingestellt werden können; überdies weisen die derart ausgestalteten Zug- und Druckschraubverbindungen erste Dichtungsringe auf, die den Wasserleitmantel beim Feststellen der Schrauben gegen den Austritt von Kühlflüssigkeit abdichten. Die Druckschraube fungiert als einstellbarer Abstandshalter zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohr und kann nach erfolgtem Einstellen mit einer Feststellmutter auf der Außenseite des Wasserleitmantels fixiert werden. Die Zugschraube dient der anschließenden Fixierung des Kokillenrohrs im Wasserleitmantel in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Kokillenrohres, wobei der Durchmesser der Zugschraube deutlich geringer ist als der Innendurchmesser der Druckschraube, sodass eine derartige Kombination von Zugschraube und Druckschraube eine thermisch bedingte Querbewegung der Oberfläche des Kokillenrohres to- leriert . Diese ineinanderliegende Konstruktion von Zugschrauben und Druckschrauben bietet somit den Vorteil, dass sie das Kokillenrohr punktuell in einer Richtung senkrecht zum Wasserleitmantel fixiert, ohne jedoch durch ihre Krafteinwirkung das Kokillenrohr selbst zu verbiegen. Überdies wird im Vergleich zu bekannten Konstruktionen, bei denen der Wasserleitmantel nur über Druckschrauben stabilisiert wird, bei einer gleichen Anzahl von Durchbrüchen durch den Wasserleitmantel eine Verformung des Kokillenrohres durch den Wasserdruck wirksam verhindert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zugschraube eine zweite Längsbohrung in axialer Richtung auf, durch die ein Messfühler, an dessen Spitze sich ein Sensorelement zur Erfassung der Temperatur befindet, an das Kokillenrohr geführt wird, sodass das Sensorelement die Oberfläche des Kokillenrohres berührt und ein guter Wärmeübergang an das Sensorelement ge¬ währleistet ist. Bevorzugt wird für den Messfühler ein Bime¬ tallübergang als Sensorelement verwendet, wobei der Messfühler mit Hilfe geeigneter Mittel, beispielsweise einer Druckfeder, gegen das Kokillenrohr gedrückt wird. Die Ausgestaltung einer derartigen Schraubdurchführung für einen Temperaturfühler durch einen Wasserleitmantel an die Oberfläche eines Kokillenrohres ist z.B. aus der WO 2014095325 AI bekannt.
Generell ist dies ist eine übliche Vorkehrung um die Temperatur des Kokillenrohres an mehreren Punkten zu messen und so den Gießprozess zu überwachen und auf eventuell auftretende Probleme, wie z.B. Sticker oder Strangschalenablösungen, rechtzeitig reagieren zu können. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass zusätzlich zu den Durchführungen für die Zug- und Druckschraubverbindungen durch den Wasserleitmantel keine separaten Durchführungen für Temperaturmessfühler nötig sind.
Beim Durchlaufen des gegossenen Metalls durch eine Kokille bildet sich aufgrund der aus der Metallschmelze abgeführten Wärme, beginnend an der Oberfläche des Metallstranges, die feste Strangschale aus. Üblicherweise wird der gegossene, aber noch nicht völlig durcherstarrte und daher leicht verformbare Me¬ tallstrang nach dem Austritt aus der Kokille in einem Roll- gangsbogen in horizontale Richtung umgelenkt, wobei der Radius des Rollgangsbogens mehrere Meter, üblicherweise 5 - 15m, beträgt. Bei der Umlenkung durch den Rollgang erfährt der Metallstrang eine dementsprechende Verformung, was zu Spannungen in der Strangschale führt, die in der Folge zu Rissen und anderen Beschädigungen der Strangoberfläche führen können. Um daher die Auswirkungen der mechanischen Umlenkung gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn bereits die Kokille selbst, bevorzugt nahe dem strangaustrittseitigen Ende, eine Krümmung aufweist, die in dieselbe Richtung wie der Rollgang weist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist daher das Kokillenrohr zumindest in einem Teilbereich, bevorzugt in einer Zone am strangaustrittseitigen Ende, eine Krümmung entlang der Gießrichtung auf, die in dieselbe Richtung wie die Krümmung des Rollgangsbogens weist. Dabei ist die Innenfläche des Wasserleitmantels so geformt, dass sie der Krümmung folgt und über die gesamte Länge des Wasserleitmantels einen im we- sentlichen gleichmäßigen Wasserspalt zur Außenfläche des Ko¬ killenrohrs ausbildet, der so dimensioniert ist, dass das Kokillenrohr als Ganzes in den Wasserleitmantel eingebracht werden kann. Durch diese Formgebung wird einerseits ein gleichförmiger Wasserspalt und damit einhergehend eine gleichmäßige Kühlwirkung entlang der Außenseite des Kokil¬ lenrohres gewährleistet. Andererseits wird durch die Berück¬ sichtigung der Krümmung bei der Bemaßung des Wasserspaltes sichergestellt, dass für den Zusammenbau der erfindungsgemäßen Rohrkokille der Wasserleitmantel nicht in mehreren Teilen an das Kokillenrohr montiert werden muss, sondern als ein zum Kokillenrohr konzentrisches Rohr aus einem Stück gefertigt sein kann .
Beim Durchtritt durch das Kokillenrohr reduziert sich der Querschnitt des gegossenen Metallstranges wegen der Erstarrung von zumindest eines Teiles des Materials aufgrund der damit verbundenen Volumenreduktion. In einer bevorzugten Ausführungsform reduziert sich daher in einem Querschnitt senkrecht zur Gießrichtung die vom Kokillenrohr umschlossene Fläche einer erfindungsgemäßen Rohrkokille vom eingießseitigen zum aus- gießseitigen Ende, sodass die Schrumpfung des Stranges aus¬ geglichen wird und es zu keiner Abhebung von der Innenseite des Kokillenrohres kommt, was eine drastisch verringerte Kühlwirkung und Qualitätseinbußen zur Folge hätte.
Aufgrund der sich bildenden Strangschale beim Durchtritt des Metallstranges durch das Kokillenrohr ändert sich der Wärme¬ übertrag an das Kühlmedium entlang der Gießrichtung; übli- cherweise ist der Wärmefluss im Bereich des Gießspiegels am höchsten und nimmt zum strangaustrittseitigen Ende hin ab. Besonders bei runden Gießformaten kann dieser Abfall relativ abrupt erfolgen, sodass der Großteil der Kühlleistung der Kokille in einem schmalen Bereich nahe dem eingießseitigen Ende erfolgt, was zu unregelmäßigem Verschleiß und daher zu einer verkürzten Lebensdauer der Rohrkokille führen bzw. die Produktqualität nachteilig beeinflussen kann. Es ist somit wünschenswert, den Wärmestrom zwischen dem gegossenen Metallstrang und dem Kühlmedium entlang der Gießrichtung so zu modifizieren, dass eine möglichst gleichförmige Abnutzung des Kokillenrohres erfolgt bzw. die Eigenschaften des gegossenen Metallstranges in gewünschter Weise beeinflusst werden. Da die Kühlleistung wesentlich von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abhängt, kann diese durch eine variable Querschnittsfläche des Wasserspalts lokal modifiziert werden.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert daher in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung die vom Kühlmittel durchströmte Fläche des zwischen Wasserleitmantel und Kokillenrohrs aus¬ gebildeten Wasserspaltes zwischen der Eingießseite und der Ausgießseite .
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Wasserleitmantel einen ersten Flansch an seinem eingießseitigen Ende und einen zweiten Flansch an seinem ausgießseitigen Ende und es zirkuliert während des Gießbetriebes Kühlflüssigkeit im Wasserspalt zwischen dem Wasserleitmantel und der Außenfläche des Kokillenrohres entgegen der Gießrichtung vom ausgießseitigen Ende zum eingießseitigen Ende der Rohrkokille, wobei sich sowohl die Einlassöffnungen für den Kühlmittelzulauf zur Rohrkokille als auch die Auslassöffnungen für den Kühlmittelablauf von der Rohrkokille am ersten Flansch befinden. Dies ist eine übliche Konfiguration für Rohrkokillen und bietet den Vorteil, dass sämtliche Anschlüsse in einfacher Weise von der Gießbühne aus zugänglich sind und die Kokille somit auch einfach getauscht werden kann. Zudem weist der erste Flansch erste Zulaufkanäle auf, mittels derer die von außerhalb der Rohrkokille zugeleitete Kühl¬ flüssigkeit über Rohre an der Außenseite des Wasserleitmantels an den zweiten Flansch geleitet wird. Diese Rohre dienen nicht der Kühlung des gegossenen Metallstranges sondern nur der
Umleitung der Kühlflüssigkeit, um den erwähnten Strömungsverlauf zu erreichen. Dabei sind die Rohre im Falle rechteckiger Gießformate bevorzugt in der Nähe der Längskanten der Rohrkokille angeordnet, sodass ein wesentlicher Teil der Außenseite des Wasserleitmantels zugänglich bleibt, was für den Wirkungsgrad von elektromagnetischen Rührspulen vorteilhaft ist, da diese dadurch nahe der Metallschmelze appliziert werden können. Der zweite Flansch verfügt über zweite Zulaufkanäle, über die Kühlflüssigkeit weiter in eine erste ringförmige Nut am aus- gießseitigen Ende an der Innenseite des Wasserleitmantels geführt wird, wobei diese Nut in Umfangsrichtung des Wasser¬ leitmantels verläuft und dadurch die zweiten Zulaufkanäle miteinander verbindet und überdies dazu dient, die zugeführte Kühlflüssigkeit gleichmäßig entlang der Außenseite des Ko- killenrohres zu verteilen, um eine möglichst homogene Kühl¬ wirkung zu erzielen.
Wegen der Druckbeaufschlagung der Kühlflüssigkeit strömt diese weiter entlang der Außenfläche des Kokillenrohres zu einer zweiten ringförmigen Nut auf der Innenseite des Wasserleit- mantels, die sich ebenfalls in Umfangsrichtung erstreckt und am eingießseitigen Ende des Wasserleitmantels angeordnet ist . Dabei nimmt die Kühlflüssigkeit die von der Metallschmelze über das Kokillenrohr abgegebene Gießwärme auf und wird in weiterer Folge über Ablaufkanäle, die senkrecht zur Gießrichtung im ersten Flansch des Wasserleitmantels verlaufen und durch die zweite ringförmige Nut miteinander verbunden sind, zu den Auslass¬ öffnungen für den Kühlmittelablauf am ersten Flansch geleitet, von wo sie beispielsweise einem externen Wärmetauscher zugeführt wird .
Diese Ausgestaltung des Kühlmittelkreislaufes erlaubt eine kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Rohrkokille und sorgt für eine gleichförmige Kühlwirkung entlang des Umfanges des Kokillenrohres, sodass eine hohe Produktqualität gewährleistet wird .
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rohrkokille verfügt der erste Flansch am gießseitigen Ende des Wasserleitmantels über mindestens vier erste Zulaufkanäle für die Zufuhr von Kühlflüssigkeit an die Rohre und über mindestens vier Ablaufkanäle für den Abtransport der Kühlflüssigkeit aus dem Wasserspalt und es verfügt der zweite Flansch am ausgießseitigen Ende des Wasserleitmantels über mindestens vier zweite Zu¬ laufkanäle für die Zuleitung der Kühlflüssigkeit zum Wasser¬ spalt. Dabei sind die ersten und die zweiten Zulaufkanäle und die Ablaufkanäle jeweils gleichmäßig in Umfangrichtung der Rohr¬ kokille verteilt und stellen dadurch einen gleichmäßigen Strömungsverlauf der Kühlflüssigkeit entlang des Kokillenrohres sicher. Zudem beträgt die Summe der Querschnittsflächen der ersten Zulaufkanäle, die Summe der Querschnittsflächen der Rohre, die den ersten Flansch mit dem zweiten Flansch verbinden, die Summe der Querschnittsflächen der zweiten Zulaufkanäle und die Summe der Querschnittsflächen der Ablaufkanäle jeweils mindestens das Doppelte der Fläche des Wasserspaltes in einem beliebigen Querschnitt senkrecht zur Gießrichtung der Rohrkokille .
Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die ersten und die zweiten Zulaufkanäle, die Rohre und die Ablaufkanäle den beim Durchströmen der Rohrkokille entstehenden Druckverlust der Kühlflüssigkeit nicht nennenswert erhöhen, sodass die für die Aufrechterhaltung des Kühlkreislaufes aufgewendete Energie entsprechend effizient eingesetzt werden kann. Dies ist be- sonders bei solchen Rohrkokillen von Bedeutung, die eine hohe Gießgeschwindigkeit ermöglichen sollen oder für größere Gießformate konzipiert sind, da in diesen Fällen eine ent¬ sprechend hohe Kühlleistung nötig ist: durch die derart be¬ schriebene Ausgestaltung der Rohrkokille können die für den Kühlkreislauf eingesetzten Kühlaggregate einen hohen Wir¬ kungsgrad erzielen, wobei der Wirkungsgrad durch das Verhältnis von der aus dem Gießprodukt abtransportierten Wärmemenge pro Zeiteinheit zu der am Kühlaggregat eingesetzten Leistung de¬ finiert ist .
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass der Einbau des Kokillenrohres in den Wasser¬ leitmantel die Schritte
- Einsetzen des Kokillenrohres als Ganzes in den fest mit dem Fußflansch verbundenen Wasserleitmantel und Zentrieren des
Kokillenrohres im Wasserleitmantel, sodass senkrecht zur Gießrichtung ein konzentrischer Wasserspalt zwischen dem Kokillenrohr und dem Wasserleitmantel ausgebildet wird,
- Verbinden des Kokillenrohres über die Haltevorrichtung und den Kopfflansch mit dem Wasserleitmantel,
- Einstellen von Druckschrauben, die zwischen dem Wasserleitmantel und dem Kokillenrohr wirken, sodass sie den Wasserspalt formschlüssig in Normalrichtung zur Außenfläche des Kokillenrohres überbrücken,
- Einstellen von Zugschrauben, die zwischen dem Wasserleitmantel und dem Kokillenrohr wirken, sodass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wasserleitmantel und dem Kokillenrohr entsteht und der Wasserspalt fixiert wird,
umfasst und dass der Ausbau des Kokillenrohres aus dem Was- serleitmantel die Schritte
- Lösen und Entfernen der Zugschrauben,
- Lösen der Druckschrauben,
- Lösen der Verbindung zwischen dem Kopfflansch, der Haltevorrichtung und dem Wasserleitmantel und anschließendes Entfernen des Kopfflansches,
- Entfernen des Kokillenrohrs in einem Stück aus dem Wasserleitmantel
umfasst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens erfolgen mittels der beschriebenen erfindungsgemäßen Rohrkokille und korrespondieren daher im Wesentlichen mit den vorteilhaften Ausgestaltungen der Rohrkokille. Erfindungsgemäß wird beim Zusammenbau der Rohrkokille zunächst das Kokillenrohr als Ganzes in den aus einem Stück gefertigten und fest mit dem Fußflansch verbundenen Wasserleitmantel eingebracht, wobei es auf der Haltevorrichtung zu liegen kommt. Zusätzlich wird das Kokillenrohr im Wasserleitmantel zentriert, was in einer bevorzugten Ausführung des Betriebsverfahrens mittels entsprechender Vorrichtungen des Kokillenrohres bzw. des Wasserleitmantels beim Einsetzen des Kokillenrohres automatisch geschehen kann. Folgend wird der Kopfflansch an das Kokillenrohr und den Wasserleitmantel beispielsweise mittels Schrauben appliziert, wodurch das Kokillenrohr über den Kopfflansch, den Fußflansch und die Haltevorrichtung mit dem Wasserleitmantel verbunden wird. Anschließend wird der Wasserspalt zwischen der Außenseite des Kokillenrohres und der Innenseite des Wasser¬ leitmantels durch die Druckschrauben, die zwischen Wasserleitmantel und der Außenseite des Kokillenrohrs wirken, fixiert, ohne dabei das Kokillenrohr durch übermäßige Krafteinwirkung zu verformen. Schließlich werden diese durch die Druckschrauben gebildeten Verbindungen durch Feststellen von zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel wirkenden Zugschrauben kraftschlüssig fixiert: auf diese Weise wird der Wasserspalt für die Kühlflüssigkeit zwischen Kokillenrohr und Wasserleitmantel auch unter Gießbedingungen stabilisiert, da die solcherart zusammenwirkenden Zug- und Druckschrauben starre Abstandshalter bilden, sodass eine gleichförmige Kühlwirkung auch während des Gießvorganges, bei dem es zu thermisch bedingten Material¬ ausdehnungen des Kokillenrohres und zu Druckeinwirkung durch die Kühlflüssigkeit kommt, gewährleistet ist. Gleichzeitig wird durch die zusammenwirkenden Zug- und Druckschrauben die mechanische Stützwirkung des Wasserleitmantels an das Kokillenrohr übertragen, sodass in diesem Zustand die Rohrkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallsträngen an einer Stranggießanlage eingesetzt werden kann.
Beim Ausbau des Kokillenrohres, etwa weil dieses beschädigt ist und gegen ein neues getauscht werden muss oder nach einer entsprechenden Produktionseinsatzdauer die zulässige Verschleißgrenze unterschritten hat, werden zunächst die Zug- schrauben gelöst und entfernt und dann die Druckschrauben gelöst, woraufhin die Verbindung zwischen dem Kopfflansch, der Haltevorrichtung und dem Wasserleitmantel gelöst wird und an¬ schließend der Kopfflansch entfernt wird. Daraufhin wird das Kokillenrohr als Ganzes aus dem Wasserleitmantel entfernt und anschließend durch ein neues bzw. überarbeitetes Kokillenrohr ersetzt .
Diese Vorgehensweise wird durch die einteilige Konstruktion des Wasserleitmantels ermöglicht und spart Zeit gegenüber Verfahren, bei denen der Wasserleitmantel bzw. der Wasserkasten der Kokille aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist bzw. als Befesti¬ gungsrahmen zur Überarbeitung des Kokillenrohres benötigt wird, wie z.B. in EP 1468760 Bl, Zeile 42-44 in Absatz [0007] und Zeile 21-25 in Absatz [0024] beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiters den Vorteil, dass das Kokillenrohr direkt an der Anlage oder in einer üblicherweise in der Nähe befindlichen Kokillenwerkstätte, beispielsweise mit einem Kran, aus dem Wasserleitmantel aus- bzw. in diesen eingehoben werden kann und somit weniger Transportkapazität zur Überarbeitung des Kokillenrohres benötigt wird. Überdies können durch Verwendung einer beschriebenen selbstzentrierenden Konstruktion aufwändige Arbeitsschritte zur Überprüfung der Zentrierung des Kokillenrohres im Wasserleitmantel entfallen und der Installati¬ onsaufwand beim Zusammenbau der Rohrkokille erheblich reduziert werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel in verschiedenen Ansichten anhand der FIG 1 bis 8 näher erläutert wird. Ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich in der Ausgestaltung der Zug- und Druckschraubverbindung zwischen Kokillenrohr und Wasserleit- mantel vom ersten unterscheidet, wird demgemäß durch die Figuren 1 bis 7 und FIG 9 illustriert. Die Bezeichner sind in sämtlichen Figuren einheitlich. Die beiden Ausführungsbeispiele sind zum Einsatz an einer Stranggießanlage konzipiert, an der der Rohrkokille unmittelbar ein gebogener Rollgang nachgeordnet ist, dessen Krümmung in dieselbe Richtung wie die Krümmung des Kokillenrohres weist, der jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist und auf den im weiteren nicht näher eingegangen wird.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
FIG 1 eine Schrägansicht der Rohrkokille
FIG 2 eine Ansicht der Rohrkokille von oben
FIG 3 einen ersten Längsschnitt durch die Rohrkokille
entlang der in FIG 2 mit A - A bezeichneten Linie FIG 4 einen zweiten Längsschnitt durch die Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit B - B bezeichneten Linie FIG 5 einen Querschnitt durch die Rohrkokille aus einer in
FIG 3 mit C - C bezeichneten Richtung
FIG 6 den in FIG 4 markierten Bereich der Haltevorrichtung am eingießseitigen Ende der Rohrkokille
FIG 7 einen in FIG 3 mit Y bezeichneten Ausschnitt am
ausgießseitigen Ende der Rohrkokille
FIG 8 einen in FIG 3 mit X bezeichneten Längsschnitt durch eine Zug- und Druckschraubverbindung
FIG 9 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführung einer Zug- und Druckschraubverbindung mit Temperaturmessfühler
FIG 1 zeigt in einem Schrägriss das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Rohrkokille zum Gießen von Metallsträngen im Vorblockformat mit rechteckigem Querschnitt, die ein ge¬ krümmtes, austauschbares Kokillenrohr 1 mit einer Haltevor- richtung am eingießseitigen Ende (in FIG 1 nicht sichtbar) , einen das Kokillenrohr umgebenden Wasserleitmantel 3 sowie einen Kopfflansch 4 am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch 5 am ausgießseitigen Ende umfasst.
Uber dem Kopfflansch 4 ist eine Abdeckplatte 10 mit identische äußerer Umfangslinie zum Kopfflansch 4 angebracht. Der Was¬ serleitmantel 3 weist am eingießseitigen Ende einen ersten Flansch 6 auf, der über Rohre mit einem zweiten Flansch 7 am ausgießseitigen Ende verbunden ist. Über erste Zulaufkanäle 19, die zum Teil an der Oberseite des ersten Flansches 6 angeordnet sind, wird Kühlflüssigkeit zu den Rohren 8 und über diese weiter an den ausgießseitig gelegenen zweiten Flansch 7 geleitet . Das Kokillenrohr 1 bildet mit dem Wasserleitmantel 3 entlang seiner Umfangsrichtung einen gleichförmigen Wasserspalt 11 aus, in dem die Kühlflüssigkeit anschließend vom zweiten Flansch 7 zum ersten Flansch 6 in Ablaufkanäle 21 des ersten Flansches 6 strömt. Das Kokillenrohr 1 ist erfindungsgemäß entlang seiner Außenseite mit dem Wasserleitmantel 3 über kombinierte Zug- und Druck¬ schraubverbindungen 9 verbunden.
FIG 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von oben: die Rohrkokille verfügt insgesamt über sechs Einlass- Öffnungen 12 für den Kühlmittelzulauf sowie vier Auslassöff¬ nungen 13 für den Kühlmittelablauf, die gleichmäßig in Um- fangsrichtung an der Unterseite des ersten Flansches 6 angeordnet sind. Jede Einlassöffnung 12 mündet in einen ersten Zulaufkanal 19 und jede Auslassöffnung 13 ist mit einem Ablaufkanal 21 des ersten Flansches 6 verbunden. Die ersten Zulaufkanäle 19 und die Ablaufkanäle 21 sind entlang der kürzeren Seiten des rechteckigen Gießformates an der Oberseite des ersten Flansches angebracht, während sie entlang der längeren Seiten des rechteckigen Gießformates in das Innere des ersten Flansches 6 eingearbeitet sind. Zudem sind der Wasserspalt 11, die Scheitellinie S des gekrümmten Kokillenrohres 1, die vertikale Projektion der Gießrichtung G , die in Richtung eines der Rohrkokille nachgeschalteten Rollganges weist, sowie die über dem Kopfflansch 4 befestigte Abdeckplatte 10 dargestellt.
In FIG 3 ist ein erster Längsschnitt durch das erste Ausfüh¬ rungsbeispiel einer Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit A - A bezeichneten Linie dargestellt. Der der Fußflansch 5 ist über Schrauben 17 fest mit dem Wasserleitmantel 3 verbunden, über dem Kopfflansch 4 ist zusätzlich eine Abdeckplatte 10 angebracht . Das Kokillenrohr 1 weist eine Krümmung entlang der Gießrichtung G auf, die anhand der Mittenlinie M sichtbar wird, wobei diese aus den Mittelpunkten aller Querschnitte durch das Kokillenrohr 1 senkrecht zur Gießrichtung gebildet wird. Mit einem Haltering 18 kommt das Kokillenrohr 1 beim Einbringen in den Wasserleitmantel
3 auf diesem zu liegen und wird anschließend über den Kopfflansch
4 im Wasserleitmantel 3 befestigt, wobei der Kopfflansch 4 mittels Schrauben 17 fest mit dem Wasserleitmantel 3 verbunden wird. Der zwischen dem Kokillenrohr 1 und Wasserleitmantel 3 ausgebildete Wasserspalt 11 wird durch kombinierte Zug- und Druckschraubverbindungen 9, die im Wesentlichen senkrecht zur Gießrichtung G wirken, fixiert. Während des Gießbetriebes wird Kühlflüssigkeit von den Rohren 8 in eine erste ringförmigen Nut 14 am ausgießseitigen Ende des Wasserleitmantels 6 geleitet, die anschließend den Wasserspalt 11 entgegen der Gießrichtung durchströmt und über eine zweite ringförmige Nut 15 durch Ablaufkanäle 21 in Abflussrichtung a zu den Anschlüssen für den Kühlmittelablauf 13 gelangt. Dabei erstreckt sich die zweite ringförmige Nut 15 entlang der Umfangsrichtung des Wasserleitmantels 3 und verbindet den Wasserspalt 11 mit allen Ab¬ laufkanälen 21 des ersten Flansches 6. FIG 4 zeigt einen zweiten Längsschnitt durch das erste Aus¬ führungsbeispiel einer Rohrkokille entlang der in FIG 2 mit B - B bezeichneten Linie und verdeutlicht den Weg entlang der Zufussrichtung z, den das flüssige Kühlmedium beim Zuströmen in den Wasserspalt 11 nimmt: über die an der Unterseite des ersten Flansches 6 angeordneten Einlassöffnungen 12 strömt Kühlmittelflüssigkeit über erste Zulaufkanäle 19 in die Rohre 8, über die sie zunächst vom eingießseitigen Ende zum ausgießseitigen Ende der Rohrkokille gelangt . Durch senkrecht zur Gießrichtung verlaufende zweite Zulaufkanäle 20 strömt die Kühlflüssigkeit in eine erste ringförmige Nut 14, die in Umfangsrichtung entlang der Innenseite des Wasserleitmantels 3 angeordnet ist und alle zweiten Zulaufkanäle 20 miteinander verbindet. Dadurch wird die Kühlflüssigkeit beim Eintreten in den Wasserspalt 11 entlang der Umfangsrichtung des Kokillenrohres 1 gleichmäßig verteilt.
In FIG 5 ist ein Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer Rohrkokille entlang der in FIG 3 mit C - C bezeichneten Linie dargestellt, worin die vertikale Projektion der Gießrichtung G sowie die in Umfangsrichtung des ersten Flansches 6 annähernd gleichförmige Verteilung der sechs Einlassöffnungen 12 und der vier Auslassöffnungen 13 erkennbar ist. Die Einlassöffnungen 12 münden jeweils in die ersten Zulaufkanäle 19 und die Aus- lassöffnungen 13 in die Ablaufkanäle 21, wobei die Kanäle entlang der kürzeren Seiten des rechteckigen Gießformates oberhalb des ersten Flansches 6 angeordnet sind und daher vom Querschnitt nicht erfasst werden. Die während des Gießbetriebes durch den Wasserspalt 11 durchtretende Kühlflüssigkeit mündet in die zweite ringförmige Nut 15, die in Umfangsrichtung des Was¬ serleitmantels 3 angeordnet ist und alle Ablaufkanäle 21 miteinander verbindet und dadurch für ein gleichmäßiges Strömungsbild des Kühlmediums sorgt. FIG 6 zeigt den in FIG 4 markierten Bereich der Haltevorrichtung 2a, FIG 7 zeigt den in FIG 3 mit Y bezeichneten Übergangsbereich zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Wasserleitmantel 3: hierbei wird ersichtlich, wie das Kokillenrohr 1 beim Einbringen in den Wasserleitmantel 3 zunächst über den in einer Nut 2a des Ko- killenrohres 1 in Umfangsrichtung angeordneten Haltering 18 auf einer entsprechenden stufenförmigen Abfräsung 2b des Wasserleitmantels 3 zu liegen kommt. Dabei bilden die Nut 2a, die Abfräsung 2b und der Haltering 18 die Haltevorrichtung 2. Durch anschließendes festes Verbinden des Kopfflansches 4 mit dem Wasserleitmantel 3 wird der Haltering 18 in Gießrichtung zwischen dem Wasserleitmantel 3 und dem Kopfflansch 4 fixiert, wodurch auch eine mechanische Verbindung zwischen dem Kokillenrohr 1, dem Wasserleitmantel 3, dem Kopfflansch 4 und dem Fußflansch 5, der über Schrauben 17 fest mit dem Wasserleitmantel 3 verbunden ist, entsteht. Dabei durchdringt das Kokillenrohr 1 mit seinem eingießseitigen Ende den Kopfflansch 4 und mit seinem aus- gießseitigen Ende den Fußflansch 5, wobei in diesen Bereichen jeweils senkrecht zur Gießrichtung G ein Spalt mit einem ersten Spaltmaß Sl zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Kopfflansch 4 bzw. dem Fußflansch 5 besteht. Zudem ist die den Haltering 18 aufnehmende Nut des Kokillenrohres 1 so gefertigt, dass nach dem Einbringen des Kokillenrohres 1 in den Wasserleitmantel 3 in Gießrichtung G zwischen der Unterseite des Halterings 18 und der gegenüberliegenden Nutkante ein Spalt mit einem Spaltmaß S2 besteht, wobei im ersten Ausführungsbeispiel Sl etwa 0.5mm und S2 etwa 1mm beträgt. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits das Kokillenrohr 1 bereits beim Einbringen automatisch im Wasserleitmantel 3 mit einer Genauigkeit zentriert, die dem ersten Spaltmaß Sl entspricht und gleichzeitig vom Kopfflansch 4, dem Haltering 18 und dem Fußflansch 5 mit derselben Genauigkeit senkrecht zur Gießrichtung G gehalten. Andererseits ist diese Ausgestaltung der Befestigung des Kokillenrohres 1 keine starre mechanische Verbindung sondern erlaubt geringfügige thermisch bedingte Bewegungen bzw. Materialausdehnungen des Kokillenrohres 1, die während des Gießvorganges auftreten können, wodurch unerwünschte Spannungen und Verformungen des Kokillenrohres 1 verhindert werden.
Zudem sind in Nuten des Kopfflansches 4 und des Fußflansches 5 jeweils ringförmige Dichtungen 16 in Umfangsrichtung angebracht, die den von der Kühlflüssigkeit durchströmten Hohlraum im Bereich der ersten ringförmigen Nut 14 und der zweiten ringförmigen Nut 15 zum Außenbereich der Rohrkokille hin abdichten, sodass ein geschlossener Durchfluss des Kühlmediums durch die Rohrkokille erfolgt. Zudem sind die Dichtungen 16 aus flexiblem Material - beispielsweise Gummi - gefertigt, die die thermischen Bewegungen des Kokillenrohres im Bereich der genannten Spalte tolerieren. FIG 8 zeigt den in FIG 3 mit X bezeichneten Ausschnitt, in dem ein Längsschnitt durch eine Zug- und Druckschraubverbindung 9 des ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Hierbei wird der Wasserspalt 11 zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Wasserleitmantel 3 über eine Druckschraube 22 und über eine Zugschraube 23 überbrückt, die durch eine entsprechende Öffnung im Was¬ serleitmantel 3 am Kokillenrohr 2 angreifen. Dabei besitzt die Druckschraube 22 ein erstes Gewinde 24, das in ein entsprechendes Gegengewinde in der Öffnung des Wasserleitmantels 3 eingreift und weist zudem eine erste Längsbohrung 27 auf, durch die eine Zugschraube 23 mit einem zweiten Gewinde 26 in ein entsprechendes Gegengewinde an der Außenseite des Kokillenrohres 1 eingreift. Dabei ist das erste Gewinde 24 der Druckschraube 22 als Au¬ ßengewinde mit beispielsweise 24mm Durchmesser und das zweite Gewinde 26 der Zugschraube 23 als Außengewinde mit beispielsweise 12mm Durchmesser ausgestaltet. Überdies verfügen die Druckschraube 22 und die Zugschraube 23 an ihrem außenliegenden Ende jeweils über einen Sechskant-Schraubenkopf, der eine Verdrehung mittels geeignetem Werkzeug gestattet . Zudem weist jede Zug- und Druckschraubverbindung 9 erste Dichtungsringe 28 auf, die den Wasserspalt 11 zwischen dem Wasserleitmantel 3 und der
Druckschraube 22 sowie zwischen der Druckschraube 22 und der Zugschraube 23 abdichten.
Nach dem Einbringen des Kokillenrohres 1 in den Wasserleitmantel 3 und Herstellung einer Verbindung zwischen diesen beiden Teilen wird der dabei ausgebildete Wasserspalt 11 zunächst fixiert, indem bei jeder der Zug- und Druckschraubverbindungen 9 zunächst die Druckschraube 23 so eingestellt wird, dass sie die Au- ßenfläche des Kokillenrohres berührt, ohne dieses zu verformen. In dieser Stellung wird die Druckschraube 24 durch Festziehen einer Feststellmutter 25, die an der Außenseite des Wasserleitmantels 3 in das erste Gewinde 24 der Druckschraube 22 eingreift, stabilisiert. Danach wird der zwischen Kokillenrohr 1 und Wasserleitmantel 3 von den Zug- und Druckschraubver¬ bindungen 9 überbrückte Abstand dauerhaft fixiert, indem die Zugschraube 23 festgestellt wird, wodurch insgesamt eine Be¬ wegung zwischen Kokillenrohr 1 und Wasserleitmantel 3 in axialer Richtung der Zug- und Druckschraubverbindung 9 insbesondere während des Gießvorganges verhindert wird.
Beim Ausbau des Kokillenrohres 1 aus dem umgebenden Wasser¬ leitmantel 3 wird zunächst die Zugschraube 23 vollständig aus dem zweiten Gewinde 26 herausgeschraubt und entfernt; anschließend wird die Fest Stellmutter 25 gelöst und die Druckschraube 22 zumindest soweit entgegen der Feststellrichtung verdreht, dass sie mit keinem Teil in den Innenraum des Wasserleitmantels hineinragt, woraufhin das Kokillenrohr 1 nach Lösen der Verbindung mit dem 3 Wasserleitmantel aus diesem entfernt werden kann .
Die Ausgestaltung und Applizierung der Zug- und Druckschraubverbindung in FIG 9 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung in FIG 8: als zusätzliches Merkmal weist die Zugschraube eine zweite Längsbohrung 29 in axialer Richtung auf, durch die ein stabförmiger Messfühler 31 mit einem Sensorelement
32 an seiner Spitze hindurchgeführt wird. Bei dem Messfühler handelt es sich beispielsweise um einen gängigen Bimetallsensor zur Temperaturerfassung (sog. „Thermocouple") , bei dem der
Kontaktbereich zwischen den beiden unterschiedlichen Metallen als sehr kleine Messspitze am Ende des stabförmigen Messfühlers 31 ausgeformt ist und das Sensorelement 32 darstellt, das in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur eine elektrische Spannung erzeugt. Dabei ist der stabförmige Messfühler 31 im Inneren der Zugschraube 23 im Bereich des zweiten Gewindes 26 über einen Ansatz 33 mit der Zugschraube 23 verbunden, wobei der Ansatz
33 so ausgestaltet ist, dass der Messfühler 31 beim Feststellen der Zugschraube in axialer Richtung gegen die Außenfläche des Kokillenrohres 1 gedrückt wird, sodass ein thermischer Kontakt zwischen dem Kokillenrohr 1 und dem Sensorelement 32 am Ende des Messfühlers 31 hergestellt wird. Zusätzlich wird der Innenraum der Zugschraube 23 im Bereich des zweiten Gewindes 26 durch einen zweiten Dichtungsring 30 gegen den Austritt von Kühlflüssigkeit abgedichtet.
Bezugszeichenlis e
1 Kokillenrohr
2 HalteVorrichtung
2a Nut
2b Abfräsung
3 Wasserleitmantel
4 Kopfflansch
5 Fußflansch
6 erster Flansch
7 zweiter Flansch
8 Rohr
9 Zug- und Druckschraubverbindung
10 Abdeckplatte
11 Wasserspalt
12 Einlassöffnung
13 Auslassöffnung
14 erste ringförmige Nut
15 zweite ringförmige Nut
16 Dichtung
17 Schraube
18 Haltering
19 erster Zulaufkanal
20 zweiter Zulaufkanal
21 Ablaufkanal
22 Druckschraube
23 Zugschraube
24 erstes Gewinde
25 FestStellmutter
26 zweites Gewinde
27 erste Längsbohrung
28 erster Dichtungsring
29 zweite Längsbohrung
30 zweiter Dichtungsring
31 Messfühler
32 Sensorelement
33 Ansät z G Gießrichtung
M Mittenlinie
S Scheitellinie z Zuflussrichtung a Abflussrichtung
51 erstes Spaltmaß
52 zweites Spaltmaß

Claims

Patentansprüche
1. Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel¬ oder Vorblockformat , die ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr (1) mit einer Haltevorrichtung (2), einen das Kokillenrohr (1) umgebenden Wasserleitmantel (3) sowie einen Kopfflansch (4) am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch (5) am ausgießseitigen Ende aufweist,
- wobei das Kokillenrohr (1) über den Kopfflansch (4), den Fußflansch (5) und die Haltevorrichtung (2) mit dem Was¬ serleitmantel (3) verbunden ist,
- wobei in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung (G) die Innenseite des Wasserleitmantels (3) im Wesentlichen konzentrisch zur Außenseite des Kokillenrohrs (1) verläuft und einen konstanten Wasserspalt (11) ausbildet, durch den Kühlflüssigkeit zur Abfuhr von Wärme aus dem ge¬ gossenen Metallstrang geleitet wird,
- wobei der Wasserleitmantel (3) aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist und als mechanische Stütze für das Kokillenrohr (1) dient,
- wobei der Wasserleitmantel (3) aus einem Stück gefertigt ist, in den das Kokillenrohr (1) als Ganzes eingesetzt wird,
- wobei das Kokillenrohr (1) an seiner Außenfläche über Zug¬ schrauben (23) und Druckschrauben (22) mit dem Wasserleit- mantel verbunden ist.
2. Rohrkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das
Kokillenrohr (1), die Haltevorrichtung (2), der Was serleitmantel (3), der Kopfflansch (4) und der Fußflansch (5) so ausgestaltet sind, dass das Kokillenrohr (1) im Wasserleitmantel (3) zentriert wird .
3. Rohrkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des gegossenen Metallstranges rechteckig ist und die Außenfläche des Kokillenrohres (1) vier Teilflächen umfasst, die den rechteckigen Querschnitt der gegossenen Me¬ tallstränge nachbilden, und sich zwischen den Teilflächen abgerundete Kantenbereiche erstrecken, deren Scheitelpunkte in Gießrichtung eine Kantenlinie bilden, und dass das Kokillenrohr (1) in einem Mittenbereich an mindestens zwei Teilflächen über Zugschrauben (23) und Druckschrauben (22) mit dem Wasserleitmantel (3) verbunden ist, wobei sich der Mittenbereich einer Teilfläche in Gießrichtung (G) über die gesamte Länge des
Kokillenrohres (1) und senkrecht zur Gießrichtung (G) über einen Bereich erstreckt, der von einer Kantenlinie aus gerechnet bis zur fünffachen Wandstärke des Kokillenrohres (1) an jede Kantenlinie heranreicht .
4. Rohrkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der
Wasserspalt (11) zwischen dem Wasserleitmantel (3) und der Außenfläche des Kokillenrohres (1) in den Kantenbereichen reduziert ist .
5. Rohrkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des gegossenen Metallstranges rund ist und die Außenfläche des Kokillenrohres (1) den runden Querschnitt der gegossenen Metallstränge nachbildet.
6. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Zugschraube (23) und eine Druckschraube (22) in einer kraftschlüssigen Zug- und Druckschraubverbindung (9) zusammenwirken, indem die Druckschraube (22) zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) als
Gewindehülse mit einem Außengewinde ausgebildet ist, das in ein entsprechendes Innengewinde im Wasserleitmantel (3) eingreift, sodass die Druckschraube (22) als einstellbarer Abstandshalter zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) fungiert und auf den Wasserleitmantel (3) und das Kokillenrohr (1) mit
Druckkraft einwirkt, und indem die Zugschraube (23) zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) durch eine erste Längsbohrung (27) der Druckschraube (22) hindurch in ein Gewinde in der Außenfläche des Kokillenrohres (1) eingreift und auf den Wasserleitmantel (3) und das Kokillenrohr (1) mit Zugkraft einwirkt , - wobei die Zugschraube (23) als Dehnschraube ausgeführt ist, die eine thermisch bedingte Bewegung des Kokillenrohres (1) quer zur Längsachse der Zugschraube (23) toleriert,
- wobei die Zugschraube (23) und die Druckschraube (22) an ihrem außenliegenden Ende jeweils so geformt sind, dass sie mittels geeignetem Werkzeug eingestellt werden können,
- wobei die Zug- und Druckschraubverbindung (9) erste Dichtungsringe (28) aufweist, sodass der Wasserleitmantel (3) beim Feststellen der Druckschrauben (22) und der Zugschrauben (23) gegen den Austritt von Kühlflüssigkeit abgedichtet wird.
7. Rohrkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass die
Zugschraube (23) eine zweite Längsbohrung (29) aufweist, durch die ein Messfühler (31) mit einem an seiner Spitze befindlichen Sensorelement (32) zur Erfassung der Temperatur an die Oberfläche des Kokillenrohres (1) geführt wird.
8. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenrohr (1) zumindest in einem Teilbereich eine Krümmung entlang der Gießrichtung (G) aufweist, wobei der Wasserleitmantel (3) über seine gesamte Länge einen im wesentlichen gleichmäßigen Wasserspalt zur Außenfläche des Kokillenrohrs (1) ausbildet, der so dimensioniert ist, dass das Kokillenrohr (1) als Ganzes in den Wasserleitmantel (3) ein- gebracht werden kann.
9. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die vom Kokillenrohr (1) umschlossene Querschnittsfläche in Gießrichtung (G) von der Eingießseite zur Austrittseite verjüngt.
10. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt durch die Rohrkokille senkrecht zur Gießrichtung (G) die vom Kühlmittel durchströmte Fläche des zwischen Wasserleitmantel (3) und Kokillenrohr (1) ausgebildeten Wasserspaltes (11) zwischen der Eingießseite und der Ausgießseite variiert .
11. Rohrkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Gießbetriebes Kühlflüssigkeit im Wasserspalt (11) entgegen der Gießrichtung (G) vom aus¬ gießseitigen zum eingießseitigen Ende der Rohrkokille strömt, - wobei der Wasserleitmantel (3) einen ersten Flansch (6) am eingießseitigen Ende und einen zweiten Flansch (7) am aus¬ gießseitigen Ende aufweist,
- wobei sich die Einlassöffnungen (12) für den Kühlmittelzulauf zur Rohrkokille und die Auslassöffnungen (13) für den Kühlmittelablauf von der Rohrkokille am ersten Flansch (6) befinden,
- wobei der zweite Flansch (7) über Rohre (8) an der Außenseite des Wasserleitmantels (3) mit dem ersten Flansch (6) verbunden ist,
- wobei der Wasserleitmantel (3) an seiner Innenseite am ausgießseitigen Ende in Umfangsrichtung eine erste ringförmige Nut (14) und an seiner Innenseite am eingießseitigen Ende in Umfangsrichtung eine zweite ringförmige Nut (15) aufweist,
- wobei der erste Flansch (6) über erste Zulaufkanäle (19) verfügt, die das Kühlmittel von den Einlassöffnungen (12) zu den Rohren (8) leiten und über Ablaufkanäle (21) verfügt, die das Kühlmittel von der zweiten ringförmigen Nut (15) zu den Auslassöffnungen (13) leiten,
- wobei der zweite Flansch (7) über zweite Zulaufkanäle (20) verfügt, die das Kühlmittel von den Rohren (8) zur ersten ringförmigen Nut (14) leiten.
12. Rohrkokille nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flansch (6) über mindestens vier erste Zulaufkanäle (19) und über mindestens vier Ablaufkanäle (21) und der zweite Flansch (7) über mindestens vier zweite Zulaufkanäle (20) verfügt, die jeweils gleichmäßig entlang des Umfangs des Ko¬ killenrohres (1) verteilt sind, wobei die Summe der Quer¬ schnittsflächen der ersten Zulaufkanäle (19), die Summe der Querschnittsflächen der Rohre (8), die den ersten Flansch (6) mit dem zweiten Flansch (7) verbinden, die Summe der Quer¬ schnittsflächen der zweiten Zulaufkanäle (20) und die Summe der Querschnittsflächen der Ablaufkanäle (21) jeweils mindestens das Doppelte der Fläche des Wasserspaltes (11) in einem beliebigen Querschnitt senkrecht zur Gießrichtung (G) der Rohrkokille beträgt .
13. Betriebsverfahren für eine Rohrkokille zum Stranggießen von Metallsträngen im Knüppel- oder Vorblockformat , wobei die Rohrkokille ein innenliegendes, austauschbares Kokillenrohr (1) mit einer Haltevorrichtung (2), einen das Kokillenrohr (1) umgebenden Wasserleitmantel (3) sowie einen Kopfflansch (4) am eingießseitigen Ende und einen Fußflansch (5) am ausgießseitigen Ende gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist, um¬ fassend die Verfahrensschritte:
- Einbau des Kokillenrohres (1) in den Wasserleitmantel (3), umfassend die Schritte
— Einsetzen des Kokillenrohres (1) als Ganzes in den fest mit dem Fußflansch (5) verbundenen Wasserleitmantel (3) und Zentrieren des Kokillenrohres (1) im Wasserleitmantel (3), sodass senkrecht zur Gießrichtung (G) ein konzentrischer Wasserpalt (11) zwischen dem Kokillenrohr (1) und dem Wasserleitmantel (3) ausgebildet wird,
— Verbinden des Kokillenrohres (1) über die Haltevorrichtung (2) und den Kopfflansch (4) mit dem Wasserleitmantel (3), -- Einstellen von Druckschrauben (22), die zwischen dem
Wasserleitmantel (3) und dem Kokillenrohr (1) wirken, sodass sie den Wasserspalt (11) formschlüssig in Nor¬ malrichtung zur Außenfläche des Kokillenrohres (1) überbrücken,
-- Einstellen von Zugschrauben (23) , die zwischen dem Wasserleitmantel (3) und dem Kokillenrohr (1) wirken, sodass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wasserleitmantel (3) und dem Kokillenrohr (1) entsteht und der Wasserspalt (11) fixiert wird,
- kontinuierliches Gießen eines Metallstranges mittels der Rohrkokille,
- Ausbau des Kokillenrohrs (1) aus dem Wasserleitmantel (3), umfassend die Schritte
-- Lösen und Entfernen der Zugschrauben (23) ,
-- Lösen der Druckschrauben (22), — Lösen der Verbindung zwischen Kopfflansch (4), Haltevorrichtung (2) und Wasserleitmantel (3) und anschließendes Entfernen des Kopfflansches (4),
— Entfernen des Kokillenrohrs (1) in einem Stück aus dem Wasserleitmantel (3) .
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