DE10121753A1 - Stranggießkokille - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen mit einem trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten mit gewölbten taschenförmigen Breitseitenwandabschnitten. DOLLAR A Zur Vermeidung von Strömungsturbulenzen sind die taschenförmigen Breitseitenwandabschnitte im Längsschnitt nicht linear ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum kontinuierli­ chen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen mit einem trich­ terförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten mit gewölbten taschenförmigen Breitseiten­ wandabschnitten.

Bereits in der DE-PS 88 79 90 werden wassergekühlte Stranggieß­ formen beschrieben, mit denen schmale Brammen, beispielsweise mit Abmessungen von 450 mm × 20 mm herstellbar sind. Die was­ sergekühlte Form zum Stranggießen besitzt eine viel größere Breite als Dicke, deren unterer Teil aus einander gegenüberste­ henden, parallelen Seiten- und Stirnwänden besteht, wobei die Breite der Seitenwände der länglichen rechteckigen senkrecht angeordneten Formkammer viel größer ist als diejenige der Stirnwände. Die Stirnwände des weiteren Kokillenteiles setzen sich im oberen Kokillenteil geradlinig fort, während sich die Seitenwände des oberen Kokillenteiles nach oben trichterförmig erweitern. Das Kokillenoberteil soll im Querschnitt rautenför­ mig ausgebildet sein.

In der DE 36 40 525 C2 wird eine Stranggießkokille beschrieben, bei der die Breitseitenwände im Eingießbereich aus je einem ersten Abschnitt, die zueinander parallel oder nahezu parallel verlaufen, und je einem daran anschließenden auf die Dicke des Gießformates reduzierenden Abschnitt bestehen, wobei die ersten Abschnitte bis unterhalb der im Gießbereich einzustellenden Gießspiegelebene reichen sollen. Die im Gießbereich vorgesehene trichterförmig erweiterte Öffnung ist im Querschnitt trapezför­ mig ausgebildet. Ebenfalls entsprechend trapezförmig ausgebil­ dete Eingießbereiche zeigt die EP 0 300 219 B1.

In der DE 43 43 124 A1 wird eine Kokille zum Stranggießen von Stahlband mit Breitseitenwänden vorgeschlagen, die im trichter­ förmigen Eingießbereich als konvexer Kreisbogenabschnitt und seitlich des trichterförmigen Eingießbereiches mit sich nach außen zu den Schmalseiten einander annähernden Schrägflächen ausgebildet sein sollen.

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

Die mittels eines in den Eingießbereich ragenden Tauchrohres zugeführte Metallschmelze bewegt sich jedoch bei den nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen in der Strang­ gießkokille nicht in Form einer linearen homogenen Strömung. Erfahrungsgemäß entstehen im oberen Kokillenbereich Turbulen­ zen, die dazu führen können, daß mit der Schmelze beim Einlauf vermehrt Schmutzpartikel oder sonstige Verunreinigungen mitge­ rissen werden, die dann infolge der nicht linearen Schmelzbad­ bewegungen eingeschlossen werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch einen neuarti­ gen Aufbau der Stranggießkokille solche Schmutzeinschlüsse zumindest weitgehend zu minimieren bzw. die Schmelzbadbewegun­ gen so zu richten, daß etwaige Einschlüsse im gegossenen Fer­ tigteil primär an der Strangoberfläche zu finden sind, wo sie durch Abschleifen oder durch zerspanenden Abtrag leicht ent­ fernbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die taschenförmigen Breitseitenwandabschnitte im Längsschnitt ein nicht lineares Profil besitzen.

Turbulenzen entstehen stets dann, wenn große Gradienten der Strömungsgeschwindigkeit quer zur Strömungsrichtung vorhanden sind. Der Strömungswiderstand in turbulenten Strömungen ist wesentlich größer als in laminaren Strömungen, weshalb es zu der Verwirbelung und der damit verbundenen Gefahr der Vermi­ schung von Schmutzpartikeln mit der Flüssigkeit bzw. den hier­ aus folgenden Einschlüssen führt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, das Längsprofil der Breitseitenwandabschnitte nicht mehr über die Höhe des Eingießbereiches linear zu gestalten, kann überraschenderweise einer starken Turbulenz in der Metall­ schmelze entgegengewirkt werden. Abhängig von der Strömungsge­ schwindigkeit und dem sich aus der Kokillengeometrie ergebenden Strömungswiderstand, der Schmelzbadzusammensetzung und der Schmelzbadtemperatur können Horizontalbewegungen der Schmelze erheblich minimiert werden, so daß ein verbesserter Schmelze­ fluß zu beobachten ist. Für die Gestaltung des Längsschnitt- Profiles eröffnen sich mehrere Möglichkeiten, von denen einige als beispielhafte Ausführungsformen in den Unteransprüchen angesprochen werden.

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

Im Sinne der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind auch solche Breitseitenwandabschnitte mit einem Längsschnittprofil, das sich aus jeweils aneinandergrenzenden linearen Teilstücken zusammensetzt, die jeweils unter einem stumpfen Winkel zueinan­ der angeordnet sind, wobei sich insgesamt eine konkave und/oder konvexe Profilkontur ergibt. Ggf. kann zur Vermeidung von Nischen, in denen turbulente Strömungen drohen, der Übergangs­ bereich von jeweils linearen Teilstücken abgerundet sein. Ein­ geschlossen im Sinne der Erfindung sind auch solche Längs­ schnitt-Profile, in denen Teilbereiche konkav und/oder konvex und andere Teilbereiche linear ausgebildet sind.

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

Vorzugsweise ist der taschenförmige gewölbte Breitseitenwandab­ schnitt beider Kokillenplatten derart ausgestaltet, daß seine räumliche Krümmung gleich groß dem Schnitt eines schräggestell­ ten Zylinders mit einer planparallelen Platte ist. Dies bedeu­ tet, daß quer zur Gießrichtung ein entsprechend dem vorbe­ schriebenen Schnitt sich ergebender konvexer Eingießbereich geschaffen wird, der sich in Gießrichtung zum Dünnbrammenbreitenmaß verjüngt. Ein Vorteil einer solchen Ausbildung besteht insbesondere darin, daß die taschenförmigen Auswölbun­ gen gegenüber den nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen in Gießrichtung kürzer ausgebildet werden können und daß dadurch die Länge der Führung der Bramme in der Kokille mit ihrem Endquerschnitt größer wird.

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

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

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

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

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

Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Stranggießkokille,

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

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1 und

Fig. 5 bis 10 jeweils entsprechende Längsschnitte einer Kokillenplatte.

Die Stranggießkokille besteht im wesentlichen aus zwei mitein­ ander verspannten Kokillenplatten 10 und 11, welche mit ihren Innenflächen Breitseitenwände bilden. Im Eingießbereich sind die Breitseitenwände taschenartig gewölbt, so daß dort ein nicht dargestelltes Tauchrohr eingeführt werden kann. Die Schmalseitenwände 12 und 13 besitzen eine deutlich kleinere Breite als die Breitseitenwände. Die in Fig. 1 mit 14 bezeich­ nete taschenförmige Eingießöffnung besitzt die aus Fig. 2 ersichtliche elliptische Krümmung, die sich bis auf ein Maß a von 2 cm bis 5 cm bis zum Randbereich der Breitseite erstreckt. Die teilelliptische Krümmung reicht, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, über eine Höhe h, die maximal 50% bis 60% der gesamten Kokillenplattenhöhe ist. Die jeweils gewölbten Ausneh­ mungen der Kokillenplatteninnenseite sind spiegelsymmetrisch zueinander - auch in ihrer räumlichen Ausgestaltung - ausgebil­ det. Im unteren Bereich sind die Kokillenplatteninnenseiten eben und parallel zueinander angeordnet ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der taschenförmigen Breit­ seitenwandabschnitte im Längsschnitt ist den Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 4 bis 10 zu entnehmen. Das Längsprofil ist stets nicht linear. Wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, kann ein konkaves Profil 20 oder ein konvexes Profil 21 mit einer ein­ heitlichen, sich über die gesamte Höhe h erstreckenden Krümmungsrichtung gewählt werden. Die Krümmungsradien können entwe­ der konstant oder, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, sich in Gießrichtung betrachtet ändern. Es ist auch möglich, das in Fig. 10 dargestellte Längsprofil 22 zu wählen, das sich aus aneinanderreihenden konvexen und konkaven Bereichen unter­ schiedlicher Krümmung zusammensetzt. In den Ausführungsbeispie­ len nach Fig. 4 und 7 bis 9 wird die konvexe und/oder konkave Ausgestaltung durch jeweils aneinandergrenzende lineare Pro­ filabschnitte realisiert. In Fig. 1 werden hierzu drei lineare Abschnitte 23, 24 und 25 zu einem Längsprofil "aneinanderge­ reiht", wobei die jeweiligen aneinandergrenzenden Linearab­ schnitte einen stumpfen Winkel miteinander bilden. Insgesamt ergibt sich hierdurch ein konvexer Verlauf, der eine technisch äquivalente Lösung zu dem Profilverlauf 20 gemäß Fig. 5 dar­ stellt.

Nach Fig. 7 sind Profilverläufe vorgesehen, in denen sich an einen konkaven Bereich 26 ein konvexer Bereich 28 anschließt. Der Übergangsbereich 27 bildet den Wendepunkt von einer konka­ ven zu einer konvexen Krümmung. Wie aus dieser Figur ersicht­ lich, ist der Krümmungsradius im oberen und im untersten Bereich relativ zu den mittleren Bereichen deutlich größer gewählt.

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

Claims (5)

1. Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metall­ bändern oder Dünnbrammen mit einem trichterförmig in Gieß­ richtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillen­ platten 10, 11 mit gewölbten taschenförmigen Breitseiten­ wandabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenförmigen Breitseitenwandabschnitte im Längsschnitt ein nicht lineares Profil besitzen.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsschnittprofil konvex (21) und/oder kon­ kav (20) gekrümmt ist.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich das Längsschnittprofil aus mehreren Teilstücken (22; 26, 27, 28) mit jeweils unterschiedlichem Krümmungsradius zusammensetzt, wobei vorzugsweise die Krümmung (26) im oberen Kokillenbereich konkav und im darunterliegenden Bereich konvex ausgebildet ist.

4. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe oder konkave Form durch aneinandergrenzende lineare Teilstücke (23 bis 25; 29 bis 32; 33 bis 36), die jeweils unter einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind, ausgebildet ist.

5. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenförmigen Breit­ seitenwandabschnitte im Querschnitt eine elliptische Krüm­ mung (17) aufweisen.