DE1583699C3 - Stranggießkokille für Barren rechteckigen Querschnitts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stranggießkokille für Barren rechteckigen Querschnitts gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1; sie kann insbesondere zum Stranggießen von Walzbarren verwendet werden.

Beim Stranggießen von Barren länglichen Querschnitts, z. B. von Walzbarren, kann es vorteilhaft sein, die Breitseiten des Gußstückes nicht über ihre ganze Breite gleich stark abzukühlen, sondern gewisse Bereiche stärker zu kühlen als andere. Meistens ist es günstig, die Breitseiten gegen die Mitte stärker abzukühlen als an den Rändern. Dies kommt insbesondere beim Gießen von Walzbarren in Betracht, die vor dem Walzen nur leicht oder überhaupt nicht abgefräst werden sollen.

Hierzu kann man bei einer Hohlkokille mit gegen den austretenden Strang gerichteten Spritzdüsen oder

ίο -schlitzen am unteren Teil der Hohlkokille die Spritzdüsen in verschiedenen Abständen oder verschiedenen Durchmessers oder beides zusammen anordnen, z. B. gegen die Enden der Kokillenlängsseiten mit kleinerem Durchmesser oder weiter auseinander. Diese Lösung weist aber verschiedene Nachteile auf und verursacht in der Praxis gewisse Schwierigkeiten.

Beim Auftreffen der Wasserstrahlen auf die zu kühlende Fläche entsteht an jedem Auftreffpunkt ein Wasserschleier, der oben annähernd durch ein Kurvensegment (z. B. Parabel- oder Hyperbelsegment — je nach Neigung des Strahles in bezug auf die Auftrefffläche) begrenzt ist. Damit die Kühlung über die ganze Breite des Barrens möglichst konstant ist, müssen sich diese einzelnen Kurvensegmente praktisch auf der gleichen Höhe schneiden. Liegt ein Schnittpunkt zwischen zwei banachbarten Einzelschleiern tiefer als die anderen — was insbesondere vorkommt, wenn gegen die Enden der Kokillenlängsseiten zwischen zwei benachbarten Düsen ein größerer Abstand besteht —, so wird an dieser Stelle der erstarrende Barren weniger gekühlt. Es bilden sich dort tiefer in das Metall reichende Oberflächenkristalle, welche beim Abfräsen der Walzflächen nicht vollständig entfernt werden, wegen der Fräslinien aber unsichtbar bleiben und dann beim Walzen Streifen in der Blechoberfläche verursachen.

Aus diesen Gründen müssen die Spritzdüsen sowohl in ihrem gegenseitigen Abstand wie in ihrer Richtung mit großer Genauigkeit gebohrt werden. Wenn aber, wie oben erwähnt, eine differenzierte Kühlung auf den Kokillenlängsseiten, bewirkt durch Änderung des Düsenabstands oder -durchmessers, gewünscht wird, ist diese hohe Genauigkeit, u. a. auch wegen des erforderlichen Bohrerwechsels, schwer oder nur mit kostspieligen Maschinen zu erreichen. Außerdem muß für jede Kokillenlänge wieder die gleiche Sorgfalt angewendet werden, was die Herstellungskosten der Kokille erhöht. Bei Kokillen mit Anspritzschlitzen läßt sich auf vergleichbare Weise die differenzierte Kühlung praktisch kaum, oder überhaupt nicht, erreichen, da das Schneiden eines Schlitzes mit variabler Breite schwer zu bewerkstelligen ist.

Bei einer Vollwandkokille/Stranggießkokille für das Stranggießen von schmalen Metallquerschnitten mit dünner von außen gekühlter Kokillenwand hat man (CH-PS 3 89 171) das Temperaturprofil längs ihres Umfangs durch Wahl verschiedener Kokillenwandmaterialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit, z. B. teils Kupfer, teils Stahl, gegebenenfalls auch in Kombination mit wärmeisolierendem Material, z. B.

Graphit oder Asbest, und/oder durch schurzartige teilweise Verlängerung der Kokillenwandtiefe und damit verbundene Teilabschirmung von Spritzkühlwasser gesteuert. Alle diese Maßnahmen sind jedoch auch sehr aufwendig.

Bei der gattungsgemäßen Stranggießkokille (BE-PS 6 82814) hat man beabsichtigt, durch beiderseitigen Kühlwassereinlaß in den die Längsseite der Stranggießkokille bildenden Hohlbalken in dessen Mitte einen

Kühlwasserstrahl zu erzeugen, der dort zu einer Erhöhung des Drucks und dadurch zu einer stärkeren Kühlung in der Mitte des Hohlbalkens führen soll. Bei der gegebenen Geometrie ist dabei jedoch kaum mit einer nennenswerten Erhöhung des Kühlmitteldrucks in der Hohlbalkenmitte durch Stauung des strömenden Kühlmittels und somit Umwandlung der dynamischen Komponente der Bernoullischen Gleichung in statischem Druck zu rechnen. Jedenfalls läßt sich ein dadurch etwa gewonnenes Ist-Profil der statischen Druckhöhe des aus dem Hohlbalken austretenden Kühlmittels nicht ohne weiteres einem gewünschten Soll-Profil anpassen. Man hat daher auch bei der gattungsgemäßen Stranggießkokille zusätzlich noch die Bohrungsstärke der Kühlflüssigkeitsauslässe im Hohlbalken längs dessen Länge variiert, was mit dem weiter oben bereits besprochenen zusätzlichen Schwierigkeiten verbunden ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, mit relativ geringen Aufwendungen das Temperaturprofil längs des Strangumfangs genau einstellbar machen zu können.

Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Stranggießkokille gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.

Bisher hat man Verteilerrohre nur zur gleichmäßigen Kühlwasserzufuhr in Hohlkokillen verwendet (vgl. z. B. Herrmann, Handbuch des Stranggießens, S. 216 — 217, Bilder 708 bis 710 und 713,714). Nach der Erfindung werden demgegenüber die Möglichkeiten der Staudruckerzeugung vor den Kühlflüssigkeitsauslässen nach der Bernoulli-Gleichung so gesetzt, daß eine feinfühlige Temperaturprofilierung längs des Umfangs der Stranggießkokille möglich ist, ohne zusätzliche Maßnahmen vorzusehen. Es ist dabei sogar möglich, an den Kühlflüssigkeitsauslässen einen gleichmäßig verteilten Kühlmittelauslaßquerschnitt vorzusehen, indem z. B. der Hohlbalken mit in gleichmäßigem Abstand gebohrten Spritzdüsen gleichen Durchmessers oder mit einem Schlitz konstanter Breite versehen wird oder, allgemeiner, die Kühlflüssigkeitsauslässe über die Länge des Hohlbalkens, gegebenenfalls mit Ausnahme der unmittelbaren Nähe der Kokillenecken, verteilt sind.

Wenn die Stranggießkokille im Betrieb steht, das heißt, wenn das Kühlmittel zirkuliert, wird auch dann durch das Verteilerrohr der Mitte der Kokillenlängsseiten mehr Kühlmittel zugeführt, es entsteht dort hinter den regelmäßig verteilten Austrittsdüsen, Schlitzen od. dgl. ein höherer Staudruck und das Kühlmittel wird dort in größeren Mengen ausgespritzt als in der Nähe der Kokillenstirnseiten. Die Einstellbarkeit des Staudrucks wird dabei durch die Möglichkeit der Anordnung der Einlasse in mehreren Reihen an den Verteilerrohren noch verbreitert.

Das Verteilerrohr braucht sich dabei nur über einen Teil der Kokillenlänge zu erstrecken und kann mittels eines durch eine Wand des Hohlbalkens durchgehenden Stutzen gespeist werden. Zusammen mit dem Stutzen bildet dann das Verteilerrohr ein T- oder L-förmiges Gebilde. Die zum Einsetzen des Verteilerrohrs notwendige öffnung in der Hohlbalkenwandung wird dann z. B. durch einen am Stutzen festgemachten Deckel wieder abgeschlossen. Das Verteilerrohr kann aber auch auf mindestens einer Stirnseite der Kokille selbst vorspringen, wobei das vorspringende Rohrende als Anschluß für die Kühlmittelzufuhrleitung dient. Vorzugsweise sind auch die Einlasse im mittleren Bereich der Hohlbalken äquidistant angeordnet und/oder weisen konstanten Einlaüquerschnittauf.

Zweckmäßig ist die Zuführung für die Kühlflüssigkeit zu dem Verteilerrohr symmetrisch zur Mitte des Hohlbalkens angeordnet, um ein symmetrisches Temperaturprofil längs des Hohlbalkens zu erzeugen. Dies kann man günstig dadurch realisieren, daß das Verteilerrohr auf beiden Stirnseiten der Stranggießkokille vorspringt. Dies gestattet zugleich die symmetrische Kühlmittelzufuhr durch die beiden Rohrenden und

ίο auch eine bessere Beherrschung des Staudrucks hinter den Spritzdüsen, Schlitzen od. dgl., als bei einseitiger Kühlmittelzufuhr, und zwar insbesondere bei langen Kokillen, bei welchen die einseitige Kühlmittelzufuhr wegen des Druckverlustes über die Länge des Verteilerrohres nicht günstig ist.

Wenn wie im Falle der gattungsgemäßen Stranggießkokille deren Längs- und Querseiten aus gesonderten Teilen zusammengesetzt sind, können die Verteilerrohre zugleich als Zuganker für eine stumpfe Stoßverbindung der Teile vorgesehen sein. Dies gilt besonders dann, wenn das Verteilerrohr beidseitig vom Hohlbalken vorspringt. Die Kokillenlängsseiten können dabei aus langen Profilen in den gewünschten Längen abgesägt werden, wobei diese Profile entweder bereits vorher oder aber erst nach dem Absägen mit der erforderlichen Genauigkeit auf einer Spezialmaschine mit gleichmäßigen Spritzdüsen oder -schlitzen versehen werden können. Die Stirnseiten können z. B. in Formguß hergestellt werden. Es lassen sich somit verschiedene Längsseitenlängen mit verschiedenen Stirnseitenbreiten sehr einfach kombinieren. Selbstverständlich sind für Kokillen verschiedener Länge auch entsprechend lange Verteilerrohre notwendig. Deren Fabrikation ist aber relativ einfach, da die Austrittslöeher nicht mit großer Genauigkeit gebohrt zu werden brauchen und auch keine besonders genaue Austrittsrichtung des Kühlmittels aus dem Verteilerrohr eingehalten werden muß; es findet ohnehin im Hohlraum der Kokille ein gewisser Druckausgleich zwischen benachbarten Austrittslöchern statt. Es ist durchaus genügend, wenn diese Austrittslöcher mit einem Handbohrer gebohrt werden, eventuell unter Zuhilfenahme einer Lehre.

Auch kann man gemäß den Ansprüchen 9 und gegebenenfalls 10 die Stirnteile der Hohlkokille über die Verteilerrohre in den Hohlbalken mit Kühlwasser im gewünschten Maß mitversorgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sonstigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführimgsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Stranggießkokille in Draufsicht, wobei auf einem Teil einer Längsseite die obere Wand entfernt ist, um das Verteilerrohr freizulegen;

F i g. 2 einen Querschnitt durch diese Kokillenlängsseite nach Linie A-A von F i g. 1;

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Kokillenstirnseite nach Linie B-Bvon Fig. l;und

F i g. 4 einen Anschlußteil einer Stirnseite in Ansicht.

Die dargestellte Stranggießkokille setzt sich aus zwei als hohle Längsseitenprofile ausgebildeten Hohlbalken 1 und zwei Stirnteilen 2 zusammen, die mittels zweier auch als Zuganker wirkender Verteilerrohre 3 kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Die Hohlbalken 1 haben wie üblich rechteckigen Querschnitt. An ihrer unteren inneren Kante sind als Spritzdüsen ausgebildete und auf den austretenden

Strang gerichtete Kühlflüssigkeitsausflüsse 4 in regelmäßigem Abstand und mit gleichem Durchmesser gebohrt. Diese Bohrungen stehen z. B. in einem Winkel von etwa 30⁰C zur Kokilleninnenfläche und weisen einen konstanten Durchmesser von 2,5 mm bei einem konstanten Achsenabstand von etwa 5 mm auf. Wenn die Kühlflüssigkeitsauslässe 4 am bereits abgesägten Profilabschnitt des Hohlbalkens 1 gebohrt werden und eine besonders schwache Kühlung an den Ecken des gegossenen Barrens erwünscht ist, so ist es möglich, vom Profilende bis zum ersten Kühlflüssigkeitsauslaß 4 einen größeren Abstand, z. B. etwa 1 cm, zu wählen.

Die Stirnteile 2 bestehen vorteilhafterweise aus einem wannenförmigen Gußstück 5 mit Seitenlaschen 6, welche die Anschlußflächen 7 für die stumpfanstoßenden Hohlbalken 1 bilden. Die Wanne ist mit einer mittels Schraubenbolzen 8 befestigten Abdeckplatte 9 abgeschlossen, wodurch die Kammer für das Kühlmittel zustande kommt. Auch die Stirnteile 2 sind mit als Spritzdüsen ausgebildeten Kühlflüssigkeitsauslässen 4 versehen, welche auch eine andere Querschniusgröße aufweisen dürfen als diejenigen der Hohlbalken 1.

Im Hohlraum beider Hohlbalken 1 liegt ein auch als Zuganker wirkendes Verteilerrohr 3, das an beiden mit Gewinden versehenen Enden 30 durch die entsprechenden Seitenlaschen 6 der Stirnteile 2 geführt wird. Mittels auf die Rohrenden 30 aufgeschraubter Schraubmutter

10 werden Stirnseiten der Seitenlaschen 6 der Stirnteile

2 an Stirnseiten der Hohlbalken 1 gepreßt. Zur völligen Abdichtung der Fugen kann eine Dichtungsmasse eingelegt werden.

In seinem mittleren Bereich ist nun das Verteilerrohr

3 mit einer Anzahl als Bohrungen ausgebildeter Einlasse

11 für die Kühlflüssigkeit in den Hohlbalken 1 versehen. Diese Einlasse 11 können in einer, aber auch in mehreren Reihen angebracht werden. Vorzugsweise wird das Verteilerrohr im Hohlraum der Hohlbalken 1 so gedreht, daß die Wasserstrahlen nicht senkrecht auf die innere Kokillenwand aufprallen, damit diese nicht örtlich stärker gekühlt wird.

Aus demselben Grund ist es vorteilhaft, wenn die Austrittslöcher des Verteilerrohres 3 einen relativ großen Durchmesser aufweisen, z. B. von mehr als 5mm, d.h. etwa 8—10mm, damit kein Brauseneffekt durch Bildung starker Strahlen entsteht. Die gelochte Rohrstrecke muß kurzer sein als die Kokilleninnenlänge und beträgt 20—80%, vorzugsweise 35 — 60% davon.

Gute Ergebnisse wurden z. B. auch mit einem Verteilerrohr 3 erreicht, das auf etwa 50% der Kokilleninnenlänge gelocht war.

Selbstverständlich ist der Unterschied im Staudruck um so größer, je kürzer die gelochte Strecke ist. Der Effekt auf die Spritzleistung der düsenförmigen Kühlflüssigkeitsauslässe 4 ist eindeutig und kann bereits festgestellt werden, wenn man die Hand an den Austrittsöffnungen der Kühlflüssigkeitsauslässe 4 entlangführt. Das Kühlmittel wird an beiden Enden 30 der beiden Verteilerrohre 3 durch geeignete, abgezweigte, in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen zugeführt. Zur Speisung der Stirnseiten 2 mit Kühlmittel können spezielle Anschlüsse vorgesehen sein. Da die Schmalseiten der gegossenen Barren aber keine so intensive Kühlung benötigen wie deren Breitseiten, hat es sich gezeigt, daß eine genügende Speisung der Stirnseiten zu erreichen ist, wenn in den Laschen 6 Durchgangskanäle 12 gebohrt werden, durch welche das Kühlmittel aus dem Hohlraum der Längsseiten 1 in die Kammer der ebenfalls als Hohlkörper ausgebildeten Stirnteile 2 überfließen kann. Die Kanäle 12 können aber auch bereits beim Gießen des Stirnteils 2 ausgespart werden. Man erspart damit zwei Speiseleitungen und senkt gleichzeitig auch den Staudruck des Kühlmittels an den Enden der Längsseiten. Die Kanäle 12 sind in ihrer Größe der für die Kühlung an den Stirnseiten erforderlichen Kühlmittelmenge angepaßt. Zur Regulierung dieser Kühlmittelmenge ist es aber auch möglich, in allen oder einzelnen Kanälen 12, d. h. auf jeder Kokillenstirnseite in mindestens einem Kanal 12 Reguliermittel anzuordnen, z. B. in Form von in die Kanäle 12 eindringenden Schraubbolzen, die als Drosselvorrichtung 13 dienen, indem eine Regulierung der Kühlmittelmenge durch Ein- oder Ausschrauben dieser Schrauben mit entsprechender Verengung bzw. Verbreiterung des freien Durchgangsquerschnitts des dazugehörigen Kanals 12 erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Stranggießkokille für Barren rechteckigen Querschnitts mit verminderter Kühlleistung in den Kokilleneckbereichen, bei der die Längsseiten als Hohlbalken mit symmetrisch zu deren jeweiliger Mitte angeordneten Einlassen für die Kühlflüssigkeit und mit unteren, auf den austretenden Strang gerichteten Kühlflüssigkeitsauslässen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jedem Hohlbalken (1) mindestens ein längslaufendes Verteilerrohr (3) mit einer Vielzahl von Einlassen (11) für die Kühlflüssigkeit erstreckt, und daß diese Einlasse im mittleren Bereich des Verteilerrohrs angehäuft angeordnet sind.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse (11) im mittleren Bereich der Hohlbalken (1) äquidistant angeordnet sind und/oder konstanten Einlaßquerschnitt aufweisen.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einlaßquerschnitte jeweils mit einem Durchmesser von 5 mm, vorzugsweise von 8—12 mm.

4. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse (11) auf 20—80%, vorzugsweise auf 35—60%, der Innenlänge der Hohlbalken (1) vorgesehen sind.

5. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitsauslässe (4) gleichmäßig über die Länge des Hohlbalkens (1), gegebenenfalls mit Ausnahme der unmittelbaren Nähe der Kokillenecken, verteilt sind.

6. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (30) für die Kühlflüssigkeit zu dem Verteilerrohr (3) symmetrisch zur Mitte des Hohlbalkens (1) angeordnet ist.

7. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, deren Längs- und Querseiten aus gesonderten Teilen zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerrohre (3) zugleich als Zuganker für eine stumpfe Stoßverbindung der Teile (1; 2) vorgesehen sind.

8. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mehrere Reihen von Einlassen (11) an den Verteilerrohren (3).

9. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Querseiten (3) der Stranggießkokille als Hohlkörper mit auf den austretenden Strang gerichteten Kühlflüssigkeitsauslässen (4) ausgebildet sind, und daß diese Hohlkörper durch Kanäle (12) mit den Hohlbalken (1) verbunden sind.

10. Stranggießkokille nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine einstellbare Drosselvorrichtung (13) in mindestens einem Kanal (12).