DE19742795A1 - Trichtergeometrie einer Kokille zum Stranggießen von Metall - Google Patents
Trichtergeometrie einer Kokille zum Stranggießen von MetallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit
einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden,
trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges
verjüngten Eingießbereich.
Die Abmessungen des Eingießbereichs werden im wesentlichen durch
den Querschnitt des zu vergießenden Stranges, die Abmessungen des
Gießrohres und dessen Eintauchtiefe in die Schmelze bestimmt.
Aufgrund der trichterförmigen Formgebung der Breitseitenwände findet
in Gießrichtung nicht nur eine Verjüngung, sondern auch eine Form
änderung des Strangquerschnittes statt. Infolgedessen werden der
Strangschale beim Durchlaufen einer Trichterkokille im Gegensatz
zu einer herkömmlichen Stranggießkokille mit ebenen Wänden zusätzli
che Verformungen aufgezwungen. Um die Entstehung von Oberflächen
fehlern des Gußproduktes zu vermeiden, dürfen diese zusätzlichen
Verformungen einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, damit
die Strangschale nicht überlastet wird und eine über den Strangquer
schnitt gleichmäßige Wärmeabfuhr gewährleistet bleibt.
Die EP 0 268 910 B1 schlägt vor, die unterhalb des Gießspiegels noch
dünne Strangschale verformungsfrei zu führen, indem die Breitseiten
wände im Eingießbereich in einem ersten Abschnitt im wesentlichen
parallel zueinander verlaufen und in einem sich daran anschließenden
Abschnitt auf die Dicke des Gießformates zurückgeführt werden, wobei
der erste Abschnitt bis unterhalb der beim Gießbetrieb einzustellen
den Gießspiegelebene in den Bereich der ersten Strangschalenbildung
reicht. Die gesamte dem Strang von der Kokille auferlegte Formände
rung, welche für die Reduzierung des Stranges auf die Dicke des
Gießformates erforderlich ist, erstreckt sich auf den anschließenden
Abschnitt, der durch geneigte oder gewölbte Flächen oder Kombination
derselben gebildet wird.
Die EP 0 552 501 A2 offenbart eine Kokille zum Stranggießen von
Stahlband, bei der die Breitseitenwände einen trichterförmigen
Eingießbereich bilden, der zu den Schmalseitenwänden und in Gieß
richtung auf das Format des gegossenen Bandes reduziert ist. Die
Wölbung des trichterförmigen Eingießbereiches ist durch seitliche
Kreisbögen und an Tangentenpunkten mit diesen verbundene mittlere
Kreisbögen bestimmt. Zur Reibungs- und Verschleißminderung und Redu
zierung der Zug- und Biegebeanspruchungen der Strangschale sind die
Radien der seitlichen Kreisbögen in einem mindestens 100 mm von der
Kokillenoberkante abwärts reichenden Abschnitt gleichbleibend
ausgebildet.
Die DE 39 07 351 A1 offenbart einen Vorschlag, den Eingießtrichter
einer Kokille so auszubilden, daß die Verformung des Metallgieß
stranges auf eine größtmögliche Streckenlänge verteilt wird und Ein
schnürungen sowie Rißbildungen in der Strangschale des Metallgieß
stranges vermieden werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die
Kontur der Innenwandung des Eingießtrichters in Strangdurchlaufrich
tung durch drei sich tangential berührende Kreisbögen gebildet wird,
deren Radien, in Strangdurchlaufrichtung allmählich größer werdend,
in die Kontur der Innenwandung der Kokille übergehen. Eine möglichst
gleichmäßige Verteilung der Formänderung der Strangschale in einem
derart geformten Eingießbereich wird dadurch erreicht, daß deren
Radien in Strangdurchlaufrichtung mit gleichem oder ungleichem
Faktor zunehmen.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine weitere Trichtergeometrie einer Kokille
anzugeben, durch welche Reibung und Verschleiß zwischen Strangschale
und Kokillenwänden noch besser vermindert und insbesondere bei der
Strangschalenbildung eines zu vergleichsweise hoher Schrumpfung
neigenden Stahles eine noch deutlichere Verringerung des Fehler
befalls der Brammenoberfläche infolge einer möglichst gleichmäßigen
Einstellung der Formänderung verwirklicht wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß im Eingießbereich
die durch den Übergang von einem Horizont auf einen darunterliegen
den Horizont bedingte Längenänderung der Kokillenkontur auf jedem
Horizont ein Maximum aufweist und daß diesem Maximum eine überdurch
schnittliche lokale Verformung bzw. verstärkte Neigung zur lokalen
Spaltbildung zwischen Strang und Kokillenwand entspricht. Daraus
geht hervor, daß der Eingießbereich mindestens ein Maximum der
Längenänderung der horizontalen Kokillenkontur aufweist und daß eine
möglichst gleichmäßige Verteilung der Formänderung über den Ein
gießbereich dadurch erzielt wird, daß dieses Maximum möglichst
gering ist.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung dadurch, daß im
Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände in Gießrich
tung von oben nach unten wenigstens je zwei Punkte mit der Eigen
schaft aufweisen, daß sie eine Gerade bestimmen, entlang derer die
Innenkonturen dieser Breitseitenwände mit wenigstens einem konkaven
und mit wenigstens einem konvexen Abschnitt beliebiger Abfolge
ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß im Trichterbereich die
Innenkonturen der Breitseitenwände wenigstens entlang einer Teillän
ge einer von der Kokillenoberkante bis zur Kokillenunterkante
gezogenen Geraden in der Gießrichtung von oben nach unten mit
wenigstens einem konkaven Abschnitt und mit wenigstens einem kon
vexen Abschnitt beliebiger Abfolge ausgebildet sind.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung auch dadurch, daß
im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang
einer die Kokillenoberkante und den Beginn des unteren Abschnitts
der Breitseitenwände verbindenden Geraden in Gießrichtung von oben
nach unten mit wenigstens einem konkaven Abschnitt und mit wenig
stens einem konvexen Abschnitt beliebiger Abfolge ausgebildet sind.
Dabei können mit Vorteil konkave Abschnitte und konvexe Abschnitte
der Breitseitenwände unmittelbar ineinander übergehen.
Vorteilhaft ist auch, wenn in Gießrichtung von oben nach unten
zuerst der konkave Abschnitt und dann der konvexe Abschnitt bis zum
Kokillenaustritt angeordnet sind.
Dabei kann mit Vorteil jeder der konkaven Abschnitte bzw. der
konvexen Abschnitte der Breitseitenwände sowohl eine in deren
Verlauf gleichbleibende als auch eine veränderliche Krümmung auf
weisen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Innenkonturen
der Breitseitenwände über die konkaven bzw. über die konvexen
Abschnitte einen kreisbogenförmigen Verlauf oder einen trigonome
trischen, beispielsweise einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
Wenn der untere Abschnitt der Kokille einen parallelwandigen Bereich
aufweist, wird ein besonders reibungsfreier Übergang zwischen
Trichterbereich und anschließendem parallelwandigem Bereich dadurch
verwirklicht, daß der untere konvexe oder konkave Bereich mit einem
endständigen unteren Kreisbogen in den geradlinigen Bereich mit
einem stetigen Verlauf übergeht.
Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung der Trichtergeometrie
ergibt sich durch die Maßnahme, daß die Krümmungen der einzelnen
Abschnitte der Breitseitenwände mit solchen Radien ausgebildet sind,
daß die größte lokale Längenänderung Deltamax (%/m) beim Übergang von
einem Horizont auf einen darunterliegenden Horizont den vierfachen
Wert der über den Trichterbereich ohne Berücksichtigung von par
allelwandigen Abschnitten gemittelten lokalen Längenänderungen,
insbesondere einen Wert von 2,0%/m nicht übersteigt.
Und schließlich sieht die Erfindung eine Verwendung der beanspruch
ten Kokille für das Stranggießen von vergleichsweise zu extrem hoher
Schrumpfung neigenden peritektischen Kohlenstoffstählen und auste
nitischen nichtrostenden Stählen vor.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Erläuterung von Längenänderungen der
Innenkontur einer Kokille in unterschiedlichen Horizonten des
Eingießbereichs durch deren Darstellung in den dreidimensionalen
Diagrammen.
Es zeigen:
Fig. 1 im Schnitt entlang der Mittelachse drei verschiedene
trichterförmige Innenkonturen 4, 4', 4'' der Breitseiten
wand einer Kokille nach der Erfindung;
Fig. 2a Längenänderungen der Innenkontur im Eingießbereich sowohl
in unterschiedlichen Abständen von der Kokillenoberkante
als auch von der Kokillenmitte;
Fig. 2b eine andere Darstellung der Längenänderung, ebenfalls in
Abhängigkeit der Abstände von der Kokillenoberkante wie
der Kokillenmitte;
Fig. 3a Längenänderungen der Innenkontur im Eingießbereich einer
herkömmlichen Kokille, ebenfalls im Abstand sowohl der
Kokillenoberkante als auch von der Kokillenmitte;
Fig. 3b in anderer Darstellung Längenänderungen der Innenkontur
im Eingießbereich einer herkömmlichen Kokille in Abhän
gigkeit sowohl des Abstandes von der Kokillenoberkante,
als auch von der Kokillenmitte.
Die in Fig. 1 dargestellten drei unterschiedlichen Trichterkonturen
der Breitseitenwand einer Kokille besitzen einen trichterförmig in
Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Ein
gießbereich A oder einen trichterförmig in Gießrichtung zum Format
des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich B und einen sich
anschließenden im wesentlichen parallelwandigen Bereich C. Dieser
Kokillenbereich bzw. der Kokillenaustritt muß nicht parallele
Austrittsflächen bzw. Austrittskanten haben. Der untere Kokillenbe
reich bzw. der untere Kokillenaustritt kann im mittleren Bereich
durchaus eine kleine Wölbung von 1 bis 15 mm pro Breitseitenwand
aufweisen.
Im Trichterbereich A sind die Trichterkonturen der Breitseitenwände
4 entlang einer die Kokillenoberkante 1 und die Kokillenunterkante
3 verbindenden Geraden von oben nach unten zuerst mit einem konkaven
Abschnitt a und daran anschließend mit einem konvexen Abschnitt b
ausgebildet. Dabei ist ersichtlich, daß die Innenkontur 4 der
Breitseitenwände über die Abschnitte a und b einen sinusförmigen
Verlauf aufweist.
Im Trichterbereich B sind die Trichterkonturen der Breitseitenwände
4' bzw. 4'' entlang einer die Kokillenoberkante 1 und den Beginn
des parallelwandigen Bereichs 2 verbindenden Geraden von oben nach
unten zuerst mit einem konkaven Abschnitt a' bzw. a'' und daran
anschließend mit einem konvexen Abschnitt b' bzw. b'' und c''
ausgebildet.
Auch in diesem Beispiel weisen die Innenkonturen 4' bzw. 4'' der
Breitseitenwände über die Abschnitte a' und b' bzw. a'' und b''
einen sinusförmigen Verlauf auf.
Fig. 1 zeigt außerdem, daß der konvexe Abschnitt b'' mit einem
endständigen, unteren Kreisbogen c'' in den parallelwandigen Bereich
d'' mit einem stetigen Verlauf übergeht.
Erfindungswesentlich für die Trichtergeometrie ist weiterhin die
Maßnahme, daß jeder der konkaven Abschnitte a, a' und a'' bzw. der
konvexen Abschnitte b, b' und b'' sowohl eine in deren Verlauf
gleichbleibende, als auch eine veränderliche Krümmung aufweisen
kann.
Bei der untersuchten Trichtergeometrie sind die Krümmungen der
Abschnitte a, b, a', b', a'', b'', c'' mit solchen Radien ausgebil
det, daß die größte lokale Längenänderung beim Übergang von einem
Horizont auf einen darunterliegenden Horizont Deltamax einen Wert von
2,0%/m und gleichzeitig den vierfachen Wert der über den Trichter
bereich ohne Berücksichtigung der parallelwandigen Abschnitte d'
und d'' gemittelten lokalen Längenänderungen nicht übersteigt.
Fig. 2a und Fig. 2b zeigen im dreidimensionalen Diagramm die
Verteilung der Formänderung im Trichterbereich der Breitseitenwand
einer Kokille mit folgenden Parametern:
950 mm Trichterbreite, 45 mm Trichtertiefe an der Oberkante der Kokillenplatte, 900 mm Trichterlänge, sinusförmige horizon tale Kontur.
950 mm Trichterbreite, 45 mm Trichtertiefe an der Oberkante der Kokillenplatte, 900 mm Trichterlänge, sinusförmige horizon tale Kontur.
Bei einer gemäß Fig. 1 sinusförmig ausgebildeten vertikalen Kontur
4' des Eingießbereichs mit einer Amplitude von 1,52 mm beträgt die
maximale lokale Änderung 1,90%/m und die über die Bereiche a' und
b' und die Trichterbreite gemittelte Längenänderung 0,50%/m.
Das gleiche Bild ergibt Fig. 3a und Fig. 3b für dieselbe Kokille
herkömmlicher Bauart, bei der die vertikale Kokillenkontur der
Breitseite durch eine gerade Linie ausgebildet ist. In diesem Fall
ist die maximale lokale Längenänderung mit 2,44%/m wesentlich
größer. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Verteilung der Form
änderung wesentlich ungleichmäßiger und im Bereich der Kokillen
oberkante, wo die Strangschalenbildung am empfindlichsten ist,
besonders groß ist. Gerade diese Nachteile werden mit der Erfindung
vermieden.
Claims (12)
1. Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breit
seiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in
Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten
Eingießbereich,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände
in Gießrichtung von oben nach unten wenigstens je zwei Punkte
mit der Eigenschaft aufweisen, daß sie eine Gerade bestimmen,
entlang derer die Innenkonturen der Breitseitenwände mit
wenigstens einem konkaven und wenigstens einem konvexen Ab
schnitt beliebiger Abfolge ausgebildet sind.
2. Kokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Trichterbereich die Innenkonturen (4) der Breitseiten
wände wenigstens entlang einer Teillänge einer von der Kokil
lenoberkante (1) bis zur Kokillenunterkante (3) gezogenen
Geraden in Gießrichtung von oben nach unten wenigstens mit
einem konkaven Abschnitt (a) und einem konvexen Abschnitt (b)
beliebiger Abfolge ausgebildet sind.
3. Kokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Trichterbereich die Innenkonturen (4' bzw. 4'') der
Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante (1) und
den Beginn (2) eines unteren vertikalen Abschnitts (d' bzw.
d'') verbindenden Geraden in Gießrichtung von oben nach unten
mit wenigstens einem konkaven Abschnitt (a' bzw. a'') und mit
wenigstens einem konvexen Abschnitt (b bzw. b'' und c'')
beliebiger Abfolge ausgebildet sind.
4. Kokille nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß konkave Abschnitte (a, a', a'') und konvexe Abschnitte (b,
b', b'') unmittelbar oder mit einer Zwischenkontur ineinander
übergehen.
5. Kokille nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände
von oben nach unten zuerst mit einem konkaven Abschnitt (a,
a', a'') und daran anschließend mit einem konvexen Abschnitt
(b, b', b'' und c'') ausgebildet sind.
6. Kokille nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenkonturen der Breitseitenwände nicht parallel
zueinander verlaufen.
7. Kokille nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenkonturen (4, 4', 4'') der Breitseitenwände wenig
stens über einen oder mehrere Teilbereiche (a, b, a', b', a'',
b'', c'') einen kreisbogenförmigen Verlauf oder einen trigono
metrischen, wie zum Beispiel sinusförmigen Verlauf aufweisen.
8. Kokille nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der untere konvex/konkave Abschnitt (b'') der Breitseiten
wände mit einem endständigen Kreisbogen (c'') in den unteren,
vorzugsweise parallelwandigen Abschnitt (d'') mit einem steti
gen Verlauf übergeht.
9. Kokille nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der konkaven Abschnitte (a, a', a'') und der konvexen
Abschnitte (b, b', b'', c'') sowohl eine in deren Verlauf
gleichbleibende, als auch eine veränderliche Krümmung aufweist.
10. Kokille nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwecks gleichmäßiger Verteilung der Formänderung über den
Eingießbereich die maximale Formänderung in allen Horizonten
der oberen Kokillenhälfte gleich oder im wesentlichen gleich
ist.
11. Kokille nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Krümmungen der Abschnitte (a, b, a', b', a'', b'', c'')
mit solchen Radien ausgebildet sind, daß die größte lokale
Längenänderung (Deltamax) beim Übergang von einem Horizont auf
einen darunterliegenden Horizont den vierfachen Wert der über
den Trichterbereich ohne Berücksichtigung der parallelwandigen
Abschnitte (d' und d'') gemittelten lokalen Längenänderungen,
insbesondere einen Wert von 2,0%/m nicht übersteigt.
12. Verwendung der Kokille mit einer Trichtergeometrie nach den
Ansprüchen 1 bis 11, für das Stranggießen von vergleichsweise
zu extrem hoher Schrumpfung neigenden peritektischen Kohlen
stoffstählen und austenitischen nichtrostenden Stählen.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8141 | Disposal/no request for examination |