DE2521218A1 - Oszillierbare kokille mit in stranglaufrichtung kreisbogenfoermigem formhohlraum - Google Patents

Description

CONCAST AG ZUERICH (SCHWEIZ)

Oszillierbare Kokille mit in Stranglaufrichtung kreisbogenförmigem Formhohlraum

Die Erfindung betrifft eine oszillierbare Kokille mit in Stranglaufrichtung kreisbogenförmigem Formhohlraum zum Kühlen eines sich bildenden, im wesentlichen rechteckigen Stahlstranges, bestehend aus einer ersten Kühleinrichtung mit indirekter Kühlung und einer zweiten Kühleinrichtung mit streifenförmigen Stützflächen und dazwischenliegenden Kühlwasserkanälen, wobei diese Kühlwasserkanäle mit Wasserzuführungen versehen sind.

Beim Stranggiessen von Stahl, insbesondere mit hohen Giessgeschwindigkeiten, ist das Erzeugen einer gleichmässigen, möglichst dicken Strangkruste beim Austritt des Stranges aus der Kokille von grosser Bedeutung.

Durch das Schwinden der Strangkruste innerhalb der Kokille hebt sich diese von der Kokillenwand ab und erzeugt je nach Strangquerschnitt und Konizität des Formhohlraumes ein, über den Umfang gesehen, unregelmässiges Anliegen des Stranges an der Kokillenwand. Durch dieses unregelmässige Anliegen bildet sich, speziell im unteren Teil der Kokille, eine Strangkruste, die am Kokillenausgang unterschiedlich dick ist und die bekannten Nachteile wie Spiesskantigkeit, Risse, Durchbrüche etc. aufweist.

Zur Erzeugung von Strängen mit, über den Umfang gesehen, gleichmässiger Krustendicke am Kokillenausgang wären deshalb kurze Kokillen mit nachfolgender Sprühkühlung vorteilhaft. Die Strangkrustendicke ist aber beim Austritt aus solchen Kokillen dünn und deshalb sehr durchbruchanfällig, so dass bereits kleinste Fehlerstellen in der Strangkruste Durchbrüche verursachen können, weshalb in Bezug auf Durchbrüche lange Kokillen vorzuziehen wären. Solche lange Kokillen haben aber im unteren Teil eine sehr kleine und, im Umfang gesehen, unregelmässige Kühlleistung. Sie sind zur Erzeugung gleichmässig dicker Strangkrusten und somit für ein schnelles und durchbruchsicheres

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Giessen, speziell bei Knüppel- und Vorblockquerschnitten, nicht geeignet.

Es ist eine oszillierbafe Kokille mit kreisbogenförmigem Formhohlraum bekannt, die, in Stranglaufrichtung gesehen, hintereinander zwei verschiedene Kühleinrichtungen aufweist. Die erste Kühleinrichtung besteht aus gekühlten Wänden, die die sich darin bildende Strangkruste indirekt kühlen. Dieser ersten Kühleinrichtung folgt unmittelbar anschliessend eine zweite Kühleinrichtung, die mit Stützflächen und dazwischenliegenden streifenförmigen Kühlwasserkanälen versehen ist. Diese auf der Strangeinlaufseite offenen Kühlwasserkanäle sind mit Wasserzuführungen zum direkten Kühlen des Stranges versehen. Diese Kokille hat jedoch den Nachteil, dass der sich in den Kühlwasserkanälen bildende Dampf in den Schrumpfspalt zwischen der Kokillenwand und dem Strang im Indirekt gekühlten Kokillenteil bis zum Badspiegel hochsteigen und dabei Explosionen verursachen kann. Zusätzlich zu diesem Nachteil weist diese Kokille aber noch einen weiteren Mangel auf. Bei beginnenden Durchbrüchen, die sich in den Kühlwasserkanälen durch Erstarren wieder verschliessen, entstehen gegenüber der Strangoberfläche vorstehende bart- oder tränenartige Unebenheiten. Bei einem grösseren, beginnenden Durchbruch kann eine so entstandene Heilstelle auf kurzer Strecke sogar den gesamten Hohlraum des Kühlwasserkanals ausfüllen. Durch die Relativbewegung zwischen der oszillierenden Kokille und dem sich bewegenden Strang werden auf solche geheilte Stellen durch die geraden seitlichen Begrenzungsflächen dieser Kanäle Abschermomente wirksam, die diese Stellen wieder aufreissen können. Dadurch wird einerseits die durchbruchverhütende Wirkung dieser Kühleinrichtung wesentlich reduziert, und andererseits die durch Eindringen von Wasser in die "aufgerissene Strangkruste auftretende Explosionsgefahr wesentlich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kokille zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile nicht mehr aufweist. Dabei soll diese Kokille im unteren Bereich derselben über eine hohe und einstellbare Kühlleistung verfügen, um Stahlstränge mit hoher Giessgeschwindigkeit bei vermindertem Durchbruchrisiko und guter Stranggeometrie zu erzeugen. Insbesondere soll aber ein Wiederaufreissen von innerhalb der Kühleinrichtung geheilter Durchbrüche und der dadurch bedingten Explosionsgefahr durch Eindringen von Wasser bzw. Dampf in den Strang beseitigt werden.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen der ersten und zweiten Kühleinrichtung ein allseitig offener Zwischenraum angeordnet ist, und dass in der zweiten Kühleinrichtung der Verlauf der Kühlwasserkanäle in den beiden den geraden Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden in Stranglaufrichtung dem Kreisbogen des Formhohlraumes folgt.

Die erfindungsgemässe Kokille ermöglicht den Strang im unteren Kokillenbereich intensiv und den erforderlichen Verhältnissen anpassbar zu kühlen, ohne dass Explosionen durch in den Spalt zwischen der Kokille und dem Strang eindringenden, in den Bereich des Badspiegels aufsteigenden Dampf entstehen können. Im Gegensatz zu den, gemäss dem Stand der Technik, gerade oder schräg zur gebogenen Stranglängsachse verlaufenden Kühlwasserkanälen können die in den erfindungsgemässen Kühlwasserkanälen geheilten Durchbrüche ohne Beanspruchung durch eine auf die Strangkruste wirkende Scherkomponente ausgezogen werden, wodurch die Durchbruchsrate bei hohen Giessgeschwindigkeiten wesentlich reduziert und die Explosionsgefahr durch ein Eindringen von Wasser in beschädigte Strangkrusten ausgeschaltet wird. Die direkte Kühlung in der letzten Kühleinrichtung erzeugt auch bei hohen Giessgeschwindigkeiten eine ausreichend dicke und gleichmässige Kruste, so dass insbesondere Knüppel- und Vorblockformate mit guter Stranggeometrie herstellbar sind.

Zur Verbesserung der Kühlwirkung der beiden den gebogenen Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden, aber auch zur Erhöhung der Gleichmässigkeit der Direktkühlung innerhalb der Kokille zwischen den den gebogenen und den geraden Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden ist es, gemäss einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung, von Vorteil, wenn die Tiefe der Kühlwasserkanäle in den beiden den gebogenen Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden konstant ist.

Der in einem Kühlwasserkanal geheilte Durchbruch bildet gegenüber der Strangoberfläche eine vorstehende bartartige Unebenheit, die beim Schwinden der Strangkruste mit einer die Breite des Kühlwasserkanales begrenzende Fläche verklemmen bzw. ein Schermoment ausüben kann. Um diesen Nachteil auszuschalten, ist es von Vorteil, wenn die Breite der Kühlwasserkanäle in Stranglaufrichtung zunimmt. Zusätzliche Vorteile in Bezug auf das Ablösen solcher Unebenheiten von der Kokillenwand sind erreichbar, wenn die Tiefe der Kühlwasserkanäle in den

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Kokillenwänden in Stranglaufrichtung zunimmt.

Um grosse Toleranzen für die Herstellung und Adjustierung solcher mit Kühlwasserkanälen versehenen Kokillenwänden zu erlauben, kann, nach einem Kennzeichen der Erfindung, die Begrenzungslinie des Querschnittes der Kühlwasserkanäle aus einem mittleren konvexen und zwei seitlichen konkaven Kurven bestimmt sein.

Um zu verhindern, dass Zunder und/oder Giesspulverschlacke den allseitig offenen Kokillenhohlraum zusetzen, kann mit Vorteil der allseitig offene Zwischenraum auf der dem Kokillenausgang näheren Seite durch vom Strang weg abfallend geneigte Flächen begrenzt sein. Die gemeinsamen Kanten, die diese geneigten Flächen und die dem Strang zugekehrten Seiten bilden, können als Abstreifkante ausgebildet sein. Im weiteren ist es möglich, die geneigten Flächen durch Wasser, Pressluft etc. sauber zu halten.

Eine wirkungsvolle und gleichmässige Kühlung bei einem geringen Wasserdruck ist nach einer vorteilhaften Ausbildung erreichbar, wenn die Wasserzuführungen auf der strangeinlaufseitigen Stirnseite der Kühlwasserkanäle angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren eines Beispiels zu entnehmen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Kokille und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Kokille mit in Stranglaufrichtung kreisbogenförmigem Kokillenhohlraum für beispielsweise quadratische Knüppel oder Vorblöcke bezeichnet. Durch einen schematisch dargestellten Oszillationsantrieb 2 wird die Kokille 1 oszilliert. Die Kokille 1 ist mehrteilig und besteht im wesentlichen aus den einander sich folgenden Kühleinrichtungen 3 und 6. Die Kühleinrichtung 3 entspricht, in Stranglaufrichtung gesehen, der ersten Kühleinrichtung mit indirekter Kühlung und besteht aus den den Kokillenhohlraum begrenzenden wassergekühlten Kupferwänden 9. Diese Wände sind vorteilhaft konisch, so dass sich der Kokillenhohlraum der Schwindung entsprechend verjüngt. Mit 4 ist ein allseitig offener Zwischenraum dargestellt.

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Sprühdüsen 10 können in diesem offenen Kokillenhohlraum den Strang besprühen. Dadurch kann der Strang vor dem Eintritt in die Kühleinrichtung 6 den Bedürfnissen entsprechend intensiv gekühlt werden.

Die zweite Kühleinrichtung 6 ist in diesem Beispiel auf der Einlaufseite zusätzlich noch mit einem den Strang stützenden und indirekt kühlenden Stützelement 11 versehen. Dieses quer zur Stranglaufrichtung 13 um den Kokillenhohlraum verlaufende Stützelement 11 ist mit Abstreifkanten 12 versehen. Der allseitig offene Zwischenraum 4 ist strangauslaufseitig durch vom Strang weg abfallend geneigte Flächen 15 begrenzt.

Dieser der ersten Kühleinrichtung 3 anschliessende allseitig offene Zwischenraum 4 ist in Stranglaufrichtung 13 vorzugsweise 3-20 mm lang. Diese Länge wird in der Regel so gewählt, dass die Durchlaufzeit des Stranges durch diesen offenen Kokillenhohlraum weniger als 1 Sekunde beträgt. Bei Knüppelformaten, wie beispielsweise 120xl20mm beträgt bei einer Giessgeschwindigkeit von 4 m/min die Durchlaufzeit bei einer Höhe der Zwischenzone 12 mm 0,18 Sek. In solchen kurzen Zeitabschnitten haben eventuell beginnende Durchbrüche zu wenig Zeit, sich zu einem unheilbaren Durchbruch zu entwickeln.

Die zweite Kühleinrichtung 6 besteht im wesentlichen aus streifenförmig angeordneten Stützflächen 17 und dazwischenliegenden, einen halbrunden Querschnitt aufweisenden Kühlwasserkanäle 18. Diese Kühlwasserkanäle 18 sind mit Wasserzuführungen 19 versehen. Die Begrenzung der Breite 40 der Kühlwasserkanäle 18 in den beiden den geraden Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden 45 sind in Stranglaufrichtung 13 dem Kreisbogen des Formhohlraumes entsprechend gekrümmt. Die Tiefe 41 der Kühlwasserkanäle 18 in den beiden den gebogenen Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden 44 sind dem Kreisbogen entsprechend angepasst. Zusätzlich zur kreisbogenförmigen Anpassung der Breiten- bzw. Tiefenbegrenzung der Kühlwasserkanäle 18 kann die Breite der Kühlwasserkanäle 18 in Stranglaufrichtung 13 zunehmen. In diesem Beispiel divergiert aber auch die Begrenzung der Tiefe 41 der Kühlwasserkanäle 18 in Stranglaufrichtung 13. Der durch das Divergieren sich bildende Konus beträgt dabei etwa 1%.

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Die Breite 40 solcher Kühlwasserkanäle 18 und die Breite der Stützflächen 17 kann je nach Strangformat zwischen 5-50 mm gewählt werden. Bei einem Knüppelformat 100 χ 100 mm haben sich 10 mm breite Kühlwasserkanäle 18 und 10 mm breite Stützflächen 17 gut bewährt.

Als Variante zu den halbkreisförmigen Begrenzungslinien des Querschnittes der Kühlwasserkanäle in der oberen Hälfte der Fig. 2 sind in der unteren Hälfte solche mit einer mittleren konvexen und zwei seitlichen konkaven Kurven dargestellt, d.h. die Begrenzungslinie des Querschnittes besteht aus einem Radius 48 und zwei Abrundungen

Die Kühlleistung der Kühleinrichtung 6 ist einerseits durch die einstellbare Wassermenge und andererseits durch die Tiefe 41 der Kühlwasserkanäle 18 bestimmbar, wobei mit abnehmender Tiefe 41 bei gleicher Wassermenge die Kühlleistung grosser wird. In der Regel werden diese Kanäle bis etwa 4 mm Tiefe hergestellt. Die Zuführungen 19 für das Kühlwasser in diese Kanäle werden mit Vorteil stirnseitig so angebracht, dass das Kühlwasser entlang des Stranges in seiner Laufrichtung 13 fliesst. Es ist aber auch möglich, das Wasser quer zur Stranglaufrichtung 13 in die Kanäle einzuführen. Die Kanäle 18 können sich aber auch durchgehend über die gesamte Länge der Kühleinrichtung 6 erstrecken. Dabei kann das Wasser in einem Durchbruchsfall innerhalb der Kühleinrichtung 6 und bei einem Verschluss solcher Kanäle nach oben entweichen.

Die Kühleinrichtung 6 ist über einen Tragrahmen 43 mit der Kühleinrichtung 3 verbunden. Mittels einer nicht dargestellten Einstellvorrichtung, beispielsweise Schrauben, kann der Giesskonus der Kühleinrichtung 6 unabhängig gegenüber demjenigen der Kühleinrichtung 3 eingestellt werden. Um den Strang in der Kühleinrichtung 6 besser zu" führen und den Abrieb der Einrichtung 6 durch den Strang zu vermindern, kann an deren Auslauf mit Vorteil ein nicht gezeichneter Rollenkranz angebracht werden.

In der Kühleinrichtung 6, deren Länge 30 - 60% der ersten Kühleinrichtung 6 betragen kann, werden etwa 50 - 70% der Oberfläche der noch dünnen Strangkruste abgestützt. Die Strangoberfläche wird durch das vorbeiströmende Wasser intensiv gekühlt. Durch die hohe Fliessgeschwindigkeit des Kühlwassers in den einseitig offenen Kühlkanälen wird ein Druckanstieg innerhalb der Kanäle praktisch vollständig ver-

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hindert und bei einer allfällig beschädigten Strangkruste wird somit ein Eindringen von Dampf und Wasser in den Strang verunmöglicht.

Die Gesamtlänge der beschriebenen mehrteiligen Kokille beträgt beispielsweise für einen Knüppelquerschnitt 120 χ 120 mm und bei einer Giessgeschwindigkeit von 4 m/min 950 mm.

Die beschriebene Kokille kann auch bei Brammenformaten Anwendung finden.

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Claims (9)

ANSPRUECHE

1.)Oszillierbare Kokille mit in Stranglaufrichtung kreisbogenförmigem Formhohlraum zum Kühlen eines sich bildenden, im wesentlichen rechteckigen Stahlstranges, bestehend aus einer ersten Kühleinrichtung mit indirekter Kühlung und einer zweiten Kühleinrichtung mit streifenförmigen Stützflächen und dazwischenliegenden Kühlwasserkanalen, wobei diese Kühlwasserkanäle mit Wasserzuführungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (3) und der zweiten Kühleinrichtung (6) ein allseitig offener Zwischenraum (4) angeordnet ist, und dass in der zweiten Kühleinrichtung (6) der Verlauf der Kühlwasserkanäle (18) in den beiden den geraden Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden (45) in Stranglaufrichtung (13) dem Kreisbogen des Formhohlraumes folgt.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Kühlwasserkanäle (18) in den beiden den gebogenen Strangseiten zugeordneten Kokillenwänden (44) konstant ist.

3. Kokille nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Kühlwasserkanäle (18) in Stranglaufrichtung (13) zunimmt.

4. Kokille nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Kühlwasserkanäle (18) in den Kokillenwänden (44, 45) in Stranglaufrichtung (13) zunimmt.

5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungslinie des Querschnittes der Kühlwasserkanäle (18) aus einer mittleren konvexen und zwei seitlichen konkaven Kurven bestimmt ist.

6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der allseitig offene Zwischenraum (4) auf der dem Kokillenausgang näheren Seite durch vom Strang weg abfallend geneigte Flächen (15) begrenzt ist.

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7. Kokille nach einem der Ansprüche ± bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzuführungen (19) auf der strangeinlaufseitigen Stirnseite der Kühlwasserkanäle (18) angeordnet sind.

8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kühleinrichtung (3) und der zweiten (6) Sprühdüsen (10) angeordnet sind, die zum allseitig offenen Zwischenraum (4) gerichtet sind.

9. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des allseitig offenen Zwischenraumes (4) in Stranglaufrichtung (13) zwischen 3 bis 20 mm beträgt.

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