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Anordnung in einer horizontal arbeitenden Stranggießanlage
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung in einer horizontal
arbeitenden Stranggießanlage, bei der an einer im unteren Teil eines Ofens für eine
Metallschmelze angeordnete Ausmündung eine horizontal liegende Kokille, vorzugsweise
aus Graphiteinsätzen, vorgesehen ist, die von einem von Kühlmittel durchflossenen
Kühler umgeben ist.
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Derartige Stranggießanlagen sind für das Stranggießen von Bändern,
Stangen, Rundbarren, Profilen, Rohren und dgl. bekannt. Sie werden für das Stranggießen
von Stahl- und Nichteisenmetallen in letzter Zeit mehr und mehr gegenüber vertikal
arbeitenden Stranggießanlagen bevorzugt.
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Die Arbeitsweise mit einer eingangs genannten Stranggießanlage ist
wie folgt: Der als Warmhalteofen ausgebildete Ofen für die Metallschmelze wird vorgeheizt
und zu Beginn der Erzeugung mit flüssigem Metall aus dem Schmelzbetrieb gefüllt.
Während des Betriebes der Anlage wird abhängig von der Erzeugungsleistung
in
Zeitabständen jeweils eine Menge flüssiges Metall nachgefüllt, so daß immer eine
gewisse Mindestmenge Metallschmelze im Warmhalteofen vorhanden ist. Die Schmelze
fließt aus dem Warmhalteofen in eine vorzugsweise aus Graphiteinsätzen bestehende
Kokille, die im unteren Teil angebracht ist und mit Hilfe eines Kühlers mit Wasser
gekühlt wird. In der Kokille erstarrt die Schmelze und wird durch eine Ziehmaschine
als Strang herausgezogen. Anschließend trennt eine Säge den Strang in die gewünschten
Fertigungslängen.
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Entscheidend für die Gießgeschwindigkeit einer solchen Anlage bzw.
die Geschwindigkeit, mit der der Strang aus der Kokille herausgezogen werden kann,
ist der Wärmehaushalt. Die dem Warmhalteofen und der Schmelze zugeführteWärme ist
der Schmelze in der Kokille wieder zu entziehen, um das Erstarren der Schmelze zu
dem gewünschten Strang zu erreichen. Die dem Warmhalteofen zugeführte Wärme wird
im wesentlichen auf drei Wegen wieder abgeführt: a) durch direkte Wärmeverluste
vom Metall und Ofen an die Umgebung, b) durch Wärmeabführung durch den Kühler bzw.
das Kühlwasser, c) durch Wärmeabgabe vom gegossenen Strang an die Umgebung.
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Die über den Kühler gemäss b) abgeführte Wärmemenge setzt sich zusammen
aus 1. der Erstarrungswärme des Metalles und der Wärmemenge, die zur Abkühlung des
Bandes auf Bandaustrittstemperatur abgegeben wird, 2. der Rückkhlungswärme. Das
ist jene Wärmemenge, die vom Kühler durch das in die Kokille strömende bzw. in der
Kokille stehende Metall durch Wärmeleitung aus der Schmelze im Warmhalteofen aufgenommen
wird, sowie, und zwar zum überwiegenden
Teil, durch die Graphiteinsätze
der Kokille von der Ofenseite her zum Kühler geleitet wird. Die Graphiteinsätze
der Kokille sind sehr gute Wärmeleiter. Geringe Wärmemengen, die durch das feuerfeste
Material des Anbausystems zwischen Ofen und Kokille zum Kühler durchdringen, können
vernachlässigt werden (vgl.
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Fig. 1).
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Der Kühler nimmt somit zwei Arten von Wärme auf, einmal die als Nutzwärme
zu bezeichnende Wärme (1), die zur Erstarrung des Materials und Abkühlung auf Raumtemperatur
abzuführen ist,und die als Rückkühlungswärme zu bezeichnende Wärme (2), die praktisch
einen Energieverlust darstellt, da deren Abführung an sich unerwünscht ist.
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Ältere Messungen zeigten, daß das Verhältnis zwischen abgeleiteter
Nutzwärme zur abgeleiteten Gesamtwärme in ungünstigen Fällen kleiner als o,5 war.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Quozienten aus vom Kühler abgeführter
Nutzwärme zur abgeleiteten Gesamtwärme dem Wert 1 anzunähern, so daß eine wesentlich
höhere Gießgeschwindigkeit erreicht werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten
Art vorgeschlagen, daß die Kokille im der Ausmündung des Ofens zugewandten Bereich
mit einer sich zumindest teilweise über ihren Querschnitt erstreckenden wärmeisolierenden
und/oder wärmereflektierenden Dämmschicht versehen ist. Für die Dämmschicht geeignet
sind alle genügend feuerfesten isolierenden und/oder reflektierenden Werkstoffe.
Die Dicke der Dämmschicht kann sowohl einige hundertstel Millimeter als auch einige
Zentimeter betragen.
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Es hat sich gezeigt, daß durch diese einfache Maßnahme das Verhältnis
der durch den Kühler abgeführten Nutzwärme zur
abgeführten Rückkühlungswärme
erheblich zugunsten der abgeführten Nutzwärme verschoben werden kann. Es hat sich
gezeigt, daß die Gießgeschwindigkeit bis über 308 gegenüber herkömmlichen Anlagen
erhöht wird. Bisher sind die die Kokille bildenden Graphiteinsätze gegenüber der
Schmelze ofenseitig nicht abgeschirmt worden, man hat im Gegenteil für einen guten
Kontakt zwischen Graphiteinsätzen und Schmelze noch dadurch gesorgt, daß die Graphiteinsätze
durch die Ausmündung des Ofens in die Schmelze hineinragen. Offenbar in dem Bestreben,
durch den Kontakt zwischen Schmelze und Graphiteinsätzen einen zu starken Temperatursprung
in der Schmelze vor Erreichen der eigentlichen Erstarrungszone möglichst zu vermeiden.
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Trotz Anordnung der erfindungsgemässen Dämmschicht entsteht ein sich
auf den Gießvorgang auswirkender Temperatursprung nicht, da die Abziehgeschwindigkeit
des Stranges, wie angestrebt, erheblich erhöht wird, so daß die Erstarrungszone
innerhalb der Kokille (und des Kühlers) praktisch an der gleichen Stelle bleibt.
Dann muß trotz der Anordnung der Dämmschicht das Temperaturgefälle innerhalb der
Kokille auch etwa gleich bleiben.
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Somit ergibt sich überraschend der wesentliche Effekt der Erhöhung
der Gießgeschwindigkeit unter voller Ausnutzung der Kühlerkapazität allein für die
Abführung der Nutzwärme.
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Zwar ist es beispielsweise aus der DT-OS 1 957 332 bekannt geworden,
eine Stranggießkokille zumindest in dem mit der Schmelze in Berührung kommenden
Bereich mit einem Einsatz aus einem Material mit einer gegenüber dem Material des
Kokillen-Grundkörpers geringeren Wärmeleitfähigkeit zu versehen. Dieser dient jedoch
allein dazu, die Oberfläche des gegossenen Stranges zu verbessern und beispielsweise
Rißbildungen vorzubeugen.
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Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet. Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen:
Fig. 1 schematisch im Schnitt und Ausschnitt
den Kokillenbereich einer horizontal arbeitenden Stranggießanlage; Fig. 2 schematisch
in gegenüber der Fig. 1 verkleinertem bis 5 Maßstab verschiedene Anordnungen der
erfindungsgemäßen Dämmschicht; Fig. 6 schematisch die Anordnung einer erfindungsgemäss
als Sperrschicht ausgebildeten Dämmschicht; Fig. 7 und 8 Schnittansichten entlang
der Linie A-B in Fig. 6; Fig. 9 in Ansicht verschiedene Ausführungen von sich über
bis 11 den ganzen Kokillenquerschnitt erstreckenden Abschirmplatten.
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Aus Fig. 1 ist schematisch im Schnitt die bisher übliche Anordnung
einer horizontalen Kokille in einer Stranggießanlage ersichtlich. An die Ausmündung
1 in der Wandung 2 eines Warmhalteofens schließt sich eine Kokille 3 an. Diese wird
aus Graphiteinsätzen 4 gebildet, die in einer nicht dargestellten Haltevorrichtung
zusammen mit einem wasserdurchflossenen Kühler 5 und einem feuerfesten Anflanschmaterial
6 gehalten sind. In Fig. 1 links aus der Kokille wird der erstarrte gegossene Strang
7 abgezogen. Der Spiegel der im Ofen befindlichen Metallschmelze 8 ist mit 9 bezeichnet.
Die Erstarrungszone in der Kokille 3 ist bei 1o angedeutet. Die Pfeile 11 deuten
den Wärmefluß aus der Schmelze 8 zum Kühler 5 an. Dabei deuten die Pfeile 12 etwa
den erwünschten Nutzungswärmefluß an und die Pfeile 13 den unerwünschten Rückkühlungswärmefluß.
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Zur Vermeidung der Abführung der Rückkühlungswärme ist gemäss Fig.
2-5 eine wärmeisolierende und/oder wärmereflektierende Dämmschicht 14 an den dem
Ofeninnenraum zugewandten Stirnflächen der Kokilleneinsätze 4 angeordnet. Bei der
Ausführung nach
Fig. 2 liegt die Dämmschicht 14 vor den bündig mit
dem Anflanschmaterial 6 abschließenden Stirnseiten der Kokilleneinsätze 4. Nach
Fig. 3 schließt die Dämmschicht 14 bündig mit dem Anflanschmaterial 6 ab. Nach Fig.
4 ist die Dämmschicht 14 versenkt angeordnet. Bei der Ausführung nach Fig. 5 überdeckt
die'Dämmschicht 14 teilweise das feuerfeste Anflanschmaterial 6.
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Nach Fig. 6 ist die Dämmschicht als im der Ausmündung 1 des Ofens
zugewandten Bereich in die Kokilleneinsätze 4 eingelassene Sperrschicht 15 ausgebildet.
Es können auch mehrere derartige Sperrschichten 15 hintereinander angeordnet sein.
Die Unterbrechung des Kokillenwerkstoffes kann beliebig durch einzelne Segmente
oder in Form einer geschlossenen Sperrschicht 15 erfolgen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich,
erstreckt sich dieSperrschicht 15 über den ganzen Querschnitt der Kokilleneinsätze
4.
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Bei der Ausführung nach Fig. 8 besteht die Sperrschicht 15 aus mehreren,
über den Querschnitt der Kokilleneinsätze 4 verteilten Sperrschichtteilen 15'.
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Bei der Ausführung nach den Fig. 9-11 ist die erfindungsgemässe DGEmschicht
als Abschirmplatte 16, 16', 16n ausgebildet. Die Abschirmplatte kann sowohl entsprechend
der Dämmschicht 14 in den Fig. 2 - 5 als auch entsprechend der Sperrschicht 15 in
Fig. 6 angeordnet sein. Wesentlich ist, daß die Abschirmplatte auch einen Teil der
öffnung der Kokille 3 abschirmt, so daß ein Rückkühlungswärmefluß auch durch die
vor der Erstarrungszone in der Kokillenöffnung befindliche Metallschmelze vermindert
wird. Der Durchtritt der Schmelze durch die Abschirmplatte 16 bzw. 16' bzw. 16"
wird durch einen Schlitz 17, durch nebeneinanderliegende Kreisöffnungen 18 oder
durch nebeneinanderliegende, einem Quadrat angenäherte oeffnungen 19 ermöglicht.
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Als Verbindungs- und Befestigungsarten für die Dämmschicht, Sperrschicht
bzw. Abschirmplatte aus isolierendem und/oder reflektierendem Material kommen Kleb-,
Schraub-, Steck-, Klemm-oder andere Verbindungsarten in Betracht. Nachstehend werden
zwei Anwendungsbeispiele erläutert.
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Beispiel 1: Die dem Ofen zugewandten Stirnflächen der Graphitkokille
werden mit einem nochfeuerfesten Kleber (z.B. Coating - Cement Q F -180 weiß, Fa.
Carborundum, Düsseldorf) eingestrichen. Ein solcher Anstrich allein reflektiert
schon den überwiegenden Teil der Wärmestrahlung und besitzt recht gute isolierende
Eigenschaften.
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Durch Aufkleben einer oder mehrerer Lagen einer Keramikfaser - Papiers
(z.B. Fiberfrax - Papier, auch Fa.Carborundum) kann die Isolierwirkung dieser Schicht
wesentlich verbessert werden.
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Beispiel 2: Auf den Enden der Graphiteinsätze wird mit Hilfe geeigneter
Schablonen'eine gut isolierende Spezialstampfmasse mit geringer Schwindung aufgebracht.
Bei dieser Ausführung ist es günstig, wenn die Graphiteinsätze im feuerfesten Anflanschmaterial
versenkt angeordnet sind, so daß die Isoliermasse mit dem letzteren bündig gestampft
werden kann. (vgl. Fig. 3) Ansprüche: