DE3819493A1 - Knueppel- bzw. vorblock-stranggiesskokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Knüppel- bzw. Vorblock- Stranggießkokille, insbesondere Stahl-Stranggießkokille, mit einer Rühreinrichtung zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes.

Es ist bekannt (AT-B-3 59 225, US-A-40 26 346, US-A- 29 44 309), die Erstarrung beim Stranggießen hochschmelzender Metalle, wie Stahl, durch Anlegen von rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldern zu beeinflussen, wobei metallurgische und technische Vorteile, insbesondere eine gleichmäßigere feinere Gefügestruktur des gegossenen Stranges, eine gleichmäßige Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse, eine bessere Wärmeabfuhr etc. erzielt werden. Das Anlegen des Drehfeldes erfolgt gemäß dem Stand der Technik im Kokillenbereich bzw. knapp darunter.

Das Gießen von Strängen mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt erfolgt je nach Schmelzenqualität im Freistrahl-Gießverfahren, bei dem ein frei aus einem oberhalb der Stranggießkokille in Stellung gebrachten Zwischengefäß austretender Gießstrahl in die Stranggießkokille fließt und in die im Kokillenhohlraum vorhandene Schmelze eindringt, oder im Tauchrohr- Gießverfahren, wobei ein am Zwischengefäß angeordnetes Gießrohr in die im Kokillenhohlraum befindliche Schmelze eintaucht, so daß der Gießstrahl unter Vermeidung von Luftkontakt in die im Kokillenhohlraum befindliche Schmelze gelangt. Der Gießspiegel ist mit einem Gießpulver bedeckt.

Im letzteren Fall ist die Schmelze durch das Tauchrohr und durch das Gießpulver vor Reoxidation geschützt, wobei jedoch beim elektromagnetischen Rühren darauf geachtet werden muß, daß keine zu heftige Bewegung der Schmelze am Gießspiegel auftritt, da sonst Gießpulver, das zur Schmierung der Strangschale beim Gleiten an der Kokille dient, in das Stranginnere gelangt und dort eingeschlossen wird.

Beim Freistrahl-Gießen, bei dem an den Kokillenwänden aufgebrachtes Öl anstelle von Gießpulver zur Schmierung verwendet wird, ist man hingegen bestrebt, am Gießspiegel eine möglichst starke Schmelzenrotation hervorzurufen (2 bis 3 Hertz), um die beim Eindringen des Gießstrahles in die in der Stranggießkokille befindliche Schmelze mitgerissenen Gase leichter zum Gießspiegel aufsteigen lassen zu können, also einen sogenannten Auswascheffekt zu erzielen.

Bekannte Stranggießkokillen mit Rühreinrichtungen unterscheiden sich je nach Tauchrohr- oder Freistrahl-Guß in ihrer Bauart, wobei insbesondere die Gestaltung der Rühreinrichtungen je nach gewähltem Gießverfahren getroffen ist.

Für Stahlwerke stellt sich oft das Problem, daß eine breite Palette von unterschiedlichen Stahlqualitäten strangzugießen ist, wobei für einige Stahlqualitäten - vor allem aluminiumberuhigte Stahlqualitäten - das Tauchrohr- Gießverfahren und für andere Stahlqualitäten - wie siliciumberuhigte Stähle - das Freistrahl-Gießverfahren aus metallurgischen Gründen vorzuziehen ist. Da ein Austausch der Stranggießkokillen bei einem Wechsel vom Freistrahl-Gießverfahren zum Tauchrohr-Gießverfahren bzw. umgekehrt zu viel Zeit benötigt, insbesondere beim Gießen kleinerer Mengen, hat man, um auf ein- und derselben Stranggießkokille beide Verfahren durchführen zu können, bezüglich der Bauart der Rühreinrichtung einen Kompromiß treffen müssen, der beiden Gießverfahren mehr oder weniger gerecht wurde, wobei jedoch für keines der Gießverfahren optimale Ergebnisse erzielt werden konnten.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Stranggießkokille der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die sowohl für das Tauchrohr-Gießverfahren als lauch für das Freistrahl-Gießverfahren einsetzbar ist, so daß bei beiden Gießverfahren eine optimale Gefügestruktur und geringstmögliche Einschlüsse sichergestellt sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stranggießkokille zum wahlweisen Gießen im Freistrahl- Gießverfahren oder im Tauchrohr-Gießverfahren mindestens eine Rühreinrichtung aufweist, die über die Höhe der Stranggießkokille verschiebbar und in unterschiedlichen Höhenpositionen festlegbar ist.

Die erfindungsgemäße Stranggießkokille erlaubt die Anwendung sowohl des Freistrahl-Gießverfahrens als auch des Tauchrohr-Gießverfahrens, ohne Umrüstarbeiten durchführen zu müssen. Um beim Freistrahl-Gießen einen optimalen Rühreffekt zu erzielen, wird die Rühreinrichtung in eine obere Position gebracht, wodurch die den Gießspiegel bildende Schmelze und die unmittelbar darunter liegende Schmelze gerührt wird, sodaß in die Schmelze mit dem Gießstrahl eingedrungene Gase wirkungsvoll ausgewaschen werden. Im Unterschied dazu wird beim Tauchrohr-Gießverfahren zur Vermeidung einer Badbewegung am Gießspiegel, der in diesem Fall vom Gießpulver bedeckt ist, die Rühreinrichtung in eine vom Gießspiegel entferntere Position gebracht, sodaß ein Rühren am Gießspiegel selbst nicht auftritt. Dadurch, daß für jedes der beiden Gießverfahren stets eine optimal angeordnete Rühreinrichtung zur Verfügung steht, ist es möglich, bei beiden Gießverfahren mit einer geringeren Leistung beim Rühren auszukommen, d.h. weniger Energie zu verbrauchen, als bei Stranggießkokillen, bei denen dies nicht verwirklicht ist.

Um eine zu große Abschirmung des elektromagnetischen Kraftfeldes durch die Stranggießkokille zu vermeiden, ist zweckmäßig die Rühreinrichtung in einem kühlmitteldurchflossenen, sich etwa über die ganze Höhe der Stranggießkokille erstreckenden Kokilleninnenraum angeordnet, wobei die Rühreinrichtung in einem geschlossenen Gehäuse, das in dem vom Kühlmittel durchflossenen Kokilleninnenraum eingesetzt ist, angeordnet ist und das geschlossene Gehäuse von einem Rühreinrichtungs-Kühlmedium durchströmt ist. Die Anordnung der Rühreinrichtung in einem eigenen geschlossenen Gehäuse innerhalb des Kokillenhohlraumes bringt den Vorteil mit sich, daß der Kühlmittelkreislauf für die Rühreinrichtung an deren Kühlmittelbedarf unabhängig von der Innenkühlung der Stranggießkokille angepaßt werden kann.

Vorteilhaft mündet in das geschlossene Gehäuse mindestens eine Rühreinrichtungs-Kühlmittelleitung nahe dessen unterem Ende und mindestens eine nahe dessen oberem Ende ein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rühreinrichtung im Innenraum des geschlossenen Gehäuses, welches sich über nahezu die gesamte Höhe der Stranggießkokille erstreckt, höhenmäßig verschiebbar, wobei zweckmäßig der Rühreinrichtungs-Kühlmittelzu- und - ablauf mittels Ventile gesteuert ist und die Höhenlage der Rühreinrichtung durch Erzeugung eines Differenzdruckes des oberhalb und des unterhalb der Rühreinrichtung befindlichen Kühlmediums festlegbar ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung mit einer die Rühreinrichtung gegenüber dem geschlossenen Gehäuse einen Durchflußquerschnitt vorbestimmter Größe freilassenden Dichteinrichtung, wie einer Dichtscheibe, abgedichtet ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 3 ein- und dieselbe Stranggießkokille im Längsschnitt darstellen, u.zw. einmal (Fig. 1) beim Tauchrohr-Gießen und einmal (Fig. 3) beim Freistrahl-Gießen. Fig. 2 stellt einen Schnitt senkrecht zur Längsachse der Stranggießkokille nach Fig. 1 und Fig. 3 dar, u.zw. jeweils nach der Schnittlinie II-II dieser Figuren.

Eine Stranggießkokille 1 zum Gießen von Knüppeln, die als Rohrkokille ausgebildet ist, weist einen etwa quadratischen geraden und vertikal verlaufenden Kokillenhohlraum 2 auf, der von einem Rohr 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung begrenzt ist. Um dieses Rohr 3 ist ein Außenmantel 4 vorgesehen, der mit dem Rohr 3 über eine ringförmige Grund- und Deckplatte 5, 6 dicht verbunden ist. Am unteren Ende der Stranggießkokille ist ein Kokillenkühlwassereinlauf 7, am oberen Ende ein Kokillenkühlwasserauslauf 7′ vorgesehen.

Innerhalb des vom Außenmantel 4 und Rohr 3 gebildeten und vom Kühlmittel durchströmten Kokilleninnenraumes 8 ist ein geschlossenes kreisringzylindrisches Gehäuse 9 ortsfest eingebaut, welches an einem oberhalb der Grundplatte 5 angeordneten Flansch 10 aufsitzt. Dieser Flansch 10 ist am Außenmantel 4 befestigt und ragt unter Freilassung eines Spaltes 11 zum Rohr 3. An diesem Flansch 10 ist ein Wasserleitmantel 12 vorgesehen, der gegenüber dem Rohr 3 einen Strömungsspalt 13 für das Kokillenkühlmedium freiläßt.

In dem geschlossenen, aus nichtrostendem Stahl bestehenden Gehäuse 9 ist eine Rühreinrichtung 14 eingebaut, die zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes dient. Die Rühreinrichtung 14 weist einen ringförmigen Eisenkern 15 aus Dynamoblech auf, an dem radial nach innen ragende Fortsätze 16 zur Aufnahme jeweils einer Spule 17 aus Kupferdraht vorgesehen sind. Die Rühreinrichtung 14 erstreckt sich höhenmäßig über etwa die Hälfte der Höhe 18 des Innenraumes 19 des Gehäuses 9 und ist in dem Gehäuse 9 über dessen Höhe 18 verschiebbar.

Zur Führung der Rühreinrichtung 14 dienen an der Gehäuseinnenwand angeordnete vertikale Führungsleisten 20, entlang der zwei einander gegenüberliegende Fortsätze 16 des Eisenkernes 15 geführt sind. Diese Führungsleisten 20 dienen dazu, die bei der Erzeugung eines elektromagnetischen Kraftfeldes entstehenden Reaktionskräfte in das Gehäuse 9 einzuleiten. Ein elektrischer Anschluß 21 für die Rühreinrichtung ist durch die Außenwand 22 des Gehäuses geführt und weist im Innenraum 19 des Gehäuses 9 eine Länge auf, die ein Verschieben der Rühreinrichtung 14 über die gesamte Höhe 18 des Innenraumes 19 des Gehäuses ermöglicht.

Am unteren und am oberen Ende des Gehäuses 9 ist jeweils ein Stutzen 23, 24 für Kühlmedium, beispielsweise Öl oder Wasser, vorgesehen. Das Verschieben der Rühreinrichtung 14 erfolgt mit Hilfe des das Gehäuse 9 durchströmenden Kühlmediums, und zwar durch Ändern der Strömungsrichtung des Kühlmediums.

Zu diesem Zweck ist im Bereich des Eisenkernes 15 eine horizontale Ringdichtscheibe 25 eingebaut, die den vom Gehäuse eingeschlossenen kreisringzylindrischen Innenraum 19 in zwei Teile, u.zw. einen oberen und unteren Teil, unterteilt.

Die Ringdichtscheibe, die sich im wesentlichen von der Außenwand 22 bis zur Innenwand 26 des Gehäuses 9 erstreckt, hat mindestens eine Ausnehmung, die einen genau definierten Durchflußquerschnitt für das Kühlmedium bildet. Diese Ausnehmung, z.B. ein Ringspalt zur Innenwand 26, ist von solcher Größe, daß sich zwischen der Einlauf­ und Auslaufseite des Kühlmediums bei entsprechender Strömungsrichtung und Menge des Kühlmediums ein Differenzdruck aufbauen kann, der die Rühreinrichtung 14 von der unteren, in Fig. 1 dargestellten Position in die obere, in Fig. 3 dargestellte Position verbringt und dort hält.

Um bei dieser Verschiebung der Rühreinrichtung 14 die Führungsleisten 20 nicht zu belasten, erfolgt das Höhenverstellen der Rühreinrichtung 14 vor deren Inbetriebnahme.

Der Kühlmittelkreislauf für die Rühreinrichtung weist zwei Hauptleitungen 27, 28 auf, die von jeweils einem Stutzen 23, 24 des Gehäuses 9 zu einem Wärmetauscher 29 führen, wobei in jede Hauptleitung 27, 28 ein Magnetventil 30, 31 eingebaut ist, mit dem der Wärmetauscher 29 an jeweils eine Hauptleitung 27, 28 zu- oder von dieser abgeschaltet werden kann. Vom Wärmetauscher führt eine Rücklaufleitung 32 über eine Pumpe 33 und ein Filter 34 zu einem Dreiwegventil 35, von dem jeweils eine Zweigleitung 36, 37 in jeweils eine Hauptleitung 27 bzw. 28 einmündet. Durch entsprechendes Schalten der Ventile 30, 31 und 35 ist es möglich, Kühlmittel für die Rühreinrichtung 14 über den oberen Stutzen 24 zuzuführen und vom unteren Stutzen 23 abzuleiten bzw. den Kühlmittelkreislauf umzukehren, sodaß das Kühlmittel beim unteren Stutzen 23 zuläuft und beim oberen Stutzen 24 abläuft.

Oberhalb der Stranggießkokille 1 ist ein Zwischengefäß 38 in Stellung gebracht. Gemäß Fig. 1 ragt zentrisch in den Kokillenhohlraum 2 ein an dem Zwischengefäß befestigtes Tauchrohr 39, das am freien Ende eine nach unten gerichtete Ausströmöffnung 40 aufweist. Der Gießspiegel 41 liegt oberhalb dieser Ausströmöffnung 40 und ist mit Gießpulver 42 bedeckt. Die sich am Rohr 3 bildende Strangschale 43 ist schematisch dargestellt.

Beim Tauchrohr-Gießverfahren ist die Rühreinrichtung 14 in die untere Endlage verschoben; der Kühlmittelfluß im Innenraum 19 des Gehäuses 9 erfolgt, wie die in Fig. 1 eingezeichneten Richtpfeile 44 erkennen lassen, von oben nach unten. Die Rühreinrichtung 14 erzeugt in der Schmelze eine Rotationsbewegung um die Längsachse 45 des Kokillenhohlraumes 2, wie dies durch die Pfeile 46 veranschaulicht ist.

Gemäß Fig. 3 tritt in den Kokillenhohlraum 2 ein frei aus dem Zwischengefäß 38 auslaufender Gießstrahl 47 ein. In diesem Fall ist die Rühreinrichtung 14 in die obere Endlage verschoben - der Kühlmittelfluß im Innenraum 19 des Gehäuses 9 erfolgt von unten nach oben - und es kommt zu einer Rührbewegung der den Gießspiegel 48 bildenden und der unmittelbar darunter liegenden Schmelze, wie dies die Pfeile 49 andeuten.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform, sondern kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. So kann der Kokillenhohlraum 2 auch in Längsrichtung gekrümmt (bei einer sogenannten Bogenkokille) ausgebildet sein als auch von der Vertikalen abweichend angeordnet sein.

Claims (7)

1. Knüppel- bzw. Vorblock-Stranggießkokille (1) mit einer Rühreinrichtung (14) zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Kraftfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießkokille (1) zum wahlweisen Gießen im Freistrahl-Gießverfahren oder im Tauchrohr-Gießverfahren mindestens eine Rühreinrichtung (14) aufweist, die über die Höhe der Stranggießkokille verschiebbar und in unterschiedlichen Höhenpositionen festlegbar ist.

2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (14) in einem kühlmitteldurchflossenen, sich etwa über die ganze Höhe der Stranggießkokille erstreckenden Kokilleninnenraum (8) angeordnet ist.

3. Stranggießkokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (14) in einem geschlossenen Gehäuse (9), das in dem vom Kühlmittel durchflossenen Kokilleninnenraum (8) eingesetzt ist, angeordnet ist und das geschlossene Gehäuse (9) von einem Rühreinrichtungs-Kühlmedium durchströmt ist.

4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das geschlossene Gehäuse (9) mindestens eine Rühreinrichtungs-Kühlmittelleitung (28) nahe dessen unterem Ende und mindestens eine (27) nahe dessen oberem Ende einmündet.

5. Stranggießkokille nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (14) im Innenraum (19) des geschlossenen Gehäuses (9), welches sich über nahezu die gesamte Höhe der Stranggießkokille (1) erstreckt, höhenmäßig verschiebbar ist.

6. Stranggießkokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rühreinrichtungs-Kühlmittelzu­ und -ablauf mittels Ventile (30, 31, 35) gesteuert ist und die Höhenlage der Rühreinrichtung (14) durch Erzeugung eines Differenzdruckes des oberhalb und des unterhalb der Rühreinrichtung (14) befindlichen Kühlmediums festlegbar ist.

7. Stranggießkokille nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtung (14) mit einer die Rühreinrichtung (14) gegenüber dem geschlossenen Gehäuse (9) einen Durchflußquerschnitt vorbestimmter Größe freilassenden Dichteinrichtung (25), wie einer Dichtscheibe, abgedichtet ist.