DE69402205T2

DE69402205T2 - Kokille zum stranggiessen

Info

Publication number: DE69402205T2
Application number: DE69402205T
Authority: DE
Inventors: Rudy Petry; Michel Rinaldi
Original assignee: Paul Wurth SA
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-23
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2014-07-24
Also published as: KR960703691A; CN1042404C; KR100286239B1; ATE150347T1; DE69402205D1; PL178762B1; JPH09500832A; AU7495594A; CZ26496A3; RO119933B1; WO1995003904A1; CA2168354C; ES2100734T3; US5676194A; AU685836B2; CN1127998A; CZ284129B6; BR9407336A; EP0711214A1; PL312745A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokille einer Stranggußanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der auf EP-A-0 432 128 basiert.
Ein solche Kokille zum Stranggießen umfaßt ein Kokille-Rohr, das einen axialen Ausflußkanal für ein schmelzflüssiges Metall definiert, und einen Kokille-Körper, der das Kokille-Rohr über mindestens einen Teil seiner Länge umgibt. Dieser Kokille-Körper enthält einen Kühlkreis zur Kühlung des Kokille-Rohrs.
Bei einer im Betrieb befindlichen Kokille zum Stranggießen wird ein Kokille-Rohr durch den in den Kokille-Körper integrierten Kühlkreis stark gekühlt. Daher erstarrt das schmelzflüssige Metall beim Kontakt mit der inneren Wand des Kokille-Rohrs, wobei es eine periphere Kruste bildet. Dabei ist anzumerken, daß ein Hängenbleiben oder ein Festkleben dieser erstarrten peripheren Kruste an der inneren Wand des Kokille-Rohrs ein Zerreißen der peripheren Kruste hervorrufen würde. Um dieses Risiko zu vermeiden, wird die Kokille in bekannter Weise einer Schwingbewegung gemäß der Gießachse unterworfen.
Um eine solche Schwingbewegung hervorzurufen, wird die Kokille in bekannter Weise auf einer Tragstruktur, genannt Schwingtisch, angebracht, die mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen versehen ist. Dieser Schwingtisch überträgt dann eine gemäß der Gießachse orientierte Schwingbewegung auf die Kokille.
Um sich über die mit solchen Anlagen verbundene Problematik klar zu werden, muß berücksichtigt werden, daß eine Kokille zum Gießen von Stahlknüppeln - mit ihrem Kokille-Rohr, ihrem Kokille-Körper, ihrem mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlkreis und eventuell einem elektromagnetischen induktor, um das schmelzflüssige Metall umzurühren - leicht eine Masse in der Größenordnung von 3 Tonnen hat. Auf diese Masse müssen Schwingungen mit einer Amplitude von einigen Millimetern und einer Frequenz von ungefähr 5 Hz und mehr übertragen werden können. Daher muß eine sehr leistungsstarke Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen verwendet werden; um so mehr, als diese Vorrichtung nicht nur die Trägheit der eigentlichen Kokille, sondern auch die Trägheit der Tragstruktur, sowie die Reibungskräfte zwischen der inneren Wand des Kokille-Rohrs und dem schmelzflüssigen Metall überwinden muß. Die hohen Leistungen, die erforderlich sind, um die Schwingungen der Kokille hervorzurufen, haben schlimme Wirkungen zur Folge, wie geräuschvolle Stöße, und Vibrationen, die nachteilig für die mechanische Festigkeit mancher Elemente der Kokille sind.
Es wurde auch vorgeschlagen, die Kokille mit Hilfe von Federn in einer Tragstruktur zu tragen, wodurch ein gedämpfter harmonischer Oszillator verwirklicht wird, dessen Masse der Masse der Kokille entspricht. Um bei einem solchen mechanischen System erzwungene Schwingungen hervorzurufen, genügt es, eine viel kleinere Kraft auf die Kokille einwirken zu lassen, da das Phänomen der Resonanz bei der Eigenfrequenz des Systems ausgenutzt werden kann. in der Praxis kann die Verwirklichung einer solchen Lösung jedoch Probleme bezüglich der Dimensionierung und der Anordnung der Federn aufwerfen. Diese Federn müssen in der Tat das große Gewicht der Kokille tragen, während sie zugleich dem System die gewünschte elastische Eigenschaft geben.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Kokille vorzuschlagen, die der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen eine wesentlich verminderte Trägheitsmasse entgegensetzt.
Dieses Ziel wird mit einer Kokille einer Stranggußanlage erreicht, die umfaßt:
ein Kokille-Rohr, das eine innere Wand und eine äußere Wand hat, wobei die innere Wand einen axialen Ausflußkanal für ein schmelzflüssiges Metall definiert;
einen Kokille-Körper, der die äußere Wand des Kokille-Rohrs über mindestens einen Teil seiner Länge umgibt, so daß er mit diesem Rohr eine dichte Kammer bildet, die einen Kühlkreis zur Kühlung des Kokille-Rohrs enthält; und
eine Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen,
und die dadurch gekennzeichnet ist,
daß das Kokille-Rohr bezüglich des Kokille-Körpers axial verschiebbar ist;
daß der Kokille-Körper mittels Dichtungselementen, die eine axiale Verschiebung des Kokille-Rohrs bezüglich des Kokille-Körpers ermöglichen, während sie zugleich die Dichtheit der dichten Kammer sicherstellen, mit dem Kokille-Rohr verbunden ist; und
daß die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit dem Kokille-Rohr so verbunden ist, daß sie eine axiale Schwingbewegung bezüglich des Kokille-Körpers auf das Kokille-Rohr übertragen kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Kokille ist die bewegte Schwingmasse im wesentlichen auf die Masse des Kokille-Rohrs reduziert. Es wird geschätzt werden, daß die Masse des Kokille-Rohrs nur noch 5% der Gesamtmasse der Kokille darstellt. Die Elemente der Kokille, die die größte Masse haben, nämlich der Kokille-Körper mit seinem mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlkreis, und gegebenenfalls der elektromagnetische induktor sind auf einem Traggerüst unbeweglich und müssen durch die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen nicht in Bewegung versetzt werden. Auf diese Weise werden die Leistungen, die erforderlich sind, um eine relative Schwingbewegung zwischen der inneren Wand des Kokille-Rohrs und der peripheren Kruste des gegossenen Produktes hervorzurufen, wesentlich reduziert. Daraus ergibt sich eine Verminderung der Kräfte und Vibrationen, die die Stranggußanlage ertragen muß, wodurch sich eine Erhöhung der Lebensdauer mancher Elemente dieser Anlage ergibt. Außerdem werden der Kokille-Körper und der induktor, die nicht mehr an der Schwingbewegung teilnehmen, keinen dynamischen Beanspruchungen mehr unterworfen, was ebenfalls einen günstigen Einfluß auf ihre Lebensdauer hat. Es wird auch geschätzt werden, daß infolge Wegfalis der Schwing-Tragstruktur für die Kokille die Investitions- und Wartungskosten wesentlich gesenkt werden.
Der Kokille-Körper ist vorzugsweise so ausgelegt, daß an seinem oberen und unteren Ende eine Durchgangsöffnung für das Kokille-Rohr definiert wird. Die Dichtungselemente sind dann in diesen zwei Durchgangsöffnungen so angeordnet, daß in dem Kokille-Körper eine dichte, ringförmige Kammer axial begrenzt wird, die durch die Kühlflüssigkeit unter Druck gesetzt werden kann. Es ist dann vorteilhaft, den Querschnitt der oberen Durchgangsöffnung größer zu machen als den Querschnitt der unteren Durchgangsöffnung. Aus dieser Querschnittsdifferenz ergibt sich in der Tat eine auf das Kokille- Rohr wirkende, hydrostatische Kraft, die entgegengesetzt zu der Ausflußrichtung des schmelzflüssigen Metalls orientiert ist. Diese hydrostatische Kraft ermöglicht, das Gewicht des Kokille-Rohrs, sowie die Reibung, die das schmelzflüssige Metall auf die innere Wand des Kokille-Rohrs ausübt, zu kompensieren. Es wird daher geschätzt werden, daß diese Lösung ermöglicht, die Leistungen, die erforderlich sind, um die Schwingbewegung hervorzurufen, noch mehr zu vermindern.
Es ist möglich, in dem Kokille-Körper verschiedene Arten von Kühlkreisen zur Kühlung des Kokille-Rohrs vorzusehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Kokille-Körper ein inneres Führungsrohr, das das Kokille-Rohr umgibt und damit einen ersten ringförmigen Zwischenraum bildet, der einen ersten Durchgangsquerschnitt für eine Kühlflüssigkeit definiert Ein äußeres Mantelrohr umgibt das innere Führungsrohr und bildet damit einen zweiten ringförmigen Zwischenraum, der einen zweiten Durchgangsquerschnitt für die Kühlflüssigkeit definiert, der wesentlich größer als der erste Durchgangsquerschnitt ist.
Bei einer ersten Ausführungsvariante ist das innere Führungsrohr an der äußeren Wand des Kokille-Körpers starr befestigt, wobei es eine Hülle bildet, in der das Kokille-Rohr axial gleiten kann.
Dieses innere Führungsrohr, das ein relativ geringes Gewicht hat, kann jedoch auch ein Bestandteil des Kokille-Rohrs sein. in diesem fall wird es zusammen mit dem Kokille-Rohr in Schwingung versetzt.
Das Kokille-Rohr umfaßt in vorteilhafter Weise ein inneres Rohr, das den Ausflußkanal für das schmelzflüssige Metall definiert, und das meistens ein Kupferrohr ist, und einen Käfig, der dieses Kupferrohr umgibt. Dieser Käfig ist an seinem oberen Ende an dem Kupferrahr starr und dicht befestigt, und weist an seinem unteren Ende eine Führungsöffnung auf, in der das Kupferrohr dicht geführt wird, so daß es sich axial nach unten ausdehnen kann. Das innere Führungsrohr für die Kühlflüssigkeit wird dann von diesem Käfig, der das Kupferrohr umgibt, getragen. Die Dichtungselemente umfassen untere Dichtungselemente, die zwischen dem unteren Ende des Käfigs und dem Kokille-Körper angeschlossen sind, und obere Dichtungselemente, die zwischen dem oberen Ende des Käfigs und dem Kokille-Körper angeschlossen sind. Es handelt sich hier um eine Lösung, bei der die bewegten Massen ein wenig größer sind, aber die den nicht unerheblichen Vorteil aufweist, daß das Kokille-Rohr und das innere Führungsrohr eine ziemlich starre Einheit bilden. Außerdem kann sich das eigentliche Kokille-Rohr in der axialen Richtung frei ausdehnen.
Bei den Dichtungselementen sind verschiedene Ausführungsformen möglich. Die Dichtungselemente können zum Beispiel einen axialen Balgkompensator umfassen, der zwischen einem mit dem Kokille-Rohr fest verbundenen Flansch und einem mit dem Kokille-Körper fest verbundenen Flansch angeschlossen ist Bei einer bevorzugten Ausführung umfassen die Dichtungselemente mindestens eine elastisch verformbare Membran. Diese Membran ist in einer zu der Gießachse transversalen Ebene gelegen. Es handelt sich um eine besonders einfache Ausführung, die eine vollkommene Dichtheit sicherstellt, keine Wartung erfordert, und ermöglicht, eine sehr kompakte Bauweise der Kokille zu verwirklichen.
Es hat sich herausgestellt, daß eine metallische Membran mit mehreren Folien für den vorliegenden Zweck sehr gut geeignet ist. Dies schließt jedoch die Verwendung anderer Materialien zur Herstellung der Membran nicht aus, beispielsweise können Membranen aus einem armierten Elastomer hergestellt werden.
Es wäre möglich, eine Vorrichtung zur Erzeugung von axialen mechanischen Schwingungen an das Kokille-Rohr direkt, das heißt, ohne Zwischen-Verbindungsmechanismus anzuschließen. Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, einen Hebel als mechanisches Verbindungsmittel zwischen der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen und dem Kokille-Rohr vorzusehen. Dieser Hebel umfaßt dann ein Zwischengelenk, mittels dem er von dem Kokille-Körper getragen wird, einen zweiten Hebelarm, der mit der Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen verbunden ist, und einen ersten Hebelarm, der das Kokille-Rohr trägt.
Diese Ausführungsform ermöglicht, die Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen seitlich neben der Kokille anzuordnen, wo sie nicht behindert, und wo sie vor Spritzern des schmelzflüssigen Metalls geschützt werden kann. Da das Kokille-Rohr von dem Hebelarm getragen wird, der wiederum von dem Kokille-Körper getragen wird, ist es nicht erforderlich, weitere Mittel zum Tragen des Kokille-Rohrs vorzusehen. Insbesondere sollen die Dichtungselemente des Kokille-Körpers keine Tragfunktion bei dem Kokille-Rohr erfüllen.
Die Aufhängung des Kokille-Rohrs an dem Hebelarm erfolgt vorzugsweise mit Hilfe von zwei Drehzapfen, die in einem gabelförmigen Arm mit zwei Zweigen angebracht sind. Eine besonders kompakte Ausführung der Kokille wird erhalten, wenn das Zwischengelenk des Hebelarms, die zwei Drehzapfen und der erste Hebelarrn innerhalb der dichten Kammer gelegen sind. Der zweite Hebelarm muß dann durch das äußere Mantelrohr des Kokille-Körpers dicht hindurchgeführt werden.
Die Dichtheit zwischen dem zweiten Hebelarm und dem äußeren Mantelrohr des Kokille-Körpers wird in vorteilhafter Weise mittels eines Balgkompensators verwirklicht, der vorzugsweise innerhalb der dichten Kammer angebracht wird. In diesem Zusammenhang wird es geschätzt werden, daß alle Elemente, die in dieser dichten Kammer in der Kühlflüssigkeit angebracht sind, eine gewisse Schmierung durch diese Kühlflüssigkeit erfahren, und außerdem dem Risiko einer Beschädigung durch das schmelzflüssige Metall weniger ausgesetzt sind.
Blattfedern, die vorzugsweise zwischen dem Kokille-Körper und dem Kokille-Rohr angeschlossen werden, ermöglichen, das Kokille-Rohr axial zu führen, und vermeiden, daß die Dichtungselemente zu große transversale Kräfte übertragen müssen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen, die nachstehend zur Veranschaulichung wiedergegeben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:
- Die Figur 1 gibt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Kokille wieder.
- Die Figur 2 gibt einen Schnitt der Kokille der Figur 1 gemäß der in der Figur 1 angegebenen Schnittebene (2-2) wieder.
- Die Figuren 3 und 4 geben, in Längsschnitten, Einzelheiten von zwei verschiedenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kokille schematisch wieder.
- Die Figur 5 gibt einen Schnitt der Kokille der Figur 3 gemäß der Schnittebene (5-5) wieder.
- Die Figur 6 gibt einen schematischen Längsschnitt einer Ausführungsvariante der Erfindung wieder.
Die Figuren 1 und 2 geben eine Kokille 10 wieder, die beispielsweise zum Stranggießen von Stahlknüppeln verwendet werden kann. Sie umfaßt ein Kokille-Rohr 12, das eine innere Wand 14 und eine äußere Wand 16 hat. Die innere Wand 14 definiert einen Ausflußkanal 18 für den schmelzflüssigen Stahl. Die Kennziffer 20 bezeichnet die zentrale Achse dieses Kanals, die geradlinig oder krummimig sein kann. Meistens ist das Kokille-Rohr ein dickwandiges Kupferrohr. Der innere Querschnitt dieses Rohrs definiert den Querschnitt des gegossenen Produktes. in der Figur 2 ist ein quadratischer Querschnitt dargestellt; dieser Querschnitt könnte jedoch auch rechteckig oder kreisförmig sein, oder irgendeine andere Form haben. Der mit der Kennziffer 21 bezeichnete Pfeil gibt die Ausflußrichtung des schmelzflüssigen Stahls durch das Kokille-Rohr 12 wieder.
Das Kokille-Rohr 12 muß stark gekühlt werden, um eine Erstarrung des schmelzflüssigen Stahls beim Kontakt mit seiner inneren Wand 14 hervorzurufen. Zu diesem Zweck ist es, normalerweise über seine ganze Höhe, von einem Kokille-Körper 22 umgeben, der in einer dichten Kammer 23 einen Kühlkreis zur Kühlung der äußeren Wand 16 des Kokille-Rohrs 12 enthält.
Der in der Figur 1 dargestellte Kühlkreis ist an sich bekannt. Ein inneres Führungsrohr 24 umgibt das Kokille-Rohr 12 über beinahe seine ganze Höhe, und bildet um die äußere Wand 16 des Kokille- Rohrs 12 einen ersten ringförmigen Zwischenraum 26 mit einem sehr engen, ringförmigen Durchgangsquerschnitt. Ein äußeres Mantelrohr 28 des Kokille-Körpers 22 umgibt das innere Führungsrohr 24 und bildet damit einen zweiten ringförmigen Zwischenraum 30, der den ersten ringförmigen Zwischenraum 26 umgibt und einen wesentlich größeren ringförmigen Durchgangsquerschnitt definiert. Ein Versorgungskreis zur Versorgung mit Kühlmittel ist durch den Pfeil 32 schematisch wiedergegeben. Die Kühlflüssigkeit strömt über eine kreisförmige Versorgungskammer 34, die bei dem unteren Ende der Kokille 10 gelegen ist, in den ersten ringförmigen Zwischenraum 26 ein. Sie durchströmt diesen Zwischenraum mit hoher Geschwindigkeit und im Gegenstrom bezüglich der Gießrichtung 21, und strömt in den zweiten ringförmigen Zwischenraum 30 aus. Sie wird außerhalb des Kokille-Körpers 22 über einen durch den Pfeil 36 schematisch dargestellten Abführungskreis abgeführt. in diesem Zusammenhang bleibt noch anzumerken, daß das innere Führungsrohr 24 mit einem äußeren Flansch 38 versehen ist, der auf einem inneren Gegenflansch 40 des äußeren Mantelrohrs 28 dicht befestigt ist. Auf diese Weise wird das innere Führungsrohr 24 von dem äußeren Mantelrohr 28 des Kokille-Körpers 22 starr getragen, und zugleich wird die ringförmige Versorgungskammer 34 auf dichte Weise von dem zweiten ringförmigen Zwischenraum 30 getrennt.
In der Figur 1 ist zu sehen, daß der Kokille-Körper 22 an seinem unteren Ende mit einer peripheren Basis 42 versehen ist, die eine Durchgangsöffnung 43 für das Kokille-Rohr 12 definiert. Mit dieser unteren peripheren Basis 42 liegt der Kokille-Körper auf einem stationären Traggerüst auf, das durch zwei mit der Kennziffer 44 bezeichnete Träger schematisch dargestellt ist.
Eine Vorrichtung 46 zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen wird von dem Traggerüst neben dem Kokille-Körper 22 getragen (die Auflage für die Vorrichtung 46 zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen auf dem Traggerüst 44 ist in der Figur 1 nicht dargestellt). Es handelt sich beispielsweise um einen an sich bekannten, mit einem hydraulischen Kreis versehenen, hydraulischen Kolben, der geeignet ist, eine Hin- und Herbewegung mit einer Amplitude von einigen Millimetern und einer Frequenz von einigen Hertz auf eine Kolbenstange 48 zu übertragen. Es könnte sich jedoch auch um einen mit einem Exzenter versehenen Rotationsmotor handeln, der die mechanischen Schwingungen hervorruft. Die Kalbenstange 48 würde in diesem Fall durch eine Pleuelstange ersetzt. Der hydraulische Kolben weist jedoch den Vorteil auf, daß er eine leichte und flexible Einstellung der Amplitude, der Frequenz und der Form der erzeugten mechanischen Schwingungen ermöglicht.
In der Figur 2 ist zu sehen, daß das Kokille- Rohr 12 an seinem oberen Ende mit zwei Drehzapfen 50 und 52 versehen ist Diese Drehzapfen sind auf zwei entgegengesetzten Seiten der äußeren Wand 16 des Kokille-Rohrs 12 so angebracht, daß ihre Achsen fluchten und senkrecht zu der Achse 20 des Kokille-Rohrs 12 sind. Mit Hilfe dieser Drehzapfen 50 und 52 wird das Kokille-Rohr von einem gabelförmigen Arm 56 getragen. Die zwei Drehzapfen 50, 52 sind, genauer gesagt, in einem ersten Zweig 58 bzw. einem zweiten Zweig 60 des gabelförmigen Arms 56 so gelagert, daß eine Schwenkachse 61 des Kokille-Rohrs 12 definiert wird, die senkrecht zu der Gießrichtung ist. Dabei ist anzumerken, daß die zwei Drehzapfen 50, 52 in dem zweiten ringförmigen Zwischenraum 30 gelegen sind, der zwischen dem inneren Führungsrohr 24 auf der einen Seite , und dem äußeren Mantelrohr 28 auf der anderen Seite definiert ist.
Der gabelförmige Arm 56 ist Bestandteil eines Hebels 54, der in dem Kokille-Körper 22 angebracht ist. Dieser Hebel 54 umfaßt in dem zweiten ringförmigen Zwischenraum 30 eine Kippachse 63, die parallel zu der Schwenkachse 61 des Kokille-Rohrs 12 ist. Diese Kippachse 63 ist in vorteilhafter Weise durch zwei Drehzapfen 64 und 66 verwirklicht, die auf dem Kokille-Körper 22 symmetrisch angebracht sind. Jeder der Zweige 58, 60 des gabelförmigen Arms 56 ist dann mit einem zylindrischen Sitz 68, 70 für einen der zwei Drehzapfen 64, 66 versehen. Dabei ist anzumerken, daß jeder der Drehzapfen 64, 66 von der äußeren Seite des Kokille-Körpers 22 aus angebracht werden kann, um einen leichten Einbau und Ausbau des Hebels 54 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist das Mantelrohr 28 des Kokille- Körpers 22 mit zwei Tragblöcken 72, 74 versehen, in denen die Drehzapfen 64 und 66 in einer Durchgangsbohrung untergebracht sind. Jeder Drehzapfen 64, 66 ist mit einem Befestigungsflansch 76, 78 versehen, der mit Hilfe von Schrauben (nicht wiedergegeben) auf dem Tragblock 72, 74 befestigt ist. Eine Dichtung zwischen dem Flansch 76, 78 und dem Tragblock 72, 74 stellt, vorzugsweise zusammen mit einer oder mehreren O-Ring-Dichtungen in der Durchgangsbohrung des Tragblocks 72, 74, die Dichtheit dieser Konstruktion sicher.
Auf der entgegengesetzten Seite des gabelförmigen Arms 56 umfaßt der Hebel 54 einen zweiten Hebelarm 80, der durch das äußere Mantelrohr 28 des Kokille-Körpers 22 dicht hindurchgeführt ist. Diese dichte Durchführung ist vorzugsweise mit Hilfe eines Balgkompensators 82 verwirklicht, der mit seinem ersten Ende mit dem äußeren Mantelrohr 28 des Kokille-Körpers 22, und mit seinem zweiten Ende mit einer Schulter des zweiten Hebelarms 80 dicht verbunden ist.
Auf der äußeren Seite des zweiten ringförmigen Zwischenraums 30, vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des äußeren Mantels 28 des Kokille-Körpers 22, ist der zweite Hebelarm 80 mit Hilfe eines zylindrischen Gelenks 84, dessen Achse parallel zu der Kippachse 63 des Hebels 54 ist, mit der Kolbenstange 48 verbunden. Dabei ist anzumerken, daß die zwei Drehzapfen 50, 52, der gabelförmige Arm 56, die Kippachse 63, der größte Teil des zweiten Hebelarms 80 und der Balgkompensator 82 in den zweiten ringförmigen Zwischenraum 30 integriert sind. Diese Ausführungsform ermöglicht nicht nur, eine kompakte Form der Kokille 10 zu haben, sondern stellt außerdem einen wirksamen Schutz dieser Elemente dar. Dabei ist anzumerken, daß alle diese Elemente in die Kühlflüssigkeit eingetaucht sind, was eine gewisse Schmierung der Gelenke sicherstellt.
Die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 48 wird durch den Hebel 54 auf das Kokille-Rohr 12 übertragen. Das Kokille-Rohr 12 ist in dem Kokille-Körper 22 angebracht und damit so verbunden, daß es der Schwingbewegung des Hebels 54 folgen kann. Daraus ergibt sich, daß das Kokille-Rohr 12 einer erzwungenen Schwingbewegung bezüglich des Kokille-Körpers 22, der unbeweglich bleibt, unterworfen wird. Die bewegte Masse entspricht also der Masse des Kokille-Rohrs 12, die im allgemeinen mindestens zwanzigmal kleiner als die Gesamtmasse der Kokille ist, die außer dem Kokille-Rohr 12 den mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Kokille-Körper 22, und eventuell einen elektromagnetischen Induktor 86 umfaßt. Dieser induktor, der zum Umrühren des schmelzflüssigen Stahls dient, ist auf an sich bekannte Weise in den zweiten ringförmigen Zwischenraum 30 des Kokille- Körpers 22 integriert, in dem er von dem äußeren Mantelrohr 28 des Kokille-Körpers 22 getragen wird. Dieser induktor 86 ist folglich ebenfalls unbeweglich, im Gegensatz zu dem Kokille-Rohr, das der Schwingbewegung unterworfen wird.
Das äußere Mantelrohr 28 ist an seinen axialen Enden mit der äußeren Wand 16 des Kokille-Körpers 22 mittels Dichtungselementen, die eine axiale Verschiebung des Kokille-Rohrs 12 bezüglich des Kokille-Körpers 22 ermöglichen, dicht verbunden. Diese Dichtungselemente umfassen vorzugsweise eine untere Membran 88, die die dichte Kammer 23 des Kokille-Körpers 22 an ihrem unteren Ende axial begrenzt, und eine obere Membran 90, die die dichte Kammer 23 an ihrem oberen Ende axial begrenzt. Es handelt sich um ringförmige Membranen, die in einer zu der Gießachse transversalen Ebene liegen und in einer zu ihrer Oberfläche senkrechten Richtung elastisch verformbar sind. Für diesen Zweck eignen sich beispielsweise metallische Membranen mit mehreren Folien.
In der Figur 1 ist zu sehen, daß die untere ringförmige Membran 88 auf der einen Seite bei ihrem äußeren peripheren Rand mit der peripheren Basis 42 des Kokille-Körpers 22 verbunden ist, und auf der anderen Seite bei ihrem inneren Rand mit einem unteren Flansch 92 verbunden ist. Dieser Flansch ist mit dem unteren Ende des Kokille-Rohrs 12 mittels Keilen 94, 96 fest verbunden, die in einer Nut 98 des Kokille-Rohrs 12 angebracht sind. Die Keile 94 und 96, sowie der innere Rand der unteren Membran 88 sind durch Festklemmen zwischen dem Flansch 92 und einem Gegenflansch 100 befestigt, wobei der Gegenflansch 100 mit Schrauben auf dem Flansch 92 befestigt ist. Dichtungen stellen die Dichtheit dieser Konstruktion sicher. Der äußere Rand der Membran 88 ist durch Festklemmen zwischen der peripheren Basis 42 und einem Gegenflansch 110 befestigt. Dichtungen stellen die Dichtheit zwischen der Membran 88 und der peripheren Basis 42 bzw. dem Gegenflansch 110 sicher. Der Einbau der oberen Membran 90 ist auf analoge Weise verwirklicht. Der äußere Rand der oberen Membran 90 ist mittels eines Gegenflansches 114 auf einem oberen Kranz 116 befestigt, wobei dieser Kranz mit dem äußeren Mantelrohr 28 des Kokille- Körpers 22 fest verbunden ist. Dieser obere Kranz 116 definiert eine obere Durchgangsöffnung 117 für das Kokille-Rohr 12. Der innere Rand der oberen Membran 90 ist mittels eines Gegenflansches 118 auf einem oberen Flansch 120 des Kokille-Rohrs 12 befestigt. Der obere Flansch 120 ist auf die gleiche Weise wie der untere Flansch 90 mit dem oberen Ende des Kokille-Rohrs 12 fest verbunden. Die zwei Drehzapfen 50 und 52 werden im übrigen in vorteilhafter Weise von dem oberen Flansch 120 getragen (vgl. Figur 1).
Dabei ist anzumerken, daß es vorteilhaft ist, für die untere Durchgangsöffnung 43, die durch die untere Basis 42 definiert ist, einen kleineren transversalen (oder projizierten) Querschnitt vorzusehen als für die obere Durchgangsöffnung 117, die durch den oberen Kranz 116 definiert ist. Wenn die dichte Kammer 23 unter Druck gesetzt wird, ergibt sich daraus eine auf das Kokille-Rohr 12 wirkende, hydrostatische Kraft, die entgegengesetzt zu der Gießrichtung 21 gerichtet ist. Da der innerhalb der ringförmigen Versorgungskammer 34, bzw. innerhalb des zweiten ringförmigen Zwischenraums 30 herrschende Druck in der Größenordnung von einigen Bar liegt, genügt ein Unterschied von einigen Zentimetern zwischen dem inneren Durchmesser des oberen Kranzes 116 und dem inneren Durchmesser der unteren Basis 42, um durch die hydrostatische Kraft sowohl das Gewicht des Kokille-Rohrs 12, als auch die Reibung, die das Gießmetall auf die innere Wand 14 des Kokille-Rohrs 12 ausübt, zu kompensieren. Daraus ergibt sich, daß die Kräfte, die erforderlich sind, um das Kokille-Rohr 12 bezüglich des Kokille-Körpers 22 schwingen zu lassen, nahezu bis auf die Kräfte reduziert sind, die erforderlich sind, um die Membranen 88 und 90 zu verformen, und um die Reibung zwischen der inneren Wand 14 des Kokille-Rohrs 12 und dem gegossenen Produkt, die im wesentlichen auf die Verschiebung des Kokille-Rohrs 12 zurückzuführen ist, zu überwinden.
In den Figuren 3 bis 5 sind zusätzliche Informationen für die Montage der ringförmigen Membranen wiedergegeben. In der Figur 3 ist zu sehen, daß die untere und obere Membran 88' bzw. 90' mit ihrem inneren Rand im Bereich des Kokille-Rohrs 12 eingespannt sind, während ihr äußerer Rand sich zwischen der Basis 42 (bzw. 116) und dem Gegenflansch 110 (bzw. 114) leicht verschieben kann. Diese Art der Befestigung der Membranen 88' und 90' erhöht ihre Flexibilität und vermindert die transversalen Kräfte, die sie von dem Kokille-Rohr 12 auf den Kokille-Körper 22 übertragen sollen. Zur Übertragung dieser transversalen Kräfte werden vorzugsweise getrennte Elemente verwendet, zum Beispiele eine oder mehrere Blattfedern, die zwischen dem Kokille-Rohr 12 und dem Kokille-Körper 22 angeschlossen sind. Die Figur 5 gibt als Beispiel eine solche Blattfeder 122 wieder, die drei Zweige im Abstand von 45º hat. Dieses Element 122 läßt sich senkrecht zu der Zeichenebene leicht verformen, und weist zugleich einen hohen Widerstand gegen eine Zugkraft auf. Es ist vorzugsweise bei dem unteren Ende des Kokille-Rohrs 12 angebracht, da das obere Ende in dem gabelförmigen Arm 56 des Hebelarms 54 bereits starr getragen wird. Außerdem ist dieses Element 122 so angebracht, daß es auf Zug beansprucht wird. in der Figur 5 gibt der Pfeil 124 als Beispiel die horizontale Komponente der Zugkraft wieder, die das aus dem Kokille-Rohr 12 herausgezogene, gegossene Produkt auf das untere Ende dieses Rohrs ausübt. Diese Kraft, die bei weitem nicht vernachlässigbar ist, wird von dem Element 122 des Kokille-Rohrs 12 auf den Kokille-Körper 22 übertragen; die Membran 88' trägt nicht zu dieser Übertragung bei.
Falls die Achse der Kokille einen Kreisbogen definiert, ist es vorteilhaft, das Element 122 so zu orientieren, daß die Verlängerung seiner neutralen Faser durch das Krümmungszentrum dieses Kreisbogens hindurchgeht. Die Schwenkachse 61 des Kokille-Rohrs 12 in dem gabelförmigen Arm 56, die Kippachse 63 des Hebels 54, und die Achse des zylindrischen Gelenks 84 sind in diesem Fall so angeordnet, daß sie alle drei durch eine Gerade geschnitten werden, die auch durch dieses Krümmungszentrum hindurchgeht. Daraus ergibt sich, daß das Kokille-Rohr seine Schwingungen längs einer Bahn ausführt, die im wesentlichen entsprechend der Krümmung des gegossenen Produktes im Bereich des Kokille-Rohrs verläuft.
In der Figur 4 ist zu sehen, daß die obere Membran 90" mit ihren zwei Rändern eingespannt ist. Dies hat keine größeren Nachteile zur Folge, da das obere Ende des Kokille-Rohrs 12 transversale Kräfte über die Drehzapfen 50, 52 direkt auf den Hebel 54 überträgt (vgl. Figur 2). In dieser Figur 4 sind auch ringförmige Stützelemente 126,128 für die Membranen 88" und 90" schematisch wiedergegeben. Diese Stützelemente 126 und 128, die zum Beispiel mit dem Kokille- Rohr 12 fest verbunden sind, haben den Zweck, die Verformung der Membranen 88" und 90" infolge der Drucks der Kühlflüssigkeit in der dichten Kammer 23 zu begrenzen.
Die Figur 6 gibt eine besonders interessante Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kokille 210 wieder. Ein Kokille-Rohr 212 umfaßt ein Kupferrohr 214, das den axialen Ausflußkanal 18 für das schmelzflüssige Metall definiert. Bei dieser Ausführungsvariante ist das Kupferrohr von einem Käfig 216 umgeben. Dieser Käfig umfaßt Versteifungselemente 222, die einen oberen Flansch 218 und einen unteren Flansch 220 miteinander verbinden. Der obere Flansch 218 ist an dem oberen Ende des Kupferrohrs 214 starr befestigt. Der untere Flansch 220 umgibt das Kupferrohr 214 auf dichte Weise, aber ist daran nicht starr befestigt. Daraus ergibt sich, daß sich das Kupferrohr 214 durch den Flansch 220 hindurch axial ausdehnen kann, wenn es thermische Ausdehnungen erfährt. Eine Dichtung, zum Beispiel eine Dichtung aus VITON oder eine O-Ring-Dichtung, die hohen Temperaturen widersteht, stellt die Dichtheit zwischen dem unteren Flansch 220 und dem Kupferrohr 214 sicher.
Der Käfig 216 trägt ein Führungsrohr 224, das einen ringförmigen Zwischenraum 226 mit engem Durchgang für die Kühlflüssigkeit um das Kupferrohr 14 herum definiert. Dieses Führungsrohr 224 ist mit einem Bundring 228 versehen, der mit einer ringförmigen Trennwand 230 des Kokille-Körpers 22 zusammenwirkt, um in der Kokille 210 eine ringförmige Versorgungskammer 234 für den ringförmigen Zwischenraum 226 zu begrenzen. Dabei ist anzumerken, daß der Bundring 228 und die Trennwand 230 durch ein Dichtungselement 236 miteinander verbunden sind, das notwendigerweise ihre relative Verschiebung gemäß der Gießachse ermöglicht. Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt das Dichtungselement 236 einen Ring, der an der Trennwand 230 dicht befestigt ist, und der in einem ringförmigen Hohlraum des Bundrings 228 eine Labyrinthdichtung definiert. Diese Labyrinthdichtung könnte notfalls durch eine oder mehrere O-Ring-Dichtungen ersetzt werden.
Eine obere Dichtungsmembran 90 und eine untere Dichtungsmembran 88 verbinden den oberen Flansch 218 und den unteren Flansch 220 mit dem Kokille-Körper 22. Dabei ist anzumerken, daß bei der Ausführung der Figur 6 der äußere und innere Rand der zwei Membranen 90, 88 starr eingespannt sind. Die Befestigungsarten der mit Hilfe der Figuren 3 und 4 beschriebenen Membranen bleiben natürlich brauchbare Alternativen.
Das Kupferrohr 214, der Käfig 216, und das Führungsrohr 224 für die Kühlflüssigkeit definieren bei der Ausführung gemäß der Figur 6 eine ziemlich starre Einheit, die bezüglich des Kokille-Körpers 22 en bloc axial verschiebbar ist. Diese Einheit wird von einem Hebelarm 54 (in der Figur 6 durch seine Achse wiedergegeben) mit Hilfe der zwei Drehzapfen 250, 252, die ein Bestandteil des oberen Flanschs 218 sind, getragen.
Dabei bleibt noch anzumerken, daß bei der Ausführung der Figur 6 die Kühlflüssigkeit in die ringförmige Versorgungskammer 234 einströmt, mit großer Geschwindigkeit durch den engen, ringförmigen Zwischenraum 226 strömt, wo sie einen großen Druckabfall erfährt, und aus der Kokille ausströmt, nachdem sie durch den ringförmigen Zwischenraum 240 geströmt ist, der zum Beispiel einen elektromagnetischen Rührer (nicht wiedergegeben) enthalten kann. Da der Druck in der ringförmigen Versorgungskammer 234 höher ist als der Druck in der ringförmigen Kammer 240, trägt der hydrostatische Druck, der auf den Bundring 228 ausgeübt wird, dazu bei, die Einheit aus dem Kupferrohr 214, dem Käfig 216, und dem Führungsrohr 224 für die Kühlflüssigkeit zu tragen.
Selbst wenn eine Ausführung gemäß der Figur 6 den Nachteil hat, daß die in Schwingung zu versetzende Masse ein wenig größer ist, hat sie jedoch den Vorteil, daß das Kupferrohr 214 mechanisch weniger beansprucht wird als das Kupferrohr 14.

Claims

1. Kokille einer Stranggußanlage, umfassend:

ein Kokille-Rohr (12), das eine innere Wand (14) und eine äußere Wand (16) hat, wobei die innere Wand (14) einen axialen Ausflußkanal (18) für ein schmelzflüssiges Metall definiert;

einen Kokille-Körper (22), der die äußere Wand (16) des Kokille-Rohrs (12) über mindestens einen Teil seiner Länge so umgibt, daß er damit eine dichte Kammer (23) definiert, die einen Kühlkreis zur Kühlung des Kokille-Rohrs (12) enthält; und

eine Vorrichtung (46) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Kokille-Rohr (12) bezüglich des Kokille-Körpers (22) axial verschiebbar ist;

daß der Kokille-Körper (22) mittels Dichtungselementen (88, 90), die eine axiale Verschiebung des Kokille-Rohrs (12) bezüglich des Kokille-Körpers (22) ermöglichen, während sie zugleich die Dichtheit der dichten Kammer (23) sicherstellen, mit dem Kokille-Rohr (12) verbunden ist; und

daß die Vorrichtung (46) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen mit dem Kokille-Rohr (12) so verbunden ist, daß sie eine axiale Schwingbewegung bezüglich des Kokille-Körpers (22) auf das Kokille-Rohr (12) übertragen kann.

2. Kokille gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokille-Körper (22) eine obere Durchgangsöffnung (117) und eine untere Durchgangsöffnung (43) für das Kokille-Rohr (12) umfaßt,

daß die Dichtungselemente (88, 90) in diesen zwei Durchgangsöffnungen (43, 117) so angeordnet sind, daß sie in dem Kokille-Körper (22) um das Kokille-Rohr (12) herum eine dichte ringförmige Kammer (23) begrenzen, die durch eine Kühlflüssigkeit unter Druck gesetzt werden kann, und

daß der Querschnitt der oberen Durchgangsöffnung (117) größer ist als der Querschnitt der unteren Durchgangsöffnung (43), so daß sich daraus eine auf das Kokille-Rohr (12) wirkende hydrostatische Kraft ergibt, die entgegengesetzt zu der Ausflußrichtung des schmelzflüssigen Metalls gerichtet ist.

3. Kokille gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokille-Körper (22) ein inneres Führungsrohr (24) umfaßt, das das Kokille-Rohr (12) umgibt und damit einen ersten ringförmigen Zwischenraum (26) bildet, der einen ersten Durchgangsquerschnitt für eine Kühlflüssigkeit definiert, und ein äußeres Mantelrohr (28) umfaßt, das das innere Führungsrohr (24) umgibt und damit einen zweiten ringförmigen Zwischenraum (30) bildet, der einen zweiten Durchgangsquerschnitt für die Kühlflüssigkeit bildet, der wesentlich größer als der erste Durchgangsquerschnitt ist.

4. Kokille gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Führungsrohr (24) an dem Kokille-Körper (22) starr befestigt ist.

5. Kokille gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Führungsrohr (224) ein Bestandteil des Kokille-Rohrs (212) ist.

6. Kokille gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Kokille-Rohr (212) ein Kupferrohr (214) umfaßt, das den axialen Ausflußkanal (18) für das schmelzflüssige Metall definiert, und einen Käfig (216) umfaßt, der sich längs des Kupferrohrs (214) erstreckt, und der an seinem oberen Ende an dem Kupferrohr (214) auf starre und dichte Weise befestigt ist,

daß dieser Käfig (216) an seinem unteren Ende eine Führungsöffnung aufweist, in der das Kupferrohr (214) auf dichte Weise so geführt wird, daß es sich axial nach unten ausdehnen kann, und

daß ein Führungsrohr (224) für die Kühlflüssigkeit von diesem Käfig (216) getragen wird.

7. Kokille gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (88, 90) untere Dichtungselemente (88) umfassen, die zwischen dem unteren Ende des Käfigs (216) und dem Kokille-Körper (22) angeschlossen sind, und obere Dichtungselemente (90) umfassen, die zwischen dem oberen Ende des Käfigs (216) und dem Kokille-Körper (22) angeschlossen sind.

8. Kokille gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der Käfig (216) mit einem Bundring (228) versehen ist,

daß der Kokille-Körper (22) mit einer ringförmigen Trennwand (230) versehen ist,

daß der Bundring (238) und die ringförmige Trennwand (230) in der Kokille (210) eine ringförmige Versorgungskammer (234) für eine Kühlflüssigkeit begrenzen, und

daß der Bundring (228) und die ringförmige Trennwand (230) durch ein Dichtungselement (236) miteinander verbunden sind, das ihre relative Verschiebung gemäß der Gießachse zuläßt.

9. Kokille gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente mindestens eine elastisch verformbare Membran (88, 90) umfassen.

10. Kokille gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (88, 90) eine metallische Membran mit mehreren Folien ist.

11. Kokille gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Hebel (54), der mit einem Zwischengelenk (63) versehen ist, mittels dem er von dem Kokille-Körper (22) getragen wird, wobei der Hebel (54) einen ersten Hebelarm (56) umfaßt, der an seinem oberen Ende das Kokille-Rohr (12) trägt, und einen zweiten Hebelarm (80) umfaßt, der mit der Vorrichtung (46) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen verbunden ist.

12. Kokille gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß das Kokille-Rohr (12) an seinem oberen Ende mit zwei Drehzapfen (50, 52) versehen ist; und

daß der zweite Hebelarm (56) ein gabelförmiger Arm mit zwei Zweigen (58, 60) ist, wobei jeder der Drehzapfen (50, 52) von einem dieser Zweige (58, 60) getragen wird.

13. Kokille gemäß den Ansprüchen 3, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet,

daß das Zwischengelenk (63) des Hebelarms, die zwei Drehzapfen (50, 52), und der erste Hebelarm (56) innerhalb der dichten ringförmigen Kammer (23) gelegen sind, und

daß der zweite Hebelarm (80) durch das äußere Mantelrohr (28) des Kokille-Körpers (22) hindurchgeführt ist, und mittels eines Balgkompensators (82) auf dichte Weise mit diesem Mantelrohr verbunden ist.

14. Kokille gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Kammer (23) einen elektromagnetischen Induktor (86) enthält, der von dem Kokille-Körper (22) getragen wird.

15. Kokille gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (46) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen ein hydraulischer Kolben ist.

16. Kokille gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch Blattfedern (122), die zwischen dem Kokille- Rohr (12) und dem Kokille-Körper (22) angeschlossen sind.