DE7603240U1 - Kokille fuer horizontal arbeitende stranggiessanlage - Google Patents

Description

P. G-lörfeld"" " ·"»··■ ' · Deutsches Patentamt

Th.-Heuss-Str. 127 G-ebrauchsmusterstelle

5170 Julich-Koslar Steinsdorfstr. 10

8 München 22

Aktenzeichen α 76 03 240

G-ebrauchsmusteranmeldung Kokille für horizontal arbeitende Stranggießanlagen

Es ..handelt sich um eine Kokille für horizontal arbeitende Stranggießanlagen, die an einer - am unteren Teil eines Warmhalteofens befindlichen - Schmelz-Austrittsöffnung angebracht ist. Die Kokille besteht vorzugsweise aus G-rafiteinsätzen und einem diese umgebenden, von einem Kühlmittel durchflossenen Kühler. 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.

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 mit G-rafiteinsätzen bestückte 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.

Entscheidend für die G-ießgeschwindigkeit einer solchen Anlage bzw. die G-eschwindigkeit, mit der der Strang aus der Kokille herausgezogen werden kann, ist der Wärmehaushalt. Die dem Warmhalteofen und der Schmelze zugeführten Wärme ist der Schmelze in der Kokille wieder zu entziehen, um das Erstarren der Schmelze zu dem gewünschten Strang

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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. I

Die über den Kühler gemäß b) abgeführte Wärmemenge, setzt sich zusammen | aus

1. der Eratarrungswärme des Metalles und der Wärmemenge, die zur Abkühlung des Bandes auf Bandaustrittstemperatur abgegeben wird,

2. der Rückkühlungswärme. 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

Grafiteinsätze der Kokille von der Ofenseite her zum Kühler geleitet wird. Die Grafiteinsätze 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. Pig. 1).

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.

Ältere Messungen zeigten, daß das Verhältnis zwischen abgeleiteter Nutzwärme zur abgeleiteten Gesamtwärme in ungünstigen Fällen kleiner als o,5 war.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Quozienten aus vom Kühler abgeführter Nutzwärme zur abgeleiteten Gesamtwärme dem Wert 1 anzunähern, so daß eine wesentlichJaöhere Gießgeschwindigkeit erreicht werden kann.

Zur lösung dieser Aufgabe wird bei einer Kokille der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß die Grafiteinsätze im der Ausmündung des Ofens zugewandten Bereich mit einer sich zumindest teilweise über ihren Querschnitt erstreckenden wärmeisolierenden und/oder wärmereflektieren-

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den Dämmschich.t 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.

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 30 % gegenüber herkömmlichen Anlagen ^crhöht wird. Bisher sind die Grafiteinsätze der Kokille gegenüber der Schmelze ofenseitig nicht abgeschirmt worden, man hat im Gegenteil für einen guten Kontakt zwischen Grafiteinsätzen und Schmelze noch dadurch gesorgt, daß die Grafiteinsätze durch die Ausmündung des Ofens in die Schmelze hineinragen. Offenbar in dem Bestreben, durch den Kontakt zwischen Schmelze und Grafiteinsätzen einen zu starken Temperatursprung in der Schmelze vor Erreichen der eigentlichen Erstarrungszone möglichst zu vermeiden.

Trotz Anordnung der erfindungsgemäßen Dämmschicht entsteht ein sich auf den Gießvorgang auswirkender Temperatursprung nicht, da die Abziehgeschwindigkeit eines 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. Somit ergibt sich überraschend der wesentliche Effekt der Erhöhung der Gießgeschwindigkeit unter voller Ausnutzung der Kühlerkapazität allein für die Abführung der Nutzwärme.

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.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

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Fig. 1 schematisch im Schnitt und Ausschnitt den Kokillenbereich einer horizontal arbeitenden Stranggießanlage;

Fig. 2
bis 5

schematisch in gegenüber der Fig. 1 verkleinertem Maßstab verschiedene Anordnungen der erfindungsgemäßen Dämmschicht; Ί

Fig. 6 schematisch die Anordnung einer erfindungsgemäss als Sperrschicht ausgebildeten Dämmschicht;

Schnittansichten entlang der Linie A-B in Fig. 6;

Fig. 7
und 8

Fig. 9
bis 11

in Ansicht verschiedene Ausführungen von sich über den ganzen Kokillenquerschnitt erstreckenden Abschirmplatten.

Aus Fig. 1 ist schematisch im Schnitt die bisher übliche Anordnung einer horizontalen Kokille in einer Stranggießanlage erj sichtlich. An die Ausmündung 1 in der Wandung 2 eines Warmhaite-I ofens schließt sich eine Kokille 3 an. Diese wird aus Graphit- : einsätzen 4 gebildet, die in einer nicht dargestellten Haltevorrichtung zusammen mit einem wasserdurchflossenen Kühler 5 und einem feuerfesten Anflanschmaterial 6 gehalten sind. In j Fig. 1 links aus der Kokille wird der erstarrte gegossene Strang Q' j 7 abgezogen. Der Spiegel der im Ofen befindlichen Metallschmelze' j . 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 ι den erwünschten Nutzungswärmefluß an und die Pfeile 13 den j j unerwünschten Rückkühlungswärmefluß. i

j Zur Vermeidung der Abführung der Rückkühlungswärme ist gemäss ' Fig. 2-5 eine wärmeisolierende und/oder wärmereflektierende ' Dämmschicht 14 an den dem Ofeninnenraum zugewandten Stirnflächeni der Kokilleneinsätze 4 angeordnet. Bei der Ausführung nach !

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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.

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. Bei der Ausführung nach Fig. 8 besteht die Sperrschicht 15 aus mehreren, über den Querschnitt der Kokilleneinsätze 4 verteilten Sperrschichtteilen 15'.

Bei der Ausführung nach den Fig. 9-11 ist die erfindungsgemässe Dämmschicht als Abschirmplatte 16_f 16', 16" 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 Ruckkühlungswärmefluß auch durch die vor der Erstarrungslone 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 Xreisöffnungen.18 oder durch nebeneinanderliegende, einem Quadrat angenäherte öffnungen 19 ermöglicht.

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Als Verbindungs- und Befestigungsarten für die Dämmschicht, Sperrschicht bzw. Abschirmplatte aus isolierenden und/oder reflektierendem Material kommen Kleb^Schraub-, Steck-, Klemm- oder andere Verbindungsart< in Betracht. Nachstehend werden zwei Anwendungsbeispiele erläutert.

Beispiel 1 :

j Die dem Ofen zugewandten Stirnflächen der Grafiteinsätze einer Kokille ; mit einem hoch-feuerfesten Kleber (z.B. Coating - Cement Q P - 180 weiß.. Fa. Carborundum, Düsseldorf) eingestrichen. Ein solcher Anstrich allein reflektiert schon den überwiegenden Teil der Wärmestrahlung und besitzt recht gute isolierende Eigenschaften.

Durch Aufkleben einer oder mehrerer Lagen eines Keramikfaserpapiers (z.B. Piberfrax - Papier, auch Pa. Carborundum) kann die Isolierwirkung dieser Schicht wesentlich verbessert werden.

Beispiel 2:

Auf den Enden der Grafiteinsätze wird mit Hilfe geeigneter Schablonen eine gut isolierende Spezialstampfmasse mit geringer Schwindung aufgebracht. Bei dieser Ausführung ist es günstig, wenn die Grafiteinsätze im feuerfesten Anflanschmaterial versenkt angeordnet sind, so daß die Isoliermasse mit dem letzteren bündig gestampft werden kann. (vgl. Pig.3]

Ansprüche;

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Claims (7)

1. _ 7

   Ansprüche

   Kokille für horizontal arbeitende Stranggießanlagen, bestehend aus Kokilleneinsätzen und einem diese umgebenden von Kühlmittel durchflossenen Kühler, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille (3) im

   ja der Ausmündung (1) des Ofens zugewandten Bereich mit einer sich zumindest teilweise über ihren Querschnitt erstreckenden wärmeiso-

   «? Ii er enden und/oder wärmereflektierenden Dämmschicht (14; 15; 16) versehen ist.
2. 2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmschicht .(14) an den dem Ofeninnenraum zugewandten Stirnflächen der Kokilleneinsätze (4) angeordnet ist.
3. 3. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmschicht als im der Ausmündung (1) des Ofens zugewandten Bereich in die Kokilleneinsätze (4) eingelassene Sperrschicht (15; 15') ausgebildet ist.
4. 4. Kokille nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmschicht als sich über den ganzen Kokilleneinsatz-Querschnitt erstreckende Abschirmplatte (16; 16·; 16") ausgebildet ist, in welcher eine oder mehrere, den Durchtritt der Metallschmelze zur Kokillenöffnung zulassende Öffnungen (17; 18; 19) vorgesehen sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmschicht (14) mit dem die Kokilleneinsätze im Bereich der Ausmündung(1' des Ofens umgebenden feuerfesten Anflanschmaterial (6) bündig abschlif in dieses versenkt angeordnet ist oder es ganz oder teilweise mit überdeckt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus mehreren, über den Querschnitt der Kokilleneinsätze (4) verteilten Sperrschichtteilen (15') besteht.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß bei im Querschnitt flach-rechteckförmiger Kokillenöffnung die Öffnung bzw. Öffnungen (17; 18; 19) in der Abschirmplatte (16; 16' 16") als gegenüber der rechteckförmigen Kokillenöffnung verkleinerter rechteckiger Schlitz (17), als nebeneinanderliegende Kreisöffnungen (18) oder als nebeneinanderliegende, einem Quadrat angenäherte Öffnungen (19) ausgebildet sind.