Giessdüsen-Mundstück für Stahlschmelze verarbeitende Stranggiesskokillen mit in Giessrichtung mitlaufenden Kokillenwänden

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Giessdüsen-Mundstück für Stahlschmelze verarbeitende Stranggiesskokillen mit in Giessrichtung mitlaufenden Kokillenwänden, mit einem rechteckförmigen Aussenquerschnitt und einer im Querschnitt rechteckförmigen Bohrung, die sich in Giessrichtung trichterförmig erweitert und die an den Schmal- und Breitseiten durch konvex gekrümmte Wandungsteile mit in Giessrichtung konstanten Krümmungsradien begrenzt ist, wobei die Krümmungsradien der Bohrungswände ein Mehrfaches des Abstandes zwischen dem Anfangsquerschnitt des Mundstücks mit parallel zur Längsachse verlaufender Bohrungsober- und Bohrungsunterwand sowie dessen Austrittsquerschnitt ausmachen.

[0002] Ein Giessdüsen-Mundstück der eingangs erwähnten Gattung, welches im Zusammenwirken mit einer Stranggiesskokille beim Vergiessen von Stahl hohe Giessgeschwindigkeiten in der Grössenordnung um 10 m/min ermöglicht, ist aus der DE-OS-3029223 bekannt. Die sich in Giessrichtung mit dem Giessstrang mitbewegenden Kokillenwände der Stranggiesskokille bestehen dabei aus sich paarweise gegenüberliegenden endlosen Giessbändern und endlosen gegliederten Seitendämmen, die sich seitlich an die Giessbänder anschliessen.

[0003] Das aus gegen Stahlschmelze widerstandsfähigem Werkstoff bestehende Mundstück bildet mit den Kokillenwänden einen Dichtspalt und trägt somit bereits der Forderung Rechnung, bei Vermeidung von Gaszutritt- insbesondere Luft - aus der Umgebung in die Stahlschmelze über einen ausreichend langen Zeitraum deren Austritt aus der Stranggiesskokille zu verhindern. Dabei muss unter dem Gesichtspunkt der Betriebssicherheit und Qualität des Giesserzeugnisses sichergestellt sein, dass die Erstarrung des Stahls nicht schon im feststehenden Mundstück, sondern erst auf den beweglichen Kokillenwänden beginnt.

[0004] Da die Giessdüse mit dem Mundstück eine nach aussen hin geschlossene Zuführeinrichtung bildet, kann die Regelung der Zuführmenge aus der Stranggiesskokille in den vorgeschalteten Zwischenbehälter (Tundish) verlegt werden, was zu einer erheblichen Vereinfachung des Aufbaus und der Betriebsweise der Stranggiesskokille führt.

[0005] Der Erfindung liegt vorrangig die Aufgabe zugrunde, ein Giessdüsen-Mundstück der erwähnten Gattung unter Einhaltung der geschilderten Forderungen in der Weise weiterzuentwickeln, dass weder im Mundstück selbst noch an dessen Austrittskante eine vorzeitige Erstarrung einsetzt, gleichzeitig aber zur Vermeidung von Ungleichmässigkeiten beim Wärmeübergang und bei der Schalenbildung des Giessstrangs sichergstellt ist, dass die Stahlschmelze möglichst frei von Turbulenzen an die in Giessrichtung mitlaufenden Kokillenwände gelangt.

[0006] Das Mundstück soll ausserdem im Hinblick auf die erschwerten Betriebsbedingungen robust aufgebaut sein, sich einfach auswechseln lassen und so angeordnet sein, dass es seine Lage bezüglich der es umgebenden Kokillenwände während des Giessvorgangs nicht oder allenfalls in vernachlässigbarem Umfang verändert.

[0007] Die gestellte Aufgabe wird durch ein Giessdüsen-Mundstück gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Der der Erfindung zugrundeliegende Lösungsgedanke besteht danach darin, die Bohrungswände des Mundstücks, d.h. die beiden Bohrungsseitenwände sowie die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand, nicht nur in Giessrichtung, sondern auch in einer Vertikalebene quer zur Giessrichtung derartig gekrümmt auszubilden, dass der Übergangsbereich, in dem die Stahlschmelze möglichst turbulenzfrei an die Kokillenwände herangeführt wird, möglichst kurz ausgebildet ist.

[0008] Dies lässt sich bei einer im Querschnitt rechteckförmigen Bohrung dadurch verwirklichen, dass die an den Breitseiten liegende Bohrungsober- und Bohrungsunterwand zur Mitte hin (d.h. in Richtung auf die Längsachse des Mundstücks) aufeinander zu gewölbt sind, hier also einen kleineren Durchflussquerschnitt freigeben als im Bereich des Übergangs in die Bohrungsseitenwände. Die zugführte Stahlschmelze wird demzufolge zwangsweise nach aussen in Richtung auf die Schmalseiten des Mundstücks umgelenkt und dadurch an den Bohrungsseitenwänden in Anlage gehalten. Die Krümmung der Bohrungsober- und Bohrungsunterwand, jeweils in einer Vertikalebene quer zur Längsachse gesehen, muss dabei um so stärker ausgebildet sein, je mehr die Bohrung und damit der Aussenquerschnitt des Mundstücks rechteckförmig ist, d.h. je kleinere Werte das Rechteckförmigkeitsverhältnis Aussenhöhe/Aussenbreite annimmt. Die Bohrungsseitenwände können in entsprechender Weise aufeinander zu, d. h. in Richtung auf die Längsachse, gekrümmt sein. Falls das erwähnte Rechteckförmigkeitsverhältnis einen Wert von etwa 1:2,5 unterschreitet, verlaufen die Bohrungsseitenwände - jeweils in einer Vertikalebene parallel zur Längsachse betrachtet - geradlinig mit der Krümmung Null. Sie sind also gegebenenfalls ebenso wie die zugehörigen Aussenflächen an den Schmalseiten des Mundstücks lotrecht angeordnet.

[0009] Die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand weisen-jeweils in einer Vertikalebene parallel zur Längsachse (einschliesslich gegebenenfalls der durch die Längsachse verlaufenden Vertikalebene) in Giessrichtung gesehen - einen konstanten Krümmungsradius auf, der im Bereich der Mitte grösser ist als an den Bohrungsseitenwänden; die Radienabnahme in Richtung auf die Bohrungsseitenwände ist dabei um so grösser, je kleinere Werte das Rechteckförmigkeitsverhältnis annimmt.

[0010] Die Aussenflächen des Mundstücks sind nach der Lehre der Erfindung jeweils nur auf einem Teil seiner Längserstreckung mit einer seinen Umfang allseitig umschliessenden Wärmeisolierung und einer aussenliegenden, kastenförmigen Metallabdeckung ausgestattet. Die Wärmeisolierung soll die Wärmeabfuhr aus der Stahlschmelze nach aussen so gering wie möglich halten und sicherstellen, dass im Mundstück selbst keine unerwünschte Erstarrung eintritt. Abgesehen allenfalls vom Bereich in der Nähe der Vertikalebene durch die Längsachse weisen die Breitseiten, die Schmalseiten am Mundstück-Austrittsquerschnitt in Giessrichtung überragend, eine bogenförmige Abschlusskante mit einer konstanten Wandstärke auf. Die Einhaltung über den Austrittsquerschnitt konstanter Wandstärken ist unter dem Gesichtspunkt eines gleichmässigen Wärmeübergangs von Bedeutung. Die Wandstärke am Austrittsquerschnitt ist so zu wählen, dass das Mundstück bei vorgegebenem Anfangsquerschnitt möglichst kurz ausgebildet ist, gleichzeitig aber eine in mechanischer und chemischer Hinsicht ausreichende Stabilität aufweist; sie beträgt in Abhängigkeit von der Krümmung der Bohrungswände am Austrittsquerschnitt 20 bis 1 mm, vorzugsweise 5 bis 3 mm.

[0011] Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes weisen die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand in der Nähe der die Längsachse einschliessenden Vertikalebene einen Wandabschnitt auf, der - jeweils in einer Vertikalebene quer zur Längsachse gesehen - geradlinig verläuft (Anspruch 2). Bei einer derartigen Ausführungsform beginnt die Querkrümmung der an den Breitseiten liegenden Bohrungswände erst in einer gewissen Entfernung von der die Längsachse einschliessenden Vertikalebene. Dies ist vorzugsweise dann der Fall, wenn das Mundstück besonders ausgeprägt rechteckförmig ausgestaltet ist, d.h. ein Rechteckförmigkeitsverhältnis von 1:2 und kleiner aufweist (Anspruch 3).

[0012] Die Metallabdeckung weist vorzugsweise eine Stärke zwischen 3 bis 5 mm auf. Falls sie einschichtig nach Art eines das Mundstück umschliessenden Kastens ausgebildet ist, besteht sie zweckmässig aus einem Stahl mit geringer thermischer Dehnung. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungegegenstandes ist die Metallabdeckung aus mehreren ineinandergreifenden Metallkästen zusammengesetzt (Anspruch 4). Da Verwerfungen durch eine derartige Schichtbauweise verhindert werden, kann in diesem Fall als Werkstoff eine hochwarmfeste Legierung zur Anwendung kommen. Der Vorteil der Schichtbauweise besteht ausserdem in der besseren Wärmeisolierung des Mundstücks in Richtung auf die Kokillenwände sowie darin, dass im Störungsfalle gegebenenfalls nur der aussenliegende Metallkasten ausgewechselt werden muss. Die Blechstärke liegt bei der mehrschichtigen Ausbildung in der Grössenordnung von 1 mm.

[0013] Zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Mundstücks ist die Metallabdeckung in der Nähe ihrer dem Austrittsquerschnitt zugewandten Stirnseite mit einer Quernut ausgestattet, deren Tiefe allenfalls 1 mm beträgt (Anspruch 5). In der Quernut staut sich während des Giessvorgangs nach und nach ein Teil des fortlaufend auf die Kokillenwände aufgebrachten Beschichtungsmaterial (Coating) auf; dieses kann im Störungsfalle in den Dichtspalt zwischen Mundstück und Kokillenwänden eingedrungene Stahlschmelze aufhalten.

[0014] Als Befestigungselemente zwischen Metallabdeckung und Mundstück kommen Stifte oder quaderförmige Flachelemente in Frage, die durch eine angepasste Ausnehmung in der Metallabdeckung hindurch etwa 3 bis 5 mm in den Keramikkörper des Mundstücks eigreifen.

[0015] Vorzugsweise findet als Befestigungselemente ein in der Draufsicht halbkreisförmiges Plättchen mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm Verwendung, welches sich über seine gekrümmte Seite entgegen der Giessrichtung in einer Ausnehmung des Keramikkörpers abstützt und gegen dessen ebene Stirnfläche sich die Metallabdekkung über einen Absatz anlehnt, der quer zur Längsachse verlaufend ebenfalls in die Ausnehmung eingreift (Anspruch 6). Die Grösse des Plättchens und seine Halbkreisform bewirken, dass zwischen dem Keramikkörper und der Metallabdeckung auftretende Zugkräfte gleichmässig und ohne Entstehung von Spannungsspitzen übertragen werden. Je nach dem, wie die Wandstärke des Keramikkörpers in dem in Frage kommenden Bereich beschaffen ist, kann das Plättchen jeweils an einer Breitseite oder an einer Schmalseite des Mundstücks angeordnet sein.

[0016] Der Erfindungsgegenstand kann dadurch weiter ausgestaltet sein, dass das Mundstück, in Längsrichtung gesehen, aus mehreren Längsabschnitten zusammengesetzt ist, die eine gemeinsame Metallabdeckung aufweisen (Anspruch 7); insbesondere kann es aus einem Schaft und einem dicht mit diesem verbundenen, abtrennbaren Vorderabschnitt mit einer Länge von etwa 10 bis 100 mm, vorzugsweise 60 mm, bestehen, der aus einem anderen Keramikwerkstoff gefertigt ist als der Schaft (Anspruch 8). Besonders geeignet als Keramikwerkstoff für den Vorderabschnitt ist Bornitrid, welches von der Stahlschmelze nicht benetzt wird, unempfindlich ist gegen plötzliche Temperaturschwankungen, gute Schmierfähigkeitseigenschaften aufweist und sich leicht bearbeiten lässt. Der Keramikkörper des weniger beanspruchten Schaftes besteht zweckmässig aus einem weniger kostspieligen Keramikwerkstoff, wie graphitierte Tonerde, amorphe Kieselsäure, Zirkonsilicat oder Mullit.

[0017] Bei der mehrere Längsabschnitte aufweisenden Ausführungsform kann die Metallabdeckung auch dazu herangezogen werden, den Vorderabschnitt und den Schaft des Mundstücks in der Weise dicht miteinander zu verbinden, dass der Austritt von Stahlschmelze im Bereich des Übergangs zwischen den beiden Längsabschnitten nach aussen verhindert wird.

[0018] Vorzugsweise ist das Mundstück so ausgebildet und bezüglich der es umschliessenden Kokillenwände angeordnet, dass es ausschliesslich seine in Giessrichtung hinter der Metallabdeckung liegende Aussenfläche als mit den Kokillenwänden zusammenwirkende Dichtfläche ausgebildet ist (Anspruch 9).

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a schematisiert einen Horizontalschnitt durch die Längsachse eines Giessdüsen-Mundstücks mit einem rechteckigen Aussenquerschnitt und einer sich in Giessrichtung erweiternden rechteckförmigen Bohrung;

Fig. 1b einen Schnitt nach Linie I-I in Fig. 1a;

Fig. 1c als Schemabild die Krümmung der Bohrungsunterwand im Bereich der die Längsachse einschliessenden Vertikalebene bzw. im Über- .gangsbereich zu den Bohrungsseitenwänden;

Fig. 2a einen horizontalen Teilschnitt durch ein in Längsrichtung einteiliges Giessdüsen-Mundstück mit einem in Giessrichtung vorausgehenden Giessdüsenabschnitt;

Fig. 2b, c einen Teilschnitt nach Linie Ilb-Ilb bzw. IIc-IIc in Fig. 2a;

Fig. 3a eine Draufsicht auf ein zweiteiliges Giessdüsen-Mundstück, bestehend aus einem in Giessrichtung vornliegenden Schaft und einem mit diesem abtrennbar verbundenen, kurz gehaltenen Vorderabschnitt;

Fig. 3b einen vertikalen Teilschnitt durch die Ausführungsform gemäss Fig. 3a im Bereich der die Längsachse einschliessenden Vertikalebene;

Fig. 3c einen vertikalen Teilschnitt durch die Ausführungsform gemäss Fig. 3a im Übergangsbereich zu einer Bohrungsseitenwand;

Fig. 4 einen vertikalen Teilschnitt durch ein zweiteiliges Giessdüsen-Mundstück, dessen Metallabdeckung aus mehreren ineinandergreifenden Metallkästen zusammengesetzt ist;

Fig. 5a einen vertikalen Teilschnitt durch ein einteiliges Giessdüsen-Mundstück, dessen Metallabdeckung sich über einen Absatz und ein halbkreisförmig gebogenes Plättchen in einer Ausnehmung des Keramikkörpers abstützt, und

Fig. 5b einen Schnitt der Linie V-V in Fig. 5a.

[0020] Das Giessdüsen-Mundstück 1, dessen an den Breitseiten liegende Aussenfläche 2 und an den Schmalseiten liegende Aussenfläche 3 einen rechteckigen Aussenquerschnitt bilden, weist eine sich in Giessrichtung (Pfeil 4) trichterförmig erweiternde Bohrung 5 auf; diese wird einerseits von Bohrungsseitenwänden 6 und andererseits von einer Bohrungsober- und Bohrungsunterwand 7 begrenzt.

[0021] Während die Bohrungswände 6 und 7 im Bereich des Anfangsquerschnitts 8 parallel zur Mundstück-Längsachse 1' verlaufen, sind sie im Bereich des Austrittsquerschnitts 9 bezüglich der Längsachse soweit schräg gestellt, dass sich ein möglichst einwandfreier Übergang der zugeführten Stahlschmelze auf die nicht dargestellten, in Giessrichtung mitlaufenden Kokillenwände ergibt.

[0022] Bedingt durch die Erweiterung der Bohrung 5 in Giessrichtung nimmt die Wandstärke des Mundstücks 1 in dieser Richtung ab; die Wandstärke am Austrittsquerschnitt 9 beträgt aus Gründen der Stabilität etwa 5 mm.

[0023] Die Bohrungsseitenwände 6 weisen einen konstanten Krümmungsradius R_s auf, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Mehrfaches grösser ist als die Länge des Mundstücks 1. Abgesehen von dieser konstanten Krümmung sind die Bohrungsseitenwände 6 in lotrechter Richtung geradlinig ausgebildet, d.h. sie verlaufen parallel zu den ebenfalls an den Schmalseiten des Mundstücks liegenden Aussenflächen 3. Im Gegensatz dazu sind die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand 7 nicht nur in Giessrichtung, sondern auch in einer Vertikalebene quer zur Längsachse 1' gekrümmt ausgebildet (vgl. Fig. 1 b), und zwar in der Weise, dass - abgesehen allenfalls vom Bereich des Anfangsquerschnitts 8, in dem die Bohrungswände 7 parallel zur Längsachse 1' verlaufen - ihr gegenseitiger Abstand in jeder Vertikalebene quer zur Längsachse in der Mitte kleiner ist als ihr gegenseitiger Abstand im Übergangsbereich zu den Bohrungsseitenwänden. Diese Ausbildung der an den Breitseiten des Mundstücks 1 liegenden Bohrungsober- und Bohrungsunterwand 7, die bezüglich der Längsachse 1' konvex gekrümmt sind, hat zur Folge, dass die zugeführte Stahlschmelze zwangsweise in Richtung auf die Bohrungsseitenwände 6 umgelenkt und unter Vermeidung von Turbulenzbildung auch an den Bohrungsseitenwänden in Anlage gehalten wird.

[0024] Die aufeinander zu gerichtete konvexe Wölbung der Bohrungswände 7 in jeder Vertikalebene quer zur Längsachse 1' muss um so stärker ausgebildet sein, je mehr das Mundstück rechteckförmig ausgebildet ist, d. h. je kleiner das Verhältnis der Aussenhöhe H zur Aussenbreite B ist.

[0025] Auch die Bohrungsseitenwände 6 können zur Erzielung einwandfreier Strömungsverhältnisse in entsprechender Weise eine Querkrümmung in jeder Vertikalebene quer zur Längsachse 1' aufweisen. Diese Krümmung kann jedoch den Wert Null annehmen, sofern das Rechteckförmigkeitsverhältnis H/B - wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel - einen Grenzwert von etwa 1:2,5 unterschreitet.

[0026] Aus Fig. 1c ist entnehmbar, dass die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand 7 - jeweils in einer zur Längsachse 1' parallelen Vertikalebene - in der Mitte und im Übergangsbereich zu den Bohrungsseitenwänden 6 jeweils einen konstanten Krümmungsradius R; bzw. R_a aufweisen; ersterer ist dabei zur Erzielung der erforderlichen Einschnürung im Bereich der Mitte, d.h. im Bereich der die Längsachse 1' einschliessenden Vertikalebene, grösser als letzterer. In der Übergangszone von der Mitte bis zu den Bohrungsseitenwänden nimmt der Krümmungsradius der Bohrungswände 7 bis zum Wert von R_a gleichmässig zu.

[0027] Falls das Rechteckförmigkeitsverhältnis H/B sehr kleine Werte (d. h. 1:2 und kleiner) annimmt, d.h. falls die Aussenbreite des Mundstücks sehr viel grösser ist als dessen Aussenhöhe, können die an den Breitseiten liegenden Bohrungswände in der Nähe der die Längsachse 1' einschliessenden Vertikalebene einen Wandabschnitt 7' aufweisen; dieser ist, jeweils in einer Vertikalebene quer zur Längsachse betrachtet, geradlinig ausgebildet, d. h. er verläuft beispielsweise parallel zu den Aussenflächen 2. Dies hat zur Folge, dass über die gesamte Breite b des Wandabschnitts 7' eine Krümmung mit dem konstanten Krümmungsradius R; vorhanden ist. Erst ausserhalb des Wandabschnitts 7' gehen die an den Breitseiten liegenden Bohrungswände 7 mit einer konvexen Krümmung in die Bohrungsseitenwände 6 über (vgl. Fig. 1b).

[0028] Damit das Mundstück 1 am Austrittsquerschnitt 9 auch an den Breitseiten eine konstante Wandstärke aufweist, sind die in Frage kommenden Bestandteile, also auch die Bohrungswände 7 und die Aussenflächen 2, über die Schmalseiten hinaus vorgezogen; sie weisen - abgesehen vom Bereich des Wandabschnitts 7' - einen konstanten Krümmungsradius auf, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel grösser ist als die Länge des Mundstücks 1.

[0029] Das Mundstück 1 und der mit ihm verbundene, vorausgehende Giessdüsenabschnitt 10 weisen - von innen nach aussen gesehen - folgende wesentliche Bestandteile auf: Einen Keramikkörper 11 bzw. 12, eine Wärmeisolierschicht 13 bzw. 14 und eine kastenförmige Metallabdeckung 15, welche die Bestandteile 1 und 10 mit zugehöriger Wärmeisolierschicht 13 bzw. 14 auf einem Teil der Längserstreckung des Mundstücks allseitig umschliesst.

[0030] Die Metallabdeckung 15 ist so bemessen, dass sie in Giessrichtung (Pfeil 4) gesehen, einige Millimeter vor dem Austrittsquerschnitt endet und mit dem Keramikkörper 11 fluchtet (Fig. 2a). Die freiliegende Aussenfläche (in der Darstellung die Aussenfläche 3) des Keramikkörpers 11 bildet die Dichtfläche, die mit den nicht dargestellten mitlaufenden Kokillenwänden einen Dichtspalt in der Grössenordnung von einigen zehntel Millimetern begrenzt; sie weist eine Länge zwischen 5 bis 50 mm auf.

[0031] Zur Erzielung einer möglichst guten Isolierwirkung sollte die Länge der Wärmeisolierschicht 13 mit einer Stärke von mehr als 1 mm so bemessen sein, dass sie sich auch dem Anfangsquerschnitt 8 möglichst weit nähert. Der Keramikkörper 11 muss jedoch im Bereich des Anfangsquerschnitts eine Abmessung aufweisen, die seine Befestigung mit dem vorausgehenden Giessdüsenabschnitt 10 ermöglicht.

[0032] Die beiden Längsabschnitten 1 und 10 gemeinsame Metallabdeckung 15 dient dazu, die Lage der Wärmeisolierschicht 13 in dem Keramikkörper 11 zu sichern und diesen vor Beschädigungen zu bewahren. Sie kann auch dazu verwendet werden, die genannten Längsabschnitte miteinander und gegebenenfalls mit den nicht dargestellten vorausgehenden Abschnitten der Giessdüse zu verbinden.

[0033] Zur Befestigung der Metallabdeckung 15 an dem Mundstück 1 ist im Bereich jeder Schmalseite ein in der Draufsicht halbkreisförmiges Plättchen 16 mit einem Durchmesser von 50 mm vorgesehen, welches - die Metallabdeckung 15 durchdringend - etwa 5 mm tief in den Keramikkörper 11 eingreift. Die gekrümmte Seite jedes Plättchens liegt dabei der Giessrichtung (Pfeil 4) entgegengerichtet.

[0034] Die Metallabdeckung ist in der Nähe ihrer dem Austrittsquerschnitt 9 zugewandten Stirnseite 15' mit einer Quernut 15" ausgestattet, deren Tiefe allenfalls 1 mm beträgt. Die Quernut bildet eine Art Hilfsdichtung, die durch Aufstau eines Teils des auf die Kokillenwände aufgebrachten Beschichtungsmaterials den Austritt von Stahlschmelze aus der Stranggiesskokille verhindern soll.

[0035] Um der Entstehung von Verwerfungen im Bereich der Metallabdeckung 15 entgegenzuwirken, kann diese allseitig mit Stege 15'" bildenden Verdickungen ausgestattet sein (Fig. 2b).

[0036] Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 (vgl. insbesondere Fig. 3b, c) ist das Mundstück 1, in Längsrichtung gesehen, aus einem längeren Schaft 1" und einem sich in Giessrichtung (Pfeil 4) anschliessenden, kurzgehaltenen Vorderabschnitt 1'" zusammengesetzt, die - abgesehen von dem bereits beschriebenen Keramikkörper 11 und einer sich nach aussen hin anschliessenden Wärmeisolierschicht 13 - eine gemeinsame Metallabdeckung 15 aufweisen. Letztere ist mittels Stiften 17 an dem Vorderabschnitt 1"' befestigt, die jeweils im Bereich der durch die Längsachse 1' verlaufenden Vertikalebene in die Breitseiten des Mundstücks 1 eingreifen. Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist der Keramikkörper des Vorderabschnitts 1' aus einem andersartigen Keramikwerkstoff, nämlich vorzugsweise Bornitrid, gefertigt als der aus Tonerde-Graphit bestehende Keramikkörper des Schaftes 1".

[0037] Ein weiterer Unterschied zu dem bisher Beschriebenen ist darin zu sehen, dass die Wölbung der Bohrungsober- und Bohrungsunterwand 7, in Giessrichtung gesehen, erst in einiger Entfernung hinter dem Anfangsquerschnitt 8 beginnt: Die betreffende Stelle, bis zu der die Bohrungswände parallel zur Längsachse 1' verlaufen, ist mit 8' bezeichnet.

[0038] Das zweiteilige Mundstück ist auf seiner in Giessrichtung vornliegenden Stirnseite mit einer Zentrierbohrung 18 ausgestattet, über welche es mit dem vorausgehenden, nicht dargestellten Giessdüsenabschnitt - gegebenenfalls unter Verwendung von Dichtmörtel - verbunden werden kann.

[0039] Der aus dem kostspieligeren Keramikwerkstoff bestehende Vorderabschnitt 1'" sollte so kurz gehalten sein, dass sein Keramikkörper 11 einerseits eine mit der Metallabdeckung 15 fluchtende, ausreichend lange Dichtfläche bildet und andererseits die Stifte zur Befestigung insbesondere der Metallabdeckung 15 aufnehmen kann.

[0040] Im Störungsfalle, der normalerweise im Bereich des Übergangs der Stahlschmelze auf die Kokillenwände, also im Bereich des Austrittsquerschnitts 9, auftritt, kann das Mundstück 1 durch Austauschen des Vorderabschnitts 1"' mit verhältnismässig geringem Zeit- und Kostenaufwand instand gesetzt werden.

[0041] Im Gegensatz zu der bisher beschriebenen Metallabdeckung 15 kann eine solche zur Anwendung gelangen, die aus mehreren ineinandergreifenden Metallkästen 15a zusammengesetzt ist (vgl. Fig. 4). Dies hat den Vorteil, dass einerseits die Wärmeisolierung in Richtung auf die nicht dargestellten Kokillenwände verbessert und andererseits durch die Schichtbauweise Verwerfungen im Bereich der Metallabdeckung entgegengewirkt wird.

[0042] Bei der in Fig. 5a, b dargestellten Ausführungsform ist der Keramikkörper 11 an der Breitseite mit einer Ausnehmung 11' ausgestattet, in der sich - entgegen der Giessrichtung (Pfeil 4) - ein in der Draufsicht halbkreisförmiges Plättchen 16' über seine gekrümmte Seite abgestützt und in die gleichzeitig die aussenliegende Metallabdeckung 15 über einen der Längsachse 11' zugewandten Absatz 15b in der Weise eingreift, dass dieser sich gegen die ebene Stirnfläche 16" des Plättchens 16' anlehnt. Dieses weist einen Durchmesser von etwa 50 mm auf und ist mit einer Stärke von 5 mm flacher als der durch die Wärmeisolierschicht 13 hindurchtretende Absatz 15b.

[0043] Das Plättchen 16' dient dazu, zwischen der Metallabdeckung 15 und dem Keramikkörper 11 eine gelenkige Verbindung herzustellen und dadurch bei der Herstellung und Anbringung der Metallabdeckung 15 auftretende Ungenauigkeiten auszugleichen.

[0044] Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass durch Verengung der Bohrung des Mundstücks an den Breitseiten eine auch an den Schmalseiten anliegende Strömung erzwungen und dadurch sichergestellt wird, dass die zugeführte Stahlschmelze turbulenzfrei an die in Giessrichtung mitlaufenden Kokillenwände gelangt.

Ansprüche

1. Giessdüsen-Mundstück (1) für Stahlschmelze verarbeitende Stranggiesskokillen mit in Giessrichtung (4) mitlaufenden Kokillenwänden, mit einem rechteckförmigen Aussenquerschnitt und einer im Querschnitt rechteckförmigen Bohrung (5), die sich in Giessrichtung (4) trichterförmig erweitert und die an den Schmal- (3) und Breitseiten (2) durch konvex gekrümmte Wandungsteile mit in Giessrichtung (4) konstanten Krümmungsradien begrenzt ist, wobei die Krümmungsradien der Bohrungswände ein Mehrfaches des Abstandes zwischen dem Anfangsquerschnitt (8) des Mundstücks (1) mit parallel zur Längsachse verlaufender Bohrungsober- und Bohrungsunterwand (7) sowie dessen Austrittsquerschnitt (9) ausmachen, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Schmalseiten (3) des Mundstücks (1) liegenden Bohrungsseitenwände (6) auch in einer Vertikalebene quer zur Längsachse (1') in Richtung auf diese konvex gekrümmt ausgebildet sind, wobei die letztgenannte Querkrümmung mit kleiner werdendem Rechteckförmigkeitsverhältnis Aussenhöhe (H) / Aussenbreite (B) abnimmt und bei Unterschreiten eines Wertes von etwa 1:2,5 Null beträgt; dass der Krümmungsradius (R_a, R;) der an den Breitseiten (2) liegenden Bohrungsober- und Bohrungsunterwand (7), jeweils in einer Vertikalebene parallel zur Längsachse in Giessrichtung (Pfeil 4) gesehen, im Bereich der Mitte der Breitseiten grösser ist als an den Bohrungsseitenwänden und die Radienabnahme in Richtung auf diese um so grösser ist, je kleinere Werte das Rechteckförmigkeitsverhältnis annimmt; dass die Aussenflächen (2, 3) des Mundstücks jeweils nur auf einem Teil seiner Längserstreckung mit einer seinen Umfang allseitig umschliessenden Wärmeisolierung (13) und einer aussenliegenden, kastenförmigen Metallabdeckung (15, 15a) ausgestattet sind und dass die Breitseiten, die Schmalseiten am Mundstück-Austrittsquerschnitt (9) in Giessrichtung überragend, eine bogenförmige Abschlusskante mit einer konstanten Wandstärke aufweisen.

2. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand (7) in der Nähe der in Längsachse (1') einschliessenden Vertikalebene einen Wandabschnitt (7') aufweisen, der - jeweils in einer Vertikalebene quer zur Längsachse gesehen - geradlinig verläuft.

3. Mundstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungsober- und Bohrungsunterwand (7) bei einem Rechteckförmigkeitsverhältnis von 1:2 und kleiner in der Nähe der die Längsachse (1') einschliessenden Vertikalebene einen Wandabschnitt (7') aufweisen, der - jeweils in einer Vertikalebene quer zur Längsachse gesehen - geradlinig verläuft.

4. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallabdekkung (15) aus mehreren ineinander greifenden Metallkästen (15a) zusammengesetzt ist.

5. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallabdekkung (15) in der Nähe ihrem dem Austrittsquerschnitt (9) zugewandten Stirnseite (15') mit einer Quernut (15") ausgestattet ist, deren Tiefe allenfalls 1 mm beträgt.

6. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungselement zwischen der Metallabdeckung (15) und dem Keramikkörper (11) des Mundstücks (1) ein in der Draufsicht halbkreisförmiges Plättchen (16') mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm vorgesehen ist, welches sich über seine gekrümmte Seite entgegen der Giessrichtung (Pfeil 4) in einer Ausnehmung (11') des Keramikkörpers abstützt und gegen dessen ebene Stirnfläche (16") sich die Metallabdeckung über einen quer zur Längsachse (1') verlaufenden, gleichzeitig in die Ausnehmung eingreifenden Absatz (15b) anlehnt.

7. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es, in Längsrichtung gesehen, aus mehreren Längsabschnitten (1", 1' '') zusammengesetzt ist, die eine gemeinsame Metallabdeckung (15,15a) aufweisen.

8. Mundstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Schaft (1") und einem dicht mit diesem verbundenen, abtrennbaren Vorderabschnitt (1"') mit einer Länge von etwa 10 bis 100 mm, vorzugsweise 60 mm, besteht, der aus einem anderen Keramikwerkstoff gefertigt ist als der Schaft.

9. Mundstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ausschliesslich seine in Giessrichtung (Pfeil 4) hinter der Metallabdeckung (15) liegende Aussenfläche als mit den Kokillenwänden zusammenwirkende Dichtfläche ausgebildet ist.

Claims

1. A casting nozzle mouthpiece (1) for continuous casting moulds receiving molten steel and having, following in the casting direction (4), walls having a rectangular external cross-section and a bore (5) of rectangular cross-section which widens funnel-fashion in the casting direction (4) and is bounded on the narrow sides (3) and wide sides (2) by convexly curved wall portions having radiuses of curvature constant in the casting direction (4), the radiuses of curvature of the bore walls being a multiple of the distance between the initial cross-section (8) of the mouthpiece (1), with top and bottom bore wall (7) extending parallel with the longitudinal axis, and its outlet cross-section (9), characterized in that the bore side walls (6) bearing against the narrow sides (3) of the mouthpiece (1) are also convexly curved in the direction of the longitudinal axis (1') in a vertical plane transverse thereto, the last-mentioned transverse curvature decreasing as the outer height (H) / outer width (B) rectangularity ratio decreases and becoming zero when the value drops below about 1:2,5; the radius of curvature (R_a, R;) of the bore top and bottom wall (7) bearing against the wide sides (2), viewed in a vertical plane parallel with the longitudinal axis in the casting direction (arrow 4), is greater in the zone of the centre of the wide sides than at the bore side walls, the decrease in radius in the direction of the bore side waifs being greater in proportion as the values of the rectangularity ratio becomes smaller; each of the outer surfaces (2, 3) of the mouthpiece having, only over a portion of its longitudinal extension, a heat insulation (13) enclosing its periphery on all sides and an external, box-shaped metal covering (15, 15a); and the wide sides, which project beyond the narrow sides in thee casting direction at the mouthpiece outlet cross-section (9), have an arcuate closure edge of constant wall thickness.

2. A mouthpiece according to claim 1, characterized in that the bore top and bottom walls (7) each have adjacent the vertical plane enclosing the longitudinal axis (1') a wall portion (7') which extends in a straight line, viewed in a vertical plane transverse to the longitudinal axis.

3. A mouthpiece according to claim 1, characterized in that with a rectangularity ratio of 1:2 and smaller, the bore top and bottom walls (7) each have adjacent the vertical plane enclosing the longitudinal axis (1') a wall portion (7') which extends in a straight line, viewed in a vertical plane transverse to the longitudinal axis.

4. A mouthpiece according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal covering (5) is made up of a number of interengaging metal boxes (15a).

5. A mouthpiece according to one of claims 1 to 4, characterized in that adjacent its end face (15'), adjacent the outlet cross-section (9), the metal covering (15) is formed with a transverse groove (15") whose depth is at most 1 mm.

6. A mouthpiece according to one of claims 1 to 5, characterized in that provided as an attaching element between the metal covering (15) and the ceramic body (11) of the mouthpiece (1) is a small plate (16') semicircular in plan view and having a diameter of 10 to 50 mm which is borne via its curved side oppositely to the casting direction (arrow 4) in a recess (11') in the ceramic body and against whose flat end face (16") the metal covering leans via a shoulder (15b) extending transversely to the longitudinal axis (1') and at the same time engaging in the recess.

7. A mouthpiece according to one of claims 1 to 6, characterized in that viewed in the longitudinal direction, it is made up of a number of longitudinal portions (1", T") which have a common metal covering (15,15a).

8. A mouthpiece according to claim 7, characterized in that it comprises a shaft (1") and a separable front portion (1 "') which is connected in sealing-tight relationship thereto, has a length of about 10 to 100 mm, preferably 60 mm, and is made from a different ceramic material than the shaft.

9. A mouthpiece according to one of claims 1 to 8, characterized in that only its outer surface disposed downstream of the metal covering (15) in the casting direction (arrow 4) is constructed in the form of a sealing surface cooperating with the mould walls.

Revendications

1. Tuyère de coulée (1) pour moules de coulée continue pour l'acier en fusion ayant des parois de moule accompagnant la coulée (4), qui comporte une section extérieure rectangulaire et un alésage (5) de section rectangulaire qui s'élargit en entonnoir dans le sens de la coulée (4) et qui est délimitée, sur ses côtés étroits (3) et larges (2), par des parties de paroi convexes ayant des rayons de courbure constants dans le sens de la coulée (4), les rayons de courbure des parois de l'alésage étant un multiple de la distance comprise entre la section initiale (8) de la tuyère (1) avec des parois supérieure et inférieure (7) de l'alésage parallèles à l'axe longitudinal ainsi que sa section de sortie (9), caractérisée en ce que les parois latérales (6) de l'alésage situées sur les côtés étroits (3) de la tuyère (1) sont également, dans un plan vertical orienté transversalement par rapport à l'axe longitudinal (1'), convexes vers ce plan, cette courbure transversale diminuant à mesure qui diminue le rapport de la hauteur extérieure (H) à la largeur extérieure (B) et devenant nulle quand il devient inférieur à un valeur de 1:2,5 environ, en ce que le rayon de courbure (R_a, R_i) des parois supérieure et inférieure (7) de l'alésage situées sur les côtés larges (2), vués dans un plan vertical parallèlement à l'axe longitudinal dans le sens de la coulée (Flèche 4), est plus grand dans la zone du milieu des côtés larges qu'au niveau des parois latérales de l'alésage et que la diminution des rayons vers ceux-ci est d'autant plus marquée que le rapport des dimensions du rectangle prend des valeurs plus faibles, en ce que les surfaces extérieures (2, 3) de la tuyère comportent, sur une partie seulement de sa longueur, une isolation thermique (13) entourant entièrement sa périphérie et une enveloppe métallique (15, 15a) extérieure en forme de caisson(s) et en ce que les côtés larges, qui dépassent les côtés étroits au niveau de la section de sortie (9) de la tuyère dans le sens de la coulée, comportent un bord de sortie incurvé ayant une épaisseur de paroi constante.

2. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois supérieure et inférieure (7) de l'alésage comportent, à proximité du plan vertical contenant l'axe longitudinal, un secteur de paroi (7') qui, vu dans un plan vertical orienté transversalement par rapport à l'axe longitudinal, a un tracé rectiligne.

3. Tuyère selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois (7) supérieure et inférieure de l'alésage comportent, dans le cas d'un rapport des dimensions du rectangle égal à 1:2 ou moins, à proximité du plan vertical contenant l'axe longitudinal (1'1, un secteur de paroi (7') qui, vu dans un plan vertical orienté transversalement par rapport à l'axe longitudinal, a un tracé rectiligne.

4. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'enveloppe métallique (15) est composée de plusieurs caissons métalliques (15a) imbriqués les uns dans les autres.

5. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'enveloppe métallique (15) comporte, à proximité de son côté frontal (15') tourné vers la section de sortie (9), une rainure transversale (15") dont la profondeur atteint en tout cas 1 mm.

6. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un élément de fixation assemblant l'enveloppe métallique (15) et le corps céamique (11) de la tuyère (1) est une plaquette qui, vue par en-dessus, a la forme d'un demi- cercle de 10 à 50 mm de diamètre, qui prend appui, par un côté incurvé, en sens inverse de la coulée (Flèche 4), dans un évidemment (11") du corps céramique et contre la surface frontale (16") duquel l'enveloppe métallique s'appuie par l'intermédiaire d'un prolongement (15b) qui est orienté transversalement par rapport à l'axe longitudinal (1') et s'engage en même temps dans l'évidemment.

7. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, vue dans le sens longitudinal, elle est composé de plusieurs secteurs longitudinaux (1", 1"') qui sont associés à une enveloppe métallique commune (15, 15a).

8. Tuyère selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une tige (1") et par un secteur antérieur (1"') relié hermétiquement d'une manière amovible et a une longueur de 10 à 100 mm, environ, de préférence 60 mm et qui est constitué par une matière céramique différente de celle de la tige.

9. Tuyère selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que seule sa surface extérieure qui, dans le sens de la coulée (Flèche 4), se trouve en arrière de l'enveloppe métallique (15) est une surface de joint coopérant avec les parois du moule de coulée continue.

Zeichnung