Anfahrkopf für eine Stranggiessanlage mit Durchlaufkokille

Abstract

 Der Anfahrkopf (2) in einer Stahlstranggiessanlage ist mit einem schwalbenschwanzförmigen Kupplungsteil versehen, der durch eine etwa quer zur Strangausziehrichtung vorgesehene Relativbewegung zwischen dem Anfahrkopf (2) und dem gegossenen Strang entkuppelbar ist. Zur Sicherstellung eines störungsfreien Angiessens bei hohen Giessgeschwindigkeiten soll der schwalbenschwanzförmige Kupplungsteil aus einem erhabenen schwalbenschwanzförmigen Körper (4) bestehen, der im wesentlichen eine trapezförmige Grundfläche aufweist, eine Begrenzungsfläche (18) des erhabenen Körpers (4) mit der in Strangausziehrichtung angeordneten Begrenzungsfläche (18') des Anfahrkopfes (2) fluchtet und von den weiteren drei Begrenzungsflächen mindestens die beiden gegenüberliegenden Unterschneidungen (20) aufweisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Anfahrkopf für Stahlstranggiessanlagen mit Durchlaufkokille, wobei der Anfahrkopf mit einem im wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Kupplungsteil versehen ist, der in Strangausziehrichtung mit dem gegossenen Strang eine Verbindung erzeugt und durch eine etwa quer zur Strangausziehrichtung vorgesehene Relativbewegung zwischen dem Anfahrkopf und dem gegossenen Strang entkuppelbar ist.

[0002] Zum Anfahren einer Stranggiessanlage mit Durchlaufkokille ist ein mit einem Anfahrkopf versehener Anfahrstrang erforderlich. Dieser Anfahrkopf stimmt im Querschnitt mit dem Kokillenhohlraum überein und passt in diesen mit nur geringem Seitenspiel hinein. Vor Giessbeginn werden die Zwischenräume zwischen seinen Aussenseiten und den Kokillenwänden abgedichtet, um zu vermeiden, dass Anfahrdurchbrüche entstehen. Der bei Giessbeginn in den Formhohlraum gegossene Stahl erstarrt beim Kontakt mit den gekühlten Kokillenwänden und dem kalten Anfahrkopf. Aufgrund bestimmter konstruktiver Merkmale des Anfahrkopfes bildet sich nach dem Erstarren zwischen diesem und dem Warmstrang eine kraftschlüssige Verbindung, welche es ermöglicht, den gegossenen Strang mit Hilfe des Anfahrstranges aus der Kokille herauszuziehen. Nach den Treibrollen wird der Anfahrstrang vom Warmstrang getrennt.

[0003] Es ist bekannt (US-PS 2'079'644), einen Anfahrkopf vor Giessbeginn mit einem einsetzbaren Kupplungselement zu versehen. Dieses mit dem Anfahrkopf lösbar verbundene Kupplungselement wird beim Angiessen von Schmelze umgössen, wodurch sich eine Verbindung bildet. Nach dem Trennschnitt verbleibt das Kupplungselement im Warmstrang eingegossen und kann für weitere Güsse nicht wieder verwendet werden. Dies führt zu zusätzlichen Kosten, sowohl für die Kupplungselemente als auch für deren Einsetzen in den Kaltstrangkopf.

[0004] Eine wesentliche Verbesserung brachten Permanent-Kaltstrangköpfe, welche durch ihre Formgebung mit dem gegossenen Strang eine Kupplung erzeugen, automatisch entkuppeln können und für eine Vielzahl von Güssen verwendbar sind.

[0005] Es ist vorgeschlagen worden (US-PS 4'149'582), permanente _Anfahrköpfe mit einer schwalbenschwanzförmigen Ausnehmung zu versehen, die mit dem gegossenen Strang eine in Ausziehrichtung starre Verbindung erzeugt und durch eine etwa quer zur Stranglängsachse vorgesehene Relativbewegung zwischen dem Anfahrkopf und dem gegossenen Strang entkuppelbar ist. Zur Kühlung des sich beim Eingiessen bildenden schwalbenschwanzförmigen Kupplungsstückes wird empfohlen, Kühlschrott-Teile in die schwalbenschwanzförmige Ausnehmung des Kopfes einzubringen. Trotz dieser zusätzlichen _Massnahme genügt beim Giessen mit nichtregelbaren Ausgussdüsen am Zwischengefäss und hohen Giessgeschwindigkeiten die Erstarrungszeit für die Bildung des gegossenen Kupplungsteiles für ein sicheres Anfahren nicht, und ein Aufreissen des gegossenen Kupplungsteiles mit nachfolgendem _Anfahrdurchbruch ist nicht auszuschliessen. Zur Verlängerung der Erstarrungszeit zwischen Giessbeginn und Ausziehbeginn des Stranges aus der Kokille ist bei Zwischengefässen mit offener, nichtregelbarer Giessdüse die Verwendung der Notrinne üblich, damit ein Unterbruch des Metallzuflusses erreicht wird. Die Anwendung der Notrinne stört durch herumspritzenden Stahl die Arbeitsplätze auf der Giessbühne, erhöht die Unfallgefahr für die Giessmannschaft und verursacht Stahlverluste. Auch können die Vorteile des automatischen Angiessens nicht genutzt werden.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen permanenten Anfahrkopf zu schaffen, der die genannten Nachteile überwindet und der ein störungsfreies Anfahren, auch bei hohen Giessgeschwindigkeiten, erlaubt. Im weiteren sollen die im Stand der Technik erreichten Vorteile, wie Sicherheit gegenüber ungewolltem Entkuppeln in einer Sekundärkühlzone mit wenig Führungsrollen, leichte Abdichtbarkeit in der Kokille und ein sicheres automatisches Entkuppeln an der vorgesehenen Entkupplungsstelle voll erhalten bleiben.

[0007] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der schwalbenschwanzförmige Kupplungsteil aus einem erhabenen schwalbenschwanzförmigen Körper besteht, der im wesentlichen eine trapezförmige Grundfläche aufweist, eine Begrenzungsfläche des erhabenen Körpers mit der in Strangausziehrichtung angeordneten Begrenzungsfläche des Anfahrkopfes fluchtet und von den weiteren drei Begrenzungsflächen mindestens die beiden gegenüberliegenden Unterschneidungen aufweisen.

[0008] Der erhabene schwalbenschwanzförmige Körper dieses Anfahrkopfes bewirkt durch seine Gestaltung zusammen mit der Kokillenwand eine rasche Erstarrung des sich bildenden Kupplungsteiles am Warmstrang, weil einerseits die Wärme aus dem gegossenen Kupplungsteil durch die gekühlte Kupferwand der Kokille nach aussen und anderseits durch ein sattes Anliegen des sich bildenden Kupplungsteiles am Körper durch diesen abgeführt wird. Im weiteren wird die Erstarrungszeit des gegossenen Kupplungsteiles durch die Strö- _mungsverhältnisse des eingegossenen Stahles im Bereich des erhabenen Körpers günstig beeinflusst. Ein Unterbruch des _Stahlzuflusses durch die Notrinne ist auch bei hohen _Giessgeschwindigkeiten nicht mehr notwendig, so dass alle Nachteile des Gebrauches der Notrinne wegfallen. Dieser _Anfahrkopf ermöglicht auch ein automatisches Angiessen bei hohen Giessgeschwindigkeiten. Bei Verwendung des er- _findungsgemässen Anfahrkopfes kann auf die Verwendung von vorbereiteten Kühlschrottteilen verzichtet werden.

[0009] Die Erstarrungszeit des gegossenen Kupplungsteiles kann zusätzlich verkürzt werden, wenn, nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung, die vom schwalbenschwanzförmig_en Körper überdeckte Fläche mindestens etwa 40 % der Fläche der Stirnseite des Anfahrkopfes beträgt.

[0010] Bei grösseren Formhohlraumquerschnitten ist es von Vorteil, wenn bei Strangformaten mit einer Formhohlraumquer- s_chnittsfläche ab 160 cm² die überdeckte Fläche mindestens 50 % und bei einer Formhohlraumquerschnittsfläche _{ab 26}0 cm² die überdeckte Fläche mindestens 60 % beträgt. Durch diese Massnahmen können die Erstarrungszeiten der gegossenen Kupplungsteile bei grösseren Knüppel- und _Bloomquerschnitten verkürzt werden.

[0011] Zur Bildung einer vorteilhaften Dichtungskante zwischen dem Körper und einer Kokillenwand schlägt die Erfindung vor, dass die Unterschneidungen der beiden an die vierte Begrenzungsfläche anstossenden Begrenzungsflächen in dachförmige Dichtungskanten auslaufen. Diese Massnahme ergibt ein rasches und zuverlässiges Anbringen einer Abdichtung.

[0012] Zum Einbringen der Dichtung zwischen dem Anfahrkopf und der Kokillenwand ist einerseits ein genügend grosser Spalt zwischen dem Körper und der Kokillenwand erforderlich. Damit aber anderseits der gegossene Kupplungsteil rasch erstarrt, soll der Spalt so schmal wie möglich gehalten werden. Als vorteilhafte Lösung empfiehlt die Erfindung, den Spalt zwischen den unterschnittenen Begrenzungsflächen des Körpers und der Formhohlraumbegrenzung höchstens 25 mm breit zu bemessen.

[0013] Die Wahl der Länge des Entkupplungsweges stellt einen Einflussfaktor für die Sicherheit gegenüber unerwünschtem Entkuppeln dar. Gemäss der Erfindung ist es von Vorteil, wenn ein Entkupplungsweg von mindestens 20 mm vorgesehen ist. Eine Verlängerung dieses Weges kann auf vorteilhafte Weise erreicht werden, wenn Anzugswinkel α' und ß' am Körper gleich gross sind.

[0014] Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Anfahrkopfes wird vorgeschlagen, die Unterschneidung als Hohlkehle auszubilden. Dies ergibt eine gleichmässige Erstarrung des gegossenen Kupplungsteiles, erzeugt weniger Wärmestauungen im Körper und sichert ein besseres Ablösen beim Entkuppeln. Im weiteren wird dadurch die Standzeit des Kopfes erhöht.

[0015] Die Erfindung empfiehlt im weiteren, einen eingeschlossenen Winkele γ zwischen der Stirnseite des Körpers und der Begrenzungsfläche von 80⁰ bis 89⁰ vorzusehen. Diese Massnahme erleichtert zusätzlich das Entkuppeln.

[0016] Als ein weiteres Merkmal schlägt die Erfindung vor, bei Stranggiessanlagen mit mindestens teilweise gekrümmter Strangführung die mit der Begrenzungsfläche des Anfahrkopfes fluchtende Begrenzungsfläche des Körpers auf der Innenseite der gekrümmten Strangführung und die Entkupplungsstelle nach dem Richtaggregat vorzusehen. Es konnte festgestellt werden, dass bei Anwendung dieser Lehre beim Durchlauf der Kupplungsstelle durch das Richtaggregat überraschenderweise ein Aufbiegen des gegossenen Kupp- _lungsteiles und dadurch ein Aufheben der Schrumpfungskraft stattfindet. Ein sicheres Entkuppeln mit minimalen quer zur Stranglaufrichtung wirkenden Kräften ist somit erreichbar.

[0017] Im nachfolgenden werden anhand von Figuren Beispiele des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

_Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine teilweise dargestellte Kokille mit einem teilweise dargestellten Anfahrkopf,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Anfahrkopfes gemäss Fig. l,

_Fig. 3 eine Seitenansicht von Fig. 2,

_Fig. 4 eine Draufsicht auf den Anfahrkopf von Fig. 2 und Fig. 3,

_Fig. 5 ein Detail eines schwalbenschwanzförmigen Körpers eines anderen Beispieles,

_Fig. 6 eine Seitenansicht einer Entkupplungsstelle in einer teilweise dargestellten Stranggiessanlage und

_Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Anfahrkopf mit rundem Querschnitt.

[0018] In _Fig. l ist ein Anfahrkopf 2 innerhalb einer Durchlaufkokille 3 dargestellt. In den Fig. 2 - 4 ist die Kokille weggelassen. Der Anfahrkopf 2 ist mit einem im wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Kupplungsteil versehen, der aus einem durch Schraffierung vom Anfahrkopf 2 abgegrenzten, erhabenen schwalbenschwanzförmigen Körper 4 besteht. In Strangausziehrichtung 5 erzeugt dieser Körper 4 mit einem gegossenen Strang eine Verbindung, die durch eine etwa quer zur Strangausziehrichtung 5 vorgesehene Relativbewegung, beispielsweise durch ein Kraftgerät, zwischen dem Anfahrkopf 2 und dem gegossenen Strang entkuppelbar ist. Der erhabene schwalbenschwanzförmige Körper 4 besitzt eine im wesentlichen trapezförmige Grundfläche, wobei eine Begrenzungsfläche 18 des Körpers 4 mit der in Strangausziehrichtung 5 angeordneten Begrenzungsfläche 18' des Anfahrkopfes 2 fluchtet. Weitere drei Begrenzungsflächen 15, 16, 17 weisen Unterschneidungen 20 auf. Die Unterschneidung kann, wenn erwünscht, an der Begrenzungsfläche 15 weggelassen werden. In der Praxis genügt es vielfach, nur die beiden gegenüberliegenden Begrenzungsflächen 16, 17 mit Unterschneidungen 20 zu versehen.

[0019] Der erhabene Körper 4 ist so bemessen, dass er insgesamt mindestens etwa 40 der Fläche einer Stirnseite 7 des Anfahrkopfes 2 überdeckt. Als überdeckte Fläche ist die vom Körper 4 auf die Stirnseite 7 projizierte Fläche massgebend. Mit 8 ist die Länge des Körpers 4 und mit 9 ist die Breite des Spaltes zwischen einer eine Unterschneidung aufweisenden Begrenzungsfläche 15 des Körpers 4 und der Formhohlraumbegrenzung dargestellt. Die Breite des Spaltes 9 beträgt höchstens 25 mm. Mit 11 sind Dichtungsschnüre zum Abdichten des Anfahrkopfes 2 bezeichnet. Solche Dichtungsschnüre 11 weisen je nach Formatgrösse einen Durchmesser zwischen 10 - 20 mm auf.

[0020] Bei Strangformaten mit einer Formhohlraumquerschnittsfläche ab 160 cm² beträgt die überdeckte Fläche mindestens 50 % und bei einer Formhohlraumquerschnittsfläche ab 260 cm² mindestens 60 %.

[0021] Die Unterschneidungen 20 auf den gegenüberliegenden Begrenzungsflächen 16 und 17 laufen in Richtung zur vierten Begrenzungsfläche 18 hin in eine dachförmige Dichtungskante 21 aus. Winkeldist der Anzugswinkel des vorspringenden Schwalbenschwanzteiles und Winkelß ist der Anzugswinkel des hinterschnittenen Schwalbenschwanzteiles. Aus der Wahl der Beiden Winkelo α und β und der Unterschneidungstiefe bildet sich ein Entkupplungsweg 23, der mit Vorteil mindestens 20 mm beträgt. Vorteilhafterweise wird der Winkel α 3 - 5° und der Winkel ß 6 - 10° gewählt.

[0022] Die Unterschneidungen 20 sind als Hohlkehlen ausgebildet und alle Kanten des Körpers 4 sind gerundet oder abgeschrägt. Ein zwischen Stirnseite 19 des Körpers 4 und der Begrenzungsfläche 18 eingeschlossener Winkel γ liegt zwischen 80 und 89 .

[0023] In _Fig. 5 ist der Anzugswinkel β' der Unterschneidung und der Anzugswinkel α' des vorspringenden Schwalbenschwanzteiles gleich gross. Mit 23' ist der Entkupplungsweg dargestellt.

[0024] In Fig. 6 ist mit 40 ein gebogen gegossener Strang dargestellt. Die Spitze dieses Stranges 40 ist in einem Treibrichtaggregat 41 gerichtet worden und befindet sich in einer Entkupplungsstelle 42. Durch eine in Richtung 43 wirkende Kraft, beispielsweise erzeugt durch eine Kolbenzylindereinheit, kann ein Anfahrstrang 44 vom gegossenen Strang 40 entkuppelt werden. Die mit der Begrenzungsfläche 18' des Anfahrkopfes fluchtende Begrenzungsfläche 18 des Körpers 4 ist auf der Innenseite 46 der gekrümmten Strangführung vorgesehen. Beim Richten des Stranges wird durch die Richtkraft auf den Anfahrkopf der gegossene Kupplungsteil aufgedrückt, weil der Anfahrkopf um die Kante 45 leicht gekippt wird. Dadurch wird die Schrumpfungskraft auf den erhabenen Körper 4 aufgehoben und ein störungsfreies Entkuppeln ermöglicht.

[0025] In _Fig. 7 ist die trapezförmige Grundfläche des schwalbenschwanzförmigen Körpers 4' mit einem runden Strangquerschnitt dargestellt. Die im wesentlichen trapezförmige Grundfläche ist durch die geraden Begrenzungsflächen 15', 16, 17 und die kreisförmige Begrenzungsfläche 30 eingeschlossen. Strichpunktiert ist als gleichwertige Variante eine etwa halbkreisförmige Begrenzungsfläche 15" dargestellt.

[0026] Der erfindungsgemässe Anfahrkopf eignet sich besonders gut für Knüppel- oder Vorblock-Stranggiessanlagen. Zusätzlich zu rechteckigen Formaten, die normalerweise auf solchen Maschinen vergossen werden, kann der Kopf auch für vieleckige Formate Verwendung finden. Dies gilt in gleichem Masse für Stranggiessanlagen mit gerader oder gebogener Kokille bzw. gerader und/oder gebogener Strangführung.

Ansprüche

1. Anfahrkopf für Stranggiessanlage mit Durchlaufkokille, wobei der Anfahrkopf mit einem im wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Kupplungsteil versehen ist, der in Strangausziehrichtung mit dem gegossenen Strang eine Verbindung erzeugt und durch eine etwa quer zur Strangausziehrichtung vorgesehene Relativbewegung zwischen dem Anfahrkopf und dem gegossenen Strang entkuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der schwalbenschwanzförmige Kupplungsteil aus einem erhabenen schwalbenschwanzförmigen Körper (4)besteht, der im wesentlichen eine trapezförmige Grundfläche aufweist, eine Begrenzungsfläche (18) des erhabenen Körpers (4) mit der in Strangausziehrichtung (5) angeordneten Begrenzungsfläche (18') des Anfahrkopfes (2) fluchtet und von den weiteren drei Begrenzungsflächen (15, 16, 17) mindestens die beiden gegenüberliegenden (16, 17) Unterschneidungen (20) aufweisen.

2. Anfahrkopf nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die vom schwalbenschwanzförmigen Körper(4)überdeckte Fläche mindestens etwa 40 % der Fläche der Stirnseite (7) des Anfahrkopfes (2) beträgt.

3. Anfahrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Strangformaten mit einer Formhohlraumquerschnittsfläche ab 160 cm 2 die überdeckte Fläche mindestens 50 % beträgt.

4. _Anfahrkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Strangformaten mit einer Formhohlraumquerschnittsfläche ab 260 cm 2 die überdeckte Fläche mindestens 60 % beträgt.

5. Anfahrkopf nach einem der Ansprüche l - 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den unterschnittenen Begrenzungsflächen (15, 16, 17) des Körpers (4) und der Formhohlraumbegrenzung ein Spalt (9) von höchstens 25 mm vorgesehen ist.

6. Anfahrkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschneidungen (20) der beiden an die Begrenzungsfläche (18) anstossenden Begrenzungsflächen (16, 17) in dachförmige Dichtungskanten (21) auslaufen.

7. Anfahrkopf nach einem der Ansprüche l - 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entkupplungsweg (23, 23') von mindestens 20 mm vorgesehen ist.

8. Anfahrkopf nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass Anzugswinkel α' und β' am Körper (4) gleich gross sind.

9. Anfahrkopf nach einem der Ansprüch l - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschneidungen (20) als Hohlkehlen ausgebildet sind.

10. Anfahrkopf nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein eingeschlossener Winkel γ zwischen der Stirnseite (19) des Körpers (4) und der Begrenzungsfläche (17) von 80° - 89° vorgesehen ist.

ll. Anfahrkopf nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei die Stranggiessanlage eine mindestens teilweise gekrümmte Strangführung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Begrenzungsfläche (18') des Anfahrkopfes (2) fluchtende Begrenzungsfläche (18) des Körpers (4) auf der Innenseite der gekrümmten Strangführung und die Entkupplungsstelle (42) nach dem Richtaggregat (41) vorgesehen ist.

Zeichnung