Durchlaufkokille zum Stranggiessen von Stahlsträngen mit polygonalem Querschnitt

Abstract

 Bei Durchlaufkokillen (2) zum Stranggiessen von Stahl mit im wesentlichen polygonalem Querschnitt wird der Formhohlraum(5) in Stranglaufrichtung mit einem Giesskonus (7) versehen. Zwecks Verbesserung der Strangkühlung und Verhinderung von Innenrissen in den Kantenbereichen sowie Vermeidung von Durchbrüchen etc. sollen sich Kantenwinkel (9, 10) des Formhohlraumes (5) in Stranglaufrichtung mit der Massgabe verkleinern, dass sich die durch die Schwindung in der Strangkruste verursachten Zugspannungen im Kantenbereich laufend abbauen bzw. kompensieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Durchlaufkokille zum Stranggiessen von Stahlsträngen mit im wesentlichen polygonalem Querschnitt, wobei der Formhohlraum in Stranglaufrichtung mit einem Giesskonus versehen ist.

[0002] Es sind Kokillen mit vier-, sechs- und mehreckigem Querschnitt des Formhohlraumes bekannt. Solche Kokillen werden in Stranglaufrichtung mit einem Giesskonus versehen, um die Schwindung der sich erstarrenden Strangkruste auszugleichen.

[0003] Obwohl der Giesskonus so genau als möglich der Stahlqualität, der Giesstemperatur etc. angepasst wird, ist es bis heute nicht gelungen, über den Umfang gesehen ein gleichmässiges Strangkrustenwachstum innerhalb der Kokille zu erreichen. In den Eckbereichen des Stranges kann die Strangkruste, insbesondere bei grossen Bloom- und Brammenquerschnitten an einzelnen Stellen gegenüber benachbarten Strangkrustenbereichen bis zu 50 % und mehr dünner sein. Wird durch Schwindspannungen etc. die Strangkruste von der Kokillenwand weggezogen und dadurch die Kühlung in Bereichen mit dünner Strangkruste über eine längere Strecke vermindert, so können durch Wiederaufheizung und/oder durch Rissbildung Durchbrüche innerhalb oder ausserhalb der Kokille entstehen.

[0004] Auch wenn durch eine optimale Anpassung des Giesskonuses und durch einen hohen Standard der Eingiesstechnik heute Durchbrüche weitgehend vermieden werden können, so entstehen in den Kantenbereichen mit ungleichmässiger Abkühlung Risse in der Strangkruste, die die Qualität des Stranges bzw. des Endproduktes beeinträchtigen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Mängel und Nachteile bei Kokillen gemäss dem Oberbegriff auszuschalten und insbesondere die Gleichmässigkeit der Strangkühlung in den Eckbereichen zu verbessern. Dadurch soll eine erhöhte Stranggeometrie und eine Verbesserung der Strangoberfläche erreicht werden. Auch sollen Strangdurchbrüche, die auf ungleichmässige Kühlung in der Kokille zurückzuführen sind, sowohl innerhalb wie auch ausserhalb der Kokille vermieden werden. Eine weitere Zielsetzung stellt die Verhütung von Rissen an der Strangoberfläche bzw. von Innenrissen in den Kantenbereichen dar, die die Qualität der Endprodukte mindern.

[0006] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

[0007] Mit der erfindungsgemässen Stranggiesskokille wird es möglieh, auch in den Eckbereichen des Stranges innerhalb der Kokille eine gleichmässig dicke Strangkruste zur Erstarrung zu bringen. Dadurch ist nicht nur eine verbesserte Stranggeometrie erreichbar, auch Durchbrüche innerhalb und ausserhalb der Kokille können vermieden werden. Die erreichte gleichmässige Erstarrung der Strangkruste verhütet im weiteren die Entstehung von Kantenrissen an und unter der Oberfläche, wodurch die Strangqualität weiter verbessert wird.

[0008] Je nach Wahl der Kokillenlänge bzw. einer Teillänge der Kokille mit Winkelverkleinerung kann die Winkelverkleinerung in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Zur Erhöhung der Standzeit der Kokillenwände, wird nach einem weiteren Merkmal vorgeschlagen, den Kantenwinkel über eine Teillänge der Kokille stetig zu verkleinern. Ein zusätzlicher Vorteil wird erreicht, wenn sich der Kantenwinkel nur auf dem eingiessseitigen Abschnitt verkleinert und auf dem austrittseitigen Abschnitt konstant bleibt.

[0009] Bei relativ langen Kokillen kann, nach einem zusätzlichen Merkmal, der Kantenwinkel entlang dem eingiesseitigen Abschnitt stärker und entlang dem austrittseitigen Abschnitt schwächer verkleinert werden.

[0010] Neben einer stetigen Winkelverkleinerung sind im eingiessseitigen Abschnitt auch progressive und entlang dem austrittseitigen Abschnitt degressive Winkelverkleinerungen anwendbar.

[0011] Es sind Kokillen mit konvexen und ebenen Wänden im Stand der Technik bekannt. Zur Erreichung günstiger Herstellkosten wird gemäss einem weiteren Merkmal bei Kokillen mit im wesentlichen rechteckigem Formhohlraum empfohlen, die Winkel bildenden Wände bzw. Wandabschnitte als ebene Flächen auszubilden. Bei solchen Kokillen wird zusätzlich noch - vorgeschlagen, im Badspiegelbereich mit einem Kantenwinkel von 90⁰ zu beginnen, der sich dann in Stranglaufrichtung allmählich verkleinert.

[0012] Die für die Winkelverkleinerung notwendige Wandausbildung entlang der Kante wird aus bearbeitungstechnischen Gründen mit Vorteil nur auf einer Kantenseite angebracht. Bei Plattenkokillen bietet sich hierfür die Schmalseite an. Die der vorgesehenen Winkelverkleinerung angepasste Schrägfläche kann sich beispielsweise nur über eine Teilbreite im kantenbereich oder bis zur Mitte der Schmalseite erstrecken.

[0013] Im nachfolgenden werden Beispiele der Erfindung anhand von Figuren beschrieben.

[0014] Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Plattenkokille,

Fig. 2 ein schematischer Horizontalschnitt durch eine Ecke einer Kokille mit darin befindlicher Strangkruste,

Fig. 3, 6, 8 Ansichten auf drei Beispiele von Kokillenseiten, die einem Formhohlraum zugekehrt sind,

Fig. 5 eine Draufsicht auf Fig. 3,

Fig. 4, 7, 9 Seitenansichten der Schmalseiten gemäss Fig. 3, 6, 8 und

Fig. 10 ein schematischer Horizontalschnitt durch eine Ecke einer weiteren Kokille.

[0015] In Fig. 1 stösst bei einer Plattenkokille 2 eine Schmalseite 3 gegen zwei teilweise dargestellte Breitseiten 4, 4'. Diese Plattenkokille 2 stellt eine Durchlaufkokille zum Stranggiessen von Vorblöcken und Brammen dar. Sie weist einen polygonalen Formhohlraum 5 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Es wäre auch denkbar, dass der Formhohlraum 6- oder 8-eckig etc. wäre. In Stranglaufrichtung ist der Formhohlraum 5 mit einem Giesskonus 6 an der Schmalseite 3 und beispielsweise mit einem Giesskonus 7, 7' an den Breitseiten 4, 4' versehen. Die mit 9, 9' bezeichneten Kantenwinkel des Formhohlraumes 5 sind an der eingiessseitigen Kokillen-Begrenzungsfläche beispielsweise 90°. Sie verkleinern sich in Stranglaufrichtung auf Kantenwinkel 10, 10'.

[0016] In Fig. 2 ist eine Strangkruste 20, die einen Kantenwinkel 25 aufweist, kurz vor ihrem Austritt aus der Kokille dargestellt. Mit 21, 22, 23, 24 sind strichpunktiert Kokillenwände mit gegenüber Winkel 25 grösseren Kantenwinkeln dargestellt, die die Strangkruste 20 auf ihrem Weg durch die Kokille vor dem Schnitt in Fig. 2 geführt haben. Der Winkel 21 am Kokilleneingang ist auch hier 90°. Er könnte aber auch grösser als 90° sein. Die Winkel 22, 23, 24 stellen Zwischenstufen der kontinuierlichen Winkelverkleinerung während des Durchlaufes der Strangkruste 20 durch die Kokille dar. Die Winkelverkleinerung ist bei diesem Beispiel zur klareren Erkennung übertrieben stark dargestellt. Pfeile 26 und 27 zeigen Zugspannungen, die durch die Schwindung der Strangkruste 20 entstehen. Pfeile 29 zeigen auf eine Linie 28 gerichtete Druckspannungen, die durch die Winkelverkleinerungen 22-25 verursacht werden. Bei Kokillen gemäss dem Stand der Technik können durch die Zugspannungen, wie durch die Pfeile 26 und 27 dargestellt, und durch Zug- bzw. Schwindspannungen, die in der Ecke selbst entstehen, entlang der Linie 28 Risse entstehen. Die Verkleinerung der Kantenwinkel 22-25 wird deshalb so dimensioniert, dass sich die Zugspannungen in der Strangkrustenecke, die durch die Schwindung erzeugt werden, zumindest abbauen, kompensiert oder in Druckspannungen gemäss den Pfeilen 29 überführt werden.

[0017] Durch die Winkelverkleinerungen 22-25 können aber auch alle Ablöseerscheinungen der Strangkruste 20 von der gekühlten Kokillenwand im Bereich der Ecken vermieden werden und dadurch ein gleichmässiges Krustenwachstum, insbesondere eine gleichmässige Krustendicke, erreicht werden. Risse und Durchbrüche im Kantenbereich können dadurch vermieden werden.

[0018] Die Winkelverkleinerung wird der Verweilzeit der Strangkruste in der Kokille, d.h. der mittleren Ausziehgeschwindigkeit angepasst. Im weiteren ist die Stahlzusammensetzung,

[0019] Art der Giesspulverschlacke, Giesstemperatur, Wärmeleitfähigkeit der gekühlten Kokillenwand und Kokillenlänge etc. für die Winkelverkleinerung massgebend. Vorteilhafte Werte der Kantenwinkelverkleinerung bei im wesentlichen rechtrechteckigen Stahlsträngen liegen zwischen 0,2⁰ und 4°, vorzugsweise zwischen 0,2° und 2°. Es werden dabei Giessgeschwindigkeiten von etwa 1 m bis 1.5 m pro Minute vorausgesetzt. Wird beispielsweise die Kantenwinkelverkleinerung zu gross gewählt, so stellen sich über den Höhenbereich der Winkelverkleinerung der Kokillenwand Verschleisserscheinungen durch zu starke Reibung zwischen der Kokillenwand und dem Strang ein. Bei zu kleiner Winkelverkleinerung treten die im Stand der Technik bekannten Innen- und/oder Aussenrisse an den Kanten durch Ablösung der Strangkruste und ununregelmässiges Krustenwachstum im Kantenbereich und Kantendurchbrüche auf.

[0020] Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine Schmalseitenwand 30 einer Plattenkokille. Entlang der Linie 31 verläuft ein den Giessparametern angepaster Giesskonus gemäss dem Stand der Technik. Beginnend von der eingiesseitigen Oberkante 33 bis zur strangaustrittseitigen Unterkante 34 sind Flächen 35 dachförmig ausgebildet, die, zusammen mit Breitseiten wie in Fig. 1 dargestellt, eine stetige Kantenwinkelverkleinerung ergeben. Diese Kantenwinkelverkleinerung könnte sich aber auch nur über eine Teillänge der Kokille erstrecken.

[0021] In Fig. 6 und 7 ist eine Schmalseitenwand 50 mit einer gegenüber Fig. 3, 4, 5 anderen dachförmigen Oberfläche versehen. In einem eingiesseitigen Abschnitt 54 wird eine Abdachung durch Flächen 51 und in einem austrittseitigen Abschnitt 55 durch Fläche 52 gebildet. Die Flächen 51, 52 bilden zusammen mit Breitseiten, wie in Fig. 1 dargestellt, Kantenwinkel, die in Stranglaufrichtung 56 sich stetig verkleinern, wobei sich der Kantenwinkel auf dem austrittseitigen Abschnitt 55 schwächer verkleinert als auf dem eingiesseitigen Abschnitt 54. Mit einer strichpunktierten Linie 58 ist als Variante eine Dachform dargestellt, die, zusammen mit einer Breitseite auf dem austrittseitigen Abschnitt 55 einen gleichbleibenden Kantenwinkel ergäbe. Die Winkelverkleinerung erstreckt sich in diesem Beispiel nur über Teilbreiten 59, 59' der Kokillenwand. Ein Wandmittelteil mit einer Breite 60 ist mit einem Giesskonus versehen.

[0022] Eine weitere Variante ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt, wobei eine Fläche 80 einen Giesskonus nach der Linie 81 aufweist. Unterhalb eines Badspiegels 82 wird entlang der Linie 83 eine Winkelverkleinerung über eine Teillänge 84 aufgebracht. Entlang der Teillänge 85 verformt sich die Strangkante nicht mehr.

[0023] Bei allen gezeigten Beispielen sind Formhohlräume mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt dargestellt. Die die Winkel bildenden Wände bzw. Wandabschnitte sind aus Geraden gebildet. In Fig. 10 ist ein Beispiel dargestellt, bei welchem ein Winkel 92 auf der Eingiesseite der Kokille grösser ist als 90° und ein Winkel 90 auf der Austrittseite der Kokille 90° beträgt. Anstelle einer geraden Begrenzungsfläche 93 könnte aber auch eine gebogene Begrenzungsfläche gewählt werden. Wie in den Fig. 6 und 7 erstreckt sich die Winkelverkleinerung nur über einen Teilbereich 95 der Gesamtbreite einer Schmalseite 96. In einem Mittelteil ist ein Giesskonus 97 auf die Winkelverkleinerung so abgestimmt, dass die Schmalseite eines gegossenen Stranges über ihre gesamte Breite an der Kokillenwand anliegt.

[0024] Die erfindungsgemässe Durchlaufkokille kann bei geraden oder bogenförmigen Formhohlräumen, beim horizontalen, schrägen oder vertikalen Stranggiessen Anwendung finden. Auch ist die Erfindung nicht an eine Kokillenbauart gebunden. Sie kann als Platten-, Rohr- oder Blockkokille aufgebaut sein.

[0025] Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung kann bei Kokillen erreicht werden, die während eines laufenden Gusses in ihrem Format verstellt werden und die im EP-Patent 0 028 766 beschrieben sind.

Ansprüche

1. Durchlaufkokille zum Stranggiessen von Stahlsträngen mit im wesentlichen polygonalem Querschnitt, wobei der Formhohlraum in Stranglaufrichtung mit einem Giesskonus versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass sich Kantenwinkel (9, 10; 21-25; 90, 92) des polygonalen Querschnittes des Formhohlraumes (5) mindestens in einem eingiesseitigen Abschnitt (54, 84) des Formhohlraumes (5) in Stranglaufrichtung (56) mit der Massgabe verkleinern, dass sich die durch die Schwindung der Strangkruste (20) verursachten Zugspannungen im Kantenbereich laufend abbauen bzw. kompensieren.

2. Durchlaufkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kantenwinkel (21-25) über mindestens eine Teillänge (54, 84) der Kokille stetig verkleinert.

3. Durchlaufkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kantenwinkel (21-25) auf dem eingiesseitigen Abschnitt (54, 84) verkleinert und auf dem austrittseitigen Abschnitt (55, 85) konstant bleibt.

4. Durchlaufkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kantenwinkel (21-25) entlang dem eingiesseitigen Abschnitt (54) stärker und entlang dem austrittseitigen Abschnitt (55) schwächer verkleinert.

5. Durchlaufkokille nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelverkleinerung in Stranglaufrichtung (56) im eingiesseitigen Abschnitt (54) eine zunehmende Tendenz aufweist.

Durchlaufkokille nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kokillen mit im wesentlichen rechteckigen Formhohlräumen (5) die die Winkel (9, 10) bildenden Wände (3, 4) als ebene Flächen ausgebildet sind.

7. Durchlaufkokille nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen rechteckige Formhohlraum (5) im Badspiegelbereich Winkel von 90° aufweist und dass die Winkelverkleinerung nur auf einer Kantenseite angebracht ist.

8. Durchlaufkokille nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen rechteckige Formhohlraum im Badspiegelbereich Winkel (92) aufweist, die grösser als 90° sind.

9. Durchlaufkokille nach einem der Ansprüche 1-8, d.h. dass sich die für die Winkelverkleinerung (22-25) vorgesehenen Schrägflächen nur über Teilbreiten (59, 59, 95) im Kantenbereich der Kokillenwand (50, 96) erstrecken.

Zeichnung