[0001] Die Erfindung betrifft eine oszillierende Kokille zum Stranggießen von Brammen, vorzugsweise
aus Stahl mit Tauchausguß und Stranggießpulver.
[0002] Das Stranggießen erfolgt insbesondere in Formaten des Dickenbereiches zwischen 20
und 250 mm, vorzugsweise 40 - 150 mm (Dünnbrammen), und des Breitenformates zwischen
500 und 3.300 mm, vorzugsweise 500 - 1.800 mm, mit Gießgeschwindigkeiten von maximal
10 m/min.
[0003] Die bisher bekannten mittels eines Trichters oder Trogs im Gießspiegel geöffneten
Brammen- bzw. Dünnbrammenkokillen lassen sich in folgende Gruppen mit Vor- und Nachteilen
aufteilen. In der Patentschrift DE 887 990 wird eine Trichterkokille mit
[0004] rechteckigem Kokillenaustritt beschrieben, die aus einer Form besteht und keine von
den Breitseiten unabhängige Schmalseite aufweist. Diese Kokille erlaubt es nicht,
die Konizität der Schmalseiten bei unterschiedlichen Stranggießgeschwindigkeiten und
Stahlgüten dem Schrumpfmaß des Stranges in Breitenrichtung über die Kokillenhöhe anzupassen
sowie unterschiedliche Strangbreiten zu gießen. Auch besteht die Gefahr, daß die Strangschale
in der Kokille verklemmt, was zum Abreißen der Strangschale beim Ausfördern führt.
[0005] Die Patentschrift DE 34 00 220 beschreibt eine Trichterkokille mit Breitseiten- und
Schmalseitenwänden, bei der seitlich des trichterförmigen Eingießbereiches ein Parallelbereich
angeordnet ist, der mindestens der Dicke des gegossenen Bandes oder der Dünnbramme
entspricht. Mit dieser Kokille werden die Nachteile der Kokille nach obiger Patentschrift
DE 887 990 behoben.
[0006] In der Patentschrift JOS 58-86906 ist eine Kokille beschrieben, die unabhängig von
der Tauchausgußform konkav geformt ist und am Kokillenaustritt eine Restkonkavität
aufweist. Gleichzeitig ist die Rücknahme der Konkavität über die Kokillenlänge größer
als der Schrumpf der Bramme über die Kokillenbreite, so daß sich die Konizität der
Schmalseiten negativ darstellt bzw. die Strangbreite am Kokillenaustritt größer ist
als im Gießspiegelbereich. Außerdem stellt diese Lösung keine gleichförmige Schlackenbildung
über die Strangbreite sicher, da die aktive Strangdicke im Gießspiegel zur Erschmelzung
von Gießpulver nicht gleichförmig ist. Diese ungleiche Schlackenausbildung ist auch
in der Patentschrift DE 36 27 991 zu erkennen.
[0007] In der Patentschrift DE 41 31 829 ist eine 4-Platten-Dünnbrammenkokille beschrieben,
die im Bereich geringster Brammenbreite konkav ausgebildet ist. Diese Öffnung betragt
im Gießspiegelbereich und in der Brammenmitte max. 12 mm pro 1.000 mm Brammenbreite.
[0008] Diese Kokillenform weist den Nachteil auf, daß im Bereich zwischen der Kokillenbreitseite
und dem Tauchrohr, der gegenüber dem Bereich außerhalb des Tauchrohres nur sehr schmal
ausgebildet ist (maximal 2 x 0,25 Brammendicke + 12 mm), ein Mangel an Gießschlacke
sowie ein Mangel an frischer Schmelze auftritt, die zu einem erhöhten Wärmestrom und
Schrumpfverhalten sowie Unterkühlung und Brückenbildung zwischen Strangschale und
Tauchausguß führt. Diese Nachteile münden in einer hohen Längsrißanfälligkeit der
Brammenoberfläche im Bereich um die Brammenmitte.
[0009] Die Patentschrift DE 44 03 045 und DE 44 03 050 beschreiben konkave Kokillenformen,
die keine Aussage über einen Zusammenhang zwischen der konkaven Kokillenform und der
äußeren und inneren Tauchausgußform machen. Diese fehlende Optimierung der Formen
zueinander führt zu Störungen im Wärmestrom über die Kokillenbreite und -höhe sowie
der Stahlströmung im und unterhalb des Gießspiegels, die wiederum die Gefahr der Längsrißbildung
fördern.
[0010] In der europäischen Patentanmeldung 0 109 357 A1 findet bei der Wahl der konkaven
Kokillenform der Tauchausguß oder das Tauchrohr keine Berücksichtigung. Außerdem handelt
es sich hier um Kokillen zum Gießen von Aluminium unter Einsatz von elektromagnetischen
Feldern, das heißt, der Strang hat bei der Bildung der Strangschale keinen Kontakt
mit der Kokille.
[0011] Darüber kommt kein Gießpulver zum Einsatz, und die Kokille oszilliert nicht. Weiterhin
wird nicht kontinuierlich, sondern in eine Art Blockgießkokille steigend gegossen.
[0012] Neben diesen Dünnbrammenkokillen sei noch auf die klassische Brammenkokille mit dem
Rechteck-Format von beispielsweise 200 x 200 mm eingegangen. Abgesehen davon, daß
die Gießgeschwindigkeit nur maximal 2 m/min beträgt und der Wärmestrom und damit Schrumpf
nur ca. 1 MW/m
2 und ca. 1 % beträgt, weist dieses Standard-Kokillensystem trotz eines relativ dicken
Schlackenfilmes zwischen Strangschale und Kokille von z.B. 1 - 2 mm Dicke folgende
Mängel auf:
° eine ungleichförmige Schlackenbildung über die Strangbreite im Bereich des Tauchrohres,
° eine Unterkühlung des Stahles im Bereich des Tauchrohres gegenüber dem Bereich neben
dem Tauchrohr,
° eine Behinderung des Schrumpfens der Strangschale in horizontaler Richtung durch
die parallele Kokillenform und dies besonders bei breiten Brammenformaten.
[0013] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kokillenform zu finden, die bei einem definierten
Tauchausguß hinsichtlich
° der Gießleistung
° der inneren und äußeren Form,
° der Fließquerschnitte,
° der Auslaßöffnungen in Größe und Anordnung und
° Wandstärke (maximale Gießzeit, Anzahl der Schmelzen in Sequenzguß)
folgenden Anforderungen gerecht wird:
° gleichförmige Schlackenbildung über die Brammenbreite,
° gleichförmige und ruhige Badbewegung,
° reibungsarmes und gleichförmiges Schrumpfen der Strangschale über die Brammenbreite,
° Gießen von unterschiedlichen Brammenbreiten mit einer Kokille (großer Verstellbereich),
° Einstellen von unterschiedlichen konischen Anstellungen der Schmalseiten durch Steuerung,
aber auch Regelung.
[0014] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche, die für den Fachmann
nicht platt selbstverständlich sind. Die Lösung der Aufgabe ist unabhängig vom Kokillentyp,
wie z.B. der Senkrecht-, Senkrechtabbiege- oder Kreisbogenkokille.
[0015] Die Figuren dienen zur Veranschaulichung der folgenden beispielhaften Beschreibung
der Erfindung. Es zeigen:
- Fig. 1
- Draufsicht der Trichterkokille mit zwei Tauchausgußvarianten,
- Fig. 2
- Seitenansicht der Trichterkokille mit drei unterschiedlichen Trichterformen,
- Fig. 3
- Draufsicht der Trichterkokille am Kokillenaustritt mit zwei Austrittsformen,
- Fig. 4
- Seitenansicht der Trichterkokille mit drei unterschiedlichen Trichterformen und zwei
Tauchausgußvarianten.
[0016] Die zur Erarbeitung der Erfindung durchgeführten Versuche und gesammelten Gießerfahrungen
haben gezeigt, daß zum durchbruchsicheren Gießen und zum Sequenzgießen über eine gewünschte
lange Gießzeit von z.B. maximal 24 Stunden und einer Gießgeschwindigkeit von maximal
10 m/min zur Erzeugung von fehlerfreien Strangoberflächen die Form der Kokille in
Verbindung mit der Auslegung/Gestaltung (Form) des Tauchausgusses für gewünschte Gießleistungen
von wesentlicher Bedeutung ist.
[0017] In den Figuren 1 bis 4 wird beispielhaft die Erfindung mit ihren Merkmalen beschrieben.
[0018] Die Kokillenbreitseiten 1 weisen eine konkave, zur Mittenachse 2 symmetrische lineare
bzw. plane Form 1.1 über die gesamte Kokillenhöhe 3 auf. Diese konkave, lineare Form
erstreckt sich über den Bereich der Breitseitenverstellung bis an den Rand 5.1 des
Trichters 5 im Gießspiegelbereich 6 bzw. an der Oberkante der Kokille 7. Diese konkave
und plane Öffnung der Kokille 1.2, die einer Raute entspricht, sollte im Vergleich
zur Rechteckkokille maximal ca. 4 % der Dicke der Schmalseiten 1.3 oder Gießdicke
im Schmalseitenbereich entsprechen.
[0019] Um eine optimale Breitenverstellung und Konizitätsregelung sicherzustellen, sollten
die Breitseiten 1 hydraulisch positions- und kraftgeregelt an die Schmalseiten 1.3
herangefahren werden.
[0020] Die Form 5.2 des Trichters 5 im Gießspiegel entspricht der Form 8.1 des Tauchausgusses
8 und weist eine Öffnung 5.3 von vorzugsweise 140 % der halben Tauchausgußdicke 8.2
bzw. 70 % der Tauchausgußdicke 8.2.1 auf.
[0021] Der Tauchausguß selber, bedingt durch die gewünschte maximale Gießzeit (Sequenzguß
von z.B. 24 Stunden) und die Gießleistung in t/min von z.B. 5 t/min und die damit
im Zusammenhang stehende optimale Strömungsgeschwindigkeit von z.B. 1 m/sec an den
Tauchausgußöffnungen 8.3 mit dem Öffnungsquerschnitt 8.3.1, weist einen gewünschten
inneren Fließquerschnitt 8.4 von z.B. 9.000 mm
2, eine gewünschte Tauchausgußwandstärke 8.5 von z.B. 30 mm und einen Öffnungsquerschnitt
8.3.1 von z.B. 7.000 mm
2 auf.
[0022] Die Tauchausgußform, im wesentlichen bestimmt durch die Gießleistung und die maximale
gewünschte Gießzeit, bestimmt die Form des Trichters 5 sowohl im Gießspiegelbereich
6 als auch unterhalb des Gießspiegels. Vorzugsweise sollte die Öffnung des Trichters
5.3 im Gießspiegelbereich etwa der halben Tauchausgußdicke 8.2 und die Trichterbreite
5.4 etwa der Tauchausgußbreite 8.6 entsprechen, um das Gießpulver 9 zu einer gleichförmigen
Schlackendicke 10 auf dem Badspiegel und damit zu einem gleichförmigen Schlackenfilm
11 zwischen der Strangschale und der Kokillenbreitseite 1 aufzubauen. Maximal sollte
die Öffnung des Trichters im Gießspiegelbereich je Breitseite 70 % der Gesamt-Tauchausgußdicke
8.3.1 betragen, da die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Feuerfestmaterials (Basis
Tonerde-Graphit) bei ca. 7 - 10 W/°K . m gegenüber Stahl von ca. 50, Schlacke von
ca. 1 und Cu von ca. 360 W/°K liegt und diese relativ geringe Leitfähigkeit zur starken
Unterkühlung des Stranges, besonders im Falle einer Rechteckkokille, führt. Die Öffnung
der Kokille durch einen Trichter wirkt dieser Unterkühlung zwischen Tauchausguß 8
und Kokillenwand 1, bedingt durch die geringe Leitfähigkeit des Tauchausgußmaterials,
entgegen und kompensiert sie im Falle einer Trichteröffnung 5.3 > 50 % der Tauchrohrdicke.
[0023] Diese die konkave, lineare und plane Breitseitenform in der Mitte der Breitseiten
überlagernde Trichterform 5.2 im Gießspiegelbereich 6 kann alternativ über drei Arten
zurückgenommen werden, die im wesentlichen von der Tauchausgußform 5.2 unterhalb des
Badspiegels bestimmt werden.
[0024] Die Rücknahme des Trichters auf die konkave, plane Breitseitenform 1.1 wird durch
die Hüllkurve 13 beschrieben. So kann der Trichter über einen Teil der Kokillenhöhe
13.1 - vorzugsweise 75 % - bei einer Gesamtkokillenhöhe 3 von z.B. 1.200 mm zurückgenommen
werden. Auch ist es bei kürzeren Kokillen oder empfindlichen Stahlgüten möglich, die
Trichterform sanfter zurückzunehmen.
[0025] Dies kann dadurch realisiert werden, die die Hüllkurve 13.2 über die gesamte Kokillenhöhe
3 oder aber sogar bis über den Kokillenausgang 14 hinaus reicht, d.h. daß am Kokillenausgang
noch ein Resttrichter 15 die konkave, lineare Breitseitenform 1.1 mittensymmetrisch
überlagert.
[0026] Der Strang kann im Falle der Rücknahme des Trichters 5 innerhalb der Kokillenhöhe
3 über die Hüllkurven 13.1 oder 13.2 mit seiner konvexen, mittensymmetrischen 1.1,
linearen Querschnittsform bis ans Ende der Strangführung 16 bzw. ins Walzwerk geführt
werden, oder aber er wird im Bereich der Strangführung 16 auf ein rechteckiges Format
eingeformt.
[0027] Im Falle eines konvexen Strangformates am Kokillenausgang 4, das eine Restballigkeit
entsprechend dem Resttrichter 15 aufweist, kann das Format bis ans Ende der Strangführung
erhalten, teilweise erhalten oder aber auch auf eine rechteckige Form zurückgeführt
werden.
[0028] Diese Art der erfindungsgemäßen Kokille mit ihrer spezifischen Trichterform trägt
neben den optimierten Bedingungen hinsichtlich
° der Strömung,
° der Badbewegung,
° der Schlackenführung,
° des Wärmestromes und
° des Schrumpfverhaltens
zu einer Zentrierung des Stranges in der Kokille und in der Strangführung und mit
zu einer hohen Gießsicherheit (Vermeidung von Durchbrüchen) bei und dies besonders
bei hohen Gießgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min.
[0029] Diese sehr komplexen Vorgänge beim Gießen von Dünnbrammen und Brammen, besonders
mit hohen Gießgeschwindigkeiten, werden durch die in den Patentansprüchen beschriebenen
Merkmale berücksichtigt. Die Erfindung führt gegenüber dem Stand der Technik sowohl
beim Dünnbrammengießen als auch beim Brammengießen zu folgenden merkmalspezifischen
Vorteilen wie:
- Das Merkmal 'konkave lineare und plane Breitseitenform' führt zu
° reibungsarmem Schrumpfen des Strangschale in horizontaler Richtung,
° maximalem Breitenverstellbereich durch minimale Trichterform unabhängig von der
gesamten Strangbreite (z.B. 500 - 2.000 mm).
° Breitenverstellung auch während des Gießens,
° Konizitätssteuerung oder Regelung der Schmalseiten während des Gießens,
° längsrißfreie Brammenoberflächen.
- Das Merkmal 'Trichter' führt zu
° freier Wahl der Tauchausgußform hinsichtlich
° gleichförmiger Badspiegelbewegung, Unterdrückung von Turbulenzen,
° gleichförmigem Temperaturgradienten im Badspiegel von Kokillenmitte zur Strangschale
über die gesamte Kokillenbreite,
° keiner Gefahr der Brückenbildung zwischen Strangschale und Tauchausgußwand,
° gleichförmigem Schmelzen von Schlacke über die Breite des Badspiegels,
° gleichförmiger Ausbildung des Schlackenfilms zwischen Strangschale und den Breitseiten-Kokillenplatten,
° gleichförmiger Wärmestromdichte über die Kokillenbreite,
° gleichförmigem Schrumpfverhalten der Strangschale über die Kokillenbreite, vor allem
in horizontaler Richtung,
° guter und rißfreier Brammenoberfläche selbst bei längsrißempfindlichen Stahlgüten
wie z.B. peritektischen Stählen,
° Zentrierung des Stranges in der Kokille und der Strangführung,
° hoher Gießsicherheit oder geringste Durchbruchsraten,
° Möglichkeit der Erzeugung einer konkaven, mittensymmetrischen Bramme.
Bezugszeichenliste
[0030]
- 1
- Breitseiten-Kokillenplatten
- 1.1
- konkave, mittensymmetrische, lineare und plane Breitseitenform
- 1.2
- Öffnung der konkaven, linearen und planen Breitseitenform
- 1.3
- Schmalseite
- 2
- Mittenachsen in Gießrichtung
- 2.1
- Mittenachse in Gießrichtung, parallel zur Breitseite
- 2.2
- Mittenachse in Gießrichtung, senkrecht zu den Breitseiten
- 3
- Kokillenhöhe
- 4
- Bereich der Breitseitenverstellung
- 5
- Trichter
- 5.1
- Übergang zwischen konkaver, linearer Breitseitenform und Trichterform
- 5.2
- Trichterform
- 5.3
- Öffnung des Trichters im Gießspiegelbereich
- 5.4
- Trichterbreite im Gießspiegel
- 6
- Gießspiegel
- 7
- Oberkante der Kokille
- 8
- Tauchausguß
- 8.1
- Tauchausgußform
- 8.2
- halbe Tauchausgußdicke
- 8.2.1
- Tauchausgußdicke
- 8.3
- Tauchausgußöffnungen
- 8.3.1
- Öffnungsquerschnitt
- 8.4
- innerer Fließquerschnitt
- 8.5
- Tauchausgußwandstärke
- 8.6
- Tauchausgußbreite
- 9
- Gießpulverschicht auf dem Badspiegel
- 10
- Schlackendicke auf dem Badspiegel
- 11
- Schlackenfilm zwischen Strangschale und Breitseiten-Kokillenplatten
- 12
- Strangschale
- 13
- Hüllkurven zwischen Trichter 5 und Öffnung der konkaven, planen Breitseitenform 1.2
- 13.1
- Hüllkurve, Rücknahme über einen Teil der Kokillenhöhe 3
- 13.2
- Hüllkurve, Rücknahme über die gesamte Kokillenhöhe 3
- 13.3
- Hüllkurve, Resttrichter am Kokillenausgang
- 14
- Kokillenausgang
- 15
- Form des Resttrichters am Kokillenausgang
- 16
- Strangführung
1. Oszillierende Kokille zum Stranggießen von Brammen vorzugsweise aus Stahl mit Tauchausguß
und Stranggießpulver, die folgende Elemente enthält:
° einen Tauchausguß (8) mit
- innerem Fließquerschnitt (8.4),
- Wandstärke (8.5),
- Austrittsquerschnitt (8.3.1) und
- äußerem Querschnittsformat (8.1) mit einer Breite (8.6) und Dicke (8.2.1)
° lineare und über die Kokillenlänge plane, mittensymmetrische, konkave Form (1.1)
der Breitseitenplatten (1),
° frei bewegliche Schmalseiten (1.3),
° mittensymmetrischer, zusätzlich in die Breitseiten eingebrachter Trichter (5), der
der äußeren Querschnittsform (8.1) des Tauchausgusses (8) zumindest im Gießspiegelbereich
(6) entspricht und der in Richtung des Kokillenausganges mindestens teilweise zurückgenommen
wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der konkave, lineare bzw. plane Bereich (1.1) in den Breitseitenplatten (1) eine
maximale Öffnung (1.2) von 4 % der Schmalseitendicke (1.3) ausmacht.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trichter (5) mindestens im Gießspiegelbereich (6) der äußeren Tauchausgußform
(8.1) folgt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnung (5.3) des Trichters im Gießspiegelbereich (6) max. 70 % der Tauchausgußdicke
(8.2.1) bzw. max. 140 % der halben Tauchausgußdicke (8.2) ausmacht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trichterform (5.2) in der Kokille völlig zurückgenommen (13.1 und 13.2) wird
und die Kokille am Kokillenausgang (14) die konkave, lineare Form (1.1) aufweist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strang mit konvexem, symmetrischem und linearem Querschnitt (1.1) in der Strangführung
(16) zumindest teilweise erhalten bleibt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strang mit konvexem, symmetrischem und linearem Querschnitt in der Strangführung
(16) in ein Rechteckformat überführt wird.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trichterform (5.2) in der Kokille nur zum Teil (13.3) bis zum Kokillenaustritt
(14) zurückgenommen wird und der Strang neben der konvexen, linearen (1.1) noch eine
mittensymmetrische Balligkeit entsprechend der Resttrichterform (15) aufweist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strang mit konvexem, mittensymmetrischem Querschnitt (15) in der Strangführung
(16) zumindest teilweise erhalten bleibt.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 sowie 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strang mit konvexem, mittensymmetrischem Querschnitt (15) in der Strangführung
(16) in ein Rechteckformat überführt wird.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmalseiten (1.3) und damit der Strangbreitenverstellbereich bis minimal
an den Übergang (5.1) zwischen der konkaven, linearen Breitseitenform und dem Trichter
(5) herangefahren werden kann und reicht.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trichter (5) eine minimale Breite (5.4) von 500 mm aufweist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breitseitenkokillenplatten (1) hydraulisch positions- und kraftgeregelt an
die Schmalseiten (1.3) herangefahren werden.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Tauchausguß (8) einen inneren Fließquerschnitt (8.4) mit bis zu 20.000 mm2, vorzugsweise etwa 9.000 mm2, eine Tauchausgußwandstärke (8.5) von 20 mm bis 40 mm, vorzugsweise 30 mm sowie am
Tauchausguß-Austritt einen Gesamt-Öffnungsquerschnitt (8.3.1) mit bis zu 15.000 mm2, vorzugsweise etwa 7.000 mm2 aufweist.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tauchausgußöffnung bzw. die Tauchausgußöffnungen (8.3) bezogen auf die vorgebbare
Gießleistung in der Weise querschnittsoptimiert sind, daß an der den Tauchausgußöffnung(en)
(8.3) eine Strömungsgeschwindigkeit von bis zu 2 m/sec, vorzugsweise von etwa 1 m/sec
ansteht.