Kokille zum Stranggiessen von Metall

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Trichtergeometrie einer Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich. Die Geometrie des Kokillentrichters wird dadurch verbessert, daß zum Zwecke der Schaffung von Bereichen mit verminderter Verformung sowohl der Abstand zwischen den seitlichen Begrenzungslinien (7') - (7''''), (9) - (9''), (11) - (11') bzw. (13) - (13') des Trichterbereiches (6) als auch zwischen den Linien (8) - (8'''), (9) - (9''), (12') - (12'') bzw. (14) - (14'), welche die gewölbten Bereiche entgegengesetzter Krümmung bzw. ebenen Flächen unterschiedlicher Neigung abgrenzen, über einen oder mehrere Höhenabschnitte des Trichterbereiches in beliebiger Weise veränderlich ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich.

[0002] Die Abmessungen des Eingießbereichs werden im wesentlichen durch den Querschnitt des zu vergießenden Stranges, die Abmessungen des Gießrohres und dessen Eintauchtiefe in die Schmelze bestimmt.

[0003] Aufgrund der trichterförmigen Formgebung der Breitseitenwände findet in Gießrichtung nicht nur eine Verjüngung, sondern auch eine Formänderung des Strangquerschnitts statt. Infolgedessen werden der Strangschale beim Durchlaufen einer Trichterkokille im Gegensatz zu einer herkömmlichen Stranggießkokille mit ebenen Wänden zusätzliche Verformungen aufgezwungen, welche zu Fehlern führen können.

[0004] Es ist bekannt, daß es durch die Ausgestaltung der horizontalen oder vertikalen Kontur des trichterförmigen Eingießbereichs einer Stranggießkokille möglich ist, die dem Strang auferlegten Verformungen günstiger zu verteilen, um somit der Entstehung von Fehlern des Gußproduktes entgegenzuwirken.

[0005] Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kokille mit ebenen Wänden, bei der der Schrumpf des Stranges durch die Neigung der Schmalseiten ausgeglichen wird, ist der Verlauf der Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung in einer Stranggießkokille mit trichterförmigem Eingießbereich von großer Bedeutung.

[0006] Ist in einem oder mehreren Höhenabschnitten die Verjüngung des Kokillenquerschnitts größer als der Schrumpf des Stranges, so werden der Strangschale zusätzliche Verformungen aufgezwungen. Außerdem ist in diesem Fall ein gleichmäßiger Kontakt zwischen Strangschale und Kokillenwand nicht mehr gewährleistet. Es entstehen Bereiche mit übermäßig hoher oder tiefer Strangschalentemperatur, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Fehlern erhöht wird.

[0007] Ist die Verjüngung zu klein, so hebt die Strangschale teilweise von der Kokillenwand ab. Durch die starke Wiedererwärmung in diesen Bereichen entstehen hohe thermische Spannungen, die zu Fehlern führen können.

[0008] Bei diesen Fehlern handelt es sich um Risse, Einschnürungen und/oder Gefügestörungen. Diese Fehler sind um so gravierender, je stärker ein Stahl zu vergleichsweise hoher Schrumpfung im Verlauf der Erstarrung und Abkühlung der sich bildenden Strangschale neigt.

[0009] Die EP 0 149 734 beschreibt eine Kokille mit einem trichterförmigen Eingießbereich, der zu den Schmalseitenwänden und in Gießrichtung durch dreieckförmige Übergangsflächen auf das Format des gegossenen Bandes reduziert ist. Dadurch ergibt sich eine trapezförmige äußerte Kontur des Eingießbereichs.

[0010] Zur Reduzierung der Strangschalenbeanspruchung und des Kokillenverschleißes wird in der EP 0 230 886 vorgeschlagen, die Kontur der seitlichen Übergangsflächen rechteckig zu gestalten, wobei diese Flächen sowohl eben als auch gekrümmt sein können. In diesem Fall stellt die Außenkontur des Eingießbereichs ein Rechteck dar.

[0011] Die EP 0 268 910 schlägt zusätzlich vor, die Breitseitenwände im Eingießbereich in einem ersten Höhenabschnitt im wesentlichen parallel zueinander verlaufen zu lassen und in einem sich daran anschließenden Abschnitt auf die Dicke des Gießformats zurückzuführen, wobei der erste Abschnitt bis unterhalb der beim Gießbetrieb einzustellenden Gießspiegelebene in den Bereich der ersten Strangschalenbildung reicht. Auf diese Weise soll die unterhalb des Gießspiegels noch dünne Strangschale verformungsfrei geführt werden.

[0012] Die DE 39 07 351 A1 offenbart einen Vorschlag, die horizontale Kontur der Innenwandung des Eingießtrichters einer Kokille durch drei sich tangential berührende Kreisbögen zu bilden, deren Radien, in Strangdurchlaufrichtung allmählich größer werdend, in die Kontur der Innenwandung der Kokille übergehen. Auf diese Weise wird die Verformung des Metallgießstranges auf eine größtmögliche Streckenlänge verteilt, und Einschnürungen sowie Rißbildungen in der Strangschale des Metallgießstranges werden vermieden. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Formänderung der Strangschale in einem derart geformten Eingießbereich wird dadurch erreicht, daß deren Radien in Strangdurchlaufrichtung mit gleichem oder ungleichem Faktor zunehmen. Die äußere Kontur eines solchen Eingießbereichs ist ein Rechteck. Der Abstand zwischen den Linien, welche die Tangentenpunkte beginnend von der Oberkante der Kokille bis zum Trichteraustritt hin verbinden, bleibt unverändert.

[0013] Die EP 0 552 501 offenbart eine Kokille, deren trichterförmiger Eingießbereich durch seitliche Kreisbögen und an Tangentenpunkten mit diesen verbundene mittlere Kreisbögen bestimmt ist. Zur Reibungs- und Verschleißminderung und Reduzierung der Zug- und Biegebeanspruchungen der Strangschale sind die Redien der seitlichen Kreisbögen in einem mindestens 100 mm von der Kokillenoberkante abwärts reichenden Abschnitt gleichbleibend ausgebildet. In diesem Abschnitt verringert sich der Abstand zwischen den Linien, welche die Tangentenpunkte beginnend von der Oberkante der Kokille bis zum Trichteraustritt hin verbinden, während die äußere Kontur des Eingießbereichs unverändert rechteckig bleibt.

[0014] Der Stand der Technik kann unter anderem dahingehend zusammengefaßt werden, daß eine rechteckige Außenkontur des Trichterbereichs ein wesentliches Merkmal von Kokillen mit verringerter Strangschalenbelastung und vermindertem Kokillenverschleiß im Trichterbereich ist. Die Schaffung von verformungsfreien Seitenbereichen des Trichters kann zu einem veränderlichen Abstand zwischen den Linien führen, welche die Bereiche entgegengesetzter Krümmung begrenzen.

[0015] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trichtergeometrie einer Kokille anzugeben, welche insbesondere bei der Strangschalenbildung eines zu vergleichsweise hoher Schrumpfung neigenden Stahles eine noch deutlichere Verringerung des Fehlerbefalls der Brammenoberfläche erreicht wird.

[0016] Der Erfindung liegt die aus einer Vielzahl von Testgüssen gewonnene Erfahrung zugrunde, daß beim Vergießen von zu vergleichsweise hoher Schrumpfung neigenden Stählen in einer Kokille mit trichterförmigem Eingießbereich, dessen horizontale Kontur durch sich tangential berührende Kreisbögen mit gleichem Radius gebildet wird, die Fehler auf der Brammenoberfläche fast ausschließlich im mittleren, dem konkaven horizontalen Konturverlauf entsprechenden Bereich des Trichters entstehen. Daraus wurde gefolgert, daß eine Verringerung des Fehlerbefalls der Strangoberfläche erzielt werden kann, wenn die Strangschalenbelastung im mittleren Teil des Trichters zu Lasten der seitlichen Außenbereiche verringert wird.

[0017] Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung durch eine Ausgestaltung der Trichtergeometrie einer Stranggießkokille entsprechend den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.

[0018] Beispielsweise sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die horizontale Kontur des Trichterbereichs durch sich tangential berührende Kreisbögen mit unveränderlichem oder zunehmenden Radius ausgebildet ist.

[0019] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die horizontale Kontur des Trichterbereichs über einen oder mehrere Höhenabschnitte einen trigonometrischen oder polynomen Verlauf aufweist. Erfindungsgemäß kann die vertikale Innenkontur des Trichterbereichs einen beliebigen Verlauf aufweisen.

[0020] Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Erläuterungen einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Figur 1

in Draufsicht den trichterförmigen Eingießbereich einer Kokille,

Figur 2

eine Innenansicht einer Breitseitenwand mit trichterförmigem Eingießbereich,

Figur 3

in Draufsicht den Verlauf horizontaler Konturen der in Fig. 2 gezeigten Schnittebenen I-III,

Figuren 4,5

weitere Innenansichten einer Breitseitenwand mit trichterförmigem Eingießbereich,

Figur 6

den Verlauf vertikaler Konturen für die in Fig. 5 gezeigten Schnitte der Schnittebenen V-IX,

Figur 7

eine weitere Innenansicht einer Breitseitenwand mit trichterförmigem Eingießbereich,

Fig. 8-11

Längenänderungen der Innenkonturen im Eingießbereich sowohl in unterschiedlichen Abständen von der Kokillenoberkante als auch von der Kokillenmitte für die in Fig. 2, 4, 5 und 7 dargestellten Breitseitenwände.

[0021] Eine Stranggießkokille besteht gemäß Fig. 1 aus zwei gegenüberliegenden Breitseitenwänden 1, 2 und zwei seitlich zwischen den Breitseitenwänden 1, 2 angeordneten Schmalseitenwänden 3, 4. Die Breitseitenwände weisen einen an der Kokillenoberkante 5 beginnenden gewölbten trichterförmigen Eingießbereich 6 auf, der zu den Schmalseiten 3, 4 und in Gießrichtung auf das Format des gegossenen Stranges reduziert ist.

[0022] Fig. 2 zeigt die äußere Kontur des Eingießbereichs 7 - 7' - 7'' - 7''' - 7'''', welche derart ausgebildet ist, daß im oberen Abschnitt B der Abstand zwischen den seitlichen Begrenzungslinien 7 und 7'''' veränderlich ist. Erfindungsgemäß ist in diesem Bereich B auch der Abstand zwischen den Linien 8 und 8''', welche die Bereiche entgegengesetzter Krümmung begrenzen, veränderlich.

[0023] Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung des trichterförmigen Eingießbereichs zeigt Fig.4. Die seitlichen Begrenzungslinien 9 und 9'' weisen über die gesamte Höhe A des Eingießbereichs 6 einen gekrümmten Verlauf an, so daß der Abstand zwischen diesen Begrenzungslinien in allen Horizonten des Eingießbereichs 6 verschieden ist. Gleichzeitig weisen auch die Linien 10 und 10', welche die Bereiche entgegengesetzter Krümmung begrenzen, einen derart gekrümmten Verlauf auf, daß der Abstand zwischen ihnen über die gesamte Höhe A des Eingießbereichs 6 veränderlich ist.

[0024] Zwei weitere Beispiele für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des trichterförmigen Eingießbereichs sind in Fig. 5 und Fig. 7 dargestellt. Der Abstand zwischen den seitlichen Begrenzungslinien 11 und 11' bzw. 13 und 13' und zwischen den die Bereiche entgegengesetzter Krümmung abgrenzenden Linien 12' und 12'' bzw. 14 und 14' ist über einen Teil der Höhe A des Eingießbereichs veränderlich. Im Gegensatz zu den in Fig. 2 und 4 gezeigten Beispielen verjüngt sich der Eingießbereich in Gießrichtung dermaßen, daß dessen Breite an seinem Austritt gleich Null ist.

[0025] Die Vorteile der Erfindung sollen anhand von vier Ausführungsbeispielen dargestellt werden, die sich auf die in Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 7 dargestellten Breitseitenplatten einer Kokille mit folgenden Parametern beziehen:

1150 mm Trichterbreite und 45 mm Trichtertiefe an der Oberkante der Mitte der Kokillenplatte, 900 mm Trichterlänge in Gießrichtung, kreisbogenförmige vertikale Innenkontur.

[0026] Die horizontale Innenkontur der in Fig. 2 dargestellten Breitseitenplatte wird über die gesamte Trichterhöhe A durch drei sich tangential berührende Kreisbögen gebildet, deren Radius auf jedem Horizont gleich ist. An der Oberkante beträgt dieser Radius 1848,06 mm.

[0027] Die Trichterbreite 7 - 7'''' verringert sich in Gießrichtung, beginnend von der Oberkante 5 in einem 300 mm langen Abschnitt B linear von 1150 mm auf 767,44 mm und bleibt bis zum Austritt 7'' des Eingießbereichs 6 unverändert. Der Abstand zwischen den Tangentenpunkten 8 - 8''' verringert sich im Abschnitt B dementsprechend linear von 575 mm auf 383,72 mm und bleibt bis zum Austritt 7'' des Eingießbereichs 6 unverändert.

[0028] Eine derartige Ausgestaltung des Trichterbereichs ermöglicht es, im Abschnitt B den Radius R der horizontalen Innenkontur von 1848,06 mm unverändert beizubehalten. Fig.3 zeigt beispielhaft die horizontale Innenkontur an der Kokillenoberkante 5 und auf drei verschiedenen Horizonten I, II und III.

[0029] Wie in Fig. 8 zu sehen ist, entsteht auf diese Weise in der Mitte des oberen Abschnitts des trichterförmigen Eingießbereichs, wo der Strang besonders anfällig für die Entstehung von Oberflächenfehlern ist, ein Bereich, in dem keine Längenänderungen der horizontalen Kontur beim Übergang von einem Horizont auf einen darunterliegenden Horizont stattfinden.

[0030] Besonders vorteilhaft ist, daß trotz fehlender Längenänderungen auch im oberen Kokillenabschnitt eine Verjüngung des Eingießbereichs in Gießrichtung stattfindet, im gegebenen Fall von 45 mm auf 19,97 mm in der Kokillenmitte. Die Längenänderungen, welche der Verjüngung des Eingießbereichs entsprechen, finden im oberen Kokillenabschnitt B nur in den Seitenbereichen statt, wo sie für die Strangschalenausbildung unkritisch sind.

[0031] Die horizontale Innenkontur der in Fig. 4 dargestellten Breitseitenplatte ist über die gesamte Trichterhöhe A durch einen sinusförmigen Verlauf gekennzeichnet. Dabei sind die seitlichen Konturen 9 und 9'' des Eingießbereichs 6 kreisbogenförmige Abschnitte, deren Tangenten auf der Höhe des Trichteraustritts 9' vertikal verlaufen. Der Abstand zwischen den seitlichen Begrenzungslinien verringert sich von 1150 mm an der Kokillenoberkante 5 auf 750 mm am Trichteraustritt 9'. Der Abstand zwischen den Linien 10, und 10', welche die Bereiche entgegengesetzter Krümmung begrenzen, verringert sich von 575 mm auf 375 mm.

[0032] Die Verteilung der Längenänderungen in einem derart geformten Eingießbereich ist in Fig. 9 dargestellt. Es ist zu sehen, daß in diesem Fall die Längenänderungen in der Mitte des oberen Abschnitts des trichterförmigen Eingießbereichs nicht ganz unterdrückt werden, im Vergleich zu den Seitenbereichen aber deutlich verringert sind.

[0033] Die Kontur der Oberkante 5 der in Fig. 5 dargestellten Breitseitenplatte wird gemäß Fig. 3 durch sich tangential berührende Kreisbögen mit einem Radius von 1848,06 mm gebildet. Die vertikalen Innenkonturen V - IX gemäß Fig. 6 werden durch kreisbogenförmige Abschnitte mit einem Radius von 9022,5 mm gebildet, welche endständig in den auf das Format des Stranges reduzierten Kokillenbereich übergehen. In diesem Fall reduziert sich der Abstand zwischen den seitlichen Begrenzungslinien 11 und 11' kontinuierlich, so daß am Trichteraustritt die Trichterbreite gleich Null ist. Dasselbe gilt für den Abstand zwischen den Tangentenpunkten 12' und 12'' ab einer Entfernung von C = 287,5 mm von der Kokillenoberkante 5. Bis dahin ist dieser Abstand unverändert und beträgt 575 mm.

[0034] In Fig. 6 sind beispielhaft die vertikalen Innenkonturen für die in Fig. 5 gezeigten Längsschnitte V, VI, VII, VIII und IX dargestellt.

[0035] Aus Fig. 10 ist zu entnehmen, daß auch bei dieser Ausgestaltung des trichterförmigen Eingießbereichs die Längenänderungen beim Übergang von einem Horizont auf den anderen im mittleren oberen Bereich zu Lasten der oberen Seitenbereiche verringert ist.

[0036] Dasselbe gilt für die in Fig.7 dargestellte Breitseitenplatte, die sich von der in Fig. 5 gezeigten nur durch einen sinusförmigen Verlauf der Kokillenoberkante 5 unterscheidet. Die entsprechenden Längenänderungen sind in Fig. 11 dargestellt.

[0037] Die in Fig. 8 bis Fig. 11 aufgeführten Verteilungen der Längenänderungen für die in Fig. 2, 4, 5 und 7 gezeigten Trichtergeometrien belegen, daß es mit der Erfindung möglich ist, durch die erfindungsgemäße Auswahl der geometrischen Parameter des trichterförmigen Eingießbereichs die Verformung des Stranges in der Mitte des oberen Bereichs, der für die Strangschalenbildung besonders kritisch ist, auf ein erträgliches Maß zu reduzieren und auf die Seitenbereiche des Trichters zu verlagern, wo sie für die Strangschalenausbildung unkritisch sind.

[0038] Führt man die Berechnung der Längenänderungen im Trichterbereich der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellten Breitseitenplatten durch, ohne das erfindungswesentliche Merkmal - den veränderlichen Abstand zwischen den äußeren Begrenzungslinien des Trichters und den Linien, welche die konkaven und konvexen Bereiche abgrenzen -zu berücksichtigen, so stellt man fest, daß in beiden Fällen der maximale Wert der Längenänderung im Trichterbereich jeweils derselbe ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist also darin zu sehen, daß die in der Mitte des oberen Bereichs reduzierten Verformungen gleichmäßig auf die Seitenbereiche verlagert werden, ohne daß zusätzliche Spannungs- bzw. Verformungsspitzen entstehen.

Ansprüche

1. Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Zwecke der Schaffung von Bereichen mit verminderter Verformung sowohl der Abstand zwischen den seitlichen Begrenzungslinien (7') - (7''''), (9) - (9''), (11) - (11') bzw. (13) - (13') des Trichterbereiches (6) als auch zwischen den Linien (8) - (8'''), (9) - (9''), (12') - (12'') bzw. (14) - (14'), welche die gewölbten Bereiche entgegengesetzter Krümmung bzw. ebenen Flächen unterschiedlicher Neigung abgrenzen, über einen oder mehrere Höhenabschnitte des Trichterbereiches in beliebiger Weise veränderlich ist.

2. Kokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Trichterbereich die vertikalen Innenkonturen der Breitseitenwände nicht parallel zueinander verlaufen.

3. Kokille nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß die horizontale Innenkontur des Trichterbereiches über einen oder mehrere Höhenabschnitte (B) durch drei sich tangential berührende Kreisbögen ausgebildet ist.

4. Kokille nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius R1 dieser sich tangential berührenden Kreisbögen über den/die Höhenabschnitte (b) unverändert gleich ist.

5. Kokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die horizontale Innenkontur des Trichterbereiches über einen oder mehrere Höhenabschnitte (B) einen trigonometrischen oder polynomen Verlauf aufweist.

6. Kokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vertikale Innenkontur des Trichterbereiches über einen oder mehrere Breitenabschnitte (V-IX) durch Kreisbögen ausgebildet ist, welche endständig in den auf das Format des Stranges reduzierten Kokillenbereich übergehen.

7. Kokille nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius der vertikalen Innenkontur R2 über einen oder mehrere Breitenabschnitte (V-IX) unverändert gleich ist.

Zeichnung