Stranggiesskokille mit Warmhaube

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Heißkopfkokille für eine Stranggießanlage, bestehend aus einem Heißkopf, der auf der Oberseite eines Trennmittelverteilers aufliegt und diesen mit seiner Unterseite gegen die Oberfläche einer Kokille drückt, wobei an der radial innenliegenden Fläche des Heißkopfes ein Überhang ausgebildet ist, der über den Trennmittelverteiler in Strangabzugsrichtung hinausragt und mit der Kokillenlauffläche einen Ringspalt bildet, wobei der Heißkopf von einem Außenring zentriert und gehalten wird, der an der Kokille lösbar befestigt ist. Die Kokille umschließt zur Kokillenlauffläche hin einen Funktionsring, der zusammen mit dem Trennmittelverteiler an den Oberflächen Funktionsflächen mit einstellbaren Rauhigkeiten bildet. In den Trennmittelverteiler sind auf der Ober- und Unterseite radiale Kanäle eingeformt, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Ober- und Unterseite sich verhalten wie 1:3 bis 1:5.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Heißkopfkokille für eine Stranggießanlage bestehend aus einem Heißkopf, der auf der Oberseite eines Trennmittelverteilers aufliegt und diesen mit seiner Unterseite gegen die Oberfläche einer Kokille drückt, wobei an der radial innenliegenden Fläche des Heißkopfes ein Überhang ausgebildet ist, der über den Trennmittelverteiler in Strangabzugsrichtung hinausragt und mit der Kokillenlauffläche einen Ringspalt bildet,

[0002] Eine Heißkopfkokille der eingangs genannten Art ist aus der EP 0566 865 (VAW) bekannt, über den Trennmittelverteiler gelangt Trennmittel zur Oberfläche des Gussstranges, wobei auch zwei verschiedene Trennmittel separat oder als Trennmittelgemisch von zum Beispiel flüssigem Trennöl und gasförmigem Trennmedium zugeführt werden können. Es wurde bereits erkannt, daß es besonders günstig ist, wenn das Öl-Gasgemisch erst im Bereich der Kokille gebildet wird.

[0003] Nach wie vor bestehen aber Probleme hinsichtlich der Gießbarkeit von sogenannten schwer gießbaren Legierungen, da hier die Oberflächengüte oftmals nicht ausreichend ist. Dies trifft insbesondere für die Blei-, Zink-, Zinn- und Kupferhaltigen Aluminiumlegierungen zu. Diese haben in letzter Zeit an Bedeutung zugenommen für die Herstellung von Sonderlegierungen und Automatenlegierungen, die bei hoher Schnittgeschwindigkeit eingesetzt werden sollen.

[0004] Ein anderes Problem ist die genaue Steuerung des Gasdruckes, der ausschlaggebend dafür ist, ob das Trennmittel die gesamte Oberfläche des Metallstranges erreicht. Bei Druckschwankungen kann es leicht zu Oberflächenfehlern kommen und bei zu hohem Druck besteht die Gefahr, daß Gas über das flüssige Metall entweicht.

[0005] Zur Lösung dieses Problems wird in der US-Patentschrift 4 732 209 (Pechiney) vorgeschlagen, einen Graphitring an der Kokilleninnenseite zu verwenden, dessen Porosität so eingestellt ist, daß ein unter Druck stehendes Gas von außen durch die offenen Poren des Graphitmaterials bis an die Innenseite der Kokille gedrückt wird und dort als Trennmittel zwischen der Oberfläche des entstehenden Metall Stranges und der Kokillenlauffläche wirkt. Nach unseren Erfahrungen können aber hiermit nicht die Probleme beim Herstellen von schwergießbaren Legierungen gelöst werden.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heißkopfkokille der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass damit verschiedene Legierungstypen, insbesondere auch schwergießbare Legierungen mit befriedigender Oberflächenqualität hergestellt werden können. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass:

a) der Heißkopf 1a, 1b von einem Außenring 4 gehalten wird, der an der Kokille 3 lösbar befestigt ist,

b) dass die Kokille 3 zur Kokilleninnenfläche hin einen Funktionsring 5 umschließt, dessen Oberseiten eine Funktionsfläche mit dem Trennmittelverteiler 2 bildet,

c) und dass der Trennmittelverteiler 2 aus einer beidseitig mit Radialkanälen durchzogenen Platine besteht, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Ober- und Unterseite sich verhalten wie 1:3 bis 1:5.

[0007] Gemäß Merkmal a) ist die neue Heißkopfkokille aus mehreren Ringen aufgebaut die sich leicht demontieren und zusammensetzten lassen. Dadurch ist es möglich verschiedene Trennmittelverteiler und Funktionsringe je nach gewünschtem Legierungstyp schnell auszuwechseln.

[0008] Gemäß Merkmal b) besteht die Erfindung in der Anwendung eines Funktionsringes 5 mit Funktionsflächen zum Trennmittelverteiler und zur Kokillenlauffläche hin. Die Funktionsflächen bilden Wandseiten mit definierter Rauhigkeit für die durch den Trennmittelverteiler geformten Kanäle, wobei es hier besonders günstig ist, wenn die Funktionsfläche eine Wandseite für den Flüssigkeitsführenden Kanalquerschnitt bildet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass mit einer genau eingestellten Oberflächenrauhigkeit und -temperatur der Funktionsflächen eine definierte Viskositätsänderung des flüssigen Trennmittels zur Erzeugung einer stabilen Schaumlage erreicht werden kann.

[0009] Gemäß Merkmal c) kommt es bei dem Trennmittelverteiler auf das Verhältnis der Kanalquerschnitte zur Regelung der Zusammensetzung des Trennmittelgemisches an. Durch Kombination der Merkmale b) und c) kann eine Schaumbildung erreicht werden, die als hochviskoses Trennmittel besonders wirksam ist und insbesondere bei schwer gießbaren Legierungen eine sehr gute Oberflächenqualität ermöglicht.

[0010] Gemäß Anspruch 5 wird vorgeschlagen, oberhalb des Heißkopfes 1a, 1b einen Klemmring 6 anzuordnen, mit dem der Heißkopf 1a, 1b, der Trennmittelverteiler 2 und die Kokille 3 verspannt werden können. Nach Lösen des Klemmringes 6 und des Außenringes 4 können der Tennmittelverteiler 2 und Funktionsring 5 leicht ausgetauscht werden. Damit ist eine Anpassung der für die Schaumbildung verantwortlichen Oberflächen- und Kanalquer-schnitte leicht möglich.

[0011] Gemäß Anspruch 6 ist es vorteilhaft, wenn für den Funktionsring 5 eine definierte, geschlossene Porosität und eine spezifische Dichte innerhalb enger Grenzen gewählt wird. Zusätzliche Verbesserungen in der Stabilität des Trennmittelschaums konnten durch weitere Versuche erzielt werden, wobei eine Kühlung des Funktionsringes 5 vorgenommen wurde, um die Viscositätseigenschaften an den Funktionsflächen konstant zu halten. Aufbau und Wirkungsweise der Funktionsflächen und der Kühlung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0012] Wie bereits oben dargestellt, wird der Trennmittelverteiler 2 auf der Oberseite 2a bevorzugt für die Ausbildung von gasführenden Kanälen und auf der Unterseite 2b für ein flüssiges Trennmittel verwendet. Die Kanäle müssen mit sehr hoher Präzision gefertigt werden, was beispielsweise durch Laserbearbeitung oder durch einen chemischen Ätzvorgang erreichbar ist.

[0013] Gemäß Anspruch 8 kommt es für den Luftanteil im Trennmittelschaum auch auf die Querschnittform der radialen Kanäle des Trennmittelverteilers und auf das Flächenverhältnis der Kanäle zur Ausbildung eines gleichmäßig über den Umfang verteilten Trennmittelschaumes an. Unter diesen Verhältnissen wird das Trennmittel besonders feinzellig und damit tragfähig ausgebildet, sodass die flüssige Komponente des Trennmittels reduziert werden kann.

[0014] Die bereits erwähnte Kühlung des Funktionsringes 5 erfolgt gemäß Anspruch 9 bevorzugt dadurch, dass in der Kokille 3 Kühlkanäle angeordnet sind, die bis in den Bereich des Funktionsringes reichen. In dieser Primärkühlzone wird eine Temperatur für die optimale Wirkung des Trennmittels eingestellt. In der anschließenden Sekundar-Kühlzone ist für eine schnelle Wärmeabfuhr gesorgt, da die Kühlkanäle hier in Strangabzugsrichtung verlaufen und in eine Schlitzsdüse münden. Hier wird der Druck des Kühlmittels abgebaut, so daß sich das Kühlmedium an den Aluminiumstrang anlegt und diesen so weiter abkühlt.

[0015] Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

[0016] 

Figur I

Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Heißkopfkopf-kokille in Explosions-Darstellung

Figur 2

Darstellung der erfindungsgemäßen Heißkopfkokille beim Stranggießen (Prinzipbild)

[0017] In der Gesamtdarstellung nach Figur I sind folgende Systemteile der entndungsgemäßen Heißkopfkokille angegeben, die ineinander gefügt sind:

1a

Heißkopf

1b

Heißkopf

2

Trennmittelverteiler

2a

Oberseite

2b

Unterseite

3

Kokille

3a

Oberfläche

4

Außenring

5

Funktionsring

6

Klemmring

7

Aktivatorring

8

Bodenteil

9

Druckblech

10

Metallstrang

11

Ringspalt

12

Trennmittelschaum

13

-

14

Ringspalt

15

Kühlkanäle

16

Schaumlage

[0018] Wie aus den Patentansprüchen hervorgeht ist die Ausbildung bestimmter Funktionsflächen von entscheidender Bedeutung für die Bildung eines stabilen Trennmittelschaums. Die Funktionsflächen befinden sich oberhalb und unterhalb des Trennmittelverteilers sowie auf der Innenseite des Funktionsringes 5. Dieser steht mit den Kanälen des Trennmittelverteilers 2 in unmittelbarem Kontakt und wirkt bei der Entstehung des Schaumes mit.

[0019] Als Neuerung und Ergänzung der Funktionsflächen wird ein Aktivatorring 7 eingeführt, der aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann. Der Aktivatorring 7 liegt zwischen dem Außenring 4 und der Oberseite 2a des Trennmittelverteilers 2. Er deckt damit die in dem Trennmittelverteiler 2 eingearbeiteten Kanäle nach oben hin ab. Seine Rauhigkeitswerte weichen von denen des Heißkopfes 1b ab und können auf die jeweiligen Anforderungen an das Trennmittel eingestellt werden. Gleichzeitig kann damit der Wärmeübergang des unterhalb des Heißkopfes lb liegenden Trennmittelverteilers 2 gesteuert werden.

[0020] Eine Kokille 3 wird durch einen Außenring 4 und einen Funktionsring 5 ergänzt. Über einen Klemmring 6 werden die Systemteile unter Einschluß eines Aktivatorrings 7 zusammengefügt. Komplettiert wird die Kokille 3 durch ein Bodenteil 8 und Druckblech 9.

[0021] Anhand der Figur 2 soll der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Heißkopfkokille weiter verdeutlicht und hierbei besonders auf die Ausschnittvergrößerung unterhalb des Überhanges des Heißkopfes lb eingegangen werden. Man erkennt einen Ringspalt 11 unterhalb des Überhanges, wobei die Seitenwände des Ringspaltes einerseits durch den Heißkopf-Überhang und andererseits durch den inneren Radius des Trennmittelverteilers 2 sowie durch den Funktionsrings 5 gebildet werden. Bei der Einleitung von gasförmigem und flüssigem Trennmittel innerhalb des erfindungsgemäßen Volumenverhältnisses erfolgt die Bildung eines stabilen Trennmittelschaumes 12, der sich als eine geschlossene Schaumlage zwischen der Kokille 3 und dem Strang 10 ausbildet.

[0022] Zunächst wird über die Oberflächenrauhigkeiten die Viskosität des Trennmittels sowohl im Gas- als auch im Flüssigkeitsbereich gesteuert. Die Viskosität des Trennmittels ist die wesentliche Einflußgröße bei der Schaumbildung. Darüber hinaus können Druck- und Menge des zugefügten Gas- und Flüssigkeitsmediums gesteuert werden, sodass die Zusammensetzung des Trennmittelschaumes innerhalb weiter Bereiche regelbar ist.

[0023] Mit dem Trennmittel kann wiederum ein gesteuerter Wärmeentzug erfolgen oder aber eine Isolierwirkung erzeugt werden, die insbesondere bei schwer gießbaren Legierungen von Vorteil ist.

Ansprüche

1. Heißkopfkokille für eine Stranggießanlage bestehend aus einem Heißkopf (1a, 1 b) ,der auf der Oberseite (2a) eines Trennmittelverteilers (2) aufliegt und diesen mit seiner Unterseite (2b) gegen die Oberfläche (3a) einer Kokille (3) drückt, wobei an der radial innenliegenden Fläche des Heißkopfes (1a, 1b) ein Überhang ausgebildet ist, der über den Trennmittelverteiler (2) in Strangabzugsrichtung hinausragt und mit der Kokillenlauffläche einen Ringspalt (11) bildet,
dadurch gekennzeichnet,
   dass der Heißkopf (1a, 1b) von einem Außenring (4) zentriert und gehalten wird, der an der Kokille (3) lösbar befestigt ist,
   dass die Kokille (3) zur Kokillenlauffläche hin einen Funktionsring (5) umschließt, der zusammen mit dem Trennmittelverteiler (2) an den Oberflächen Funktionsflächen mit einstellbaren Rauhigkeiten bildet,
   und dass in den Trennmittelverteiler (2) auf der Ober- und Unterseite (2a, 2b) radiale Kanäle eingeformt sind, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Oberund Unterseite sich verhalten wie 1:3 bis 1:5.

2. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Funktionsring (5) aus Kupfer oder Kupferlegierungen besteht.

3. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Funktionsring (5) aus Keramischen oder Composite Werkstoffen besteht.

4. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Funktionsring (5) aus Graphit besteht.

5. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb des Heißkopfes (1a, 1 b) ein Klemmring (6) angeordnet ist, über den der Heißkopf (1a, 1b), der Trennmittelverteiler (2),der Funktionsring (5) und die Kokille (3) verspannt werden.

6. Heißkopfkokille nach dem vorhergehenden Anspruch;
dadurch gekennzeichnet,
daß der Funktionsring (5) eine geschlossene Porosität von 0-20% und eine Dichte von 1,5 - 10g/cm³ aufweist.

7. Heißkopfkokille nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in die Oberseite (2a) des Trennmittelverteilers (2) eingearbeiteten radialen Kanäle an ein unter Druck stehendes Gasmedium angeschlossen sind und dass an der Unterseite (2b) des Trennmittelverteilers (2) radiale Kanäle ausgebildet sind, die an ein unter Druck stehendes Flüssigkeitsreservoir angeschlossen sind.

8. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß die unteren radialen Kanäle des Trennmittelverteilers nach Art eines Diffusors ausgebildet sind, wobei an der radial außenliegenden Zuleitung des Trennmittelverteilers (2) ein etwa quadratischer Querschnitt und an der radial innenliegenden Ausgangsseite ein rechteckförmiger Querschnitt mit einem Flächenverhältniss von mindestens I: 2 ausgebildet ist.

9. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kokille (3) Kühlkanäle (15) angeordnet sind, die bis in den Bereich unterhalb des Trennmittelverteilers (2) und des Funktionsringes (5) reichen, wobei die Wärmeabfuhr im Ringspalt (14) über eine in Strangabzugsrichtung austretende, vom Gas- und Flüssigkeitsmedium erzeugte Schaumlage (16) erfolgt.

10. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß der untere Teil des Heißkopfes (1b) eine um etwa das 1,5-2,0 fache vergrößerte Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem oberen Teil des Heißkopfes (1a) aufweist.

11. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberseite (2a) des Trennmittelverteilers (2) mit einem Aktivatorring (7) abgedeckt ist.

Zeichnung