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(11) | EP 2 483 016 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
STRANGGIESSKOKILLE MIT KREISFÖRMIGEM ODER POLYGONALEM QUERSCHNITT MOULD FOR CONTINUOS CASTING WITH A CIRCULAR OR POLYGONAL SECTION LINGOTIÈRE POUR LA COULÉE CONTINUE AVEC UNE COUPE TRANSVERSALE CIRCULAIRE OU POLYGONALE |
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Gebiet der Technik
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokille zum Vergießen von metallischer Schmelze zu einem Strang mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt in einer Stranggießmaschine.
[0002] Konkret betrifft die Erfindung eine Kokille zum Vergießen von metallischer Schmelze zu einem Strang mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt in einer Stranggießmaschine,
- mit einem durchgehenden Formhohlraum;
- wobei der Formhohlraum in einer Auszugsrichtung des Strangs durch eine Eingießöffnung zum Eingießen der Schmelze in die Kokille und durch eine Ausziehöffnung zum Ausziehen des zumindest teilerstarrten Strangs aus der Kokille begrenzt wird;
- wobei der Formhohlraum quer zur Auszugsrichtung des Strangs durch eine Innenwand der Kokille begrenzt wird; und
- wobei der Formhohlraum einen Bereich, nachfolgend "Entlastungs-Bereich" genannt, mit einem zugeordneten Gießkonus, nachfolgend "Entlastungs-Gießkonus" genannt, aufweist, wobei der Entlastungs-Bereich mehrere Vertiefungen in der Innenwand der Kokille zur Entlastung des Strangs aufweist.
Stand der Technik
[0003] Eine Kokille zum Vergießen von metallischer Schmelze zu einem Strang, dem sogenannten Stranggießen, mit im Wesentlichen polygonalen Querschnitt ist aus der EP 0 958 871 A1 bekannt, wobei diese Kokille einen - in Strangauszugsrichtung - durchgehenden Formhohlraum aufweist, der quer zur Auszugsrichtung des Strangs durch zumindest eine konische Innenwand begrenzt wird. Zur Anpassung an die Schrumpfung des erstarrenden Strangs, weist die Kokille drei Bereiche mit jeweils unterschiedlichen Gießkonussen auf. Unter einem Gießkonus versteht man eine konische Kontur der Innenwand der Kokille in Strangauszugsrichtung, deren Kegeligkeit (Konus) im Wesentlichen durch die Schrumpfung des erstarrenden Strangs bestimmt ist. Da sich der Strang beim Erstarren kontrahiert, ist der Formhohlraum im Bereich des Gießspiegels weiter als in einem - in Auszugsrichtung - nachgelagerten Bereich.
[0004] Da jedoch die Schrumpfung des Strangs beim Stranggießen nicht konstant ist und insbesondere von der chemischen Zusammensetzung der Schmelze, d.h. der Legierung, den Betriebsparametern des Stranggießens, z.B. der Auszugsgeschwindigkeit und der Kühlung des Strangs, abhängt, ist eine vollständige Anpassung des Gießkonusses bzw. der Gießkonusse an die Schrumpfung des Strangs nicht möglich. Ist der Gießkonus zu gering, d.h. die Verjüngung des Gießkonusses ist schwächer als die Strangschrumpfung, tritt ein Verlust des Kontaktes zwischen der Strangschale und Innenwand der Kokille auf, was eine ungleichmäßige und meist schwache Strangschalenausbildung zur Folge hat; ist der Gießkonus zu stark, d.h. die Verjüngung des Gießkonusses ist stärker als die Strangschrumpfung, führt dies zwar zu einem ausreichenden und meist auch einem homogenen Strangschalenwachstum, jedoch werden unnötig hohe Kontaktdrücke und damit Reibkräfte hervorgerufen. In diesem Fall klemmt der Strang gewissermaßen in der Kokille, sodass es in Extremfällen sogar zum Aufreißen oder Abreißen des Stranges kommen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kokille zum Vergießen von metallischer Schmelze zu einem Strang mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt in einer Stranggießmaschine zu schaffen, mit der einerseits ein ausreichend starker Gießkonus des Formhohlraums vorgegeben werden kann, sodass auch entlang des gesamten Umfangs des Gießquerschnitts bzw. des Formhohlraums ein ausreichendes und ein homogenes Wachstum der Strangschale gewährleistet ist, und andererseits unnötig hohe Kontaktdrücke und Reibkräfte des Strangs in der Kokille, insbesondere ein Klemmen des Strangs, auch bei unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen der Schmelze und bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässig verhindert werden.
Technische Lösung
[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Kokille der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher sich eine Vertiefung oder eine sich wiederholende Abfolge, bestehend aus einem Bereich mit einer Vertiefung und einem Bereich ohne Vertiefung, über die Längserstreckung des Entlastungs-Bereichs in der Auszugsrichtung erstreckt, wobei die Vertiefung oder die sich wiederholende Abfolge eine Form einer Schraubenlinie aufweist, und wobei eine Tiefe oder eine Breite der Vertiefung in der Innenwand stetig und monoton über eine abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugsrichtung des Strangs abnimmt.
[0007] Durch die Vertiefung bzw. die sich wiederholende Abfolge wird im Entlastungs-Bereich der Kokille ein "Freiheitsgrad" für den Strang, insbesondere die sich ausbildenden Strangschalen, geschaffen, wobei eine Vertiefung jeweils eine Zone mit keinem oder nur sehr geringer Kontakt des Strangs mit der Innenwand der Kokille realisiert. Dadurch wird sichergestellt, dass ein ausreichend starker Gießkonus der Innenwand der Kokille nicht zu unnötig hohen Kontaktdrücken und Reibkräften des Strangs in der Kokille führt, sodass insbesondere ein Klemmen des Strangs in der Kokille zuverlässig verhindert wird. Eine bzw. mehrere einzelne Vertiefungen, die sich über die Längserstreckung des Entlastungs-Bereichs erstrecken, können einfach und kostengünstig, z.B. mittels Fräsen, hergestellt werden.
[0008] Durch die sich wiederholende Abfolge ist sichergestellt, dass der Strang in regelmäßiger Abfolge entlastet bzw. wieder stärker kontaktiert wird, was sich positiv auf die Qualität des Strangs auswirkt. Eine Vertiefung oder die sich wiederholende Abfolge in Form einer Schraubenlinie ist deswegen günstig, da die Kontaktverhältnisse über dem Umfang variiert werden und somit nicht immer der gleiche Bereich am Umfang entlastet bzw. stärker kontaktiert wird. Alternativ ist es natürlich auch möglich, dass die Vertiefung oder die sich wiederholende Abfolge eine Linienform aufweist. Weiters nimmt die Tiefe einer Vertiefung oder die Breite einer Vertiefung entgegen der Auszugsrichtung des Strangs kontinuierlich ab. Dadurch nimmt aber auch die Stützung des Strangs in dessen Auszugsrichtung durch die Innenwand der Kokille stetig und monoton ab, d.h. der Strang wird in der Auszugsrichtung anfangs (geringe Dicke der Strangschale) stärker und später weniger stark (höhere Dicke der Strangschale) gestützt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
[0009] In einer einfachen Ausführungsform ist eine Vertiefung entweder als eine Nut oder als eine Ausrundung ausgeführt, da diese einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
[0010] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Entlastungs-Bereich eine Anzahl von n Vertiefungen auf, wobei zwei benachbarte Vertiefungen jeweils einen Winkelversatz von 360/n ° um eine Mittelachse des Formhohlraums aufweisen. Damit ist eine gleichmäßige Stützung des Strangs über den Umfang des Formhohlraums bzw. den Querschnitt des Strangs möglich.
[0011] In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Steigung der Schraubenlinie n·LII, wobei LII die Abmessung des Entlastungs-Bereichs in Strangauszugsrichtung angibt. Dadurch wird eine Schraubenlinie realisiert, die sich über die Längserstreckung des Entlastungs-Bereichs um 90° nach oben windet.
[0012] In einer Ausführungsform ist dem Entlastungs-Bereich ein Eingangs-Bereich mit einem Eingangs-Gießkonus vorgelagert, wobei sich der Eingangs-Bereich von der Eingießöffnung bis zum Entlastungs-Bereich erstreckt.
[0013] In einer Ausführungsform ist dem Entlastungs-Bereich ein Ausgangs-Bereich mit einem Ausgangs-Gießkonus nachgelagert, wobei sich der Ausgangs-Bereich vom Entlastungs-Bereich bis zur Ausgießöffnung erstreckt.
[0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist ein oder mehrere aus der Gruppe, bestehend aus dem Eingangs-Gießkonus, dem Entlastungs-Gießkonus und dem Ausgangs-Gießkonus, eine parabolische Konizität auf. Die Ausführung der Innenwand im Eingangs-Bereich, im Entlastungs-Bereich, im Ausgangs-Bereich oder bevorzugt in allen Bereichen mit einem parabolischen, oder weniger bevorzugt mit einem linearen, Gießkonus erlaubt eine gute Anpassung an das Schrumpfungsverhalten des Strangs.
[0015] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Übergang von einem Gießkonus auf einem nachfolgenden Gießkonus stetig, bevorzugt mehrfach stetig differenzierbar, ausgebildet. Dadurch werden Spannungen im Strang beim Übergang von einem Bereich zum nachgelagerten Bereich reduziert bzw. vermieden.
[0016] In einer Ausführungsform weist der Formhohlraum eine konvexe Krümmung auf. Damit ist sichergestellt, dass der Formhohlraum in einem vorgelagerten Bereich weiter ist als in einem - in Auszugsrichtung - nachgelagerten Bereich.
[0017] Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Kokille in einer Stranggießanlage zur Herstellung eines Metallstrangs aus Stahl mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt zu verwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0018] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Kokille zum Stranggießen eines Stranges mit rundem Querschnitt
Fig. 2 einer geschnittenen Darstellung der Vorderansicht der Kokille nach Fig. 1
Fig. 3 bis 5 geschnittene Darstellungen der Kokille nach Fig. 1 mit den Schnittebenen I-I (Fig. 3), II-II (Fig. 4) und III-III (Fig. 5)
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Kokille zum Stranggießen eines Stranges mit rundem Querschnitt
Fig. 7 einer geschnittenen Darstellung der Vorderansicht der Kokille nach Fig. 6
Beschreibung der Ausführungsformen
[0019] In den Fig. 1 ist eine Kokille 1 zum Stranggießen eines Stahlstrangs mit einem kreisförmigen Querschnitt (Durchmesser 300 mm) in einer Stranggießmaschine dargestellt. Dabei wird eine Stahlschmelze durch eine Eingießöffnung 3 in einen Formhohlraum der Kokille 1 gegossen, wobei die Stahlschmelze im Formhohlraum abgekühlt und dabei eine feste Schale des Stahlstrangs ausbildet wird. Der zumindest teilerstarrte Strang wird durch eine Ausziehöffnung 4 in der Kokille ausgezogen und in einer nicht dargestellten Strangstützeinrichtung geführt, gestützt und weiter gekühlt.
[0020] In Fig. 2 ist die Kokille nach Fig. 1 detaillierter dargestellt. Um die Klarheit der Darstellung zu erhöhen, wurden die Vertiefungen 10 vergrößert, d.h. in einem anderen Maßstab, dargestellt. Die Kokille weist insbesondere einen in der Auszugsrichtung des Strangs durchgehenden Formhohlraum 2 auf, der in der Auszugsrichtung durch die Eingießöffnung 3 und die Ausziehöffnung 4, und quer zur Auszugsrichtung durch die Innenwand 5 begrenzt wird. Die Innenwand 5 weist eine - sich über einen Eingangs-Bereich 6 und einen - dem Eingangs-Bereich 6 unmittelbar nachgelagerten - Entlastungs-Bereich 8 der Kokille 1 erstreckende - parabolische Konizität auf, wobei die Kokille bei der Eingussöffnung 3 eine Wandstärke von 20 mm, beim Übergang vom Eingangs-Bereich 6 zum Entlastungs-Bereich 8 eine Wandstärke von 22 mm und bei der Ausziehöffnung 4 eine Wandstärke von 24 mm aufweist. Der Entlastungs-Bereich 8 weist vier, jeweils als Ausrundung ausgeführte, Vertiefungen 10 in der Innenwand 5 auf, die sich in Form einer Schraubenlinie über die Längserstreckung des Entlastungs-Bereichs 8, d.h. vom Beginn des Entlastungs-Bereichs 8 bis zur Ausziehöffnung 4 hin, erstrecken. Die Tiefe und die Breite einer Vertiefung 10 nimmt stetig und monoton über die abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugrichtung ab, wobei die Vertiefung bei der Ausziehöffnung 4 eine Tiefe von 1 mm aufweist. Die Abnahme der Tiefe und der Breite der Vertiefungen 10 in der Innenwand 5 sind in den Fig. 3 bis 5 detaillierter dargestellt, wobei auch in diesen Figuren die Vertiefungen vergrößert dargestellt wurden. Damit im Entlastungs-Bereich 8 die Schale des Strangs über den Umfang des Formhohlraums 2 möglichst gleichmäßig gestützt, aber dennoch eine signifikante Reduktion der Strangauszugskraft erzielt wird, weisen zwei benachbarte Vertiefungen 10 jeweils einen Versatz von 90°, bezogen auf die Mittelachse des Formhohlraums 2 bzw. des Strangs, auf.
[0021] In den Fig. 6 und 7 ist die Kokille nach Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform dargestellt, wobei die Vertiefungen zur Entlastung des Strangs in der Innenwand 5 der Kokille 1 durch eine sich wiederholende Abfolge, bestehend aus einem Bereich mit einer Vertiefung 10 und einem Bereich ohne Vertiefung, in Form einer Schraubenlinie ausgebildet sind. Der Übergang vom Eingangs-Gießkonus 7 des Eingangs-Bereichs zum Entlastungs-Gießkonus 9 des Entlastungs-Bereichs ist "glatt", d.h. mehrfach differenzierbar, ausgeführt, wobei beide Gießkonusse eine parabolische Konizität aufweisen.
[0022] Die erfindungsgemäß ausgeführten Kokillen haben den Effekt, dass ein ausreichend starker Gießkonus der Innenwand der Kokille nicht zu unnötig hohen Kontaktdrücke und Reibkräften des Strangs in den Kokillen führt, sodass insbesondere ein Klemmen des Strangs in den Kokillen zuverlässig verhindert wird.
List der Bezugszeichen
- mit einem durchgehenden Formhohlraum (2);
- wobei der Formhohlraum (2) in einer Auszugsrichtung des Strangs durch eine Eingießöffnung (3) zum Eingießen der Schmelze in die Kokille und durch eine Ausziehöffnung (4) zum Ausziehen des zumindest teilerstarrten Strangs aus der Kokille (1) begrenzt wird;
- wobei der Formhohlraum (2) quer zur Auszugsrichtung des Strangs durch eine Innenwand (5) der Kokille (1) begrenzt wird; und
- wobei der Formhohlraum (2) einen Bereich (8), nachfolgend "Entlastungs-Bereich (8)"
genannt, mit einem zugeordneten Gießkonus (9), nachfolgend "Entlastungs-Gießkonus
(9)" genannt, aufweist, wobei der Entlastungs-Bereich (8) mehrere Vertiefungen (10)
in der Innenwand (5) der Kokille (1) zur Entlastung des Strangs aufweist;
wobei sich eine Vertiefung (10) oder eine sich wiederholende Abfolge, bestehend aus
einem Bereich mit einer Vertiefung und einem Bereich ohne Vertiefung, über die Längserstreckung
des Entlastungs-Bereichs (8) in der Auszugsrichtung erstreckt,
und
wobei eine Tiefe oder eine Breite der Vertiefung (10) in der Innenwand (5) stetig
und monoton über eine abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugsrichtung
des Strangs abnimmt.
dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (10) oder die sich wiederholende Abfolge eine Form einer Schraubenlinie
aufweist;
- having a continuous mold cavity (2);
- wherein the mold cavity (2) is delimited in a direction of withdrawal of the strand by a pouring-in opening (3) for pouring the molten material into the mold and by a withdrawal opening (4) for withdrawing the at least partially solidified strand from the mold (1);
- wherein the mold cavity (2) is delimited transversely to the direction of withdrawal of the strand by an inner wall (5) of the mold (1); and
- wherein the mold cavity (2) has a region (8), referred to hereinbelow as "region
of load relief (8)", with an associated casting cone (9), referred to hereinbelow
as "load-relief casting cone (9)", wherein the region of load relief (8) has a plurality
of depressions (10) in the inner wall (5) of the mold (1) for relieving the strand
of load;
wherein a depression (10) or a recurring sequence consisting of a region with a depression
and a region without a depression extends over the longitudinal extent of the region
of load relief (8) in the direction of withdrawal, and
wherein a depth or a width of the depression (10) in the inner wall (5) decreases
continuously and monotonically over an unwound length of the helix counter to the
direction of withdrawal of the strand,
characterized in that the depression (10) or the recurring sequence has the form of a helix.
- comportant une empreinte continue (2) ;
- dans laquelle l'empreinte (2) est délimitée dans une direction d'extraction de la barre par une ouverture de versement (3) pour verser la masse en fusion dans la lingotière et par une ouverture d'extraction (4) pour extraire la barre au moins partiellement rigidifiée de la lingotière ;
- dans laquelle l'empreinte (2) est délimitée transversalement à la direction d'extraction de la barre par une paroi interne (5) de la lingotière (1) ; et
- dans laquelle l'empreinte (2) présente une zone (8), dénommée ci-après « zone de
décharge (8) », comportant un cône de coulée (9) associé, dénommé ci-après cône de
coulée de décharge (9) », la zone de décharge (8) présentant plusieurs cavités (10)
dans la paroi interne (5) de la lingotière (1) pour la décharge de la barre ;
dans laquelle une cavité (10) ou une séquence qui se répète, se composant d'une zone
comportant une cavité et d'une zone sans cavité, s'étend dans la direction d'extraction
sur l'étendue longitudinale de la zone de décharge (8), et
dans laquelle une profondeur ou une largeur de la cavité (10) de la paroi interne
(5) diminue de manière continue et monotone sur la longueur déroulée de l'hélice dans
la direction opposée à la direction d'extraction de la barre, caractérisée en ce que la cavité (10) ou la séquence qui se répète présente une forme d'hélice.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente