AT508822B1

AT508822B1 - Kokille zum vergiessen von metallischer schmelze zu einem metallstrang mit kreisförmigem oder polygonalem querschnitt in einer stranggiessmaschine

Info

Publication number: AT508822B1
Application number: AT15332009A
Authority: AT
Inventors: Johann Dipl Ing Poeppl; Guoxin Dipl Ing Dr Shan; Heinrich Dipl Ing Thoene; Franz Dipl Ing Wimmer
Original assignee: Siemens Vai Metals Tech Gmbh
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2013-11-15
Also published as: EP2483016B1; AT508822A1; RU2546264C2; WO2011039135A1; CN102686338B; EP2483016A1; IN2012DN03350A; CN102686338A; RU2012117625A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kokille zum Vergießen von metallischer Schmelze zu einem Strang mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt in einer Stranggießmaschine. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kokille der eingangs genannten Art 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. Diese Aufgabe wird durch eine Kokille der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Formhohlraum (2) einen Entlastungs-Bereich (8) mit einem zugeordneten Entlastungs-Gießkonus (9) aufweist, wobei der Entlastungs-Bereich (8) mehrere Vertiefungen (10) in der Innenwand (5) der Kokille (1) zur Entlastung des Strangs aufweist.

Description

österreichisches Patentamt AT508 822B1 2013-11-15

Beschreibung

KOKILLE ZUM VERGIESSEN VON METALLISCHER SCHMELZE ZU EINEM METALLSTRANG MIT KREISFÖRMIGEM ODER POLYGONALEM QUERSCHNITT IN EINER STRANGGIESSMASCHINE

[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, [0003] - mit einem durchgehenden Formhohlraum; [0004] - wobei der Formhohlraum in einer Auszugsrichtung des Strangs durch eine Ein gießöffnung zum Eingießen der Schmelze in die Kokille und durch eine Ausziehöffnung zum Ausziehen des zumindest teilerstarrten Strangs aus der Kokille begrenzt wird; [0005] - wobei der Formhohlraum quer zur Auszugsrichtung des Strangs durch eine Innen wand der Kokille begrenzt wird; [0006] - wobei der Formhohlraum einen Entlastungs-Bereich mit einem zugeordneten Entlas- tungs-Gießkonus aufweist, wobei der Entlastungs-Bereich mehrere Vertiefungen in der Innenwand der Kokille zur Entlastung des Strangs aufweist; und [0007] - wobei sich ein 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.

[0008] 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 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 Kegelig-keit (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.

[0009] 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.

[0010] Aus der CH 440 569 A ist eine Kokille zum Stranggießen mit einem durchgehenden zylindrischen/konischen Formhohlraum bekannt, der mehrere Teilbereiche aufweist. In der Figur 1 /12 österreichisches pstentamt AT508 822B1 2013-11-15 2 mit den Bereichen 12 und 17 des Formhohlraums findet ein „Fortfall der erzwungenen Führung des Stranges" statt.

[0011] Die EP 730 923 A1 zeigt eine rohrförmige Kokille zum Stranggießen von Metallen, welche kühloptimierte Bereiche aufweist. Der Formhohlraum der Kokille ist mehrfach konisch ausgebildet. Die dem Formhohlraum abgewandte Oberfläche der Kokille weist einen Bereich mit einer teil- oder ganzflächig aufgebrachten Struktur aus Vertiefungen (bspw. mit einem dreieckigem, trapezförmigem oder runden Querschnitt) auf.

[0012] Schließlich ist aus der EP 1792675 A2 eine Stranggießkokille mit einem konisch verjüngten Formhohlraumquerschnitt mit rechteckigem oder polygonalem Querschnitt bekannt. Der Formhohlraum weist zumindest eine Vertiefung auf, die sich von unterhalb der Lage des Gießspiegels bis zur Austrittsöffnung erstreckt.

[0013] Wie die Kontaktverhältnisse zwischen dem Strang und dem Umfang der Kokille geändert werden können, sodass nicht immer der gleiche Bereich am Umfang entlastet bzw. stärker kontaktiert wird, geht aus den Schriften nicht hervor.

[0014] 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.

[0015] Diese Aufgabe wird durch eine Kokille der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Vertiefung oder die sich wiederholende Abfolge eine Form einer Schraubenlinie aufweist.

[0016] Durch die Vertiefungen 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. Mittels dieser Merkmale wird sichergestellt, dass ein ausreichend starker Gießkonus der Innenwand der Kokille nicht zu unnötig hohen Kontaktdrücke und Reibkräften des Strangs in der Kokille führt, sodass insbesondere ein Klemmen des Strangs in der Kokille zuverlässig verhindert wird.

[0017] Die Vertiefung oder eine sich wiederholende Abfolge, bestehend aus einem Bereich mit einer Vertiefung und einem Bereich ohne Vertiefung, erstreckt sich über die Längserstreckung des Entlastungs-Bereichs in der Auszugsrichtung. Dadurch wird sichergestellt, dass der Strang in regelmäßiger Abfolge entlastet bzw. wieder stärker kontaktiert wird, was sich positiv auf die Qualität des Strangs auswirkt.

[0018] Außerdem weist die Vertiefung oder die sich wiederholende Abfolge eine Form einer Schraubenlinie auf. Die Schraubenform 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.

[0019] In einer vorteilhaften Ausführungsform nimmt eine Tiefe einer Vertiefung in der Innenwand stetig und monoton über eine abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugsrichtung ab. Somit nimmt die Tiefe einer Vertiefung entgegen der Auszugsrichtung des Strangs kontinuierlich ab.

[0020] In einer vorteilhaften Ausführungsform nimmt eine Breite einer Vertiefung in der Innenwand stetig und monoton über eine abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugsrichtung des Strangs ab. Somit nimmt die Breite einer Vertiefung entgegen der Auszugsrichtung des Strangs kontinuierlich ab. 2/12 österreichisches pstentamt AT508 822 B1 2013-11-15 [0021] Mittels der beiden letztgenannten Ausführungsformen nimmt 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.

[0022] In einer einfachen Ausführungsform ist eine Vertiefung entweder als eine Nut oder als eine Ausrundung ausgeführt, da diese einfach und kostengünstig hergestellt werden können.

[0023] In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Entlastungs-Bereich eine Anzahl von n Vertiefungen auf, wobei zwei benachbarte Vertiefungen jeweils einen Winkelversatz von 360/n 0 um eine Mittelachse des Formhohlraums aufweisen. Damit ist eine gleichmäßige Stützung des Strangs über den Umfang des Formhohlraums bzw. den Querschnitt des Strangs möglich.

[0024] In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Steigung der Schraubenlinie n · -Ln, wobei Ln 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.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Kokille in einer Stranggießanlage zur Herstellung eines Metallstrangs aus Stahl mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt zu verwenden.

[0031] 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: [0032] Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Kokille zum Stranggießen eines

Stranges mit rundem Querschnitt [0033] Fig. 2 einer geschnittenen Darstellung der Vorderansicht der Kokille nach Fig. 1 [0034] Fig. 3 bis 5 geschnittene Darstellungen der Kokille nach Fig. 1 mit den Schnittebenen I- I (Fig. 3), ll-ll (Fig. 4) und lll-lll (Fig. 5) [0035] Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Kokille zum Stranggießen eines

Stranges mit rundem Querschnitt [0036] Fig. 7 einer geschnittenen Darstellung der Vorderansicht der Kokille nach Fig. 6 3/12 österreichisches pstentamt AT 508 822 B1 2013-11 -15 [0037] 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.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] 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. 4/12 österreichisches pstentamt AT 508 822 B1 2013-11 -15

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Kokille 2 Formhohlraum 3 Eingießöffnung 4 Ausziehöffnung 5 Innenwand 6 Eingangs-Bereich 7 Eingangs-Gießkonus 8 Entlastungs-Bereich 9 Entlastungs-Gießkonus 10 Vertiefung 5/12

Claims

österreichisches pstentamt AT508 822 B1 2013-11-15 Patentansprüche 1. Kokille (1) zum Vergießen von metallischer Schmelze zu einem Strang mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt in einer Stranggießmaschine, - 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; - wobei der Formhohlraum (2) einen Entlastungs-Bereich (8) mit einem zugeordneten Entlastungs-Gießkonus (9) 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; dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (10) oder die sich wiederholende Abfolge eine Form einer Schraubenlinie aufweist.
2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tiefe der Vertiefung (10) in der Innenwand (5) stetig und monoton über eine abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugsrichtung des Strangs abnimmt.
3. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Vertiefung (10) in der Innenwand (5) stetig und monoton über eine abgewickelte Länge der Schraubenlinie entgegen der Auszugsrichtung des Strangs abnimmt.
4. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vertiefung (10) entweder als eine Nut oder als eine Ausrundung ausgeführt ist.
5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungs-Bereich (8) eine Anzahl von n Vertiefungen (10) aufweist, wobei zwei benachbarte Vertiefungen jeweils einen Winkelversatz von 360/n 0 um eine Mittelachse des Formhohlraums (2) aufweisen.
6. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Schraubenlinie n-Ln beträgt, wobei LM die Abmessung des Entlastungs-Bereichs (8) in der Auszugsrichtung angibt.
7. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Entlastungs-Bereich (8) ein Eingangs-Bereich (6) mit einem Eingangs-Gießkonus (7) vorgelagert ist, wobei sich der Eingangs-Bereich (6) von der Eingießöffnung (3) bis zum Entlastungs-Bereich (8) erstreckt.
8. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Entlastungs-Bereich (8) ein Ausgangs-Bereich mit einem Ausgangs-Gießkonus nachgelagert ist, wobei sich der Ausgangs-Bereich vom Entlastungs-Bereich (8) bis zur Ausgießöffnung (4) erstreckt.
9. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere aus der Gruppe, bestehend aus dem Eingangs-Gießkonus (7), dem Entlastungs-Gießkonus (9) und dem Ausgangs-Gießkonus, eine parabolische Konizität aufweisen.
10. Kokille nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang von einem Gießkonus auf einem nachfolgenden Gießkonus stetig, bevorzugt mehrfach stetig differenzierbar, ausgebildet ist. 6/12 österreichisches pstentamt AT 508 822 B1 2013-11 -15
11. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum (2) eine konvexe Krümmung aufweist.
12. Verwendung der Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Stranggießanlage zur Herstellung eines Metallstrangs aus Stahl mit einem kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 7/12