EP0148384A1 - Einlauf für die Metallschmelze in Stranggiessvorrichtungen, die eine feststehende feuerfeste Giessdüse und eine Kokille mit nur in Giessrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen - Google Patents

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Publication number
EP0148384A1
EP0148384A1 EP84114216A EP84114216A EP0148384A1 EP 0148384 A1 EP0148384 A1 EP 0148384A1 EP 84114216 A EP84114216 A EP 84114216A EP 84114216 A EP84114216 A EP 84114216A EP 0148384 A1 EP0148384 A1 EP 0148384A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
gap
section
pouring nozzle
casting direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP84114216A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Figge
Helmut Dr. Nonn
Jürgen Dr. Pötschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fried Krupp AG
Original Assignee
Fried Krupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fried Krupp AG filed Critical Fried Krupp AG
Publication of EP0148384A1 publication Critical patent/EP0148384A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal

Definitions

  • the invention relates to an inlet for the molten metal, in particular molten steel, in continuous casting devices which have a fixed refractory pouring nozzle and a mold which partially surrounds it and mold walls which only move in the casting direction, the surfaces of the mold walls facing one another, which have a heat-insulating coating, and the casting nozzle, at least at its outlet area, a gap is set with a gap width such that a liquid area filled with liquid metal and the beginning of the solidification area starting from the mold walls are present in it during the casting process.
  • EP-OS 0 045 365 already describes an inlet of the type mentioned at the beginning, which can be sealed without additional devices - such as electromagnetic seals - even with larger gap widths above 0.3 mm if one takes into account the casting speed (accordingly the rotational speed of the mold walls) ensures that a liquid area is always maintained in the gap, that is to say the formation of a solidification bridge between the pouring nozzle and the mold walls is prevented.
  • the known inlet a stationary equilibrium between liquid and solidified metal must therefore be established in the gap in such a way that the amount of metal flowing into the gap corresponds to the amount of solidified metal conveyed out of the gap with the mold walls.
  • Faults favoring plug formation can, however, also be caused by changes in the gap width that occur during the casting process, for example by fluctuations in the mold wall coating, by ripple or an offset of the mold walls, by the operational wear of the pouring nozzle or by a shift in the thermo-mechanical load Pouring nozzle inside the mold walls.
  • a plug closing the gap is a mechanical seal, it must be removed from the gap area as soon as possible and gently, since otherwise there is a risk of damage to at least the pouring nozzle, impairment of the quality of the poured product or disruption of the pouring process. For example, if the plug after tearing off from the strand shell that forms, it gets stuck in the gap, the desired steady state equilibrium between solidified and liquid metal cannot be re-established.
  • the grafting can be the starting point for undesired growth of the solidification area in the casting direction, at the end of which the strand shell continuously tears open, with the result that the liquid metal breaks through the strand shell, which is too thin in the tear region, outside the continuous casting device.
  • a device for horizontal continuous casting, in particular of steel is known, in the rigid continuous casting mold of which protrudes a pouring nozzle which tapers in a straight line in the casting direction.
  • the casting bore of the continuous casting mold is designed in such a way that it delimits with the outer surface of the casting nozzle a gap which widens in the casting direction and is approximately adapted to the course of the solidification area emanating from the continuous casting mold.
  • the penetration of the molten metal into the gap is limited by means of a magnetic coil which, in the manner of an electric valve, prevents the molten metal from flowing back against the casting direction.
  • the gap between the pouring nozzle and the moving walls of the associated caterpillar mold is kept so narrow with a maximum of 0.3 mm that the metal melt to be processed cannot penetrate into the gap.
  • the inlet for the molten metal in continuous casting devices described at the outset is to be designed in such a way that any grafts that may arise in the gap area are conveyed out of the gap with the mold walls with little friction as early as possible and to avoid damage, in particular to the pouring nozzle.
  • the object of the invention is primarily intended to enable the safe and flawless processing of molten steel, but preferably also the processing of copper and other higher-melting metals such as aluminum, zinc and the associated alloys.
  • the object is achieved in an inlet of the type mentioned in the introduction in that it essentially has the features of claim 1.
  • the basic concept of the invention is to provide the pouring nozzle with a short curved section on the side facing its outlet cross section, which has an outer contour that is convexly curved with respect to its longitudinal axis; the mutual assignment the respectively opposite walls, ie the adjacent mold wall and the associated surface of the curvature section, is chosen in such a way that the gap with respect to the adjacent mold wall in the casting direction at an average opening angle - calculated from the arc of the sine of the ratio "greatest gap width at the outlet cross-section / axial length of the curvature section "- expanded by at least 7 °.
  • the gap width at the beginning of the curvature section is preferably set so that the gap seal described at the outset can be maintained during the casting process without the risk of bridging between the pouring nozzle and mold walls; In this connection it has proven to be expedient not to fall short of a gap width of the order of 0.3 mm if possible.
  • the subject of the invention can also be designed such that the length of the curvature section is at most 25 mm (claim 2); This has the consequence that if the size of the mean opening angle remains unchanged, the radius of curvature must be chosen to be correspondingly smaller, so that the outer contour of the pouring nozzle has a greater curvature immediately before its outlet cross section.
  • Another essential feature of the subject matter of the invention is that the gap width at the outlet cross-section is up to 25 mm (claim 3). A considerable gap widening is thus permitted in the casting direction in order to detach one to ensure, for example, the formation of graft from the gap.
  • the mean opening angle has a value of 7 °
  • the curved section has a length of 25 mm
  • the outer contour has a constant radius of curvature of 110 mm in the casting direction.
  • the curvature section has a radius of curvature that decreases in the casting direction (claim 4); in particular, the outer contour of the pouring nozzle can have a profile which corresponds to that of the executioner of a trumpet.
  • the outer edges of the pouring nozzle lying in the pouring direction are expediently provided with a rounding, the radius of which is at most 3 mm, preferably 1 mm (claim 6).
  • the gap in the area of the outer edges is slightly larger than in the area of the opposing surfaces of the mold walls and the pouring nozzle. +) regarding the metal to be cast
  • the curvature section adjoins a constant section in the casting direction, in which the casting nozzle forms a gap with the mold walls with a gap width that is constant in the casting direction (claim 7).
  • the gap width in the constant section is preferably more than 0.3 mm (claim 8).
  • the mean opening angle in the area of the curvature section is at least 7 °, a thin liquid area can form between the casting nozzle and the solidification area, as seen in the casting direction, which prevents the solidification area from jamming within the gap on the casting nozzle.
  • the gap increasingly opens due to the convex curvature of the curvature section, so that the continuous supply of new molten metal is not hindered.
  • the convex design of the gap profile also effectively suppresses the disruptive influences caused by the influencing variables: coating of the mold walls, waviness of the mold walls, casting speed and position of the pouring nozzle within the mold walls.
  • the widening of the gap in the pouring direction not only limits the possible contact area between the pouring nozzle and any plug that has arisen to a short distance and thus facilitates the plug detachment; at an average opening angle of 7 °, it also ensures a laminar flow in the gap area, with the result that the cast product has a sufficiently good surface.
  • the rounding off of the outer edges lying in the pouring direction not only prevents damage to the pouring nozzle, but also enables the solidification area to grow faster while at the same time improving the detachability in the event of the formation of plugs.
  • the use of a ceramic material with poor thermal conductivity, at least in the region of the curved section, means that the convexly curved outer contour is heated less than when using a good heat-conductive ceramic material.
  • the molten metal penetrating into the gap will therefore solidify more quickly and also basically solidify into a plug more easily.
  • this has a relatively small contact area with the pouring nozzle and can accordingly be better removed with the movement of the mold walls and can be led out of the gap.
  • the inventive design of the casting nozzle in the area up to its outlet cross section which entails a decrease in the outer dimensions in the casting direction, also facilitates the threading of the casting nozzle between the mold walls. This is important insofar as the casting nozzle, which has been preheated to very high temperatures, experiences considerable heat loss in a short time under the influence of the strongly cooled mold walls, and the threading process mentioned, while avoiding abrupt contact with the mold walls, is completed in less than a minute got to.
  • the mold 2 enclosing the front section of the tubular pouring nozzle 1 has, as essential components, two endless casting belts 3 and laterally adjoining these endless side dams with individual members 4 which can move with respect to one another and which together delimit a rectangular casting cavity 5.
  • molten steel is fed from the left through the pouring nozzle bore 1 'in the direction of arrow 6.
  • the longitudinal axis 1 "of the pouring nozzle 1 coincides with the longitudinal axis of the mold 2 and the casting cavity 5.
  • the dimensions and the fastening of the front section of the pouring nozzle 1 with respect to the mold walls 3 and 4 are chosen such that a gap 8 is present between the mutually facing surfaces of the mold walls and the pouring nozzle, i.e. there is no contact between the mold walls and the pouring nozzle.
  • the mold walls 3 and 4 are covered with a coating 9, which consists for example of a powder or a suspension based on graphite.
  • the front section of the casting nozzle 1 shown in the drawing and made of boron nitride has a constant section G and a curvature section K, one after the other in the casting direction.
  • the first-mentioned section is characterized by a straight outer contour, which forms a gap with the opposite mold walls with a gap width that remains constant in the casting direction.
  • the curvature section K has an outer contour which is convexly curved with respect to the longitudinal axis 1 ′′, as a result of which the gap 8 widens in the casting direction with respect to the adjacent mold wall at an average opening angle ⁇ of 7 °.
  • the curvature section K has an axial length of 25 mm and in the casting curvature radius R constant of 110 mm.
  • the casting speed is 10 m / min. in the gap 8 the steady state shown in FIG. 1.
  • the operating conditions prevailing during the casting process are thus selected such that as much liquid metal always flows through the gap-shaped liquid region 10 "to the left as after the solidification of the mold walls by their movement to the right
  • the molten metal 10 flowing continuously into the gap 8 forms, so to speak, a thin lubricating film on which the solidification area 10 'moved along with the mold walls moves to the right without a fixed connection to the curved outer contour of the pouring nozzle 1 Since the path section s is shorter than the length of the curvature section K, the beginning of the solidification area 10 'and the liquid area 10 * extend into an area in which the gap width is somewhat larger than that in the area of the constant section G.
  • the gap 8 can also be used without additional devices Seal larger gap widths.
  • the gap width corresponding to the penetration depth s in the steady state of equilibrium is approximately 0.6 mm in the exemplary embodiment shown.
  • FIG. 2 shows the formation of a plug 10 "', in which the solidification area 10', contrary to the pouring direction (arrow 6), narrows deeper into the gap 8 and forms a solidification bridge in the area of the curvature section K with the front section of the pouring nozzle 1.
  • the associated penetration depth s 'up to the start of the plug 10''' is greater than the one indicated in FIG. 1 depth of penetration s.
  • the illustration in question shows that the contact area between the pouring nozzle and the plug '10 "' is kept small by the gap 8 widening in the casting direction and that even a slight movement of the mold wall 2 to the right leads to the plug becoming detached, which also adheres to the associated mold wall via the subsequent solidification area 10 'and is carried along by it.
  • the gap formation according to the invention facilitates the inflow of fresh molten metal 10 into the gap against the casting direction and thus the restoration of the steady state of equilibrium shown in FIG.
  • the described gap formation with gap widening in the pouring direction also supports the removal of a plug which has initially been torn off from the further solidification area. Due to the widening of the gap in the pouring direction, solidifying metal can adhere to the initially stuck plug until the adjacent mold wall can generate sufficient driving force when the plug is detached. Even after an initially stuck plug has been formed, the design of the inlet according to the invention can ensure that the desired steady state of equilibrium, in which the liquid metal flowing into the gap is just consumed by solidification in the solidification area, is restored in a short time and with a reduced risk of damage sets.
  • the invention ensures, without complex additional devices, that the function of the so-called liquid gap seal between the fixed pouring nozzle and the mold walls which move exclusively in the pouring direction is not called into question by faults in the form of plugs which occur accidentally and at different points in the gap area.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Damit der stationäre Gleichgewichtszustand bei Auftreten von Störungen in Form von Pfropfen (10"') in kurzer Zeit wieder hergestellt werden kann, wird die Gießdüse (1) mit einem an ihrem Austrittsquerschnitt (1"') endenden Krümmungsabschnitt (K) ausgestattet, der eine bezüglich ihrer Längsachse (1") konvex gekrümmte Außenkontur aufweist. Diese ist so beschaffen, daß sich der Spalt (8) bezüglich der benachbarten Kokillenwand (3) in Gießrichtung (Pfeil 6) unter einem mittleren Öffnungswinkel (a) von mindestens 7° erweitert, wobei die Länge des Krümmungsabschnitts (K) allenfalls 50 mm beträgt.

Description

  • Einlauf für die Metallschmelze in Stranggießvorrichtungen, die eine feststehende feuerfeste Gießdüse und eine Kokille mit nur in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen
  • Die Erfindung betrifft einen Einlauf für die Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, in Stranggießvorrichtungen, die eine feststehende feuerfeste Gießdüse und eine diese teilweise umschließende Kokille mit nur in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen, wobei zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände, die eine wärmedämmende Beschichtung aufweisen, und der Gießdüse zumindest an deren Austrittsbereich ein Spalt mit einer derartig bemessenen Spaltweite eingestellt ist, daß in ihm während des Gießvorgangs ein mit flüssigem Metall angefüllter Flüssigbereich und der Anfang des von den Kokillenwänden ausgehenden Erstarrungsbereichs vorhanden sind.
  • In der EP-OS O 045 365 ist bereits ein Einlauf der eingangs genannten Gattung beschrieben, der sich ohne Zusatzeinrichtungen - wie beispielsweise elektromagnetische Dichtungen - auch bei größeren Spaltweiten oberhalb von 0,3 mm dann abdichten läßt, wenn man unter Berücksichtigung der Gießgeschwindigkeit (entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit der Kokillenwände) dafür Sorge trägt, daß in dem Spalt stets ein Flüssigbereich aufrechterhalten, also die Bildung einer Erstarrungsbrücke zwischen der Gießdüse und den Kokillenwänden verhindert wird. Bei dem bekannten Einlauf muß also im Spalt dadurch ein stationäres Gleichgewicht zwischen flüssigem und erstarrtem Metall hergestellt werden, daß die in den Spalt einströmende Metallmenge der mit den Kokillenwänden aus dem Spalt herausgeförderten erstarrten Metallmenge entspricht. Bei der in Rede stehenden Abdichtung mittels eines in den Spalt hineinreichenden Erstarrungsbereichs unter Ausschluß einer Brückenbildung können jedoch dadurch Störungen auftreten, daß die im Spalt zungenförmig erstarrende Strangschale bis auf die Außenwand der Gießdüse durcherstarrt, also zu dick wird und einen den Spalt verschließenden Pfropfen bildet. Eine Durcherstarrung der im Spalt befindlichen Metallschmelze kann insbesondere dann auftreten, wenn diese beim Hochfahren der Stranggießvorrichtung auf die vorgesehene Gießgeschwindigkeit kurzzeitig zu weit in den Spalt einbringt und demzufolge eine bis zur Gießdüse reichende Erstarrungsbrücke bildet.
  • Die Pfropfenbildung begünstigende Störungen können jedoch auch durch während des Gießvorgangs vor sich gehende Änderungen der Spaltweite hervorgerufen werden, beispielsweise durch Schwankungen der Kokillenwandbeschichtung, durch eine Welligkeit oder einen Versatz der Kokillenwände, durch den betriebsbedingten Verschleiß der Gießdüse oder durch eine Verschiebung der thermo-mechanisch belasteten Gießdüse innerhalb der Kokillenwände. Obwohl ein den Spalt verschließender Pfropfen eine mechanische Dichtung darstellt, muß er sobald wie möglich und schonend aus dem Spaltbereich entfernt werden, da andernfalls eine Beschädigung zumindest der Gießdüse, eine Beeinträchtigung der Qualität des Gießerzeugnisses oder eine Störung des Gießvorgangs zu befürchten ist. Falls beispielsweise der Pfropfen nach Abreißen von der sich bildenden Strangschale im Spalt stecken bleibt, kann sich das angestrebte stationäre Gleichgewicht zwischen erstarrtem und flüssigem Metall nicht erneut einstellen. Erreicht der Pfropfen vor dem Herauslösen aus dem Spalt eine zu große Ausdehnung, stellt er einen Gießfehler dar, der die unmittelbare Weiterverarbeitung des Gießerzeugnisses unter Umständen unmöglich macht. Schließlich kann der Pfropfen der Ausgangspunkt für ein unerwünschtes Anwachsen des Erstarrungsbereichs in Gießrichtung sein, an dessen Ende die Strangschale fortlaufend aufreißt mit der Folge, daß das flüssige Metall die im Aufreißbereich zu dünne Strangschale außerhalb der Stranggießvorrichtung durchbricht.
  • Aus der DE-AS 30 09 189 ist eine Einrichtung zum Horizontalstranggießen insbesondere von Stahl bekannt, in deren in sich starre Stranggießkokille eine sich in Gießrichtung geradlinig verjüngende Gießdüse hineinragt. Die Gießbohrung der Stranggießkokille ist so ausgebildet, daß sie mit der Außenfläche der Gießdüse einen sich in Gießrichtung erweiternden Spalt begrenzt, der annähernd dem Verlauf des von der Stranggießkokille ausgehenden Erstarrungsbereichs angepaßt ist. Das Eindringen der Metallschmelze in den Spalt wird dabei mittels einer Magnetspule begrenzt, welche nach Art eines elektrischen Ventils den Rückfluß der Metallschmelze entgegen der Gießrichtung verhindert.
  • Bei dem aus der CH-PS 508 433 bekannten Einlauf ist der Spalt zwischen der Gießdüse und den bewegten Wänden der zugehörigen Raupenkokille mit höchstens 0,3 mm so eng gehalten, daß die zu verarbeitende Metallschmelze nicht in den Spalt eindringen kann.
  • Eine derartig geringe Spaltweite läßt sich aber nicht über eine längere Zeitspanne hinweg aufrechterhalten, weil der feuerfeste Werkstoff der Gießdüse unter dem Einfluß der Metallschmelze verhältnismäßig schnell verschleißt. Sofern aber Metallschmelze in den allmählich weiter werdenden Spalt eindringt und dort infolge Abkühlung an den Kokillenwänden erstarrt, ist eine Verschlechterung der Qualität des Gießerzeugnisses und/oder eine Beschädigung zumindest der Gießdüse zu befürchten.
  • Mit der Erfindung soll der eingangs beschriebene Einlauf für die Metallschmelze in Stranggießvorrichtungen in der Weise ausgestaltet werden, daß im Spaltbereich etwa entstehende Pfropfen nach Möglichkeit bereits im Entstehungszeitpunkt und zur Vermeidung von Beschädigungen insbesondere an der Gießdüse reibungsarm mit den Kokillenwänden aus dem Spalt herausgefördert werden. Der Erfindungsgegenstand soll in erster Linie die sichere und einwandfreie Verarbeitung von Stahlschmelze, vorzugsweise jedoch auch die Verarbeitung von Kupfer und anderen höher schmelzenden Metallen wie Aluminium, Zink und der zugehörigen Legierungen ermöglichen.
  • Die gestellte Aufgabe wird bei einem Einlauf der eingangs erwähnten Gattung dadurch gelöst, daß dieser im wesentlichen die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Der grundlegende Lösungsgedanke der Erfindung besteht danach darin, die Gießdüse auf der ihrem Austrittsquerschnitt zugewandten Seite mit einem kurzen Krümmungsabschnitt auszustatten, der eine bezüglich ihrer Längsachse konvex gekrümmte Außenkontur aufweist; die gegenseitige Zuordnung der sich jeweils gegenüberliegenden Wände, d. h. der benachbarten Kokillenwand und der zugehörigen Fläche des Krümmungsabschnitts, ist dabei in der Weise gewählt, daß sich der Spalt bezüglich der benachbarten Kokillenwand in Gießrichtung unter einem mittleren öffnungswinkel - berechnet aus dem Bogen des Sinus des Verhältnisses "größte Spaltweite am Austrittsquerschnitt/axiale Länge des Krümmungsabschnitts" - von mindestens 7° erweitert. Falls der Krümmungsabschnitt eine Außenkontur mit einem konstanten Krümmungsradius aufweist, führt eine Vergrößerung des mittleren öffnungswinkels bei unveränderter Länge des Krümmungsabschnitts zu einer Verkleinerung des Krümmungsradius. Die Spaltweite am Anfang des Krümmungsabschnitts ist vorzugsweise so eingestellt, daß sich die eingangs beschriebene Spaltabdichtung ohne Gefahr einer Brückenbildung zwischen Gießdüse und Kokillenwänden während des Gießvorgangs aufrechterhalten läßt; es hat sich in diesem Zusammenhang als zweckmäßig erwiesen, eine Spaltweite in der Größenordnung von 0,3 mm nach Möglichkeit nicht zu unterschreiten.
  • Der Erfindungsgegenstand kann jedoch auch so ausgestaltet sein, daß die Länge des Krümmungsabschnitts allenfalls 25 mm beträgt (Anspruch 2); dies hat zur Folge, daß bei unveränderter Größe des mittleren öffnungswinkels der Krümmungsradius entsprechend kleiner gewählt werden muß, so daß die Außenkontur der Gießdüse unmittelbar vor deren Austrittsquerschnitt eine stärkere Krümmung aufweist. Ein weiteres wesentliches Merkmal des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß die Spaltweite am Austrittsquerschnitt bis zu 25 mm beträgt (Anspruch 3). Es wird also in Gießrichtung eine erhebliche Spalterweiterung zugelassen, um das Herauslösen eines etwa entstehenden Pfropfens aus dem Spalt zu gewährleisten. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist der mittlere öffnungswinkel einen Wert von 7°, der Krümmungsabschnitt eine Länge von 25 mm und die Außenkontur einen in Gießrichtung konstanten Krümmungsradius von 110 mm auf. Eine andere Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß der Krümmungsabschnitt einen in Gießrichtung abnehmenden Krümmungsradius aufweist (Anspruch 4); insbesondere kann die Außenkontur der Gießdüse einen Verlauf aufweisen, welcher demjenigen des Scharfrichters einer Trompete entspricht.
  • Beim Vergießen von Metallen mit kurzer Erstarrungszeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und niedrig-legiertem Stahl, ist die Gefahr der Pfropfenbildung besonders groß. Insbesondere bei der Verarbeitung derartiger Metalle hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Krümmungsabschnitt aus einem Keramikwerkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit und geringer Netzfähigkeit herzustellen (Anspruch 5); ein besonäers geeigneter Keramikwerkstoff dieser Art ist Bornitrid.
  • Zweckmäßigerweise sind die in Gießrichtung liegenden Außenkanten der Gießdüse mit einer Abrundung ausgestattet, deren Radius allenfalls 3 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt (Anspruch 6). Dies hat zur Folge, daß der Spalt im Bereich der Außenkanten geringfügig größer ist als im Bereich der sich gegenüberliegenden Flächen der Kokillenwände und der Gießdüse. +) bezüglich des zu vergießenden Metalls Bei einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes schließt sich der Krümmungsabschnitt in Gießrichtung an einen Konstantabschnitt an, in dem die Gießdüse mit den Kokillenwänden einen Spalt mit in Gießrichtung konstanter Spaltweite bildet (Anspruch 7).
  • Vorzugsweise beträgt die Spaltweite in dem Konstantabschnitt mehr als 0,3 mm (Anspruch 8).
  • Um einen Pfropfen (gleich:örtlich durcherstarrte Metallzunge), der sich zufällig und nicht gleichmäßig am gesamten Spaltumfang bildet, zuverlässig und schnell aus dem Spalt heraustransportieren zu können, muß zwischen dem Pfropfen und den sich bewegenden Kokillenwänden ein ausreichender Kraftschluß vorliegen; gleichzeitig muß sichergestellt sein, daß die Verbindung zwischen dem Pfropfen und der sich anschließenden Strangschale nicht abbricht; die Abbruchgefahr ist erfahrungsgemäß deshalb groß, weil der Kraftschluß jeweils nur örtlich begrenzt vorliegt und der Pfropfen, bedingt durch die Spaltabmessung, allenfalls einige zehntel Millimeter stark ist. Der mit der in Gießrichtung konvexen Spalterweiterung des Erfindungsgegenstandes erzielte Vorteil besteht darin, daß der sich bildende Erstarrungsbereich in Gießrichtung ungestört anwachsen kann und demzufolge auch im Anfangsbereich des SDaltes größere Kräfte übertragen werden können. Entsprechend dem Erstarrungsgesetz ergibt sich für den Verlauf des von den Kokillenwänden ausgehenden Erstarrungsbereichs beim Anfahren der Stranggießvorrichtung mit einer Gießgeschwindigkeit von rund 1 m/min. ein mittlerer Steigungswinkel von etwa 6° und während des Gießvorgangs bei einer Gießgeschwindigkeit von 10 m/min. ein mittlerer Steigungswinkel von 2°.
  • Falls also der mittlere öffnungswinkel im Bereich des Krümmungsabschnitts mindestens 7° beträgt, kann sich - in Gießrichtung gesehen - zwischen Gießdüse und Erstarrungsbereich ein dünner Flüssigbereich ausbilden, welcher das Festklemmen des Erstarrungsbereichs innerhalb des Spalts an der Gießdüse verhindert. Beim Abtransport des Erstarrungsbereichs öffnet sich der Spalt aufgrund der konvexen Krümmung des Krümmungsabschnitts zunehmend, so daß die stetige Zufuhr neuer Metallschmelze nicht behindert wird.
  • Durch die konvexe Ausgestaltung des Spaltverlaufs lassen sich außerdem die störenden Einflüsse wirksam zurückdrängen, welche durch die Einflußgrößen: Beschichtung der Kokillenwände, Welligkeit der Kokillenwände, Gießgeschwindigkeit und Stellung der Gießdüse innerhalb der Kokillenwände hervorgerufen werden. Die Spalterweiterung in Gießrichtung begrenzt nicht nur die mögliche Kontaktfläche zwischen der Gießdüse und einem etwa entstandenen Pfropfen auf ein kurzes Wegstück und erleichtert damit die Pfropfenablösung; sie stellt bei einem mittleren öffnungswinkel von 7° auch eine laminare Strömung im Spaltbereich sicher mit der Folge, daß das Gießerzeugnis eine ausreichend gute Oberfläche aufweist. Durch die Abrundung der in Gießrichtung liegenden Außenkanten wird nicht nur eine Beschädigung der Gießdüse verhindert, sondern ein schnelleres Anwachsen des Erstarrungsbereichs bei gleichzeitiger Verbesserung der Ablösbarkeit im Falle der Pfropfenbildung ermöglicht. Die Verwendung eines Keramikwerkstoffs mit schlechter Wärmeleitfähigkeit zumindest im Bereich des Krümmungsabschnitts führt dazu, daß die konvex gekrümmte Außenkontur weniger erwärmt wird als bei Verwendung eines gut wärmeleitenden Keramikwerkstoffs.
  • Die in den Spalt eindringende Metallschmelze wird daher schneller erstarren und auch grundsätzlich leichter zu einem Pfropfen durcherstarren. Dieser weist jedoch angesichts der schnellen Erstarrung eine verhältnismäßig kleine Kontaktfläche mit der Gießdüse auf und läßt sich dementsprechend besser mit der Bewegung der Kokillenwände ablösen und aus dem Spalt herausführen.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gießdüse im Bereich bis zu ihrem Austrittsquerschnitt, die eine in Gießrichtung vor sich gehende Abnahme der Außenabmessunqen nach sich zieht, erleichtert auch das Einfädeln der Gießdüse zwischen die Kokillenwände. Dies ist insofern von Bedeutung, als die auf sehr hohe Temperaturen vorgeheizte Gießdüse unter Einwirkung der stark gekühlten Kokillenwände in kurzer Zeit einen erheblichen Wärmeverlust erfährt una der erwähnte Einfädelungsvorgang, unter Vermeidung stoßartiger Berührungen mit den Kokillenwänden,innerhalb eines Zeitraums von weniger als einer Minute abgeschlossen sein muß.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 stark schematisiert einen vertikalen Teilschnitt durch eine Kokille mit nur in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden im Bereich des Vorderabschnitts einer Gießdüse, wobei im Spalt zwischen den Kokillenwänden und der Gießdüse ein stationärer Gleichgewichtszustand zwischen Erstarrungsbereich und Flüssigbereich herrscht, und
    • Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, wobei der Erstarrungsbereich zu einem den Spalt verschließenden Pfropfen durcherstarrt ist.
  • Die den Vorderabschnitt der rohrförmigen Gießdüse 1 umschließende Kokille 2 weist als wesentliche Bestandteile zwei endlose Gießbänder 3 und sich seitlich an diese anschließende endlose Seitendämme mit gegeneinander beweglichen Einzelgliedern 4 auf, die miteinander einen rechteckigen Gießhohlraum 5 begrenzen. In diesen wird durch die Gießdüsenbohrung 1' hindurch in Richtung des Pfeiles 6 von links Stahlschmelze zugeführt. Die Längsachse 1" der Gießdüse 1 fällt mit der Längsachse der Kokille 2 und des Gießhohlraums 5 zusammen.
  • Die Bewegungsrichtung der Kokillenwände 3 und 4, dargestellt durch einen Pfeil 7, stimmt im Bereich des Vorderabschnitts der Gießdüse 1 und des Gießhohlraums 5 mit der Gießrichtung (Pfeil 6) überein, d. h. der sich bei Durchlaufen des Gießhohlraums 5 bildende Gießstrang bewegt sich von links nach rechts.
  • Die Abmessungen und die Befestigung des Vorderabschnitts der Gießdüse 1 bezüglich der Kokillenwände 3 und 4 sind so gewählt, daß zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände und der Gießdüse jeweils ein Spalt 8 vorhanden ist, also eine Berührung zwischen den Kokillenwänden und der Gießdüse nicht stattfindet.
  • Die Kokillenwände 3 und 4 sind mit einer Beschichtung 9 belegt, die beispielsweise aus einem Pulver oder einer Suspension auf Graphitbasis besteht.
  • Der in der Zeichnung dargestellte, aus Bornitrid bestehende Vorderabschnitt der Gießdüse 1 weist - in Gießrichtung aufeinanderfolgend - einen Konstantabschnitt G und einen Krümmungsabschnitt K auf. Der erstgenannte Abschnitt ist durch eine geradlinige Außenkontur gekennzeichnet, die mit den gegenüberliegenden Kokillenwänden einen Spalt mit in Gießrichtung gleichbleibender Spaltweite bildet. Der Krümmungsabschnitt K weist eine bezüglich der Längsachse 1" konvex gekrümmte Außenkontur auf, aufgrund derer sich der Spalt 8 bezüglich der benachbarten Kokillenwand in Gießrichtung unter einem mittleren öffnungswinkel α von 7° erweitert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Krümmungsabschnitt K eine axiale Länge von 25 mm und einen in Gießrichtung konstanten Krümmungsradius R von 110 mm auf. Ausgehend von einer Spaltweite von 0,3 mm im Bereich des Konstantabschnitts G erweitert sich der Spalt 8 im Bereich des Krümmungsabschnitts K in Gießrichtung unter einem mittleren öffnungswinkel α von 70 bis zu einer maximalen Spaltöffnung von 3 mm am Austrittsquerschnitt 1"'. Abhängig von den geometrischen Verhältnissen im Spalt 8 und den zugehörigen Werkstoffeigenschaften sowie der Wirkung der Beschichtung 9 stellt sich bei einer Gießgeschwindigkeit von 10 m/min. im Spalt 8 der in Fig. 1 dargestellte stationäre Gleichgewichtszustand ein. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze 10 entgegen der Gießrichtung um ein Wegstück s in den Spalt eindringt und daß in dem Spalt neben dem von den Kokillenwänden ausgehenden Erstarrungsbereich 10' ein Flüssigbereich 10" vorhanden ist, welcher die Bildung einer Brücke aus erstarrtem Metall zwischen der Gießdüse und den Kokillenwänden verhindert. Die während des Gießvorgangs herrschenden Betriebsbedingungen (Spaltweite, Beschichtung der Kokillenwände, Geschwindigkeit der Kokillenwände) sind also derart gewählt, daß durch den spaltförmigen Flüssigbereich 10" immer gerade soviel flüssiges Metall nach links nachströmt, wie nach dem Erstarren an den Kokillenwänden durch deren Bewegung nach rechts in Gießrichtung (Pfeil 6) abgeführt wird. Die fortlaufend in den Spalt 8 einströmende Metallschmelze 10 bildet sozusagen einen dünnen Schmierfilm, auf dem sich der mit den Kokillenwänden mitbewegte Erstarrungsbereich 10' nach rechts bewegt, ohne eine feste Verbindung mit der gekrümmten Außenkontur der Gießdüse 1 bilden zu können. Da das Wegstück s kürzer ist als die Länge des Krümmungsabschnitts K,erstrecken sich der Anfang des Erstarrungsbreichs 10' und des Flüssigbereichs 10* bis in einen Bereich, in dem die Spaltweite um einiges größer ist als diejenige im Bereich des Konstantabschnitts G. Sofern also die Werkstoffeigenschaften und geometrischen Verhältnisse der gegeneinander abzudichtenden Bestandteile 1 und 3,4 sowie die Geschwindigkeit der Kokillenwände gerade so aufeinander abgestimmt sind, daß die in den Spalt einströmende Metallmenge der mit den Kokillenwänden aus dem Spalt herausgeförderten erstarrten Metallmenge entspricht, läßt sich der Spalt 8 ohne Zusatzeinrichtungen auch bei größeren Spaltweiten abdichten. Die der Eindringtiefe s im stationären Gleichgewichtszustand entsprechende Spaltweite liegt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 0,6 mm.
  • Während des Betriebs der Stranggießvorrichtung können Unregelmäßigkeiten auftreten, durch welche der zuvor beschriebene stationäre Gleichgewichtszustand dadurch beseitigt wird, daß der von den Kokillenwänden ausgehende Erstarrungsbereich 10" in Richtung auf die Gießdüse 1 durcherstarrt, d. h. in seinem vorderen Bereich einen Pfropfen 10"' bildet, welcher die benachbarte Kokillenwand (beispielsweise das in Fig. 2 dargestellte obere Gießband 3) unmittelbar mit der gegenüberliegenden Außenfläche der Gießdüse 1 verbindet. In dem Bereich des Pfropfens 10"' ist also kein Flüssigbereich 10" vorhanden.
  • Die in Rede stehende Störung kann beim Angießen auftreten, d. h. zu einem Zeitpunkt, zu dem die Stahlschmelze wegen noch nicht ausreichender Geschwindigkeit der Kokillenwände kurzzeitig tiefer in den sich entgegen der Gießrichtung verengenden Spalt 8 hineinströmt und unter Umständen in der bereits beschriebenen Weise durcherstarrt. Eine derartige Störung kann jedoch auch während des Gießvorgangs durch Schwankungen im Bereich der Beschichtung 9, durch eine an den Gießbändern auftretende Welligkeit bzw. durch einen Versatz der Einzelglieder 4 der Seitendämme oder durch im Bereich der Gießdüse auftretende Abmessungs- und Lageänderungen hervorgerufen werden. In Fig. 2 ist die Bildung eines Pfropfens 10"' dargestellt, bei welcher der Erstarrungsbereich 10' sich entgegen der Gießrichtung (Pfeil 6) tiefer in den Spalt 8 hineinveriagert und im Bereich des Krümmungsabschnitts K mit dem Vorderabschnitt der Gießdüse 1 eine Erstarrungsbrücke bildet. Die zugehörige Eindringtiefe s' bis zum Anfang des Pfropfens 10''' ist größer als die in Fig. 1 angedeutete Eindringtiefe s.
  • Die in Rede stehende Darstellung läßt erkennen, daß durch den sich in Gießrichtung erweiternaen Spalt 8 die Kontaktfläche zwischen der Gießdüse und dem Pfropfen '10"' kleingehalten wird und daß bereits eine geringfügige Bewegung der Kokillenwand 2 nach rechts zu einer Ablösung des Pfropfens führt, der auch über den sich anschließenden Erstarrungsbereich 10' an der zugehörigen Kokillenwand haftet und von dieser mitgenommen wird. Darüber hinaus erleichtert die erfindungsgemäße Spaltausbildung das Einfließen frischer Metallschmelze 10 entgegen der Gießrichtung in den Spalt und damit die Wiederherstellung des in Fig. 1 dargestellten stationären Gleichgewichtszustands.
  • Die beschriebene Spaltausbildung mit Spalterweiterung in Gießrichtung unterstützt auch die Beseitigung eines Pfropfens, der zunächst von dem weiteren Erstarrungsbereich abgerissen ist. Bedingt durch die Spalterweiterung in Gießrichtung kann sich nämlich an den zunächst festsitzenden Pfropfen solange erstarrendes Metall ansetzen, bis die benachbarte Kokillenwand eine das Ablösen des Pfropfens ausreichende Mitnahmekraft erzeugen kann. Auch nach Bildung eines zunächst festsitzenden Pfropfens kann also mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einlaufs sichergestellt werden, daß sich der angestrebte stationäre Gleichgewichtszustand, in dem das in den Spalt einströmende flüssige Metall durch Erstarrung im Erstarrungsbereich gerade aufgezehrt wird, in kurzer Zeit und bei verminderter Beschädigungsgefahr wieder einstellt.
  • Die Erfindung stellt ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen sicher, daß die Funktion der sogenannten Flüssigspaltdichtung zwischen der feststehenden Gießdüse und den sich ausschließlich in Gießrichtung bewegenden Kokillenwänden nicht durch zufällig und an unterschiedlichen Stellen des Spaltbereichs auftretende Störungen in Form von Pfropfen in Frage gestellt wird.

Claims (8)

1. Einlauf für die Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, in Stranggießvorrichtungen, die eine feststehende feuerfeste Gießdüse und eine diese teilweise umschließende Kokille mit nur in Gießrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen, wobei zwischen den einander zugewandten Flächen der Kokillenwände, die eine wärmedämmende Beschichtung aufweisen, und der Gießdüse zumindest an deren Austrittsbereich ein Spalt mit einer derartig bemessenen Spaltweite eingestellt ist, daß in ihm während des Gießvorgangs ein mit flüssigem Metall angefüllter Flüssigbereich und der Anfang des von den Kokillenwänden ausgehenden Erstarrungsbereichs vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießdüse (1) einen an ihrem Austrittsquerschnitt (1''') endenden Krümmungsabschnitt (K) mit einer bezüglich ihrer Längsachse (1") konvex gekrümmten Außenkontur aufweist, aufgrund derer sich der Spalt (8) in Gießrichtung (Pfeil 6) unter einem mittleren öffnungswinkel (α) von mindestens 7° erweitert, wobei die Länge des Krümmungsabschnitts allenfalls 50 mm beträgt.
2. Einlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Krümmungsabschnitts (K) allenfalls 25 mm beträgt.
3. Einlauf nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite am Austrittsquerschnitt (1"') bis zu 25 mm beträgt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsabschnitt (K) einen in Gießrichtung (Pfeil 6) abnehmenden Krümmungsradius (R) aufweist.
Einlauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsabschnitt (K) aus einem Keramikwerkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit und geringer Netzfähigkeit besteht.
6. Einlauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Gießrichtung (Pfeil 6) liegenden Außenkanten der Gießdüse (1) eine Abrundung aufweisen, deren Radius allenfalls 3 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt.
7. Einlauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsabschnitt (K) sich in Gießrichtung (Pfeil 6) an einen Konstantabschnitt (G) anschließt, in dem die Gießdüse (1) mit den Kokillenwänden (3, 4) einen Spalt (8) mit in Gießrichtung konstanter Spaltweite bildet.
8. Einlauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite in dem Konstantabschnitt (G) mehr als 0,3 mm beträgt. +) bezüglich des zu vergießenden Metalls
EP84114216A 1983-12-20 1984-11-24 Einlauf für die Metallschmelze in Stranggiessvorrichtungen, die eine feststehende feuerfeste Giessdüse und eine Kokille mit nur in Giessrichtung bewegten Kokillenwänden aufweisen Withdrawn EP0148384A1 (de)

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Cited By (1)

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