EP0920936A2 - Kokille zum Stranggiessen - Google Patents

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EP0920936A2
EP0920936A2 EP98122281A EP98122281A EP0920936A2 EP 0920936 A2 EP0920936 A2 EP 0920936A2 EP 98122281 A EP98122281 A EP 98122281A EP 98122281 A EP98122281 A EP 98122281A EP 0920936 A2 EP0920936 A2 EP 0920936A2
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EP
European Patent Office
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mold
side walls
funnel
broad side
area
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EP98122281A
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EP0920936B1 (de
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Jürgen Dr.-Ing. Sucker
Romeo Ing. Capotosti
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SMS Siemag AG
Acciai Speciali Terni SpA
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SMS Schloemann Siemag AG
SMS Demag AG
Schloemann Siemag AG
Acciai Speciali Terni SpA
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Publication date
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    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0406—Moulds with special profile
    • 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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0408—Moulds for casting thin slabs

Definitions

  • the invention relates to a funnel geometry of a mold for Continuous casting of metal with a cooled broadside and narrow side walls showing, funnel-shaped in the pouring direction to the format of the cast strand tapered pouring area.
  • the dimensions of the pouring area are essentially determined by the cross section of the strand to be cast, the dimensions of the Pouring tube and its immersion depth in the melt determined.
  • the strand shell lifts partially the mold wall. Due to the strong reheating in these Areas generate high thermal stresses that lead to errors to lead.
  • the defects are cracks, constrictions and structural disorders. These mistakes are more serious the stronger a steel to comparatively high shrinkage in the course of solidification and Cooling of the strand shell forming tends.
  • EP 0 268 910 proposes the broad side walls in the pouring area in a first section essentially parallel to each other run and in a subsequent section attributed to the thickness of the casting format, the first Section to below the level of the casting level to be set at the foundry in the area of the first strand shell formation. In this way, the thin layer below the casting level Strand shell are guided without deformation.
  • EP 0 552 501 discloses a mold for the continuous casting of steel strip, in which the broad side walls have a funnel-shaped pouring area form that to the narrow side walls and in the casting direction the format of the cast tape is reduced.
  • the funnel-shaped Pouring area is through lateral arcs and at tangent points arcs connected with these are determined.
  • the strand shell are the radii of the side Circular arcs in at least 100 mm from the upper edge of the mold downward extending section formed uniformly.
  • DE 39 07 351 A1 discloses a proposal, the contour of the Inner wall of the pouring funnel of a mold by three yourself to form tangentially touching arcs, their radii in the direction of the strand gradually growing into the contour of the Go over the inner wall of the mold. This way the deformation of the metal casting strand on the greatest possible length distributed, and constrictions and cracks in the strand shell of the metal casting strand are avoided. As uniform as possible Distribution of the change in shape of the strand shell in such a shaped Pouring area is achieved in that the radii in Increase strand flow direction with the same or different factor.
  • the present invention is based on the aforementioned prior art the task, another funnel geometry of a mold specify the friction and wear between the strand shell and mold walls are reduced even better and especially in the Strand shell formation of a comparatively high shrinkage tending steel an even more significant reduction in error the slab surface due to the shrinking behavior of the Steel adapted tapering of the mold cross-section realized becomes.
  • the invention is based on the knowledge that given a horizontal contour of the funnel area the course of the taper of the mold cross section in the casting direction through the design the vertical contour can be specified.
  • the convex inner contour can be a constant as also have a variable curvature.
  • An embodiment of the invention provides that the convex inner contour the broad sidewalls an arcuate, poligonal or trigonometric course.
  • Another embodiment of the invention provides that the convex inner contour of the pouring area up to the mold outlet extends.
  • the lower section of the mold has a parallel walled area has a particularly smooth transition between Funnel area and subsequent parallel-walled area realizes that the convex contour with a terminal lower Circular arc in the rectilinear area with a steady course transforms.
  • the four different funnel contours shown in Fig. 1 the broad side wall of a mold have a funnel-shaped shape Pouring direction tapered to the format of the cast strand A or a funnel-shaped in the casting direction to the format of the cast strand tapered pouring area B and one subsequent essentially parallel-walled area C.
  • This The mold area or the mold outlet need not be parallel Have exit surfaces or exit edges.
  • the lower mold area or the lower mold outlet can be in the middle area quite a small curvature of 1 to 15 mm per broad side wall exhibit.
  • funnel area A are the funnel contours of the broad side walls 4 along which the upper edge 1 of the mold and the lower edge of the mold 3 connecting straight lines are convex.
  • funnel area B are the funnel cones of the broad side walls 4 'or 4' 'or 4' '' along the upper edge 1 of the mold and the Start of the parallel-walled area 2 connecting straight lines convex educated. It can be seen that the inner contours of the Broad sidewalls each over sections a ', a' 'and a' '' circular, sinusoidal and polinomial exhibit.
  • Fig. 1 also shows that the convex portions a ', a' 'and a' '' with a steady course in the respective parallel wall Pass areas b ', b' 'and c' ''.
  • each convex section A, a ', a' 'and a' '' are both one in its course constant as well as a variable curvature can have.
  • Fig. 1 to 3 indicate the feature essential to the invention that with unchangeable parameters of the pouring area the introduction a convex vertical inner contour of the pouring area to one greater rejuvenation in the upper mold area and less Rejuvenation in the lower mold area leads.
  • the invention provides among other things a use of the claimed mold for the continuous casting of comparatively too extremely high shrinking peritectic carbon steels and austenitic stainless steels.
  • FIG. 6 shows various vertical convexes as an exemplary embodiment Hopper contours for a continuous casting coke with the ones already above mentioned parameters. These funnel contours are located in Fig. 4 given shrinkage profiles or those shown in Fig. 5 corresponding changes in length. Any of the given Shrinkage profiles correspond to a certain combination of Steel properties and casting parameters and can by theoretical Considerations and practical experience can be determined.
  • FIGS. 1 to 6 illustrate that regardless of the horizontal contour of the pouring area Taper the mold cross-section in the casting direction Limits can be set variably and therefore the shrinkage profile of the strand can be adjusted, which is generally not only depends on the properties of the steel to be cast, but also from other casting parameters, such as. B. the casting speed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante und den Austritt des Trichterbereiches verbindenden Geraden konvex ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trichtergeometrie einer Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich.
Die Abmessungen des Eingießbereiches werden im wesentlichen durch den Querschnitt des zu vergießenden Stranges, die Abmessungen des Gießrohres und dessen Eintauchtiefe in die Schmelze bestimmt.
Aufgrund der trichterförmigen Formgebung der Breitseitenwände findet in Gießrichtung nicht nur eine Verjüngung, sondern auch eine Formänderung des Strangquerschnittes statt. Infolgedessen werden der Strangschale beim Durchlaufen einer Trichterkokille im Gegensatz zu einer herkömmlichen Stranggießkokille mit ebenen Wänden zusätzliche Verformungen aufgezwungen, welche zu Fehlern führen können.
Es ist bekannt, daß es durch die Ausgestaltung der horizontalen oder vertikalen Kontur des trichterförmigen Eingießbereiches einer Stranggießkokille möglich ist, die dem Strang auferlegten Verformungen günstiger zu verteilen, um somit der Entstehung von Fehlern des Gußproduktes entgegenzuwirken.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kokille mit ebenen Wänden, wo der Schrumpf des Stranges durch die Neigung der Schmalseiten ausgeglichen wird, ist der Verlauf der Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung in einer Stranggießkokille mit trichterförmigen Eingießbereich von großer Bedeutung.
Ist in einem oder mehreren Höhenabschnitten die Verjüngung des Kokillenquerschnitts größer als der Schrumpf des Stranges, so werden dort der Strangschale zusätzliche Verformungen aufgezwungen. Außerdem ist in diesem Fall kein gleichmäßiger Kontakt zwischen Strangschale und Kokillenwand mehr gewährleistet. Es entstehen Bereiche mit übermäßig hoher und tiefer Strangschalentemperatur, was die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Fehlern erhöht.
Ist die Verjüngung zu klein, so hebt die Strangschale teilweise von der Kokillenwand ab. Durch die starke Wiedererwärmung in diesen Bereichen entstehen hohe thermische Spannungen, die zu Fehlern führen.
Bei den Fehlern handelt es sich um Risse, Einschnürungen und Gefügestörungen. Diese Fehler sind um gravierender, je stärker ein Stahl zu vergleichweise hoher Schrumpfung im Verlauf der Erstarrung und Abkühlung der sich bildenden Strangschale neigt.
Die EP 0 268 910 schlägt vor, die Breitseitenwände im Eingießbereich in einem ersten Abschnitt im wesentlichen parallel zueinander verlaufen zu lassen und in einem sich daran anschließenden Abschnitt auf die Dicke des Gießformates zurückzuführen, wobei der erste Abschnitt bis unterhalb der beim Gießbetrieb einzustellenden Gießspiegelebene in den Bereich der ersten Strangschalenbildung reicht. Auf diese Weise soll die unterhalb des Gießspiegels noch dünne Strangschale verformungsfrei geführt werden.
Die EP 0 552 501 offenbart eine Kokille zum Stranggießen von Stahlband, bei der die Breitseitenwände einen trichterförmigen Eingießbereich bilden, der zu den Schmalseitenwänden und in Gießrichtung auf das Format des gegossenen Bandes reduziert ist. Der trichterförmige Eingießbereich ist durch seitliche Kreisbögen und an Tangentenpunkten mit diesen verbundene mittlere Kreisbögen bestimmt. Zur Reibungs- und Verschleißminderung und Reduzierung der Zug- und Biegebeanspruchungen der Strangschale sind die Radien der seitlichen Kreisbögen in einem mindestens 100 mm von der Kokillenoberkante abwärts reichenden Abschnitt gleichbleibend ausgebildet.
Die DE 39 07 351 A1 offenbart einen Vorschlag, die Kontur der Innenwandung des Eingießtrichters einer Kokille durch drei sich tangential berührende Kreisbögen zu bilden, deren Radien, in Strangdurchlaufrichtung allmählich größer werdend, in die Kontur der Innenwandung der Kokille übergehen. Auf diese Weise wird die Verformung des Metallgießstranges auf eine größtmögliche Streckenlänge verteilt, und Einschnürungen sowie Rißbildungen in der Strangschale des Metallgießstranges werden vermieden. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Formänderung der Strangschale in einem derart geformten Eingießbereich wird dadurch erreicht, daß deren Radien in Strangdurchlaufrichtung mit gleichem oder ungleichem Faktor zunehmen.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Trichtergeometrie einer Kokille anzugeben, durch welche Reibung und Verschleiß zwischen Strangschale und Kokillenwänden noch besser vermindert und insbesondere bei der Strangschalenbildung eines zu vergleichsweise hoher Schrumpfung neigenden Stahles eine noch deutlichere Verringerung des Fehlerbefalls der Brammenoberfläche durch eine dem Schrumpfverhalten des Stahles angepaßte Verjüngung des Kokillenquerschnitts verwirklicht wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei vorgegebener horizontaler Kontur des Trichterbereiches der Verlauf der Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung durch die Ausgestaltung der vertikalen Kontur vorgegeben werden kann.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung dadurch, daß im Trichterbereich die Innenkontur der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante und den Austritt des Eingießbereiches verbindenden Geraden konvex ausgebildet ist.
Die konvexe Innenkontur kann eine im Verlauf gleichbleibende als auch eine veränderliche Krümmung aufweisen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die konvexe Innenkontur der Breitseitenwände einen kreisbogenförmigen, poligonalen oder trigonometrischen Verlauf aufweist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß sich die konvexe Innenkontur des Eingießbereiches bis zum Kokillenaustritt erstreckt.
Wenn der untere Abschnitt der Kokille einen parallelwandigen Bereich aufweist, wird ein besonders reibungsfreier Übergang zwischen Trichterbereich und anschließendem parallelwandigen Bereich dadurch verwirklicht, daß die konvexe Kontur mit einem endständigen unteren Kreisbogen in den geradlinigen Bereich mit einem stetigen Verlauf übergeht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Erläuterungen und Darstellungen.
Es zeigen:
Fig. 1
im Schnitt entlang der Mittelachse vier verschiedene trichterförmige Innenkonturen 4, 4', 4'', 4''' der Breitseitenwand einer Kokille nach der Erfindung,
Fig. 2
die über die Kokillenlänge aufgetragene Längendifferenz von horizontaler Trichterkontur und entsprechender horizontaler parallelwandiger Kontur für die in Fig. 2 aufgeführten Innenkonturen der Breitseitenwand einer Kokille nach der Erfindung und für die beiden geradlinigen Innenkonturen 5 und 6,
Fig. 3
die Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung für die in Fig. 1 aufgeführten Innenkonturen der Breitseitenwand einer Kokille nach der Erfindung und für die beiden geradlinigen Innenkonturen 5 und 6,
Fig. 4
fünf verschiedene Verläufe der Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung einer Stranggießkokille mit trichterförmigem Eingießbereich,
Fig. 5
die über die Kokillenlänge aufgetragene Längendifferenz von horizontaler Trichterkontur und entsprechender horizontaler parallelwandiger Kontur für die in Fig. 4 aufgeführten Verläufe der Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung einer Stranggießkokille mit trichterförmigem Eingießbereich,
Fig. 6
im Schnitt entlang der Mittelachse die konvexen trichterförmigen Innenkonturen für die in Fig. 4 vorgegebenen Verläufe der Verjüngungsgeschwindigkeit des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung einer Stranggießkokille mit trichterförmigem Eingießbereich.
Die in Fig. 1 dargestellten vier unterschiedlichen Trichterkonturen der Breitseitenwand einer Kokille besitzen einen trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich A oder einen trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich B und einen sich anschließenden im wesentlichen parallelwandigen Bereich C. Dieser Kokillenbereich bzw. der Kokillenaustritt muß nicht parallele Austrittsflächen bzw. Austrittskanten haben. Der untere Kokillenbereich bzw. der untere Kokillenaustritt kann im mittleren Bereich durchaus eine kleine Wölbung von 1 bis 15 mm pro Breitseitenwand aufweisen.
Im Trichterbereich A sind die Trichterkonturen der Breitseitenwände 4 entlang der einer die Kokillenoberkante 1 und die Kokillenunterkante 3 verbindenden Geraden konvex ausgebildet.
Im Trichterbereich B sind die Trichterkonuren der Breitseitenwände 4' bzw. 4'' oder 4''' entlang einer die Kokillenoberkante 1 und den Beginn des parallelwandigen Bereiches 2 verbindenden Geraden konvex ausgebildet. Dabei ist ersichtlich, daß die Innenkonturen der Breitseitenwände über die Abschnitte a', a'' und a''' jeweils einen kreisbogenförmigen, einen sinusförmigen und einen polinomen Verlauf aufweisen.
Fig. 1 zeigt außerdem, daß die konvexen Abschnitte a', a'' und a''' mit einem stetigen Verlauf in den die jeweiligen parallelwandigen Bereiche b', b'' und c''' übergehen.
Erfindungswesentlich für die Trichtergeometrie ist die Maßnahme, daß jeder konvexe Abschnitt A, a', a'' und a''' sowohl eine in dessen Verlauf gleichbleibende als auch eine veränderliche Krümmung aufweisen kann.
Fig. 2 zeigt für die in Fig. 1 dargestellten vertikalen Innenkonturen die Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung einer Stranggießkokille mit folgenden Parametern:
  • 950 mm Trichterbreite, 45 mm Trichtertiefe an der Oberkante der Kokillenplatte, 900 mm Trichterlänge, sinusförmige horizontale Kontur.
    • Auf Fig. 2 und Fig. 3 sind die Auswirkungen unterschiedlicher konvexer vertikaler Innenkonturen des Trichterbereiches und Längendifferenz und Verjüngung des Kokillenquerschnittes zu sehen.
    Fig. 1 bis 3 weisen auf das erfindungswesentliche Merkmal hin, daß bei unveränderlichen Parametern des Eingießbereiches die Einführung einer konvexen vertikalen Innenkontur des Eingießbereiches zu einer größeren Verjüngung im oberen Kokillenbereich und einer geringeren Verjüngung im unteren Kokillenbereich führt.
    Deshalb sieht die Erfindung unter anderem eine Verwendung der beanspruchten Kokille für das Stranggießen von vergleichsweise zu extrem hoher Schrumpfung neigenden peritektischen Kohlenstoffstählen und austenitischen nichtrostenden Stählen vor.
    Als Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6 verschiedene vertikale konvexe Trichterkonturen für eine Stranggießkokkile mit den bereits oben genannten Parametern. Diesen Trichterkonturen liegen die in Fig. 4 vorgegebenen Schrumpfungsverläufe bzw. die in Fig. 5 dargestellten entsprechenden Längenänderungen zugrunde. Jeder der vorgegebenen Schrumpfungsverläufe entspricht einer bestimmten Kombination von Stahleigenschaften und Gießparametern und kann durch theoretische Betrachtungen und praktische Erfahrungen ermittelt werden.
    Die in Fig. 1 bis Fig. 6 dargestellten Zusammenhänge verdeutlichen, daß unabhängig von der horizontalen Kontur des Eingießbereiches die Verjüngung des Kokillenquerschnitts in Gießrichtung in weiten Grenzen variabel einstellbar ist und demzufolge an den Schrumpfverlauf des Stranges angepaßt werden kann, welcher im allgemeinen nicht nur von den Eigenschaften des zu vergießenden Stahles abhängt, sondern auch von anderen Gießparametern, wie z. B. der Gießgeschwindigkeit.

    Claims (8)

    1. Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseiten- und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante (1) und den Austritt des Trichterbereiches (2) verbindenden Geraden konvex ausgebildet sind.
    2. Kokille nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante (1) und den Beginn eines unteren vertikalen Abschnittes (2) verbindenden Geraden konvex ausgebildet sind.
    3. Kokille nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß im Trichterbereich die Innenkonturen der Breitseitenwände entlang einer die Kokillenoberkante (1) und die Kokillenunterkante (3) verbindenden Geraden konvex ausgebildet sind.
    4. Kokille nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Innenkonturen der Breitseitenwände nicht parallel zueinander verlaufen.
    5. Kokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Innenkonturen der Breitseitenwände über einen oder mehrere Teilbereiche einen kreisbogenförmigen, einen polinomen oder einen trigonometrischen Verlauf aufweisen.
    6. Kokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die Innenkonturen der Breitseitenwände sowohl eine in deren Verlauf gleichbleibende, als auch eine veränderliche Krümmung aufweisen.
    7. Kokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß die konvexe Innenkontur der Breitseitenwände mit einem endständigen Kreisbogen in den unteren, vorzugsweise parallelwandigen Abschnitt mit einem stetigen Verlauf übergeht.
    8. Verwendung der Kokille mit einer Trichtergeometrie nach den Ansprüchen 1 bis 7 für das Stranggießen von vergleichsweise zu extrem hoher Schrumpfung neigenden peritektischen Kohlenstoffstählen und austenitischen nichtrostenden Stählen.
    EP98122281A 1997-12-03 1998-11-24 Kokille zum Stranggiessen Expired - Lifetime EP0920936B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

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    DE19753537A DE19753537A1 (de) 1997-12-03 1997-12-03 Trichtergeometrie einer Kokille zum Stranggießen von Metall
    DE19753537 1997-12-03

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    Family

    ID=7850553

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    EP98122281A Expired - Lifetime EP0920936B1 (de) 1997-12-03 1998-11-24 Kokille zum Stranggiessen

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