EP1245310A2 - Stranggiesskokille mit Warmhaube - Google Patents

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EP1245310A2
EP1245310A2 EP02006423A EP02006423A EP1245310A2 EP 1245310 A2 EP1245310 A2 EP 1245310A2 EP 02006423 A EP02006423 A EP 02006423A EP 02006423 A EP02006423 A EP 02006423A EP 1245310 A2 EP1245310 A2 EP 1245310A2
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EP
European Patent Office
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hot
head
mold
agent distributor
release agent
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EP02006423A
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English (en)
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EP1245310B1 (de
Inventor
Wolfgang Dr. Ing. Schneider
Manfred Langen
Stephen Instone
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maerz-Gautschi Industrieofenanlagen GmbH
Original Assignee
Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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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
    • B22D11/07—Lubricating the moulds
    • 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
    • B22D11/0401—Moulds provided with a feed head

Definitions

  • the invention relates to a hot-head mold for a continuous casting installation consisting of a Hot head, which rests on the top of a release agent distributor and this with his Bottom presses against the surface of a mold, being on the radially inner Surface of the hot head an overhang is formed, which in about the release agent distributor Extrusion direction protrudes and forms an annular gap with the mold running surface,
  • a hot-head mold of the type mentioned is known from EP 0566 865 (VAW), Release agent reaches the surface of the cast strand via the release agent distributor, whereby also two different release agents separately or as a release agent mixture from, for example liquid separation oil and gaseous separation medium can be supplied. It was already recognized that it is particularly favorable if the oil-gas mixture only in the area of Mold is formed.
  • U.S. Patent 4,732,209 proposes to use a graphite ring on the inside of the mold, whose porosity is adjusted in this way is that a pressurized gas from the outside through the open pores of the graphite material is pressed to the inside of the mold and there as a release agent the surface of the resulting metal strand and the mold tread. In our experience, however, this does not solve the problems of manufacturing heavy alloys can be solved.
  • the new hot head mold is made up of several rings easy to disassemble and assemble. This makes different possible Release agent distributor and functional rings can be quickly replaced depending on the desired alloy type.
  • the invention consists in the use of a functional ring 5 with Functional surfaces to the release agent distributor and to the mold running surface.
  • the functional areas form wall sides with defined roughness for those by the release agent distributor shaped channels, it being particularly favorable here if the functional surface is a Forms wall side for the liquid-carrying channel cross section. It has been shown that with a precisely set surface roughness and temperature of the functional surfaces a defined change in viscosity of the liquid release agent for production a stable foam layer can be achieved.
  • the ratio of the channel cross-sections is important for the release agent distributor to regulate the composition of the release agent mixture.
  • a clamping ring is proposed above the hot head 1a, 1b 6 to arrange, with which the hot head 1a, 1b, the release agent distributor 2 and the mold 3rd can be braced. After loosening the clamping ring 6 and the outer ring 4 can the Tennffenverteiler 2 and functional ring 5 can be easily replaced. So that is an adjustment of the surface and channel cross sections responsible for the foam formation easily possible.
  • the release agent distributor 2 on the top 2a is preferred for the formation of gas-carrying channels and on the underside 2b for a liquid Release agent used.
  • the channels have to be made with very high precision, what This can be achieved, for example, by laser processing or by a chemical etching process is.
  • the air content in the release agent foam also depends on the Cross-sectional shape of the radial channels of the release agent distributor and on the area ratio the channels to form a release agent foam evenly distributed over the circumference on. Under these conditions, the release agent becomes particularly fine-celled and thus designed to be load-bearing, so that the liquid component of the release agent is reduced can be.
  • the cooling of the functional ring 5 already mentioned is preferably carried out according to claim 9 in that 3 cooling channels are arranged in the mold, which extend into the area of the functional ring.
  • a temperature is set for the optimum Effect of the release agent set.
  • rapid heat dissipation is ensured, since the cooling channels here are in the direction of the strand withdrawal run and flow into a slot nozzle.
  • the pressure of the coolant degraded so that the cooling medium attaches to the aluminum strand and so continues to cool.
  • an activator ring 7 is introduced can be made from different materials.
  • the activator ring 7 lies between the outer ring 4 and the top 2a of the release agent distributor 2. It thus covers the in the release agent distributor 2 incorporated channels upwards. Its roughness values deviate from those of the hot head 1b and can depend on the respective requirements the release agent can be adjusted. At the same time, the heat transfer from below of the hot head lb lying release agent distributor 2 can be controlled.
  • a mold 3 is supplemented by an outer ring 4 and a functional ring 5. About one Clamping ring 6, the system parts are joined together with an activator ring 7. The mold 3 is completed by a base part 8 and pressure plate 9.
  • the basic structure of the hot-head mold according to the invention is intended to be further illustrated in FIG clarified and particularly on the enlargement of the section below the overhang of the hot head lb.
  • An annular gap 11 can be seen below of the overhang, the side walls of the annular gap on the one hand through the hot head overhang and on the other hand by the inner radius of the release agent distributor 2 and are formed by the functional ring 5.
  • a stable release agent foam 12 which is a closed foam layer between the mold 3 and the strand 10 forms.
  • the viscosity of the release agent in both Controlled gas and liquid.
  • the viscosity of the release agent is the main one Influencing variable in foam formation. It can also print and quantity of the added gas and liquid medium can be controlled so that the composition the release agent foam can be regulated within wide ranges.
  • Controlled heat extraction or, in turn, one can take place with the release agent Insulating effect are generated, which is particularly advantageous for alloys that are difficult to cast is.

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Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißkopfkokille für eine Stranggießanlage bestehend aus einem Heißkopf, der auf der Oberseite eines Trennmittelverteilers aufliegt und diesen mit seiner Unterseite gegen die Oberfläche einer Kokille drückt, wobei an der radial innenliegenden Fläche des Heißkopfes ein Überhang ausgebildet ist, der über den Trennmittelverteiler in Strangabzugsrichtung hinausragt und mit der Kokillenlauffläche einen Ringspalt bildet,
Eine Heißkopfkokille der eingangs genannten Art ist aus der EP 0566 865 (VAW) bekannt, über den Trennmittelverteiler gelangt Trennmittel zur Oberfläche des Gussstranges, wobei auch zwei verschiedene Trennmittel separat oder als Trennmittelgemisch von zum Beispiel flüssigem Trennöl und gasförmigem Trennmedium zugeführt werden können. Es wurde bereits erkannt, daß es besonders günstig ist, wenn das Öl-Gasgemisch erst im Bereich der Kokille gebildet wird.
Nach wie vor bestehen aber Probleme hinsichtlich der Gießbarkeit von sogenannten schwer gießbaren Legierungen, da hier die Oberflächengüte oftmals nicht ausreichend ist. Dies trifft insbesondere für die Blei-, Zink-, Zinn- und Kupferhaltigen Aluminiumlegierungen zu. Diese haben in letzter Zeit an Bedeutung zugenommen für die Herstellung von Sonderlegierungen und Automatenlegierungen, die bei hoher Schnittgeschwindigkeit eingesetzt werden sollen.
Ein anderes Problem ist die genaue Steuerung des Gasdruckes, der ausschlaggebend dafür ist, ob das Trennmittel die gesamte Oberfläche des Metallstranges erreicht. Bei Druckschwankungen kann es leicht zu Oberflächenfehlern kommen und bei zu hohem Druck besteht die Gefahr, daß Gas über das flüssige Metall entweicht.
Zur Lösung dieses Problems wird in der US-Patentschrift 4 732 209 (Pechiney) vorgeschlagen, einen Graphitring an der Kokilleninnenseite zu verwenden, dessen Porosität so eingestellt ist, daß ein unter Druck stehendes Gas von außen durch die offenen Poren des Graphitmaterials bis an die Innenseite der Kokille gedrückt wird und dort als Trennmittel zwischen der Oberfläche des entstehenden Metall Stranges und der Kokillenlauffläche wirkt. Nach unseren Erfahrungen können aber hiermit nicht die Probleme beim Herstellen von schwergießbaren Legierungen gelöst werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heißkopfkokille der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass damit verschiedene Legierungstypen, insbesondere auch schwergießbare Legierungen mit befriedigender Oberflächenqualität hergestellt werden können. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass:
  • a) der Heißkopf 1a, 1b von einem Außenring 4 gehalten wird, der an der Kokille 3 lösbar befestigt ist,
  • b) dass die Kokille 3 zur Kokilleninnenfläche hin einen Funktionsring 5 umschließt, dessen Oberseiten eine Funktionsfläche mit dem Trennmittelverteiler 2 bildet,
  • c) und dass der Trennmittelverteiler 2 aus einer beidseitig mit Radialkanälen durchzogenen Platine besteht, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Ober- und Unterseite sich verhalten wie 1:3 bis 1:5.
    • Gemäß Merkmal a) ist die neue Heißkopfkokille aus mehreren Ringen aufgebaut die sich leicht demontieren und zusammensetzten lassen. Dadurch ist es möglich verschiedene Trennmittelverteiler und Funktionsringe je nach gewünschtem Legierungstyp schnell auszuwechseln.
    Gemäß Merkmal b) besteht die Erfindung in der Anwendung eines Funktionsringes 5 mit Funktionsflächen zum Trennmittelverteiler und zur Kokillenlauffläche hin. Die Funktionsflächen bilden Wandseiten mit definierter Rauhigkeit für die durch den Trennmittelverteiler geformten Kanäle, wobei es hier besonders günstig ist, wenn die Funktionsfläche eine Wandseite für den Flüssigkeitsführenden Kanalquerschnitt bildet. Es hat sich nämlich gezeigt, dass mit einer genau eingestellten Oberflächenrauhigkeit und -temperatur der Funktionsflächen eine definierte Viskositätsänderung des flüssigen Trennmittels zur Erzeugung einer stabilen Schaumlage erreicht werden kann.
    Gemäß Merkmal c) kommt es bei dem Trennmittelverteiler auf das Verhältnis der Kanalquerschnitte zur Regelung der Zusammensetzung des Trennmittelgemisches an. Durch Kombination der Merkmale b) und c) kann eine Schaumbildung erreicht werden, die als hochviskoses Trennmittel besonders wirksam ist und insbesondere bei schwer gießbaren Legierungen eine sehr gute Oberflächenqualität ermöglicht.
    Gemäß Anspruch 5 wird vorgeschlagen, oberhalb des Heißkopfes 1a, 1b einen Klemmring 6 anzuordnen, mit dem der Heißkopf 1a, 1b, der Trennmittelverteiler 2 und die Kokille 3 verspannt werden können. Nach Lösen des Klemmringes 6 und des Außenringes 4 können der Tennmittelverteiler 2 und Funktionsring 5 leicht ausgetauscht werden. Damit ist eine Anpassung der für die Schaumbildung verantwortlichen Oberflächen- und Kanalquer-schnitte leicht möglich.
    Gemäß Anspruch 6 ist es vorteilhaft, wenn für den Funktionsring 5 eine definierte, geschlossene Porosität und eine spezifische Dichte innerhalb enger Grenzen gewählt wird. Zusätzliche Verbesserungen in der Stabilität des Trennmittelschaums konnten durch weitere Versuche erzielt werden, wobei eine Kühlung des Funktionsringes 5 vorgenommen wurde, um die Viscositätseigenschaften an den Funktionsflächen konstant zu halten. Aufbau und Wirkungsweise der Funktionsflächen und der Kühlung wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    Wie bereits oben dargestellt, wird der Trennmittelverteiler 2 auf der Oberseite 2a bevorzugt für die Ausbildung von gasführenden Kanälen und auf der Unterseite 2b für ein flüssiges Trennmittel verwendet. Die Kanäle müssen mit sehr hoher Präzision gefertigt werden, was beispielsweise durch Laserbearbeitung oder durch einen chemischen Ätzvorgang erreichbar ist.
    Gemäß Anspruch 8 kommt es für den Luftanteil im Trennmittelschaum auch auf die Querschnittform der radialen Kanäle des Trennmittelverteilers und auf das Flächenverhältnis der Kanäle zur Ausbildung eines gleichmäßig über den Umfang verteilten Trennmittelschaumes an. Unter diesen Verhältnissen wird das Trennmittel besonders feinzellig und damit tragfähig ausgebildet, sodass die flüssige Komponente des Trennmittels reduziert werden kann.
    Die bereits erwähnte Kühlung des Funktionsringes 5 erfolgt gemäß Anspruch 9 bevorzugt dadurch, dass in der Kokille 3 Kühlkanäle angeordnet sind, die bis in den Bereich des Funktionsringes reichen. In dieser Primärkühlzone wird eine Temperatur für die optimale Wirkung des Trennmittels eingestellt. In der anschließenden Sekundar-Kühlzone ist für eine schnelle Wärmeabfuhr gesorgt, da die Kühlkanäle hier in Strangabzugsrichtung verlaufen und in eine Schlitzsdüse münden. Hier wird der Druck des Kühlmittels abgebaut, so daß sich das Kühlmedium an den Aluminiumstrang anlegt und diesen so weiter abkühlt.
    Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    Es zeigen:
    Figur I
    Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Heißkopfkopf-kokille in Explosions-Darstellung
    Figur 2
    Darstellung der erfindungsgemäßen Heißkopfkokille beim Stranggießen (Prinzipbild)
    In der Gesamtdarstellung nach Figur I sind folgende Systemteile der entndungsgemäßen Heißkopfkokille angegeben, die ineinander gefügt sind:
    1a
    Heißkopf
    1b
    Heißkopf
    2
    Trennmittelverteiler
    2a
    Oberseite
    2b
    Unterseite
    3
    Kokille
    3a
    Oberfläche
    4
    Außenring
    5
    Funktionsring
    6
    Klemmring
    7
    Aktivatorring
    8
    Bodenteil
    9
    Druckblech
    10
    Metallstrang
    11
    Ringspalt
    12
    Trennmittelschaum
    13
    -
    14
    Ringspalt
    15
    Kühlkanäle
    16
    Schaumlage
    Wie aus den Patentansprüchen hervorgeht ist die Ausbildung bestimmter Funktionsflächen von entscheidender Bedeutung für die Bildung eines stabilen Trennmittelschaums. Die Funktionsflächen befinden sich oberhalb und unterhalb des Trennmittelverteilers sowie auf der Innenseite des Funktionsringes 5. Dieser steht mit den Kanälen des Trennmittelverteilers 2 in unmittelbarem Kontakt und wirkt bei der Entstehung des Schaumes mit.
    Als Neuerung und Ergänzung der Funktionsflächen wird ein Aktivatorring 7 eingeführt, der aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann. Der Aktivatorring 7 liegt zwischen dem Außenring 4 und der Oberseite 2a des Trennmittelverteilers 2. Er deckt damit die in dem Trennmittelverteiler 2 eingearbeiteten Kanäle nach oben hin ab. Seine Rauhigkeitswerte weichen von denen des Heißkopfes 1b ab und können auf die jeweiligen Anforderungen an das Trennmittel eingestellt werden. Gleichzeitig kann damit der Wärmeübergang des unterhalb des Heißkopfes lb liegenden Trennmittelverteilers 2 gesteuert werden.
    Eine Kokille 3 wird durch einen Außenring 4 und einen Funktionsring 5 ergänzt. Über einen Klemmring 6 werden die Systemteile unter Einschluß eines Aktivatorrings 7 zusammengefügt. Komplettiert wird die Kokille 3 durch ein Bodenteil 8 und Druckblech 9.
    Anhand der Figur 2 soll der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Heißkopfkokille weiter verdeutlicht und hierbei besonders auf die Ausschnittvergrößerung unterhalb des Überhanges des Heißkopfes lb eingegangen werden. Man erkennt einen Ringspalt 11 unterhalb des Überhanges, wobei die Seitenwände des Ringspaltes einerseits durch den Heißkopf-Überhang und andererseits durch den inneren Radius des Trennmittelverteilers 2 sowie durch den Funktionsrings 5 gebildet werden. Bei der Einleitung von gasförmigem und flüssigem Trennmittel innerhalb des erfindungsgemäßen Volumenverhältnisses erfolgt die Bildung eines stabilen Trennmittelschaumes 12, der sich als eine geschlossene Schaumlage zwischen der Kokille 3 und dem Strang 10 ausbildet.
    Zunächst wird über die Oberflächenrauhigkeiten die Viskosität des Trennmittels sowohl im Gas- als auch im Flüssigkeitsbereich gesteuert. Die Viskosität des Trennmittels ist die wesentliche Einflußgröße bei der Schaumbildung. Darüber hinaus können Druck- und Menge des zugefügten Gas- und Flüssigkeitsmediums gesteuert werden, sodass die Zusammensetzung des Trennmittelschaumes innerhalb weiter Bereiche regelbar ist.
    Mit dem Trennmittel kann wiederum ein gesteuerter Wärmeentzug erfolgen oder aber eine Isolierwirkung erzeugt werden, die insbesondere bei schwer gießbaren Legierungen von Vorteil ist.

    Claims (11)

    1. Heißkopfkokille für eine Stranggießanlage bestehend aus einem Heißkopf (1a, 1 b) ,der auf der Oberseite (2a) eines Trennmittelverteilers (2) aufliegt und diesen mit seiner Unterseite (2b) gegen die Oberfläche (3a) einer Kokille (3) drückt, wobei an der radial innenliegenden Fläche des Heißkopfes (1a, 1b) ein Überhang ausgebildet ist, der über den Trennmittelverteiler (2) in Strangabzugsrichtung hinausragt und mit der Kokillenlauffläche einen Ringspalt (11) bildet,
      dadurch gekennzeichnet,    dass der Heißkopf (1a, 1b) von einem Außenring (4) zentriert und gehalten wird, der an der Kokille (3) lösbar befestigt ist,
         dass die Kokille (3) zur Kokillenlauffläche hin einen Funktionsring (5) umschließt, der zusammen mit dem Trennmittelverteiler (2) an den Oberflächen Funktionsflächen mit einstellbaren Rauhigkeiten bildet,
         und dass in den Trennmittelverteiler (2) auf der Ober- und Unterseite (2a, 2b) radiale Kanäle eingeformt sind, wobei die Kanalquerschnitte zwischen Oberund Unterseite sich verhalten wie 1:3 bis 1:5.
    2. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsring (5) aus Kupfer oder Kupferlegierungen besteht.
    3. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsring (5) aus Keramischen oder Composite Werkstoffen besteht.
    4. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsring (5) aus Graphit besteht.
    5. Heißkopfkokille nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Heißkopfes (1a, 1 b) ein Klemmring (6) angeordnet ist, über den der Heißkopf (1a, 1b), der Trennmittelverteiler (2),der Funktionsring (5) und die Kokille (3) verspannt werden.
    6. Heißkopfkokille nach dem vorhergehenden Anspruch;
      dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsring (5) eine geschlossene Porosität von 0-20% und eine Dichte von 1,5 - 10g/cm3 aufweist.
    7. Heißkopfkokille nach dem vorhergehenden Anspruch,
      dadurch gekennzeichnet, daß die in die Oberseite (2a) des Trennmittelverteilers (2) eingearbeiteten radialen Kanäle an ein unter Druck stehendes Gasmedium angeschlossen sind und dass an der Unterseite (2b) des Trennmittelverteilers (2) radiale Kanäle ausgebildet sind, die an ein unter Druck stehendes Flüssigkeitsreservoir angeschlossen sind.
    8. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
      dadurch gekennzeichnet, daß die unteren radialen Kanäle des Trennmittelverteilers nach Art eines Diffusors ausgebildet sind, wobei an der radial außenliegenden Zuleitung des Trennmittelverteilers (2) ein etwa quadratischer Querschnitt und an der radial innenliegenden Ausgangsseite ein rechteckförmiger Querschnitt mit einem Flächenverhältniss von mindestens I: 2 ausgebildet ist.
    9. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
      dadurch gekennzeichnet, daß in der Kokille (3) Kühlkanäle (15) angeordnet sind, die bis in den Bereich unterhalb des Trennmittelverteilers (2) und des Funktionsringes (5) reichen, wobei die Wärmeabfuhr im Ringspalt (14) über eine in Strangabzugsrichtung austretende, vom Gas- und Flüssigkeitsmedium erzeugte Schaumlage (16) erfolgt.
    10. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
      dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Heißkopfes (1b) eine um etwa das 1,5-2,0 fache vergrößerte Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem oberen Teil des Heißkopfes (1a) aufweist.
    11. Heißkopfkokille nach vorhergehendem Anspruch,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (2a) des Trennmittelverteilers (2) mit einem Aktivatorring (7) abgedeckt ist.
    EP02006423A 2001-03-30 2002-03-22 Stranggiesskokille mit Warmhaube Expired - Lifetime EP1245310B1 (de)

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    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10115999 2001-03-30
    DE10115999A DE10115999C2 (de) 2001-03-30 2001-03-30 Kokille mit Funktionsring

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    Publication Number Publication Date
    EP1245310A2 true EP1245310A2 (de) 2002-10-02
    EP1245310A3 EP1245310A3 (de) 2003-05-02
    EP1245310B1 EP1245310B1 (de) 2005-06-01

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