DE10009073A1 - Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseitenwände und Schmalseitenwände aufweisenden, trichterförmig verjüngten Eingießbereich - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseitenwände (1, 1') und Schmalseitenwände (2, 2') aufweisenden, in untereinanderliegenden Horizonten trichterförmig in Gießrichtung zum Format des Gußstranges sich verjüngenden Eingießbereich (3), welcher durch gekrümmte Konturbereiche der Breitseitenwände (1, 1') ausgebildet ist. Hierbei sind auf wenigstens einem Höhenabschnitt der Kokille die Trichterkonturen der Breitseitenplatten (1, 1') nicht symmetrisch in bezug auf die Linie (x-x), welche die beiden Mittelpunkte der Schmalseiten verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseitenwände und Schmalseitenwände aufweisenden, in untereinanderliegen­ den Horizonten trichterförmig in Gießrichtung zum Format des Gußstranges sich verjüngenden Eingießbereich, welcher durch gekrümmte Konturbereiche der Breitseitenwände (1, 1') ausgebildet ist.

Die Abmessungen des Eingießbereichs werden im wesentlichen durch den Quer­ schnitt des zu gießenden Stranges, die Abmessungen des Gießrohres und dessen Eintauchtiefe in die Schmelze bestimmt.

Die trichterförmige Ausbildung des Eingießbereichs ist auf die Bestrebung zurück­ zuführen, einen möglichst dünnen Strang zu gießen, welcher nach dem Verlassen der Gießmaschine in Brammen zerteilt und nach Durchlaufen eines Ofens unter mindestens teilweiser Nutzung der Walzhitze ausgewalzt wird.

Aufgrund des geringen Strangquerschnitts muß zur Einhaltung der in der Stahl­ produktion üblichen Werte von Gießzeit, Gießtemperatur und Durchsatz des ge­ gossenen Stranges die Gießgeschwindigkeit entsprechend erhöht werden. Bei einer Verringerung der Strangdicke von ca. 250 mm beim konventionellen Strang­ gießen auf bspw. etwa 50 mm beim Dünnbrammengießen, erfordert dies eine et­ wa fünffache Erhöhung der Gießgeschwindigkeit, bspw. auf Werte von etwa 5 bis 6 m/min.

Aufgrund der trichterförmigen Form der Kokille mit gekrümmten Konturbereichen der Breitseitenwände, sowie der geringen Strangdicke und der vergleichsweise hohen Abzugsgeschwindigkeit, entstehen in der die Kokille durchlaufenden Schmelze starke Strömungen. Solche Strömungsverhältnisse in der Kokille sind durch das Auftreten einer zirkulierenden Bewegung gekennzeichnet, weil ein Teil der in die Kokille eingeleiteten Schmelze nach außen aus dem Tauchgießrohr in Richtung der Schmalseitenwände strömt, dort zum Badspiegel umgelenkt wird und in Höhe des Badspiegels in Richtung zur Strangmitte fließt. Diese Zirkulation ist in dem Maße erforderlich, in dem in den oberen seitlichen Bereichen eine unzulässig starke Abkühlung der Schmelze verhindert werden muß. Überschreitet jedoch die Intensität der Strömung dieses erforderliche Maß an Zirkulation, so wird zusätzlich ein Mitreißen von Schlacke- und Pulverpartikeln und deren Einschluß in die sich bildende Strangschale begünstigt, was zu starken Beeinträchtigungen der Ober­ flächenqualität des gegossenen Produktes führen kann.

In einer Kokille mit trichterförmigem Eingießbereich und gekrümmten Konturberei­ chen der Breitseitenwände ist es aufgrund des geringen Strangquerschnitts und der hohen Gießgeschwindigkeit äußerst schwierig, die Intensität der erwähnten zirkulierenden Strömung auf das für die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Temperatur der Schmelze erforderliche Maß einzustellen. Weil erfahrungsgemäß die Nachteile einer zu starken Abkühlung des Badspiegels überwiegen, werden üblicherweise die Gießparameter so ausgefegt, daß am Badspiegel eine ausge­ prägte, von den Schmalseitenwänden zur Strangmitte gerichtete Strömung vor­ handen ist, welche sich durch eine deutliche Überhöhung des Badspiegels im Be­ reich der Schmalseitenwände bemerkbar macht.

Durch praktische Erfahrungen beim Betrieb verschiedener Stranggießanlagen konnte festgestellt werden, daß beim Aufeinanderprallen dieser zirkulierenden Strömungen in der Mitte einer Kokille mit trichterförmigem Eingießbereich und ge­ krümmt ausgebildeten Konturen zusätzliche unerwünschte Badspiegelbewegun­ gen in Form von Turbulenzen oder Schwankungen entstehen. Dies kann bspw. dazu führen, daß die fertig gewalzten Bänder in der Mittenbahn Oberflächenfehler aufweisen, welche auf den Einschluß von Pulver- und Schlackepartikeln in die sich am Badspiegel in der Kokille bildende Strangschale zurückzuführen sind.

Das Dokument DE 44 35 218 A1 beschreibt eine Kokille zum Stranggießen von Dünnbrammen oder Stahlbändern. Bei deren aus je zwei gekühlten Breitseiten­ wänden und Schmalseitenwänden gebildetem Formraum mit erweitertem Ein­ gießbereich zur Aufnahme eines Tauchgießrohres, wird die Herstellung verein­ facht, die Oberfläche des gegossenen Stranges verbessert und die Strangdurch­ bruchsgefahr vermindert, wenn eine Formwandung einer ersten Breitseitenwand eben ist und in einem Winkel α von 2 bis 10° zur Vertikalen verläuft, und eine Formwandung der zweiten Breitseitenwand eine entgegengesetzt zur Neigung der ebenen Formwandung erweiternde Wölbung aufweist.

Das Dokument DE 197 10 791 A1 beschreibt eine oszillierende Kokille zum Gie­ ßen von vorzugsweise Dünnbrammen- und Brammenformaten im Abmessungsbe­ reich von 40 bis 150 × 500 bis 3300 mm mit Gießgeschwindigkeiten von bis zu 10 m/min unter Verwendung von Gießpulver. Die Kokille mit Tauchausguß weist in Gießrichtung mittensymmetrische konkave, plane Breitseitenplatten auf, die teil­ weise mittensymmetrisch jeweils von einem Trichter überlagert werden, der einen gleichförmigen Wärmestrom über die gesamte Kokillenbreite bei vorgegebener Tauchausgußform sicherstellt. Diese Kokillenmerkmale in Verbindung mit frei wählbaren Tauchausgußmerkmalen machen es möglich, daß eine maximale ge­ wünschte Gießleistung, fehlerfreie Brammenoberflächen selbst bei hohen Gießge­ schwindigkeiten und rißempfindlichen Stahlgüten und ein großer Breiten- Verstellbereich von z. B. 500 bis 1800 mm mit einem Kokillentyp realisiert werden können.

Das Dokument DE 44 36 990 C1 betrifft ein Tauchgießrohr zum Zuführen von Stahlschmelze in eine Längs- und Breitseiten aufweisende Stranggießkokille. Um ein Tauchgießrohr zu schaffen, das in konstruktiv einfachem Aufbau die kinetische Energie des flüssigen Stahls im Bereich zwischen dem in der Schmelze einge­ tauchten Abschnitt des Tauchgießrohres und den Kokillenlängsseiten abbaut und vorgebbar auf die Strömungsausbildung des in der Kokille befindlichen Flüs­ sigstahls im Bereich der Badoberfläche Einfluß nimmt, wird erfindungsgemäß vor­ geschlagen, daß die Rohraußenwand des Tauchgießrohres in ihrem der Kokillen­ längsseite zugewandten längsseitigen Bereich eine Form besitzt, die unabhängig von der Eintauchtiefe des Tauchgießrohres in die in der Stranggießkokille befindli­ che Schmelze eine nahezu konstante Distanz zu den Kokillenlängsseiten aufweist. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Rohraußenwand des Tauchgießrohres in ihren den Kokillenbreitseiten zugewandten breitseitigen Bereichen Formelemente aufweist, die der horizontalen Strömung der Stahlschmelze und dem auf ihr schwimmenden Gießpulver einen minimalen Widerstand entgegensetzt.

Ausgehend von den vorgenannten Erkenntnissen betreffend die Ausbildung zir­ kulärer Strömungen in der Schmelze einer Kokille, sowie vom vorgenannten Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der im Ober­ begriff nach Anspruch 1 genannten Art anzugeben, durch welche die Strömungs­ verhältnisse der Schmelze im Eingießbereich dahingehend verbessert werden, daß infolge Verringerung der Badspiegelschwankungen und Turbulenzen am Badspiegel eine deutliche Minimierung des Fehlerbefalls der Brammenoberfläche mit nichtmetallischen Einschlüssen erreicht wird.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einer Kokille der eingangs genannten Art mit der Erfindung durch eine Ausgestaltung entsprechend den Merkmalen von An­ spruch 1.

Erfindungsgemäß ist eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseitenwände 1, 1' und Schmalseitenwände 2, 2' aufweisenden, in untereinan­ derliegenden Horizonten trichterförmig in Gießrichtung zum Format des Gußstran­ ges sich verjüngenden Eingießbereich, welcher durch gekrümmte Konturbereiche der Breitseitenwände 1, 1' ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf we­ nigstens einem Höhenabschnitt der Kokille die Trichterkonturen der Breitseiten­ platten 1, 1' nicht symmetrisch in bezug auf die Linie x-x verlaufen, welche die Mittelpunkte der Schmalseiten verbindet.

Dadurch, daß in der Mitte der Kokille ein Aufprall der von beiden Schmalseiten kommenden Strömungszweige vermieden wird, indem die Schmelze durch die Ausgestaltung der Breitseitenwände mit gekrümmten Konturbereichen im Bad­ spiegelbereich in eine um den Tauchguß rotierende Bewegung versetzt wird, wer­ den die Strömungsverhältnisse insgesamt dahingehend verbessert, daß durch Verringerung der Badspiegelschwankungen und Turbulenzen eine deutliche Ver­ ringerung des Fehlerbefalls der Brammenoberfläche mit unerwünschten Ein­ schlüssen erreicht wird.

Damit wird der trichterförmige Eingießbereich derart gestaltet, daß wenigstens auf einem Horizont eine Linie A-A', welche die Punkte mit jeweils maximalen Trich­ teröffnungen der Breitseitenwände verbindet, nicht senkrecht, sondern schräg zur Linie x-x verläuft, welche zugleich die Mittelpunkte der Schmalseitenwände ver­ bindet.

Aufgrund der damit geschaffenen Unsymmetrie des Querschnitts des Kokillen­ hohlraumes wird die von den schmalen Seiten ankommende Strömung vorzugs­ weise jeweils in die Nähe einer der beiden Breitseitenwände abgelenkt. Dadurch entsteht in den beiden Zwischenräumen, die das Tauchgießrohr mit den Breitsei­ tenwänden bildet, eine entgegengesetzte Strömung mit um das Tauchgießrohr rotierender Bewegung. Diese rotierende Bewegung wird dadurch angeregt, daß nach Verlassen des Zwischenraumes die Strömung an jeder Seite des Tauchgieß­ rohres durch die von der Schmalseite ankommende Schmelze umgelenkt wird.

Erfindungsgemäß kann der trichterförmige Eingießbereich dabei so gebildet wer­ den, daß die Linie y-y, welche die beiden Punkte mit der maximalen Trichterweite verbindet, nicht senkrecht zur Linie x-x verläuft, welche die beiden Mittelpunkte der Schmalseiten verbindet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der trichterförmige Eingießbereich derart geformt sein, daß die Punkte der größten Trichterweite A-A' horizontal um einen Abstandsbereich gegeneinander verschoben sind.

Darüber hinaus sieht die Erfindung vor, daß im Badspiegelbereich die Außenkon­ tur des Tauchgießrohres ein Parallelogramm mit abgerundeten Ecken darstellt, was die rotierende Bewegung der Schmelze um das Tauchgießrohr unterstützt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachste­ henden Erläuterung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt eine Kokille mit Breitseitenwände 1, 1' und Schmal­ seitenwände 2, 2' mit seitenverkehrt gleicher Innenkontur der Breit­ seitenwände und mit der Außenkontur des Tauchgießrohres in Form eines Parallelogrammes mit abgerundeten Ecken;

Fig. 2 einen weiteren Querschnitt einer Kokille mit Breitseitenwänden 1, 1' und Schmalseitenwänden 2, 2' mit seitenverkehrt gleicher Innen­ kontur der Breitseitenwände;

Fig. 3 im Querschnitt eine Kokille mit Breitseitenwänden 1, 1' und Schmal­ seitenwänden 2, 2' mit gleicher, gegeneinander horizontal um einen Betrag verschobener Innenkontur der Breitseitenwände.

Die Stranggießkokille gemäß Zusammenschau der Fig. 1, 2 und 3 besitzt je­ weils zwei gegenüberliegende Breitseitenwände 1, 1' und zwei zwischen den ' Breitseitenwänden eingespannte Schmalseitenwände 2, 2'. Die Breitseitenwände 1, 1' weisen einen im Bereich ihrer Oberkante gekrümmten trichterförmigen Ein­ gießbereich auf, der zu den Schmalseiten und in Gießrichtung auf das Format des gegossenen Stranges reduziert ist.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß auf einem Höhenabschnitt der Kokille die horizontale Kontur des trichterförmi­ gen Eingießbereiches in jeder Breitseitenplatte 1, 1' durch zwei unterschiedlich gekrümmte Konturabschnitte 3, 4 bzw. 3', 4' mit verschiedener Länge K, L gebildet wird, wobei die ungleichen Konturabschnitte 3, 4 bzw. 3', 4' in den Punkten der maximalen Trichterweite A bzw. A' verbunden werden. Wesentliches Merkmal die­ ser Kokille ist, daß die Linie y-y, welche die beiden Punkte der maximalen Trich­ terweite A, A' verbindet, nicht senkrecht zur Linie x-x verläuft, welche die Mittel­ punkte der Schmalseiten verbindet.

Fig. 2 zeigt, daß die erfindungsgemäße Ausführung des trichterförmigen Eingieß­ bereiches auch dann möglich ist, wenn entsprechend dem Stand der Technik die Linie z-z, welche die beiden Punkte der maximalen Trichterweite A, A' verbindet, senkrecht zur Linie x-x verläuft, welche die Mittelpunkte der Schmalseiten verbin­ det. Erfindungsgemäß ist es lediglich erforderlich, daß die Punkte A, A' jeweils zwei ungleiche Konturabschnitte 3, 4 bzw. 3', 4' voneinander abgrenzen, welche einen unterschiedlichen Krümmungsverlauf und verschiedene Längen K, L auf­ weisen.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausgestaltung des Trichterbereiches kann beim Ver­ gießen von vergleichsweise weichen Kohlenstoff-Stählen und siliziumlegierten Stählen bevorzugt zur Anwendung kommen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung der Kokille sieht vor, daß die Breitseiten­ wände 1, 1' durch Anwendung gleicher Konturabschnitte 4 die gleiche horizontale Trichterkontur mit der Breite T = 2 K und die größte Trichterweitung in den Punkten A, A' aufweisen. Durch das horizontale Verschieben der beiden Trichterkonturen um den Abstandsbereich A'-A wird der Querschnitt des Kokillenraumes derart ge­ staltet, daß eine rotierende Bewegung der Schmelze um das Tauchgießrohr ange­ regt wird.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß aufgrund der gegengleich verscho­ benen Trichterkontur der beiden Breitseitenwände eine gleichmäßige Ausbildung der Strangschale gewährleistet ist. Dies ist insbesondere beim Vergießen von ver­ gleichsweise harten Stählen, z. B. austenitischen, nichtrostenden Stählen, und beim Vergießen von vergleichsweise geringen Gießgeschwindigkeiten angestrebt.

Die Ausbildung des trichterförmigen Eingießbereiches durch die in Fig. 1 und 2 verwendeten ungleichen Konturbereiche 3, 4 bzw. 3', 4' oder durch die in Fig. 3 gezeigte Verschiebung gleicher Trichterkonturen ergibt in überraschend unkompli­ zierter Weise eine Ausbildung der Schmelzenströmung, die um das Tauchgießrohr 5 bzw. 8 rotiert. Damit wird der beim Stand der Technik nachteilige Aufprall entge­ gengerichteter Strömungen der Schmelze mit zu fehlerhafter Brammenoberfläche führenden nichtmetallischen Einschlüssen vermieden. Die rotierende Bewegung der Schmelze entsteht dadurch, daß die Strömung an jeder Seite des Tauchgieß­ rohres 5 bzw. 8 durch die von einer Schmalseite ankommenden Schmelze umge­ lenkt wird, wie dies durch die eingezeichneten Richtungspfeile der Schmelzenbe­ wegung in den Fig. 1 bis 3 angedeutet ist.

Besonders vorteilhaft erweist sich hierbei die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kokillenhohlraumes im Zusammenwirken mit der in Fig. 1 dargestellten erfin­ dungsgemäßen Ausgestaltung der äußeren Kontur 6-7-6'-7' des Tauchgießrohres 5 mit schräggestellten Stegen bzw. Wandbereichen 6, 6', durch welche die rotie­ rende Bewegung der Schmelze um das Tauchgießrohr 5 verstärkt angeregt wird.

Claims (8)

1. Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem gekühlte Breitseitenwände (1, 1') und Schmalseitenwände (2, 2') aufweisenden, in untereinanderliegenden Horizonten trichterförmig in Gießrichtung zum Format des Gußstranges sich verjüngenden Eingießbereich, welcher durch gekrümmte Konturbereiche der Breitseitenwände (1, 1') ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einem Höhenabschnitt der Kokille die Trichterkonturen der Breitseitenplatten (1, 1') nicht symmetrisch in bezug auf die Linie (x-x) verlau­ fen, welche die Mittelpunkte der Schmalseiten verbindet.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der größten Trichterweite (A, A') die Kontur der Breitseiten­ platten (1, 1') jeweils in zwei ungleiche Konturabschnitte (3, 4) bzw. (3', 4') mit unterschiedlicher Länge (K, L) und/oder unterschiedlichem Krümmungsverlauf unterteilt.

3. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (y-y), welche die beiden Punkte (A, A') mit der maximalen Trich­ terweite verbindet, nicht senkrecht zur Linie (x-x) verläuft, welche die Mittel­ punkte der Schmalseiten verbindet.

4. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte der größten Trichterweite (A, A') horizontal um den Abstands­ bereich (A'-A) gegeneinander verschoben sind.

5. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseitenwände gleiche Trichterkonturen aufweisen, welche hori­ zontal um den Betrag (A'-A) verschoben sind.

6. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseitenwände seitenverkehrt gleiche Trichterkonturen aufweisen.

7. Kokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchgießrohr (8) zumindest im Bereich des Badspiegels eine Quer­ schnittsform mit zwei parallelen Wänden (10, 10') aufweist, welche durch bo­ genförmige Stege (9, 9') verbunden sind.

8. Kokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchgießrohr (5) zumindest im Bereich des Badspiegels einen Quer­ schnitt aufweist, welcher im wesentlichen einem Parallelogramm mit gegen­ überliegenden parallelen oder abschnittsweise parallelen Wänden (6, 6') und (7, 7') entspricht.