DE4318105A1 - Kokille zum Stranggießen von Metall und Verfahren zur Herstellung der Kokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Me­ tall und ein Verfahren zur Herstellung der Kokille, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In einer noch unveröffentlichten CH-Patentanmeldung No. 03 263/91 werden Kokillen unter Schutz gestellt, deren Formhohlraum die Querschnittsform der Strangkruste bei ihrem Durchlauf durch die Kokille, ähnlich wie eine Ziehdüse, ver­ formt. Der Formhohlraumquerschnitt ist auf der Kokillenein­ trittsseite entlang seinem Umfang mit mehreren Ausbauchungen versehen, die sich gegen die Kokillenaustrittsseite hin ver­ kleinern oder ganz zurückgeformt werden. In der Mitte einer Ausbauchung ist die Verformung stärker als an den beiden seitlichen Enden der Ausbauchung. An den Stellen mit starker Rückformung der Ausbauchung ergibt sich ein sattes Anliegen der Strangkruste an die Kokillenwand und dadurch auch eine starke Kühlung des Stranges bzw. eine höhere Kokillenwandtemperatur. An den beiden Enden der Ausbauchung ist in der Regel keine oder eine wesentlich geringere Verformung des Stranges vorgesehen. Daraus resultiert eine entsprechend niedrigere Kokillenwandtemperatur.

Bei Rohrkokillen mit Ausbauchungen sind auch die Wassermäntel mit Ausbauchungen zu versehen, um Wasserspalte gleicher Größe zwischen Kokille und Wassermantel sicherzustellen. Die Herstellung solcher Wassermäntel ist technisch aufwendig und entsprechend kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille zu schaffen, die die genannten Nachteile überwindet und insbe­ sondere bei Kokillen, die die Querschnittsform der Strang­ kruste bei ihrem Durchlauf durch die Kokille verformen, eine möglichst gleichmäßige Kokillenwandtemperatur erreicht, den Kokillenverschleiß reduziert und gleichzeitig den Aufbau solcher Kokillen vereinfacht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Kokille beinhaltet die Summe der Verfahrensschritte einer der Ansprü­ che 6-8.

Mit der erfindungsgemäßen Kokille ist es möglich, Wassermän­ tel als Rohrkörper mit im wesentlichen parallelen Wänden zu verwenden. Solche Wassermäntel können beispielsweise quadra­ tische Querschnitte mit geraden oder ausgebauchten Seiten­ wänden oder zylindrische Querschnitte aufweisen. Durch die Festlegung der Bogenhöhe der Ausbauchung und der Kokillen­ wanddicke in den Mittel- und Endbereichen der ausgebauchten Kokillenwände kann der Wärmefluß durch die Kokillenwand bzw. die Kokillenwandtemperatur beeinflußt und vergleichmäßigt werden. Durch verstärkte Kühlung im Mittelbereich der Ausbauchung kann der Kokillenverschleiß sogar reduziert werden. Gleichzeitig wird aber auch der Aufbau und die Gestaltung der Kokille vereinfacht. Es ist möglich, Kokil­ lenrohre mit unterschiedlich großen Ausbauchungen in den gleichen Wassermantel bzw. in das gleiche Kokillengehäuse einzubauen.

Die regelmäßig über den Querschnittsumfang verteilten Aus­ bauchungen können z. B. bei Rechtecken ungleiche Bogenhöhen aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es vorteil­ haft, alle Seitenwände zwischen den Eckzonen mit Ausbauchun­ gen zu versehen. Das Verhältnis zwischen Bogenhöhe und Seh­ nenlänge soll dabei im wesentlichen gleich, bei quadratischen Querschnitten vorzugsweise gleich sein. Die Eckzonen können wahlweise mit Hohlkehlen oder Abschrägungen etc. versehen sein.

Eine kostengünstige Herstellung eines Wassermantels kann er­ reicht werden, wenn, gemäß einem weiteren Ausführungsbei­ spiel, ein außerhalb der Kupferrohres angeordneter rohrför­ miger Wassermantel mit dem Kupferrohr einen Kühlwasserspalt bildet und der Wassermantel einen Hohlraum mit gegenüberlie­ genden parallelen Wänden oder in Stranglaufrichtung parallele Mantellinien aufweist.

Im weiteren wird vorgeschlagen, die Wandstärke des Kupferroh­ res innerhalb der Teillänge im Badspiegelbereich bzw. den wandstärkenabhängigen thermischen Widerstand der Kupferwand derart zu bemessen, daß er im Mittelbereich der Ausbauchung 10-50% kleiner ist als in den Eckzonen. Dadurch ist es möglich, sowohl die Kokillenwandtemperatur im Formhohlraum als auch den Kokillenverschleiß in den Bereichen mit maxi­ maler Rückformung bzw. Reibung zu reduzieren.

Der Formhohlraum von Kokillen mit Ausbauchungen oder der äußere Mantel von Kokillenrohren können durch spanabhebende Be­ arbeitung hergestellt werden. Besonders wirtschaftlich können solche Kokillen durch ein spanloses Herstellungsverfahren er­ zeugt werden, wenn in ein stranggepreßtes Kupferrohr ein er­ ster, dem Kupferrohrhohlraum entsprechender Dorn eingeschoben und mit einem Verformungswerkzeug die Wandstärke des Rohres entlang der Teillänge durch Einbauchungen in die äußere Kup­ ferwand vorgestaucht wird. In das vorgestauchte Rohr kann anschließend ein zweiter Dorn mit Ausbauchungen in den Rohr­ hohlraum eingepreßt und das Rohr zur Herstellung paralleler, gegenüberliegender äußerer Rohrmantelflächen bzw. einer zy­ lindrischen Rohrmantelfläche spanlos verformt, vorzugsweise durch einen Ziehring gezogen werden. Durch die Vorstauchungen vor dem Einpressen des zweiten Dornes und durch einen eventuellen zusätzlichen Ziehvorgang kann spanlos ohne An­ schneiden der Materialfaser ein solches Kokillenrohr her­ gestellt werden.

Gemäß einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer Kokille kann die Wandstärke des Rohres entlang der Teillänge mittels spanabhebender Bearbeitung seiner äußeren Rohrmantelflächen derart durch Einbauchungen reduziert werden, daß beim Ein­ pressen eines Dornes mit Ausbauchungen in den Formhohlraum die Einbauchungen an den äußeren Rohrmantelflächen im we­ sentlichen parallel zurückgeformt werden.

Als Alternative zum Ziehvorgang kann durch Aufbringen von Sprengstoff das Rohr auf den Dorn geschossen werden. Die Pa­ rallelität von äußeren gegenüberliegenden Mantelflächen kann, wenn nötig, durch Nachbearbeitung erreicht werden.

Im nachfolgenden soll anhand von Figuren die Erfindung zu­ sätzlich erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Kokillenrohr mit schematisch dargestelltem Kühlwasserman­ tel.

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Kokillenrohr gemäß Fig. 1 ohne Kühlwassermantel,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das Kokillenrohr während einer Stauchoperation und

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles E auf Fig. 3.

In Fig. 1 und 2 ist ein Kokillenrohr 3 mit beidseitig offenem Formhohlraum 4 für einen quadratischen Knüppel- oder Vor­ blockquerschnitt dargestellt. Ein Querschnittsumfang 5 des Formhohlraumes 4 ist auf der Eingießseite mit regelmäßig verteilten Querschnittsvergrößerungen in der Form von Aus­ bauchungen 6 versehen. In diesem Beispiel besitzen alle Sei­ tenwände zwischen den Eckzonen Ausbauchungen 6 gleicher Größe. Am Kokillenausgang 8 ist der Formhohlraum 4 quadratisch, d. h. der ausgebauchte Querschnitt endet am Kokillenausgang 8. Das Maß der Ausbauchung verkleinert sich in Stranglauf­ richtung 7 regelmäßig auf einer Teillänge, die in diesem Beispiel der Länge 10 der Kokille 3 entspricht. Während des Stranggießens wird beim Durchlauf des Stranges durch diesen Formhohlraum 4 die Strangkruste verformt. Einander gegenüber­ liegende äußere Mantelflächen 9, 10; 11, 12 des Kokillenroh­ res 3 sind jeweils zueinander parallel oder parallel zur axialen Mittellinie 13. Kokillen für im wesentlichen runde Strangquerschnitte weisen eine zylindrische oder im wesentli­ chen zylindrische äußere Mantelfläche auf.

In Fig. 2 sind die Wandstärkenunterschiede 15, 16 des Kokil­ lenrohres zwischen Bereichen mit starken Ausbauchungen und großer Rückformung bzw. solchen mit keiner oder nur kleiner Ausbauchung gut erkennbar. Das Wärmeangebot der Strangkruste ist in den Bereichen mit starker Ausbauchung bzw. mit starker Rückformung der Ausbauchung größer als in den Kantenbe­ reichen, wo keine oder nur eine ganz geringe Rückformung stattfindet. Durch die parallelen Mantelflächen 9, 10, bzw. 11, 12 einerseits und durch das Maß der Ausbauchung ander­ seits können die Unterschiede der Wandstärken 15 und 16 festgelegt und somit der Wärmefluß durch die Kokillenwand an verschiedenen Stellen des Kokillenumfanges unterschiedlich gestaltet werden. Es kann insbesondere das große Wärmeange­ bot im Bereich der maximalen Rückformung bzw. die hohe Ko­ killenwandtemperatur in diesem Bereich durch entsprechende Wandstärkenreduktion unter Kontrolle gebracht werden.

Bei Rohrkokillen ist zur Führung des Kühlwassers ein außerhalb des Kokillenrohres 3 angeordneter, rohrförmiger Wasser­ mantel 18 vorgesehen. Dieser Wassermantel 18 bildet mit dem Kokillenrohr 3 einen Kühlwasserspalt. Bei Kokillenrohren mit gegenseitig parallelen äußeren Mantelflächen können auch einfach herstellbare Wassermäntel 18 mit parallelen Wänden verwendet werden. Bei gebogenen runden Kokillenrohren weisen gegenüberliegende äußere Mantelflächen in Stranglaufrichtung parallele Mantellinien und die Wassermäntel entsprechende parallele innere Mantellinien auf.

Anhand der Fig. 3 und 4 soll ein Beispiel für das Herstel­ lungsverfahren solcher Kokillen erläutert werden. In ein in der Regel stranggepreßtes Kupferrohr 30 wird ein dem strang­ gepreßten Rohrhohlraum entsprechender erster Dorn 31 einge­ schoben. Mit Verformungswerkzeugen, z. B. zwei Stempeln 32, 32′, mit konvexen Preßflächen 33, 33′ wird die Wandstärke des Kupferrohres 30 entlang einer Teillänge 35 durch Einbau­ chungen 34, 34′ in die äußere Kupferrohrwand vorgestaucht. Eine Tiefe 37 der vorgestauchten Einbauchungen 34, 34′ kann entlang einer Teillänge 35 unterschiedlich sein. Am Ende der Teillänge 35 kann die Einbauchung z. B. null sein. Es ist be­ sonders vorteilhaft, wenn die vorgestauchten äußeren Einbau­ chungen 34 im wesentlichen, d. h. plus - minus ein Millimeter, mit der Tiefe der Ausbauchungen (6 in Fig. 1 + 2) in Übereinstimmung gebracht werden. Anstelle der beiden Stempel 32, 32′ können auch andere Verformungswerkzeuge, wie z. B. Formwalzen etc., verwendet werden.

Nach Beendigung der Vorstauchoperation gemäß Fig. 3 und 4 auf allen vier Seiten des Kupferrohres 30 wird der Dorn 31 herausgepreßt. Ein zweiter Dorn mit Ausbauchungen, der in an sich bekannter Weise den Sollmassen des Formhohlraumes entspricht, wird in den Rohrhohlraum eingepreßt. Wenn er­ wünscht, kann das Rohr zur Formung der Außenkontur zusätz­ lich noch durch einen Ziehring gezogen oder durch Sprengstoff auf den zweiten Dorn verformt werden.

In den Figuren sind Kokillen mit geradem Formhohlraum darge­ stellt. Vor der Vorstauchung könnte das Kupferrohr auf einen vorgegebenen Radius einer Kreisbogenstranggießanlage gebogen werden. Bei gebogenen Kokillen weisen gegenüberliegende äußere Rohrmantelflächen in Stranglaufrichtung parallele Mantellinien auf.

Anstelle der Vorstauchung von Einbauchungen an der äußeren Kupferrohrwand können solche Einbauchungen auch mittels span­ abhebender Bearbeitung erzeugt werden. Es wäre beispielsweise möglich, mit einem zylindrischen Fräskopf durch Einstellung eines Neigungswinkels und durch laufende Veränderung der Einbauchtiefe Einbauchungen zu fräsen, die mit den anschließend zu formenden Ausbauchungen im wesentlichen übereinstimmen und die gewünschte Außenkontur am Kokillen­ rohr erzeugen.

Es ist auch denkbar, ein Kupferrohr mit Einbauchungen an der äußeren Kupferrohrwand in eine Matrize einzulegen und sowohl die Ausbauchungen im Formhohlraum als auch die Form des äußeren Mantels gleichzeitig durch Explosionsverformung etc. von innen nach außen herzustellen.

Claims (10)

1. Kokille zum Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl in Knüppel und Vorblockquerschnitte, wobei ein beid­ seitig offener Formhohlraum (4) aus einem Rohr aus gut wärmeleitendem Werkstoff, insbesondere aus Kupfer, be­ steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraumquer­ schnitt auf der Eingießseite über seinen Querschnittsum­ fang regelmäßig verteilte Querschnittsvergrößerungen in der Form von Ausbauchungen (6) aufweist und das Maß der Ausbauchungen (6) in Stranglaufrichtung (7) sich mindestens entlang einer Teillänge (10, 35) des Form­ hohlraumes (4) derart verkleinert, daß sich die Strangquerschnittsform beim Durchlauf durch die Teillänge (10, 35) verformt und daß die einander gegenüberliegenden äußeren Rohrmantelflächen (9, 10; 11, 12) parallel sind oder in Stranglaufrichtung parallele Mantellinien aufwei­ sen.

2. Kokille nach Anspruch 1 mit rechteckigem Formhohlraumquer­ schnitt, dadurch gekennzeichnet, daß alle Seitenwände zwischen den Eckzonen mit Ausbauchungen (6) versehen sind, deren Verhältnis zwischen Bogenhöhe und Sehnenlänge im wesentlichen gleich, bei quadratischen Querschnitten vorzugsweise gleich ist.

3. Kokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eck­ zonen mit Hohlkehlen oder Abschrägungen versehen sind.

4. Kokille nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein außerhalb des Kupferrohres angeord­ neter, rohrförmiger Wassermantel (18) mit dem Kupferrohr einen Kühlwasserspalt bildet und der Wassermantel einen Hohlraum mit gegenüberliegenden, parallelen Wänden oder eine zylindrische Form aufweist.

5. Kokille nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandstärke des Kupferrohres innerhalb der Teillänge (35) im Badspiegelbereich bzw. der wandstär­ kenabhängige thermische Widerstand der Kupferwand derart bemessen ist, daß er im Mittelbereich der Ausbauchung 10 -50% kleiner ist als in den Eckzonen.

6. Verfahren zur Herstellung einer Kokille nach einem der An­ sprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in ein strang­ gepreßtes Kupferrohr (30) ein Dorn mit Ausbauchungen in den Rohrhohlraum eingepreßt und das mit Ausbauchungen versehene Rohr (30) zur Herstellung paralleler, gegenüberliegender äußerer Rohrmantelflächen bzw. einer zylindrischen Rohrmantelfläche einer weiteren formgebenden Bearbeitung unterzogen wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Kokille nach einem der An­ sprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in das strang­ gepreßte Kupferohr (30) ein erster, dem Kupfer­ rohrhohlraum entsprechender Dorn (31) eingeschoben und mit einem Verformungswerkzeug (32, 32′) die Wandstärke des Rohres (30) entlang der Teillänge (35) durch Einbauchungen (34, 34′) in die äußere Kupferrohrwand vorgestaucht, anschließend ein zweiter Dorn mit Ausbauchungen in den Rohrhohlraum eingepreßt und das Rohr (30) zur Herstellung paralleler, gegenüberliegender äußerer Rohrmantelflächen bzw. einer zylindrischen Rohrmantelfläche spanlos verformt, vorzugsweise durch einen Ziehring gezogen wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Kokille nach einem der An­ sprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Rohres (30) entlang der Teillänge (35) mittels spanabhebender Bearbeitung seiner äußeren Rohrmantelflä­ chen derart durch Einbauchungen reduziert wird, daß beim Einpressen eines Dornes mit Ausbauchungen in den Formhohl­ raum die Einbauchungen an den äußeren Rohrmantelflächen im wesentlichen parallel zurückgeformt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in das mit Einbauchungen versehene Kupferrohr (30) ein Dorn mit Ausbauchungen eingepreßt und das Rohr (30) mittels Sprengstoff verformt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr vor dem Einpressen des Dornes mit Ausbauchungen auf einen vorgegebenen Radius einer Kreis­ bogenstranggießanlage gebogen wird.