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EP2200767A1 - Kokille zum stanggiessen von metall und verfahren zum herstellen einer derartigen kokille - Google Patents

Kokille zum stanggiessen von metall und verfahren zum herstellen einer derartigen kokille

Info

Publication number
EP2200767A1
EP2200767A1 EP08801745A EP08801745A EP2200767A1 EP 2200767 A1 EP2200767 A1 EP 2200767A1 EP 08801745 A EP08801745 A EP 08801745A EP 08801745 A EP08801745 A EP 08801745A EP 2200767 A1 EP2200767 A1 EP 2200767A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
guide means
holding element
nozzle plate
mold according
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.)
Granted
Application number
EP08801745A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2200767B1 (de
Inventor
Oliver Moos
Rudolf Bossard
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.)
Gautschi Engineering GmbH
Original Assignee
Gautschi Engineering GmbH
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 Gautschi Engineering GmbH filed Critical Gautschi Engineering GmbH
Priority to SI200830788T priority Critical patent/SI2200767T1/sl
Priority to EP12174621.8A priority patent/EP2511027A3/de
Priority to PL08801745T priority patent/PL2200767T3/pl
Publication of EP2200767A1 publication Critical patent/EP2200767A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2200767B1 publication Critical patent/EP2200767B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/045—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for horizontal casting
    • B22D11/047—Means for joining tundish to mould
    • B22D11/0475—Means for joining tundish to mould characterised by use of a break ring
    • 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
    • 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
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting

Definitions

  • the invention relates to a mold for the continuous casting of metal according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a mold.
  • a mold of this type is known for example from EP 1 245 310 Bl.
  • the known H disclosekopfkokille comprises a plurality of axially and concentrically arranged rings, which together form the flow channel of the mold.
  • the inlet opening of the mold is delimited by the hot head or the warm hood, which comprises an inner ring made of a refractory material, and an outer ring enclosing the inner ring radially on the outside.
  • the outer ring forms at its rear end in the casting direction a flange which is connected to the mold housing.
  • the refractory inner ring of the hot hood is clamped axially by a clamp ring attached to the Kokilleneintrittsseite.
  • the clamping ring engages over both the inner and the outer ring, wherein the outer ring is slightly shorter in the longitudinal direction than the inner ring, so that the inner ring is axially fixed by a suitable screwing the clamping ring with the outer ring.
  • the hot head is followed by a ring system in the flow direction, which is provided for the supply of the release agent and has a functional ring and a release agent distributor.
  • the functional ring forms part of the mold tread which is cooled by a cooling system.
  • the inlet side of the mold is connected to a ladle and the outlet side to a strand conveyor.
  • the molds commonly used for horizontal continuous casting are similarly constructed.
  • the molds provided for horizontal continuous casting have a nozzle plate, which are arranged perpendicular to the flow direction or strand withdrawal direction.
  • the nozzle plate is made of a refractory material and has a nozzle opening through which the molten metal passes into the mold.
  • the nozzle plate is followed by a running surface provided with an oil supply in the flow direction or strand withdrawal direction, which is cooled.
  • the invention has the object to improve a mold of the type mentioned in terms of a reliable, failure-free operation of the mold.
  • An essential point of the invention is to provide a mold for continuous casting of metal, which has a coolable running surface and a molten metal guide means comprising a refractory material, which is upstream of the tread in the flow direction.
  • the guide means is radially biased.
  • the invention comprises both vertical casting molds and horizontal casting molds.
  • the guide element is press-connected to a holding element, in particular a retaining ring.
  • a holding element in particular a retaining ring.
  • the radial bias of the guide element may be realized in a simple manner.
  • an outer circumferential surface of the guide means and an inner peripheral surface of the holding element may each be conical or cylindrical.
  • the conical design is a cone press connection and in the case of the cylindrical formation to a shrinkage bandage.
  • a radially tensioned sleeve can be arranged on the outer circumference of the guide element, whereby likewise the radial pretensioning is realized.
  • the guide element comprises a nozzle plate, which is arranged substantially perpendicular to the flow or strand withdrawal direction.
  • This embodiment is suitable for horizontal continuous casting.
  • the guide means may alternatively comprise a hot hood forming an axial flow channel. This embodiment is intended for vertical continuous casting.
  • the holding element in particular the retaining ring is formed in two parts, so that the two parts of the holding element, in particular the retaining ring can take on different functions.
  • the holding element is not limited to the two-part form, but may generally be formed in several parts.
  • the holding element in particular the retaining ring comprises a fastening means and a clamping means, wherein the fastening means and the clamping means are biased in the axial direction of the mold, in particular biased against each other.
  • the fastening means the retaining element, in particular the retaining ring, for example, be attached to the housing of the mold, wherein the radial bias of the guide means is applied by the clamping means.
  • the fastening means and the clamping means in the axial direction of the mold, in particular biased against each other.
  • the clamping means is adapted such that the bias acting in the axial direction of the mold between the clamping means and the fastening means in the region of the guide means has a radial component, so that the guide means can be acted upon with a radial bias.
  • the inventive method for producing a mold is based on the idea to connect a guide means for molten metal comprising a refractory material and a coolable running surface, wherein the guide means is radially biased.
  • the guide means is connected to a holding element, in particular a retaining ring, which comprises a fastening means and a tensioning means.
  • the fastening means and the clamping means are biased in the axial direction of the mold, in particular against each other.
  • the method has the advantage to set the radial bias of the guide means targeted, in which the clamping means is acted upon by a predetermined axial bias. In addition, this can be centered by the guide means for mounting by the clamping means.
  • Fig. 1 is a plan view of the inlet side (left view) and the outlet side (right view) of a mold according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the mold according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is a detail view of Fig. 2;
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a mold according to a further embodiment
  • Fig. 5 is a detail view of FIG. 4;
  • FIGS. 6a-h show a sequence of assembly steps for mounting the mold according to FIG. 4;
  • FIGS. 7a-c show a sequence of alternative assembly steps for mounting a mold according to a further exemplary embodiment.
  • Figures 1 to 5 show molds intended for horizontal continuous casting of metal. The invention is also applicable to molds for vertical continuous casting.
  • the mold shown in Figures 1 to 3 is constructed as follows.
  • the mold 10 includes a molten metal guide 12 formed, for example, as a nozzle plate 12a in the case of a horizontal mold.
  • the nozzle plate 12a is arranged substantially perpendicular to the flow or strand withdrawal direction and has a kidney-shaped nozzle opening 12b in the lower region of the nozzle plate 12a.
  • the nozzle opening 12b is flowed through during operation of molten metal, which fills the arranged in the flow direction or strand withdrawal direction behind the nozzle plate 12a cavity of the mold or channel.
  • the mold 10 also has a running surface 11 which is arranged downstream of the nozzle plate 12a in the strand withdrawal direction S.
  • the tread 11 comprises a per se known cooling system 19, which cools them to the desired temperature.
  • a lubricating oil supply system 20 is arranged, which may have, for example, a plurality of distributed over the circumference of the tread 11 graphite pins 17.
  • the graphite pins 17 are each provided with a bore 18 for oil supply, through which oil is pressed into the graphite pins 17, which exits at the running surface 11 and serves to lubricate the strand (FIG. 3).
  • the nozzle plate 12a is mounted in a holding element 13, which is fixedly connected to a housing 10a of the mold, for example screwed.
  • the holding element 13 is designed as a retaining ring.
  • the circular cross-section nozzle plate 12a has an outer peripheral surface 14 which is conically shaped. In this case, the outer circumferential surface 14 tapers counter to the strand withdrawal direction S.
  • An inner surface 15 of the holding element 13 is designed to be complementary in a conical manner to the outer peripheral surface 14 of the nozzle plate 12a and abuts against it in the installed state.
  • the nozzle plate 12a and the holding member 13 thereby form a Cone Press Association.
  • the outer peripheral surface 14 of the nozzle plate 12 a is acted upon by a radial force which induces a compressive stress in the nozzle plate 12.
  • the conical arrangement of the respective contact surfaces of the nozzle plate 12a and the holding member 13 also allow axial storage of the nozzle plate 12a, whereby a total of a compact and robust design of the mold is achieved.
  • an elastic element 12 c for example, a felt insert may be arranged, whereby a uniformity of the contact pressure is achieved. It is also possible to dispense with the felt insert so that the inner surface of the retaining element 13 bears directly against the outer peripheral surface 14 of the nozzle plate 12a.
  • a projection 12d is provided, which is machined as a sealing surface. This projection 12d abuts a radially outer edge of the tread Ha so that the nozzle plate 12a is axially secured.
  • the projection 12d thereby forms a projection 16, which projects in the radial direction over the running surface 11.
  • the projection 16 serves to compensate for the change in diameter due to the thermal expansion of the nozzle plate 12a, so that in operation no edge of the running surface 11 opposite the strand withdrawal direction S is formed.
  • the retaining element 13 is, as mentioned, designed as a retaining ring, in particular as a conical ring with a radial flange, which is fastened to the housing of the mold 10.
  • a shrinkage bond between the nozzle plate 12a and the holding member 13 can be used, in which case the contact surfaces are cylindrical.
  • Another way to apply the radial bias is to arrange a sleeve on the outer circumference of the nozzle plate 12a, which is radially stretched. It is also possible to dispose a plurality of radially arranged screws distributed over the outer circumference of the nozzle plate 12a, which press respective arcuate holding pieces against the outer periphery of the nozzle plate 12a.
  • FIGS. 4 and 5 a further embodiment of the invention is shown, in which the holding element 13, in particular the retaining ring is formed in two parts.
  • the holding element 13 comprises at least two components which are joined together for the assembly of the nozzle plate 12a.
  • the holding element can also be composed of more than two components.
  • the installation position of the holding element 13 in the 4 corresponds essentially to the installation position of the holding element 13 in the embodiment of FIG. 1.
  • the holding element 13 according to FIGS. 4 and 5 comprises a fastening means 13a and a tensioning means 13b Fixing means 13a and the clamping means 13b in the axial direction of the mold, ie are biased in the strand withdrawal direction S against each other.
  • the fastening means 13a comprises a nozzle press ring or mounting ring.
  • the tensioning means 13b comprises a pressure ring.
  • the fastening means 13a and the Düsenanpressring is screwed in the installed state with the housing 10a of the mold or generally connected.
  • a plurality of openings are provided on the outer circumference of the fastening means 13a, which are aligned with correspondingly arranged threaded bores in the housing 10a.
  • the fastening means 13a is screwed by means of fastening screws 24 to the housing 10a, wherein the fastening means 13a and the Düsenanpressring abuts against an outer surface 10b of the housing 10a, which is substantially perpendicular to the strand withdrawal direction.
  • the fastening means 13a further has threaded bores for biasing means 25, in particular for threaded pins 23.
  • the biasing means 25 are arranged distributed over the circumference of the fastening means 13 a with uniform intervals. As shown in Fig.
  • the fastening means 13 a associated with the fastening means 13 a is similar to the embodiment of Figures 1 to 3 as a cone-shaped retaining ring, in particular formed as a pressure ring.
  • the tensioning means 13b is not connected directly to the housing 10a. Rather, the clamping means 13b or the pressure ring is connected to the fastening means 13a or to the Düsenanpressring.
  • the clamping means 13a or the pressure ring has a plurality of formed in an end face and on the circumference distributed holes in each of which a compression spring 21 is arranged. This can also be seen well in FIG. 6a.
  • the holes in the clamping means 13b with the compression springs 21 are aligned in the installed position with the holes for the setscrews 23 and the biasing means 25, so that the set screws 23 engage in the holes in the clamping means 13b with the compression springs 21.
  • the compression springs 21 are pressed together, so that the fastening means 13a and the clamping means 13b are biased against each other in the axial direction of the mold. This means that the tensioning means 13b and the fastening means 13a are pressed apart by a spring force.
  • the clamping means 13b is adapted in particular by a conical inner surface 15, so that the axial prestress between the fastening means 13a and the clamping means 13b in the region of the inner surface 15 has a radial component which is introduced into the nozzle plate 12a.
  • a press connection is formed between the holding element 13, in particular the tensioning means 13b of the holding element 13 and the guide means 12, in particular the nozzle plate 12a, through which the guide means 12 or the nozzle plate 12a is subjected to a radial prestress.
  • the springs in particular the compression springs 21, are inserted into the tensioning means 13b or the pressure ring (FIG. 6a).
  • the fastening means 13a and the Düsenanpressring and the clamping means 13b or the pressure ring with the fitting screws 22 is connected (Fig. 6b).
  • the setscrews 23 are screwed into the holes provided, which are aligned with the holes in the clamping means 13b, in which the compression springs 21 are arranged.
  • the compression springs are tensioned, so that the fastening means 13a and the clamping means 13b are biased against each other.
  • the nozzle plate 12a and the transition piece 12e Prior to insertion of the retaining element 13, the nozzle plate 12a and the transition piece 12e are centered ( Figure 6d). Then, the arrangement of the fastening means 13a and the clamping means 13b and the arrangement of the Düsenanpressring and the pressure ring is inserted into the mold.
  • the fastening means 13a is fixedly screwed by the fastening screws 24 to the housing 10a (FIG. 6e).
  • the fitting screws 22 are removed, advantageously the fitting screws 22 are screwed out stepwise and crosswise.
  • the clamping means 13b is arranged relatively movable to the fastening means 13a. For this purpose, the gap between the nozzle plate 12a and the housing 10a is sufficiently large.
  • the tensioning means 13b is therefore automatically placed on the cone of the nozzle plate 12a due to the axial bias between the tensioning means 13b and the fixing means 13a, that is, on the outer peripheral surface 14 of the nozzle plate 12a (Fig. 6
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 7a to 7c is based on a prestress acting in the axial direction between the tensioning means 13b and the fastening means 13a.
  • the holding element 13 is similar in structure, as the holding element 13 according to Figures 4 and 5 and accordingly comprises a fastening means 13a and a clamping means associated therewith 13b, which may be formed in each case as Düsenanpressring and as a pressure ring.
  • no compression spring is provided in the tensioning means 13b in the exemplary embodiment according to FIGS. 7a to 7c.
  • the axial prestressing between the tensioning means 13b and the fastening means 13a is effected only by the threaded pins 23 which, in the installed position (FIG. 7c), bear against the end face of the tensioning means 13b, i. the perpendicular to the axial direction of the mold arranged front surface of the clamping means 13b or pressure ring.
  • the clamping means 13b is pressed onto the conical outer peripheral surface 14 of the nozzle plate 12a and applied to these with a radial bias.
  • FIG. 7a to 7c allows a very simple construction, in which the uniform application of the radial bias of the nozzle plate 12a is achieved by tightening the screws 23 with a constant torque.
  • other biasing means 25 may be used, by which the tensioning means 13b is acted upon by a spring force.
  • the Ver- Bond between the fastening means 13 a and the housing 10 a can be done with other elements instead of the fastening screws 24.
  • the invention is also applicable to vertical casting molds, wherein instead of the nozzle plate 12a, the inner ring of the hot hood, which is made of refractory material, is radially biased. Due to the comparatively long axial extension of the inner ring of the hot hood, the radial prestress is preferably effected by a shrink ring arranged on the outer circumference of the inner ring.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille (10) zum Stranggießen von Metall mit einer gekühlten Lauffläche (11) und einem Führungsmittel (12) für Metallschmelze umfassend ein feuerfestes Material, wobei das Führungsmittel (12) der Lauffläche (11) in Strömungsrichtung vorgeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungsmittel (12) radial vorgespannt ist.

Description

Kokille zum Stranggießen von Metall und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kokille
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kokille. Eine Kokille dieser Art ist beispielsweise aus der EP 1 245 310 Bl bekannt.
Dabei handelt es sich um eine Heißkopfkokille, die zum vertikalen Stranggießen eingesetzt wird. Die bekannte Heißkopfkokille umfasst mehrere axial und konzentrisch angeordnete Ringe, die zusammen den Strömungskanal der Kokille bilden. Die Eintrittsöffnung der Kokille wird durch den Heißkopf bzw. die Warmhaube begrenzt, der einen Innenring aus einem feuerfesten Material umfasst sowie einen den Innenring radial außen umschließenden Außenring. Der Außenring bildet an seinem in Gießrichtung hinteren Ende einen Flansch, der mit dem Kokillengehäuse verbunden ist. Der feuerfeste Innenring der Warmhaube ist durch einen an der Kokilleneintrittsseite befestigten Klemmring axial eingeklemmt. Dazu übergreift der Klemmring sowohl den Innen- als auch den Außenring, wobei der Außenring in Längsrichtung etwas kürzer, als der Innenring ausgebildet ist, so dass der Innenring durch eine geeignete Verschraubung des Klemmringes mit dem Außenring axial fixiert ist. Dem Heißkopf ist ein Ringsystem in Strömungsrichtung nachgeordnet, das für die Zufuhr des Trennmittels vorgesehen ist und einen Funktionsring sowie einen Trennmittelverteiler aufweist. Der Funktionsring bildet einen Teil der Kokillenlauffläche, die durch ein Kühlsystem gekühlt ist. Die Eintrittsseite der Kokille ist mit einer Gießpfanne und die Austrittsseite mit einer Strangfördereinrichtung verbunden.
Die üblicherweise zum horizontalen Stranggießen eingesetzten Kokillen sind ähnlich aufgebaut. Im Unterschied zu den für das vertikale Stranggießen konzipierten Kokillen, weisen die für das horizontale Stranggießen vorgesehenen Kokillen eine Düsenplatte auf, die senkrecht zur Strömungsrichtung bzw. Strangabzugsrichtung angeordnet sind. Die Düsenplatte ist aus einem feuerfesten Material hergestellt und weist eine Düsenöffnung auf, durch die die Metallschmelze in die Kokille gelangt. Der Düsenplatte ist eine mit einer Ölzufuhr ausgestatteten Lauffläche in Strömungsrichtung bzw. Strangabzugsrichtung nachgeordnet, die gekühlt ist.
Insbesondere beim Angießen entstehen im Bereich der Warmhaube bzw. der Düsenplatte starke Temperaturgradienten, die zu einer thermisch induzierten Dimensionsänderung der Düsenplatte bzw. der Warmhaube führen. Aufgrund der Wärmeausdehnung der Düsenplatte bzw. der Warmhaube werden im Material Eigenspannungen erzeugt, die zu Rissen führen können bzw. zu Rissen führen. Im schlimmsten Fall tritt ein Schmelzedurchbruch (Bleeding) ein und die Kokille versagt.
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine zuverlässigen, versagensfreien Betrieb der Kokille zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht darin, eine Kokille zum Stranggießen von Metall anzugeben, die eine kühlbare Lauffläche und ein Führungsmittel für Metallschmelze umfassend ein feuerfestes Material aufweist, das der Lauffläche in Strömungsrichtung vorgeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Führungsmittel radial vorgespannt.
Durch die radiale Vorspannung des Führungsmittels wird die Bildung von Zugspannungen im feuerfesten Material verringert bzw. gänzlich aufgehoben, die durch Wärmedehnung entstehen können. Dadurch wird das Risiko der Rissbildung gesenkt. Für den Fall, dass trotzdem ein Riss im Führungsmittel entsteht, wird durch die radiale Vorspannung erreicht, dass die Rissausbreitung begrenzt und eine Vergrößerung des Risses vermieden wird. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherung geschaffen, die das Risiko des Versagens der Kokille aufgrund von Schmelzedurchbruch verringert.
Die Erfindung umfasst sowohl Vertikalgießkokillen als auch Horizontalgießkokillen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Führungselement mit einem Halteelement, insbesondere einem Haltering pressverbunden. Damit wird auf einfache Weise die radiale Vorspannung des Führungselementes realisiert. Dabei kann eine Außenum- fangsfläche des Führungsmittels und eine Innenumfangsfläche des Halteelementes jeweils konisch oder zylindrisch ausgebildet sein. Im Fall der konischen Ausbildung handelt es sich um eine Kegelpressverbindung und im Fall der zylindrischen Ausbildung um einen Schrumpfverband.
Alternativ kann am Außenumfang des Führungselementes eine radial gespannte Manschette angeordnet sein, wodurch ebenfalls die radiale Vorspannung realisiert wird.
Vorzugsweise umfasst das Führungselement eine Düsenplatte, die im Wesentlichen senkrecht zur Strömungs- bzw. Strangabzugsrichtung angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist zum horizontalen Stranggießen geeignet. Das Führungsmittel kann alternativ eine Warmhaube umfassen, die einen axialen Strömungskanal bildet. Diese Aus führungs form ist für das vertikale Stranggießen vorgesehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Halteelement, insbesondere der Haltering zweiteilig ausgebildet, so dass die beiden Teile des Halteelementes, insbesondere des Halteringes verschiedene Funktionen übernehmen können. Das Halteelement ist nicht auf die zweiteilige Form eingeschränkt, sondern kann allgemein mehrteilig ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst das Halteelement, insbesondere der Haltering ein Befestigungsmittel und ein Spannmittel, wobei das Befestigungsmittel und das Spannmittel in axialer Richtung der Kokille vorgespannt, insbesondere gegeneinander vorgespannt sind. Durch das Befestigungsmittel kann das Halteelement, insbesondere der Haltering beispielsweise am Gehäuse der Kokille befestigt werden, wobei die radiale Vorspannung des Führungsmittels durch das Spannmittel aufgebracht wird. Dazu sind das Befestigungsmittel und das Spannmittel in axialer Richtung der Kokille, insbesondere gegeneinander vorgespannt. Dies hat den Vorteil, dass eine kompakte und robuste Bauweise der Kokille erreicht wird, wobei die radiale Vorspannung des Führungsmittels genau und reproduzierbar eingestellt werden kann. Dabei ist das Spannmittel derart angepasst, dass die in axialer Richtung der Kokille wirkende Vorspannung zwischen dem Spannmittel und dem Befestigungsmittel im Bereich des Führungsmittels eine radiale Komponente aufweist, so dass das Führungsmittel mit einer radialen Vorspannung beaufschlagt werden kann.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Kokille liegt der Gedanke zugrunde, ein Führungsmittel für Metallschmelze umfassend ein feuerfestes Material und eine kühlbare Lauffläche zu verbinden, wobei das Führungsmittel radial vorgespannt wird. Das Führungsmittel wird mit einem Halteelement, insbesondere einem Haltering verbunden, der ein Befestigungsmittel und ein Spannmittel umfasst. Das Befestigungsmittel und das Spannmittel werden in axialer Richtung der Kokille, insbesondere gegeneinander vorgespannt.
Das Verfahren bietet den Vorteil, die radiale Vorspannung des Führungsmittels gezielt einzustellen, in dem das Spannmittel mit einer vorbestimmten axialen Vorspannung beaufschlagt wird. Außerdem kann dadurch das Führungsmittel für die Montage durch das Spannmittel zentriert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher beschrieben.
In diesen zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Eintrittsseite (linke Darstellung) bzw. die Austrittsseite (rechte Darstellung) einer Kokille nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kokille gemäß Fig. 1; und
Fig. 3 eine Detailansicht aus Fig. 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Kokille nach einem weiteren Ausführungsbeispiel; Fig. 5 eine Detailansicht gemäß Fig. 4;
Figuren 6a — h eine Abfolge von Montageschritten zum Montieren der Kokille gemäß Fig. 4; und
Figuren 7a - c eine Abfolge alternativer Montageschritte zum Montieren einer Kokille nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Figuren 1 bis 5 zeigen Kokillen, die für das horizontale Stranggießen von Metall vorgesehen ist. Die Erfindung ist auch auf Kokillen zum vertikalen Stranggießen anwendbar.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Kokille ist wie folgt aufgebaut.
Die Kokille 10 umfasst ein Führungsmittel 12 für Metallschmelze, das beispielsweise als Düsenplatte 12a, im Fall einer Horizontalgießkokille, ausgebildet ist. Die Düsenplatte 12a ist im Wesentlichen senkrecht zur Strömungs- bzw. Strangabzugsrichtung angeordnet und weist eine nierenförmige Düsenöffnung 12b im unteren Bereich der Düsenplatte 12a auf. Die Düsenöffnung 12b wird im Betrieb von Metallschmelze durchströmt, die den in Strömungsrichtung bzw. Strangabzugsrichtung hinter der Düsenplatte 12a angeordneten Hohlraum der Kokille bzw. Kanal füllt. Die Kokille 10 weist ferner eine Lauffläche 11 auf, die der Düsenplatte 12a in Strangsabzugsrichtung S nachgeordnet ist. Die Lauffläche 11 umfasst ein an sich bekanntes Kühlsystem 19, das diese auf die angestrebte Temperatur kühlt. Im Anschluss an die Düsenplatte 12a ist ein Schmierölzufuhrsystem 20 angeordnet, das beispielsweise eine Vielzahl von über den Umfang der Lauffläche 11 verteilte Graphitstifte 17 aufweisen kann. Die Graphitstifte 17 sind jeweils mit einer Bohrung 18 für die Ölzufuhr versehen, durch die Öl in die Graphitstifte 17 gepresst wird, das an der Lauffläche 11 austritt und zur Schmierung des Stranges dient (Fig. 3).
Die Düsenplatte 12a ist in einem Halteelement 13 gelagert, das mit einem Gehäuse 10a der Kokille fest verbunden, beispielsweise verschraubt ist. Das Halteelement 13 ist dabei als Haltering ausgebildet. Wie besonders gut in Fig. 3 zu erkennen, weist die im Querschnitt kreisförmig ausgebildete Düsenplatte 12a eine Außenumfangsfläche 14 auf, die konisch geformt ist. Dabei verjüngt sich die Außenumfangsfläche 14 entgegen der Strangsabzugsrichtung S. Eine Innenfläche 15 des Halteelementes 13 ist komplementär konisch zur Außenumfangsfläche 14 der Düsenplatte 12a ausgebildet und liegt im Einbauzustand an dieser an. Die Düsenplatte 12a und das Halteelement 13 bilden dabei einen Kegelpressverband. Dadurch wird die Außenumfangs fläche 14 der Düsenplatte 12a mit einer radialen Kraft beaufschlagt, die eine Druckspannung in der Düsenplatte 12 induziert. Die konusförmige Anordnung der jeweiligen Kontaktflächen der Düsenplatte 12a und des Halteelementes 13 ermöglichen überdies eine axiale Lagerung der Düsenplatte 12a, wodurch insgesamt eine kompakte und robuste Ausbildung der Kokille erreicht wird.
Zwischen dem Halteelement 13 und der Kokille 10 kann ein elastisches Element 12c, beispielsweise eine Filzeinlage angeordnet sein, wodurch eine Vergleichmäßigung der Anpresskraft erreicht wird. Auf die Filzeinlage kann auch verzichtet werden, so dass die In- nenumfangs fläche des Halteelementes 13 direkt an der Außenumfangs fläche 14 der Düsenplatte 12a anliegt. An der in Strangabzugsrichtung S vorderen Stirnseite der Düsenplatte 12a ist ein Vorsprung 12d vorgesehen, der als Dichtfläche bearbeitet ist. Dieser Vorsprung 12d liegt an einer radialen Außenkante der Lauffläche Ha an, so dass die Düsenplatte 12a axial gesichert ist. Der Vorsprung 12d bildet dabei einen Überstand 16, der in radialer Richtung über die Lauffläche 11 vorsteht. Der Überstand 16 dient dazu, die Durchmesseränderung aufgrund der Wärmeausdehnung der Düsenplatte 12a zu kompensieren, so dass im Betrieb keine der Strangabzugsrichtung S entgegenstehende Kante der Lauffläche 11 gebildet wird.
Das Halteelement 13 ist, wie erwähnt, als Haltering, insbesondere als kegelförmiger Ring mit radialem Flansch ausgebildet, der am Gehäuse der Kokille 10 befestigt ist.
Für die radiale Vorspannung der Düsenplatte 12a kann auch ein Schrumpfverband zwischen der Düsenplatte 12a und dem Halteelement 13 verwendet werden, wobei in diesem Fall die Kontaktflächen zylindrisch ausgebildet sind. Eine weitere Möglichkeit zur Aufbringung der radialen Vorspannung besteht darin, eine Manschette am Außenumfang der Düsenplatte 12a anzuordnen, die radial gespannt wird. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von radial angeordneten Schrauben über den Außenumfang der Düsenplatte 12a verteilt anzuordnen, die jeweils bogenförmige Haltestücke gegen den Außenumfang der Düsenplatte 12a pressen.
In den Figuren 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem das Halteelement 13, insbesondere der Haltering zweiteilig ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Halteelement 13 wenigstens zwei Bauteile umfasst, die für die Montage der Düsenplatte 12a zusammengefügt werden. Das Halteelement kann auch aus mehr als zwei Bauteilen zusammengesetzt sein. Die Einbaulage des Halteelementes 13 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 entspricht im Wesentlichen der Einbaulage des Halteelementes 13 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfasst das Halteelement 13 gemäß den Figuren 4 und 5 ein Befestigungsmittel 13a und ein Spannmittel 13b, wobei das Befestigungsmittel 13a und das Spannmittel 13b in axialer Richtung der Kokille, d.h. in Strangabzugsrichtung S gegeneinander vorgespannt sind. Das Befestigungsmittel 13a umfasst dabei einen Düsenan- pressring bzw. Montagering. Das Spannmittel 13b umfasst einen Druckring. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das Befestigungsmittel 13a bzw. der Düsenanpressring im eingebauten Zustand mit dem Gehäuse 10a der Kokille verschraubt bzw. allgemein verbunden. Dazu sind am Außenumfang des Befestigungsmittels 13a mehrere Öffnungen vorgesehen, die mit entsprechend angeordneten Gewindebohrungen im Gehäuse 10a fluchten. Das Befestigungsmittel 13a wird mittels Befestigungsschrauben 24 mit dem Gehäuse 10a verschraubt, wobei das Befestigungsmittel 13a bzw. der Düsenanpressring an einer Außenfläche 10b des Gehäuses 10a anliegt, die im Wesentlichen senkrecht zur Strangabzugsrichtung erstreckt ist. Das bedeutet, dass das Befestigungsmittel 13a bzw. der Düsenanpressring im Wesentlichen planparellel zur Düsenplatte 12a bzw. allgemein zum Führungsmittel 12 angeordnet ist. Das Befestigungsmittel 13a weist ferner Gewindebohrungen für Vorspannmittel 25, insbesondere für Gewindestifte 23 auf. Die Vorspannmittel 25 sind über den Umfang des Befestigungsmittels 13a mit gleichmäßigen Abständen verteilt angeordnet. Wie in Fig. 6b dargestellt, sind auf dem selben Umfang wie die Vorspannmittel 25 bzw. die Gewindestifte 23 Bohrungen für Passschrauben 22 vorgesehen. Das bedeutet, dass das Befestigungsmittel 13a bzw. der Düsenanpressring sowohl Bohrungen für Passschrauben 22 als auch Bohrungen für Gewindestifte 23 aufweist, wobei beispielsweise vier Bohrungen für Passschrauben 22 und acht Bohrungen für Gewindestifte 23 vorgesehen sein können. Eine andere Anzahl von Bohrungen für die Passschrauben 22 bzw. Gewindestifte 23 ist möglich. Die Funktion der Passschrauben 22 betrifft in erster Linie die Montage und wird im Zusammenhang mit dem Montageverfahren anhand der Figuren 6a bis h näher erläutert.
Wie in Fig. 5 weiter gezeigt, ist dem Befestigungsmittel 13a das Spannmittel 13b zugeordnet. Das Spannmittel 13b ist ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 als konusförmiger Haltering, insbesondere als Druckring ausgebildet. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Spannmittel 13b nicht direkt mit dem Gehäuse 10a verbunden. Vielmehr ist das Spannmittel 13b bzw. der Druckring mit dem Befestigungsmittel 13a bzw. mit dem Düsenanpressring verbunden. Dazu weist das Spannmittel 13a bzw. der Druckring mehrere in einer Stirnfläche ausgebildete und auf dem Umfang verteilte Bohrungen auf, in denen jeweils eine Druckfeder 21 angeordnet ist. Dies ist auch gut in Fig. 6a zu erkennen. Die Bohrungen im Spannmittel 13b mit den Druckfedern 21 sind in der Einbaulage mit den Bohrungen für die Gewindestifte 23 bzw. die Vorspannmittel 25 ausgerichtet, so dass die Gewindestifte 23 in die Bohrungen im Spannmittel 13b mit den Druckfedern 21 eingreifen. Dabei werden die Druckfedern 21 zusammengepresst, so dass das Befestigungsmittel 13a und das Spannmittel 13b in axialer Richtung der Kokille gegeneinander vorgespannt sind. Das bedeutet, dass das Spannmittel 13b und das Befestigungsmittel 13a durch eine Federkraft auseinander gedrückt werden. Das Spannmittel 13b ist derart angepasst insbesondere durch eine konusförmige Innenfläche 15, so dass die axiale Vorspannung zwischen dem Befestigungsmittel 13a und dem Spannmittel 13b im Bereich der Innenfläche 15 eine radiale Komponente aufweist, die in die Düsenplatte 12a eingeleitet wird.
Dadurch wird eine Pressverbindung zwischen dem Halteelement 13, insbesondere dem Spannmittel 13b des Halteelementes 13 und dem Führungsmittel 12, insbesondere der Düsenplatte 12a gebildet, durch die das Führungsmittel 12 bzw. die Düsenplatte 12a mit einer radialen Vorspannung beaufschlagt wird.
Das Verfahren zur Herstellung der Kokille nach dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4, 5 wird anhand der Figuren 6a — 6h beschrieben. Dabei werden zunächst die Federn, insbesondere die Druckfedern 21 in das Spannmittel 13b bzw. den Druckring eingesetzt (Fig. 6a). Sodann wird das Befestigungsmittel 13a bzw. der Düsenanpressring und das Spannmittel 13b bzw. der Druckring mit den Passschrauben 22 verbunden (Fig. 6b). In diesem Zustand werden die Gewindestifte 23 in die dafür vorgesehenen Bohrungen eingeschraubt, die mit den Bohrungen im Spannmittel 13b fluchten, in denen die Druckfedern 21 angeordnet sind. Dadurch werden die Druckfedern gespannt, so dass das Befestigungsmittel 13a und das Spannmittel 13b gegeneinander vorgespannt werden.
Vor dem Einsetzen des Halteelementes 13 werden die Düsenplatte 12a und das Übergangsstück 12e mittig ausgerichtet (Fig. 6d). Daraufhin wird die Anordnung aus dem Befestigungsmittel 13a und dem Spannmittel 13b bzw. die Anordnung aus dem Düsenanpressring und dem Druckring in die Kokille eingesetzt. Das Befestigungsmittel 13a wird durch die Befestigungsschrauben 24 mit dem Gehäuse 10a fest verschraubt (Fig. 6e). Sodann werden die Passschrauben 22 entfernt, wobei vorteilhafterweise die Passschrauben 22 schrittweise und über Kreuz herausgeschraubt werden. Dadurch ist das Spannmittel 13b relativ beweglich zum Befestigungsmittel 13a angeordnet. Dazu ist der Spalt zwischen der Düsenplatte 12a und dem Gehäuse 10a ausreichend groß dimensioniert. Das Spannmittel 13b wird deshalb aufgrund der axialen Vorspannung zwischen dem Spannmittel 13b und dem Befestigungsmittel 13a automatisch auf den Konus der Düsenplatte 12a aufgesetzt, d.h. auf die Außenumfangs fläche 14 der Düsenplatte 12a (Fig. 6g).
Daraufhin werden die Gewindestifte 23 nur so weit eingedreht, bis der Anschlag der Gewindestifte 23 am Spannelement 13b spürbar wird. Damit wird erreicht, dass die radiale Vorspannung des Düsenringes im Wesentlichen über die Druckfedern 21 aufgebracht wird, die dementsprechend gleichmäßig über den Umfang der Düsenplatte 12a verteilt ist.
In den Figuren 7a bis 7c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das auf dem selben Prinzip beruht, wie das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4 und 5.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7a bis 7c beruht auf einer in axialer Richtung wirkenden Vorspannung zwischen dem Spannmittel 13b und dem Befestigungsmittel 13a. Dazu ist das Halteelement 13 ähnlich aufgebaut, wie das Halteelement 13 gemäß den Figuren 4 und 5 und umfasst demnach ein Befestigungsmittel 13a sowie ein diesem zugeordnetes Spannmittel 13b, die jeweils als Düsenanpressring und als Druckring ausgebildet sein können. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 4 und 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7a bis 7c keine Druckfeder im Spannmittel 13b vorgesehen. Die axiale Vorspannung zwischen dem Spannmittel 13b und dem Befestigungsmittel 13a wird dabei nur durch die Gewindestifte 23 bewirkt, die in der Einbaulage (Fig. 7c) an der Stirnfläche des Spannmittels 13b anliegen, d.h. der senkrecht zur axialen Richtung der Kokille angeordneten vorderen Fläche des Spannmittels 13b bzw. Druckrings. Durch Eindrehen der Gewindestifte 23 wird das Spannmittel 13b auf die konusförmige Außenumfangs fläche 14 der Düsenplatte 12a gepresst und beaufschlagt diese mit einer radialen Vorspannung.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7a bis 7c ermöglicht eine sehr einfache Bauweise, bei der die gleichmäßige Aufbringung der radialen Vorspannung der Düsenplatte 12a durch das Anziehen der Gewindestifte 23 mit einem konstanten Drehmoment erreicht wird. Anstelle der Gewindestifte 23 können andere Vorspannmittel 25 verwendet werden, durch die das Spannmittel 13b mit einer Federkraft beaufschlagt wird. Die Ver- bindung zwischen dem Befestigungsmittel 13a und dem Gehäuse 10a kann mit anderen Elementen anstelle der Befestigungsschrauben 24 erfolgen. Das selbe gilt für die Passschrauben 22, die durch andere Verbindungsmittel ausgetauscht werden können.
Die Erfindung ist auch auf Vertikalgießkokillen anwendbar, wobei anstelle der Düsenplatte 12a der Innenring der Warmhaube, der aus feuerfestem Material hergestellt ist, radial vorgespannt wird. Aufgrund der vergleichsweise langen axialen Erstreckung des Innenrings der Warmhaube erfolgt die radiale Vorspannung vorzugsweise durch einen am Außenumfang des Innenringes angeordneten Schrumpfring.
Bezugszeichenliste
10 Kokille
10a Gehäuse
10b Außenfläche
11 Lauffläche
I Ia Außenkante der Lauffläche
12 Führungsmittel
12a Düsenplatte
12b Düsenöffnung
12c elastisches Element
12d Vorsprung
12e Übergangsstück
13 Halteelement
13a Befestigungsmittel
13b Spannmittel
14 Außenumfangsfläche
15 Innenfläche
16 Überstand
17 Graphitstifte
18 Bohrung
19 Kühlsystem
20 Schmierölzufuhrsystem
21 Druckfeder
22 Passschrauben Cjewindestifte
Befestigungsschrauben
Vorspannmittel
Strangabzugsrichtung

Claims

Ansprüche
1. Kokille (10) zum Stranggießen von Metall mit einer kühlbaren Lauffläche (11) und einem Führungsmittel (12) für Metallschmelze umfassend ein feuerfestes Material, wobei das Führungsmittel (12) der Lauffläche (11) in Strömungsrichtung vorgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (12) radial vorgespannt ist.
2. Kokille nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (12) mit einem Halteelement (13), insbesondere einem Haltering pressverbunden ist.
3. Kokille nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenumfangsfläche (14) des Führungsmittels (12) und eine Innenumfangs- fläche (15) des Halteelementes (13) jeweils konisch ausgebildet sind.
4. Kokille nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenumfangsfläche (14) des Führungselementes (12) und eine Innenum- fangsfläche (15) des Halteelementes (13) jeweils zylindrisch ausgebildet sind.
5. Kokille nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Führungsmittels (12) eine radial gespannte Manschette angeordnet ist.
6. Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (12) eine Düsenplatte (12a) umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet ist.
7. Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (12) eine Warmhaube umfasst, die einen axialen Strömungskanal bildet.
8. Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (13), insbesondere der Haltering zweiteilig ausgebildet ist.
9. Kokille nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement, insbesondere der Haltering ein Befestigungsmittel (13a) und ein Spannmittel (13b) umfassen, wobei das Befestigungsmittel (13b) und das Spannmittel (13b) in axialer Richtung der Kokille vorgespannt, insbesondere gegeneinander vorgespannt sind.
10. Verfahren zum Herstellen einer Kokille, bei dem ein Führungsmittel (12) für Metallschmelze umfassend ein feuerfestes Material mit einer kühlbaren Lauffläche (11) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (13) radial vorgespannt wird, wobei das Führungsmittel (12) mit einem Halteelement (13), insbesondere einem Haltering verbunden wird, der ein Befestigungsmittel (13a) und ein Spannmittel (13b) umfasst, und das Befestigungsmittel (13a) und das Spannmittel (13b) in axialer Richtung der Kokille, insbesondere gegeneinander vorgespannt werden.
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