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Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille und ein Verfahren zum Stranggießen von Metall, wobei die Kokille insbesondere zum vertikalen Stranggießen von Metallen oben offen ist.
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Stranggußverfahren werden seit einiger Zeit in der Stahlindustrie zur Mechanisierung bei der Stahlverfestigung eingesetzt, um die Erzeugnisausbeute zu verbessern und die Herstellungskosten zu vermindern. Es bestehen jedoch weiterhin verschiedenartige Probleme, insbesondere hinsichtlich einer Verbesserung der Oberflächengüte des Strangs.
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Beim Gießen neigt ein Strang aufgrund der Hitze zum Festfressen oder Festklemmen an der Stranggießkokille. Es würde sich dann ein Riß bilden, wenn der festgefressene Teil durch Transportwalzen von unten abgezogen wird. Dadurch würde der geschmolzene Stahl durch den Riß herausspritzen und einen ernstlichen Unfall verursachen. Um ein derartiges Festklemmen oder Festfressen zu verhindern, wird bisher entweder ein das Festfressen verhinderndes Mittel zwischen dem Stahlstück und der Kokille verwendet, oder es wird zusätzlich zu diesem das Festklemmen verhindernden Mittel die Kokille in Schwingungen versetzt, vgl. z. B. Herrmann, "Handbook on Continuous Casting", 1980, Seite 266 mit Bild 1483 und Seite 502 mit Bild 3233.
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Bei den bekannten Kokillen werden alle Teile der Kokille gemeinsam vibriert, und die Schwingungsbewegung erfolgt vorzugsweise parallel zur Ziehrichtung des Strangs. Insbesondere aufgrund des hohen Gewichtes der Kokille kann diese Schwingungsbewegung lediglich mit einer Frequenz von einigen Hz durchgeführt werden. Bei einer derartigen Oszillation treten jedoch Schwingungszeichnungen auf der Oberfläche des Stranges oder Gußstückes auf, die zu Oberflächenrissen führen können.
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Es ist auch bekannt, daß Stranggießkokillen verdünnte Abschnitte aufweisen können, gegebenenfalls auch im Bereich des Beginns der Strangkrustenbildung, vgl. z. B. Herrmann, a.a.O., Seite 260 mit Bild 1430. Bei den bekannten Kokillen dient diese Maßnahme der Steuerung der Wärmeleitung in der Kokille bzw. allgemein des Temperaturverlaufes in der Kokille und im Strang.
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Aus der BE-PS 5 00 794 ist eine Stranggießkokille zum Stranggießen von Metallen mit einem Vibrator bekannt, der die Stranggießkokille in Schwingungen versetzen soll. Der Vibrator kann an der Kokille oder dem Reservoir angebracht sein. In einer Ausführungsform ist der Vibrator in eine der Größe und Form des Vibrators angepaßte Aushöhlung in der Stranggießkokille eingesetzt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stranggießkokille und ein -verfahren zu schaffen, mit denen gezielt diejenigen Abschnitte der Kokille, an denen der heiße Strang zum Haften neigt, in Schwingung versetzt und dadurch die Oberflächengüte des Stranges verbessert wird, insbesondere die Ausbildung von Oberflächenrissen durch Festfressen des Stranges verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst, wobei die Lösung insbesondere von dem Grundgedanken ausgeht, daß gezielt der Kokillenabschnitt im Bereich des Beginns der Strangkrustenbildung so ausgebildet ist, daß dort die Wanddicke verringert ist, d. h. dünner ist als die anderen Teile der Kokille. An den verdünnten Abschnitt der Kokille wird eine hohe Schwingungsfrequenz angelegt, um das Festklemmen oder Festfressen eines Stahlgußstücks aufgrund dessen Temperatur zu verhindern und die Oberflächengüte des so erhaltenen Stahlgußstücks zu verbessern. Die Abschnitte geringerer Wandstärke sind z. B. innerhalb von 300 mm vom oberen Ende der Kokille angeordnet.
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Die sich bei den bekannten Verfahren einstellenden Probleme sowie die Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer üblichen Stahlstranggußanlage,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Festklemmvorganges aufgrund der Wärmeentwicklung im Bereich des Beginns der Strangkrustenbildung sowie einen durch das Festfressen hervorgerufenen Riß,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung des üblichen Verfahrens zur Vibration der Kokille,
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Fig. 4a eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Kokille, deren Oberfläche an den Seiten mit hoher Frequenz in Schwingungen versetzt wird,
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Fig. 4b eine Querschnittsansicht der Kokille gemäß Fig.4a,
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Fig. 5 eine schematische Darstellung der Hochfrequenzschwingung der Kokille gemäß Fig. 4,
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vertikallage der Kokille und der Amplitude,
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Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Vibrationsvorrichtung direkt am Boden des mit einer Nut versehenen Abschnitts der Kokille befestigt ist,
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Fig. 8a bis 8f schematische Ansichten einer Ausführungsform an einer gekrümmten Stranggußanlage mit einer oben offenen, wassergekühlten Kupferkokille; und
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Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Längsseite einer erfindungsgemäßen Kokille.
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Beim üblichen Stahlstranggießen (vgl. Fig. 1) wird der etwa von einem Konverter erhaltene, geschmolzene Stahl 101 in eine Pfanne 2 gegeben und dann über eine Düse 3 in eine Zwischenpfanne 4 gegossen. Der eingegossene, geschmolzene Stahl 102 kann durch ein Tauchrohr 5 in eine Kokille 6 fließen, die mit durch einen Kühlbehälter 21 strömendem Wasser gekühlt wird. Der geschmolzene Stahl 70 innerhalb der Kokille 6 wird durch deren niedrige Temperatur abgekühlt und beginnt sich an der Stelle 8 zu verfestigen (Strangkrustenbildung). Dadurch beginnt sich dort eine verfestigte Schicht oder Strangkruste 71 auszubilden. Der geschmolzene Stahl bewegt sich weiter nach unten, während er durch Stütz- oder Transportwalzen 9 sowie andere Walzen 10 gezogen wird. Die Temperatur des geschmolzenen Stahls erniedrigt sich weiter mit fortschreitender Abwärtsbewegung.
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Die verfestigte Schicht 71 verstärkt sich somit, bis der flüssige Teil des Stahls verschwindet und sich der gesamte Stahl zu einem Stahlstück verfestigt. Manchmal wird jedoch die verfestigte Schicht 71 aufgrund ihrer Hitze an der Kokille 6 festgeklemmt, und zwar im Bereich des Beginns der Strangkrustenbildung, und kann daher von der Kokille 6 kaum abgelöst werden.
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Oberteils der Kokille 6 sowie einen umliegenden Bereich; hier zeigt sich ein derartiges Festklemmen oder Festfressen sowie das sich hieraus ergebende Problem. Die verfestigte Schicht 71 neigt zur Ausbildung eines Belags 75 an der Oberfläche der Kokille. Wenn der verfestigte Stahl im festgefressenen Zustand durch die Transportwalzen 9 von unten abgezogen wird, würde sich in einem dünnen Teil 76 in der verfestigten Schicht 71 ein Riß 77 bilden. Der geschmolzene Stahl 70 würde dann durch den Riß 77 von innen heraus spritzen. Unter diesen Bedingungen ist ein Stranggießen nicht mehr möglich, und der geschmolzene Stahl wird aus der Anlage ausgeworfen und verursacht ernstliche Unfälle.
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Um dies zu verhindern, muß entweder die Möglichkeit zur Ausbildung eines Belages 75 eliminiert oder die Transportwalzen 9 müssen zur Vermeidung der Zugwirkung angehalten werden. Die Zugwirkung der Transportwalzen 9 ist jedoch wegen des kontinuierlich vorliegenden geschmolzenen Stahls unbedingt erforderlich, der nacheinander kontinuierlich von oben eingegossen und unten in Form eines Stahlstücks 12 abgenommen wird. Die Transportwalzen 9 können daher nicht angehalten werden. Bei dem bekannten Stranggießen müssen daher die nachstehenden zwei Schutzmaßnahmen ergriffen werden:
- 1) Es wird eine Substanz auf der Oberfläche der sich verfestigenden Schicht 71 ausgebildet, um zu verhindern, daß diese Schicht 71 direkt mit der Kokille 6 in Berührung kommt;
- 2) Gemäß Fig. 3 wird die Kokille 6 in vertikale Schwingungsbewegungen 16 versetzt, um zu verhindern, daß die sich verfestigende Schicht 71 ausreichend Zeit hat, an der Kokille 6 einen Belag zu verursachen.
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Bei der vorstehenden Maßnahme gemäß Fig. 3 wird die Kokille 6 einer vertikalen mechanischen Schwingung 16 ausgesetzt. Dadurch ergibt sich eine relative vertikale Bewegung zwischen der sich verfestigenden Schicht 71 und der Kokille 6, so daß verhindert wird, daß eine Stelle der Kokille 6 über einen längeren Zeitraum mit einer Stelle der sich verfestigenden Schicht 71 in Berührung bleibt. So ist ein Punkt A auf der Oberfläche der Kokille 6, der die vertikale Schwingungsbewegung erteilt wird, zu einem bestimmten Zeitpunkt in Kontakt mit einem Punkt A 0 der sich verfestigenden Schicht 71. Danach bewegt sich der Punkt auf der sich verfestigenden Schicht 71, der den Punkt A berührt, nach oben und wird so zu den Punkten A&sub1;, A&sub2;, A&sub3;, . . . wenn sich die Kokille 6 gegenüber der Schicht 71 nach oben bewegt. Wenn sich umgekehrt die Kokille 6 gegenüber der Schicht 71 nach unten bewegt, so geht der Punkt der Schicht 71, der den Punkt A auf der Kokille 6 berührt, zu den Punkten A&min;&sub1;, A&min;&sub2;, &min;&sub3;, . . . über, d. h. die Berührungspunkte der Kokille 6 und der Schicht 71 ändern sich laufend. Durch diese Anordnung können die Kokille 6 und die Schicht 71 nicht miteinander verkleben, so daß die Ausbildung eines Belags wirksam verhindert werden kann.
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Die Verwendung des Pulvers 13 in Verbindung mit einer mechanischen Schwingung 16 der Kokille 6 beinhaltet jedoch ein Problem, da die Vibration zur Ausbildung von Sprüngen oder Rissen auf dem Stahlstück 12 führen kann und daher die Ausbeute verringert:
Durch die Vibration werden nämlich auf der Oberfläche des Stahlstrangs in regelmäßigen Abständen in Längsrichtung Aussparungen gebildet. Die Intervalle dieser Aussparungen werden durch die Frequenz der mechanischen Schwingung 16 sowie durch die Zuggeschwindigkeit beim Stranggießen bestimmt. Diese Ungleichmäßigkeit wird als Schwingungsbezeichnung bezeichnet. Die Schwingungsbezeichnung zeigt, daß die sich verfestigende Kruste intermittierend an periodischen Intervallen gebildet wird, die mit der Frequenz der vertikalen, mechanischen Schwingung der Kokille koinzidiert. Die Tiefe der Aussparung wird unter anderem sowohl durch die Viskosität als auch die Schmelztemperatur des verwendeten Pulvers, die Zugabemenge des Pulvers, die Schmelzgeschwindigkeit, die Zuggeschwindigkeit des Stahlgußstücks, die Kokillenschwingungsfrequenz sowie die Schwingungsamplitude bestimmt. Die Ausbildung der Schwingungszeichnung zeigt somit an, daß die Oberfläche des Strangs ungleichmäßig ist. Insbesondere besteht ein ernsthaftes Problem darin, daß das Pulver innerhalb des Stahlstrangs an den Aussparungen zunehmend eingefangen wird. Da ferner der Kühlzustand im vorstehenden Teil und im zurückspringenden Teil unterschiedlich ist, führt dieser Unterschied zu Rissen.
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Ein so gebildeter Riß kann nur selten durch Druck geheilt werden, der beim anschließenden Walzen ausgeübt wird, und verbleibt als oberflächlicher Sprung oder Riß auf dem Erzeugnis. Derartige Risse verringern die Erzeugnisausbeute erheblich. Wenn ferner die Gußerzeugnisse einer genauen Untersuchung der Oberflächenbedingungen unterworfen werden, so muß selbst dann, wenn das Pulver ohne Rißbildung lediglich an der Oberfläche anhaftet, die gesamte Oberfläche eines derartigen Stahlgußstücks häufig durch Anschmelzen geglättet werden, um die das Pulver in diesem Zustand enthaltende Schicht zu entfernen. Der Grund hierfür ist folgender:
Verbleibt das Pulver in diesem Zustand, so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, daß das so erhaltene Erzeugnis schließlich Riefen oder ein streifenartiges Muster erhält, was die Qualität des Produkts verschlechtert. Dies verringert häufig die Ausbeute um bis zu 2% oder mehr.
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Bekanntlich ist es schwierig, einen schweren Körper bei hoher Frequenz in stabile Schwingungen zu versetzen. Gemäß Fig. 1 ist die zum Stranggießen von Stahl verwendete Kokille 6 einstückig mit einem Kühlgefäß 21, das an der Rückseite der Kokille mittels Bolzen fest mit dieser verbunden ist. Ferner strömt nicht dargestelltes Kühlwasser im Innenraum des Kühlgefäßes 21. Das Gewicht einer derartigen Kokille erreicht 15 bis 20 t. Es ist kaum möglich, diese Kokille unter dieser Bedingung mit hoher Frequenz in Schwingung zu versetzen. Wenn jedoch die Wand der Kokille 6 gemäß Fig. 4 teilweise verdünnt ist, so kann dieser Abschnitt 22 geringerer Wandstärke durch eine hochfrequente Schwingbewegung in Vibrationen versetzt werden, während andere Teile 221 und 222 der Kokille aufgrund der hochfrequenten Schwingung nur gering vibrieren. Dies bedeutet, daß gemäß Fig. 6 die zugeführte Schwingungsenergie hauptsächlich auf den verdünnten Abschnitt 22 konzentriert ist und praktisch nicht auf die dickeren Teile 221 und 222 übertragen wird. Daher schwingt lediglich ein Teil der Kokille 6 mit der hohen Frequenz.
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Daher ist gemäß Fig. 4b der Teil der Kokille 6, der dem geschmolzenen Stahl 70 ausgesetzt ist, d. h. der Teil im Bereich des Beginns der Strangkrustenbildung, dünner als die anderen Teile der Kokille. Mit dieser Anordnung mit einer hochfrequenten Schwingungsbewegung 18 am verdünnten Abschnitt der Kokille 6 senkrecht zu ihrer Oberfläche 61 wird ein Belag in der nachstehenden Weise verhindert:
Gemäß Fig. 5, die eine vergrößerte Ansicht des verdünnten Abschnitts B in Fig. 4a zeigt, ist die Innenwandfläche 61 der Kokille 6 am neutralen Punkt 180, wenn die Kokille 6 nicht in Schwingung versetzt wird. Wirken jedoch auf die Kokille 6 Schwingungen ein, so führt die Innenwandfläche 61 wiederholt eine Hin- und Herbewegung zwischen den Positionen 181 und 182 aus. Wenn sich die Innenwandfläche 61 der Kokille 6 aus der Lage 182 zur anderen Lage 181 auf die verfestigte Schicht 71 des geschmolzenen Stahls hin bewegt, so macht die Schicht 71, die mit der Innenwandfläche 61 der Kokille in Berührung steht, in der gleichen Richtung wie diese Innenwandfläche 61 eine Kontraktionsbewegung. Wenn umgekehrt die Innenwandfläche 61 sich von der Lage 181 zur Lage 182 hin ausdehnt, so kann die Schicht 71 aufgrund ihres hohen Gewichts nicht der Innenwandfläche 61 folgen. Wenn daher die Kokille 6 mit hoher Frequenz vibriert, so führt die sich verfestigende Schicht 71 innerhalb der Kokille 6 nicht die gleiche Bewegung wie die Kokille 6 aus, sondern nimmt eine Form 711 an, die etwa entlang der Lage verläuft, die die Innenwandfläche 61 der Kokille 6 einnimmt, wenn deren Schwingungsbewegung zum innersten Punkt kommt. Dadurch kann die Schicht 71 nur während eines sehr kurzen Zeitraums in Berührung mit der Innenwandfläche 61 kommen, bevor und nachdem die Innenwandfläche 61 die Position 181 bei der Maximalamplitude der Schwingungsbewegung einnimmt. Mit Ausnahme dieses Zeitraums liegt die Schicht 71 während des größten Teils der verbleibenden Zeit von der Kokille 6 fern. Dieser kurze Berührungszeitraum schließt die Möglichkeit der Bildung eines Belags 75 aufgrund der Wärme praktisch aus.
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Wie vorstehend ausgeführt, werden Oberflächenrisse häufig durch eine Schwingungszeichnung ausgelöst, da die Relativbewegung zwischen der Kokille 6 und der Schicht 71 aufgrund einer niederfrequenten, vertikalen Schwingungsbewegung 16 der Kokille 6 bewirkt, daß das Pulver in teilweise konzentriertem Zustand auf der Oberfläche der sich verfestigenden Schicht ungleichmäßig verbleibt. Dieser ungleichmäßige, teilweise konzentrierte Zustand des Pulvers resultiert aus folgendem:
Die Fließbewegung des Pulvers nach unten durch den Zwischenraum zwischen der Kokille 6 und dem geschmolzenen Stahl 70 erfolgt synchron mit der Schwingung der Kokille 6. Dadurch verursacht die niederfrequente Schwingung 16 mit etwa einigen Hz unvermeidlich eine ungleichmäßige Verteilung des Pulvers über die Oberfläche des Stahlstrangs 12.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Kokille mit wesentlich höherer Frequenz in Schwingung versetzt als mit der vorstehend beschriebenen niedrigen Frequenz. Daher wird die Strömungsdauer für das Pulver ersichtlich vergleichmäßigt. Daher wird das Pulver 13 gleichmäßig über die Oberfläche des Strangs in dessen Längsrichtung verteilt.
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Die Wirkung der hochfrequenten Schwingung variiert mit der Lokalisierung des verdünnten Abschnitts der Kokille. Da das Auftreten von oberflächlichen Rißbildungen am Stahlstrang minimalisiert werden kann, indem das Pulver 13 in dem Zwischenraum zwischen der Kokille 6 und dem geschmolzenen Stahl 70 gleichförmig nach unten fließt, muß die Vibration in der Nähe des Niveaus der Schmelzbadoberfläche liegen.
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Da ferner der durch die Hitze verursachte Belag verhindert werden kann, indem der Zeitraum, während dem die sich verfestigende Schicht 71 in Berührung mit der Innenwandfläche 61 der Kokille 6 steht, durch hochfrequente Schwingungsbewegung verkürzt wird, kann man die beste Wirkung in der Weise erzielen, indem man die Schwingungsbewegung an einer Stelle ausführt, wo die Vibration innerhalb der sich verfestigenden Schicht 71 am leichtesten stattfindet. Wie vorstehend im Zusammenhang mit der Diskussion des Standes der Technik ausgeführt, beginnt die Strangkrustenbildung an einer Stelle 8 in der Nähe des Niveaus der Schmelzbadoberfläche, und mit fortschreitender Absenkung nimmt die Dicke der Strangkruste zu und ihre Temperatur ab. Daher ist ein höherliegender Teil der Schicht 71 leichter beweglich als ein niedriger liegender Teil.
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Erfindungsgemäß wird die hochfrequente Schwingungsbewegung der Kokille vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Innenwandfläche der Kokille erteilt, jedoch ist diese Schwingungsrichtung nicht unbedingt erforderlich.
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Wenn die Vibrationen senkrecht zur Innenwandfläche 61 der Kokille anliegen, besteht die Schwingung der Innenwandfläche 61 hauptsächlich aus einer Komponente senkrecht zur Innenwandfläche der Kokille und allenfalls kleinen Komponenten in anderen Richtungen. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Kokille die Vibration vorzugsweise in einer nicht senkrechten Richtung erfolgt. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch Vibrationen in Vertikalrichtung vorteilhaft sein, wie dies nachstehend näher erläutert wird:
Um das Pulver 13 in den ungleichmäßigen, teilweise konzentrierten Zustand zu überführen, wie dies im Zusammenhang mit der Schwingungsbezeichnung erläutert worden ist, ist ein Zeitraum von mindestens etwa 0,1 Sekunden erforderlich. Erfindungsgemäß wird jedoch der Kokille 6 eine hochfrequente Schwingungsbewegung erteilt, die diese Ansprechgeschwindigkeit übersteigt. Selbst wenn die Vibration in Vertikalrichtung erfolgt, können daher die sich verfestigende Schicht 71 und das Pulver 13 keinen ausreichenden Verschiebezeitraum aufweisen, so daß verhindert wird, daß das Pulver lokal konzentriert wird.
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Ferner ist es bevorzugt, die Hochfrequenzschwingung an der Kokille 6 in einem bestimmten Zyklus zu variieren. Wenn die auf die Kokille 6 von außen wirkende Schwingung in stabilem Zustand, etwa sinusförmig, ist, so würde die Schwingung, die an der Innenwandfläche 61 der Kokille 6 erfolgt, als stehende Wellen auftreten. Wenn daher die Innenwandfläche 61 ein Maximum der Welle annimmt (Position 188 gemäß Fig. 5), so werden die erfindungsgemäßen Wirkungen in dem Teil der sich verfestigenden Schicht 71, der in Kontakt mit dem Wellenmaximum steht, besonders stark eintreten, während ein anderer Teil der Schicht 71, der mit dem Wellenminimum in Kontakt kommt (Position 189 oder 182 gemäß Fig. 5), nur in geringem Umfang die erfindungsgemäßen Wirkungen erfährt. Die Oberfläche des Strangs 12 weist somit einige Abschnitte auf, an denen die erfindungsgemäße Wirkung besonders stark eintritt, während bei anderen Abschnitten diese Wirkungen nur schwach eintreten. Diese stark bzw. schwach beeinflußten Abschnitte erscheinen als vertikal gestreiftes Muster mit Intervallen von der halben Wellenlänge der stehenden Wellen. Dies kann entweder dadurch verhindert werden, daß man die Frequenz der an der Kokille 6 anliegenden hochfrequenten Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs kontinuierlich ändert oder indem man eine auf den verdünnten Abschnitt der Kokille 6 aufgeprägte Beschränkung mit vorgegebener Periode derart variiert, daß sich die Lage der Maxima und Minima der stehenden Wellen, die an der Innenwandfläche 61 der Kokille auftreten, ändert.
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Wird erfindungsgemäß die Wanddicke der Kokille 6 teilweise vermindert und an diesen verdünnten Abschnitt eine hochfrequente Schwingung angelegt, so werden die Vibrationen der Kokille auf diesen verdünnten Abschnitt konzentriert. Dies ergibt sich insbesondere aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Bei einer 65 mm dicken Kupferkolille wird die Wanddicke des verdünnten Abschnitts auf 15 bzw. 20 mm verringert. Die Schwingungsfrequenz der Vibrationsvorrichtung beträgt 15 kHz bei 500 W Eingangsleistung. Dann vibriert die Kokille gemäß Fig. 6.
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Hieraus ergibt sich, daß der verdünnte Abschnitt mit einer Amplitude von 3 bis 5 µm schwingt, während die Schwingungsamplitude in anderen Abschnitten der Kokille auf unter 1 µm abnimmt. Dies zeigt deutlich, daß die induzierte Schwingung auf den verdünnten Abschnitt konzentriert ist. In Versuchen ist bestätigt worden, daß ähnliche Ergebnisse für den Schwingungsbereich von 10 bis 30 kHz erhalten werden.
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Erfindungsgemäß kann die Kokille 6 mit den verdünnten Abschnitten mit Hilfe verschiedener Verfahren in Schwingungen versetzt werden. Beispielsweise ist gemäß Fig. 7 ein verdünnter Abschnitt 22 mit 25 mm Tiefe in einer 40 mm dicken Kokille 6 ausgebildet. Eine Vibrationsvorrichtung 31 ist direkt an dem verdünnten Abschnitt 22 befestigt. Mit dieser Anordnung wird die gleiche Schwingung wie in Fig. 6 mit einer Frequenz von 18 kHz aufgeprägt.
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Die Dicke des verdünnten Abschnitts beträgt 5 bis 30 mm, besonders gute Ergebnisse erhält man bei einer Dicke des verdünnten Abschnitts zwischen 15 und 20 mm. Eine Dicke von weniger als 5 mm ist weniger praxisgerecht, und zwar aus den folgenden Gründen:
Die Wärmeübertragung variiert ungleichmäßig mit der Position; die Bearbeitung wird sehr schwierig, und die Betriebslebensdauer wird wegen geringerer Schleifmöglichkeiten relativ kurz. Umgekehrt ermöglicht eine Dicke von über 30 mm nur eine geringere Amplitude und, wie sich in Versuchen gezeigt hat, ermöglicht nicht die gewünschte Wirkung
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Ferner kann der verdünnte Abschnitt mit einer oder mehreren Verstärkungsrippen versehen sein, die entweder in Richtung des verdünnten Abschnitts oder senkrecht zu dieser angeordnet sind.
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Die Nut bzw. der Abschnitt geringerer Wandstärke ist vorzugsweise innerhalb von 300 mm vom oberen Ende der Kokille angeordnet. Während im Hinblick auf das Arbeitsprinzip der verdünnte Abschnitt in Horizontalrichtung ausgebildet sein sollte, ist seine bevorzugte Lage innerhalb von 300 mm von der Oberseite der Kokille, da, qualitativ betrachtet, in der Nähe der Stelle 8, an der die Strangkrustenbildung einsetzt, die maximale Schwingungswirkung eintritt. Aufgrund von Untersuchungen zur Temperaturverteilung in Vertikalrichtung der Kokille scheint die Stelle 8 etwa 150 mm bis 250 mm von der Oberseite der Kokille entfernt zu liegen. Dabei kann die Lage der Schmelzbadoberfläche bis auf einen Bereich von ± 10 mm gesteuert werden.
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Die verdünnten Abschnitte sind entweder nur in jeder der Längsseiten der Kokille oder sowohl in den Längsseiten als auch in den kurzen Seiten der Kokille ausgebildet.
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Die Höhe der verdünnten Abschnitte beträgt 50 bis 150 mm. Untersuchungen wurden durchgeführt unter Verwendung zweier verschiedener Kokillen aus Kupfer, die jeweils 32 mm dick waren. Die eine Kokille war mit einem verdünnten Abschnitt von 100 mm Höhe und die andere mit einem verdünnten Abschnitt von 80 mm Höhe versehen. Diesen Kokillen wurden Schwingungen von 18 kHz bei 150 W aufgeprägt. In beiden Fällen zeigte sich eine Amplitude vom 15 bis 20 µm, d. h., es ergaben sich keine erheblichen Unterschiede zwischen den beiden Kokillen. Wenn jedoch die Höhe der verdünnten Abschnitte weniger als 50 mm beträgt, besteht die Möglichkeit, daß die Abschnitte außerhalb des Variationsbereiches des Schmelzbadniveaus kommen. Wenn andererseits die Höhe 150 mm übersteigt, breitet sich die Schwingungsenergie zu stark aus, und man erhält keine ausreichende Schwingungswirkung.
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Für die Schwingungsfrequenz besteht an sich kein bestimmter oberer Grenzwert. Wenn jedoch die Frequenz über 30 kHz beträgt, ermöglicht die Vibrationstechnik bislang keine ausreichende Amplitudengröße für praktische Anwendungen. Andererseits würde eine Frequenz unter 10 kHz für die Arbeiter nachteiligen Lärm verursachen. Ein Betrieb mit einer Frequenz unter 10 kHz ist daher nicht wünschenswert.
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Die Merkmale und die Vorteile der Erfindung werden nachstehend noch im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform näher erläutert:
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Die Fig. 8 (a) bis 8 (f) zeigen eine erfindungsgemäße Kokille für eine gekrümmte Stranggußanlage, wobei die Kokille oben offen und mit Wasser gekühlt ist und aus Kupfer besteht. Gemäß Fig. 8 (f) ist die Kokille vierseitig zusammengesetzt, und besteht aus einem Paar einander gegenüberliegender langer Seitenwände 312 und aus einem Paar einander gegenüberliegender kurzer Seitenwände 313. Die Kokille besteht aus einer 60 mm × 80 mm großen Kupferplatte 303 und aus einer verstärkenden Stahlplatte 306. Im Innern der Form sind Kühlwasserkanäle 304 vorgesehen, die jeweils am einen Ende einen Kühlwassereinlaß 301 und am anderen Ende einen Kühlwasserauslaß 302 aufweisen. 100 mm unterhalb des oberen Endes der Kupferplatten 303 ist ein verdünnter Abschnitt 307 vorgesehen, der in Vertikalrichtung 120 mm breit ist. An dem verdünnten Abschnitt 307 ist eine Vibrationsvorrichtung 311 über eine Basisplatte 308 mit Hilfe einer Verbindungsschraube 309 befestigt. Zwischen der Kupferplatte 303 und der verstärkenden Platte 306 sowie zwischen der Vibrationsvorrichtung 311 und der Wandung einer in der verstärkenden Platte vorgesehenen Bohrung ist eine Manschette oder Abdichtung 305 vorgesehen. Die Tabelle I vergleicht die erfindungsgemäße mit einer bekannten Kokille. Tabelle I Aufbau und Abmessungen der Kokille &udf53;ta1,6:15,6:26:37,6&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\\ Ýbliche Kokille\ erfindungsgem¿Åe Kokille&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\Art der Kokille\ zusammengesetzt aus&udf50;vier Seitenteilen\ zusammengesetzt aus vier&udf50;Seitenteilen&udf53;tz,10&udf54; \1.&udf53;VR32&udf54;Form der Breitseite der Kokille&udf53;tz&udf54; \¸L¿nge\ 1900¤mm\ 1900¤mm&udf53;tz&udf54; \¸HÐhe\ Æ800¤mm\ Æ800¤mm&udf53;tz&udf54; \¸Dicke der KÝhlkupferplatte\ ÆÆ60¤mm\ ÆÆ60¤mm&udf53;tz&udf54; \¸Dicke des verdÝnnten Abschnitts\ ^\ ÆÆ15¤mm&udf53;tz&udf54; \¸HÐhe des verdÝnnten Abschnitts\ ^\ Æ120¤mm&udf53;tz&udf54; \¸Breite des verdÝnnten Abschnitts\ ^\ 1700¤mm&udf53;tz&udf54; \¸KÝhlwasserkanal\ Kupferplatte mit Nut&udf50;von 5¤ó¤45¤mm\ VerdÝnnter Abschnitt ohne&udf50;Schlitz, Wasserkanal 2¤mm&udf53;tz10&udf54; \2.&udf53;VR32&udf54;Form der Schmalseite der Kokille&udf53;tz&udf54; \¸L¿nge\ 250¤mm\ 250¤mm&udf53;tz&udf54; \¸HÐhe\ 800¤mm\ 800¤mm&udf53;tz&udf54; \¸Dicke der KÝhlkupferplatte\ Æ60¤mm\ Æ60¤mm&udf53;tz&udf54; \¸Dicke des verdÝnnten Abschnitts\ ^\ Æ15¤mm&udf53;tz&udf54; \¸HÐhe des verdÝnnten Abschnitts\ ^\ 120¤mm&udf53;tz&udf54; \¸Breite des verdÝnnten Abschnitts\ ^\ 190¤mm&udf53;tz&udf54; \¸KÝhlwasserkanal\ (wie bei der Breitseite)\ (wie bei der Breitseite)&udf53;tz10&udf54; 3.&udf53;VR32&udf54;Verbindung des Schwingungsstabes:\ mit der Kupferplatte&udf50;verschraubt\ an dem verdÝnnten Abschnitt&udf50;Ýber eine Basisplatte befestigt&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;vu10&udf54;
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Mit den vorstehenden Kokillen wurden Versuche durchgeführt. Bei jedem der Versuche war die Schmelzbadoberfläche bzw. der Bereich des Beginns der Strangkrustenbildung jeweils 150 mm unterhalb des oberen Endes der Kokille. Der Guß erfolgte bei einer Hochfrequenzschwingung mit den Eingangsdaten gemäß der Tabelle II. Der Oberflächenzustand jeder so erhaltenen Bramme wurde untersucht hinsichtlich des Flächenteils, der einen Oberflächenschliff erforderte. Die Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt. Tabelle II Prozentsatz der einen Oberflächenschliff erfordernden Brammen &udf53;ta5,6:14,6:24,6:33,6&udf54;&udf53;tz5,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Oberfl¿chengÝte-Index*)\ Ýbliches Verfahren\ erfindungsgem¿Åes Verfahren&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\1\ 90%\ 100%&udf53;tz&udf54; \2\ Æ8%\ ÆÆ0%&udf53;tz&udf54; \3\ Æ2%\ ÆÆ0%&udf53;tz10&udf54; &udf53;ta5,6:33,6&udf54;\Hochfrequenz-Eingangsbedingung bei 18¤kHz:&udf53;tz&udf54; \¸Breitseite: 1,9¤kW/Seite¤ó¤2 Seiten&udf53;tz&udf54; \¸Schmalseite: 0,5¤kW/Seite¤ó¤2 Seiten&udf53;tz5&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;el5,6&udf54;&udf53;sg8&udf54;&udf53;EE&udf54;*) IndexÆ@11:¤Weniger als 1% Fl¿chenanteil, der einen Oberfl¿chenschliff erfordert&udf50;@12:¤1bis 5% Fl¿chenanteil, der einen Oberfl¿chenschliff erfordert&udf50;@13:¤ýber 5% Fl¿chenanteil, der einen Oberfl¿chenschliff erfordert.&udf50;@0&udf53;sg9&udf54;&udf53;sb37,6&udf54;&udf53;el1,6&udf54;