CH685865A5 - Continuous casting mould improving cooling and casting performance - Google Patents
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- 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
- B22D11/055—Cooling the moulds
Abstract
Description
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CH 685 865 A5 CH 685 865 A5
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggiessen von Stahl, nach dem Oberbegriff von Anspruch The invention relates to a mold for the continuous casting of steel, according to the preamble of claim
1. 1.
Beim Stranggiessen von Stahl ist es bekannt, die Wände des Formhohlraumes von Kokillen aus Kupfer oder aus Kupferlegierungen herzustellen und diese durch einen oder mehrere Wasserkreisläufe zu kühlen. In the continuous casting of steel, it is known to manufacture the walls of the mold cavity of molds from copper or from copper alloys and to cool them by means of one or more water circuits.
Um einerseits eine gute Kühlleistung der Kokille und anderseits eine niedrige Temperatur der Kupferwand während des Giessbetriebes zu erreichen, ist es weiter bekannt, eine möglichst dünne Kupferwand mittels Kühlwasser zu kühlen und das Kühlwasser mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit an der Kupferwand vorbeifliessen zu lassen. Auch die Temperatur des Kühlwassers, das in der Regel in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, sollte 30-40°C nicht überschreiten. In order to achieve a good cooling performance of the mold on the one hand and a low temperature of the copper wall during the casting operation on the other hand, it is also known to cool a copper wall that is as thin as possible by means of cooling water and to let the cooling water flow past the copper wall at a relatively high flow rate. The temperature of the cooling water, which usually circulates in a closed circuit, should not exceed 30-40 ° C.
Mit steigender Giessleistung, insbesondere mit steigender Giessgeschwindigkeit, steigt die eingebrachte Wärmeleistung des Stranges in die Kokille und gleichzeitig die Wandtemperatur der Kokille. Parallel zur Erhöhung der Wandtemperatur steigt auch der Temperaturgradient in der Kokillenwand zwischen der Formhohlraum- und der Kühlwasserseite. Im Badspiegelbereich sind die Kokillenwandtempe-ratur und der Temperaturgradient am höchsten. Die Kokillenwandtemperatur auf der Formhohlraumseite kann bei üblichen Wassergeschwindigkeiten im Kühlspalt Temperaturen bis 350°C und auf der gegenüberliegenden Wasserseite bis 150°C erreichen. With increasing casting performance, especially with increasing casting speed, the heat output of the strand into the mold increases and at the same time the wall temperature of the mold. In parallel with the increase in the wall temperature, the temperature gradient in the mold wall between the mold cavity and the cooling water side also increases. The mold wall temperature and the temperature gradient are highest in the bath level area. The mold wall temperature on the mold cavity side can reach temperatures of up to 350 ° C in the cooling gap at normal water speeds and up to 150 ° C on the opposite water side.
Wärmebelastungen in dieser Grössenordnung beeinflussen die Geometrie (therm. Ausdehnung) und die Standzeit (Erweichungs- bzw. Rekristallisationstemperatur, Kriechen) solcher Kokillen und damit die Wirtschaftlichkeit des Stranggiessens und die Qualität der aus ihr erzeugten Stränge. Heat loads of this magnitude influence the geometry (thermal expansion) and the service life (softening or recrystallization temperature, creep) of such molds and thus the economy of continuous casting and the quality of the strands produced from them.
Um im Badspiegelbereich die Wandtemperatur abzusenken, ist in der DE-OS 3 621 073 vorgeschlagen worden, die Kupferwand der Kokille auf der Seite des Kühlwasserspaltes mit in Stranglaufrichtung verlaufenden Nuten zwischen 1-8 mm Breite und 0,5-3 mm Tiefe zu versehen. Es werden Nutlängen von 60-600 mm empfohlen. Durch diese Nuten wird die Kühlfläche im Wasserspalt der Kokille ähnlich wie bei Kühlrippen vergrössert und dadurch der Wärmeübergang zwischen der Kokillenwand und dem Kühlwasser verbessert. Die Herstellung solcher Nuten, insbesondere bei Rohrkokillen für Bogenstrang-giessanlagen, ist mit relativ hohen Kosten verbunden. In order to lower the wall temperature in the area of the bathroom mirror, it has been proposed in DE-OS 3 621 073 to provide the copper wall of the mold on the side of the cooling water gap with grooves running in the direction of the strand between 1-8 mm wide and 0.5-3 mm deep. Groove lengths of 60-600 mm are recommended. Through these grooves, the cooling surface in the water gap of the mold is enlarged similar to that of cooling fins and the heat transfer between the mold wall and the cooling water is thereby improved. The production of such grooves, particularly in the case of tubular molds for continuous sheet casting systems, is associated with relatively high costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille, insbesondere eine Rohrkokille, mit einer verbesserten Kühlung auf eine kostengünstige Weise zu schaffen, die mindestens in Teilbereichen der Kupferwand eine reduzierte Wandtemperatur zwischen der Formhohlraumseite und der Wasserspaltseite der Kupferwand aufweist, um dadurch die Temperaturunterschiede auch über die Länge des Kokillenrohres während des Giessbetriebes zu reduzieren. Durch diese Massnahme soll die Giessleistung und/oder die Standzeit der Kokille erhöht werden. Auch soll durch eine mindestens im Badspiegelbereich örtlich verbesserte Kühlung die Kristallisation der sich bildenden Strangkruste gesteuert bzw. ver-gleichmässigt werden können. The invention has for its object to provide a mold, in particular a tubular mold, with improved cooling in a cost-effective manner, which has a reduced wall temperature between the mold cavity side and the water gap side of the copper wall, at least in some areas of the copper wall, in order to thereby also overcome the temperature differences to reduce the length of the mold tube during casting. This measure is intended to increase the casting performance and / or the service life of the mold. The crystallization of the strand crust that is formed should also be controlled or uniformized by locally improved cooling, at least in the area of the bath level.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Summe der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the sum of the features of claim 1.
Mit der erfindungsgemässen Kokille ist es möglich, die Kupferwandtemperatur bei einer bestimmten Kühlwassergeschwindigkeit um 15-30°C und die Wärmestromdichte q in W/cm2 durch die Kupferwand zu steigern. Im weiteren ist es möglich, die wasserseitige Kupferwandtemperatur bei dem im Wasserspalt herrschenden Druck unter der zugehörigen Siedepunkttemperatur zu halten, um damit eine Verdampfung des Kühlwassers zu verhindern. With the mold according to the invention, it is possible to increase the copper wall temperature at a specific cooling water speed by 15-30 ° C. and the heat flow density q in W / cm 2 through the copper wall. Furthermore, it is possible to keep the water-side copper wall temperature at the pressure prevailing in the water gap below the associated boiling point temperature in order to prevent the cooling water from evaporating.
Die Kupferwandtemperatur kann zusätzlich gesenkt und die Wärmestromdichte weiter erhöht werden, wenn bei einem Kühlwasserspalt von beispielsweise 2-10 mm die Kühlwassergeschwindigkeit auf 5 bis 15 m/s heraufgesetzt wird. The copper wall temperature can also be reduced and the heat flow density increased further if the cooling water speed is increased to 5 to 15 m / s with a cooling water gap of, for example, 2-10 mm.
Um die Wärmestromdichte und die Wandtemperaturen zu beeinflussen, kann die Kokillenwandstärke z.B. in Stranglaufrichtung unterschiedlich gewählt werden. Eine wirtschaftliche Fertigung wird jedoch erreicht, wenn die Kupferwände im Teilbereich eine gleichmässige Dicke aufweisen. In order to influence the heat flow density and the wall temperatures, the mold wall thickness can e.g. can be selected differently in the direction of the strand. However, economical production is achieved when the copper walls have a uniform thickness in the partial area.
Die Oberflächenrauhigkeit wird im Teilbereich in der Regel gleichmässig gewählt. Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich vorgeschlagen, die Oberflächenrauhigkeit in Abhängigkeit der Wärmebelastung der Kupferwand durch einen in der Kokille kristallisierenden Strang vorzusehen, wobei mit steigender Wärmebelastung die Oberflächenrauhigkeit zunehmen soll. Die Oberflächenrauhigkeit kann dabei in der Regel in Stranglaufrichtung vermindert werden. The surface roughness is generally chosen to be uniform in the partial area. According to one embodiment, it is additionally proposed to provide the surface roughness as a function of the thermal load on the copper wall by means of a strand crystallizing in the mold, the surface roughness increasing with increasing thermal load. The surface roughness can usually be reduced in the strand running direction.
Neben der Oberflächenrauhigkeit Ra oder Ks (Sandrauhigkeit) kann auch die Rauhigkeitsdichte in Stranglaufrichtung unregelmässig gewählt werden, insbesondere in der Bewegungsrichtung des Wassers im Wasserspalt. In addition to the surface roughness Ra or Ks (sand roughness), the roughness density in the strand running direction can also be selected irregularly, in particular in the direction of movement of the water in the water gap.
Eine Optimierung der Oberflächenrauhigkeit für eine optimale Wärmestromdichte und eine optimale Temperatur der Kupferwand wird nach einem weiteren Ausführungsbeispiel erreicht, wenn die Oberflächenrauhigkeit über den Druckverlust im Kühlwasserspalt mit der Massgabe bestimmbar ist, dass das Verhältnis des Druckverlustes zwischen einer glatten Wand und einer Wand mit Oberflächenrauhigkeit etwa 1:2 beträgt. An optimization of the surface roughness for an optimal heat flow density and an optimal temperature of the copper wall is achieved according to a further exemplary embodiment if the surface roughness can be determined via the pressure loss in the cooling water gap with the proviso that the ratio of the pressure loss between a smooth wall and a wall with surface roughness is approximately Is 1: 2.
Im nachfolgenden soll an einem Diagramm die Erfindung zusätzlich erläutert werden. In the following, the invention is to be additionally explained using a diagram.
Eine Stranggiesskokille für ein Strangformat 200 x 200 mm2 wird als Rohrkokille mit 16 mm Wandstärke aus Kupfer mit einer Wärmeleitfähigkeit von 322 W/(m • K) gefertigt. Für eine solche Kokille wird A continuous casting mold for a 200 x 200 mm2 strand format is manufactured as a tubular mold with 16 mm wall thickness made of copper with a thermal conductivity of 322 W / (m • K). For such a mold
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im Diagramm 1 auf der Vertikalen die Temperatur in °C und die Wärmestromdichte q in W/cm2 und auf der Horizontalen die Kühlwassergeschwindigkeit aufgetragen. Untere Kurvenscharen a), b), c) zeigen die Kupferwandtemperatur auf der Seite des Kühlwassers und mittlere Kurvenscharen a), b), c) die Ko-killenwandtemperatur auf der Innenseite der Kupferwand im Bereich des Badspiegels. Eine weitere obere Kurvenschar a), b), c) zeigt die Wärmestromdichte durch die Kupferwand. in diagram 1 the temperature in ° C and the heat flow density q in W / cm2 are plotted on the vertical and the cooling water speed on the horizontal. Lower curve groups a), b), c) show the copper wall temperature on the side of the cooling water and middle curve groups a), b), c) the mold wall temperature on the inside of the copper wall in the area of the bath level. Another upper family of curves a), b), c) shows the heat flow density through the copper wall.
Die Kurve a) zeigt die Werte für eine hydraulisch glatte Wand, d.h. für eine Rauhigkeit von 1-2 um, z.B. eine gezogene Kupferwand, Curve a) shows the values for a hydraulically smooth wall, i.e. for a roughness of 1-2 µm, e.g. a drawn copper wall,
die Kurve b) zeigt die Werte für eine Rauhigkeit Ra 20 um und die Kurve c) zeigt die Werte für eine Rauhigkeit Ra 80 um. curve b) shows the values for a roughness Ra 20 um and curve c) shows the values for a roughness Ra 80 um.
In Tabelle 1 sind die Kurvenwerte entlang einer vertikalen Linie bei einer Wassergeschwindigkeit von 8 m/s aufgetragen. Table 1 shows the curve values along a vertical line at a water speed of 8 m / s.
Tabelle 1 Table 1
Kupferwand-Rauhigkeit Ra wasserseitig Copper wall roughness Ra on the water side
Kupferwandtemperatur wasserseitig Copper wall temperature on the water side
Kupferwandtemperatur strangseitig Copper wall temperature on the string side
Wärmestromdichte im Badspiegelbereich Heat flow density in the area of the bathroom mirror
2 um 2 um
131°C 131 ° C
312°C 312 ° C
356 W/cm2 356 W / cm2
20 [im 20 [in
115°C 115 ° C
298°C 298 ° C
361 W/cm2 361 W / cm2
80 (im 80 (im
98°C 98 ° C
283°C 283 ° C
365 W/cm2 365 W / cm2
Die Tabellenwerte zeigen, dass bei zunehmender Rauhigkeit Ra von z.B. 2 um auf 80 um die Kupferwandtemperatur aussen von 131°C auf 98°C, die Kupferwandtemperatur innen, d.h. auf der Formhohlraumseite, von 312°C auf 283°C abfällt. Diese Temperaturabsenkungen erscheinen relativ klein, sind aber in diesem Anwendungsfall von besonderer Bedeutung, weil die Erweichungs-, bzw. Rekristallisationstemperatur beim Kupfer bzw. bei den in Frage kommenden Kupferlegierungen bei 280-400°C liegen. Die bei kalt verformten Kupferkokillen erzielte Härte wird beim Überschreiten dieser Temperaturen vermindert und die Geometrie wird durch Abbau von thermischen bzw. mechanischen Spannungen verändert. Die Wärmedurchgangsrate erhöht sich bei einer Erhöhung der Rauhigkeit Ra von 2 um auf 80 firn von 356 W/cm2 auf 365 W/cm2. The table values show that with increasing roughness Ra of e.g. 2 µm to 80 µm the copper wall temperature outside from 131 ° C to 98 ° C, the copper wall temperature inside, i.e. on the mold cavity side, drops from 312 ° C to 283 ° C. These temperature drops appear to be relatively small, but are of particular importance in this application because the softening or recrystallization temperature for copper or for the copper alloys in question is 280-400 ° C. The hardness achieved with cold-formed copper molds is reduced when these temperatures are exceeded and the geometry is changed by reducing thermal or mechanical stresses. The heat transfer rate increases when the roughness Ra increases from 2 to 80 firn from 356 W / cm2 to 365 W / cm2.
Die Rauhigkeit kann mit allen technisch bekannten Mitteln auf die Kupferwand aufgebracht werden. Bei Bogenkokillen wird in der Regel eine Kaltverformungsoperation mit eingesetztem Dorn durchgeführt. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn nach der Kaltverformung das Kokillenrohr mit eingesetztem Dorn einem Sand- oder Stahlkiesstrahlverfahren unterzogen wird und durch entsprechende Wahl des Strahlmittels die gewünschte Rauhigkeit an den gewünschten Stellen erzeugt werden kann. The roughness can be applied to the copper wall using all technically known means. In the case of arc molds, a cold-forming operation is usually carried out with the mandrel inserted. It is therefore particularly advantageous if, after the cold forming, the mold tube with the mandrel inserted is subjected to a sand or steel gravel blasting process and the desired roughness can be produced at the desired locations by appropriate selection of the blasting agent.
Die Oberflächenrauhigkeit Ra in um kann auch in anderen Skalen zur Rauhigkeitsbestimmung festgelegt werden. Einer bestimmten Rauhigkeit Ra in (im kann beispielsweise eine äquivalente Sandrauhigkeit Ks zugeordnet werden. The surface roughness Ra in um can also be specified in other scales for determining the roughness. A specific roughness Ra in (im can be assigned, for example, an equivalent sand roughness Ks.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH260991A CH685865A5 (en) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | Continuous casting mould improving cooling and casting performance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH260991A CH685865A5 (en) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | Continuous casting mould improving cooling and casting performance |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CH685865A5 true CH685865A5 (en) | 1995-10-31 |
Family
ID=4237617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CH260991A CH685865A5 (en) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | Continuous casting mould improving cooling and casting performance |
Country Status (1)
Country | Link |
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CH (1) | CH685865A5 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1256400A1 (en) * | 2001-05-10 | 2002-11-13 | SMS Demag | Process for delaying the formation of deposits in the cooling channels of continuous casting moulds |
WO2003092931A1 (en) * | 2002-04-27 | 2003-11-13 | Sms Demag Aktiengesellschaft | Adjustment of heat transfer in continuous casting moulds in particular in the region of the meniscus |
-
1991
- 1991-09-05 CH CH260991A patent/CH685865A5/en not_active IP Right Cessation
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CN1318164C (en) * | 2002-04-27 | 2007-05-30 | Sms迪马格股份公司 | Adjustment of heat transfer in continuous casting moulds in particular in the region of the meniscus |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |