DE10116514A1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kontrolle einer Stranggießkokille - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kontrolle einer StranggießkokilleInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur thermischen Kontrolle der dem Stahl zugewandten Kupferplatte einer Stranggießkokille (1), für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten, Kupferplattendicken, Gießformate, Wassermengen und Wasserdrücke, ist vorgesehen, daß eine wählbare Kokillenkühlwassertemperatur am Kokillenauslauf (29), unabhängig von der Gießgeschwindigkeit konstant gehalten wird, die Kokillenauslauftemperatur (24.1; 24.2) mit Hilfe einer Kurzverrohrung (31) zwischen dem Kokillenauslauf (29) und dem Kokilleneinlauf (30) und eines Zweiwegeventils (23) mit Abzweigverrohrung für eine Teilmenge des Kokillenauslaufwassers auf einen Wärmetauscher gemessen und geregelt wird, und das heiße Kokillenauslaufwasser mit dem gekühlten Kokillenauslaufwasser gemischt wird und in Abhängigkeit von den Gießbedingungen temperaturkontrolliertes Kokilleneinlaufwasser, geregelt in Wassermenge und Wasserdruck, mittels Pumpstation so durch die Kokille (1) getrieben wird, daß das Kokillenwasser am Kokillenausgang eine konstante Temperatur aufweist.
Description
Die bekannten Stranggießkokillen, ob ausgebildet als Wanderkokille, wie bei
spielsweise der "Twin Roller" nach einem Bessemer-Patent aus dem 19. Jahrhun
dert, oder auch als Standkokille, bestehen aus einer Kupferwand, die rückseitig
mit Wasser über einen Wasserverteilungskasten gekühlt wird.
Der Stand der Technik sowie dessen Mängel (wie in Fig. 1 verdeutlicht), werden
im Folgenden beispielhaft an einer oszillierenden Standkokille (1) aufgezeigt, bei
der vorzugsweise Stahl mit einem SEN bzw. Tauchausguß (2) und Gießpulver (3)
bzw. Gießschlacke (3.1) zu Brammen der Dicke zwischen 150 und 30 mm und
einer Breite von max. 3.300 mm mit Gießgeschwindigkeiten (4) bis max. 15 m/min
gegossen wird.
Eine solche Kokille wird bisher mit einer Wasserkühlung von beispielsweise
4.000-8.000 l/min bei einer Strangbreite (5) von 1.600 mm und einem Druck zwischen
5-15 bar versorgt. Diese Wasserkühlung ist so aufgebaut, daß die Wassertem
peratur TM in am Eintritt in die Kokille (6) unabhängig von
- - der Gießgeschwindigkeit (4),
- - der Brammenbreite (5),
- - der Kupferplattendicke (7),
- - dem Gießpulver (3),
- - der Gießschlacke (3.1)
- - dem Wasserdruck (9) und
- - der Oszillation (12)
konstant gehalten wird.
Das Kokillenkühlwasser (10) nimmt mit steigender Gießgeschwindigkeit eine hö
here Temperatur TM out (11) an. Die Temperaturdifferenz (13) zwischen der kon
stanten Einlauftemperatur (16) und der variablen Auslauftemperatur (11) ist eine
Funktion der oben genannten Einflußgrößen.
Betrachtet man das System beispielsweise unter der Annahme, daß alle Einfluß
größen bis auf die Gießgeschwindigkeit konstant gehalten werden, so steigen mit
größer werdender Gießgeschwindigkeit von VC1 (4.1) auf VC2 (4.2) die Auslauf
temperatur (11) oder die Temperaturdifferenz (13) und damit die Kokillenhauttem
peratur (14) von T1 (14.1) auf T2 (14.2) sowie die Energie unter der Energiekeule
(15) von (15.1) auf (15.2) an.
Es ist also festzuhalten, daß mit sich ändernder Gießgeschwindigkeit (4) sowie
sich ändernden Einflußgrößen, die oben aufgezählt worden sind, sich die "hot
face"-Temperatur (14) ändert, was zu sich ständig ändernder Schmierung der
Strangschale (16) und des Wärmestromes (17) in die Kokille führt. Diese sich än
dernden Gießbedingungen führen zu Störungen im Gießprozess sowie in der
Strangoberfläche.
Beschreibt man den restlichen Wasserkreislauf, so wird das Wasser in einem
Wärmetauscher (18), der in seiner Leistung steuerbar ist, auf die gewünschte kon
stante Einlauftemperatur (6) gekühlt und mit Hilfe einer Pumpenstation (19) mit
einem gewünschten Druck (9) der Kokille wieder zugeführt. Dieses Wasserkühl
system läuft außerdem Gefahr, bei hohen Gießgeschwindigkeiten von 10-15 m/min
an der "cold face" der Kokillenwand (20) zur Gasfilmbildung zu gelangen, da
der Verdampfungspunkt bei vorgegebenem Druck durch eine zu hohe Temperatur
im Wärmeübergangsbereich der Kupferwand überschritten wird.
Zu erwähnen ist, daß der Wärmetauscher (18) über einen Kühlturm (21) mit Pum
penstation (21.1) gekühlt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und
eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich der Kokillen- bzw. Stranggießbetrieb
verbessern läßt.
Eine unerwartete, für den Fachmann nicht selbstverständliche Lösung stellen die
in den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale dar. Erfindungsgemäß läßt
sich dabei ein Kokillenkühlsystem erreichen, bei dem die Kokillenhauttemperatur
"hot face" (14) bei wechselnden Gießbedingungen konstant und unter Kontrolle
bleibt, um konstante Bedingungen für das Gießpulver (3) und die Gießschlacke
(3.1) sowie einen ungestörten Wärmestrom (17) über die Gießbreite ohne eine
Gasfilmbildung (Leidenfrost-Effekt) sicherzustellen.
In den Fig. 1 bis 3 ist der Stand der Technik sowie die erfinderische Lösung
beispielhaft für eine oszillierende Dünnbrammenkokille mit Gießgeschwindigkeiten
bis zu 15 m/min beschrieben.
Fig. 1 stellt den Stand der Technik dar und wurde bereits im Detail beschrieben;
Fig. 2 stellt die erfinderische Lösung beispielhaft für eine Dünnbramme mit Gieß
geschwindigkeiten bis zu 15 m/min in Queransicht, Teilbild 2a) und in Dicken
richtung, Teilbild 2b) dar;
Fig. 3 stellt im Teilbild 3a) sowohl den Verlauf der Einlauftemperatur der varia
blen Wassereinlauftemperatur in Funktion von der Gießgeschwindigkeit bei kon
stanter Auslauftemperatur (Erfindung) als auch die Wasserauslauftemperatur in
Funktion von der Gießgeschwindigkeit bei konstanter Einlauftemperatur (Stand
der Technik) dar; und
Teilbild 3b) stellt für die erfinderische Lösung die variable Einlauftemperatur bei
einer konstanten Auslauftemperatur von 40 oder 30°C in Abhängigkeit von der
Kupferplattendicke für zwei unterschiedliche Gießpulver A und B dar.
In Fig. 2 wird die erfinderische Lösung der Kokillenkühlung, die eine konstante
"hot face"-Temperatur (22) bei wechselnden Gießgeschwindigkeiten (4.1) und (4.2)
und/oder andere Parameter wie
- - Brammenbreite (5),
- - Kupferplattendicke (7),
- - Gießpulver (3),
- - Gießschlacke (3.1),
- - Wasserdruck und
- - Oszillation (12)
sicherstellt, wiedergegeben.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß am Austritt des Kokil
lenwassers aus der Kokille ein Zweiwegeventil (23) angeordnet ist, das mit Hilfe
eines Temperaturmeßfühlers, der auf eine kontrollierte konstante Temperatur (24)
eingestellt wird, die Wasserverteilung zwischen heißem Kokillenwasser (25) und
(über einen Wärmetauscher (26)) gekühltem Kokillenwasser (27) so vorgenom
men wird, daß die Auslauftemperatur (24) beispielsweise bei wechselnden Gieß
geschwindigkeiten (4) konstant bleibt.
Mit dieser Umkehr der konstant zu haltenden Wassertemperatur von der Einlauf
seite auf die Auslaufseite der Kokille verändert sich die Wassereinlauftemperatur
(28) ständig mit wechselnden Gießparametern. Außerdem ist wesentlich, daß
zwischen Kokillenwasserauslauf (29) und Kokillenwassereinlauf. (30) eine mög
lichst kurze Verrohrung - bypass - (31) angeordnet ist, die mit dem Kokillenkreis
lauf (27), der über den Wärmetauscher (26) geführt wird, unmittelbar vor dem Ko
killenwassereinlauf (30) in einem Knotenpunkt (32) zusammengeführt wird. Zwi
schen dem Rohrknotenpunkt (31) und dem Kokilleneinlauf (30) ist dann eine
Pumpenstation (33) angeordnet.
In der Fig. 3a) ist nun die Funktion der erfinderischen Lösung, nämlich die Was
sereinlauftemperatur, TM in (28) über der Gießgeschwindigkeit (4) bei konstanter
Auslauftemperatur, TM out = const. = 40°C (24) dargestellt. Diese Funktion läßt
erkennen, daß die "hot face"-Temperatur (22) mit sich ändernder Gießgeschwin
digkeit konstant sinkt.
Dagegen läßt das Teilbild 3a) die demgegenüber völlig andere Situation der be
kannten Kühlungen erkennen. Hier steigt mit der Gießgeschwindigkeit bei kon
stanter Einlauftemperatur (6) die Auslauftemperatur (11) und damit die "hot
face"-Temperatur (14), womit die oben beschriebenen Nachteile sich im Vergleich gut
erkennen lassen.
Das Teilbild 3b) stellt nun für unterschiedliche Kupferplattendicken (7) die sich
ändernde Einlauftemperatur (28) für die Fälle der konstanten Auslauftemperaturen
(24) von 40°C (24.1) und 30°C (24.2) und den Gießpulvern A oder B bei kon
stanten Prozeßdaten wie
- - der Gießgeschwindigkeit von 6 m/min,
- - der Gießbreite von 1.200 mm und
- - der max. Gießbreite von 1.600 mm sowie
- - dem Druck von 12 bar und
- - der Wassermenge von 6.000 l/min
dar.
Die Funktion läßt im Falle der erfinderischen Lösung erkennen, daß für konstante
Auslauftemperaturen (24.1) und (24.2) oder "hot face"-Temperaturen (22) und sich
ändernden Kupferplattendicken (7) sowie Gießpulver A und B die Einlauftempe
ratur TM in (28) funktional verändert wird.
Die Erfindung macht deutlich, daß mit Einführung eines Thermostaten (24) auf die
Kokillenwasserauslaufseite zum Ausregeln eines Zweiwegeventils (23) die "hot
face"-Temperatur der Kokillenplatte unabhängig von den Gießbedingungen kon
stant gehalten werden kann. Diese Lösung stellt sicher, daß der Wärmestrom
über die Kokillenbreite ungestört und konstant bleibt, daß die Gießpulverschmie
rung konstant bleibt, die Standzeit der Kokillenplatten über ihre Hauttemperatur
(22) kontrollierter bleibt sowie die besten Bedingungen für die Strangoberfläche
selbst bei hohen Gießgeschwindigkeiten von bis zu 15 m/min gegeben sind.
1
Kokille, oszillierende Standkokille
2
Tauchausguß, SEN
3
Gießpulver
3.1
Gießschlacke
4
Gießgeschwindigkeit, VC
4.1
VC1
4.2
VC2
, VC1
< VC2
5
Gießbreite
5.1
max. Gießbreite
6
konstante Kokillenkühlwassereinlauftemperatur TM in
= const.
7
Kupferplattendicke
7.1
max. Kupferplattendicke
8
halbe Gießdicke
8.1
Strangmitte
9
Wasserdruck
10
Kokillenkühlwasser
11
Kokillenkühlwasserauslauftemperatur, TM out
= variabel, TM in
< TM out
12
Oszillation, Frequenz, Hubhöhe, Oszillationsform
13
Temperaturdifferenz zwischen TM out
(
11
) und TM in
= const. (
6
)
14
Kokillenhauttemperatur, "hot face"; variabel
14.1
"hot face"-Temperatur, T1
bezogen auf VC1
(
4.1
)
14.2
"hot face"-Temperatur, T2
bezogen auf VC2
(
4.2
), T2
15
Energiekeule, Form der Energieverteilung über die Kokillenhöhe
15.1
Energiekeule bei VC1
(
4.1
)
15.2
Energiekeule bei VC2
(
4.2
)
16
Strangschale
17
Wärmestrom von Strangmitte (
8.1
) in die Kokille (
1
)
18
leistungsvariabler Wärmetauscher
19
Pumpenstation für den inneren und geschlossenen Kühlwasserkreislauf
20
"cold face" der Kokillenwand, wasserzugewandte Kokillenkupferplatte
21
Kühlturm, offener Kühlkreislauf
21.1
Pumpenstation
22
konstante "hot face"-Temperatur, erfinderische Lösung T-Invention
22.1
"bot face"-Temperatur T1
-Inv., bezogen auf VC1
(
4.1
)
22.2
"hot face"-Temperatur T2
-Inv., bezogen auf VC2
(
4.2
), T1
-Inv. = T2-Inv.
23
Zweiwegeventil
23.1
Thermostat bestehend aus
23
und
24
24
Temperaturmeßfühler mit konstanter Wassertemperatur; TM out
= const.
24.1
konstante Auslauftemperatur bei beispielsweise 40°C
24.2
konstante Auslauftemperatur bei beispielsweise 30°C
25
heißes Kokillenwasser mit konstanter Temperatur TM out
(
24
)
26
Wärmetauscher, ausgelegt für "worst case" max. Gießgeschwindigkeit, max.
Gießbreite (
5.1
), max. Kupferplattendicke (
7.1
)
27
gekühlter Kokillenkühlwasserkreislauf
28
Wassereinlauftemperatur, TM in
= variabel
29
Kokillenwasserauslauf
30
Kokillenwassereinlauf
31
kurze Verrohrung - bypass - zwischen Kokillenauslauf (
29
) und Kokillenein
lauf (
30
)
32
Kostenpunkt für "bypass" (
31
) und gekühlten Kokillenkühlwasserkreislauf (
27
)
33
Pumpenstation zwischen Knotenpunkt (
32
) und Kokillenwassereinlauf (
30
)
Claims (10)
1. Verfahren zur thermischen Kontrolle der dem Stahl zugewandten Kupfer
platte einer Stranggießgkokille, für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten,
Kupferplattendicken, Gießformate, Wassermengen und Wasserdrücke,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine wählbare Kokillenkühlwassertemperatur am Kokillenauslauf, un abhängig von der Gießgeschwindigkeit konstant gehalten wird, die Kokil lenauslauftemperatur mit Hilfe einer Kurzverrohrung zwischen dem Ko killenauslauf und dem Kokilleneinlauf und eines Zweiwegeventils mit Ab zweigverrohrung für eine Teilmenge des Kokillenauslaufwassers auf einen Wärmetauscher gemessen und geregelt wird, und
das heiße Kokillenauslaufwasser mit dem gekühlten Kokillenauslaufwas ser gemischt wird und in Abhängigkeit von den Gießbedingungen tempe raturkontrolliertes Kokilleneinlaufwasser, geregelt in Wassermenge und Wasserdruck, mittels Pumpstation so durch die Kokille getrieben wird, daß das Kokillenwasser am Kokillenausgang eine konstante Temperatur auf weist.
daß eine wählbare Kokillenkühlwassertemperatur am Kokillenauslauf, un abhängig von der Gießgeschwindigkeit konstant gehalten wird, die Kokil lenauslauftemperatur mit Hilfe einer Kurzverrohrung zwischen dem Ko killenauslauf und dem Kokilleneinlauf und eines Zweiwegeventils mit Ab zweigverrohrung für eine Teilmenge des Kokillenauslaufwassers auf einen Wärmetauscher gemessen und geregelt wird, und
das heiße Kokillenauslaufwasser mit dem gekühlten Kokillenauslaufwas ser gemischt wird und in Abhängigkeit von den Gießbedingungen tempe raturkontrolliertes Kokilleneinlaufwasser, geregelt in Wassermenge und Wasserdruck, mittels Pumpstation so durch die Kokille getrieben wird, daß das Kokillenwasser am Kokillenausgang eine konstante Temperatur auf weist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine oszillierende Standkokille eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Tauchausguß und Gießpulver eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit einer Gießgeschwindigkeit bis max. 15 m/min gegossen wird.
5. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß Brammen der Abmessung 150-30 mm × max. 3.300 mm gegossen
werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schmalseiten und Breitseiten einer Brammenkokille separat behan
delt werden.
7. Vorrichtung zur thermischen Kontrolle der dem Stahl zugewandten Kupfer
platte einer Stranggießkokille, für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten,
Kupferplattendicken, Gießformate, Wassermengen und Wasserdrücke, ins
besondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Temperaturmessung am Kokillenauslauf (24),
ein Zweiwegeventil (23) zur Verteilung des Kokillenauslaufwassers,
eine Kurzverrohrung, bypass, (31) zwischen Zweiwegeventil (23) und Knotenpunkt (32) für bypass und gekühlten Kokillenkühlwasserkreislauf (27) unmittelbar vom Kokillenwassereinlauf (30) und
ein Knotenpunkt (32) unmittelbar vor der Pumpenstation (33) zwischen Knotenpunkt (32) und Kokillenwassereinlauf (30)
vorgesehen sind.
daß eine Temperaturmessung am Kokillenauslauf (24),
ein Zweiwegeventil (23) zur Verteilung des Kokillenauslaufwassers,
eine Kurzverrohrung, bypass, (31) zwischen Zweiwegeventil (23) und Knotenpunkt (32) für bypass und gekühlten Kokillenkühlwasserkreislauf (27) unmittelbar vom Kokillenwassereinlauf (30) und
ein Knotenpunkt (32) unmittelbar vor der Pumpenstation (33) zwischen Knotenpunkt (32) und Kokillenwassereinlauf (30)
vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch,
eine Gießgeschwindigkeit bis max. 15 m/min.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Kokillenausgang (29) ein Thermostat (23.1), bestehend aus Tempe
raturmeßfühler (24) und Zweiwegeventil (23), angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Thermostat (23.1) separat für Breitseiten und Schmalseiten einer
Brammen-, Vorblock- oder Beam Blank-Kokille vorgesehen ist.
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