DE10148150A1 - Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille - Google Patents

Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen, mit einem trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten, die gewölbte taschenförmige Breitseitenwandabschnitte und im Abstand hierzu Kühlmittelkanäle aufweisen. DOLLAR A Um die Kühlwirkung zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß sich die Kühlmittelkanäle jeweils im wesentlichen über die gesamte Kokillenplattenbreite erstrecken.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen, mit einem trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich, mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten, die gewölbte taschenförmige Breitseitenwandabschnitte und im Abstand hierzu Kühlmittelkanäle aufweisen.
  • Die Erstarrung des schmelzflüssigen Metalles geht einher mit einem Übergang der in der Schmelze vorhandenen Wärme auf die Kokille, zu deren Schutz vor einer frühzeitigen Schädigung Kühlmittelkanäle vorgesehen werden. Das hierdurch geführte Kühlmittel soll den Zweck einer schnellen Wärmeabfuhr erfüllen, weshalb in der Vergangenheit die Auffassung vertreten wurde, dass die Kühlkanäle möglichst nah entlang der Kokilleninnenwand verlaufen sollen. Üblicherweise besitzen die nach dem Stand der Technik bekannten Kühlmittelkanäle im Querschnitt ein U-Profil, das dadurch erzeugt wird, dass von der Kaltseite her eine dem Basisschenkel des U-Profiles entsprechend breite Nut gefräst und in diese Nut ein Füllstück aus Stahl eingesetzt wird, dessen vordere Kontur so ausgebildet ist, dass hierdurch ein gewünschtes U-Profil geschaffen wird. Wählt man die Außenlänge der Schenkel dieses U-Profiles mit 20 mm und die Basis-Außenlänge mit 25 mm, beträgt die Länge der Kühllinie im Kupfer (aus der Summe der drei Längen gebildet) 65 mm. Bei dieser Konstruktion und einer "Schlitzbreite" des U-Profiles von 4 mm ergibt sich eine vom Kühlmittel durchflossene Querschnittsfläche von 228 mm2. Von diesen Kühlmittelkanälen sind mehrere parallellaufend in jeder Kokillenplatte angeordnet.
  • Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die gefertigte Bramme an der Oberfläche Streifen aufweist, die darauf hindeuten, dass die Kühlung an der Gießseite des Kokillenkörpers inhomogen ist. Diese Inhomogenität ist um so größer, je geringer der Abstand der Kühlmittelkanäle von der Warmseite der Kokille gewählt wird.
  • Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, im Querschnitt kreisrunde Kühlbohrungen in die Kokillenplatten einzubringen, jedoch erfordert dies ein maßgenaues Arbeiten, um über die gesamte Länge der Warmseite einen konstanten Abstand der Bohrung sowie einen gleichbleibenden Abstand der Bohrungen zueinander zu fertigen. Eine Abweichung vom Soll-Verlauf dieser Bohrungen schafft nicht nur inhomogene Kühlzonen, sondern ggf. auch einen zu geringen Abstand von der Kokilleninnenfläche oder der Bohrungen zueinander, wodurch rißgefährdete Bereiche entstehen.
  • Um einen besseren Wärmeabfluß zu gewährleisten und die Kühlmittelkanäle leicht und sicher reproduzierbar fertigen zu können, wird in der DE 201 08 959.9 U1 vorgeschlagen, dass die Kühlmittelkanäle im Querschnitt zumindest im wesentlichen rechteckig ausgebildet, parallel zueinander angeordnet und derart ausgerichtet sind, dass die längeren Querschnittseiten dieser Rechtecke senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zur Warmseite der Kokillenplatte liegen. Mit dieser Kühlkanalausgestaltung ist es zwar möglich, eine erhebliche Vergrößerung der Länge der Kühllinien selbst dann zu schaffen, wenn der Gesamtquerschnitt gegenüber den bisher verwendeten U-Profilen der Kühlmittelkanäle kleiner ist, jedoch besteht nach wie vor noch eine Restinhomogenität der Kühlung auf der Kokillenkörpergießseite (Warmseite).
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille im Hinblick auf einen verbesserten Wärmeabfluß weiterzuentwickeln.
  • Diese Aufgabe wird durch die Stranggießkokille nach Anspruch 1 gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Kühlmittelkanäle jeweils im wesentlichen über die gesamte Kokillenplattenbreite erstrecken. Dies bedeutet, dass nicht, wie in den bisherigen Ausführungen zum Stand der Technik nebeneinander liegende einzelne Kühlmittelkanäle pro Kokillenplatte verwendet werden, sondern nur ein einziger Kühlmittelkanal vorhanden ist. Ein solcher Kühlmittelkanal erlaubt die Führung des Kühlmittels, vorzugsweise von Wasser, über die komplette Breite der Kokillenplatte. Hierdurch werden Kühlungsinhomogenitäten wirksam vermieden.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlmittelkanal an der Kaltseite der Kokillenplatte angeordnet ist. Dies kann in einer weiteren Ausführungsform dadurch realisiert werden, dass der Kühlmittelkanal nach außen durch eine lösbar angeschraubte Abdeckung begrenzt ist, wobei alternativ oder additiv für den Kühlmittelkanal geeignete Ausfräsungen an der Kokillenplattenaußenwand und/oder an der Kokillenplatteninnenseite, die der Kokillenplattenaußenwand zugewandt ist, vorgesehen sind. Diese Ausfräsungen erstrecken sich erfindungsgemäß bis auf einen Randbereich, in dem eine Kühlung nicht erforderlich ist, im wesentlichen über die gesamte Kokillenplattenbreite, so dass die von dem Stranggießmaterial an die Kokillenplatteninnenseite (Warmseite) abgegebene Wärme in optimaler Weise über das Kühlmittel abgeführt werden kann.
  • Aus herstellungsbedingten Gründen ist der Kühlmittelkanal im Querschnitt zumindest im wesentlichen rechteckig ausgebildet.
  • Die Kokillenplatten können entweder zum unteren Ende hin verjüngt ausgebildet, d. h. keilförmig sein, als auch mit Ausnahme des taschenförmigen Eingießbereiches quaderförmig ausgebildet sein. Die quaderförmige Ausbildung hat zwar den Nachteil, dass die Kokillenplatte entsprechend schwerer ist und mehr Kokillenplattenmaterial aufzuwenden ist, jedoch steht dem der Vorteil gegenüber, dass der Zerspanungsaufwand zur Kokillenplattenbearbeitung geringer ist. Vorzugsweise besteht das Kokillenmaterial aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
  • Zu der Anordnung des jeweiligen Kühlmittelkanals an der Kaltseite der Kokillenplatte ist noch anzumerken, dass hiermit zwar die Wandstärke zwischen der warmen Seite und den Kühlmittelkanälen vergrößert wird, jedoch wird dennoch die von der Schmelze abgeführte Wärmemenge in zufriedenstellender Weise abgeführt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Kokillenplatte,
  • Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch die Kokillenplatte gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II,
  • Fig. 3a und b unterschiedliche Ausführungsformen von Kokillenplattenquerschnittsansichten mit außen angeschraubten Abdeckungen,
  • Fig. 4 Temperatur-/Wärmeübergangsprofile bei unterschiedlich dicken Kokillenplatten,
  • Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine konisch verjüngte Kokillenplatte und
  • Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine bis auf den Eingießbereich quaderförmige Kokillenplatte.
  • Eine Stranggießkokille besteht im wesentlichen mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten, die mit ihren Innenflächen Breitseitenwände bilden. Im Eingießbereich sind die Breitseitenwände taschenförmig gewölbt, so dass dort ein Tauchrohr eingeführt werden kann. Die Schmalseitenwände besitzen eine deutlich kleinere Breite als die Breitseitenwände. Die taschenförmige Eingießöffnung weist vorzugsweise eine elliptische Querschnittskrümmung auf, die sich bis auf ein kleines Maß von 2 cm bis 5 cm bis zum Wandbereich der Breitseite erstreckt. Im einzelnen wird hierzu auf die DE-U1 201 02 524.8 beschriebene und dargestellte Ausführungsform verwiesen. Die taschenförmigen Breitseitenwandabschnitte können im Längsschnitt ein lineares oder nichtlineares Profil besitzen.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Kupfer-Kokillenplatte 10 mit einer Außenwand 11, welche die Kaltseite bildet und einer Innenwand 12, welche die Warmseite bildet. Im Eingießbereich ist eine taschenförmige Eingießöffnung 13 vorgesehen.
  • Wie Fig. 2, 3a und 3b zeigen, können in unterschiedlicher Weise Kühlmittelkanäle 14, 15 oder 16 realisiert werden, die vorzugsweise im Querschnitt rechteckig ausgebildet sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 ist der Kühlmittelkanal 14 in ein Vollmaterial eingefräst, was jedoch bearbeitungstechnisch aufwendig ist. Alternativ hierzu besitzt entsprechend der Darstellung in Fig. 3a die Kokillenplatte 10 eine Ausfräsung 15 an der Außenseite, welche als Grenze des Kühlmittelkanals 15 dient. Über angedeutete Verschraubungen 17 ist eine Abdeckplatte 18 an der Kaltseite befestigt, welche die gegenüberliegende Wandung für den Kühlmittelkanal 15 bildet. Entsprechendes gilt auch für den Kühlmittelkanal 16, dort allerdings mit der Maßgabe, dass die aufgeschraubte Abdeckplatte 19 eine entsprechend eingefräste Ausnehmung enthält, wohingegen die Kokillenplatte 10 an der Kaltseite eben ausgebildet ist.
  • Der Wärmedurchgang durch ebene Metallplatten verschiedener Dicken W1, W2 oder W3 ist Fig. 4 zu entnehmen. Auf der Warmseite 11 wird eine Temperatur T1 angenommen, der an der Kühlkanalwand eine niedrigere Temperatur T2 gegenübersteht, die durch die Wärmeaufnahme und die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittels bestimmt wird. Je nach Dicke W1, W2 oder W3 der Metallplatte wird je nach Wärmekapazität von dem Plattenmaterial eine größere oder geringere Wärmemenge aufgenommen. Da die absoluten Temperaturwerte T1 und T2 vorgegeben sind, ergeben sich unterschiedlich steile Temperatur-Gradientenlinien 20. Die Maße W1 bis W3 sind in entsprechender Weise auf den Abstand des Kühlmittelkanals 14, 15 oder 16 von der Warmseite 12 übertragbar, d. h. je nach Abstand ergibt sich ein unterschiedlich steiler Temperaturgradient.
  • Die Erfindung ist sowohl bei den in Fig. 5 im Längsschnitt dargestellten, sich zum Kokillenende hin verjüngenden Kokillen 21 als auch bei den sich bis auf den Eingießbereich 22 quaderförmigen Kokillenplatten 23, für die eine größere Kokillenmaterialmenge aufzuwenden ist, anwendbar. Die taschenförmigen Breitseitenwandabschnitte haben ein gerundetes, vorzugsweise elliptisches Querschnittsprofil und ein lineares und nichtlineares Längsprofil, das konisch und/oder konvex bzw. aus Teilpoligomzügen zusammengesetzt sein kann, um optimale Strömungsprofile des Flüssigstranges zu erreichen.

Claims (6)

1. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille zum kontinuierlichen Gießen von Metallbändern oder Dünnbrammen, mit einem trichterförmig in Gießrichtung zum Format des gegossenen Stranges verjüngten Eingießbereich (22), mit zwei miteinander verspannten Kokillenplatten, die gewölbte taschenförmige Breitseitenwandabschnitte (13, 24) und im Abstand hierzu Kühlmittelkanäle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlmittelkanäle (14, 15, 16) jeweils im wesentlichen über die gesamte Kokillenplattenbreite erstrecken.
2. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (15, 16) an der Kaltseite der Kokillenplatte (10) angeordnet ist.
3. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (15, 16) nach außen durch eine lösbar angeschraubte Abdeckung (18, 19) begrenzt ist.
4. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (14, 15, 16) im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist.
5. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillenplatte (23) mit Ausnahme des taschenförmigen Eingießbereiches (22) quaderförmig ausgebildet ist.
6. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenmaterial aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
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