DE10201502C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für flüssigen Stahl - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für flüssigen StahlInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille (1) für flüssige Metalle, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßigen der thermischen Belastung (22) über die Höhe der Stranggießkokille (1), bei dem das Kühlmittel (5) jeweils durch eine Querschnittsfläche einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen (3) oder Kühlmittelbohrungen (4), die etwa parallel zum Gießstrang (9) verlaufen, geführt wird, wobei die Kühlmittel-Querschnittsflächen zwischen dem Kokilleneingang (6) und dem Kokillenausgang (7) unterschiedlich ausgeführt sind, vergleichmäßigt die thermische Kokillenbelastung (22), indem die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels (5), das in der Stranggießkokille (1) von oben nach unten geleitet wird, im Kühlmittelkanal (3) oder in der Kühlmittelbohrung (4) im oberen Bereich der Stranggießkokille (1) durch eine kleinere Querschnittsfläche höher eingestellt wird als im unteren Bereich der Stranggießkokille (1), indem die Strömungsgeschwindigkeit durch eine größere Querschnittsfläche niedriger eingestellt wird und/oder indem die Bedeckung des Kühlmittels durch jeweils eine von oben nach unten veränderliche Querschnittsform eingestellt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Optimieren der Kühl
kapazität einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für flüssigen
Stahl, durch Vergleichmäßigen der thermischen Belastung über die Höhe der
Stranggießkokille, bei dem das Kühlmittel jeweils durch eine Querschnittsfläche einer
großen Anzahl von Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel
zum Gießstrang verlaufen, geführt wird, wobei die Kühlmittel-Querschnittsflächen
zwischen dem Kokilleneingang und dem Kokillenausgang unterschiedlich ausgeführt
sind.
Die eingangs bezeichnete Stranggießkokille als Vorrichtung ist aus der DE 41 27 333 C2
bekannt. Dabei wird Stahlschmelze in einer Stranggießkokille vergossen, deren
Formwände mit sich von oben nach unten erstreckenden, an einen Kühlwasser
kreislauf angeschlossenen, durchgehend zylindrischen Kühlbohrungen versehen
sind, deren Durchfluss-Querschnittsflächen teilweise durch Verdrängerstäbe verklei
nert ist. Um zu einer Verkleinerung der Temperaturunterschiede zwischen den Hö
henbereichen der Kokille zu gelangen und damit eine Spannungsverminderung und
eine Verlängerung der Standzeit der Kokille zu erzielen, wird das Kühlwasser im Be
reich der höchsten Temperaturbelastung mit Maximalgeschwindigkeit durch die
Kühlmittelbohrungen geführt. Allerdings stehen nur die durch die Verdrängerstäbe
verkleinerten Bohrungs-Ringquerschnittsflächen zur Verfügung. Außerdem wird das
Kühlmittel nur von unten nach oben geleitet.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei größtmöglicher Kühl
intensität und auf die Höhenbereiche der Stranggießkokille vergleichmäßigter Küh
lung, die Kupferplatten-Hauttemperaturen auf der Heißseite und der Kaltseite so zu
kontrollieren, dass sowohl die Rekristallisations-Temperatur des kaltgewalzten Kup
fers auf der Heißseite nicht überschritten wird als auch eine mögliche Verdampfung
des Kühlmittels auf der Kaltseite vermieden wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Strömungsge
schwindigkeit des Kühlmittels, das in der Stranggießkokille von oben nach unten ge
leitet wird, im Kühlmittelkanal oder in der Kühlmittelbohrung im oberen Bereich der
Stranggießkokille durch eine kleinere Querschnittsfläche höher eingestellt wird als im
unteren Bereich der Stranggießkokille, in dem die Strömungsgeschwindigkeit durch
einen größere Querschnittsfläche niedriger eingestellt wird und/oder dass die Be
deckung mit Kühlmittel durch jeweils eine von oben nach unten veränderliche Quer
schnittsform eingestellt wird. Der Vorteil besteht in einer größeren Bedeckung durch
Kühlmittel im Heißbereich und eine gegenüber bisher geringere Wärmeabfuhr unter
halb des Heißbereichs. Dadurch wird ferner nicht nur die Stoßbelastung im heißen
Höhenbereich des Gießspiegels erheblich herabgesetzt, sondern auch die Wärme
belastung über die gesamte Höhe der Stranggießkokille noch weiter vergleichmäßigt.
Außerdem wird weder die Rekristallisations-Temperatur des kaltgewalzten Kupfers
auf der Heißseite erreicht, noch besteht die Gefahr, dass eine Verdampfung des
Kühlmittels auf der Kaltseite eintreten kann. Dabei können die Eingangsquer
schnittsform des Kühlmittelkanals quadratisch oder rechteckig und die Fortsetzung
jeweils aus einem länglicheren Rechteck bis zu einem Quadrat oder die kreisrunde
Eingangsquerschnittsform analog ausgebildet sein.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Gießgeschwindigkeiten von
3 m/min bis etwa 12 m/min eine Wärmestrombelastung der Stranggießkokille von
maximal 8 MW/m2 und Kühlmittelgeschwindigkeiten vom 4 m/s bis 30 m/s einge
halten werden.
Nach weiteren Schritten wird vorgeschlagen, dass eine maximale thermische Bela
stung der Kokillenplatten auf deren Heißseite kleiner als 550°C und dass der Wär
meübergangs-Koeffizient α bis maximal 250.000 W/m2.K eingestellt wird.
Eine andere, die Wärmewerte beeinflussende Maßnahme besteht darin, dass die
Stranggießkokille oszilliert wird.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Gießstrang mit Gießpulverschlacke in der
Stranggießkokille geschmiert wird.
Eine den Wärmeübergang unterstützende Maßnahme besteht ferner darin, dass die
Oberfläche der Kühlmittelkanäle vom Kokilleneingang bis zum Kokillenausgang mit
einer größerwerdenden Rauheit versehen wird.
Bei einer Vorrichtung zur Optimierung der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für
flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßigung der
thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, wobei das Kühlmittel
jeweils durch einen Querschnitt einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen oder
Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang verlaufen, geführt ist und wo
bei die Kühlmittel-Querschnittsfläche der Kühlmittelkanäle zwischen dem Kokillen
eingang und dem Kokillenausgang unterschiedlich ausgeführt sind, wird die gestellte
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlmittelkanäle oder die Kühl
mittelbohrungen jeweils bei einer relativ kleinen Kühlmittelkanal-Eingangsquer
schnittsfläche und einer größeren -Ausgangsquerschnittsfläche vom Kokilleneingang
bis zum Kokillenausgang bei am Kokilleneingang größter Bedeckung durch das
Kühlmittel ausgebildet sind (unter "Bedeckung" wird hier das Verhältnis Kühlmit
telkanalbreite/Kühlmittelkanalabstand, d. h. die wirksame Phasengrenzschicht Kup
fer/Kühlmittel verstanden). Dadurch wird der Effekt des Abbaus von Spitzentempe
raturen in der Kupferplatte im Gießspiegelbereich und die Vergleichmäßigung über
die gesamte Höhe der Stranggießkokille erzielt.
Eine Alternative des Übergangs vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang besteht
darin, dass die Veränderung der Querschnittsflächenform vom Kokilleneingang bis
zum Kokillenausgang stetig verläuft.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, dass die Gießgeschwindigkeit in Strang
gießrichtung bis etwa 12 m/min einstellbar ist.
Die Erfindung ist außerdem dahingehend verbessert, dass eine thermische Bela
stung der Stranggießkokille von maximal 8 MW/m2, eine Kühlmittelgeschwindigkeit
von 4 bis 30 m/s und eine maximale lokale thermische Belastung der Kupferplatten
auf der dem flüssigen Metall zugewandten Seite bei einem Wärmeübergangskoeffizi
ent α von max. 250.000 W/m2.K vorgesehen sind.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlmittelkanäle bei rechteckigem
Querschnitt in ihrer Kanaltiefe und/oder Kanalbreite vom Kokilleneingang zum Ko
killenausgang ansteigend ausgeführt sind.
Eine Verbesserung sieht außerdem vor, dass die Querschnittsfläche der Kühlmit
telkanäle mittels Leitblechen über eine Steuerung oder Regelung veränderbar ist.
Dadurch kann die Strömung des Kühlmittels in der starren Form der Kühlmittelkanäle
durch eine weitere Funktion ergänzt werden.
Einen andere Weiterentwicklung ist dadurch gegeben, dass die Oberfläche der
Kühlmittelkanäle vom Kokillenausgang bis zum Kokilleneingang mit einer Rauheit
versehen ist.
Dabei ist davon auszugehen, dass die Rauheit aus Grübchen von 0,5 bis 3 mm
Durchmesser und 0,2 bis 2 mm Tiefe gebildet ist.
Schließlich ist die Verteilung oder die Anzahl der Grübchen vom Kokillenausgang bis
zum Kokilleneingang ansteigend vorgesehen.
Der Wärmeübergang wird nach weiteren Merkmalen dadurch intensiviert, dass durch
chemische oder mechanische Maßnahmen die Rauheit veränderbar ist.
Dabei ist es weiter vorteilhaft, dass die Rauheit während des Gießvorgangs verän
derbar ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele zum Stand der Technik und zur Erfin
dung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1A (jeweils von links nach rechts) einen senkrechten Schnitt durch die ge
genwärtige Stranggießkokille, im oberen Teil zwei horizontale Teil
schnitte für Kühlmittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im oberen Kokil
lenbereich, im unteren Bereich zwei horizontale Teilschnitte für Kühl
mittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im unteren Kokillenbereich, ganz
rechts den Temperaturverlauf in den Kupferplatten,
Fig. 1B analog zu Fig. 1A (jeweils von links nach rechts) einen senkrechten
Schnitt durch die Stranggießkokille, im oberen Teil drei horizontale Teil
schnitte für Kühlmittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im oberen Kokil
lenbereich, im unteren Teil drei horizontale Teilschnitte für Kühlmit
telkanäle und Kühlmittelbohrungen im unteren Kokillenbereich, ganz
rechts eine Gegenüberstellung des bisherigen Oberflächentemperatur
verlaufs zwischen dem bisherigen Oberflächentemperaturverlauf und
dem neuen Oberflächentemperaturverlauf,
Fig. 2A ein Diagramm des Wärmeübergangskoeffizienten α, der maximalen
thermischen Belastung und des Druckverlustes im Kühlmittel,
Fig. 2B ein Diagramm des Wärmeübergangskoeffizienten α, des Druckverlu
stes ΔP über der Kühlmittelgeschwindigkeit und
Fig. 2C ein Diagramm für die Abnahme der maximalen thermischen Belastung
mit steigender Kühlmittelgeschwindigkeit.
Beim Stranggießen von flüssigen Metallen, insbesondere von flüssigem Stahl, kommt
eine Stranggießkokille 1 zum Einsatz (Fig. 1A), die aus Kupferplatten 2 jeweils mit
einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen 3 oder Kühlmittelbohrungen 4 mit oder
ohne Verdrängerstäbe 4.1, durch die das Kühlmittel 5 geleitet wird.
Im Gießspiegel 8, in dem sich die Strangschale 9 zu bilden beginnt, entsteht der
größte lokale Wärmestrom 10 ("J") und gleichzeitig die größte thermische Kokillen
belastung TCu-max 11, sowohl auf der Heißseite 11.1 als auch auf der Kaltseite 11.2
der Kupferplatte 2.
Die thermische Belastung im Gießspiegel 8 oder der maximale Wärmestrom 10 ("J")
kann nun besonders bei hohen Gießgeschwindigkeiten von etwa 12 m/min bis zu 8 MW/m2
betragen und erfordert deshalb besondere Kühlmaßnahmen, um die Kup
ferplatten-Hauttemperaturen auf der Heißseite 11.1 und der Kaltseite 11.2 so zu
kontrollieren, dass sowohl die Rekristallisationstemperatur des kaltgewalzten Kupfers
auf der Heißseite 11.1 nicht überschritten wird als auch eine mögliche Verdampfung
des Kühlmittels 5 auf der Kaltseite 11.2 vermieden wird.
Die Kühlkapazität oder die Kühlwirkung wird durch maschinenbauliche Elemente be
stimmt, wie z. B. die Kupferplattendicke 12, die Kühlmittelkanäle 3 oder die Kühlmit
telbohrungen 4 mit oder ohne Verdrängerstäbe 4.1, dem Abstand 13 (A) der Kühl
mittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 voneinander, der Querschnittsfläche
14 (F) der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 und die Länge der
Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4, die der Kokillenlänge 15 (L) ent
spricht. Als Stand der Technik sind zur Zeit die Kühlkanal-Querschnittsflächen 14
zwischen dem Kokilleneingang 6 und dem Kokillenausgang 7 als konstant anzuse
hen. Die prozessbedingten Einflussgrößen für die Kühlkapazität der Stranggießko
kille 1 sind neben der Kühlmitteltemperatur die Kühlmittelgeschwindigkeit 16, die ein
wesentliches Maß für den Wärmeübergangskoeffizienten 17 (α) darstellt, gemessen
in W/m2.K.
Die Zusammenhänge sind in den Fig. 2A, 2B und 2C in Diagrammen dargestellt.
Um einen gewünschten Wärmeübergang mit Hilfe einer bestimmten Kühlmittelge
schwindigkeit 16 in der Stranggießkokille 1 einzustellen, wird sich, bedingt durch die
Querschnittsfläche 14 des Kühlmittelkanals 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 bei
vorgegebener Kokillenbreite 18, hier normiert auf 1 m, und den Abstand 13 der
Kühlmittelkanäle, ein Druckverlust 19 (ΔP) im Kühlmittel 5 zwischen dem Kokillen
eingang 6 und dem Kokillenausgang 7 einstellen.
Dieser Druckverlust steigt überproportional mit der Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V)
oder mit der Kühlmittelmenge 20 (Q), gemessen in m3/h.m an.
Außerdem ist festzuhalten, dass mit steigender Rauheit 21 (R) der Oberfläche des
Kühlmittelkanals 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 der Wärmeübergangskoeffizient
17 (α) aber auch der Druckverlust 19 (ΔP) ansteigen.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Minimierung des Druckverlustes 19 (P)
bei der Kontrolle der maximalen thermischen Belastung 11 (TCu-max) sowohl auf der
Heißseite 11.1 als auch der Kaltseite 11.2 sowie eine Vergleichmäßigung der thermi
schen Kokillenbelastung 22 bzw. des thermischen Profils 23 über die Kokillenlänge
15 zu erzielen.
In den Fig. 2A, 2B und 2C ist der Wärmeübergangskoeffizient 17 (α) und die maxi
male thermische Belastung 11 der Kupferplatte 2 in Abhängigkeit von den maschi
nenbaulichen und verfahrenstechnischen Einflussgrößen, wie z. B.
- - der Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V)
- - der Kühlmittelmenge 20 (Q)
- - dem Druckverlust 19 (ΔP)
- - der Rauheit 21 (R) der Oberfläche
unter jeweils bestimmten und konstanten Randbedingungen dargestellt.
Der Gießstrang 9 wird gemäß Fig. 1B mit einer Gießgeschwindigkeit 9.1 von etwa 12 m/min,
z. B. im Gießformat einer Dünnbramme mit einer Dicke zwischen 40 mm und
100 mm gegossen. Beim Gießen können Gießpulver 1.2 sowie eine Oszillation 1.1
angewendet werden. Der Gießvorgang belastet die Stranggießkokille 1 mit einem
maximalen Wärmestrom 10 ("J") im Gießspiegel 8 von 2 bis 8 MW/m2 und führt zu
einer maximalen thermischen Belastung 11 im Gießspiegel 8 sowohl auf der Heiß
seite 11.1, die dem flüssigen Stahl zugewandt ist, als auch auf der Kaltseite 11.2, die
dem Kühlmittel 5 zugewandt ist. Der Vorgang führt zu einer thermischen Kokillenbe
lastung 22 und einem Wärmestrom-Profil 23 über die Kokillenlänge 15 (L). Die Kühl
mittelkanal-Querschnittsflächen 14 (F) in den Kühlmittelkanälen 3 oder Kühlmittel
bohrungen 4 mit oder ohne Verdrängerstab 4.1 sind im Stand der Technik (Fig. 1A)
über die Kokillenlänge 15 konstant und führen damit zu einer konstanten Kühlmittel
geschwindigkeit 16 (V) und zu einem definierten Kühlmitteldruckverlust 19 (ΔP), der
mit "1" angenommen wird.
In der äußerst rechten Darstellung der Fig. 1B ist der gegenüber Fig. 1A veränderte
Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur dargestellt, wobei die insgesamt ab
geführte Wärmemenge gleichgeblieben ist.
Um nun die thermische Kokillenbelastung 22 zu vergleichmäßigen und gleichzeitig
den Druckverlust 19 (ΔP) des Kühlmittels 5 zu minimieren, wird die Querschnittsflä
che 14 (F) der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 vom Kokillenein
gang 6 bis zum Kokillenausgang 7 vergrößert (Fig. 1B). Außerdem kann die Rauheit
21 (R) ebenfalls wahlweise vom Kokillenausgang 7 bis zum Kokilleneingang 6 funk
tional über die Kokillenlänge 15 angehoben werden.
Die Rauheit 21 kann auch durch Grübchen 24 von maximal 1-3 mm Durchmesser
und 1-2 mm Tiefe erzeugt werden, die zu Kavitationseffekten des strömenden
Kühlmittels 5 (z. B. des Wassers) an der Phasengrenze Kupfer (Kaltseite 11.2) und
Kühlmittel 5 und damit zu einem erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten 17 (α)
führen, hervorgerufen durch Zwangskonvektion im Bereich der laminaren "Nusselt"-
Grenzschicht, in der der Energietransport über Wärmeleitung stattfindet.
Die Vergrößerung der Querschnittsfläche 14 der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühl
mittelbohrungen 4 über die Kokillenlänge 15 kann im Fall der Kühlmittelkanäle 3 über
die Kanaltiefe 3.1 und/oder die Kanalbreite 3.2 erfolgen. Im Fall der Kühlmittelboh
rungen 4 kann die Querschnittsvergrößerung über die Vergrößerung des Durchmes
sers der Kühlmittelbohrung 4 und/oder einer Verkleinerung des Durchmessers des
Verdrängerstabes 4.1 realisiert werden.
Eine andere Gestaltung besteht darin, dass Leitbleche 3.3 der Kühlmittelkanäle 3
mechanisch auf eine veränderte Querschnittsfläche 14 der Kühlmittelkanäle 3 über
die Kokillenhöhe 15 manuell oder automatisch, z. B. online-prozessgesteuert mittels
einer Steuerung oder Regelung 3.3.1 der Position der Leitbleche 3.3 eingestellt wer
den.
Nach Ausführung der beschriebenen Gestaltungen kann die thermische Kokillenbe
lastung 22 über die Kokillenlänge 15 über ein vergleichmäßigtes thermisches Profil
22.1 gesenkt werden, wie im rechten Teil der Fig. 1B in einem Diagramm dargestellt
ist.
Das Diagramm 2A stellt den Wärmeübergangskoeffizienten 17 (α) gemessen in W/
m2 K,
den Druckverlust 19 (ΔP) und die lokale maximale thermische Belastung 11
der Kupferplatte 2 im Gießspiegel 8 in Abhängigkeit von der Rauheit 21 der Oberflä
che der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 bei konstanter Kupfer
plattendicke 12, Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V in m/s), Wärmestrom 10 (J), Quer
schnittsfläche 14 des Kühlmittelkanals 3 oder der Kühlmittelbohrung 4, der Kokillen
länge 15 und einem Abstand 13 der Kühlmittelkanäle 3 oder Kühlmittelbohrungen 4
zueinander dar. Das Diagramm macht deutlich, dass mit steigender Rauheit 21 (R)
der Wärmeübergangskoeffizient 17 (α) aber auch der Druckverlust 19 (ΔP) stetig
ansteigen aber auch gleichzeitig die Kupferplattentemperatur 11 (TCu-max) auf der
Heißseite 11.1 und der Kaltseite 11.2 stark abfällt.
Im Diagramm 2B sind der Wärmeübergangskoeffizient 17 (a) und der Druckverlust
19 (ΔP) über die Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V) oder die Kühlmittelmenge 20 (Q)
mit steigender Rauheit 21 bei konstantem Querschnitt 14 (F), Kokillenlänge 15 und
Abstand 13 (A) dargestellt. Hier wird deutlich, dass mit steigender Kühlmittelge
schwindigkeit 16 (V), Kühlmittelmenge 20 (Q) und Rauheit 21 (R) der Wärmeüber
gangskoeffizient 17 (α), aber auch der Druckverlust 19 (ΔP) überproportional stark
ansteigen.
In Fig. 2C ist die Abnahme der maximalen thermischen Belastung 11 im Gießspiegel
8 der Kupferplatte 2 mit steigender Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V), Kühlmittelmen
ge 20 (Q) und Rauheit 21 (R) bei konstantem Wärmestrom 10 ("J"), im Wär
mestrom-Profil 23 über die Kokillenlänge 15, die Kupferplattendicke 12, der Kühlmit
telkanal-Querschnittsfläche 14 (F) und der Abstand 13 (A) der Kühlmittelkanäle 3
oder der Kühlmittelbohrungen 4 dargestellt.
Das Teilbild in der Fig. 2C macht deutlich, dass die lokale maximale thermische Be
lastung 11 im Gießspiegel 8 mit steigender Rauheit 21 (R), die Kühlmittelge
schwindigkeit 16 (V) oder die Kühlmittelmenge 20 (Q) stark sinkt.
Das Prinzip der Erfindung kann auch auf Bandgießvorrichtungen, die mit bis zu 100 m/min
Gießgeschwindigkeit betrieben werden, angewendet werden. Dabei werden
alle auf die Höhe der Stranggießkokille 1 angewendeten Maßnahmen auf den Um
fang der Twin-Rollen übertragen.
1
Stranggießkokille
1.1
Oszillation
1.2
Gießpulver, Gießschlacke
2
Kupferplatte
3
Kühlmittelkanal
3.1
Kanaltiefe
3.2
Kanalbreite
3.3
Leitblech
3.3.1
Steuerung/Regelung der Position der Leitbleche
4
Kühlmittelbohrung
4.1
Verdrängerrohr, Stab, Rundkörper
5
Kühlmittel
5.1
Kühlmittel-Fließrichtung
6
Kokilleneingang (Oberkante der Kokille)
7
Kokillenausgang (Unterkante der Kokille)
8
Gießspiegel
9
Strangschale, Strang
9.1
Gießgeschwindigkeit
10
lokaler maximaler Wärmestrom "J" im Gießspiegel
11
lokale maximale thermische Belastung im Gießspiegel (TCu-max
)
11.1
dem flüssigen Stahl zugewandte Seite (Heißseite)
11.2
dem Kühlmittel zugewandte Seite (Kaltseite)
12
Kupferplattendicke (zwischen Heißseite und Kaltseite)
13
Abstand der Kühlmittelkanäle (
3
) oder der Kühlmittelbohrungen (
4
) unterein
ander
14
Querschnittsfläche (F) der Kühlmittelkanäle (
3
) oder Kühlmittelbohrungen (
4
)
15
Länge der Kühlmittelkanäle, der Kühlmittelbohrungen, Kokillenlänge
16
Kühlmittelgeschwindigkeit (V in m/s)
17
Wärmeübergangskoeffizient α in W/m2
.K
18
Kokillenbreite (in m)
19
Druckverlust des Kühlmittels, ΔP
20
Kühlmittelmenge Q in m3
/h.m
21
Rauheit, R, in mm der Oberfläche
22
thermische Kokillenbelastung über die Kokillenlänge
22.1
vergleichmäßigtes, thermisches Profil (TCu-max
)
23
Wärmestrom-Profil über die Kokillenlänge
24
Grübchen, Näpfchen
Claims (17)
1. Verfahren zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssi
ges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßigen der
thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, bei dem das
Kühlmittel jeweils durch eine Querschnittsfläche einer großen Anzahl von
Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang
verlaufen, geführt wird, wobei die Kühlmittel-Querschnittsflächen zwischen
dem Kokilleneingang und dem Kokillenausgang unterschiedlich ausgeführt
sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das in der Stranggießko
kille von oben nach unten geleitet wird, im Kühlmittelkanal oder in der Kühl
mittelbohrung im oberen Bereich der Stranggießkokille durch eine kleinere
Querschnittsfläche höher eingestellt wird als im unteren Bereich der Strang
gießkokille, in dem die Strömungsgeschwindigkeit durch eine größere Quer
schnittsfläche niedriger eingestellt wird und/oder dass die Bedeckung mit
Kühlmittel durch jeweils eine von oben nach unten veränderliche Quer
schnittsform eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Gießgeschwindigkeiten von 3 m/min bis etwa 12 m/min eine Wär
mestrombelastung der Stranggießkokille von maximal 8 MW/m2 und Kühlmit
telgeschwindigkeiten von 4 m/s bis 30 m/s eingehalten werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine maximale thermische Belastung der Kokillenplatten auf deren Heiß
seite kleiner als 550°C und dass der Wärmeübergangs-Koeffizient α bis ma
ximal 250.000 W/m2.K eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stranggießkokille oszilliert wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gießstrang mit Gießpulverschlacke in der Stranggießkokille ge
schmiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberfläche der Kühlmittelkanäle vom Kokilleneingang bis zum Kokil
lenausgang mit einer größerwerdenden Rauheit versehen wird.
7. Vorrichtung zur Optimierung der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüs
siges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßigung der
thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, wobei das Kühl
mittel jeweils durch einen Querschnitt einer großen Anzahl von Kühlmittelka
nälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang verlaufen,
geführt ist und wobei die Kühlmittel-Querschnittsfläche der Kühlmittelkanäle
zwischen dem Kokilleneingang dem Kokillenausgang unterschiedlich ausge
führt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelkanäle (3) oder die Kühlmittelbohrungen (4) jeweils bei ei
ner relativ kleinen Kühlmittelkanal-Eingangsquerschnittsfläche (14) und einer
größeren -Ausgangsquerschnittsfläche vom Kokilleneingang (6) bis zum Ko
killenausgang (7) bei am Kokilleneingang (6) größter Bedeckung durch das
Kühlmittel (5) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Veränderung der Querschnittsflächenform vom Kokilleneingang (6)
bis zum Kokillenausgang (7) stetig verläuft.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießgeschwindigkeit in Stranggießrichtung bis etwa 12 m/min ein
stellbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine thermische Belastung (11) der Stranggießkokille (1) von maximal 8 MW/m2,
eine Kühlmittelgeschwindigkeit (16) von 4 bis 30 m/s und eine ma
ximale lokale thermische Belastung (11) der Kupferplatten (2) auf der dem
flüssigen Metall zugewandten Seite (11.1) bei einem Wärmeübergangskoeffi
zient α von max. 250.000 W/m2.K vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelkanäle (3) bei rechteckigem Querschnitt in ihrer Kanaltiefe
(3.1) und/oder Kanalbreite (3.2) vom Kokilleneingang (6) zum Kokillenaus
gang (7) ansteigend ausgeführt sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsfläche (14) der Kühlmittelkanäle (3) mittels Leitblechen
(3.3.) über eine Steuerung oder Regelung (3.3.1) veränderbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberfläche der Kühlmittelkanäle (3) vom Kokillenausgang (7) bis zum
Kokilleneingang (6) mit einer Rauheit (21) versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rauheit (21) aus Grübchen (24) von 0,5 bis 3 mm Durchmesser und
0,5 bis 2 mm Tiefe gebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verteilung oder die Anzahl der Grübchen (24) vom Kokillenausgang
(7) bis zum Kokilleneingang (6) ansteigend vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch chemische oder mechanische Maßnahmen die Rauheit (21) ver
änderbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rauheit (21) während des Gießvorgangs veränderbar ist.
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Citations (3)
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DE10056910A1 (de) * | 2000-11-16 | 2002-05-29 | Sms Demag Ag | Knüppel- und Blockkokille mit partiell geregelter Wärmeabfuhr über Kokillenumfang und Kokillenhöhe |
-
2002
- 2002-01-17 DE DE10201502A patent/DE10201502C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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Title |
---|
Patent Abstract of Japan JP 59133940 A vom 01.08.1984 * |
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