DE10201502C1

DE10201502C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für flüssigen Stahl

Info

Publication number: DE10201502C1
Application number: DE10201502A
Authority: DE
Inventors: Werner Rahmfeld; Erwin Wosch; Fritz-Peter Pleschiutschnigg; Stephan Feldhaus; Wolfgang Mosner; Lothar Parschat; Uwe Kopfstedt
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2022-01-18

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 T_Cu-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 (T_Cu-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 (T_Cu-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.

Bezugszeichenliste

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 (T_Cu-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 (T_Cu-max

)

23

Wärmestrom-Profil über die Kokillenlänge

24

Grübchen, Näpfchen

Claims

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.