DE10253735A1

DE10253735A1 - Intensification of the heat transfer in continuous casting molds

Info

Publication number: DE10253735A1
Application number: DE10253735A
Authority: DE
Inventors: Uwe Plociennik; Markus Reifferscheid; Dirk Mangler
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2003-11-13
Also published as: ZA200406378B; UA81247C2; KR20040097142A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere von Stahl, mit Kühlkanälen 1 wie Kühlnuten, Kühlschlitzen oder Kühlbohrungen in der von der Kontaktfläche mit der Schmelze abgewandten Kokillenseite 2. Der Wärmeübergang der Kokille wird dadurch verbessert, dass die geometrischen Ausgestaltungen der wärmeübertragenden Flächenbereiche eines Kühlkanals 1 oder einer Gruppe von Kühlkanälen in Form, Querschnittsfläche, Umfang, Grenzflächenbeschaffenheit, Orientierung zur Kontaktfläche, Anordnung und/oder Anordnungsdichte gegenüber der Kontaktfläche der lokalen Ausbildung von Wärmestromdichte und/oder Temperatur der Kontaktfläche 18 im Gießbetrieb, und insbesondere im Gießspiegelbereich 11, angepasst ist.The invention relates to a mold for the continuous casting of molten metals, in particular steel, with cooling channels 1 such as cooling grooves, cooling slots or cooling bores in the mold side 2 facing away from the contact surface with the melt. The heat transfer of the mold is improved in that the geometric configurations of the heat-transferring Surface areas of a cooling duct 1 or a group of cooling ducts in terms of shape, cross-sectional area, circumference, boundary surface quality, orientation to the contact surface, arrangement and / or arrangement density relative to the contact surface of the local formation of heat flow density and / or temperature of the contact surface 18 in the casting operation, and in particular in the casting area 11 , is adjusted.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, insbesondere von Stahl, mit Kühlkanälen wie Kühlnuten, Kühlschlitzen oder Kühlbohrungen in der von der Kontaktfläche mit der Schmelze abgewandten Kokillenseite. The invention relates to a mold for the continuous casting of molten Metals, especially steel, with cooling channels such as cooling grooves, cooling slots or Cooling holes in the face away from the contact area with the melt Mold side.

Eine Stranggießkokille, insbesondere eine CSP (Compact Strip Production)- Kokille üblicher Bauart in Form einer Plattenkokille, zum Stranggießen von Vorblöcken oder Brammen aus Stahl, ist zumeist mit Seitenwänden ausgebildet, die jeweils aus einer Stützwand und einer an dieser befestigten, mit der Metallschmelze in Kontakt gelangenden Innenplatte bestehen. Bevorzugt an der der Stützwand zugewandten Seite der Innenplatte sind zueinander parallele Kühlmittelkanäle vorgesehen, die als zur Stützwand offene Schlitze ausgebildet sein können. A continuous casting mold, especially a CSP (Compact Strip Production) - Mold of conventional design in the form of a plate mold, for the continuous casting of Preblocks or slabs of steel, is mostly designed with side walls that each from a retaining wall and one attached to it, with the molten metal in contact with the inner plate. Preferably on the support wall facing side of the inner plate are mutually parallel coolant channels provided that can be designed as open slots to the support wall.

Bei CSP-Kokillen aktueller Bauart sind die Wärmeübergangsverhältnisse über der Kokillenhöhe, insbesondere in einem Bereich über und unter dem Badspiegel, in Grenzen veränderlich. Beispielsweise wird die Wandtemperatur der Kokille oberhalb des Badspiegels abgesenkt. Wenn jedoch der Wärmeübergang im Bereich und/oder oberhalb des Badspiegels verringert wird, so steigt die Temperatur der Kokille. Dies hat folgende Vorteile:

- Durch die im Bereich des Badspiegels wärmere Kokille wird Gießpulver schneller aufgeschmolzen;
- Schnelleres Aufschmelzen des Gießpulvers erhöht die Schmierwirkung zwischen Strang und Kokille, mit dem Ergebnis einer besseren Strangoberfläche;
- Bessere Schmierung führt zu einer niedrigeren Kokillenoberfläche unterhalb des Badspiegels, dadurch ergeben sich verringerte thermische Spannungen und verringerte Tendenz zu Rissbildungen, infolgedessen höhere Standzeiten der Kokille;
- Wärmere Bereiche der Kokille oberhalb des Badspiegels reduzieren die Druckspannungen in Bereichen unterhalb desselben. Dies vermindert ebenfalls die Rissbildung und führt zu höheren Standzeiten der Kokille.

With current CSP molds, the heat transfer conditions above the mold height, especially in an area above and below the bath level, are variable within limits. For example, the wall temperature of the mold above the bath level is lowered. However, if the heat transfer in the area and / or above the bath level is reduced, the temperature of the mold increases. This has the following advantages:

- The mold, which is warmer in the area of the bath level, melts mold powder faster;
- Faster melting of the mold powder increases the lubricating effect between the strand and the mold, resulting in a better strand surface;
- Better lubrication leads to a lower mold surface below the bath level, which results in reduced thermal stresses and a reduced tendency to form cracks, resulting in a longer service life of the mold;
- Warmer areas of the mold above the bath level reduce the compressive stresses in areas below it. This also reduces cracking and leads to longer tool life.

Durch Messungen an Stranggießkokillen ist es bekannt, dass die Verteilung der Wärmestromdichten unterhalb des Badspiegels zwischen 20 und 80 mm ein Maximum aufweist, um ausgehend hiervon sowohl in Gießrichtung, als auch dazu entgegengesetzt nach Art einer Glockenkurve abzufallen. Dabei beträgt der Bereich der erhöhten Wärmestromdichte ca. 120 mm. It is known from measurements on continuous casting molds that the distribution of the Heat flow densities below the bath level between 20 and 80 mm Maximum has, based on this, both in the casting direction and to it opposite to fall like a bell curve. The is Area of increased heat flow density approx. 120 mm.

Ein zuordenbares Diagramm der Temperaturverteilung der Schmelze in der Kokille entspricht der Krümmung einer liegenden Parabel mit t_max im Bereich der erhöhten Wärmestromdichte. An assignable diagram of the temperature distribution of the melt in the mold corresponds to the curvature of a lying parabola with t _max in the area of the increased heat flow density.

Das Dokument DE 38 40 448 C2 beschreibt eine Stranggießkokille, insbesondere Plattenkokille, deren Seitenwände jeweils von einer Stützwand und einer an dieser befestigten, mit Metallschmelze in Kontakt gelangenden Innenplatte gebildet sind, und wobei an der der Stützwand zugewandten Seite der Innenplatte zueinanderliegende Kühlmittelkanäle vorgesehen sind, die als zur Stützwand offene Schlitze ausgebildet sind, deren Breite geringer, und deren Tiefe größer als die Breite der zwischen den Schlitzen liegenden Rippen ist. Document DE 38 40 448 C2 describes a continuous casting mold, in particular Plate mold, the side walls of each of a support wall and one on this fixed inner plate that comes into contact with molten metal are formed, and being on the side of the inner plate facing the support wall mutually lying coolant channels are provided, which are open to the support wall slots are formed, the width of which is smaller and the depth of which is greater than the width of the ribs between the slots.

Die EP 0 551 311 B1 beschreibt eine flüssigkeitsgekühlte, breitenverstellbare Plattenkokille zum Stranggießen von Strängen aus Stahl im Brammenformat, insbesondere für eine Dicke unter 100 mm. Bei dieser sind die Breitseitenplatten und Schmalseitenplatten in Richtung ihrer Quererstreckung im Sinn einer Querschnittsvergößerung für den Strang ausgebildet, die Schmalseitenplatten sind über die Kokillenhöhe im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und die Breitseitenplatten mindestens im Bereich geringster Brammenbreite konkav ausgebildet, derart, dass im Querschnitt die Scheitelhöhe der einen Bogen bildenden Kokillenwand gegenüber einem eingeschriebenen Rechteck auf der Eingießseite der Kokille maximal 12 mm pro 1000 mm Brammenbreite beträgt und die Form der Breitseitenplatten am Strangaustrittsende der Kokille dem zu erzeugenden Strangformat entspricht. Die Breitseitenplatten sind im Verstellbereich der Schmalseitenplatten als ebene Fläche ausgebildet und es sind in der der formgebenden Seite abgewandten Seite schlitzartige Kanäle angeordnet. EP 0 551 311 B1 describes a liquid-cooled, width-adjustable Plate mold for the continuous casting of steel strands in slab format, especially for a thickness below 100 mm. With this the broadside plates and Narrow side plates in the direction of their transverse extension in the sense of a Enlarged cross-section for the strand, which are narrow side plates arranged essentially parallel to each other over the mold height and the Broad side plates concave at least in the area of the smallest slab width formed such that in cross section the apex height of the one forming an arc Mold wall opposite an inscribed rectangle on the pouring side the mold is a maximum of 12 mm per 1000 mm slab width and the shape of the Broad side plates at the strand exit end of the mold to be produced String format corresponds. The broad side plates are in the adjustment range of the Narrow side plates formed as a flat surface and there are in the Forming side facing away from slot-like channels.

Die EP 0 968 779 A1 betrifft die Ausbildung einer Breitseite einer Brammenkokille, mit einer Gießplatte mit einer Innenfläche und einer dieser gegenüberliegenden Außenfläche, wobei die Breitseite einen oberen und einen unteren Teilbereich aufweist, und wobei zumindest der obere Teilbereich einen Mittelbereich und zwei seitlich davon angeordnete Seitenbereiche aufweist. In dem Dokument wird vorgeschlagen, dass die Innenfläche der Gießplatte zur Bildung von Kühlkanälen Nuten mit Hinterschneidungen aufweist, und dass die Nuten von Füllstücken formschlüssig abgedeckt sind, die in die Hinterschneidungen eingeführt sind. EP 0 968 779 A1 relates to the formation of a broad side of a slab mold, with a casting plate with an inner surface and one opposite this Outer surface, the broad side having an upper and a lower part has, and wherein at least the upper portion of a central region and two has side areas arranged laterally therefrom. In the document suggested that the inner surface of the casting plate to form cooling channels Has grooves with undercuts, and that the grooves of fillers are positively covered, which are inserted into the undercuts.

Das U.S.-Patent 5,207,266 betrifft eine wassergekühlte Kupferkokille, umfassend eine Kupferplatte mit einem daran befestigten rückwärtigen Rahmen unter Ausbildung von Kühlkanälen, worin Weiten von Hauptkanälen in der Region der Befestigungsbolzen weiter als diejenigen in anderen Regionen sind. Die Kokille umfasst die Ausbildung größerer Kanäle zwischen rechtsseitigen und linksseitigen Kanälen in der Region der Befestigungsbolzen ausschließlich der Bolzenverschraubungen. Verzweigungs-Kanäle zwischen den Hauptkanälen und den vergrößerten Kanälen sind vorgesehen, worin zumindest Zweigkanäle und -bereiche von den Hauptkanälen mehr Wasserflächenbereiche aufweisen, als die Haupt- und vergrößerten Kanäle. U.S. Patent 5,207,266 relates to a water-cooled copper mold comprising a copper plate with a rear frame attached underneath Formation of cooling channels, in which widths of main channels in the region of Mounting bolts are wider than those in other regions. The mold includes the formation of larger channels between right and left channels in the region of the fastening bolts only the bolt connections. Branch channels between the main channels and the enlarged channels are provided, wherein at least branch channels and areas of the Main channels have more water surface areas than the main and enlarged ones Channels.

Für eine rasche und sichere, insbesondere gleichmäßige Ausbildung einer rissfreien Strangschale ist eine intensive Kühlung bzw. Wärmeabfuhr aus dem Bereich unterhalb des Meniskus bis zur Auslassöffnung der Kokille von ausschlaggebender Bedeutung. Hierfür sind bei bekannten Kokillen folgende Möglichkeiten gegeben:

- Einstellen einer relativ hohen Kühlwassergeschwindigkeit,
- Absenken der Kühlwassertemperatur,
- Vergrößerung der Wärmetauscherflächen in den Kühlkanälen durch Kühlrippen.

Intensive cooling or heat dissipation from the area below the meniscus to the outlet opening of the mold is of crucial importance for the rapid and safe, in particular uniform, formation of a crack-free strand shell. The known possibilities for known molds are as follows:

- setting a relatively high cooling water speed,
- lowering the cooling water temperature,
- Enlargement of the heat exchanger surfaces in the cooling channels through cooling fins.

Vorgenannte Varianten werden bereits bei der Auslegung von Kokillen für Stanggießanlagen in der Praxis vielfach angewandt. The aforementioned variants are already in the design of molds for Continuous casting machines are widely used in practice.

Die Kontaktplatte der Kokille, die in der Regel aus einer Kupferlegierung besteht steht im "direkten Kontakt" mit dem flüssigen und erstarrten Metall. Die auch als Kupferplatte bezeichnete Kontaktplatte ist ein Verschleißteil und wird auf einem Trägerelement, meist aus Stahl bestehend, befestigt. Das wiederverwertbare Trägerelement wird Wasserkasten genannt. The contact plate of the mold, which usually consists of a copper alloy is in "direct contact" with the liquid and solidified metal. The also as Contact plate called copper plate is a wearing part and is on a Carrier element, usually made of steel, attached. The recyclable Carrier element is called water box.

Die Kokille selbst wirkt als Kristallisator, d. h. dem eingebrachten flüssigen Stahl wird soviel Energie entzogen, dass eine tragfähige Strangschale entsteht, die dann kontinuierlich aus der Kokille herausgezogen werden kann. Dabei bildet sich eine erste Strangschale in Höhe des Füllstandes in der Kokille am sogenannten Meniskus. Der Begriff Meniskus steht für den frühen Entstehungsbereich der Strangschale in dem die Kontaktfläche der Kokille, festes und geschmolzenes Gießhilfsmittel sowie Flüssigstahl und Strangschale zusammentreffen. Als Gießhilfsmittel werden Gießpulver und Öle eingesetzt. Diese trennen Metall und Kupfer durch Schmierung voneinander und steuern den lokalen Wärmeübergang (Fig. 8). The mold itself acts as a crystallizer, ie enough energy is withdrawn from the liquid steel that it is brought in to create a stable strand shell that can then be continuously pulled out of the mold. A first strand shell is formed at the fill level in the mold on the so-called meniscus. The term meniscus stands for the early development area of the strand shell, in which the contact surface of the mold, solid and molten casting aids as well as liquid steel and strand shell meet. Casting powder and oils are used as pouring aids. These separate metal and copper from each other by lubrication and control the local heat transfer ( Fig. 8).

Das am Meniskus gebildete erste Strangschalenvolumenelement wandert mit Abzugsgeschwindigkeit durch die Kokille. Aufgrund des gegebenen Temperaturgradienten zwischen Flüssigstahl und Kühlmedium stellt sich ein lokaler Energiestrom in Richtung der Kühlkanäle ein. Sein Energieinhalt wird über die mit dem Kühlmittel, meist Wasser, durchströmten Kühlkanäle abgeführt. Die Strangschalendicke nimmt entsprechend zu. The first strand shell volume element formed on the meniscus migrates with it Pull-off speed through the mold. Because of the given A temperature gradient between the liquid steel and the cooling medium results in a local energy flow towards the cooling channels. Its energy content is about that with the Coolants, mostly water, are discharged through the cooling channels. The strand shell thickness increases accordingly.

Die in der Kokillenkonstruktion ausgebildeten Kühlkanäle können vollständig innerhalb der Kupferplatte oder auch innerhalb des Wasserkastenelements befindlich ausgeführt sein. Auch Mischbauweisen sind bekannt. Zudem sind Varianten verbreitet, bei denen Füllstücke zwischen Wasserkasten und Kupferplatte derartig angeordnet sind, dass geeignete Kühlkanäle entstehen. The cooling channels formed in the mold construction can be complete inside the copper plate or inside the water box element be executed. Mixed constructions are also known. There are also variants widespread, in which filler pieces between the water tank and copper plate such are arranged that suitable cooling channels are created.

Aus fertigungstechnischen Gründen sind Kühlkanäle mit Rechteck- oder Kreisquerschnitten weit verbreitet. Eckenbereiche können mit Verrundungen ausgeführt sein. Durch geeignete Füllstücke werden aber auch U-, L- und T-Formen beliebiger Ausrichtung gegenüber der Kontaktfläche erzeugt. Die typische Anordnung der Kühlkanäle folgt einzeln oder gruppiert der Gießrichtung, d. h. von oben nach unten, und meist äquidistant zur Kontaktfläche zum Metall. Ziel der Bemühungen ist, über die Kontaktfläche der Kokille eine möglichst homogene Kühlwirkung zu erzielen, was im Bereich von Befestigungsstellen oft nur bedingt gelingt. Oft werden in Querschnittsfläche und/oder Geometrieform unterschiedlich gestaltete Kühlkanäle nebeneinander kombiniert, um die Gleichmäßigkeit der Kühlwirkung über der Gießbreite weiter zu optimieren (Fig. 10). Cooling ducts with rectangular or circular cross sections are widely used for manufacturing reasons. Corner areas can be rounded. Suitable fillers also produce U, L and T shapes of any orientation with respect to the contact surface. The typical arrangement of the cooling channels follows the casting direction individually or in groups, ie from top to bottom, and usually equidistant from the contact surface to the metal. The aim of the efforts is to achieve the most homogeneous possible cooling effect via the contact surface of the mold, which is often only possible to a limited extent in the area of fastening points. Often, differently designed cooling channels are combined next to one another in cross-sectional area and / or geometric shape in order to further optimize the uniformity of the cooling effect over the casting width ( FIG. 10).

All diesen Bauformen gemeinsam ist die Eigenschaft, dass die Geometrie eines einzelnen Kühlschlitzes über seine Länge in Form und Querschnittsfläche unverändert bleibt. Diese Ausführung implementiert, dass die zur Kühlung nutzbare Kühlkanalfläche über die Kühlkanallänge unveränderlich bleibt. Über die Mengenbilanz entlang eines gedachten Stromfadens lässt sich weiterhin ableiten, dass die Strömungsgeschwindigkeit über die Kühlkananllänge konstant bleibt. Common to all these designs is the property that the geometry of a individual cooling slot over its length in shape and cross-sectional area remains unchanged. This version implements that usable for cooling Cooling channel area remains unchangeable over the cooling channel length. About the Quantity balance along an imaginary current thread can still be deduced that the Flow speed remains constant over the length of the cooling channel.

Diesbezüglich existiert lediglich eine Sonderausführung für Kühlkanalbohrungen in die von oben oder unten, zentrale Verdrängerstifte eingebracht werden können. Da die Länge des Verdrängerstiftes in der Regel kürzer ist als die Bohrungslänge selbst, kommt es im Kühlkanal zu einer Querschnittsverengung, was zu einer Beschleunigung des Kühlmediums in diesem Übergangsbereich führt. Im verengten Querschnittsbereich fließt das Kühlmedium dann schneller, was die Kühlwirkung entsprechend verstärkt. Die für den Kühlkanal wirksame Kühlfläche bleibt von dieser Maßnahme allerdings unberührt. In this regard, there is only a special version for cooling channel bores in which can be inserted from above or below, central displacement pins. Since the length of the displacement pin is usually shorter than the length of the hole itself, there is a cross-sectional narrowing in the cooling channel, which leads to a Acceleration of the cooling medium in this transition area leads. In the narrowed Cross-sectional area, the cooling medium then flows faster, which has the cooling effect reinforced accordingly. The cooling surface effective for the cooling duct remains this measure, however, is not affected.

Die bisher üblichen konstruktiven Auslegungen der Kühlkanäle zielen auf eine möglichst homogene Kühlwirkung, wobei die tatsächlich vorhandene, inhomogene thermische Belastungsverteilung auf der Kokillenplatte keine Berücksichtigung findet. Aufgrund der notwendigen mehrdimensionalen Betrachtung sind zwei Inhomogenitäten in der thermischen Lasterverteilung zu unterscheiden.

- Inhomogenität parallel zur Gießrichtung
- Inhomogenität senkrecht zur Gießrichtung

The previously usual design of the cooling ducts aims for a cooling effect that is as homogeneous as possible, whereby the actually existing, inhomogeneous thermal load distribution on the mold plate is not taken into account. Due to the necessary multi-dimensional consideration, two inhomogeneities in the thermal load distribution can be distinguished.

- Inhomogeneity parallel to the casting direction
- Inhomogeneity perpendicular to the casting direction

In Gießrichtung kann der Wärmeübergang aus dem flüssigen Stahl in das Kühlmedium im Kühlkanal vereinfacht als eindimensionale Wärmeleitung durch mehrere Schichten betrachtet werden. In der Energiebilanzgleichung sind zu berücksichtigen:

1. Wärmeübergang aus dem Flüssigstahl in die gebildete Strangschale
2. Wärmeleitung durch die Stangschale
3. Wärmeleitung durch die Schmiermittelschicht
4. Wärmeleitung durch die Kupferplatte
5. Wärmeübergang in das Kühlmedium

In the casting direction, the heat transfer from the molten steel into the cooling medium in the cooling channel can be viewed in simplified terms as one-dimensional heat conduction through several layers. The energy balance equation must take into account:

1. Heat transfer from the liquid steel into the strand shell formed
2. Heat conduction through the rod shell
3. Heat conduction through the lubricant layer
4. Heat conduction through the copper plate
5. Heat transfer into the cooling medium

Im stationären Fall sind Quellterme nicht zu berücksichtigen. In the stationary case, source terms are not to be taken into account.

Im Term der Wärmeleitung durch die Strangschale liegt eine Ursache für die ungleichmäßige, thermische Lastverteilung über der Kokillenlänge, da im Gießspiegel überhaupt erst eine Strangschale entsteht und diese in Gießrichtung weiter wächst. Der Wärmeübergang behindert sich somit mit zunehmender Strangschalendicke selbst. Setzt man alle übrigen Parameter konstant, ist daher zu erwarten, dass der Wärmestrom am Gießspiegel seinen höchsten Wert aufweist und dann in Gießrichtung kontinuierlich abnimmt. Aus der Integration über die gesamte Kühlkanallänge kann ein mittlerer Wärmestrom abgeleitet werden. Aufgrund der Mehrdimensionalität der Wärmeleitung - oberhalb des Gießspiegels erfolgt kein Wärmeeintrag - wird sich der theoretisch scharfe Verlauf der Wärmestromdichte glätten und die Lage des Maximums in Gießrichtung verschieben (Fig. 9). One reason for the non-uniform, thermal load distribution over the length of the mold lies in the term of heat conduction through the strand shell, since a strand shell is formed in the casting level and this continues to grow in the casting direction. The heat transfer thus impedes itself with increasing strand shell thickness. If all other parameters are set constant, it can be expected that the heat flow at the casting level will have its highest value and then decrease continuously in the casting direction. An average heat flow can be derived from the integration over the entire length of the cooling channel. Due to the multi-dimensionality of the heat conduction - there is no heat input above the pouring level - the theoretically sharp course of the heat flow density will smooth out and the position of the maximum will shift in the pouring direction ( Fig. 9).

Betriebsmessungen von lokalen Wärmestromdichten belegen, dass gegenüber dem mittleren Wärmestrom die lokalen Werte im Gießspiegelbereich um den Faktor 1,5 bis 3 höher, dagegen die Werte am Kokillenfuß um den Faktor 0.3 bis 0.6 niedriger liegen können. Die Lage des Maximums liegt je nach Anlage und Prozessparameter 20 bis 70 mm unterhalb der eigentlichen Gießspiegellage. Die absoluten Werte der mittleren Wärmestromdichten sind zum einen von Gießpulver, insbesondere aber auch von der Gießgeschwindigkeit abhängig. So werden in der Literatur mittlere Wärmestromdichten um 1.0 MW/m² bei 0.9 m/min. 2.0 MW/m² bei 3.0 m/min und 3.0 MW/m² bei 5.5 m/min Gießgeschwindigkeiten genannt. Über die genannten Faktoren lassen sich die zu erwartenden lokalen Wärmestromdichten zumindestens abschätzen. Operating measurements of local heat flow densities show that compared to the mean heat flow, the local values in the area of the mold level can be higher by a factor of 1.5 to 3, whereas the values at the mold base can be lower by a factor of 0.3 to 0.6. The location of the maximum is 20 to 70 mm below the actual mold level, depending on the system and process parameters. The absolute values of the average heat flow densities depend on the one hand on casting powder, but in particular also on the casting speed. In the literature, mean heat flux densities around 1.0 MW / m ² at 0.9 m / min. 2.0 MW / m ² at 3.0 m / min and 3.0 MW / m ² at 5.5 m / min casting speeds. The expected local heat flow densities can at least be estimated from the factors mentioned.

Die ungleichmäßige Verteilung der Wärmestromdichte in Gießrichtung führt dazu, dass der thermische Hauptverschleiß an der Kokillenplatte fast ausnahmslos im Gießspiegelbereich - stattfindet. Dieser äußert sich in Riefen, Rissen, Deformationen und sogar Abplatzungen von eventuell vorher aufgebrachten Schichten. The uneven distribution of the heat flow density in the casting direction leads to that the main thermal wear on the mold plate is almost without exception in the Casting area - takes place. This manifests itself in grooves, cracks, Deformations and even flaking of any previously applied layers.

Auch in Breitenrichtung ist die Belastung der Kokillenplatte durchaus unterschiedlich. Inhomogenitäten resultieren meist aus dem sich in der Kokille ausbildendem Strömungsfeld des flüssigen Stahls. Die Vorgänge sind eng verknüpft mit der geometrischen Ausgestaltung des stahlzuführenden Tauchausgusses, der Kontaktflächengeometrie und anderen Prozessgrößen. Stationäre und instationäre Vorgänge am Gießspiegelausbildungen bewirken eine meist anlagenspezifisch inhomogene Ausbildung des Meniskus. Mit der inhomogenen Meniskusausbildung ist auch eine inhomogene Wärmeverteilung verbunden, sodass die Hauptschädigung sich nicht gleichmäßig über der Kokillenbreite ausbildet, sondern konzentriert an bestimmten Stellen einsetzt. The load on the mold plate is also in the width direction differently. Inhomogeneities usually result from the formation in the mold Liquid steel flow field. The processes are closely linked to the geometric design of the steel feed plunger, the Contact surface geometry and other process variables. Stationary and transient Operations at the mold level training usually result in a system-specific manner inhomogeneous formation of the meniscus. With the inhomogeneous meniscus formation is also connected to an inhomogeneous heat distribution, so that the The main damage does not form evenly over the mold width, but concentrated at certain points.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den für die Kühlwirkung der Kühlkanäle massgebenden Wärmeübergang durch eine besondere geometrische Ausgestaltung der wärmeübertragenden Flächenbereiche eines Kühlkanals bzw. einer Gruppe derselben der lokalen Wärmestromdichte der mit der Schmelze in Berührung stehenden Kontaktfläche der Kokille anzupassen. Starting from the aforementioned prior art, the object of the invention the basis for the cooling effect of the cooling channels Heat transfer through a special geometric design of the heat transfer Surface areas of a cooling channel or a group of the same local Heat flux density of the contact surface in contact with the melt Adjust mold.

Die Lösung der Aufgabe wird mit der Erfindung entsprechend den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht. The object is achieved with the invention according to the features of Claim 1 reached.

Weitere erfindungsgemässe Beeinflussungen des Wärmeüberganges und damit der Kühlwirkung des bzw. der Kühlkanäle sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen. Dabei kann z. B. zur Beeinflussung der lokalen Kühlwirkung eines Kanals dessen Form, Querschnittsfläche, Umfang, Grenzflächenbeschaffenheit, Orientierung und Anordnung relativ zur Kontaktfläche lokal variiert sein. Further influences according to the invention on the heat transfer and thus the cooling effect of the cooling channel or channels are in accordance with the Subclaims provided. Here, for. B. to influence the local cooling effect a channel whose shape, cross-sectional area, circumference, Boundary surface quality, orientation and arrangement relative to the contact surface may vary locally.

Weiterhin können z. B. die wirksamen Wärmeaustauschflächen am Kanalgrund bzw. an den Seitenwänden vergrössert oder verkleinert sein. Furthermore, for. B. the effective heat exchange surfaces at the channel bottom or be enlarged or reduced on the side walls.

Beispielsweise werden durch Ausbildung von Riefen in den Grund- oder Seitenflächen der Kühlkanäle diese oberflächenmäßig wesentlich vergrößert bis nahezu verdoppelt, was zu einer höheren Wärmestromdichte mit erheblich intensiverer Kühlwirkung bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums führt, mit dem bedeutenden Vorteil, dass die Temperaturen der Kokille erheblich gesenkt werden, sodass neben der geringeren Belastung des Kokillenwerkstoffes ggf. auch die Wasserdrücke für das Kühlwasser gesenkt werden können. For example, by forming grooves in the basic or Side surfaces of the cooling channels, the surface area of which is substantially enlarged to almost doubled, resulting in a higher heat flow density with significantly more intense Cooling effect with the same flow rate of the cooling medium leads with the significant advantage that the temperature of the mold is significantly reduced so that, in addition to the lower load on the mold material, the water pressures for the cooling water can also be reduced.

Vergleichende Temperaturberechnungen haben hierbei beispielhaft folgende Werte ergeben:

- glatte Oberfläche der Wärmetauscherfläche am Grunde von Kühlnuten (Grad C):
507° Temperatur zum Strang 173° Temperatur zum Wasser
- vergrößerte Oberfläche gemäß der Erfindung
462° Temperatur zum Strang 131° Temperatur zum Wasser -45° Differenz -42° Differenz.

Comparative temperature calculations have shown the following values as examples:

- smooth surface of the heat exchanger surface at the bottom of cooling grooves (degree C):
507 ° temperature to the strand 173 ° temperature to the water
- increased surface area according to the invention
462 ° temperature to the strand 131 ° temperature to the water -45 ° difference -42 ° difference.

Die Zahlen beweisen in aller Deutlichkeit die positive Wirkung der Maßnahme nach der Erfindung. Eine künstliche Vergrößerung der Kühlkanaloberflächen kann auch bei gebohrten CSP-Kokillen vorzugsweise im Meniskusbereich mit Hilfe eines Raum-Werkzeuges realisiert werden. The numbers clearly demonstrate the positive effect of the measure according to the invention. An artificial enlargement of the cooling channel surfaces can even with drilled CSP molds, preferably in the meniscus area with the help a room tool can be realized.

Andere Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend weiteren Unteransprüchen vorgesehen. Dabei wird die künstliche Vergrößerung der Kühlkanaloberfläche nicht oberhalb des Badspiegels vorgenommen, weil in diesem Bereich der Kokille der Wärmeübergang eher reduziert werden soll, um das Aufschmelzen des Gießpulvers zu unterstützen. Other configurations of the invention are correspondingly further Subclaims provided. The artificial enlargement of the Cooling channel surface not made above the bath level, because in this area the The mold's heat transfer should rather be reduced to the melting of the Support mold powder.

Eine Verringerung des Wärmeübergangs oberhalb des Badspiegels wird erreicht durch:

- Einsatz von Hülsen in Kühlbohrungen oberhalb des Badspiegels,
- Beschichten der Bohrungen oberhalb des Badspiegels,
- Einbringen von Einsätzen aus geringer wärmeleitendem Material oberhalb des Badspiegels.

The heat transfer above the bath level is reduced by:

- Use of sleeves in cooling holes above the bath level,
- coating the holes above the bath level,
- Insertion of inserts made of less heat-conducting material above the bath level.

Gleichzeitig werden durch einen wärmeren Bereich der Kokille oberhalb des Badspiegels die Spannungen in der Kokille reduziert und so die Rissbildung des Stranges verringert unter gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit der Kokille. At the same time, a warmer area of the mold above the Bath level reduces the tension in the mold and thus the cracking of the Stranges decreased while increasing the availability of the mold.

Hierbei hat sich als besonders zweckmäßig die Maßnahme erwiesen, dass die Wärmeabfuhr der wärmeübertragenden Flächenbereiche der Kühlkanäle durch eine über die Höhe der Kokille variierende Anpassung an deren Wärmestromdichteverteilung vorgenommen wird. The measure that the Heat dissipation of the heat-transferring surface areas of the cooling channels an adaptation to the height of the mold that varies Heat flow density distribution is made.

Hierdurch werden die Temperaturverläufe entlang der Kokillenhöhe in derselben noch mehr vergleichsmäßigt und größere Materialspannungen in der im Entstehen begriffenen Strangschale vermieden und deren Rissbildung verhindert. As a result, the temperature profiles along the mold height are the same even more even and greater material tension in the nascent conceived strand shell avoided and their crack formation prevented.

Die Erfindung wird anschliessend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is then explained in more detail using exemplary embodiments explained.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen Abschnitt einer Kokillenwand, in vergrössertem Schnitt, senkrecht zu ihrem Verlauf, Fig. 1 shows a portion of a mold wall, in enlarged section, perpendicular to its course,

Fig. 2 ein weiteres Teilstück der Kokillenwand gemäß Fig. 1, ebenfalls im Schnitt, Fig. 2 shows a further portion of the mold wall shown in FIG. 1, also in section,

Fig. 3 Kühlkanalbohrungen mit Riefen an ihren Innenflächen, Fig. 3 cooling channel holes with grooves on their inner surfaces,

Fig. 4 und 5 vergleichende Teile von Wärmetauschflächen ohne und mit vergrösserter Bodenfläche, FIGS. 4 and 5 comparative pieces of heat exchange surfaces with and without an enlarged bottom surface,

Fig. 6 den Verlauf der Wärmestromdichte q über der Höhe H der Kokille unterhalb des Badspiegels, Fig. 6 shows the variation of the heat flux q on the height H of the mold below the bath level,

Fig. 7 ein Diagramm der Tiefe der Rillen R über der Höhe der Kokille mit zugeordnetem Verlauf einer Temperaturkurve T, ebenfalls unterhalb des Badspiegels mit T_max oberhalb und unterhalb des Meniskusbereiches, Fig. 7 is a diagram of the depth of the grooves R on the height of the mold with an associated course of a temperature curve T, also below the bath with T _max above and below the meniscus region,

Fig. 8 im Schnitt ein Stück einer Kokillenwand mit Kühlkanälen und zugeordnetem Wärmestrom, Fig. 8 in cross-section a piece of the mold wall with cooling channels and associated heat flow,

Fig. 9 zwei zum Vergleich nebeneinander dargestellte Diagramme mit der mittleren bzw. globalen Wärmestromdichte bzw. Temperatur, Fig for comparison two adjacent diagrams illustrated. 9 with the mean or the global heat flux or temperature,

Fig. 10 Teile von Kühlmittelkanälen unter Ausbildung vergleichbarer Wärmetauscherböden, FIG. 10 parts of coolant channels forming a comparable heat exchange floors,

Fig. 11 weitere Ausbildungsformen von Wärmeaustauscherböden, Fig. 11 more embodiments of Wärmeaustauscherböden,

Fig. 12 zeigt eine über die Kokillenhöhe angepasste Verteilung der Wärmestromdichteverteilung mit q_max unterhalb des Badspiegels. FIG. 12 shows a distribution of the heat flow density distribution with q _max below the bath level, which is adjusted over the mold height.

Die Fig. 1 zeigt vergrößert einen Abschnitt 10 einer der Schmelze abgewandten Seite 2 einer Kokillenwand mit einer darin angeordneten schlitzartigen Kühlnut 1. Diese besitzt eine Breite B und eine Tiefe T. Der Bodenbereich der Kühlnut 1 ist nach der Erfindung mit einem Riefen 3 aufweisenden Profil ausgebildet, wodurch dessen Fläche gegenüber einer planen Ausführung, z. B. gemäß Fig. 4, annähernd verdoppelt ist. Fig. 1 shows a magnified portion 10 of the melt side 2 facing away from a mold wall having disposed therein the slot-like cooling groove 1. This has a width B and a depth T. The bottom region of the cooling groove 1 is formed according to the invention with a grooved 3 profile, whereby its surface compared to a flat design, for. Is approximately doubled as in FIG. 4.

Dabei kann die Wärmeabfuhr der wärmeübertragenden Flächenbereiche der Kühlnuten -schlitze oder -bohrungen durch eine über die Höhe der Kokille variierende Anpassung an deren Wärmestromdichteverteilung vorgenommen werden, wie dies beispielsweise in der Fig. 6 dargestellt ist. The heat dissipation of the heat-transferring surface areas of the cooling groove slots or bores can be carried out by varying the height of the mold to match its heat flow density distribution, as is shown, for example, in FIG. 6.

Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass die Riefen 3 zwecks Variation der Intensität des Wärmeüberganges eine variable Tiefe 4 beispielsweise zwischen 1 und 4 mm besitzen und mit je einem Öffnungswinkel zwischen 30° und 60° ausgebildet sind, wie dies rein beispielhaft in der Fig. 7 gezeigt ist. Die Riefen 3 können mit einem Öffnungswinkel bis ca. 60° und einer Höhe bis ca. 4 mm in Abständen "A" ausgebildet sein und ähneln dem Profil eines Gewindes. Natürlich können auch andere Formen, wie wellenförmig, trapezförmig, zahnförmig oder dgl. gestaltete Riefen vorgesehen werden, die zur Vergrößerung der kühlenden Oberfläche führen. For this purpose, it is provided that the grooves 3 have a variable depth 4, for example between 1 and 4 mm, for the purpose of varying the intensity of the heat transfer, and are each designed with an opening angle between 30 ° and 60 °, as is shown purely by way of example in FIG. 7 is shown. The grooves 3 can be designed with an opening angle of up to approx. 60 ° and a height of up to approx. 4 mm at intervals "A" and resemble the profile of a thread. Of course, other shapes, such as corrugated, trapezoidal, tooth-shaped or the like, can be provided, which lead to an enlargement of the cooling surface.

Fig. 2 zeigt einen Abschnitt 10 einer Kokillenwand, umfassend je ein Stück einer Stützwand 5 mit einem Stück einer Innenplatte 6, die miteinander dicht anliegend verbunden, insbesondere miteinander verschraubt sind. Die Innenplatte 6 ist von Kühlkanälen 7 durchsetzt, die als gegen die Stützwand 5 offene und von der Stützwand 5 abgedeckte Schlitze ausgebildet sind. Nach der Erfindung sind die Schlitze an ihren Böden mit von Riefen durchsetzten Wärmetauscherflächen 3 versehen, die eine künstlich erhöhte Wärmestromdichte zur Folge haben. 10 Fig. 2 shows a portion of a mold wall, which comprises are one portion of a supporting wall 5 with a piece of an inner plate 6 connected to each other close fitting, in particular screwed together. The inner plate 6 is penetrated by cooling channels 7 , which are designed as slots that are open against the supporting wall 5 and covered by the supporting wall 5 . According to the invention, the slots on their bottoms are provided with heat exchanger surfaces 3 with grooves, which result in an artificially increased heat flow density.

Fig. 3 zeigt ein beliebiges Teilstück 10 einer Kokillenwand mit darin angeordneten Kühlkanalbohrungen 8 mit in Form von Rillen bzw. Riefen 3 ausgebildeten Innenwänden 9. 10 Fig. 3 shows an arbitrary portion of a mold wall having arranged therein cooling channel holes 8 formed in the form of grooves or striations 3 inside walls 9.

Die Fig. 4 und 5 zeigen anhand angedeuteter Teile von Kühlmittelkanälen 7, 7' unter Ausbildung miteinander zu vergleichender Wärmeaustauscherböden 11 bzw. 12 eine glatte 11 und eine aus Riefen 12 bestehende Konfiguration sowie die zugehörigen Temperaturwerte. Diese zeigen für die Ausführung mit Riefenboden 12 eine deutliche Absenkung der Temperaturen unter streng identischen Ermittlungsbedingungen der zu vergleichenden Prozess-Parameter. FIGS. 4 and 5 based, indicated parts of coolant channels 7, 7 'by forming for each comparative Wärmeaustauscherböden 11 and 12, a smooth and a 11 consisting of grooves 12 configuration and the associated temperature values. For the version with a grooved base 12, these show a significant reduction in the temperatures under strictly identical determination conditions of the process parameters to be compared.

Fig. 6 zeigt eine über die Höhe der Kokille erfindungsgemäß angepaßte Wärmestromdichteverteilung mit qmm in einem begrenzten Bereich unterhalb des Badspiegels (Bad). Entsprechend zeigt die Temperaturkurve T in der Fig. 7 ein Temperaturmaximum T_max innerhalb eines Bereiches 13 bis 17 von variabler Tiefe R der wärmetauschenden Rillen mit R_max zwischen Punkt 14 und 15. Die Wärmetauscherrillen (3) beginnen bei 13 in Höhe des Badspiegels. Bei 14 ist die maximale Rillentiefe (4) erreicht. Diese maximale Rillentiefe geht bis 15 und wird wieder auf dem Weg über 16 auf das ursprüngliche Niveau reduziert. FIG. 6 shows a heat flow density distribution according to the invention, adjusted according to the height of the mold, with qmm in a limited area below the bath level (bath). Correspondingly, the temperature curve T in FIG. 7 shows a temperature maximum T _max within a range 13 to 17 of variable depth R of the heat-exchanging grooves with R _max between points 14 and 15 . The heat exchanger grooves ( 3 ) start at 13 at the level of the bath. The maximum groove depth ( 4 ) is reached at 14 . This maximum groove depth goes up to 15 and is reduced again on the way over 16 to the original level.

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine Breitseitenwand einer Kokille, umfassend eine Stützplatte 20 mit einer daran befestigen Kontaktplatte 18, einer Schicht Giesshilfsmittel und angedeutetem Kühlmittelkanal 7, einer in Giessrichtung sich aufbauender Strangschale 19 sowie einen zuordenbaren Wärmestrom. Fig. 8 shows in section a wide side wall of a mold, comprising a support plate 20 having secured thereto contact plate 18, a layer of coating aids and an indicated coolant channel 7, one in the casting direction which builds up the strand shell 19, and an assignable heat flow.

Fig. 9 stellt eine Ergänzung zu den Fig. 6 und 7 dar, mit in Diagrammen angegebenem Verlauf der lokalen Wärmestromdichte/Temperatur im Vergleich zur wärmeübertragenden Kühlkanalfläche in Abhängigkeit von der Position des Maniskus. FIG. 9 represents a supplement to FIGS. 6 and 7, with the course of the local heat flow density / temperature as shown in diagrams in comparison to the heat-transferring cooling channel surface as a function of the position of the maniscus.

Die Fig. 10 bzw. 11 zeigen unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten in der Ausführung von Kühlschützen, und insbesondere von deren Bodenregion. FIGS. 10 and 11 show different design possibilities in the design of cooling contactors, and more particularly from the bottom region.

Zugeordnet zu diesen Ausgestaltungen der Kühlkanäle zeigt die Fig. 12 in Form einer tabellarischen Auflistung:

- die Kanalquerschittsflächen
- die wirksamen Kühlkanalwandflächen
- deren Abstand zur Kontaktfläche
- die sich daraus ergebende effektive Kühlwirkung,

wobei alle Werte Relativwerte sind und nur exemplarisch zu bewerten sind. Bezugszeichenliste 1 Kühlnuten
2 abgewandte Seite
3 Riefen
4 Tiefe
5 Stützwand
6 Innenplatte
7 Kühlmittelkanal
8 Kühlmittelbohrung
9 Wandteil
10 Abschnitt
11 Beginn der Wärmetauscherrillen in Höhe des Badspiegels
12 maximale Rillentiefe
13 Ende der maximalen Rillentiefe
14 Ende der Tiefenreduktion der Rillen
15-17 Konstante Rillentiefe erreicht
18 Kontaktplatte, Kontaktfläche
19 Strangschale
20 Stützplatte
Assigned to these configurations of the cooling channels, FIG. 12 shows in the form of a table:

- The channel cross-sectional areas
- The effective cooling duct wall surfaces
- their distance from the contact surface
- the resulting effective cooling effect,

where all values are relative values and can only be evaluated as examples. REFERENCE LIST 1 cooling grooves
2 opposite side
3 grooves
4 depth
5 retaining wall
6 inner plate
7 coolant channel
8 coolant hole
9 wall part
10 section
11 Start of the heat exchanger grooves at the level of the bath
12 maximum groove depth
13 End of maximum groove depth
14 End of groove depth reduction
15-17 Constant groove depth reached
18 contact plate, contact surface
19 strand shell
20 support plate

Claims

1. Mold for the continuous casting of molten metals, in particular steel, with cooling channels ( 1 ) such as cooling grooves, cooling slots or cooling bores in the mold side ( 2 ) facing away from the contact surface with the melt, characterized in that the geometric configurations of the heat-transferring surface areas of a cooling channel ( 1 ) or a group of cooling channels in the form, cross-sectional area, circumference, boundary condition, orientation to the contact surface, arrangement and / or arrangement density relative to the contact surface of the local formation of heat flow density and / or temperature of the contact surface ( 18 ) in the casting operation, and in particular in the area of the pouring mirror ( 11 ).

2. Chill mold according to claim 1, characterized in that in order to influence the local cooling effect of a cooling channel ( 1 ), its shape, cross-sectional area, circumference, boundary surface quality, orientation and arrangement, and arrangement density, are varied locally relative to the contact surface.

3. Chill mold according to claims 1 or 2, characterized in that the geometric configurations are used individually or in combination in at least one cooling channel ( 1 ) or a group of cooling channels.

4. Chill mold according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the geometric configurations of a cooling channel ( 1 ) or a group of channels are designed to flow smoothly or abruptly into one another.

5. Chill mold according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the cooling effect of the cooling channels ( 1 ) is maximized in accordance with the configuration of the cooling channels ( 1 ) in the region of the maximum heat flow density or the maximum temperature of the contact surface ( 18 ).

6. Chill mold according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that in order to influence the local cooling intensity of a cooling channel ( 1 ), its effective heat exchange surfaces on the channel base or on the side surfaces are enlarged or reduced in an adapted manner.

7. Chill mold according to one or more of claims 1 to 6, characterized, that to enlarge the heat exchange surfaces in the cooling channels additionally introduced grooves or grooves in their cross-sectional design as Rectangle, triangle, trapezoid, pitch circle or ellipse or any free form are executed and parallel in number, depth and width and in their position or adapted to the course of the cooling channels in any other position are.

8. Chill mold according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the heat transfer surfaces of the cooling channels ( 1 ) are modified to influence the local cooling intensity with regard to their interface properties, for. B. by applying defined wall roughness for increased heat transfer or by applying additional layers for reduced heat transfer.

9. Chill mold according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that in order to influence the local cooling intensity of a cooling channel ( 1 ) its isoperimetric cross-sectional area is enlarged by introducing additional grooves in the base or side surfaces, or is reduced by inserting displacement bodies is.

10. Chill mold according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that in order to influence the local cooling intensity of a cooling channel ( 1 ) and to change the coolant flow which is initially aligned with respect to the contact surface, additional grooves in the cooling channel base and / or - Side surfaces or additional displacement bodies are introduced and / or a modified wall design of the cooling channels ( 1 ) is provided.

11. Chill mold according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that in order to influence the local cooling intensity, the cooling channels ( 1 ) are arranged locally or globally with respect to their distance from the contact surface and / or arrangement density, ie the number of cooling channels per unit length of the mold width ,