DE1483556A1 - Kokille fuer Stahlstrangguss - Google Patents

Description

DEMAG Aktiengesellschaft« Duisburg ' J. 8. I965

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U83556 ^F1/

Kokille für Stahlefcrangguß

Die Erfindung betrifft eine Kokille für StahlStranggußj deren Kupferrohr bzw. Kupferwandplatten Hohlräume zur Durchleitung eines Kühlmittels aufweisen.

Es ist bekannt, Kokillen für Stahlstranggußanlagen als Rohr-, Platten- oder Blockkokillen auszuführen. Für die mit dem flüssigen Gießwerkstoff Stahl von etwa l6oo°C in Berührung kommenden Teile wird zur Zelt reines Kupfer verwendet, aber auch andere Werkstoffe relativ hoher Wärmeleitfähigkeit sind grundsätzlich verwendbar. Die Konstruktion der Kokillen für kleine Gießquerschnitte stellt heute keine nennenswertes Schwierigkeit«· mehr dar. Das infolge unterschiedlicher thermischer Belastung auftretende Ausdehnen und Verwerfen wirkt sich bei kleinen Dimensionen kaum oder nicht nachteilig aus. Anders ist dies bei großen Brammenquerschnitten, deren Konstruktion besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Die Standzeit solcher Kokillen ist sehr begrenzt, wenn die beiden Faktoren Ausdehnen und Werfen nicht genügend berücksichtigt werden·

Aus diesem Grunde wurden bereits verschiedene Bauarten angewendet. Man gab den Kupferplatten Ausdehnungsmöglichkeiten, wodurch mittels geeigneten Verbindungen das Werfen herabgemindert werden konnte. Nun bestehen die bekannten Plattenkokillen für große Strangquerschnitte aus zusammengebauten Formen. Vier getrennte abnehmbare Wände bilden den Gießquerschnitt. Jede Wand stellt eine Kupferplatte dar, die an einer schweren Stahlplatte befestigt ist.

Zwischen Stahlplatte und Kupfer bildet man durch beispielsweise Zwischenlegen von Distanzstücken einen schmalen Spalt, durch welchen das Kühlwasser mit großer Geschwindigkeit geleitet wird.

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Bs ist sehr wahrscheinlich, daß hierdurch Risse in dem GuS entstehen und diesen zur Weiterverarbeitung unbrauchbar . machen. Das Kühlwasser umströmt die Kokillenwandung von unten nach oben und wird abgeführt. Die erforderliche Wärmeleistung (abzuführende Wärmemenge) einer Kokille ist anhand der meßbaren örtlichen Strangtemperaturen für jede Höhenlinie berechenbar. Es ergeben sich an einzelnen Abschnitten recht unterschiedliche Werte. Die Intensüöt der Wärmeübertragung wechselt von Strahlungswärme an der Oberkante der Kupferkokille bis Badspiegel« von dort auf direkte Wärmeleitung durch Kontakt bis zur Zone, wo der Strang sich durch Erstarren von der Kupferwanu abhebt. Im pereich der Unter-• kante Kupferkokille tritt eine gemischte Wäraeübertragung durch Strahlung und Kontakt auf. Die Wärmeleitfähigkeit ergibt sich entsprechend dieser Ubergangswiderstände· So muß damit gerechnet werden, daß an die Kokillenwandung vom Gießwerkstoff eine erheblich größere Wärmemenge pro Zeiteinheit abgegeben wird, solange der Stahl in Kontakt bleibt· Dieser Bereich der Kokillenwand nimmt den größten Anteil an Wärme auf. Bei Durchleitung des Wärmestoßes während eines Abgusses tritt an der Kontaktfläche ein beträchtliches Wärmegefälle bis zur KühlWasserfläche auf. Die Kokillenwandung wird also innen auf Druck und außen auf Zug beansprucht. Wie bereits erläutert, sind die Wärmestoße des Abgießene in zumindest drei Bereichen stark unterschiedlich groß. Daraus resultieren in Plattenlängsrichtung gegeneinander gerichtete Druckspannungen, die eine Welligkeit der Kupferplatten hervorrufen, so daß die Lebensdauer der Kokille stark herabgesetzt wird.

In Anbetracht des bestehenden Problems hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, die Wärmeleistung der Kokillen zu verbessern und dabei den örtlichen Gegebenheiten Rechnung zu tragen, um die thermische Beanspruchung der Platten zu vermindern, und zwar durch eine zweckmäßig angeordnete Kühlung, die durch/genannte Beanspruchung hervorgerufene unterschiedliche Spannung auszugleichen oder abzubauen.

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Erfindungsgeraäß besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß mehrere auf die Kokillenhöhe verteilte Kühlzonen angeordnet sind, die aus voneinander getrennten KUhlräumen mit gleichmäßigem und/oder veränderlichem Durohflußquerschnitt bestehen, wobei für Jeden Kühlraum Zu- und Abfuhrleitungen für das Kühlmittel vorgesehen sind. Die Wärmeleistung jeder einzelnen Zone ist somit regulierbar und der Bereich größten Wärmeanfalls kann stärker als bisher gekühlt werden. Es ist aber auch ein schnelles Abführen der Wärmemenge entsprechend dem >■ zeitlichen Verlauf des Wärmestoßes möglich unter Steigerung der KUhlmittelgeschwindigkeit an Engstellen oder ähnlichen Durchflußquerschnittsveränderungen. Das Kühlmittel selber tritt un- | ter der Eingangstemperatur, die bisher nur an der unteren Kokillenanschlußstelle vorhanden war, in jede einzelne der vorgesehenen Zonen ein.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Kokillenwandstärke an den Stellen der KUhlräume in den einzelnen KUhlzonen unterschiedlich gehalten. Der WärmeUbergangswiderstand stellt einen wichtigen Faktor für die Wärmeleistung einer Kokille dar. Dieser Faktor ist durch Veränderung der Wanddicke beeinflußbar. Es kann aber auch gMchzeitlg ein Einfluß auf die Zeit des Durchlaufens einer bestimmten Wärmemenge ausgeübt werden.

Eine Verbesserung der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Wandstärke in der Kontaktzone an den KUhlräumen gegenüber den betreffenden Stellen der anderen Zonen vermindert ist. Der übergangswiderstand ist keine unveränderliche Größe, sondern vom Temperaturbereich in gewissen Grenzen abhängig. Günstig ist jedoch, das Temperaturgefälle klein zu halten, wenn eine möglichst geringe Zeit zur Wärmeübertragung auf das Kühlmittel verstreichen soll.

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Dicke der Kupferwandung in den Kühlräumen reziprok proportional zur örtlichen Temperaturhöhe bemessen ist. Bei

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besonders hohen Wärmeleistungen kann es deshalb angebracht sein, in der Kontaktzone die Wandstärke zu vermindern. Damit ist ein kleines Temperaturgefälle und eine große Wärmeabfuhr in kürzester Zeit verbunden, so daß auch die Zone der Entwicklung von Druck- und Zugspannungen sehr unterschiedlicher Größen vermindert wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die KUhlräume der einzelnen Kühlzoneη in mehrere Kühlkanäle unterteilt, deren Wand mit der den Strang umgebenden Kokillenwandung in wärmeleitender Verbindung stehen. Diese Ausbildung der wärmeübertragenden Oberfläche trägt zur Vergrößerung derselben bei, ohne von der Maßnahme der Wandstärkenvergrößerung Gebrauch machen zu müssen.

Schließlich ist eine Verbesserung der Erfindung darin zu erblicken, daß die in gleicher Höhe befindlichen Kanäle von jeweils einer Längs- und Stirnseite des Gießquerschnitts miteinander verbunden sind. Die Gefahr für die sogenannten kalten Ecken erfährt eine Minderung dadurch, daß das an den Ecken fließende Kühlmittel nicht mehr so schroff kühlt, wie an den Längsseiten. Damit ist eine merkliche Verlagerung der Linien gleicher Temperatur in den Bereich der Ecken zu erzielen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert:

Die einzige Figur der Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch eine Wandseite der Kokille mit dem sich bildenden Strang dar.

Am Rahmen 1 sind Trägerplatten 2 befestigt, in denen senkrecht zur Zeichenebene Führungsstangen 2 in verschiedenen Höhenlagen angeordnet sind, in denen die Kokille ihre Ausdehnungsmöglichkeitgewinnt. Die Trägerplatten 2 sind mit Langlöchern 2a versehen, wobei die Lage der Platte durch eine spielfreie Aufnahme bei 2b , festgelegt ist. Diese ' 009808/0399

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FUhrungsstangen tragen Verstelfungen 4, welche die eigentliche Kupferwandung 5 der Kokille halten..Versteifungen 4 und Kokillenwandplatten 5 können beispielsweise durch Versehraubungen 6 verbunden sein.

In die Kokillenwandplatte 5 sind KUhlräume 7, 8 und 9 eingebaut. Die KUhlräume sind jeweils an weiter nicht gezeigte Zu- und Ableitungen getrennt angeschlossen und werden nach der äußeren Seite mittels Deckplatten 10, 11 und 12 verschlossen. Im dargestellten Beispiel ist eine Einteilung der Kühlzonen in Strahlungszone, Kontaktzone und Erstarrungszone vorgenommen mit Bezug auf die Lage des Stranges 13. Im gezeigten Beispiel sind ferner die Durchflußquerschnitte gleichmäßig gehalten. Diese können jedoch sowohl In Strangachsenrichtung als auch in Umfangsrichtung unterschiedlich gehalten sein. Diese Gestaltung richtet sich nach verschiedenen Größen, wie beispielsweise Strangquerschnitt, Wärmeleistung, abzuführende Wärmemenge, gewählte Kokillenlänge.

Es versteht sich, daß die hler beschriebene und in der Zeichnung dargestellte AusfUhrungsform, wie schon zuvor erwähnt, nur als Beispiel betrachtet werden kann und daß Abwandlungen im Aufbau und Zusammenbau der Kokille, ja selbst umfangsrelche konstruktive Änderungen möglich sind.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   I. Kokille für Stshlstranggui, deren Kupferrohr bsw. Kupferwandplatten von Kühlmittel usmtröat sind· gekennzeichnet dureh achrero auf die Koklllenhuho verteilt« Kilhlionen, die aus voneinander getrennten KUhIrn (7,8,9) Mit gleictusäflges) und/oder veränderliche· Durohflufquerschnitt bestehen, wobei fUr Jeden Kühlraue Zu· und Abfuhrleitungen für das KUhlaittcl vorgesehen sind·

   2· Kokille nach Anspruch 1« daduroh gekennzeichnet, dal die KoklllcnwandatKrk« an den Stellen der KUhlrausK in den einseinen KUhlsonen unterschledlieh gehalten 1st

   2· Kokillen nach den Ansprüchen 1 und 2_t dadurch gekennzeichnet, dal die Wandstärke in der Kontakt»one (8) an den KUhI-rSuaven gegenüber den betreffenden Stellen der anderen Zonen vtraindert ist.

   4. Kokille nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennselchnet,

   dal die Dicke der KupferMandung in den Ktthlrluejen re&lprok proportional nur Örtlichen —peraturhOhe ist·

   5* Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die KUhIrMiMM dor einzelnen Kühl »own in eehrere Kahl kanHc unterteilt clad, deren «and« alt 4m* den •trans uswcbenden Kokllloiwndung in wto»eleler

   Terbindung stehen.

   • 2

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   6. Kokille nach den Ansprüchen 1 und 5« dadurch gekennzeichnet,

   dat dl« sieh In gleicher Höh· Mündlichen Kanal· von Jeweils einer Länge- und Stirnselt· des αϊ··* querschnitts Miteinander verbunden sind·

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