DE19722877C2 - Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille - Google Patents
Flüssigkeitsgekühlte StranggießkokilleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille
mit von einander unabhängigen Kokillenwänden aus Kupferplatten.
Beim Stranggießen von Stahl in flüssigkeitsgekühlten Plattenkokil
len, insbesondere zur Erzeugung von Dünnbrammen aus Stahl mit
Strangdicken zwischen 150 und 40 mm bei vergleichsweise hohen
Gießgeschwindigkeiten unter Einsatz von mindestens einem Tauchrohr
wird innerhalb der Kokille im Bereich der Kokillenmündung aufgrund
der vergleichsweise geringen Wärmeleitfähigkeit des Stahls zunächst
nur eine dünne, aus erstarrter Schmelze bestehende und infolge ihrer
noch sehr hohen Temperatur relativ nachgiebige Strangschale gebil
det. Weil diese innerhalb der Kokille und nach Austritt aus der
Kokille dem ferrostatischen Druck der in ihrem Innern noch flüssigen
Schmelze standhalten muß, ist es erforderlich, daß die entstehende
Strangschale über den Umfang eine möglichst gleichmäßige Dicke be
sitzt. Ihre Ausbildung hängt von einer Reihe zusammenwirkender
Faktoren ab, wie bspw. Gießgeschwindigkeit, Stahltemperatur, Werk
stoff, Stranggeometrie, Tauchausgußform, Konizität der Kokille sowie
von der Art und Zusammensetzung eines schlackenbildenden Schmier
mittels, das, auf den Gießspiegel aufgebracht, die unvermeidliche
Reibung zwischen Strangschale und Kokille reduzieren soll. Besonders
wichtig ist hierbei eine gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels
im Bereich der Kokillenwände, wobei dieses in Form eines sogenannten
Gießpulvers auf den Gießspiegel aufgebracht, dabei geschmolzen und
durch Oszillationsbewegungen des flüssigen Stahls zwischen diesen
und die Kokillenwände gelangt. Eine möglichst gleichmäßige Aus
breitung des Schmiermittels zwischen der sich bildenden Strangschale
und den Kokillenwänden ist im Zusammenhang mit den Wärmeübergangs
verhältnissen zwischen der Strangschale und der Kokillenwand von
besonderer Bedeutung. Durch sorgfältige Temperaturmessungen im
Bereich der Kokillenwände lassen sich Rückschlüsse über die Ver
teilung der Wärmeströme, insbesondere über die Kokillenbreite
ziehen. Dies ist wichtig, weil für ein sicheres Gießen von Brammen
und speziell von Dünnbrammen der eingangs genannten Art die Kenntnis
spezifischer Wärmeübergänge der Kokillenbreitseiten und insbesondere
in der Brammenmitte im Bereich des Tauchrohres von besonderer
Bedeutung ist. Damit können Störungen rechtzeitig vermieden oder
ihnen entgegengewirkt werden, welche bspw. durch vom Tauchausguß
verursachte Strömungsanomalitäten, ungleiche Dicke des Schmierfilms
von Gießschlacke, hohe Membranwirkung der Strangschale insbesondere
in der Brammenmitte, Turbulenzen des Gießspiegels über die Brammen
breite hervorgerufen werden. Ebenso lassen sich Folgen eines un
gleichförmigen Wärmedurchgangs bedingt bspw. durch Turbulenzen des
Stahls in der Kokille durch eine Temperaturmessung rechtzeitig
erkennen. Dies ist von besonderer Bedeutung, weil durch die genann
ten Anomalitäten im Gießprozeß, insbesondere eine mögliche Abwei
chung der Strangschalenbildung von der Kokillenmitte Längsrisse in
der Strangoberfläche bis hin zu Durchbrüchen, sogenannten Klebern,
zur Folge haben können. Zugleich mit solchen Störungen an der
Strangschale treten entsprechende thermische partielle Belastungen
der Kupferplatten auf, die zur Verringerung der Standzeit der
Kokille führen.
Beim Stand der Technik ist aus der DE 24 15 224 C3 eine Plattenko
kille für Brammen bekannt, deren Kokillenwände Kühlkammern auf
weisen, die jeweils abgegrenzte Kühlbereiche umfassen. An die Zu-
und Abflußleitungen für Kühlwasser der Breitseitenwände sind Meß
glieder zur Bestimmung der abgeführten Wärmemenge bzw. der Kühllei
stungen angeordnet. Mit Hilfe dieser Meßglieder wird ein Durch
schnittswert der Kühlleistung der Kühlkammern errechnet, welcher
einem Durchschnittsbildner zugeleitet wird, mit dem die Konizität
der Schmalseiten gesteuert wird.
Aus der DE 41 17 073 C2 ist es bekannt, mit Hilfe von kalorime
trischen Messungen an einer rechteckigen oder bombierten Dünnbram
menkokille den integralen und spezifischen Wärmetransport an jeder
einzelnen Kupferplatte zu bestimmen. Ein Online-Vergleich der
spezifischen Wärmeströme von der dem Stahl zugewandten Kupferplat
tenseite zur wassergekühlten Seite speziell der Schmalseiten, mit
denen der zwei Breitseiten, ermöglicht eine Regelung der Schmal
seitenkonizität unabhängig von den im einzelnen gewählten Gießpara
metern.
Von Nachteil ist hierbei, daß bei den genannten Kokillen differen
zierte Angaben über die partiellen Wärmeströme entlang der Kokillen
breite nicht gemacht werden. Dies ist auch deshalb nachteilig, weil
für ein sicheres Gießen von Brammen und speziell von Dünnbrammen
bei vergleichsweise hohen Gießgeschwindigkeiten eine Ermittlung
differenzierter spezifischer Wärmeübergänge im Bereich der Breit
seiten und besonders in der Brammenmitte im Bereich des Tauchrohres
nicht vorgenommen wird. Nur bei Kenntnis dieser spezifischen Wärme
übergänge kann eine Einregulierung der Wärmeströme über die gesamte
Kokillenbreitseite und damit über die gesamte Brammenseite erreicht
werden, um Störungen insbesondere durch ungleichförmige Ausbildung
der Strangschale zu vermeiden.
Um günstige Voraussetzungen für das Gießen von Dünnbrammen zu
schaffen, wurde aus der DE 195 29 931 C1 eine Plattenkokille mit
wassergekühlten, zwischen Breitseitenwänden einklemmbaren Schmal
seitenwänden bekannt, mit Einrichtungen zum Verstellen des formge
benden Hohlraums an verschiedene Strangabmessungen sowie des Gießko
nus, mit einer Oszillationseinrichtung. Bei dieser Kokille weisen
die Breitseitenwände mindestens drei nebeneinanderliegende und
voneinander unabhängige Kühlsegmente auf, wobei diese symmetrisch
zur Mittenachse aufgeteilt sind und im Bereich der Kokillenausmün
dung gesonderte Anschlüsse zur unabhängigen Zufuhr eines flüssigen
Kühlmediums besitzen. In der dem Strang zugewandten Wandung der
Kammern sind Temperaturfühler vorgesehen, mit denen die Temperatur
differenz zwischen einzelnen Kammern bzw. Zonen erfaßt werden
können. Die Kühlwassertemperatur einer Kokillenwand wird an einer
Stelle im Bereich der Ablauföffnungen einer Kupferplatte und dem
zugeordneten Wasserkasten gemessen. Die Temperaturmeßwerte der
Kokillenwand und des Kühlwassers werden einem Regler zur Veränderung
der Konizität der Kokillenschmalseiten bzw. zur Veränderung der
Kokillenoszillation aufgeschaltet.
Diese Aufteilung in separate Kammern oder Zonen hat aber auch den
Nachteil, daß sich beiderseits von Trennstegen benachbarter Kammern
oder Zonen erheblich unterschiedliche Temperaturströmungen ausbilden
können, die nur mit vergleichsweise längerer Zeitverzögerung ein
ander angeglichen werden können. Eine feinfühlige Erfassung partiel
ler Wärmeströme bzw. Wärmestromdifferenzen bspw. über die Gesamt
breite einer Kokillenseitenwand ist bei der bekannten Ausbildung
der Kühlsegmente nicht zufriedenstellend möglich.
Aus der DE 34 23 475 A1 ist eine Strangießkokille mit Breitseiten
wänden und verstellbaren Schmalseitenwänden aus Kupferplatten
bekannt, bei der Thermoelemente ausschließlich in den Schmalseiten
wänden über deren Höhe angeordnet sein sollen und die Temperatur-
Meßwerte zur Steuerung der Gießparameter wie Oszillation, Hubhöhe,
Frequenz und Gießpulvereigenschaften verwendet wurden.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Strangießkokille anzugeben,
welche geeignet ist, im Innern der Kokille in der Schmelze sich
ausbildende Wärmeströme mittels feinfühliger, differenzierter
Messungen der mit diesen korrespondierenden Wärmeströme des die
Kokillenwände durchströmenden Kühlwasser möglichst zeitverzögerungs
los zu erfassen, um daraus rechtzeitig Regelimpulse zur Ausregelung
unerwünschter Wärmeaustauschverhältnisse, insbesondere hinsichtlich
der Ausbildung der Strangschale im Bereich der Kokillenwände ab
zuleiten.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Stranggießkokille mit von
einander unabhängigen Kokillenwänden aus Kupferplatten, wobei im
unteren Bereich der Breitseitenwand der Kokille der Zulauf von
Kühlwasser und im oberen Bereich der Breitseitenwand der Ablauf von
Kühlwasser angeordnet ist, wobei in dichter Folge und jeweils in
einer vertikalen Ebene Kühlkanäle mit Zulaufbohrungen und Ablaufboh
rungen angeordnet sind, wobei die Zulaufbohrungen zusammenwirkend
den Wasserzulauf des Kühlwasserstromes in die Kühlkanäle der Kokil
lenwand bilden, während die Summe der Ablaufbohrungen zusammengenom
men den Wasserablauf bilden, und im Kühlwasserzulauf wenigstens ein
Temperaturfühler und ein Geber für die Zulaufmenge pro Zeiteinheit
angeordnet ist und wobei ferner im Wasserablaufbereich zwischen
einer Kupferplatte und den Kühlwasserablauföffnungen des Wasser
kastens insbesondere pro Breitseitenplatte mindestens an zwei
Stellen Temperaturfühler angeordnet sind, deren Signalleitungen
zusammen mit den Signalleitungen der Temperaturfühler des Wasser
zulaufs an einen Rechner, bevorzugt mit einem Online-Bildschirm,
angeschlossen sind.
Die erfindungsgemäße Kokille ermöglicht eine differenzierte Aussage
über die Verteilung partieller Wärmeströme entlang der Kokillen
breite und somit eine einfache und sichere Temperaturführung der
wandnahen Wärmeströme der Schmelze innerhalb der Kokille einschließ
lich der Breitseitenmitte im Bereich des Tauchrohres bzw. des
Tauchausgusses. Zugleich wird ermöglicht, entlang der Breite einer
Kokille und insbesondere im Bereich des Tauchausgusses im Vergleich
zu den übrigen Flächenteilen der Breitseiten sowie zu den Schmal
seiten eine äußerst feinfühlige und gleichförmige Kühlleistung
einzustellen und damit Störungen zu vermeiden, die bspw. strömungs
schattenbedingt durch den Tauchausguß, durch ungleichförmige Schmie
rfilmdicke, hohe Membranwirkung der Strangschale in der Brammenmitte
und durch Turbulenzen des Gießspiegels über die Brammenbreite
hervorgerufen werden können.
Wesentlich ist hierbei die Maßnahme, daß die partiellen oder inte
gralen Wärmeströme des Kühlwassers oder der Schmelze über die
Kokillenbreite in Form von Temperaturprofilen sichtbar gemacht
werden. Diese Maßnahme gestattet dem Gießer einen unmittelbaren
Überblick über die verschiedenen Wärmeströme und insbesondere deren
zeitliche Änderung und ermöglicht einen sofortigen Eingriff bei
offensichtlich erkennbaren Störungen. Außerdem können Grenzwerte
erarbeitet werden, die für eine Durchbruchvermeidung genutzt werden
können. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Temperaturprofile von
Kühlwasser oder Schmelze auf einem Online-Bildschirm sichtbar
gemacht werden.
Weitere Ausgestaltungen der Kokille sind entsprechend den Unter
ansprüchen vorgesehen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Wasserablauföffnungen
zwischen Kupferplatte und Wasserkasten in der Kokillenbreite gleich
mäßig verteilt angeordnet und jeweils für den Durchtritt einer
konstanten, gleichen Wassermenge ausgebildet.
Die Stranggießkokille nach der Erfindung ist sowohl für die Erzeu
gung von Dünnbrammen aus Stahl mit Strangdicken zwischen vorzugs
weise 40 und 150 mm bei vergleichsweise hohen Gießgeschwindigkeiten
als auch für Knüppelkokillen zum Stranggießen von rechteck- oder
rundformatigen Stranggießprofilen vorgesehen.
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt einen Teil einer Kokillen-Längswand
mit zugeordnetem Wasserkasten und Anordnung einer
Thermokupplung mit Wärmefühlern;
Fig. 2 eine Ansicht einer Kokillen-Breitseitenwand mit
Anordnung von Kühlwasser-Temperatur-Meßeinrichtungen
im Bereich des Wasserzulaufs sowie im Bereich des
Wasserablaufs, teilweise im Schnitt;
Fig. 3 mehrere Temperaturprofile entlang einer Breitseite
einer Kokille im Vergleich mit in Zeitintervallen
gewonnen Temperaturprofilen.
Fig. 1 zeigt eine aus Kupfer bestehende Kokillen-Breitseitenwand
1 mit einem dem Metallschmelzbad 2 zugewandten Flächenteil 3. In
der massiven Wand aus Kupfer sind in dichter Folge Kühlmittelbohrun
gen 4 angeordnet, die von unten nach oben mit Kühlwasser zwangs
durchströmt sind. Diese münden an der oberen Seite in einen Sammel
kanal 10, welcher mittels Ablaufbohrungen 5 in einen Wasserkasten
7 überleitet. Dieser ist mit den plattenförmigen Elementen 6 und
11 des Wasserkastens 7 ausgebildet.
Im Bereich der Ablaufbohrung 5 befindet sich eine Thermokupplung
8 in Form eines kupfernen Längssteges mit Kanälen zur Aufnahme der
zu den einzelnen Thermofühlern 20 (Fig. 2) führenden Signalleitungen
9. Die Thermokupplung kann bspw. eine selbstständige Baugruppe sein,
welche die einzelnen Thermofühler 20 mit ihren Signalleitungen 9
aufnimmt. Sie kann mit Silicone vom Typ TP 100 im Eckbereich des
Wandteils 6 in der Art befestigt sein, daß sie mit mindestens zwei
Flächen im Strömungsbereich der Kühlflüssigkeit liegt. Auch kann
pro Meßstelle eine Bohrung durch den Wasserkasten im oberen Bereich
eingebracht werden, die dann von außen mit einem Meßfühler versehen
werden kann.
Fig. 2 zeigt das Flächenteil 3 einer Plattenkokille mit einer
erfindungsgemäßen Vielzahl von Kühlwasserablaufbohrungen 5 im oberen
Bereich der Breitseitenwand 1 in horizontaler Projektion zu beiden
Seiten des Tauchrohres 21. Im unteren Bereich der Breitseitenwand
1 befinden sich für den Zulauf von Kühlwasser in dichter Folge und
jeweils in einer vertikalen Ebene mit den Ablaufbohrungen 5 Zulauf
bohrungen 15, ebenfalls zu beiden Seiten der Kokillenwand-Mittel
ebene v-v. Die Bohrungen 15 bilden zusammenwirkend den Wasserzulauf
24 des Kühlwasserstromes in die Kühlkanäle 4 der Kokillenwand 1,
während die Summe der Ablaufbohrungen 5 zusammen genommen den
Wasserablauf 25 bilden. Je rechts und links von der Mittelebene v-v
befinden sich die den seitlichen Abschluß der Breitseitenwand 1
bildenden Schmalseitenwände 22 und 23. Zwischen jeweils zwei Wasser
ablaufbohrungen 5 ist der Thermofühler 20 installiert. Dabei bilden
jeweils zwei nebeneinander angeordnete Wasserablaufbohrungen 5 mit
zwei in gleicher vertikaler Ebene angeordneten Wasserzulaufbohrungen
15 jeweils ein Strömungsfeld A, B, C, D bzw. A', B', C', D'.
Fig. 3 zeigt ein dreidimensionales Diagramm mit der Darstellung von
Temperaturprofilen, gemessen jeweils über die Breite A' bis D einer
Brammenkokillenplatte mit bspw. vier zeitlich auseinanderliegenden
und miteinander zu vergleichenden Temperaturprofilen in zeitlichen
Abständen von je zehn Zeiteinheiten entsprechend der Zeitachse Z.
Die Breite der Kokillenplatte ist an der Abszisse x-x und der Wert
des gemessenen Wärmetransportes auf der Ordinate Y aufgetragen. Die
Darstellung entspricht bspw. einem Diagramm auf dem Bildschirm des
Rechners und ermöglicht eine sofortige Auswertung bzw. Ausregelung
im Falle eines Abweichens von einem vorgegebenen Temperaturprofil.
1
Breitseitenwand
2
Stahl-Schmelzenbad
3
Wandseite/Flächenteil
4
Kühlwasser-Bohrung
5
Kühlwasser-Ablaufbohrung
6
Platten-Element
7
Wasserkasten
8
Thermokupplung
9
Signalleitung
10
Sammelkanal
11
Platten-Element
15
Zulaufbohrungen
20
Thermofühler
21
Tauchrohr
22
Schmalseitenwände
23
Schmalseitenwände
24
Wasserzulauf
25
Wasserablauf
Claims (5)
1. Flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille mit von einander un
abhängigen Kokillenwänden aus Kupferplatten, wobei
im unteren Bereich der Breitseitenwand der Kokille der Zulauf
(24) von Kühlwasser und im oberen Bereich der Breitseitenwand
der Ablauf (25) von Kühlwasser angeordnet ist, wobei in dichter
Folge und jeweils in einer vertikalen Ebene Kühlkanäle (4) mit
Zulaufbohrungen (15) und Ablaufbohrungen (5) angeordnet sind,
wobei die Zulaufbohrungen zusammenwirkend den Wasserzulauf (24)
des Kühlwasserstromes in die Kühlkanäle (4) der Kokillenwand
bilden, während die Summe der Ablaufbohrungen (5) zusammen den
Wasserablauf (25) bilden und im Kühlwasserzulauf (24) wenig
stens ein Temperaturfühler und ein Geber für die Zulaufmenge
pro Zeiteinheit angeordnet ist und wobei ferner im Wasser
ablaufbereich zwischen einer Kupferplatte (1) und den Kühl
wasser-Ablauföffnungen (5) des Wasserkastens (7)
pro Breitseitenplatte mindestens an zwei Stellen Temperaturfüh
ler (20) angeordnet sind, deren Signalleitungen zusammen mit
den Signalleitungen der Temperaturfühler des Wasserzulaufs an
einen Rechner mit einem Online-Bildschirm ange
schlossen sind.
2. Kokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich wenigstens jeder zweiten Ablauföffnung (5) ein Temperaturfühler enthaltendes Thermo-Kupplungsglied angeordnet und bevorzugt mit Silicone vom Typ TP 100 befestigt ist oder
daß je Thermofühler eine Bohrung in den Wasserkasten im Bereich der Ablaufbohrung (5) eingebracht wird, die von außen mit einem Thermofühler versehen werden kann.
daß im Bereich wenigstens jeder zweiten Ablauföffnung (5) ein Temperaturfühler enthaltendes Thermo-Kupplungsglied angeordnet und bevorzugt mit Silicone vom Typ TP 100 befestigt ist oder
daß je Thermofühler eine Bohrung in den Wasserkasten im Bereich der Ablaufbohrung (5) eingebracht wird, die von außen mit einem Thermofühler versehen werden kann.
3. Kokille nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß Temperaturfühler (9) symmetrisch zur Mittenachse jeder
Kokillenbreitseite (1) sowie in Gießrichtung angeordnet sind.
4. Kokille nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Kühlwasserablauföffnungen (5) gleichmäßig über die Breite
der Breitseitenwände (1) verteilt sind und jeweils zwischen
zwei Ablauföffnungen (5) ein Temperaturfühler installiert ist.
5. Kokille nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserablauföffnungen (5) zwischen Kupferplatte (1)
und Wasserkasten (7) in der Kokillenbreite gleichmäßig verteilt
angeordnet und jeweils für den Durchtritt einer konstanten,
gleichen Wassermenge ausgebildet sind.
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