DE2829010C2 - Aus einem massiven Kokillenkörper mit Kühlmittelkanälen bestehende Kokille für das Elektroumschmelzen von Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kokille für das Elektroumschmelzen von Metallen zu Blöcken, insbesondere für das Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden, bestehend aus einem dem Blockquerschnitt entsprechenden, im wesentlichen massiven Kokillenkörper mit einer Vielzahl senkrechter Kühlmittelkanäle, die mit Sammelkanälen in Verbindung stehen, welche den Kokillenkörper umgeben.

Die Mehrzahl aller flüssigkeitsgekühlten Metallkokillen für die Blockherstellung, und zwar sowohl Standkokillen als auch Stranggießkokillen, besteht aus einem Doppelmantel mit einem ringförmigen Hohlraum, der bis auf die Kühlmittelzu- und ableitungen allseitig geschlossen ist. Es ist auch bekannt, in dem Hohlraum nicht nur einfache Wasserleitbleche sondern auch komplizierte Formkörper unterzubringen, die das Kühlmittel auf vorbestimmten Bahnen durch den Hohlraum leiten sollen. Beispielsweise besteht eine bekannte Kokille für das Elektroschlacke-Umschmelzen aus einem inneren Kokillenmantel aus Kupfer, der unter Bildung des ringförmigen Hohlraums von einem Außenmantel aus vorzugsweise unmagnetischem Stahl umgeben ist. Bei derartigen Kokillen ist im allgemeinen der äußere Mantel das tragende Element, wobei erhebliche Dichtprobleme zwischen Innenmantel und Außenmantel bestehen, da die Kokille beim Betrieb im allgemeinen elastisch verformt wird. Darüber hinaus sind derartige Kokillen teuer in der Herstellung, da beispielsweise bereits der aus Kupfer bestehende Innenmantel Schweißvorgänge bedingt, insbesondere deswegen, weil er an seiner oberen Kante mit einem radialen, massiven Kupferflansch versehen werden muß. Ein weiteres Problem liegt in der nahezu unkontrollierbaren Ausbildung von Kühlmittelströmungen, die auch durch komplizierte Leiteinrichtungen nur schwer beeinflußbar sind. Derartige Leiteinrichtungen machen aber einen Reinigungsvorgang schwierig, und sezten mindestens eine vollstän- dige Zerlegung der gesamten Kokille voraus. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß das für Kühlzwecke in der Regel verwendete Wasser eine beträchtliche Menge an Verunreinigungen mit sich führt, insbesondere aber Mineralsalze, die sich in Form von Kesselstein an den Innenflächen der Kokille abscheiden.

Es ist auch bereits eine Kokille der eingangs beschriebenen Gattung vorbekanat, bei der in einem aus Kupfer bestehenden hohlzylindrischen Kokillenkörper eine Vielzahl achsparalleler Bohrungen als Kühlmittelkanäle angeordnet ist Die Bohrungen durchdringen die obere und untere Stirnfläche des Kokillenkörpers und sind am unteren Ende durch Schraubstopfen verschlossen. Bereits hierin liegt ein Nachteil, da die Schraubstopfen bzw. deren Abdichtungen bei Stranggießkokillen dem erheblichen Wärmeeinfluß des aus der Kokille austretenden Stranges ausgesetzt sind. Bei der bekannten Lösung werden sämtliche Kühlmittelkanäle in einer und der gleichen Richtung parallel vom Kühlmittel durchströmt. Die Zuleitung und Verteilung des Kühlmittels geschieht durch einen Sammelkanal, die Rückführung durch einen zweiten Sammelkanal, wobei die unteren Enden der Kühlmittelkanäle über seitliche Anschlußstutzen und außerhalb des Kokillenkörpers liegende Rohrleitungen mit dem zweiten Sammelkanal verbunden sind. Eine solche Bauweise ist extrem aufwendig in der Herstellung und empfindlich bei der Handhabung, zumal derartige Kokillen häufig gegen solche anderer Abmessungen ausgetauscht werden müssen. Hinzu kommt die schlechte Reinigungsmöglichkeit. Insbesondere aber ist durch die Parallelität aller Strömungskanäle die Strömungsgeschwindigkeit bei gegebenen Durchsatz minimal; bei einer für einen hohen Wärmedurchgang erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit werden sehr große Wässerdurchsätze benötigt.

Durch die DE-AS 24 05 598 ist eine aus Segmenten zusammengesetzte Kokille bekannt, bei der jedes Segment eine Reihe von zur Kokillenachse parallelen Längsbohrungen aufweist, die an ihren oberen und unteren Enden durch Schrauben verschlossen sind. Zur

so Zu- und Ableitung des Kühlmittels sind an den Außenseiten der Segmente Anschlüsse vorgesehen, wobei jedoch nicht erwähnt wird, wohin die Anschlüsse führen. Sofern hierfür am oberen und am unteren Ende der Kokille ringförmige Sammelkanäle vorgesehen sind, ist die Konstruktion ähnlich aufwendig wie die Konstruktion des vorstehend beschriebenen hohlzylindrischen Kokillenkörpers mit achsparallelen Bohrungen. Durch die Parallelität aller Strömungskanäle ist entweder der Wärmeübergang schlecht oder es wird zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs ein großer Wasserdurchsatz benötigt. Eine Zerlegung der bekannten Kokille zu Reinigungszwecken gestaltet sich wegen der Notwendigkeit der vollständigen Zerlegung unter Abnahme der ringförmigen Sammelkanäle außerordentlich aufwendig.

Durch die DE-AS 20 05 059 ist eine aus massiven Platten bestehende rechteckige Kokille bekannt, bei der die Wände mit einem System waagrechter und senkrechter

Bohrungen versehen sind, in denen durch paarweise aufwärts und abwärts gerichtete Strömungen ein relativ Kompliziertes Strömungsmuster aufrechterhalten wird. Zwar tritt durch die Hintereinanderschaltung eines Teils der Strömungskanäle eine Ersparnis an Kühlmedium ein, jedoch wird durch die komplizierten äußeren Anschlüsse die Reinigungsmöglichkeit sehr erschwert Um Strömungskurzschlüsse zu vermeiden, befinden sich in den horizontalen Kanälen Verschlußstopfen, die eine Reinigung der dazwischenliegenden Kanalabschnitte praktisch unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kokille der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die einfach in der Herstellung, gefahrlos in der Handhabung und leicht zu reinigen ist, sowie eine hohe Kühlwirkung bei geringem Wasserdurchsatz aufweist

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen Kokille erfindungsgemäß dadurch, daß die Kühlmittelkanäle am unteren Ende als Sacklöcher ausgeführt und dort paarweise durch eine querliegende, nach außen verschlossene Ausnehmung zu einem U-förmigen Kanal verbunden sind und daß die oberen Enden der Kühlmittelkanäle mit den Sammelkanälen verbunden sind.

Bereits bei der einfachsten Ausführungsform mit einer Mehrzahl derartiger U-förmiger Kanäle sind die beiden Kühlmittelkanäle eines U-förmigen Kanals strömungstechnisch in Reihe geschaltet, während sämtliche U-förmigen Kanäle strömungstechnisch parallel geschaltet sind. Bei gegebenem Kühlmitteldurchsatz und gegebenem Querschnitt der Kühlmittelkanäle läßt sich bereits auf diese einfache Weise eine Verdoppelung der Strömungsgeschwindigkeit und eine entsprechende Erhöhung der Wärmedurchgangszahlen erreichen. Dadurch, daß die Kühlmittekanäle am unteren Ende als Sacklöcher ausgeführt sind, ist die untere Stirnfläche des Kokillenkörpers glatt, und keine irgendwie geartete Abdichtung ist einer hohen Wärmebelastung insbesondere beim Start durch flüssige Schlacke ausgesetzt. Die paarweise Verbindung der Kühlmittelkanäle durch eine nach außen verschlossene, querliegende Ausnehmung ist auf einfache Weise dadurch herstellbar, daß das Material des Kokillenkörpers zwischen den Kühlmittelkanälen durch einen Fräsvorgang entfernt wird, wobei eine Durchbrechung der äußeren, nicht aber der inneren Mantelfläche des Kokillenkörpers erfolgt. Diese öffnung, die gleichzeitig Bearbeitungsöffnung und Reinigungsöffnung ist, wird nach Vollendung der Kokille durch eine Flanschplaite verschlossen. Es ist zweckmäßig die Verbindungskanäle im Querschnitt größer als die Kühlmittelkanäle zu machen, damit Druckverluste beim Umlenken des Kühlmittelstromes vermieden werden. Es ist dann nur noch erforderlich, die oberen Enden der Kühlmittelkanäle mit den beiden Sammelkanälen zu verbinden, um eine entsprechende Führung des Kühlmittels zu erzwingen.

Der Erfindungsgegenstand zeichnet sich durch besonders niedrige Kosten wegen des Wegfalls des Kühlmantels einerseits und des Wegfalls der außenliegenden Rückführungsrohre andererseits aus. Der massive Kokillenkörper ist leicht herstellbar und braucht nur durch einfache, spanabhebende Verfahren bearbeitet zu werden. Er besitzt von Haus aus eine große Steifigkeit, so daß eine Verformung, insbesondere eine für die Abdichtungen schädliche Verformung während des Betriebes ausgeschlossen ist. Außerdem ist eine hohe Druckbeaufschlagung mit dem Kühlmedium bei hoher Strömungsgeschwindigkeit und geringen Druckverlusten möglich.

Die erfindungsgemäße Kokille ist leicht zu reinigen und der Reinigungsvorgang selbst sowie dessen Ergebnis leicht zu kontrollieren. Diese Eigenschafien einer Kokille sind besonders wichtig für die Herstellung von Blökkeri mit einem Durchmesser oberhalb 1000 mm. Der Erfindungsgegenstand entfaltet aber auch bereits bei kleineren Abmessungen seine wesentlichen Vorteile.

Bei spanabhebender Erzeugung der Kühlmittelkanäle durch Bohren gehen diese von der oberen Stirnseite des Kokillenkörpers aus. Es ist dabei besonders vorteilhaft, sie dort durch einen gegen die Stirnseite verspannten Ring gegebenenfalls unter Zwischenlage von Dichtungsmaterial zu verschließen. Bei einer derartig ausgebildeten Kokille lassen sich mehrere der U-förmigen Kanäle gruppenweise in Reihe schalten, wobei sämtliche Gruppen wiederum parallel geschaltet sind. Dies geschieht auf einfache Weise dadurch, daß benachbarte U-förmige Kanäle durch eine in der oberen Stirnseite des Kokülenkörpers angeordnete Ausnehmung miteinander in der Weise verbunden sind, daß mindestens zwei U-förmige Kanäle in Reihe geschaltet sind. Auch die in der oberen Stirnseite des Kokülenkörpers angeordnete Ausnehmung wird dort zweckmäßig durch Herausfräsen eines Teils des Materials des Kokülenkörpers erzeugt, wobei die Breite der Ausnehmung im wesentlichen dem Durchmesser der Kühlmittelkanäle entsprechen sollte.

In jedem Falle ist die Kokille außen glatt, d. h. außerhalb der äußeren Mantelfläche der Kokille befinden sich lediglich noch die als Wasserkästen ausgebildeten Sammelkanäle sowie gegebenenfalls ein Flansch, mit dem die Kokille innerhalb einer Schmelzanlage befestigbar ist Eine Beschädigung der Kühlmittelkanäle während des Transports bzw. des Umrüstens einer Schmelzanlage ist damit vollständig ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sei nachfolgend anhand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt entlang der Linie 1-1 durch den Gegenstand von F i g. 2,

Fig.2 eine teilweise Seitenansicht einer Kokille in Richtung Λ'gemäß F i g. 3 und

F i g. 3 einen Schnitt durch den Gegenstand gemäß F i g. 2 entlang der Linie I1I-III.

F i g. 1 zeigt einen Kokillenkörper 10, der im vorliegenden Falle zur Herstellung runder Blöcke als Hohlzylinder ausgebildet ist und eine innere Mantelfläche 11 und eine äußere Mantelfläche 12 aufweist. Auf dem Umfang sind äquidistant mehrere Kühlmittelkanäle 13 angeordnet, deren Achsen parallel zur Achse des Kokülenkörpers 10 verlaufen. Ein Teil der Kühlmittelkanäle 13 ist im Bereich des oberen Endes mit radialen Anschlußbohrungen 14 und 15 versehen, wobei die Anschlußbohrungen 14 für die Zufuhr und die Anschlußbohrungen 15 für die Abfuhr des Kühlmittels dienen. Die Anschlußbohrungen 14 und 15 stehen mit Sammelleitungen 16 und 17 in Verbindung, die gemäß Fi g. 3 als Wasserkästen ausgeführt sind.
Die Kühlmittelkanäle 13 gehen von einer oberen Stirnfläche 18 des Kokülenkörpers 10 aus (F i g. 2) und sind dort durch einen gegen die Stirnfläche verspannten Ring 19 verschlossen. Je zwei benachbarte, nicht mit Anschlußbohrungen 14 oder 15 versehene Kühlmittelkanäle 13 sind durch eine in der oberen Stirnfläche 18 des Kokülenkörpers 10 angeordnete Ausnehmung 20 miteinander verbunden, die gleichfalls durch den Ring 19 nach oben hin verschlossen ist.
Gemäß F i g. 2 und 3 sind die Kühlmittelkanäle 13 an

ihren unteren Enden 21 als Sacklöcher ausgeführt und dort paarweise durch eine nach außen verschlossene, querliegende Ausnehmung 22 zu einem U-förmigen Kanal verbunden. Gemäß F i g. 3 münden die oberen Enden der Kühlmittelkanäle 13 über die Anschlußbohrungen 14 und 15 in die Sammelleitungen 16 und 17 ein. Die Ausnehmungen 22 weisen eine in der äußeren Mantelfläche 12 des Kokillenkörpers 10 liegende öffnung auf, die durch eine zu Reinigungszwecken abnehmbare Flanschplatte 23 verschlossen ist.

Auf die angegebene Weise entsteht zwischen zwei Anschlußbohrungen 14 und 15 ein in Reihe geschaltetes, mäanderförmiges System von Kanälen, in denen sich eine Strömung ausbildet, die in F i g. 2 durch Pfeile angedeutet ist

Gemäß F i g. 3 besitzt der Kokillenkörper 10 etwas unterhalb der Stirnfläche 18 einen radialen Flansch 24, mit dem er auf einem Rahmenteil 25 einer Schmelzanlage aufliegt, deren übrige Teile Stand der Technik und daher nicht dargestellt sind.

Die Erfindung ist anhand einer zylindrischen Stranggießkokille dargestellL Es versteht sich, daß das gleiche Prinzip naturgemäß auch für rechteckige oder quadratische Kokillen anwendbar ist, solange der Kokillenkörper im wesentlichen ein geschlossenes Ganzes darstellt. Der Erfindungsgegenstand ist für die Herstellung von Massivblöcken ebenso geeignet, wie für die Herstellung von Hohlblöcken. In dem zuletzt genannten Falle ist lediglich im Innern des Kokillenkörpers 10 ein Dorn angeordnet, welcher den Blockhohlraum erzeugt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

28 29 OiO Patentansprüche:

1. Kokille für das Elektroumschmelzen von Metallen zu Blöcken, insbesondere für das Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden, bestehend aus einem dem Blockquerschnitt entsprechenden, im wesentlichen massiven Kokillenkörper mit einer Vielzahl senkrechter Kühlmittelkanäle, die mit Sammelkanälen in Verbindung stehen, welche den Kokillenkörper umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (13) am unteren Ende (21) als Sacklöcher ausgeführt und dort paarweise durch eine querliegende, nach außen verschlossene, Ausnehmung (22) zu einem U-förmigen Kanal verbunden sind, und daß die oberen Enden der Kühlmittelkanäle mit den Sammelleitungen (16,17) verbunden sind.

2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkanäle (13) von der oberen Stirnfläche (18) des Kokillenkörpers (10) ausgehen und dort durch einen gegen die Stirnfläche verspannten Ring (19) verschlossen sind.

3. Kokille nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte U-förmige Kanäle durch eine in der oberen Stirnfläche (18) des Kokillenkörpers (10) angeordnete Ausnehmung (20) miteinander in der Weise verbunden sind, daß mindestens zwei U-förmige Kanäle in Reihe geschaltet sind.

4. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am unteren Ende der Kühlmittelkanäle (13) angeordnete, querliegende Ausnehmung (22) eine in einer Mantelfläche (12) des Kokillenkörpers (10) liegende öffnung aufweist, die durch eine Flanschplatte (23) verschlossen ist.