EP0404974B1 - Stranggiesskokille zum senkrechten Bandgiessen von Metallen - Google Patents

Stranggiesskokille zum senkrechten Bandgiessen von Metallen Download PDF

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EP0404974B1
EP0404974B1 EP89111727A EP89111727A EP0404974B1 EP 0404974 B1 EP0404974 B1 EP 0404974B1 EP 89111727 A EP89111727 A EP 89111727A EP 89111727 A EP89111727 A EP 89111727A EP 0404974 B1 EP0404974 B1 EP 0404974B1
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EP
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continuous casting
casting ingot
insert
plates
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Adolf Klein
Hilmar R. Dr. Müller
Joachim Rabenschlag
Jörg Dr. Steeb
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Wieland Werke AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/0408—Moulds for casting thin slabs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds

Definitions

  • the invention relates to a continuous casting mold and a method for the vertical continuous casting of metals according to the preambles of claims 1 and 15.
  • Such a mold or such a method are generally known.
  • Continuous casting molds are used, the mold insert of which is surrounded by a cooling device.
  • the invention is therefore based on the object of designing a continuous casting mold of the type mentioned in such a way that uniform cooling of the strand is ensured.
  • the object is achieved in that the cooling device is arranged only on the broad sides of the mold insert and - starting from the lower mold edge UK - extends approximately to 55-75% of the height of the broad side and that the narrow sides are uncooled.
  • the inventive design of the continuous casting mold makes the cooling more uniform, so that an approximately equal height of the solidification front is achieved over the cross section of the pouring opening.
  • the cooling device extends approximately over the lower two thirds of the height of the broad sides.
  • a two-channel cooling system is preferably assigned to each broad side of the mold insert. It is recommended that a lower, horizontally running supply channel for the cooling liquid is connected to an upper, also horizontally running discharge channel via bores in the channel walls facing the mold insert and vertical cooling channels in the outer wall of the broad side of the mold insert.
  • the formation of the mold insert from two plates forming the broad side and two plates forming the narrow side is preferred.
  • Sheets of metallic materials are preferably used.
  • the plates forming the narrow sides of the mold insert can alternatively be made of a non-metallic material. This embodiment also has the advantage that inductive control of the casting level is possible.
  • a horizontal separating slot is preferably arranged in the outer wall of the broad side of the mold insert.
  • a strip made of a non-metallic material with a low thermal conductivity and a relatively large coefficient of expansion is pressed into the horizontal separating slot.
  • the upper uncooled area B of the mold insert consists of non-metallic materials with low thermal conductivity and that the lower, cooled area B K consists of metallic materials.
  • the components of the uncooled area B are preferably pressed into the components of the cooled area B K.
  • the components of the uncooled area B are formed by four plates or two L-shapes.
  • the invention also relates to a method for strip casting using a continuous casting mold according to the invention.
  • the method is characterized in that the casting level is kept approximately within the upper, uncooled third of the mold during casting.
  • the mold level is preferably held at a height of approximately 20-50 mm below the upper mold edge OK.
  • the continuous casting mold for vertical strip casting essentially consists of a metallic mold insert 1 (hereinafter referred to as "insert") and a cooling device 2.
  • the insert 1 is made of plates 3 or 4 composed, each forming the broad sides or narrow sides of the insert 1.
  • the plates 3, 4 are held together by bolts, not shown. The result is a pouring opening 5 of rectangular cross section for receiving the molten metal.
  • the plates 3, 4 can consist of copper, for example, further possibilities are discussed below.
  • the cooling device 2 is arranged exclusively on the broad sides of the insert 1, in such a way that it extends - starting from the lower mold edge UK - to approximately 55-75% of the height of the broad sides, preferably over the lower two thirds of the height of the broad sides .
  • the remaining upper area of the broad sides (ie preferably the upper third) and the narrow sides of the insert 1 remain uncooled.
  • the lower, cooled area of the broad sides is marked in FIG. 1 with B K , the upper, uncooled area with B.
  • the support of the insert 1 shown in this area B is provided only for reasons of stability.
  • the cooling device 2 consists of two identically constructed two-channel cooling systems, which are arranged on the broad sides (plates 3) of the insert 1, namely the cooling liquid (in particular water) is fed through a lower, horizontal feed channel 6 and through an upper, horizontal discharge channel 7 derived. From the channel 6, the coolant passes through the holes 1 in the channel wall 6 'pointing towards the insert 1, through vertical cooling channels 9 in the outer wall of the plate 3 and through holes 1 pointing in the channel 1 7' into the channel 7. The direction of flow of the Coolant is indicated by arrows. In FIG. 3, the arrows indicate the inflow of the cooling liquid to the channel 6 and the outflow of the cooling liquid from the channel 7.
  • a horizontal separating slot 11 is arranged on the outside of the plates 3.
  • the continuous casting mold is supplied with molten metal from a distributor device (not shown).
  • the metal strand 12 which is formed is discharged through schematically indicated extraction elements 13.
  • the mold level 14 is preferably held in the upper (uncooled) third of the continuous casting mold.
  • the continuous casting mold can be followed by a secondary cooling 15 with flat jet nozzles 16.
  • Design example Brass strips (CuZn30) measuring 25 x 400 mm were cast using a continuous casting mold of the type described.
  • brass melt heated to approximately 1050 ° C. was fed to a mold insert 1 consisting of copper plates.
  • the dimensions of the pouring opening were 25 x 400 x 360 mm.
  • the cooling was carried out by means of water through a cooling device 2, which extended over 250 mm (cooled area B K ), and through downstream secondary cooling 15 with flat jet nozzles 16.
  • the casting level 14 was held in the upper (uncooled) third of the mold, about 20-50 mm below the upper edge of the mold OK.
  • the take-off speed was approximately 500-1000 mm / min.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille und ein Verfahren zum senkrechten Stranggießen von Metallen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 15.
  • Eine solche kokille bzw. ein solches Verfahren sind allgemein bekannt.
  • Beim Stranggießen großer, rechteckiger Formate werden u.a. Stranggießkokillen verwendet, deren Kokilleneinsatz von einer Kühlvorrichtung umgeben ist.
  • Die Verwendung von Stranggießkokillen der genannten Art beim Gießen von Bändern im Dickenbereich von etwa 6 - 30 mm ist nicht möglich, da insbesondere im Eckbereich des Kokilleneinsatzes die Kühlung zu stark ist, so daß im Eckbereich eine zu starke Vorerstarrung der Schmelze eintritt, während weiter im Zentrum des Kokilleneinsatzes die Schmelze noch flüssig ist, so daß insbesondere beim Anfahrvorgang die Gefahr des Durchbruchs des Stranges besteht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stranggießkokille der genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige Kühlung des Stranges gewährleistet ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlvorrichtung ausschließlich an den Breitseiten des Kokilleneinsatzes angeordnet ist und sich - ausgehend von der Kokillenunterkante UK - etwa bis auf 55 - 75 % der Höhe der Breitseite erstreckt und daß die Schmalseiten ungekühlt sind.
  • Es hat sich herausgestellt, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Stranggießkokille eine Vergleichmäßigung der Kühlung eintritt, so daß über den Querschnitt der Gießöffnung eine annähernd gleiche Höhe der Erstarrungsfront erzielt wird.
  • Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Kühlvorrichtung etwa über die unteren zwei Drittel der Höhe der Breitseiten.
  • Vorzugsweise ist jeder Breitseite des Kokilleneinsatzes ein Zweikanal-Kühlsystem zugeordnet. Dabei empfiehlt es sich, daß jeweils ein unterer, horizontal verlaufender Zuführkanal für die Kühlflüssigkeit mit einem oberen, ebenfalls horizontal verlaufenden Abführkanal über zum Kokilleneinsatz weisende Bohrungen in den Kanalwänden und vertikale Kühlkanäle in der Außenwandung der Breitseite des Kokilleneinsatzes in Verbindung steht.
  • Aus Gründen der einfacheren Herstellung wird die Ausbildung des Kokilleneinsatzes aus zwei die Breitseite bildenden Platten, und zwei die Schmalseite bildenden Platten bevorzugt. Es werden vorzugsweise Platten aus metallischen Werkstoffen verwendet.
  • Um den gleichmäßigeren Kühleffekt weiterhin zu verstärken, empfiehlt es sich, daß auf der Innenseite des Kokilleneinsatzes im oberen, ungekühlten Bereich B der die Breitseiten des Kokilleneinsatzes bildenden Platten jeweils isolierende Platten eingesetzt sind. Zur Erzielung desselben Effekts können alternativ die die Schmalseiten des Kokilleneinsatzes bildenden Platten aus einem nichtmetallischen Werkstoff bestehen. Diese Ausführungsform hat zugleich den Vorteil, daß eine induktive Regelung des Gießspiegels möglich ist.
  • Um den Wärmefluß vom oberen, ungekühlten Bereich B zum unteren, gekühlten Bereich BK zu reduzieren, ist vorzugsweise in der Außenwandung der Breitseite des Kokilleneinsatzes jeweils ein horizontaler Trennschlitz angeordnet. Zur Steuerung des thermischen Verzugs des ungekühlten metallischen Bereichs B empfiehlt es sich, daß in den horizontalen Trennschlitz eine Leiste aus einem nichtmetallischen Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit und relativ großem Ausdehnungskoeffizient eingepreßt ist.
  • Bei einem metallischen ungekühlten Bereich B besteht die Gefahr, daß sich dieser so aufweitet, so daß bei hohem Füllstand und niedriger Gießgeschwindigkeit der Strang zu dick wird und nicht durch den gekühlten Bereich BK paßt. Die Folge wäre ein Strangabriß. Nach einer Alternative der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß der obere ungekühlten Bereich B des Kokilleneinsatzes aus nichtmetallischen Werkstoffen geringer Wärmeleitfähigkeit und daß der untere, gekühlte Bereich BK aus metallischen Werkstoffen besteht. Um das eventuelle Eindringen flüssiger Schmelze zu verhindern, sind die Bauteile des ungekühlten Bereichs B vorzugsweise in die Bauteile des gekühlten Bereichs BK eingepreßt. Wiederum aus Gründen der einfacheren Herstellung sind die Bauteile des ungekühlten Bereichs B von vier Platten oder zwei L-Formen gebildet.
  • Zur Verstärkung der Kühlung des aus der Kokille austretenden Stranges kann eine Sekundärkühlung mit Flachstrahldüsen nachgeschaltet sein.
  • Die Erfindung betrifft gleichzeitig ein Verfahren zum Bandgießen unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Stranggießkokille. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gießspiegel während des Gießens etwa innerhalb des oberen, ungekühlten Drittels der Kokille gehalten wird. Dabei wird der Gießspiegel bevorzugt auf einer Höhe etwa 20 - 50 mm unterhalb der Kokillenoberkante OK gehalten.
  • Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
    • Figur 1 einen Vertikalschnitt,
    • Figur 2 kombiniert Draufsicht und einen Horizontalschnitt - gemäß Linie I-I in Figur 1 - durch eine erfindungsgemäße Stranggießkokille und
    • Figur 3 eine Seitenansicht der Breitseite der Kokille.
  • Die Stranggießkokille zum senkrechten Bandgießen nach den Figuren 1 bis 3 besteht im wesentlichen aus einem metallischen Kokilleneinsatz 1 (im folgenden kurz als "Einsatz" bezeichnet) und einer Kühlvorrichtung 2. Der Einsatz 1 ist aus Platten 3 bzw. 4 zusammengesetzt, die jeweils die Breitseiten bzw. Schmalseiten des Einsatzes 1 bilden. Die Platten 3, 4 werden durch nicht dargestellte Bolzen zusammengehalten. Es ergibt sich damit eine Gießöffnung 5 rechteckigen Querschnitts zur Aufnahme der Metallschmelze. Die Platten 3,4 können beispielsweise aus Kupfer bestehen, weitere Möglichkeiten werden im folgenden besprochen.
  • Die Kühlvorrichtung 2 ist ausschließlich an den Breitseiten des Einsatzes 1 angeordnet, und zwar derart, daß sie sich - ausgehend von der Kokillenunterkante UK - etwa bis auf 55 - 75 % der Höhe der Breitseiten erstreckt, vorzugsweise über die unteren zwei Drittel der Höhe der Breitseiten. Der verbleibende obere Bereich der Breitseiten (also vorzugsweise das obere Drittel) sowie die Schmalseiten des Einsatzes 1 bleiben ungekühlt. Der untere, gekühlte Bereich der Breitseiten ist in Fig. 1 mit BK gekennzeichnet, der obere, ungekühlte Bereich mit B. Die in diesem Bereich B dargestellte Abstützung des Einsatzes 1 erfolgt lediglich aus Stabilitätsgründen.
  • Die Kühlvorrichtung 2 besteht aus zwei identisch aufgebauten Zweikanal-Kühlsystemen, die an den Breitseiten (Platten 3) des Einsatzes 1 angeordnet sind, und zwar wird die Kühlflüssigkeit (insbesondere Wasser) durch einen unteren, horizontalen Zuführkanal 6 zugeleitet und durch einen oberen, horizontalen Abführkanal 7 abgeleitet. Vom Kanal 6 gelangt die Kühlflüssigkeit über zum Einsatz 1 weisende Bohrungen 8 in der Kanalwand 6', über senkrechte Kühlkanäle 9 in der Außenwandung der Platte 3 und über zum Einsatz 1 weisende Bohrungen 10 in der Kanalwand 7' in den Kanal 7. Die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit ist jeweils durch Pfeile gekennzeichnet. In Fig. 3 bezeichnen die Pfeile den Zulauf der Kühlflüssigkeit zum Kanal 6 und den Ablauf der Kühlflüssigkeit aus dem Kanal 7.
  • Um den Wärmefluß vom oberen, ungekühlten Bereich B der Breitseiten zum unteren, gekühlten Bereich BK zu reduzieren, ist auf der Außenseite der Platten 3 jeweils ein horizontaler Trennschlitz 11 angeordnet.
  • Zur Durchführung des Gießverfahrens wird der Stranggießkokille Metallschmelze aus einer - nicht dargestellten - Verteilervorrichtung zugeführt. Der sich bildende Metallstrang 12 wird durch schematisch angedeutete Abzugsorgane 13 abgeführt. Während des Gießvorgangs wird der Gießspiegel 14 vorzugsweise in dem oberen (ungekühlten) Drittel der Stranggießkokille gehalten.
  • Bei Bedarf kann der Stranggießkokille eine Sekundärkühlung 15 mit Flachstrahldüsen 16 nachgeschaltet werden.
  • Aufgrund des beschriebenen Aufbaus des Einsatzes 1 ist es leicht möglich, die die Schmalseiten bildenden Platten 4 auszutauschen, um unterschiedliche Banddicken zu gießen. Zudem können metallische Platten 4 durch Platten 4 aus nichtmetallischen Werkstoffen (beispielsweise aus Graphit) ersetzt werden, was insbesondere eine induktive Regelung des Gießspiegels 14 ermöglicht.
  • Ausführungsbeispiel:
    Mit einer Stranggießkokille der beschriebenen Art wurden Messing-Bänder (CuZn30) der Abmessung 25 x 400 mm gegossen.
  • Dazu wurde auf etwa 1050° C erhitzte Messingschmelze einem aus Kupferplatten bestehenden Kokilleneinsatz 1 zugeführt. Die Abmessungen der Gießöffnung betrugen 25 x 400 x 360 mm.
  • Die Kühlung erfolgte mittels Wasser durch eine Kühlvorrichtung 2, die sich über 250 mm erstreckte (gekühlter Bereich BK), und durch nachgeschaltete Sekundärkühlung 15 mit Flachstrahldüsen 16.
  • Der Gießspiegel 14 wurde im oberen (ungekühlten) Drittel der Kokille gehalten, und zwar etwa 20 - 50 mm unterhalb der Kokillenoberkante OK.
  • Die Abzugsgeschwindigkeit betrug etwa 500 - 1000 mm/Min.
  • Das Anfahren des Gießvorgangs ließ sich dabei problemlos durchführen. Es wurden Messingbänder mit einwandfreier Oberflächenqualität erhalten.

Claims (16)

1. Stranggießkokille zum senkrechten Stranggießen von Metallen, insbesondere zum Bandgießen von Kupfer- und Kupferlegierungen, beider ein Kokilleneinsatz (1), der eine Gießöffnung (5) rechteckigen Querschnitts aufweist, mit einer äußeren Kühlvorrichtung (2) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlvorrichtung (2) ausschließlich an den Breitseiten (3) des Kokilleneinsatzes (1) angeordnet ist und sich - ausgehend von der Kokillenunterkante UK - etwa bis auf 55 - 75 % der Höhe der Breitseiten (3) erstreckt und daß die Schmalseiten (4) ungekühlt sind.
2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Kühlvorrichtung (2) etwa über die unteren zwei Drittel der Höhe der Breitseiten (3) erstreckt.
3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Breitseite (3) des Kokilleneinsatzes (1) ein Zweikanal(6, 7)-Kühlsystem zugeordnet ist.
4. Stranggießkokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils ein unterer, horizontal verlaufender Zuführkanal (6) für die Kühlflüssigkeit mit einem oberen, ebenfalls horizontal verlaufenden Abführkanal (7) über zum Kokilleneinsatz (1) weisende Bohrungen (8, 10) in den Kanalwänden (6', 7') und vertikale Kühlkanäle (9) in der Außenwandung der Breitseite (3) des Kokilleneinsatzes (1) in Verbindung steht.
5. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kokilleneinsatz (1) aus zwei die Breitseiten bildenden Platten (3) und zwei die Schmalseiten bildenden Platten (4) besteht.
6. Stranggießkokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3, 4) aus metallischen Werkstoffen bestehen.
7. Stranggießkokille nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Innenseite des Kokilleneinsatzes (1) im oberen, ungekühlten Bereich B der die Breitseiten des Kokilleneinsatzes (1) bildenden Platten (3) jeweils isolierende Platten eingesetzt sind.
8. Stranggießkokille nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Schmalseiten des Kokilleneinsatzes (1) bildenden Platten (4) aus einem nicht metallischen Werkstoff bestehen.
9. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Außenwandung der Breitseite (3) des Kokilleneinsatzes (1) jeweils ein horizontaler Trennschlitz (11) angeordnet ist, der den oberen, ungekühlten Bereich B teilweise von dem unteren, gekühlten Bereich BK trennt.
10. Stranggießkokille nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß in den horizontalen Trennschlitz (11) eine Leiste aus einem nichtmetallischen Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit und relativ großem Ausdehnungskoeffizient eingepreßt ist.
11. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der obere, ungekühlte Bereich B des Kokilleneinsatzes (1) aus nichtmetallischen Werkstoffen geringer Wärmeleitfähigkeit und daß der untere, gekühlte Bereich BKaus metallischen Werkstoffen besteht.
12. Stranggießkokille nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile des ungekühlten Bereichs B in die Bauteile des gekühlten Bereichs BK eingepreßt sind.
13. Stranggießkokille nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile des ungekühlten Bereichs B von vier Platten oder von zwei L-Formen gebildet sind.
14. Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kokille in der Abzugsrichtung des Stranges (12) eine Sedundärkühlung (15) mit Flachstrahldüsen (16) nachgeschaltet ist.
15. Verfahren zum Bandgießen unter Verwendung einer Stranggießkokille nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gießspiegel (14) während des Gießens etwa innerhalb des oberen, ungekühlten Drittels der Kokille gehalten wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gießspiegel (14) auf eine Höhe etwa 20 - 50 mm unterhalb der Kokillenoberkante OK gehalten wird.
EP89111727A 1989-06-28 1989-06-28 Stranggiesskokille zum senkrechten Bandgiessen von Metallen Expired - Lifetime EP0404974B2 (de)

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CA002019958A CA2019958C (en) 1989-06-28 1990-06-27 Continuous-casting mold for vertically casting metal strip
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