EP1007246B1 - Stranggiesskokille - Google Patents

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EP1007246B1
EP1007246B1 EP97942954A EP97942954A EP1007246B1 EP 1007246 B1 EP1007246 B1 EP 1007246B1 EP 97942954 A EP97942954 A EP 97942954A EP 97942954 A EP97942954 A EP 97942954A EP 1007246 B1 EP1007246 B1 EP 1007246B1
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EP
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plate
chill mould
water
waterbox
continuous casting
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Fritz-Peter Pleschiutschnigg
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SMS Siemag AG
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SMS Demag 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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 for casting strands, preferably made of steel, consisting of mold plates and water box, which together are connected and between which water cooling with the help of Water channels are built, the water channels in the Chill plate facing side of the water tank are arranged and not in the mold plate.
  • Mold plates - preferably consisting of copper for the continuous casting of Slabs, thin slabs, blooms and profiles - are on their back cooled with water and screwed onto a steel water tank.
  • the water is directed vertically to the upper edge of the mold through channels 5 mm wide from the mold exit (bottom) in the direction of the casting level.
  • the water is conducted at a pressure between 5 to 15 bar and flow velocities of 5 to 15 m / s through the water guide channels to the heat flow of up to 4 MW / m 2 at the phase boundary Cu plate / water without disturbing the heat transfer To be able to absorb and remove gas bubbles.
  • a mold plate for continuous Casting strands of steel shown.
  • the mold plate is built in sandwich construction, consisting of the leading the casting strand Copper plate connected to a support plate via a screw connection stands.
  • Water guide channels are arranged in the support plate.
  • For the purpose of Connection of the copper plate to the support plate are on the side facing the support plate Side of the copper plate provided thickenings, which in corresponding Intervene in the support plate. Be in these thickenings Screws screwed in to secure the copper plate and support plate together connect.
  • the water channels are arranged in the support plate and not in the copper plate.
  • a copper plate is used shown in sandwich design. There is a copper plate on a steel plate, on which the casting strand is guided. In the steel plate and not in the Cooling channels are embedded in the copper plate. The cooling channels are from the copper plate covered and the connection between steel plate and copper plate is produced by means of a screw connection. Sealing between the steel plate and the copper plate is made using soft solder.
  • the invention is characterized by a design of the continuous casting mold, at that of the water box and the connecting plate of the water box with the help of Screws that are embedded in the mold plate and by means of the water tank arranged nuts are joined together and in which the connecting screws are provided with internal or external cooling channels, which with the water channels are connected.
  • FIG. 1 shows a horizontal section through the broad side 1 of a thin slab mold with pouring funnel 2 or with a liquid steel facing concave mold shape.
  • the water tank 6 consists of a steel plate 9 with the water guide channels 7, a wall thickness or comb thickness 7.1 and a channel width 7.2 and the actual water guide box with its webs 10.
  • the webs 10 can either be welded 11 to the steel plate 9 or e.g. connected with screws 12, which are embedded in the Cu broad side plate 3 be, for example, with nuts 13 or spring-loaded wedges with the back 14 of the water tank are tense.
  • this device arrangement also applies to plane-parallel mold plates of conventional slab molds as well as pre-block molds and molds for profiles, e.g. "Dogbones" or similar continuous casting formats.
  • the advantages of the extension are a design simplification of the wearing part "Cu plate” and the shift of the "intelligent” (adjustable or controllable) Part of the mold with its water channels 7 on the non-wearing Chill part of the steel water tank 6 with its steel plate 9.
  • the inventive solution gives the possibility that the water channels 7, due to the better material properties of the steel compared Copper can become wider, making it better and more uniform Cooling of the Cu plate 3 is ensured.
  • the water channels in copper have so far been 5 mm wide and a comb thickness of 5 mm and thus lead to a water coverage of 50%.
  • a higher water coverage i.e. a lower relative comb thickness 7.1
  • the steel material in the steel plate 9 of the water tank be because the risk of buckling of the steel comb 7.1 once by the lower thermomechanical load and secondly due to the higher mechanical Resilience of steel becomes much lower.
  • a reduction in the cooling water pressure would in turn lead to thinner Cu plate thicknesses allow, since the risk of bulging the Cu plate 3 or Cu plate surface becomes smaller due to the reduced water pressure.
  • the low Cu plate thickness in turn leads to lower surface temperatures in the side 4 facing the liquid steel - hot face - the Cu plate 3, the the lifetime of the Cu plate increases.
  • FIG. 2 relates to FIG. 1 with all essential features and advantages with the difference that the connecting plate 9 is not made of steel, but of a sandwich plate is constructed in such a way that on the steel plate 9.1 of the Water box 6 an intermediate plate 9.2 made of copper or a copper alloy rests, in which in turn the water guide channels 7 are incorporated.
  • the intermediate plate 9.2 is between the mold plate 3 by means of the clamping screws 12. and water box 6 clamped so that no disadvantages regarding heat transfer can arise.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail A from FIG. 2 with a cooling connection 16 to the water guide channels 7 and with one in the connecting screw 12 arranged cooling channel 15, each only a schematic diagram should be, the detailed execution carried out by a specialist without further ado can be.
  • the invention thus has an unexpected, multiplying, positive effect the strand quality, the mold durability and the operating costs.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum Gießen von Strängen, vorzugsweise aus Stahl, bestehend aus Kokillenplatten und Wasserkasten, die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Wasserkühlung mit Hilfe von Wasserführungskanälen aufgebaut ist, wobei die Wasserführungskanäle in der der Kokillenplatte zugewandten Seite des Wasserkastens angeordnet sind und nicht in der Kokillenplatte.
Kokillenplatten - vorzugsweise bestehend aus Kupfer für das Stranggießen von Brammen, Dünnbrammen, Vorblöcken und Profilen - werden auf ihrer Rückseite mit Wasser gekühlt und sind auf einen Stahlwasserkasten aufgeschraubt.
So wird das Wasser z.B. bei Dünnbrammenkokillen durch Kanäle einer Breite von ca. 5 mm vom Ausgang der Kokille (Boden) in Richtung Gießspiegel vertikal zur Oberkante der Kokille geleitet. Das Wasser wird mit einem Druck zwischen 5 bis 15 bar und Strömungsgeschwindigkeiten von 5 bis 15 m/s durch die Wasserführungskanäle geleitet, um den Wärmestrom von bis zu 4 MW/m2 an der Phasengrenze Cu-Platte/Wasser ohne eine Störung des Wärmeübergangs durch Gasblasenbildung aufnehmen und abtransportieren zu können.
Diese Wasserkanäle werden in der Regel in die Cu-Platte auf der dem Wasser zugewandten Cu-Plattenseite eingearbeitet. Dies geschieht in den mechanischen Werkstätten mit NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, die viel Zeit dafür benötigen und sehr kostenintensiv sind.
Außerdem ist zu bemerken, daß speziell im Falle von Dünnbrammen Kokillen nach DE 34 00 220 C2 - mit einer auf der dem Stahl zugewandten Seite konkaven Form bzw. mit einer auf der dem Wasser zugewandten Seite konvexen Form - das Einbringen von Wasserführungskanälen noch maschinen- und kostenaufwendiger ist als bei planparallelen Cu-Platten, wie sie bei konventionellen Brammenkokillen zum Einsatz kommen.
Das Einbringen der Wasserführungskanäle ist zudem aus Sicht der Lebensdauer der Cu-Platten, die als Schleißteile anzusehen sind, ökonomisch gesehen nicht sinnvoll.
In dem japanischen Dokument JP-A-61 146 444 wird eine Kokillenplatte zum kontinuierlichen Gießen von Strängen bestehend aus Stahl gezeigt. Die Kokillenplatte ist in Sandwich-Bauweise aufgebaut, bestehend aus der den Gießstrang führenden Kupferplatte, die mit einer Trageplatte über eine Schraubverbindung in Verbindung steht. In der Trageplatte sind Wasserführungskanäle angeordnet. Zwecks Verbindung der Kupferplatte mit der Trageplatte sind auf der der Trageplatte zugewandten Seite der Kupferplatte Verdickungen vorgesehen, die in entsprechende Einformungen in der Trageplatte eingreifen. In diese Verdickungen werden Schrauben eingeschraubt, um Kupferplatte und Trageplatte miteinander fest zu verbinden. Die Wasserführungskanäle sind in der Trageplatte angeordnet und nicht in der Kupferplatte.
In dem PCT-Dokument WO-A-9521036, insbesondere Fig. 11, wird eine Kupferplatte in Sandwichbauart dargestellt. Auf einer Stahlplatte befindet sich eine Kupferplatte, auf der der Gießstrang geführt wird. In der Stahlplatte und nicht in der Kupferplatte sind Kühlkanäle eingelassen. Die Kühlkanäle werden von der Kupferplatte abgedeckt und die Verbindung zwischen Stahlplatte und Kupferplatte wird mittels einer Schraubverbindung hergestellt. Das Abdichten zwischen der Stahlplatte und der Kupferplatte erfolgt mittels Weichlot.
Ausgehend vom zuvor genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine technisch sinnvollere Lösung zu finden, die es erlaubt, die Cu-Platten, die als Verschleißteile anzusehen sind, einfacher und kostengünstiger zu gestalten und insbesondere die Verbindung der Kupferplatte mit dem Wasserkasten aus Stahl zu optimieren.
Eine unerwartete Lösung für diese beschriebene Aufgabe stellen die in den Patentansprüchen 1 bis 11 beschriebenen Merkmale dar.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Gestaltung der Stranggießkokille aus, bei der der Wasserkasten und die Verbindungsplatte des Wasserkastens mit Hilfe von Schrauben, die in die Kokillenplatte eingelassen sind, und mittels am Wasserkasten angeordneten Muttern zusammengefügt sind und bei der die Verbindungsschrauben mit innen- oder außenliegenden Kühlkanälen versehen sind, die mit den Wasserführungskanälen verbunden sind.
Figur 1 und Figur 2 dienen zur Veranschaulichung der folgenden beispielhaften Beschreibung der Erfindung.
Figur 1:
Darstellung einer Breitseitenkokillenplatte mit Wasserkasten für das Gießen von Dünnbrammen als Horizontalschnitt in der oberen Hälfte der Kokille,
Figur 2:
Darstellung der Kokillenplatte wie in Fig. 1, jedoch mit einer Verbindungsplatte in Sandwich-Bauweise.
Figur 3:
eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Figur 2.
Die Figur 1 stellt einen Horizontalschnitt durch die Breitseite 1 einer Dünnbrammenkokille mit Gießtrichter 2 oder mit einer dem flüssigen Stahl zugewandten konkaven Kokillenform dar.
Die Kokillenbreitseite besteht aus
  • einer Cu-Platte 3 mit einer Abmessung von beispielsweise 1,6 x 1,2 m und einer Dicke von 0,02 m, die auf beiden Seiten glatte und zueinander parallele Oberflächen 4 und 5 aufweist,
  • einem Stahlwasserkasten 6, der mit Kühlwasserführungskanälen 7 versehen ist, die dem konvexen Profil 5 der Cu-Platte 3 in horizontaler und vertikaler Richtung bis zum Kokillenausgang 8 folgen.
Der Wasserkasten 6 besteht aus einer Stahlplatte 9, die mit den Wasserführungskanälen 7, einer Wanddicke oder Kammdicke 7.1 und einer Kanalbreite 7.2 versehen ist, und dem eigentlichen Wasserführungskasten mit seinen Stegen 10.
Die Stege 10 können entweder mit der Stahlplatte 9 verschweißt 11 sein oder z.B. mit Schrauben 12, die in die Cu-Breitseitenplatte 3 eingelassen sind, verbunden sein, die beispielsweise über Muttern 13 oder gefederte Keile mit der Rückseite 14 des Wasserkastens verspannt sind.
Diese Vorrichtungsanordnung gilt selbstverständlich auch für planparallele Kokillenplatten von konventionellen Brammenkokillen sowie Vorblockkokillen und Kokillen für Profile, wie z.B. "Dogbones" oder ähnliche Stranggießformate.
Vorteile der Endung sind eine konstruktive Vereinfachung des Verschleißteiles "Cu-Platte" und die Verlagerung des "intelligenten" (regelbaren bzw. steuerbaren) Teils der Kokille mit ihren Wasserführungskanälen 7 auf dem nicht verschleißenden Kokillenteil des Stahlwasserkastens 6 mit seiner Stahlplatte 9.
Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß das Einbringen der Ankerschrauben 12 in die Cu-Platte 3 für die nötige Kraftübertragung nicht so tief erfolgen muß, da die Wasserführungskanäle in der Stahlplatte 9 des Stahlwasserkastens 6 und nicht in die Cu-Platte 3 eingelassen sind.
Hierdurch kann der Cu-Plattenrohling dünner und/oder die Kupferplattendicke kleiner bzw. die Lebensdauer der Cu-Platte über mehr Bearbeitungszyklen länger werden, wodurch zusätzlich die Materialbeschaffungskosten bemerkenswert gesenkt werden können.
Außerdem gibt die erfinderische Lösung die Möglichkeit, daß die Wasserführungskanäle 7, bedingt durch die besseren Werkstoffeigenschaften des Stahles gegenüber Kupfer, breiter werden können, wodurch eine bessere und gleichförmigere Kühlung der Cu-Platte 3 sichergestellt wird.
Die Wasserkanäle im Kupfer haben beispielsweise bisher eine Breite von 5 mm und eine Kammdicke von 5 mm und führen damit zu einer Wasserbedeckung von 50%. Eine höhere Wasserbedeckung, d.h. eine geringere relative Kammdicke 7.1, kann mit dem Werkstoff Stahl in der Stahlplatte 9 des Wasserkastens erreicht werden, da die Gefahr des Wegknickens des Stahlkamms 7.1 einmal durch die geringere thermomechanische Belastung und zum zweiten durch die höhere mechanische Belastbarkeit von Stahl wesentlich geringer wird. So kann die Wasserkanalbreite 7.2 beispielsweise 16 mm und die Kammdicke 4 mm betragen. Diese Anordnung würde zu einer Wasserbedeckung von 80% führen, die wiederum zu einer verbesserten und gleichmäßigeren Kühlung führt, und die es erlaubt, die Kühlwassergeschwindigkeiten und/oder den Kühlwasserdruck zu reduzieren.
Eine Reduktion des Kühlwasserdruckes würde wiederum dünnere Cu-Plattendicken zulassen, da die Gefahr des Ausbauchens der Cu-Platte 3 bzw. der Cu-Plattenoberfläche aufgrund des reduzierten Wasserdruckes geringer wird. Die geringe Cu-Plattendicke führt wiederum zu geringeren Oberlächentemperaturen in der dem flüssigen Stahl zugewandten Seite 4 - hot face - der Cu-Platte 3, die die Lebenszeit der Cu-Platte erhöht.
Figur 2 bezieht sich mit allen wesentlichen Merkmalen und Vorteilen auf Figur 1 mit dem Unterschied, daß die Verbindungsplatte 9 nicht aus Stahl, sondern aus einer Sandwichplatte in der Weise aufgebaut ist, daß auf der Stahlplatte 9.1 des Wasserkastens 6 eine Zwischenplatte 9.2 aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung aufliegt, in die ihrerseits die Wasserführungskanäle 7 eingearbeitet sind. Die Zwischenplatte 9.2 ist mittels der Spannschrauben 12 zwischen Kokillenplatte 3. und Wasserkasten 6 so eingespannt, daß keine Nachteile bezgl. Der Wärmeübertragung entstehen können.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt A aus Figur 2 mit einer Kühlverbindung 16 zu den Wasserführungskanälen 7 und mit einem in der Verbindungsschraube 12 angeordnetem Kühlkanal 15, die jeweils nur eine Prinzipdarstellung sein sollen, dessen Detailausführung vom Fachmann ohne weitere ausgeführt werden kann.
Die Erfindung hat somit einen unerwartete, multiplizierende, positive Wirkung auf die Strangqualität, die Kokillenhaltbarkeit und die Betriebskosten.
Bezugszeichenliste
(1)
Breitseite einer Dünnbrammenkokille
(2)
Gießtrichter oder dem flüssigen Stahl zugewandte konkave Kokillenform
(3)
Kokillenplatte
(4)
Cu-Plattenoberfläche auf der dem flüssigen Stahl zugewandten Seite
(5)
CU-Plattenoberfläche auf der dem Kühlwasser zugewandten Seite
(6)
Stahlwasserkasten
(7)
Wasserführungskanäle
(7.1)
Kammdicke, Wanddicke zwischen zwei benachbarten Wasserführungskanälen
(7.2)
Kanalbreite
(8)
Kokillenausgang
(9)
Verbindungsplatte des Wasserkastens
(9.1)
Stahlplatte des Wasserkastens
(9.2)
Zwischenplatte aus Kupfer
(10)
Stege des Stahlwasserkastens
(11)
Verschweißung zwischen Stahlplatte und Wasserkasten
(12)
Ankerschrauben zum Verbinden der Kokillenplatte (3) mit der Verbindungsplatte (9) und/oder dem Wasserkasten (6)
(13)
Muttern zum Verspannen der Kokillenplatte (3), der Verbindungsplatte (9) und/oder des Wasserkastens (6) miteinander
(14)
Rückseite des Wasserkastens
(15)
Kühlkanal
(16)
Kühlverbindung

Claims (11)

  1. Stranggießkokille zum Gießen von Strängen, vorzugsweise aus Stahl, bestehend aus Kokillenplatten (3) und Wasserkasten (6), die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Wasserkühlung mit Hilfe vor Wasserführungskanälen (7) aufgebaut ist, wobei die Wasserführungskanäle (7) in der der Kokillenplatte (3) zugewandten Seite (5) des Wasserkastens (6) angeordnet sind und nicht in der Kokillenplatte (3),
    dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserkasten (6) und die Verbindungsplatte (9) des Wasserkastens mit Hilfe von Schrauben (12), die in die Kokillenplatte (3) eingelassen sind, und mittels am Wasserkasten angeordneten Muttern (13) zusammengefügt sind, und daß die Verbindungsschrauben (12) mit innen- oder außenliegenden Kühlkanälen (15) versehen sind, die mit den Wasserführungskanälen (7) verbunden sind.
  2. Stranggießkokille zum Gießen von Strängen, vorzugsweise aus Stahl, bestehend aus Kokillenplatten (3) und Wasserkasten (6), die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Wasserkühlung mit Hilfe von Wasserführungskanälen (7) aufgebaut ist, wobei die Wasserführungskanäle (7) in der der Kokillenplatte (3) zugewandten Seite des Wasserkastens (6) angeordnet sind und nicht in der Kokillenplatte (3),
    dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (6) und die Verbindungsplatte (9) des Wasserkastens mit Hilfe von Schrauben (12), die in die Kokillenplatte (3) eingelassen sind, und mittels am Wasserkasten angeordneten Muttern (13) zusammengefügt sind, und daß der in der Kokillenplatte (3) eingelassene Bereich der Verbindungsschrauben (12) eine Kühlverbindung (16) zu den Wasserführungskanälen aufweist.
  3. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenplatte (3) auf der zum flüssigen Stahl hingewandten Seite (4) in horizontaler und vertikaler Richtung nicht plan ist
  4. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenplatte (3) auf der zum flüssigen Stahl hingewandten Seite (4) nur in horizontaler Richtung nicht plan ist
  5. Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (4) und (5) der Kokillenplatte (3) in horizontaler und vertikaler Richtung parallel verlaufen
  6. Stranggießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillenplatten aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung besteht oder diese zumindest partiell in Höhe oder Breite mit einer wärmeleitenden und verschleißmindemden Beschichtung versehen sind
  7. Stranggießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (6) auf der der Kokillenplatte (3) zugewandten Seite eine Metallplatte als Verbindungsplatte (9) aufweist, und daß in dieser Verbindungsplatte (9) die Wasserführungskanäle (7) eingebracht sind.
  8. Stranggießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsplatte (9) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung besteht.
  9. Strangießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkasten (6) im wesentlichen aus einer Stahlkonstruktion besteht, wobei die Verbindungsplatte (9) aus Stahl besteht und diese Stahlplatte (9) des Wasserkasten (6) im Bereich der Stege (10) eine verbindende Verschweißung aufweist.
  10. Stranggießkokille, insbesondere nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsplatte (9) als Sandwichbauplatte aufgebaut ist, wobei auf einer Stahlplatte (9.1) eine Zwischenplatte (9.2) vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung angeordnet ist, in der die Wasser führungskanäle (7) eingebracht sind.
  11. Stranggießkokille nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserbedeckung der Kokillenplatte (3) auf ihrer der Kühlwasser führenden Verbindungsplatte (9) zugewandten Seite (5) mehr als 30% beträgt, wobei die Wasserbedeckung das Verhältnis der Kanalbreite (7.2) zu der Summe aus Kammdicke, (7.1 und Kanalbreite (7.2) ist.
EP97942954A 1996-09-25 1997-09-20 Stranggiesskokille Expired - Lifetime EP1007246B1 (de)

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DE19639295 1996-09-25
DE19639295A DE19639295C2 (de) 1996-09-25 1996-09-25 Stranggießkokille
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