EP1317978B1 - Kokillenrohr zum Stranggiessen von Metallen - Google Patents

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EP1317978B1
EP1317978B1 EP02027024A EP02027024A EP1317978B1 EP 1317978 B1 EP1317978 B1 EP 1317978B1 EP 02027024 A EP02027024 A EP 02027024A EP 02027024 A EP02027024 A EP 02027024A EP 1317978 B1 EP1317978 B1 EP 1317978B1
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EP
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wall
pipe wall
cooling channels
cooling
pipe
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EP02027024A
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Roland Hauri
Egon Mackowiak
Dietmar Kolbeck
Gerhard HUGENSCHÜTT
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Cunova GmbH
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KM Europa Metal 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
    • B22D11/0406—Moulds with special profile
    • 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 mold tube for the continuous casting of metals according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • the invention is - based on the prior art - the object of the invention to provide a mold tube for the continuous casting of metals, which has an improved life and in which local overheating be avoided.
  • the distance between two adjacent cooling channels in the transitions is smaller than the distance between adjacent cooling channels in the other wall sections.
  • the cooling channels can basically emerge in all wall sections on the end faces of the pipe wall. In these areas, it is easily possible for a trouble-free installation and a secure sealing of a mold tube after recalibration to perform welds, which are then post-recalibrated easily to Neuwait.
  • cooling channels are provided with a round cross section, there is the further advantage after bending a tube mold to a beam blank format, that in this case also the cross sections of many cooling channels are deformed oval, in the sense that the surface areas for Enlarge pouring channel, so that can be expected with a higher heat dissipation.
  • a second Lössung consists in the features of claim 2. Thereafter, it is also possible to provide cooling channels only in the rounded transitions, while the remaining wall sections and the rounded transitions are cooled by a matched to the outer contour of the pipe wall Wasserleitmantel. In this solution, not the entire pipe wall is interspersed with cooling channels. Rather, cooling holes are present only in the areas in which local overheating would lead to a reduction in the service life of the mold tube. By combining a water jacket with introduced into the rounded transitions of the pipe wall cooling channels local overheating in the rounded transitions can be avoided and the life of the mold tube can be increased.
  • the cooling channels provided in the transitions may extend from the upper end side of the pipe wall to approximately the middle height region of the pipe wall.
  • cooling medium supply and cooling medium discharges to a separate cooling circuit.
  • the cooling medium flowing between the pipe wall and the water-conducting jacket can also flow through the cooling channels and ensure intensive heat dissipation in areas subjected to higher thermal stresses (claim 7).
  • suitable conductive means may be provided on the outer contour of the pipe wall and / or the Wasserleitmantel, which direct the flow of the cooling medium in the cooling channels.
  • the features of the invention are particularly advantageous in a mold tube with a double-T-shaped cross section according to claim 8 noticeable.
  • the mold tube is preferably made of copper or a copper alloy.
  • FIGS. 1 and 2 a mold tube in the beam blank format is designated in FIGS. 1 and 2.
  • the mold tube 1 has a double-T-shaped cross-section with a constant over the entire circumference thickness D of the tube wall. 2
  • the inner contour 3 of the mold tube 1 determines the cross section of the cast strand.
  • cooling channels 4 are provided in the tube wall 2 extending over the entire length L of the mold tube 1, which are acted upon in accordance with the arrow KW from bottom to top with cooling water. That is, the cooling channels 4 terminate in the end faces 5 of the tube wall 2, wherein only one end face 5 can be seen.
  • the cooling channels 4 are introduced by a Bohroperation in the pipe wall 2, and that before the mold tube 1 is bent. By bending the cooling channels 4 can then partially deform so oval that the inner contour 3 towards larger surface areas are formed, whereby the heat dissipation is improved.
  • the specific inner contour 3 of the mold tube 1 has rounded transitions 6 between a flange region 7 on the one hand and a wall region 9 delimiting a web region 8 on the other hand.
  • the distance A between two cooling passages 4 adjacent to one another in the transitions 6 is smaller than the distance B in the remaining wall sections 9.
  • cooling channels 4 While in the embodiments of Figures 1 and 2, the cooling channels 4, the Kokillenrohre 1 enforce over its entire length L, it is also conceivable that provided in the transitions 6 cooling channels 4 from the upper end face 5 of the pipe wall 2 to about the middle height range the pipe wall 2 extend. These cooling channels 4 can be connected to one another to form a cooling circuit at their upper end sides and fed viamémediumzu Entryen anddemediumab Entryen in the middle height range of the pipe wall 2 with a cooling medium.
  • the mold tube 1 may be embedded in a matched to the outer contour 10 of the pipe wall 2 Wasserleitmantel, so that the mold tube 1 is surrounded in total by a flow-through with a cooling medium cooling gap.
  • FIG. 3 shows, in a somewhat different perspective, another embodiment of a mold tube 11 with an inner contour 12 in the beam blank format, likewise with rounded transitions 13 between, on the one hand, a flange region 14 and, on the other hand, a web region 15 delimiting wall sections 16
  • Embodiment cooling holes 4 are present only in the transition areas 13.
  • the entire mold tube 11 is embedded in a manner not shown in a matched to the outer contour 17 of the tube wall 18 Wasserleitmantel over which both the remaining wall portions 16 and provided with cooling holes 4 transition areas 13 are cooled.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zum Abführen der beim Stranggießen von Metallen anfallenden Wärme ist es bekannt, ein Kokillenrohr in einen Wasserleitmantel einzubauen. Hierbei ist dafür Sorge getragen, daß aufgrund der Innenabmessungen des Wasserleitmantels einerseits und der Außenabmessungen des Kokillenrohrs andererseits ein wärmetechnisch genau definierter Spalt gebildet wird, durch den von unten nach oben Kühlwasser fließt, welches die anfallende Wärme aufnimmt und abtransportiert. Wird ein Kokillenrohr im Beam-Blank-Format eingesetzt, so muß auch die Innenkontur des Wasserleitmantels der Außenkontur eines solchen Formats entsprechen.
  • Die Abfuhr der Wärme mittels des Kühlwassers wird weitgehend durch die Wassergeschwindigkeit im Spalt zwischen dem Kokillenrohr und dem Wasserleitmantel bestimmt. Dieser Spalt vergrößert sich jedoch bei jeder Rekalibrierung eines Kokillenrohrs aufgrund der verschleißbedingten Abnutzung und der dadurch zwangsläufig hervorgerufenen Reduzierung der Wanddicke eines Kokillenrohrs. Die Vergrößerung des Wasserspalts ist indessen mit einer Reduktion der Wassergeschwindigkeit und folglich auch mit einer Reduzierung der Wärmeabfuhr verbunden.
  • Aus der GB 954 719 ist es bekannt, Kokillen zum Stranggießen von Metallen mit Kühlbohrungen zu versehen, die sich sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Kokillenrohrs erstrecken. Bei Kokillenrohren im Beam-Blank-Format ergibt sich allerdings das Problem, daß Kühlbohrungen quer zur Längserstreckung nur mit großem Aufwand in die Kokillenrohre eingebracht werden können. Zudem entstehen bei der speziellen Geometrie des Beam-Blank-Formats extreme lokale Wärmebelastungen in den Übergängen zwischen einerseits einen Flanschbereich und andererseits einen Stegbereich begrenzenden Wandabschnitten. Diese lokale Wärmebelastung führt bei ungünstigen geometrischen Verhältnissen der Übergänge zu einer Überhitzung des Kokillenrohrs und zu einer drastischen Reduzierung seiner Standzeit.
  • Die Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, ein Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen zu schaffen, das eine verbesserte Standzeit besitzt und bei welchem lokale Überhitzungen vermieden werden.
  • Eine erste Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist jetzt der Abstand von zwei in den Übergängen einander benachbarter Kühlkanäle kleiner als der Abstand benachbarter Kühlkanäle in den übrigen Wandabschnitten.
  • Hiermit ist zunächst der Vorteil verbunden, daß ein an die Außenkontur einer Rohrkokille anzupassender Wasserleitmantel grundsätzlich entfallen kann. Diese deutliche Reduzierung des Fertigungsaufwands macht sich insbesondere bei einem Kokillenrohr in einem Beam-Blank-Format bemerkbar.
  • Durch die Abfuhr der Wärme über die Kühlkanäle in der Rohrwand entstehen keine sich verändernden Wärmeabfuhrbedingungen mehr. Die Anzahl der Rekalibrierungen ist ohne Einfluß auf die Kühlleistung.
  • Die Kühlkanäle können grundsätzlich in allen Wandabschnitten an den Stirnseiten der Rohrwand austreten. In diesen Bereichen ist es für ein problemloses Einbauen und eine sichere Abdichtung eines Kokillenrohrs nach der Rekalibrierung problemlos möglich, auch Schweißungen durchzuführen, die dann nach der Rekalibrierung einfach auf Neumaß nachbearbeitet werden.
  • Wenn die Kühlkanäle mit einem runden Querschnitt versehen werden, ergibt sich der weitere Vorteil nach dem Biegen einer Rohrkokille zu einem Beam-Blank-Format, daß hierbei auch die Querschnitte vieler Kühlkanäle oval verformt werden, und zwar in dem Sinne, daß sich die Oberflächenbereiche zum Gießkanal hin vergrößern, so daß mit einer höheren Wärmeabfuhr gerechnet werden kann.
  • Eine zweite Lössung besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 2. Danach ist es auch möglich, nur in den gerundeten Übergängen Kühlkanäle vorzusehen, während die übrigen Wandabschnitte sowie die gerundeten Übergänge über einen an die Außenkontur der Rohrwand angepaßten Wasserleitmantel kühlbar sind. Bei dieser Lösung ist nicht die gesamte Rohrwand mit Kühlkanälen durchsetzt. Vielmehr sind ausschließlich in den Bereichen Kühlbohrungen vorhanden, in denen lokale Überhitzungen zu einer Verringerung der Standzeit des Kokillenrohrs führen würden. Durch die Kombination eines Wasserleitmantels mit in die gerundeten Übergänge der Rohrwand eingebrachten Kühlkanälen können lokale Überhitzungen in den gerundeten Übergängen vermieden und die Standzeit des Kokillenrohrs erhöht werden.
  • Es ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs 3 auch möglich, einen Wasserleitmantel und gleichzeitig sowohl in den gerundeten Übergängen als auch in den übrigen Wandabschnitten der Rohrwand Kühlbohrungen vorzusehen, wobei der Abstand von zwei in den Übergängen einander benachbarten Kühlkanälen kleiner ist als der Abstand in den übrigen Wandabschnitten.
  • Die in den Übergängen vorgesehenen Kühlkanäle können sich von der oberen Stirnseite der Rohrwand bis etwa zum mittleren Höhenbereich der Rohrwand erstrecken. Hierdurch wird für eine intensivere Wärmeabfuhr in lokal thermisch stark beanspruchten Wandabschnitten gesorgt (Patentanspruch 4).
  • Nach Patentanspruch 5 ist vorgesehen, daß in der Außenkontur der Rohrwand an die Kühlkanäle angeschlossene Kühlmediumzuführungen und Kühlmediumabführungen vorgesehen sind. Diese können besonders vorteilhaft im mittleren Höhenbereich an der Außenkontur der Rohrwand vorgesehen sein (Patentanspruch 6). Zur Ausbildung eines Kühlkanalsystems werden die von den Stirnseiten der Rohrwände her eingebrachten Kühlkanäle verschlossen und durch Überströmkanäle miteinander verbunden.
  • Zur Kühlung des Kokillenrohrs ist es grundsätzlich möglich, die Kühlmediumzuführungen und Kühlmediumabführungen an einen separaten Kühlkreislauf anzuschließen. Vorteilhaft kann aber das zwischen der Rohrwand und dem Wasserleitmantel strömende Kühlmedium auch die Kühlkanäle durchströmen und für eine intensive Wärmeabfuhr in thermisch höher beanspruchten Bereichen sorgen (Patentanspruch 7). Um den Kühlmitteleintritt aus dem Spalt zwischen dem Wasserleitmantel und der Rohrwand in die Kühlkanäle zu erleichtern, können an der Außenkontur der Rohrwand und/oder dem Wasserleitmantel geeignete Leitmittel vorgesehen sein, die den Strömungsverlauf des Kühlmediums in die Kühlkanäle lenken.
  • Die erfindungsgemäßen Merkmale machen sich besonders vorteilhaft bei einem Kokillenrohr mit einem Doppel-T-förmigen Querschnitt nach Patentanspruch 8 bemerkbar.
  • Das Kokillenrohr besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    den oberen Endabschnitt eines Kokillenrohrs im Beam-Blank-Format in der Perspektive;
    Figur 2
    das Kokillenrohr der Figur 1 in etwas verlängerter Darstellung in einer anderen Perspektive und
    Figur 3
    den oberen Endabschnitt eines Kokillenrohrs im Beam-Blank-Format gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein Kokillenrohr im Beam-Blank-Format bezeichnet.
  • Das Kokillenrohr 1 weist einen Doppel-T-förmigen Querschnitt auf mit einer über den gesamten Umfang gleichbleibenden Dicke D der Rohrwand 2.
  • Die Innenkontur 3 des Kokillenrohrs 1 bestimmt den Querschnitt des Gießstrangs.
  • Um die beim Gießen anfallende Wärme abzuführen, sind in die Rohrwand 2 sich über die gesamte Länge L des Kokillenrohrs 1 erstreckende Kühlkanäle 4 eingebracht, welche gemäß dem Pfeil KW von unten nach oben mit Kühlwasser beaufschlagbar sind. Das heißt die Kühlkanäle 4 enden in den Stirnseiten 5 der Rohrwand 2, wobei nur die eine Stirnseite 5 erkennbar ist.
  • Die Kühlkanäle 4 werden durch eine Bohroperation in die Rohrwand 2 eingebracht, und zwar bevor das Kokillenrohr 1 gebogen wird. Durch das Biegen können sich die Kühlkanäle 4 teilweise dann so oval verformen, daß zur Innenkontur 3 hin größere Oberflächenbereiche gebildet werden, wodurch die Wärmeabfuhr verbessert wird.
  • Die spezielle Innenkontur 3 des Kokillenrohrs 1 besitzt gerundete Übergänge 6 zwischen einerseits einen Flanschbereich 7 und andererseits einen Stegbereich 8 begrenzenden Wandabschnitten 9. Der Abstand A von zwei in den Übergängen 6 einander benachbarten Kühlkanälen 4 ist kleiner als der Abstand B in den übrigen Wandabschnitten 9.
  • Während bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 die Kühlkanäle 4 die Kokillenrohre 1 über ihre gesamte Länge L durchsetzen, ist es auch denkbar, daß sich die in den Übergängen 6 vorgesehenen Kühlkanäle 4 von der oberen Stirnseite 5 der Rohrwand 2 bis etwa zum mittleren Höhenbereich der Rohrwand 2 erstrecken. Diese Kühlkanäle 4 können zur Ausbildung eines Kühlkreislaufs an ihren oberen Stirnseiten miteinander verbunden sein und über Kühlmediumzuführungen und Kühlmediumabführungen im mittleren Höhenbereich der Rohrwand 2 mit einem Kühlmedium gespeist werden.
  • Zusätzlich kann das Kokillenrohr 1 in einen an die Außenkontur 10 der Rohrwand 2 angepaßten Wasserleitmantel eingebettet sein, so daß das Kokillenrohr 1 insgesamt von einem mit einem Kühlmedium durchströmten Kühlspalt umgeben ist.
  • Figur 3 zeigt in einer etwas anderen Perspektive eine weitere Ausführungsform eines Kokillenrohrs 11 mit einer Innenkontur 12 im Beam-Blank-Format, ebenfalls mit gerundeten Übergängen 13 zwischen einerseits einen Flanschbereich 14 und andererseits einen Stegbereich 15 begrenzenden Wandabschnitten 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Kühlbohrungen 4 nur in den Übergangsbereichen 13 vorhanden. Das gesamte Kokillenrohr 11 ist in nicht näher dargestellter Weise in einen an die Außenkontur 17 der Rohrwand 18 angepaßten Wasserleitmantel eingebettet, über den sowohl die übrigen Wandabschnitte 16 als auch die mit Kühlbohrungen 4 versehenen Übergangsbereiche 13 gekühlt werden.
    • Bezugszeichenaufstellung
    • 1 -
    Kokillenrohr
    2 -
    Rohrwand v. 1
    3 -
    Innenkontur v. 1
    4 -
    Kühlkanäle
    5 -
    Stirnseiten v. 2
    6 -
    Übergänge zw. 7 u. 8
    7 -
    Flanschbereich
    8 -
    Stegbereich
    9 -
    Wandabschnitte
    10 -
    Außenkontur v. 1
    11 -
    Kokillenrohr
    12 -
    Innenkontur v. 11
    13 -
    Übergänge zw. 14 u. 15
    14 -
    Flanschbereich
    15 -
    Stegbereich
    16 -
    Wandabschnitt v. 18
    17 -
    Außenkontur von 18
    18 -
    Rohrwand
    A -
    Abstand
    B -
    Abstand
    D -
    Dicke v. 2
    L -
    Länge v. 1
    KW -
    Kühlwasser

Claims (8)

  1. Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen, dessen Rohrwand (2) eine Innenkontur (3) im Beam-Blank-Format besitzt mit gerundeten Übergängen (6) zwischen einerseits einen Flanschbereich (7) und andererseits einen Stegbereich (8) begrenzenden Wandabschnitten (9), wobei die Innenkontur (3) von einem von außen zugeführten Kühlmedium (KW) indirekt kühlbar ist, und wobei in der Rohrwand (2) sich in ihrer Längsrichtung erstreckende Kühlkanäle (4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) von zwei in den Übergängen (6) einander benachbarten Kühlkanälen (4) kleiner ist als der Abstand (B) in den übrigen Wandabschnitten (9).
  2. Kokillenrohr zum Stranggießen von Metallen, dessen Rohrwand (18) eine Innenkontur (12) im Beam-Blank-Format besitzt mit gerundeten Übergängen (13) zwischen einerseits einen Flanschbereich (14) und andererseits einen Stegbereich (15) begrenzenden Wandabschnitten (16), wobei die Innenkontur (12) von einem von außen zugeführten Kühlmedium (KW) indirekt kühlbar ist, und wobei in der Rohrwand (18) sich in ihrer Längsrichtung erstreckende Kühlkanäle (4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (4) nur in den gerundeten Übergängen (13) vorgesehen sind und die übrigen Wandabschnitte (16) sowie die gerundeten Übergänge (13) über einen an die Außenkontur (17) der Rohrwand (18) angepaßten Wasserleitmantel kühlbar sind.
  3. Kokillenrohr nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Außenkontur (10) der Rohrwand (2) angepaßter Wasserleitmantel vorgesehen ist.
  4. Kokillenrohr nach einem der Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in den Übergängen (6, 13) vorgesehenen Kühlkanäle (4) von der oberen Stirnseite (5) der Rohrwand (2, 18) bis etwa zum mittleren Höhenbereich der Rohrwand (2, 18) erstrecken.
  5. Kokillenrohr nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenkontur (10, 16) der Rohrwand (2, 18) an die Kühlkanäle (4) angeschlossene Kühlmediumzuführungen und Kühlmediumabführungen vorgesehen sind.
  6. Kokillenrohr nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmediumzuführungen und Kühlmediumabführungen im mittleren Höhenbereich der Rohrwand (2,18) vorgesehen sind.
  7. Kokillenrohr nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (4) von dem zwischen der Rohrwand (2, 18) und dem Wasserleitmantel fließenden Kühlmedium (KW) durchströmt sind.
  8. Kokillenrohr nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Doppel-T-förmigen Querschnitt aufweist.
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