EP1436106A2 - Method and device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metals, particularly for liquid steel - Google Patents

Method and device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metals, particularly for liquid steel

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Publication number
EP1436106A2
EP1436106A2 EP02801890A EP02801890A EP1436106A2 EP 1436106 A2 EP1436106 A2 EP 1436106A2 EP 02801890 A EP02801890 A EP 02801890A EP 02801890 A EP02801890 A EP 02801890A EP 1436106 A2 EP1436106 A2 EP 1436106A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
coolant
continuous casting
cross
sectional area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02801890A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Rahmfeld
Erwin Wosch
Fritz-Peter Pleschiutschnigg
Stephan Feldhaus
Lothar Parschat
Uwe Kopfstedt
Wolfgang Mossner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10201502A external-priority patent/DE10201502C1/en
Application filed by SMS Demag AG filed Critical SMS Demag AG
Publication of EP1436106A2 publication Critical patent/EP1436106A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 method and a device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metals, in particular for liquid steel, by comparing the thermal load over the height of the continuous casting mold, in which the coolant in each case through a cross-sectional area of a large number of coolant channels or Coolant bores, which run approximately parallel to the casting strand, is guided, the coolant cross-sectional areas between the mold inlet and the mold outlet being designed differently.
  • the continuous casting mold referred to at the beginning as a device is known from DE 41 27 333 C2.
  • molten steel is poured into a continuous casting mold, the mold walls of which are provided with continuously cylindrical cooling bores extending from top to bottom and connected to a cooling water circuit, the flow cross-sectional areas of which are partially reduced by displacement rods.
  • the cooling water is guided through the coolant holes at maximum speed in the area of the highest temperature load.
  • the coolant is only directed from the bottom to the top.
  • the object of the invention is to control the copper plate skin temperatures on the hot side and the cold side so that both the recrystallization temperature of the cold-rolled copper on the hot side with the greatest possible cooling intensity and with uniform cooling at the height ranges of the continuous casting mold is not exceeded and a possible evaporation of the coolant on the cold side is avoided.
  • the object is achieved according to the invention in that the flow rate of the coolant, which is passed from top to bottom in the continuous casting mold, is set higher in the coolant channel or in the coolant bore in the upper region of the continuous casting mold by a smaller cross-sectional area than in the lower region of the continuous casting mold, in which the flow velocity is set lower by a larger cross-sectional area and / or in that the covering with coolant is set by a cross-sectional shape which can vary from top to bottom.
  • the advantage is a greater coverage by coolant in the hot area and a lower heat dissipation below the hot area.
  • the inlet cross-sectional shape of the coolant channel can be square or rectangular and the continuation in each case from an elongated rectangle up to a square, or the circular inlet cross-sectional shape can be designed analogously.
  • a heat flow load of the continuous casting mold of at most 8 MW / m 2 and coolant speeds of 4 m / s to 30 m / s are maintained.
  • a maximum thermal load on the mold plates on their hot side is less than 550 ° C. and that the heat transfer coefficient is set up to a maximum of 250,000 W / m 2 K.
  • Another measure influencing the thermal values is that the continuous casting mold is oscillated.
  • the casting strand is lubricated with casting powder slag in the continuous casting mold.
  • Another measure that supports the heat transfer is that the surface of the coolant channels is provided with an increasing roughness from the mold inlet to the mold outlet.
  • the object is achieved according to the invention in that the coolant channels or the coolant holes each have a relatively small coolant channel input cross-sectional area and a larger one -Exit- cross-sectional area from the mold inlet to the mold outlet are formed with the greatest coverage by the coolant at the mold entrance (here under "cover” the ratio is s Coolant channel width / coolant channel distance, ie the effective phase boundary layer copper / coolant understood).
  • the casting speed can be adjusted in the continuous casting direction up to approximately 12 m / min.
  • the invention is also improved in that a thermal load on the continuous casting mold of at most 8 MW / m 2 , a coolant speed of 4 to 30 m / s and a maximum local thermal load on the copper plates on the side facing the liquid metal with a heat transfer coefficient • by Max. 250,000 W / m 2 • K are provided.
  • a further embodiment provides that the coolant channels with a rectangular cross section are designed to increase in their channel depth and / or channel width from the mold inlet to the mold outlet.
  • An improvement also provides that the cross-sectional area of the coolant channels can be changed by means of baffles via a control or regulation. As a result, the flow of the coolant in the rigid form of the coolant channels can be supplemented by a further function.
  • the roughness is formed from dimples of 0.5 to 3 mm in diameter and 0.2 to 2 mm in depth.
  • the distribution or the number of dimples from the mold exit to the mold entrance is provided to increase.
  • the heat transfer is intensified according to further features in that the roughness can be changed by chemical or mechanical measures.
  • the roughness can be changed during the casting process.
  • Fig. 1 A (each from left to right) a vertical section through the current continuous casting mold, in the upper part two horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the upper mold area, in the lower area two horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the lower mold area, the far right Temperature curve in the copper plates,
  • Fig. 1 B analogous to Fig. 1A (each from left to right) a vertical section through the continuous casting mold, in the upper part three horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the upper mold area, in the lower part three horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the lower mold area , on the far right is a comparison of the previous surface temperature curve between the previous surface temperature curve and the new surface temperature curve,
  • FIG. 2A shows a diagram of the heat transfer coefficient •, the maximum thermal load and the pressure loss in the coolant
  • Fig. 2B is a diagram of the heat transfer coefficient •, the pressure loss • P over the coolant speed
  • 2C shows a diagram for the decrease in the maximum thermal load with increasing coolant speed.
  • a continuous casting mold 1 which consists of copper plates 2 each with a large number of coolant channels 3 or coolant bores 4 with or without displacement rods 4.1 through which the coolant passes 5 is directed.
  • the thermal load in the mold level 8 or the maximum heat flow 10 ("J") can now be up to 8 MW / m2, especially at high casting speeds of about 12 m / min and therefore requires special cooling measures to keep the copper plate skin temperatures on the hot side 11.1 and the cold side 1 1.2 in such a way that the recrystallization temperature of the cold-rolled copper on the hot side 11.1 is not exceeded and a possible evaporation of the coolant 5 on the cold side 11.2 is avoided.
  • the cooling capacity or the cooling effect is determined by mechanical engineering elements, such as the copper plate thickness 12, the coolant channels 3 or the coolant bores 4 with or without displacement rods 4.1, the distance 13 (A) of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 from one another, the cross-sectional area 14 (F ) the coolant channels 3 or the coolant holes 4 and the length of the coolant channels 3 or the coolant bores 4, which corresponds to the mold length 15 (L).
  • the cooling channel cross-sectional areas 14 between the mold inlet 6 and the mold outlet 7 can currently be regarded as constant.
  • the process-related influencing variables for the cooling capacity of the continuous casting mold 1 are the coolant speed 16, which is an essential measure of the heat transfer coefficient 17 (•), measured in W / im 2 • K.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C The relationships are shown in FIGS. 2A, 2B and 2C in diagrams.
  • the aim of the invention is to minimize the pressure loss 19 (P) during the control of the maximum thermal load 11 (T cu-m a x) both on the hot side 11.1 and the cold side 11.2 and to make the thermal mold load 22 and to achieve the thermal profile 23 over the mold length 15.
  • P pressure loss
  • T cu-m a x maximum thermal load 11
  • the heat transfer coefficient 17 (•) and the maximum thermal load 11 of the copper plate 2 are dependent on the mechanical engineering and process engineering factors, such as
  • the casting strand 9 is cast according to FIG. 1B at a casting speed 9.1 of approximately 12 m / min, for example in the casting format of a thin slab with a thickness between 40 mm and 100 mm.
  • Casting powder 1.2 and an oscillation 1.1 can be used for casting.
  • the casting process loads the continuous casting mold 1 with a maximum heat flow 10 (“J”) in the casting level 8 of 2 to 8 MW / m 2 and leads to a maximum thermal load 11 in the casting level 8 both on the hot side 11.1, which faces the molten steel , as well as on the cold side 11.2, which faces the coolant 5.
  • J maximum heat flow 10
  • the process leads to a thermal mold load 22 and a heat flow profile 23 over the mold length 15 (L).
  • the coolant channel cross-sectional areas 14 (F) in the coolant channels 3 or coolant bores 4 with or without displacement rod 4.1 are constant in the prior art (FIG. 1A) over the mold length 15 and thus lead to a constant coolant speed 16 (V) and a defined coolant pressure drop 19 (• P), which is assumed to be "1".
  • FIG. 1B shows the temperature profile of the surface temperature that has changed compared to FIG. 1A, the total amount of heat removed remaining the same.
  • the roughness 21 (R) can also optionally be raised functionally from the mold outlet 7 to the mold inlet 6 over the mold length 15.
  • the roughness 21 can also be produced by dimples 24 of a maximum of 1-3 mm in diameter and 1-2 mm in depth, which lead to cavitation effects of the flowing coolant 5 (for example the water) at the phase boundary copper (cold side 11.2) and coolant 5 and thus lead to an increased heat transfer coefficient 17 (•), caused by forced convection in the area of the laminar "Nusselt" boundary layer, in which the energy transport takes place via heat conduction.
  • the cross-sectional area 14 of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 can be enlarged over the mold length 15 in the case of the coolant channels 3 via the channel depth 3.1 and / or the channel width 3.2.
  • the cross-sectional enlargement can be realized by increasing the diameter of the coolant bore 4 and / or reducing the diameter of the displacement rod 4.1.
  • guide plates 3.3 of the coolant channels 3 are mechanically or manually, for example on a changed cross-sectional area 14 of the coolant channels 3 via the mold height 15, e.g. online, process-controlled by means of a control or regulation 3.3.1 of the position of the guide plates 3.3.
  • the thermal mold load 22 can be reduced over the mold length 15 by means of a uniform thermal profile 22.1, as shown in a diagram in the right part of FIG. 1B.
  • the diagram 2A shows the heat transfer coefficient 17 (•) measured in W / m 2 K, the pressure loss 19 (• P) and the local maximum thermal load 11 of the copper plate 2 in the mold level 8 as a function of the roughness 21 of the surface of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 with a constant copper plate thickness 12, coolant speed 16 (V in m / s), heat flow 10 (J), cross-sectional area 14 of the coolant channel 3 or the coolant bore 4, the mold length 15 and a distance 13 of the coolant channels 3 or coolant bores 4 from one another.
  • Diagram 2B shows the heat transfer coefficient 17 (•) and the pressure loss 19 (• P) over the coolant speed 16 (V) or the coolant quantity 20 (Q) with increasing roughness 21 with constant cross section 14 (F), mold length 15 and distance 13 (A).
  • 2C shows the decrease in the maximum thermal load 11 in the casting level 8 of the copper plate 2 with increasing coolant speed 16 (V), coolant quantity 20 (Q) and roughness 21 (R) with constant heat flow 10 (“J”), in the heat flow Profile 23 over the mold length 15, the copper plate thickness 12, the coolant channel cross-sectional area 14 (F) and the distance 13 (A) of the coolant channels 3 or the coolant holes 4 are shown.
  • the partial image in FIG. 2C makes it clear that the local maximum thermal load 11 in the mold level 8 decreases sharply with increasing roughness 21 (R), the coolant speed 16 (V) or the coolant quantity 20 (Q).
  • the principle of the invention can also be applied to strip casting devices which are operated at a casting speed of up to 100 m / min. All the measures applied to the level of the continuous casting mold 1 are transferred to the scope of the twin rollers.
  • Coolant hole 4.1 Displacement tube, rod, round body

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a method for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold (1) for liquid metals, particularly for liquid steel, by homogenizing the thermal load (22) above the height of the continuous casting mold (1). According to the method, the cooling medium (5) is guided through a cross-sectional area of a large number of cooling medium channels (3) or cooling medium boreholes (4) running approximately parallel to the cast billet (9). The cooling medium cross-sectional areas between the mold entry (6) and the mold exit (7) are configured differently. In order to homogenize the thermal mold load (22), a smaller cross-sectional area sets the flow rate of the cooling medium (5), which is conducted from the top downward, inside the cooling medium channel (3) or inside the cooling medium borehole (4) higher in the upper area of the continuous casting mold (1) than in the lower area of the continuous casting mold (1) in which the flow rate is set lower by a larger cross-sectional area and/or the covering of the cooling medium is adjusted by a cross-sectional shape that varies from the top downward.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für flüssigen StahlMethod and device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metals, in particular for liquid steel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssige Metalle, insbesondere für flüs- sigen Stahl, durch Vergleichmäßigen der thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, bei dem das Kühlmittel jeweils durch eine Querschnittsfläche einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang verlaufen, geführt wird, wobei die Kühlmittel- Querschnittsflächen zwischen dem Kokilleneingang und dem Kokillenausgang unterschiedlich ausgeführt sind.The invention relates to a method and a device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metals, in particular for liquid steel, by comparing the thermal load over the height of the continuous casting mold, in which the coolant in each case through a cross-sectional area of a large number of coolant channels or Coolant bores, which run approximately parallel to the casting strand, is guided, the coolant cross-sectional areas between the mold inlet and the mold outlet being designed differently.
Die eingangs bezeichnete Stranggießkokille als Vorrichtung ist aus der DE 41 27 333 C2 bekannt. Dabei wird Stahlschmelze in einer Stranggießkokille vergossen, deren Formwände mit sich von oben nach unten erstreckenden, an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossenen, durchgehend zylindrischen Kühlbohrungen versehen sind, deren Durchfluss-Querschnittsflächen teilweise durch Verdrängerstäbe verkleinert ist. Um zu einer Verkleinerung der Temperaturunterschiede zwischen den Höhenbereichen der Kokille zu gelangen und damit eine Spannungsverminderung und eine Verlängerung der Standzeit der Kokille zu erzielen, wird das Kühlwasser im Bereich der höchsten Temperaturbelastung mit Maximalgeschwindigkeit durch die Kühlmittelbohrungen geführt. Allerdings stehen nur die durch die Verdrängerstäbe verkleinerten Bohrungs- Ringquerschnittsflächen zur Verfügung. Außerdem wird das Kühlmittel nur von unten nach oben geleitet. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei größtmöglicher Kühl-intensität und auf die Höhenbereiche der Stranggießkokille vergleichmä- ßigter Kühlung, die Kupferplatten-Hauttemperaturen auf der Heißseite und der Kaltseite so zu kontrollieren, dass sowohl die Rekristallisations-Temperatur des kaltgewalzten Kupfers auf der Heißseite nicht überschritten wird als auch eine mögliche Verdampfung des Kühlmittels auf der Kaltseite vermieden wird.The continuous casting mold referred to at the beginning as a device is known from DE 41 27 333 C2. In this process, molten steel is poured into a continuous casting mold, the mold walls of which are provided with continuously cylindrical cooling bores extending from top to bottom and connected to a cooling water circuit, the flow cross-sectional areas of which are partially reduced by displacement rods. In order to reduce the temperature differences between the height areas of the mold and thus to reduce tension and extend the service life of the mold, the cooling water is guided through the coolant holes at maximum speed in the area of the highest temperature load. However, only the bore ring cross-sectional areas reduced by the displacement rods are available. In addition, the coolant is only directed from the bottom to the top. In contrast, the object of the invention is to control the copper plate skin temperatures on the hot side and the cold side so that both the recrystallization temperature of the cold-rolled copper on the hot side with the greatest possible cooling intensity and with uniform cooling at the height ranges of the continuous casting mold is not exceeded and a possible evaporation of the coolant on the cold side is avoided.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das in der Stranggießkokille von oben nach unten geleitet wird, im Kühlmittelkanal oder in der Kühlmittelbohrung im oberen Bereich der Stranggießkokille durch eine kleinere Querschnittsfläche höher eingestellt wird als im unteren Bereich der Stranggießkokille, in dem die Strömungsgeschwindigkeit durch einen größere Querschnittsfläche niedriger eingestellt wird und / oder dass die Bedeckung mit Kühlmittel durch jeweils eine von oben nach unten veränderliche Querschnittsform eingestellt wird. Der Vor- teil besteht in einer größeren Bedeckung durch Kühlmittel im Heißbereich und eine gegenüber bisher geringere Wärmeabfuhr unterhalb des Heißbereichs. Dadurch wird ferner nicht nur die Stoßbelastung im heißen Höhenbereich des Gießspiegels erheblich herabgesetzt, sondern auch die Wärmebelastung über die gesamte Höhe der Stranggießkokille noch weiter vergleichmäßigt. Außer- dem wird weder die Rekristallisations-Temperatur des kaltgewalzten Kupfers auf der Heißseite erreicht, noch besteht die Gefahr, dass eine Verdampfung des Kühlmittels auf der Kaltseite eintreten kann. Dabei können die Eingangsquerschnittsform des Kühlmittelkanals quadratisch oder rechteckig und die Fortsetzung jeweils aus einem länglicheren Rechteck bis zu einem Quadrat oder die kreisrunde Eingangsquerschnittsform analog ausgebildet sein.The object is achieved according to the invention in that the flow rate of the coolant, which is passed from top to bottom in the continuous casting mold, is set higher in the coolant channel or in the coolant bore in the upper region of the continuous casting mold by a smaller cross-sectional area than in the lower region of the continuous casting mold, in which the flow velocity is set lower by a larger cross-sectional area and / or in that the covering with coolant is set by a cross-sectional shape which can vary from top to bottom. The advantage is a greater coverage by coolant in the hot area and a lower heat dissipation below the hot area. As a result, not only is the impact load in the hot height region of the mold level considerably reduced, but also the heat load is further evened out over the entire height of the continuous casting mold. In addition, the recrystallization temperature of the cold-rolled copper on the hot side is not reached, and there is no risk that the coolant may evaporate on the cold side. In this case, the inlet cross-sectional shape of the coolant channel can be square or rectangular and the continuation in each case from an elongated rectangle up to a square, or the circular inlet cross-sectional shape can be designed analogously.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Gießgeschwindigkeiten von 3 m/min bis etwa 12 m/min eine Wärmestrombelastung der Stranggießkokille von maximal 8 MW / m2 und Kühlmittelgeschwindigkeiten vom 4 m/s bis 30 m/s eingehalten werden. Nach weiteren Schritten wird vorgeschlagen, dass eine maximale thermische Belastung der Kokillenplatten auf deren Heißseite kleiner als 550 °C und dass der Wärmeübergangs-Koeffizient • bis maximal 250.000 W / m2 • K eingestellt wird.In an embodiment of the invention it is provided that at casting speeds of 3 m / min to about 12 m / min, a heat flow load of the continuous casting mold of at most 8 MW / m 2 and coolant speeds of 4 m / s to 30 m / s are maintained. After further steps, it is proposed that a maximum thermal load on the mold plates on their hot side is less than 550 ° C. and that the heat transfer coefficient is set up to a maximum of 250,000 W / m 2 K.
Eine andere, die Wärmewerte beeinflussende Maßnahme besteht darin, dass die Stranggießkokille oszilliert wird.Another measure influencing the thermal values is that the continuous casting mold is oscillated.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Gießstrang mit Gießpulverschlacke in der Stranggießkokille geschmiert wird.It is also provided that the casting strand is lubricated with casting powder slag in the continuous casting mold.
Eine den Wärmeübergang unterstützende Maßnahme besteht ferner darin, dass die Oberfläche der Kühlmittelkanäle vom Kokilleneingang bis zum Kokillenausgang mit einer größerwerdenden Rauheit versehen wird.Another measure that supports the heat transfer is that the surface of the coolant channels is provided with an increasing roughness from the mold inlet to the mold outlet.
Bei einer Vorrichtung zur Optimierung der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßigung der thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, wobei das Kühlmittel jeweils durch einen Querschnitt einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang verlau- fen, geführt ist und wobei die Kühlmittel-Querschnittsfläche der Kühlmittelkanäle zwischen dem Kokilleneingang und dem Kokillenausgang unterschiedlich ausgeführt sind, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlmittelkanäle oder die Kühlmittelbohrungen jeweils bei einer relativ kleinen Kühlmittelkanal-Eingangsquer-schnittsfläche und einer größeren -Aus- gangs-querschnittsfläche vom Kokilleneingang bis zum Kokillenausgang bei am Kokilleneingang größter Bedeckung durch das Kühlmittel ausgebildet sind ( unter "Bedeckung" wird hier das Verhältnis Kühlmittelkanalbreite / Kühlmittelkanalabstand, d.h. die wirksame Phasengrenzschicht Kupfer / Kühlmittel verstanden). Dadurch wird der Effekt des Abbaus von Spitzentemperaturen in der Kupferplatte im Gießspiegelbereich und die Vergleichmäßigung über die gesamte Höhe der Stranggießkokille erzielt. Eine Alternative des Übergangs vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang besteht darin, dass die Veränderung der Querschnittsflächenform vom Kokilleneingang bis zum Kokillenausgang stetig verläuft.In a device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metal, in particular for liquid steel, by equalizing the thermal load over the height of the continuous casting mold, the coolant in each case through a cross section of a large number of coolant channels or coolant bores, which run approximately parallel to the casting strand - fen is guided and the coolant cross-sectional area of the coolant channels between the mold inlet and the mold outlet are designed differently, the object is achieved according to the invention in that the coolant channels or the coolant holes each have a relatively small coolant channel input cross-sectional area and a larger one -Exit- cross-sectional area from the mold inlet to the mold outlet are formed with the greatest coverage by the coolant at the mold entrance (here under "cover" the ratio is s Coolant channel width / coolant channel distance, ie the effective phase boundary layer copper / coolant understood). This achieves the effect of reducing peak temperatures in the copper plate in the area of the mold level and the uniformity over the entire height of the continuous casting mold. An alternative to the transition from the mold entrance to the mold exit is that the change in the cross-sectional area shape runs continuously from the mold entrance to the mold exit.
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, dass die Gießgeschwindigkeit in Stranggießrichtung bis etwa 12 m / min einstellbar ist.According to further features, it is provided that the casting speed can be adjusted in the continuous casting direction up to approximately 12 m / min.
Die Erfindung ist außerdem dahingehend verbessert, dass eine thermische Belastung der Stranggießkokille von maximal 8 MW / m2, eine Kühlmittelge- schwindigkeit von 4 bis 30 m / s und eine maximale lokale thermische Belastung der Kupferplatten auf der dem flüssigen Metall zugewandten Seite bei einem Wärmeübergangskoeffizient • von max. 250.000 W / m2 • K vorgesehen sind.The invention is also improved in that a thermal load on the continuous casting mold of at most 8 MW / m 2 , a coolant speed of 4 to 30 m / s and a maximum local thermal load on the copper plates on the side facing the liquid metal with a heat transfer coefficient • by Max. 250,000 W / m 2 • K are provided.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlmittelkanäle bei rechteckigem Querschnitt in ihrer Kanaltiefe und / oder Kanalbreite vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang ansteigend ausgeführt sind.A further embodiment provides that the coolant channels with a rectangular cross section are designed to increase in their channel depth and / or channel width from the mold inlet to the mold outlet.
Eine Verbesserung sieht außerdem vor, dass die Querschnittsfläche der Kühl- mittelkanäle mittels Leitblechen über eine Steuerung oder Regelung veränderbar ist. Dadurch kann die Strömung des Kühlmittels in der starren Form der Kühlmittelkanäle durch eine weitere Funktion ergänzt werden.An improvement also provides that the cross-sectional area of the coolant channels can be changed by means of baffles via a control or regulation. As a result, the flow of the coolant in the rigid form of the coolant channels can be supplemented by a further function.
Einen andere Weiterentwicklung ist dadurch gegeben, dass die Oberfläche der Kühlmittelkanäle vom Kokillenausgang bis zum Kokilleneingang mit einer Rauheit versehen ist.Another further development is given in that the surface of the coolant channels is provided with a roughness from the mold exit to the mold entrance.
Dabei ist davon auszugehen, dass die Rauheit aus Grübchen von 0,5 bis 3 mm Durchmesser und 0,2 bis 2 mm Tiefe gebildet ist. Schließlich ist die Verteilung oder die Anzahl der Grübchen vom Kokillenausgang bis zum Kokilleneingang ansteigend vorgesehen.It can be assumed that the roughness is formed from dimples of 0.5 to 3 mm in diameter and 0.2 to 2 mm in depth. Finally, the distribution or the number of dimples from the mold exit to the mold entrance is provided to increase.
Der Wärmeübergang wird nach weiteren Merkmalen dadurch intensiviert, dass durch chemische oder mechanische Maßnahmen die Rauheit veränderbar ist.The heat transfer is intensified according to further features in that the roughness can be changed by chemical or mechanical measures.
Dabei ist es weiter vorteilhaft, dass die Rauheit während des Gießvorgangs veränderbar ist.It is further advantageous that the roughness can be changed during the casting process.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele zum Stand der Technik und zur Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.The drawing shows exemplary embodiments relating to the prior art and to the invention, which are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 A (jeweils von links nach rechts) einen senkrechten Schnitt durch die gegenwärtige Stranggießkokille, im oberen Teil zwei horizontale Teilschnitte für Kühlmittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im oberen Kokillenbereich, im unteren Bereich zwei horizontale Teilschnitte für Kühlmittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im unteren Kokillenbereich, ganz rechts den Temperaturverlauf in den Kupferplatten,Fig. 1 A (each from left to right) a vertical section through the current continuous casting mold, in the upper part two horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the upper mold area, in the lower area two horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the lower mold area, the far right Temperature curve in the copper plates,
Fig. 1 B analog zu Fig. 1A (jeweils von links nach rechts) einen senkrechten Schnitt durch die Stranggießkokille, im oberen Teil drei horizontale Teilschnitte für Kühlmittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im oberen Kokillenbereich, im unteren Teil drei horizontale Teilschnitte für Kühlmittelkanäle und Kühlmittelbohrungen im unteren Kokillenbereich, ganz rechts eine Gegenüberstellung des bisherigen Oberflä- chentemperaturverlaufs zwischen dem bisherigen Oberflächentem- peraturverlauf und dem neuen Oberflächentemperaturverlauf,Fig. 1 B analogous to Fig. 1A (each from left to right) a vertical section through the continuous casting mold, in the upper part three horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the upper mold area, in the lower part three horizontal partial sections for coolant channels and coolant holes in the lower mold area , on the far right is a comparison of the previous surface temperature curve between the previous surface temperature curve and the new surface temperature curve,
Fig. 2A ein Diagramm des Wärmeübergangskoeffizienten • , der maximalen thermischen Belastung und des Druckverlustes im Kühlmittel, Fig. 2B ein Diagramm des Wärmeübergangskoeffizienten • , des Druckverlustes • P über der Kühlmittelgeschwindigkeit und2A shows a diagram of the heat transfer coefficient •, the maximum thermal load and the pressure loss in the coolant, Fig. 2B is a diagram of the heat transfer coefficient •, the pressure loss • P over the coolant speed and
Fig. 2C ein Diagramm für die Abnahme der maximalen thermischen Bela- stung mit steigender Kühlmittelgeschwindigkeit.2C shows a diagram for the decrease in the maximum thermal load with increasing coolant speed.
Beim Stranggießen von flüssigen Metallen, insbesondere von flüssigem Stahl, kommt eine Stranggießkokille 1 zum Einsatz (Fig. 1A), die aus Kupferplatten 2 jeweils mit einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen 3 oder Kühlmittelboh- rungen 4 mit oder ohne Verdrängerstäbe 4.1 , durch die das Kühlmittel 5 geleitet wird.In the continuous casting of liquid metals, in particular liquid steel, a continuous casting mold 1 is used (FIG. 1A), which consists of copper plates 2 each with a large number of coolant channels 3 or coolant bores 4 with or without displacement rods 4.1 through which the coolant passes 5 is directed.
Im Gießspiegel 8, in dem sich die Strangschale 9 zu bilden beginnt, entsteht der größte lokale Wärmestrom 10 ("J") und gleichzeitig die größte thermische Ko- killenbelastung T cu-max 1 , sowohl auf der Heißseite 11.1 als auch auf der Kaltseite 11.2 der Kupferplatte 2.The largest local heat flow 10 (“J”) and at the same time the greatest thermal mold load T cu-m a x 1, both on the hot side 11.1 and on the, arises in the casting mirror 8, in which the strand shell 9 begins to form Cold side 11.2 of the copper plate 2.
Die thermische Belastung im Gießspiegel 8 oder der maximale Wärmestrom 10 ("J ") kann nun besonders bei hohen Gießgeschwindigkeiten von etwa 12 m / min bis zu 8 MW / m2 betragen und erfordert deshalb besondere Kühlmaßnahmen, um die Kupferplatten-Hauttemperaturen auf der Heißseite 11.1 und der Kaltseite 1 1.2 so zu kontrollieren, dass sowohl die Rekristallisationstemperatur des kaltgewalzten Kupfers auf der Heißseite 11.1 nicht überschritten wird als auch eine mögliche Verdampfung des Kühlmittels 5 auf der Kaltseite 11.2 ver- mieden wird.The thermal load in the mold level 8 or the maximum heat flow 10 ("J") can now be up to 8 MW / m2, especially at high casting speeds of about 12 m / min and therefore requires special cooling measures to keep the copper plate skin temperatures on the hot side 11.1 and the cold side 1 1.2 in such a way that the recrystallization temperature of the cold-rolled copper on the hot side 11.1 is not exceeded and a possible evaporation of the coolant 5 on the cold side 11.2 is avoided.
Die Kühlkapazität oder die Kühlwirkung wird durch maschinenbauliche Elemente bestimmt, wie z.B. die Kupferplattendicke 12, die Kühlmittelkanäle 3 oder die Kühlmittelbohrungen 4 mit oder ohne Verdrängerstäbe 4.1 , dem Abstand 13 (A) der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 voneinander, der Querschnittsfläche 14 (F) der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 und die Länge der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4, die der Kokillenlänge 15 (L) entspricht. Als Stand der Technik sind zur Zeit die Kühlkanal-Querschnittsflächen 14 zwischen dem Kokilleneingang 6 und dem Kokillenausgang 7 als konstant anzusehen. Die prozessbedingten Einflussgrößen für die Kühlkapazität der Stranggießkokille 1 sind neben der Kühlmitteltemperatur die Kühlmittelgeschwindigkeit 16, die ein wesentliches Maß für den Wärmeübergangskoeffizienten 17 ( • ) darstellt, gemessen in W / im2 • K.The cooling capacity or the cooling effect is determined by mechanical engineering elements, such as the copper plate thickness 12, the coolant channels 3 or the coolant bores 4 with or without displacement rods 4.1, the distance 13 (A) of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 from one another, the cross-sectional area 14 (F ) the coolant channels 3 or the coolant holes 4 and the length of the coolant channels 3 or the coolant bores 4, which corresponds to the mold length 15 (L). As the state of the art, the cooling channel cross-sectional areas 14 between the mold inlet 6 and the mold outlet 7 can currently be regarded as constant. In addition to the coolant temperature, the process-related influencing variables for the cooling capacity of the continuous casting mold 1 are the coolant speed 16, which is an essential measure of the heat transfer coefficient 17 (•), measured in W / im 2 • K.
Die Zusammenhänge sind in den Fig. 2A, 2B und 2C in Diagrammen dargestellt.The relationships are shown in FIGS. 2A, 2B and 2C in diagrams.
Um einen gewünschten Wärmeübergang mit Hilfe einer bestimmten Kühlmittelgeschwindigkeit 16 in der Stranggießkokille 1 einzustellen, wird sich, bedingt durch die Querschnittsfläche 14 des Kühlmittelkanals 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 bei vorgegebener Kokillenbreite 18, hier normiert auf 1 m, und den Abstand 13 der Kühlmittelkanäle, ein Druckverlust 19 ( • P) im Kühlmittel 5 zwischen dem Kokilleneingang 6 und dem Kokillenausgang 7 einstellen.In order to set a desired heat transfer with the aid of a specific coolant speed 16 in the continuous casting mold 1, the cross-sectional area 14 of the coolant channel 3 or the coolant bores 4 for a given mold width 18, normalized here to 1 m, and the distance 13 of the coolant channels, result Set pressure loss 19 (• P) in the coolant 5 between the mold inlet 6 and the mold outlet 7.
Dieser Druckverlust steigt überproportional mit der Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V) oder mit der Kühlmittelmenge 20 (Q), gemessen in m3 / h • m an.This pressure loss increases disproportionately with the coolant speed 16 (V) or with the coolant quantity 20 (Q), measured in m 3 / h • m.
Außerdem ist festzuhalten, dass mit steigender Rauheit 21 (R) der Oberfläche des Kühlmittelkanals 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 der Wärmeübergangskoeffizient 17 ( • ) aber auch der Druckverlust 19 ( • P) ansteigen.It should also be noted that with increasing roughness 21 (R) of the surface of the coolant channel 3 or of the coolant bores 4, the heat transfer coefficient 17 (•) but also the pressure loss 19 (• P) increase.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Minimierung des Druckverlustes 19 ( P) bei der Kontrolle der maximalen thermischen Belastung 11 ( T cu-max) sowohl auf der Heißseite 11.1 als auch der Kaltseite 11.2 sowie eine Vergleichmäßigung der thermischen Kokillenbelastung 22 bzw. des thermischen Profils 23 über die Kokillenlänge 15 zu erzielen. In den Fig. 2A, 2B und 2C ist der Wärmeübergangskoeffizient 17 ( • ) und die maximale thermische Belastung 11 der Kupferplatte 2 in Abhängigkeit von den maschinenbaulichen und verfahrenstechnischen Einflussgrößen, wie z.B.The aim of the invention is to minimize the pressure loss 19 (P) during the control of the maximum thermal load 11 (T cu-m a x) both on the hot side 11.1 and the cold side 11.2 and to make the thermal mold load 22 and to achieve the thermal profile 23 over the mold length 15. 2A, 2B and 2C, the heat transfer coefficient 17 (•) and the maximum thermal load 11 of the copper plate 2 are dependent on the mechanical engineering and process engineering factors, such as
- der Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V)- the coolant speed 16 (V)
- der Kühlmittelmenge 20 (Q) - dem Druckverlust 19 ( • P)- the amount of coolant 20 (Q) - the pressure drop 19 (• P)
- der Rauheit 21 (R) der Oberfläche unter jeweils bestimmten und konstanten Randbedingungen dargestellt.- The roughness 21 (R) of the surface is shown under specific and constant boundary conditions.
Der Gießstrang 9 wird gemäß Fig. 1 B mit einer Gießgeschwindigkeit 9.1 von etwa 12 m / min, z.B. im Gießformat einer Dünnbramme mit einer Dicke zwischen 40 mm und 100 mm gegossen. Beim Gießen können Gießpulver 1. 2 sowie eine Oszillation 1.1 angewendet werden. Der Gießvorgang belastet die Stranggießkokille 1 mit einem maximalen Wärmestrom 10 ("J ") im Gießspiegel 8 von 2 bis 8 MW / m2 und führt zu einer maximalen thermischen Belastung 11 im Gießspiegel 8 sowohl auf der Heißseite 11.1 , die dem flüssigen Stahl zugewandt ist, als auch auf der Kaltseite 11.2, die dem Kühlmittel 5 zugewandt ist. Der Vorgang führt zu einer thermischen Kokillenbelastung 22 und einem Wärmestrom-Profil 23 über die Kokillenlänge 15 (L). Die Kühlmittelkanal- Querschnittsflächen 14 (F) in den Kühlmittelkanälen 3 oder Kühlmittelbohrun- gen 4 mit oder ohne Verdrängerstab 4.1 sind im Stand der Technik (Fig. 1A) über die Kokillenlänge 15 konstant und führen damit zu einer konstanten Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V) und zu einem definierten Kühlmitteldruckverlust 19 ( • P), der mit "1 " angenommen wird.The casting strand 9 is cast according to FIG. 1B at a casting speed 9.1 of approximately 12 m / min, for example in the casting format of a thin slab with a thickness between 40 mm and 100 mm. Casting powder 1.2 and an oscillation 1.1 can be used for casting. The casting process loads the continuous casting mold 1 with a maximum heat flow 10 (“J”) in the casting level 8 of 2 to 8 MW / m 2 and leads to a maximum thermal load 11 in the casting level 8 both on the hot side 11.1, which faces the molten steel , as well as on the cold side 11.2, which faces the coolant 5. The process leads to a thermal mold load 22 and a heat flow profile 23 over the mold length 15 (L). The coolant channel cross-sectional areas 14 (F) in the coolant channels 3 or coolant bores 4 with or without displacement rod 4.1 are constant in the prior art (FIG. 1A) over the mold length 15 and thus lead to a constant coolant speed 16 (V) and a defined coolant pressure drop 19 (• P), which is assumed to be "1".
In der äußerst rechten Darstellung der Fig. 1 B ist der gegenüber Fig. 1A veränderte Temperaturverlauf der Oberflächentemperatur dargestellt, wobei die insgesamt abgeführte Wärmemenge gleichgeblieben ist.The extreme right-hand representation of FIG. 1B shows the temperature profile of the surface temperature that has changed compared to FIG. 1A, the total amount of heat removed remaining the same.
Um nun die thermische Kokillenbelastung 22 zu vergleichmäßigen und gleich- zeitig den Druckverlust 19 ( • P)des Kühlmittels 5 zu minimieren, wird dieIn order to even out the thermal mold load 22 and at the same time to minimize the pressure loss 19 (• P) of the coolant 5, the
Querschnittsfläche 14 (F) der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 vom Kokilleneingang 6 bis zum Kokillenausgang 7 vergrößert (Fig. 1 B). Außerdem kann die Rauheit 21 ( R ) ebenfalls wahlweise vom Kokillenausgang 7 bis zum Kokilleneingang 6 funktional über die Kokillenlänge 15 angehoben werden.Cross-sectional area 14 (F) of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 enlarged from the mold entrance 6 to the mold exit 7 (FIG. 1B). In addition, the roughness 21 (R) can also optionally be raised functionally from the mold outlet 7 to the mold inlet 6 over the mold length 15.
Die Rauheit 21 kann auch durch Grübchen 24 von maximal 1-3 mm Durchmesser und 1 - 2 mm Tiefe erzeugt werden, die zu Kavitationseffekten des strömenden Kühlmittels 5 ( z.B. des Wassers) an der Phasengrenze Kupfer (Kaltseite 11.2) und Kühlmittel 5 und damit zu einem erhöhten Wärmeübergangskoeffizienten 17 ( • ) führen, hervorgerufen durch Zwangskonvektion im Be- reich der laminaren "Nusselt"- Grenzschicht, in der der Energietransport über Wärmeleitung stattfindet.The roughness 21 can also be produced by dimples 24 of a maximum of 1-3 mm in diameter and 1-2 mm in depth, which lead to cavitation effects of the flowing coolant 5 (for example the water) at the phase boundary copper (cold side 11.2) and coolant 5 and thus lead to an increased heat transfer coefficient 17 (•), caused by forced convection in the area of the laminar "Nusselt" boundary layer, in which the energy transport takes place via heat conduction.
Die Vergrößerung der Querschnittsfläche 14 der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 über die Kokillenlänge 15 kann im Fall der Kühlmittelka- näle 3 über die Kanaltiefe 3.1 und / oder die Kanalbreite 3.2 erfolgen. Im Fall der Kühlmittelbohrungen 4 kann die Querschnittsvergrößerung über die Vergrößerung des Durchmessers der Kühlmittelbohrung 4 und / oder einer Verkleinerung des Durchmessers des Verdrängerstabes 4.1 realisiert werden.The cross-sectional area 14 of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 can be enlarged over the mold length 15 in the case of the coolant channels 3 via the channel depth 3.1 and / or the channel width 3.2. In the case of the coolant bores 4, the cross-sectional enlargement can be realized by increasing the diameter of the coolant bore 4 and / or reducing the diameter of the displacement rod 4.1.
Eine andere Gestaltung besteht darin, dass Leitbleche 3.3 der Kühlmittelkanäle 3 mechanisch auf eine veränderte Querschnittsfläche 14 der Kühlmittelkanäle 3 über die Kokillenhöhe 15 manuell oder automatisch, z.B. online- prozessgesteuert mittels einer Steuerung oder Regelung 3.3.1 der Position der Leitbleche 3.3 eingestellt werden.Another design is that guide plates 3.3 of the coolant channels 3 are mechanically or manually, for example on a changed cross-sectional area 14 of the coolant channels 3 via the mold height 15, e.g. online, process-controlled by means of a control or regulation 3.3.1 of the position of the guide plates 3.3.
Nach Ausführung der beschriebenen Gestaltungen kann die thermische Kokillenbelastung 22 über die Kokillenlänge 15 über ein vergleichmäßigtes thermisches Profil 22.1 gesenkt werden, wie im rechten Teil der Fig. 1 B in einem Diagramm dargestellt ist. Das Diagramm 2A stellt den Wärmeübergangskoeffizienten 17 ( • ) gemessen in W / m2 K, den Druckverlust 19 ( • P) und die lokale maximale thermische Belastung 11 der Kupferplatte 2 im Gießspiegel 8 in Abhängigkeit von der Rauheit 21 der Oberfläche der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 bei konstanter Kupferplattendicke 12, Kühlmittelgeschwindigkeit 16 ( V in m/ s), Wärmestrom 10 (J), Querschnittsfläche 14 des Kühlmittelkanals 3 oder der Kühlmittelbohrung 4, der Kokillenlänge 15 und einem Abstand 13 der Kühlmittelkanäle 3 oder Kühlmittelbohrungen 4 zueinander dar. Das Diagramm macht deutlich, dass mit steigender Rauheit 21 ( R ) der Wärmeübergangskoeffizient 17 ( • ) aber auch der Druckverlust 19 ( • P) stetig ansteigen aber auch gleich- zeitig die Kupferplattentemperatur 11 (T cu-max ) auf der Heißseite 11.1 und der Kaltseite 11.2 stark abfällt.After the designs described have been carried out, the thermal mold load 22 can be reduced over the mold length 15 by means of a uniform thermal profile 22.1, as shown in a diagram in the right part of FIG. 1B. The diagram 2A shows the heat transfer coefficient 17 (•) measured in W / m 2 K, the pressure loss 19 (• P) and the local maximum thermal load 11 of the copper plate 2 in the mold level 8 as a function of the roughness 21 of the surface of the coolant channels 3 or the coolant bores 4 with a constant copper plate thickness 12, coolant speed 16 (V in m / s), heat flow 10 (J), cross-sectional area 14 of the coolant channel 3 or the coolant bore 4, the mold length 15 and a distance 13 of the coolant channels 3 or coolant bores 4 from one another. The diagram makes it clear that with increasing roughness 21 (R) the heat transfer coefficient 17 (•) but also the pressure loss 19 (• P) increase steadily but at the same time the copper plate temperature 11 (T cu-m a x) on the hot side 11.1 and the cold side drops sharply.
Im Diagramm 2B sind der Wärmeübergangskoeffizient 17 (• ) und der Druckverlust 19 (• P) über die Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V) oder die Kühlmittel- menge 20 (Q) mit steigender Rauheit 21 bei konstantem Querschnitt 14 (F), Kokillenlänge 15 und Abstand 13 (A) dargestellt. Hier wird deutlich, dass mit steigender Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V), Kühlmittelmenge 20 (Q) und Rauheit 21 ( R ) der Wärmeübergangskoeffizient 17 ( • ), aber auch der Druckverlust 19 ( • P) überproportional stark ansteigen.Diagram 2B shows the heat transfer coefficient 17 (•) and the pressure loss 19 (• P) over the coolant speed 16 (V) or the coolant quantity 20 (Q) with increasing roughness 21 with constant cross section 14 (F), mold length 15 and distance 13 (A). Here it becomes clear that with increasing coolant speed 16 (V), coolant quantity 20 (Q) and roughness 21 (R) the heat transfer coefficient 17 (•), but also the pressure loss 19 (• P) increase disproportionately.
In Fig. 2C ist die Abnahme der maximalen thermischen Belastung 11 im Gießspiegel 8 der Kupferplatte 2 mit steigender Kühlmittelgeschwindigkeit 16 (V), Kühlmittelmenge 20 (Q) und Rauheit 21 ( R ) bei konstantem Wärmestrom 10 ( "J " ), im Wärmestrom-Profil 23 über die Kokillenlänge 15, die Kupferplattendik- ke 12, der Kühlmittelkanal-Querschnittsfläche 14 (F) und der Abstand 13 (A) der Kühlmittelkanäle 3 oder der Kühlmittelbohrungen 4 dargestellt.2C shows the decrease in the maximum thermal load 11 in the casting level 8 of the copper plate 2 with increasing coolant speed 16 (V), coolant quantity 20 (Q) and roughness 21 (R) with constant heat flow 10 (“J”), in the heat flow Profile 23 over the mold length 15, the copper plate thickness 12, the coolant channel cross-sectional area 14 (F) and the distance 13 (A) of the coolant channels 3 or the coolant holes 4 are shown.
Das Teilbild in der Fig. 2C macht deutlich, dass die lokale maximale thermische Belastung 11 im Gießspiegel 8 mit steigender Rauheit 21 ( R ) , die Kühlmittel- geschwindigkeit 16 (V) oder die Kühlmittelmenge 20 (Q) stark sinkt. Das Prinzip der Erfindung kann auch auf Bandgießvorrichtungen, die mit bis zu 100 m / min Gießgeschwindigkeit betrieben werden, angewendet werden. Dabei werden alle auf die Höhe der Stranggießkokille 1 angewendeten Maßnahmen auf den Umfang der Twin-Rollen übertragen. The partial image in FIG. 2C makes it clear that the local maximum thermal load 11 in the mold level 8 decreases sharply with increasing roughness 21 (R), the coolant speed 16 (V) or the coolant quantity 20 (Q). The principle of the invention can also be applied to strip casting devices which are operated at a casting speed of up to 100 m / min. All the measures applied to the level of the continuous casting mold 1 are transferred to the scope of the twin rollers.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Stranggießkokille1 continuous casting mold
1.1 Oszillation1.1 oscillation
1.2 Gießpulver, Gießschlacke1.2 Casting powder, pouring slag
2 Kupferplatte2 copper plate
3 Kühlmittelkanal 3.1 Kanaltiefe3 Coolant channel 3.1 Channel depth
3.2 Kanalbreite3.2 Channel width
3.3 Leitblech3.3 baffle
3.3.1 Steuerung / Regelung der Position der Leitbleche3.3.1 Control of the position of the guide plates
4 Kühlmittelbohrung 4.1 Verdrängerrohr, Stab, Rundkörper4 Coolant hole 4.1 Displacement tube, rod, round body
5 Kühlmittel5 coolant
5.1 Kühlmittel-Fließrichtung5.1 Coolant flow direction
6 Kokilleneingang (Oberkante der Kokille)6 mold entrance (upper edge of the mold)
7 Kokillenausgang (Unterkante der Kokille) 8 Gießspiegel7 Mold exit (lower edge of the mold) 8 Casting level
9 Strangschale, Strang 9.1 Gießgeschwindigkeit9 strand shell, strand 9.1 casting speed
10 lokaler maximaler Wärmestrom "J " im Gießspiegel10 local maximum heat flow "J" in the mold level
11 lokale maximale thermische Belastung im Gießspiegel ( T cu-max ) 11.1 dem flüssigen Stahl zugewandte Seite (Heißseite)11 local maximum thermal load in the mold level (T cu-m a x) 11.1 side facing the liquid steel (hot side)
11.2 dem Kühlmittel zugewandte Seite (Kaltseite)11.2 side facing the coolant (cold side)
12 Kupferplattendicke (zwischen Heißseite und Kaltseite)12 copper plate thickness (between hot side and cold side)
13 Abstand der Kühlmittelkanäle (3) oder der Kühlmittelbohrungen (4) untereinander 14 Querschnittsfläche (F) der Kühlmittelkanäle (3) oder Kühlmittelbohrungen (4) 15 Länge der Kühlmittelkanäle, der Kühlmittelbohrungen, Kokillenlänge13 distance of the coolant channels (3) or the coolant holes (4) from one another 14 cross-sectional area (F) of the coolant channels (3) or coolant holes (4) 15 Length of the coolant channels, the coolant holes, mold length
16 Kühlmittelgeschwindigkeit ( V in m /s)16 coolant speed (V in m / s)
17 Wärmeübergangskoeffizient » in W / m2 » K17 heat transfer coefficient »in W / m 2 » K
18 Kokillenbreite ( in m)18 mold width (in m)
19 Druckverlust des Kühlmittels, ΔP 20 Kühlmittelmenge Q in m3 / h ■ m19 Loss of pressure of the coolant, ΔP 20 amount of coolant Q in m 3 / h ■ m
21 Rauheit, R, in mm der Oberfläche21 roughness, R, in mm of the surface
22 thermische Kokillenbelastung über die Kokillenlänge 22.1 vergleichmäßigtes, thermisches Profil (τcu-max)22 thermal mold load over the mold length 22.1 uniform thermal profile (τcu-m a x)
23 Wärmestrom-Profil über die Kokillenlänge 24 Grübchen, Näpfchen 23 Heat flow profile over the length of the mold 24 dimples, cells

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Optimieren der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßigen der thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, bei dem das Kühlmittel jeweils durch eine Querschnittsfläche einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang verlaufen, geführt wird, wobei die Kühlmittel-Querschnittsflächen zwischen dem Kokilleneingang und dem Kokillenausgang unterschiedlich ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das in der Strang- gießkokille von oben nach unten geleitet wird, im Kühlmittelkanal oder in der Kühlmittelbohrung im oberen Bereich der Stranggießkokille durch eine kleinere Querschnittsfläche höher eingestellt wird als im unteren Bereich der Stranggießkokille, in dem die Strömungsgeschwindigkeit durch eine größere Querschnittsfläche niedriger eingestellt wird und / oder dass die Bedeckung mit Kühlmittel durch jeweils eine von oben nach unten veränderliche Querschnittsform eingestellt wird.1. A method for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metal, in particular for liquid steel, by comparing the thermal load over the height of the continuous casting mold, in which the coolant in each case through a cross-sectional area of a large number of coolant channels or coolant holes, which are approximately parallel to the casting strand run, is performed, the coolant cross-sectional areas between the mold inlet and the mold outlet are designed differently, characterized in that the flow rate of the coolant, which is passed from top to bottom in the continuous casting mold, in the coolant channel or in the coolant bore in the upper The area of the continuous casting mold is set higher by a smaller cross-sectional area than in the lower area of the continuous casting mold, in which the flow rate is set lower by a larger cross-sectional area and / or that the covering with coolant is adjusted by a cross-sectional shape that can vary from top to bottom.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Gießgeschwindigkeiten von 3 m/min bis etwa 12 m/min eine2. The method according to claim 1, characterized in that at casting speeds of 3 m / min to about 12 m / min
Wärmestrombelastung der Stranggießkokille von maximal 8 MW/m2 und Kühlmittelgeschwindigkeiten von 4 m/s bis 30 m/s eingehalten werden.Heat flow load of the continuous casting mold of a maximum of 8 MW / m 2 and coolant speeds of 4 m / s to 30 m / s can be observed.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale thermische Belastung der Kokillenplatten auf deren3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that a maximum thermal load on the mold plates on their
Heißseite kleiner als 550 °C und dass der Wärmeübergangs-Koeffizient • bis maximal 250.000 W / m 2 • K eingestellt wird.Hot side less than 550 ° C and that the heat transfer coefficient • is set up to a maximum of 250,000 W / m 2 • K.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stranggießkokille oszilliert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the continuous casting mold is oscillated.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang mit Gießpulverschlacke in der Stranggießkokille geschmiert wird.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the casting strand is lubricated with cast powder slag in the continuous casting mold.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad urch gekennzei ch net, dass die Oberfläche der Kühlmittelkanäle vom Kokilleneingang bis zum6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized by the fact that the surface of the coolant channels from the mold inlet to
Kokillenausgang mit einer größerwerdenden Rauheit versehen wird.The mold exit is provided with an increasing roughness.
7. Vorrichtung zur Optimierung der Kühlkapazität einer Stranggießkokille für flüssiges Metall, insbesondere für flüssigen Stahl, durch Vergleichmäßi- gung der thermischen Belastung über die Höhe der Stranggießkokille, wobei das Kühlmittel jeweils durch einen Querschnitt einer großen Anzahl von Kühlmittelkanälen oder Kühlmittelbohrungen, die etwa parallel zum Gießstrang verlaufen, geführt ist und wobei die Kühlmittel-Querschnittsfläche der Kühlmittelkanäle zwischen dem Kokilleneingang dem Kokillen- ausgang unterschiedlich ausgeführt sind, dadurc h gekennzei chn et, dass die Kühlmittelkanäle (3) oder die Kühlmittelbohrungen (4) jeweils bei einer relativ kleinen Kühlmittelkanal-Eingangsquerschnittsfläche (14) und einer größeren - Ausgangsquerschnittsfläche vom Kokilleneingang (6) bis zum Kokillenausgang (7) bei am Kokilleneingang (6) größter Bedeckung durch das Kühlmittel (5) ausgebildet sind. 7. Device for optimizing the cooling capacity of a continuous casting mold for liquid metal, in particular for liquid steel, by equalizing the thermal load over the height of the continuous casting mold, the coolant in each case through a cross section of a large number of coolant channels or coolant bores which are approximately parallel to the Casting strand run, is guided and the coolant cross-sectional area of the coolant channels between the mold inlet and the mold outlet are designed differently, so that the coolant channels (3) or the coolant holes (4) each have a relatively small coolant channel inlet cross-sectional area (14) and a larger - output cross-sectional area from the mold inlet (6) to the mold outlet (7) with the greatest coverage by the coolant (5) at the mold inlet (6).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Querschnittsflächenform vom Kokilleneingang (6) bis zum Kokillenausgang (7) stetig verläuft.8. The device according to claim 7, characterized in that the change in the cross-sectional area shape from the mold inlet (6) to the mold outlet (7) is continuous.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießgeschwindigkeit in Stranggießrichtung bis etwa 12 m / min einstellbar ist.9. Device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the casting speed in the continuous casting direction is adjustable up to about 12 m / min.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Belastung (11) der Stranggießkokille (1) von maximal 8 MW / m2 , eine Kühlmittelgeschwindigkeit (16) von 4 bis 30 m /s und eine maximale lokale thermische Belastung (11 ) der Kupferplatten (2) auf der dem flüssigen Metall zugewandten Seite (11.1) bei einem Wärmeübergangskoeffizient • von max.250.000 W / m2 • K vorgesehen sind.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that a thermal load (11) of the continuous casting mold (1) of a maximum of 8 MW / m 2 , a coolant speed (16) of 4 to 30 m / s and a maximum local thermal load (11) of the copper plates (2) on the side facing the liquid metal (11.1) with a heat transfer coefficient of max. 250,000 W / m 2 • K are provided.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanäle (3) bei rechteckigem Querschnitt in ihrer Kanaltiefe (3.1) und / oder Kanalbreite (3.2) vom Kokilleneingang (6) zum Kokillenausgang (7) ansteigend ausgeführt sind.11. The device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the coolant channels (3) with a rectangular cross section in their channel depth (3.1) and / or channel width (3.2) from the mold inlet (6) to the mold outlet (7) are designed to rise.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (14) der Kühlmittelkanäle (3) mittels Leitblechen (3.3.) über eine Steuerung oder Regelung (3.3.1) veränderbar ist.12. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the cross-sectional area (14) of the coolant channels (3) by means of baffles (3.3.) Via a control or regulation (3.3.1) can be changed.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kühlmittelkanäle (3) vom Kokillenausgang (7) bis zum Kokilleneingang (6) mit einer Rauheit (21) versehen ist.13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that that the surface of the coolant channels (3) is provided with a roughness (21) from the mold outlet (7) to the mold inlet (6).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit (21) aus Grübchen (24) von 0,5 bis 3 mm Durchmesser und 0,5 bis 2mm Tiefe gebildet ist.14. Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the roughness (21) from dimples (24) of 0.5 to 3 mm in diameter and 0.5 to 2 mm in depth is formed.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung oder die Anzahl der Grübchen (24) vom Kokillenausgang (7) bis zum Kokilleneingang (6) ansteigend vorgesehen ist.15. Device according to one of claims 7 to 14, characterized in that the distribution or the number of dimples (24) from the mold outlet (7) to the mold inlet (6) is provided increasing.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch chemische oder mechanische Maßnahmen die Rauheit (21) veränderbar ist.16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the roughness (21) can be changed by chemical or mechanical measures.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit (21) während des Gießvorgangs veränderbar ist. 17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the roughness (21) can be changed during the casting process.
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