EP1742751B1

EP1742751B1 - Gekühlte stranggiesskokille

Info

Publication number: EP1742751B1
Application number: EP05735723A
Authority: EP
Inventors: Hans Streubel; Jim Sears
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-04-25
Also published as: WO2005107978A3; DE102004021899A1; CN1972771A; JP4819038B2; US20090199993A1; RU2006142701A; WO2005107978A2; JP2007536091A; RU2379155C2; EP1742751A2; DE502005009905D1; CN100431739C; ATE473821T1

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Stranggießkokille zum Gießen von Metall, insbesondere Stahl, mit einem aus jeweils zwei sich gegenüberliegenden Breitseiten und Schmalseiten gebildeten Gießformat. Die Breitseiten weisen einen für die maximale Gießbreite ausgelegten Kühlbereich auf mit mehreren sich in Gießrichtung erstreckenden, an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Kühlkanälen mit Zu- und Ablaufkanälen. Die Schmalseiten sind zur Einstellung der gewünschten Gießbreite verstellbar.
Bei allen Brammenkokillen (Dünn-, Mittel-, Dickbrammen) ist die Kokillenkühlung der Breitseiten für die maximale Gießbreite ausgelegt. Beim Gießen einer Bramme mit einer Gießbreite, die kleiner als die maximale Gießbreite ist, ist die intensive Kokillenkühlung auch außerhalb der verstellbaren Schmalseite wirksam. Der Kühlbereich ist damit breiter als die aktuelle Gießbreite. Es wird folglich auch dort intensiv gekühlt, wo kein Wärmeangebot des Stranges vorliegt.
Dies führt dazu, dass es an den Breitseiten in der Nähe der Schmalseiten infolge des zweidimensionalen Wärmestroms zu einem deutlichen Temperaturabfall kommt. Abhängig vom Temperaturniveau auf den Breitseiten und deren Wandstärke zwischen Arbeitsseite und Kühlkanal, wobei die Kokillenplatten aus einem Kupferwerkstoff gefertigt sind, kann der Temperaturabfall in unmittelbarer Nähe der Schmalseiten bis zu 200°C und mehr betragen.
Aufgrund solcher Temperaturabfälle sind keine gleichmäßigen Aufschmelzbedingungen mehr für das Gießpulver gegeben, die aber Voraussetzung für eine gute und gleichmäßige Oberflächenqualität des Strangproduktes sind.
Da bei kleineren Gießformaten die gleichen Wassermengen wie bei der maximalen Formatbreite gefahren werden, sind bei dieser Fahrweise unnötig hohe Wassermengen erforderlich. Diese sind letztendlich zum Abkühlen des Stranges nicht notwendig und verschlechtern darüber hinaus das gleichmäßige Aufschmelzen des Gießpulvers.
Die japanische Druckschrift JP 09 04 7848 offenbart eine Bandstranggießkokille, deren Schmalseiten zusammen mit Absperrelementen für Kühlkanäle verfahrbar sind.
Aus der DE 41 27 333 C2 ist eine Stahlstranggießkokille bekannt, deren Formwände mit mehreren sich von oben nach unten erstreckenden, an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossenen Kühlbohrungen versehen sind und die somit einen sich über die Breitseiten erstreckenden Kühlbereich bilden. Hier wird vorgeschlagen, im Bereich der höchsten Temperaturbelastung der Kokille, d.h. der Heizzone, den Durchlassquerschnitt der Kühlbohrungen durch Verdrängerstäbe zu verkleinern, um an diesen Stellen die Fließgeschwindigkeit des Kühlwassers zu erhöhen und den Wärmeabtransport zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus dem Stand der Technik bekannte Stranggießkokille für Brammenformate bereitzustellen, welche die Herstellung von Brammen mit unterschiedlichen Breiten ermöglicht, wobei eine gleichmäßigere Arbeitstemperatur für die Breitseiten einstellbar ist und insbesondere ein starker Temperaturabfall in der Nähe der Schmalseiten reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Stranggießkokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zur Einstellung eines gießbreitenabhängigen Kühlbereichs bzw. einer formatbreitenabhängigen Kühlwasserbreite die Kühlkanäle und/oder die Zu- und/oder die Ablaufkanäle der Kokillenbreitseiten im Verstellbereich der Schmalseiten und auch innerhalb des Gießformates zumindest teilweise bzw. vollständig absperrbar sind. Die Absperrung kann in der Kokillenplatte, der Stahlzwischenplatte einer Kassettenkokille und/oder dem Wasserkasten erfolgen. Die Absperrung kann im Vorlauf- oder im Rücklauf der Kokille erfolgen.
Die Absperrung soll möglich sein zwischen einem Bereich der Schmalseitenplatten bis zur maximalen Kühlbreite. Eine Absperrung ist auch möglich in einem schmalseitennahen Bereich, der über die eigentliche Schmalseite in das Gießformat hinausgehen kann, bis zur maximalen Kühlbreite.
Indem das Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, im Schmalseitenbereich und außerhalb des Gießformates abgesperrt bzw. stark reduziert wird, wird die Temperatur der Arbeitsseite der Breitseiten im Bereich der Schmalseite vergleichmäßigt. Aufgrund der gleichmäßigeren Temperaturverteilung auf der Arbeitsseite der Breitseiten im Badspiegelbereich wird das Aufschmelzen des Gießpulvers und damit die Oberflächenqualität des Gießprodukts verbessert.
Ein Vorteil ergibt sich insbesondere beim Gießen von kleinen Gießformaten. Durch die formatbreitenabhängige Kühlwasserbreitenanpassung kann der Kühlmediumbedarf, insbesondere Wasserbedarf, reduziert werden und/oder die Wassergeschwindigkeit erhöht werden. Dies ist insbesondere bei konstanter Gießleistung von Bedeutung, da bei kleinen Gießbreiten mit höheren Gießgeschwindigkeiten höhere Wassergeschwindigkeiten möglich sind. Mit den höheren Wassergeschwindigkeiten kann der Wärmeübergang erhöht werden und somit die Temperaturerhöhung der Arbeitsseite infolge der höheren Gießgeschwindigkeit zumindest teilweise kompensiert werden.
Wie oben ausgeführt, sind die sich mindestens über den Verstellbereich der Schmalseiten erstreckenden Kühlkanäle ganz oder teilweise absperrbar. Berechnungen haben ergeben, dass darüber hinaus auch die Kühlkanäle, die sich bis zu 100 mm je Seite im schmalseitennahen Bereich in das Gießformat erstrecken, absperrbar sein sollen, um die Temperaturverläufe der Breitseiten zu vergleichmäßigen.
Eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Arbeitsseite der Breitseiten wird dann erreicht, wenn das Maß der Absperrung des Kühlmittelflüsses zur Kokillenmitte hin abnimmt bzw. die Absperrung der Kühlkanäle zur Kokillenmitte hin geringer wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass entsprechende Absperrelemente im schmalseitennahen Bereich und/oder im Gießformat sich zur Kokillenmitte hin verjüngen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlmittel um Wasser. Die gleichmäßigste Temperaturverteilung wird dann erreicht, wenn die Wassergeschwindigkeit im Bereich der teilweise absperrbaren Kühlkanäle maximal 25m/s und mindestens 0,5m/s beträgt.
Zudem empfiehlt es sich, dass die Wassergeschwindigkeit der Kühlkanäle im Kühlbereich mit nicht abgesperrten Kühlkanälen eine Mindestgeschwindigkeit von 0,5m/s beträgt. Dies wird durch entsprechend ausgelegte Absperrelemente erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Absperrung der einzelnen Kühlkanäle durch an dem Schmalseitenträger angeordnete Absperrelemente erreicht. Diese sind vorzugsweise als Bolzen ausgebildet, die den Zulauf oder den Ablauf der einzelnen Kühlkanäle steuern. Die Absperrelemente sind mit der jeweiligen Schmalseite bzw. dem Schmalseitenträger verfahrbar. Über die Schmalseiten wird das gewünschte Gießformat bzw. die Gießbreite eingestellt. In dieser Position werden die Kühlkanäle der Breitseiten in der Nähe der Schmalseiten zumindest teilweise abgesperrt. Auf diese Weise kommt es nicht zu einer unerwünschten Überkühlung dieser Bereiche der Breitseiten, was sich vorteilhaft auf das Aufschmelzverhalten des Gießpulvers und damit die Oberflächenqualität des Strangproduktes auswirkt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Fig. dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird.
Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf eine Kokille mit Breit- und Schmalseiten und einer Kühlwasserbreitenanpassung;
Fig. 2: eine Seitenansicht einer Kokille sowie die Darstellung des mittleren Arbeitsseitentemperaturverlaufs unterhalb des Badspiegels bei einer Kokille mit und ohne Kühlwasserbreitenanpassung.

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Stranggießkokille 1, die sich aus zwei gegenüberliegenden Breitseiten 2, 3 und Schmalseiten 4, 5 zusammensetzt, die zwischen sich das Gießformat für die jeweilige Bramme ausbilden. Die Schmalseiten 4, 5 sind zwischen den Breitseiten 2, 3 verstellbar, um ein vorgegebenes bzw. gewünschtes Gießformat GF_geg bzw. eine Gießbreite einzustellen. Um auch Gießformate mit maximaler Gießbreite sicher gießen zu können, ist der Kühlbereich 6 der Breitseiten 2, 3 entsprechend der maximalen Gießbreite ausgelegt. Die Breitseiten 2, 3 weisen vertikale Kühlkanäle 7 in Form von Bohrungen auf, die jeweils mittels eines Zulaufes 8 und eines Ablaufes mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden sind.
Wenn nun ein Gießformat GF_max mit maximaler Gießbreite gegossen wird, werden alle Kühlkanäle 7 von Kühlwasser durchflossen und die Breitseiten 2, 3 über den gesamten Kühlbereich 6 gekühlt.
Wird ein Gießformat GF_geg mit kleinerer Gießbreite eingestellt, werden die Kühlkanäle 7 bzw. die Zuläufe 8 im Bereich 9 zumindest teilweise abgesperrt.
Es ist auch gezeigt, den Bereich 9 über den eigentlichen Verstellbereich der Schmalseiten in das Gießformat zu vergrößern. Dann werden auch Kühlkanäle, die sich in das Gießformat über die eigentliche Schmalseitenplatte erstrecken, noch abgesperrt. Es ist festgestellt worden, dass die teilweise Absperrung der Kühlkanäle sich bis 100 mm je Seite in das Gießformat erstrecken kann.
Die zumindest teilweise Absperrung der Kühlkanäle 7 wird nach einer bevorzugten Ausführungsform mittels Absperrelementen 10 realisiert, die in'Form von Bolzen an dem Träger 11 der Schmalseiten 4, 5 befestigt sind und mit der Schmalseite verfahren werden. Sie sind in Richtung Kokillenmitte verjüngend geformt und üben aufgrund dieses sich verjüngenden Endes 12 einen zur Kokillenmitte hin abnehmenden Sperreinfluss auf die Zuflüsse der Kanäle aus.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Kokille mit den beiden Schmalseiten 4, 5 sowie die Darstellung des mittleren Arbeitsseitentemperaturverlaufs unterhalb des Badspiegels bei einer Kokille mit (13a) und ohne (13b) Kühlwasserbreitenanpassung nach der Erfindung. Der Badspiegel ist mit 14 bezeichnet. Der Kühlbereich 6 erstreckt sich über die gesamte Kokillenbreitseite, wobei die Kokillenkühlung in Anpassung an die verschobenen Schmalseiten reduziert oder vollständig abgesperrt sein kann. Wenn die Kokillenkühlung in dem Bereich zwischen dem maximalen Gießformat und den verschobenen Schmalseiten 4, 5 reduziert bzw. abgesperrt ist, wirkt sich dies positiv auf die Vergleichmäßigung der Arbeitsseitentemperatur unterhalb des Badspiegels aus, wobei die Arbeitsseitentemperatur bis zu den Schmalseiten konstant ist, während sie ohne die erfindungsgemäße Einflussnahme auf die Kühlung zu den Schmalseiten hin stark abnimmt.

Bezugszeichenliste:

1: Stranggießkokille
2: Breitseite
3: Breitseite
4: Schmalseite
5: Schmalseite
6: Kühlbereich
7: vertikale Kühlkanäle
8: Kühlmittelzulauf
9: Bereich mit zumindest teilweise abgesperrten Kühlkanälen
10: Absperrelement
11: Schmalseitenträger
12: sich verjüngendes Ende des Absperrelementes
13a: mittlerer Arbeitsseitentemperaturverlauf unterhalb des Badspiegels bei einer Kokille mit Kühlwasserbreitenanpassung
13b: mittlerer Arbeitsseitentemperaturverlauf unterhalb des Badspiegels bei einer Kokille ohne Kühlwasserbreitenanpassung
14: Badspiegel

Claims

Gekühlte Stranggießkokille (1) zum Gießen von Metall, mit einem aus jeweils zwei sich gegenüberliegenden Breitseiten (2,3) und Schmalseiten (4,5) gebildeten Gießformat (GF), wobei die Breitseiten (2,3) einen für die maximale Gießbreite ausgelegten Kühlbereich mit mehreren sich in Gießrichtung erstreckenden an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossenen Kühlkanälen (7) mit Zu- und Ablaufkanälen (8) aufweisen und wobei die Kühlkanäle (7) im Bereich der Schmalseiten (2,3) mit Hilfe von Absperrelementen (10) zumindest teilweise absperrbar sind; und
dass die Schmalseiten (4,5) zur Einstellung eines vorgegebenen Gießformates mit entsprechender Gießbreite in einem Bereich (9) verstellbar sind; dadurch gekennzeichnet,
dass die Absperrelemente (10) weiterhin ausgebildet sind, alternativ oder zusätzlich zu den Kühlkanälen (7) auch die Zu- und Ablaufkanäle (8) in dem Verstellbereich zumindest teilweise abzusperren und die Absperrung der Kühlkanäle (7) und/oder der Zu- und Ablaufkanäle (8) so vorzunehmen, dass die Wirkung der Absperrung von der Schmalseite (4, 5) in das Gießformat hin abnimmt.
Stranggießkokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absperrung ausgehend von der max. Kühlbreite sich bis max. 100 mm über die Schmalseiten (4, 5) hinaus ins Gießformat erstreckt.
Stranggießkokille nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest teilweise Absperrung in der Kokillenplatte, der Stahlzwischenplatte bei einer Kassettenkokille und/oder im Wasserkasten erfolgt.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Absperrelemente (10) zur Realisierung der abnehmenden Absperrwirkung eine sich in Richtung Kokillenmitte verjüngende Form (12) aufweisen.
Stranggießkokille nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absperrelemente (10) mit der jeweiligen Schmalseite (4, 5) verfahrbar sind.
Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Absperrelemente (10) in Form von Bolzen an einem Schmalseitenträger (11) befestigt sind.
Verfahren zur Verwendung einer Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelgeschwindigkeit im Bereich (9) der zumindest teilweise absperrbaren Kühlkanäle (7) und/oder Zulauf- und/oder Ablaufkanäle (8) maximal 25 m/s und mindestens 0,5 m/s beträgt.
Verfahren zur Verwendung einer Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlmittelgeschwindigkeit der Kühlkanäle (7) im Kühlbereich mit nicht abgesperrten Kühlkanälen (7) eine Mindestgeschwindigkeit von 0,5 m/s beträgt.