EP1795281B1 - Stranggiesskokille - Google Patents

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EP1795281B1
EP1795281B1 EP06023083A EP06023083A EP1795281B1 EP 1795281 B1 EP1795281 B1 EP 1795281B1 EP 06023083 A EP06023083 A EP 06023083A EP 06023083 A EP06023083 A EP 06023083A EP 1795281 B1 EP1795281 B1 EP 1795281B1
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EP
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mould
mold
mold tube
tube
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EP1795281A2 (de
EP1795281A3 (de
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Hans-Günter Dr. Wobker
Gerhard HUGENSCHÜTT
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KME Special Products GmbH and Co KG
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KME Germany GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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 for the continuous casting of metal with the features of the preamble of claim 1.
  • Tubular molds of copper or copper alloys for casting profiles of steel and other high melting point metals have been widely described in the art.
  • the mold tubes are cooled by cooling water, which flows through a water gap between the inside of the wall of a surrounding the mold tube water box and the outside of the mold tube.
  • Such a mold is used for example in the DE 197 16450 A1 disclosed.
  • the mold tube is oriented by way of adjusting screws in the water box so that adjusts the desired width of the water gap on the circumferential side of the mold tube.
  • the EP 1 398 099 A1 describes a liquid-cooled mold for continuously casting metals with mold plates made of copper or a copper alloy, wherein the mold plates are connected by means of fastening bolts in each case with an adapter plate or a water tank.
  • island-like protruding plateau base are provided on the mold plate, which are used at the same time as spacers for forming a coolant gap between the mold plate and the adapter plate or the water tank. Since the mold tube is subject to extreme thermal stresses, the exact alignment of the mold tube in the water box must be done very carefully so that it does not come due to different widths of the water gap at different flow velocities and thus to a different degree of heat dissipation. This would result in a different strand shell growth and different degrees of shrinkage. This in turn can lead to material tensions and cracks in the strand shell, which increases the risk of strand penetration.
  • the invention has the object to show a liquid-cooled mold for continuous casting of metal, in which the complex orientation of the mold is simplified within the water box.
  • the solution is seen in a mold with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.
  • the mold according to the invention it is provided that at least one water baffle is arranged in the water gap.
  • the water guide plate leads to cross-sectional changes of the water gap, the cross-sectional changes resulting in a change in the flow velocity. Since the mold tube is mounted freely displaceable relative to the water tank at least in one direction, the working position of the mold tube can be adjusted by the flow conditions in the water gap itself. As a result, the mold tube is self-centering in the water box orientation. Self-centering is achieved by balancing the hydrodynamic forces in the water gap. If, for example, the width of the water gap on one side of the mold tube becomes greater, the flow velocity drops in this area. The hydrodynamic force acting on the outer wall of the mold tube also decreases in this area.
  • the water guide plate is arranged in the region of the cooling grooves.
  • the flow cross section in the area of the cooling grooves increases, which leads to a reduction in the flow velocity.
  • the water guide plate at least partially reduces the flow cross section in the region of the cooling grooves.
  • the water baffle has an end-side bypass section, which is designed such that cooling water is directed from the water gap targeted into the cooling grooves.
  • the bypass section is configured in a streamlined manner, so that as far as possible no turbulence forms in the coolant gap. Conveniently, the bypass section is configured arcuate.
  • FIG. 1 It can be seen that a portion of the outer sides 2 of the Kokillenrohrs is provided with a cooling groove 7 extending in the flow direction.
  • the cooling grooves 7 do not extend over the entire length of the mold tube 1, but only in the region of the G foolLitesolllage, since the largest heat flux densities occur and a correspondingly intensive cooling of the mold tube 1 is required.
  • the cooling grooves 7 lead to an enlargement of the cooling surface, so that the heat transfer is facilitated in the cooling water.
  • the water guide plates 3 are placed in the region of the cooling grooves 7, wherein the water guide plates 3 are somewhat shorter than the cooling grooves 7. That is, the cooling grooves 7 protrude below the water guide plate 3 both in their inflow and outflow regions.
  • FIG. 1 to recognize a guide groove 8 at the upper end 4 of the mold tube 1, via which the mold tube 1 is held in the vertical direction on the water tank, not shown.
  • the guide groove 8 is configured so that a displacement transverse to the flow direction of the cooling water is

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von Metall mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Rohrförmige Kokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen zum Gießen von Profilen aus Stahl und anderen Metallen mit hohem Schmelzpunkt sind vielfach im Stand der Technik beschrieben worden. Die Kokillenrohre werden dabei durch Kühlwasser gekühlt, das einen Wasserspalt zwischen der Innenseite der Wandung eines das Kokillenrohr umgebenden Wasserkastens und der Außenseite des Kokillenrohrs durchströmt. Eine derartige Kokille wird beispielsweise in der DE 197 16450 A1 offenbart. Üblicherweise wird das Kokillenrohr über Einstellschrauben derart in dem Wasserkasten lageorientiert, dass sich umfangsseitig des Kokillenrohrs die gewünschte Breite des Wasserspalts einstellt. Die EP 1 398 099 A1 beschreibt eine flüssigkeitsgekühlte Kokille zum Stranggießen von Metallen mit Kokillenplatten aus Kupfer oder eine Kupferlegierung, wobei die Kokillenplatten mittels Befestigungsbolzen jeweils mit einer Adapterplatte oder einem Wasserkasten verbunden sind. Dabei sind inselartig hervorstehende Plateausockel auf der Kokillenplatte vorgesehen, welche gleichzeitig als Distanzelemente zur Ausbildung eines Kühlmittelspaltes zwischen der Kokillenplatte und der Adapterplatte bzw. dem Wasserkasten genutzt werden. Da das Kokillenrohr extremen thermischen Belastungen unterliegt, muss die exakte Ausrichtung des Kokillenrohrs im Wasserkasten sehr sorgfältig erfolgen, damit es nicht aufgrund unterschiedlicher Breiten des Wasserspalts zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und damit zu einem unterschiedlich starken Wärmeabfluss kommt. Dies hätte ein unterschiedliches Strangschalenwachstum und unterschiedlich starke Schrumpfungen zur Folge. Dies kann wiederum zu Materialspannungen und Rissen in der Strangschale führen, wodurch sich das Risiko eines Strangdurchbruches erhöht.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgekühlte Kokille zum Stranggießen von Metall aufzuzeigen, bei welcher die aufwendige Ausrichtung der Kokille innerhalb des Wasserkastens vereinfacht wird. Die Lösung wird in einer Kokille mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Kokille ist vorgesehen, dass in dem Wasserspalt wenigstens ein Wasserleitblech angeordnet ist. Das Wasserleitblech führt zu Querschnittsveränderungen des Wasserspalts, wobei die Querschnittsveränderungen in einer Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit resultieren. Da das Kokillenrohr zumindest in eine Richtung frei verschiebbar gegenüber dem Wasserkasten gelagert ist, kann sich die Arbeitslage des Kokillenrohrs durch die Strömungsverhältnisse im Wasserspalt selbst einstellen. Dadurch wird das Kokillenrohr selbstzentrierend in dem Wasserkasten lageorientiert. Die Selbstzentrierung wird dadurch erreicht, dass sich die hydrodynamischen Kräfte im Wasserspalt gegenseitig ausgleichen. Wird die Breite des Wasserspalts auf einer Seite des Kokillenrohrs beispielsweise größer, sinkt in diesem Bereich die Strömungsgeschwindigkeit. Die hydrodynamische Kraft, die auf die Außenwand des Kokillenrohrs wirkt, sinkt in diesem Bereich ebenfalls. Im gleichen Maß führt die Reduzierung der Breite des Wasserspalts auf der gegenüberliegenden Seite des Kokillenrohrs zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch sich in diesem Bereich höhere hydrodynamische Kräfte einstellen, die sich aufgrund des seitlich frei verschiebbaren Kokillenrohrs dahingehend auswirken, dass das Kokillenrohr geringfügig verschoben wird, bis sich wieder ein Kräftegleichgewicht ergibt. Die Wasserleitbleche sind daher in sich jeweils gegenüber liegenden Bereichen des Kokillenrohrs bzw. des Wasserspalts angeordnet.
  • Insbesondere wird es als zweckmäßig angesehen, wenn zumindest ein Teilbereich der Außenfläche des Kokillenrohrs mit Kühlnuten versehen ist, wobei das Wasserleitblech im Bereich der Kühlnuten angeordnet ist. Bei einem Wasserspalt konstanten Querschnitts vergrößert sich der Strömungsquerschnitt im Bereich der Kühlnuten, was zu einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit führt. Um Kühlwasser mit hoher Geschwindigkeit durch die Kühlnuten zu führen, ist vorgesehen, dass das Wasserleitblech den Strömungsquerschnitt im Bereich der Kühlnuten zumindest bereichsweise verkleinert. Hierfür besitzt das Wasserleitblech einen endseitigen Umleitabschnitt, welcher derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser aus dem Wasserspalt gezielt in die Kühlnuten geleitet wird. Der Umleitabschnitt ist strömungsgünstig konfiguriert, so dass sich möglichst keine Verwirbelungen im Kühlmittelspalt bilden. Zweckmäßigerweise ist der Umleitabschnitt bogenförmig konfiguriert.
  • Bevorzugt wird die Strömungsgeschwindigkeit im Einström- und Ausströmbereich der Kühlnuten durch das Wasserleitblech erhöht. Die lokalen Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeiten führen auch zu einem Anstieg der hydrodynamischen Kräfte in diesem Bereich. Es ist günstig, wenn die Bereiche erhöhter Strömungsgeschwindigkeit diametral auf gleicher Höhe des Kokillenrohrs angeordnet sind. Vorzugsweise sind daher sämtliche Wasserleitbleche identisch konfiguriert.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Kokillenrohr 1 rechteckigen Querschnitts, das in einem nicht näher dargestellten Wasserkasten platziert wird. Das Kokillenrohr 1 wird von außen flüssigkeitsgekühlt, wobei zwischen der Innenseite der Wandung des Wasserkastens und der Außenseite 2 des Kokillenrohrs 1 ein Wasserspalt ausgebildet wird. In diesem Wasserspalt werden die dargestellten Wasserleitbleche 3 angeordnet.
  • Die Wasserleitbleche 3 sind in ihrer räumlichen Anordnung in der perspektivischen Darstellung der Figur 2 gut zu erkennen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier Wasserleitbleche 3 vorgesehen, wobei sich immer zwei Wasserleitbleche 3 auf gleicher Höhe gegenüber liegen. Die Wasserleitbleche 3 sind identisch konfiguriert und erstrecken sich nahezu über die gesamte Breite einer Seitenwand 5 des Kokillenrohrs 1, wobei die Eckbereiche 6 ausgespart werden.
  • In Figur 1 ist zu erkennen, dass ein Teilbereich der Außenseiten 2 des Kokillenrohrs mit einer sich in Strömungsrichtung erstreckenden Kühlnut 7 versehen ist. Die Kühlnuten 7 erstrecken sich nicht über die gesamte Länge des Kokillenrohrs 1, sondern ausschließlich im Bereich der Gießspiegelsolllage, da hier die größten Wärmestromdichten auftreten und eine entsprechend intensive Kühlung des Kokillenrohrs 1 erforderlich ist. Die Kühlnuten 7 führen zu einer Vergrößerung der Kühlfläche, so dass der Wärmeübergang in das Kühlwasser erleichtert wird. Im Bereich der Kühlnuten 7 sind die Wasserleitbleche 3 platziert, wobei die Wasserleitbleche 3 etwas kürzer sind als die Kühlnuten 7. Das heißt, die Kühlnuten 7 ragen sowohl in ihrem Einström- als auch in ihrem Ausströmbereich unter dem Wasserleitblech 3 hervor. Des weiteren ist in Figur 1 eine Führungsnut 8 am oberen Ende 4 des Kokillenrohrs 1 zu erkennen, über welche das Kokillenrohr 1 in Hochrichtung an dem nicht näher dargestellten Wasserkasten gehalten ist. Die Führungsnut 8 ist so konfiguriert, dass eine Verlagerung quer zur Strömungsrichtung des Kühlwassers möglich ist.
  • Die Wasserleitbleche 3 sind rechteckig konfiguriert und besitzen einen ebenen Mittelabschnitt 9, an welchen sich jeweils endseitig, das heißt in Strömungsrichtung gesehen Umleitabschnitte 10, 11 anschließen. Die Umleitabschnitte 10, 11 sind in Richtung zur Kokille 1 ausgestellt und sind dabei bogenförmig konfiguriert. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Umleitabschnitte 10, 11 identisch, das heißt rinnenförmig ausgebildet. Die genaue Kontur bzw. der Radius der rinnenförmigen Abschnitte ist bevorzugt auf den Tiefenverlauf der Kühlnuten 7 abgestimmt. Die Kühlnuten 7 besitzen im Ein- und Ausströmbereich vorzugsweise einen Radius, um Verwirbelungen im Kühlwasserstrom beim Eintritt in die Kühlnuten 7 zu vermeiden. Dieser Radius kann auch bei den bogenförmigen Umleitabschnitten verwendet werden.
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Kokillenrohr
    2 -
    Außenseite v. 1
    3 -
    Wasserleitblech
    4 -
    oberes Ende v. 1
    5 -
    Seitenwand
    6 -
    Eckbereich
    7 -
    Kühlnut
    8 -
    Führungsnut
    9 -
    Mittelabschnitt
    10 -
    Umleitabschnitt
    11 -
    Umleitabschnitt

Claims (5)

  1. Kokille zum Stranggießen von Metall mit einem in einem Wasserkasten platzierten Kokillenrohr (1), wobei zwischen der Innenseite der Wandung des Wasserkastens und der Außenseite (2) des Kokillenrohrs (1) ein Wasserspalt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wasserspalt wenigstens ein Wasserleitblech (3) angeordnet ist, wobei das Kokillenrohr (1) zumindest in eine Richtung seitlich frei verschiebbar gegenüber dem Wasserkasten gelagert ist, sodass sich die Arbeitslage des Kokillenrohrs (1) durch die Strömungsverhältnisse im Wasserspalt einstellt.
  2. Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der Außenfläche (2) des Kokillenrohrs (1) mit Kühlnuten (7) versehen ist, wobei das Wasserleitblech 3) im Bereich der Kühlnuten (7) angeordnet ist.
  3. Kokille nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserleitblech (3) einen endseitigen Umleitabschnitt (10, 11) aufweist, welcher derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser aus dem Wasserspalt gezielt in die Kühlnuten (7) geleitet wird.
  4. Kokille nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umleitabschnitt (10, 11) bogenförmig konfiguriert ist.
  5. Kokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserleitbleche (3) in sich gegenüber liegenden Bereichen des Kokillenrohrs (7) angeordnet sind.
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