EP2266726A2

EP2266726A2 - Method for controlling the fluid cooling of strand cast moulds

Info

Publication number: EP2266726A2
Application number: EP10160681A
Authority: EP
Inventors: Egon Evertz; Ralf Evertz; Stefan Evertz
Original assignee: Egon Evertz KG GmbH and Co
Current assignee: Egon Evertz KG GmbH and Co
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2010-12-29
Also published as: DE102009023677A1; EP2266726A3

Abstract

The method for regulating water cooling of continuous casting mold that consists of copper, copper alloy or copper alloy coating, comprises throttling and/or de-energizing the water cooling external of the casting mold namely between two casting processes sequentially following in temporal interval or after the termination of an individual or last casting process in order to minimize the cooling speed of copper or copper alloy. The material temperature is measured at places over the mold width and/or mold length at the casting side turned to the steel. The method for regulating water cooling of continuous casting mold that consists of copper, copper alloy or copper alloy coating, comprises throttling and/or de-energizing the water cooling external of the casting mold namely between two casting processes sequentially following in temporal interval or after the termination of an individual or last casting process in order to minimize the cooling speed of copper or copper alloy. The material temperature is measured at places over the mold width and/or mold length at the casting side turned to the steel and the discrete temperature measurement is used for controlling the water flow in the cooling channel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Flüssigkeitskühlung von Stranggießkokillen, insbesondere von wassergekühlten Stranggießkokillen, die aus Kupfer bestehen oder eine Kupferbeschichtung oder eine Kupferlegierungsbeschichtung aufweisen.The invention relates to a method for controlling the liquid cooling of continuous casting molds, in particular of water-cooled continuous casting molds, which consist of copper or have a copper coating or a copper alloy coating.

Durchlaufkokillen zum Stranggießen von Metallen wie Aluminium oder Metalllegierungen wie Stahl besitzen einen trichterförmigen Eingießbereich und zumeist zwei miteinander verspannte Kokillenplatten, die taschenförmige Breitseitenwandabschnitte und im Abstand hierzu Kühlmittelkanäle aufweisen. Die Erstarrung des schmelzflüssigen Metalls oder der Metalllegierung geht einher mit einem Übergang der in Schmelze vorhandenen Wärme auf die Kokille. Aus diesem Grund wird als Kokillenmaterial bevorzugt Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet, womit die hohe Wärmeleitfähigkeit dieser Stoffe ausgenutzt wird. Für eine weitere Verbesserung des Wärmeabtransports sind in oder an den Kokillenwände Kühlmittelkanäle vorgesehen, die von einem Kühlmittel zur schnelleren Wärmeabfuhr durchströmt werden. Die verbesserte Wärmeabfuhr, die nach dem Stand der Technik durch eine Kombination eines gut leitenden Kokillenwerkstoffes in Verbindung mit einer optimierten Wasserkühlung erreicht wird, ist entscheidend für die Produktivität der Stranggießanlage, einerseits, um eine frühzeitige durch Teilerstarrung entstehende Gießschale unmittelbar nach dem Einfüllen des schmelzflüssigen Materials in den Eingießbereich zu erzeugen, die andererseits auch im Fortlauf des Gießstranges durch Wärmeübergang auf die Kokilleninnenwandung gekühlt und damit verfestigt wird. Die Fortbewegung des Gießstranges führt jedoch unvermeidlich zu einem Verschleiß der Kokillenwände, weshalb es in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt hat, durch Oberflächenbeschichtungen auf der Gießseite, z. B. mittels Kupfer-Kobalt-Gerylium-Legierung die Verschleißresistent zu erhöhen, jedoch besitzen diese Beschichtungsmaterialien eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit. Kompromisse hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit und der Verschleißfestigkeit konnten zum Teil mit Nickel-Kupfer-Legierungsbeschichtungen gefunden werden.Continuous molds for continuous casting of metals such as aluminum or metal alloys such as steel have a funnel-shaped Eingießbereich and usually two mutually braced mold plates, the pocket-shaped broad side wall sections and at a distance to have coolant channels. The solidification of the molten metal or the metal alloy is accompanied by a transition of the existing heat in the melt on the mold. For this reason, copper or a copper alloy is preferably used as mold material, whereby the high thermal conductivity of these substances is utilized. For a further improvement of the heat dissipation coolant channels are provided in or on the mold walls, which are flowed through by a coolant for faster heat dissipation. The improved heat dissipation achieved in the prior art by a combination of a highly conductive mold material in conjunction with optimized water cooling is critical to the productivity of the continuous casting plant, on the one hand, to provide premature partial solidification casting immediately after the molten material has been filled to produce in the Eingießbereich, on the other hand also cooled in the course of the cast strand by heat transfer to the mold inner wall and thus solidified. However, the movement of the cast strand inevitably leads to a wear of the mold walls, which is why there has been no lack of attempts in the past, by surface coatings on the casting side, z. B. by copper-cobalt-gerylium alloy to increase the wear resistant, but these coating materials have a poorer thermal conductivity. Compromises in terms of thermal conductivity and wear resistance have been found in part with nickel-copper alloy coatings.

Ein weiteres Problem beim Stranggießen ergibt sich daraus, dass eine ungleichmäßige Wärmeabfuhr zu Wärmeinhomoginitäten im Stranggussmaterial und damit zu Gießfehlern wie Rissen führen kann. In der DE 198 10 672 B4 wird daher eine Stranggießkokille zur Erzeugung von Brammensträngen, insbesondere aus Stahl, als Plattenkokille vorgeschlagen, die aus wassergekühlten, verstellbaren Schmalseitenkokillenplatten besteht, die zwischen wassergekühlten Breitseitenkokillenplatten eingeklemmt sind. Der flüssige Stahl wird unter Einsatz von Gießpulver zur Bildung von Gießschlacke mittels eines Tauchausgusses eingeleitet. Die Stranggießkokille besitzt einen Kühlwasserkreislauf mit Wassertemperaturmessfühlern, die an diskreten Orten über die Kokillenbreite verteilt sind und Auskunft über das Temperatur- und Wärmestromprofil liefern. Diese Messfühler haben den alleinigen Zweck Sollwerte für die Gießgeschwindigkeit sowie für die Wassermenge, den Wasserdruck bzw. die Wasserfließgeschwindigkeit im Kühlkreislauf zu liefern. Durch eine solche Temperaturregelung soll unter anderem auch die Standzeit der verwendeten Kupferkokille verbessert werden.Another problem with continuous casting results from the fact that uneven heat removal can lead to Wärmeinhomoginitäten in continuous casting material and thus casting defects such as cracks. In the DE 198 10 672 B4 Therefore, a continuous casting mold for producing slab strands, in particular steel, proposed as a plate mold, which consists of water-cooled, adjustable Schmalseitenkokillenplatten that are clamped between water-cooled Breitseitenenkokillenplatten. The liquid steel is introduced by using casting powder to form foundry slag by means of a dipping spout. The continuous casting mold has a cooling water circuit with water temperature sensors, which are distributed at discrete locations over the mold width and provide information about the temperature and heat flow profile. These sensors have the sole purpose of providing target values for the casting speed and for the amount of water, the water pressure or the water flow velocity in the cooling circuit. By such a temperature control, among other things, the life of the copper mold used to be improved.

In der DE 10 2006 037 728 A1 wird eine Kokillenausbildung beschrieben, bei der Kokillen-Kupfer-Platten auf einen Stahl-Wasser-Kasten aufgeschraubt sind. Die Kupferplatten können entweder nicht beschichtet, zonenweise oder ganz mit Chrom, Nickel und/oder Cr/Ni-Legierungen beschichtet sein. Als nachteilig wird angegeben, dass Kupfer durch seine Weichheit einen hohen Verschleiß aufweist und ein neues Ausrichten der gesamten Kokille nach dem Überarbeiten der verschlissenen Kupferplatten notwendig macht. Um dieses Problem zu lösen, wird in der DE 10 2006 037 728 A1 vorgeschlagen, die Kokillenwand auf ihrer der dem flüssigen Metall zugewandten Seite mit einer hoch wärmeleitenden und hoch temperaturbeständigen Schutzschicht zu überziehen, wobei die Kokillenwand mit der Schutzschicht zwischen ihrer Warmseite und ihrer Kaltseite, insbesondere im Bereich der Kühlkanäle, einen Wärmedurchgangskoeffizienten in der Größenordnung von 2 bis 30 W/m² ρ K aufweist.In the DE 10 2006 037 728 A1 describes a Kokillenausbildung in which mold copper plates are screwed onto a steel water box. The copper plates can either be uncoated, zone-wise or completely coated with chromium, nickel and / or Cr / Ni alloys. A disadvantage is stated that copper has high wear due to its softness and makes a new alignment of the entire mold after the reworking of the worn copper plates necessary. To solve this problem, is in the DE 10 2006 037 728 A1 proposed to coat the mold wall on its side facing the liquid metal with a highly thermally conductive and highly temperature-resistant protective layer, wherein the mold wall with the protective layer between its hot side and its cold side, in particular in the region of the cooling channels, a heat transfer coefficient in the order of 2 to 30 W / m ² ρ K has.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein frühzeitiger Verschleiß von Kupferkokillen oder Kupfer-Beschichtungen auf der Gießseite verhindert wird.It is an object of the present invention to provide a method by which premature wear of copper molds or copper coatings on the casting side is prevented.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahme nach Anspruch 1 gelöst, bei der außerhalb des Gießvorganges, nämlich zwischen zwei in zeitlichem Abstand aufeinander folgenden Gießvorgängen oder nach Abschluss eines einzigen oder des letzten Gießvorganges die Flüssigkeitskühlung gedrosselt oder abgeschaltet wird, um die Abkühlgeschwindigkeit des Kupfers oder der Kupferlegierung zu minimieren.This object is achieved by the measure according to claim 1, wherein outside of the casting process, namely between two successive successive casting operations or after completion of a single or the last casting the liquid cooling is throttled or turned off, the cooling rate of copper or copper alloy to minimize.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ursache für den erhöhten Verschleiß der Kupferkokille auf der Gießseite wirkungsvoll begegnet, indem ein durch zu starke Abkühlung auftretendes Abschreckens des Kupfers verhindert wird. Wie bereits erwähnt, führt, anders als beim Abschrecken eines Stahls, der gehärtet wird, eine zu starke Kühlung des Kupfers zu einer Erweichung von Kupfer und Kupferlegierungen, die verhindert werden kann, wenn die Kupferkokille außerhalb der Gießvorgänge gezielt langsam abgekühlt wird. Dies kann im einfachsten Fall durch Abschalten des Kühlkreislaufes oder durch eine Drosselung des Wasser-Kühlkreislaufes, etwa durch Einstellung einer geringeren Fließgeschwindigkeit erreicht werden. Mit dieser Maßnahme wird eine ansonsten durch zu starke Abkühlung eintretende Erweichung des Kupfers vermieden, das seine ursprüngliche Verschleißfestigkeit beibehält. Überraschender Weise wird mit der erfindungsgemäßen Maßnahme eine größere Standzeitverbesserung als mit bisherigen Versuchen erreicht, die darin bestanden, neue Beschichtungen auf der Gießinnenseite zu finden, die Kokillengeometrie zu verbessern oder die Kühlwasserführung und Anordnung des Kühlkanalsystems zu verbessern. Soweit eine verlangsamte Abkühlung der Stranggießanlage durch Drosselung des vorhandenen Wasserkreislaufes erreicht wird, kann auf dieselben Temperaturfühler zurückgegriffen werden, die auch zur Regelung des Wasserkreislaufes und der Gießgeschwindigkeit während des Gießens verwendet werden.With the method according to the invention, the cause of the increased wear of the copper mold on the casting side is effectively counteracted by preventing the copper from quenching due to excessive cooling. As already mentioned, unlike the quenching of a steel which is hardened, overcooling of the copper results in softening of copper and copper alloys, which can be prevented if the copper mold is purposefully slowly cooled outside of the casting operations. This can be achieved in the simplest case by switching off the cooling circuit or by throttling the water cooling circuit, such as by setting a lower flow rate. With this measure, a softening of the copper, which otherwise occurs due to excessive cooling, is avoided and maintains its original wear resistance. Surprisingly, with the measure according to the invention a greater service life improvement than with previous attempts was achieved, which consisted in finding new coatings on the casting inside, to improve the mold geometry or to improve the cooling water flow and arrangement of the cooling duct system. As far as a slowdown of the continuous casting is achieved by throttling the existing water cycle, can be made of the same temperature sensor, which are also used to control the water cycle and the casting speed during the casting.

Vorzugsweise wird die Materialtemperatur an mehreren Stellen über die Kokillenbreite und/oder die Kokillenlänge an der dem Stahl zugewandten Gießseite gemessen und zur Steuerung des Fluidflusses in den Kühlkanälen verwendet. Auch diese Maßnahme dient zu einer homogenen Abkühlung mit geringen Abkühlraten, welche den kritischen Wert erhöhter Abkühlgeschwindigkeit, bei der eine Kupfererweichung eintritt, nicht überschritten wird.Preferably, the material temperature is measured at several points over the mold width and / or the mold length at the casting side facing the steel and used to control the fluid flow in the cooling channels. This measure also serves for homogeneous cooling with low cooling rates, which does not exceed the critical value of increased cooling rate at which copper softening occurs.

Claims

Method for controlling the liquid cooling of continuous casting molds, in particular of water-cooled continuous casting molds, which consist of copper or have a copper coating or a copper alloy coating,
characterized in that
outside of the casting process, namely between two consecutive successive casting operations or after completion of a single or final casting operation, the liquid cooling is throttled or shut down to minimize the cooling rate of the copper or copper alloy.

A method according to claim 1, characterized in that the material temperature is measured at a plurality of locations over the mold width and / or - length at the casting side facing the steel and that the discrete temperature measurements are used to control the fluid flow in the cooling channels.