EP3113895A1 - Verfahren und anlage zur kühlung von flüssigkeitsgekühlten kokillen für metallurgische prozesse - Google Patents

Verfahren und anlage zur kühlung von flüssigkeitsgekühlten kokillen für metallurgische prozesse

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EP3113895A1
EP3113895A1 EP15710448.0A EP15710448A EP3113895A1 EP 3113895 A1 EP3113895 A1 EP 3113895A1 EP 15710448 A EP15710448 A EP 15710448A EP 3113895 A1 EP3113895 A1 EP 3113895A1
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EP
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coolant
mold
temperature
cooling
water
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EP15710448.0A
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Harald Holzgruber
Alexander SCHERIAU
Michael Kubin
Andreas Filzwieser
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INTECO special melting technologies GmbH
Inteco Special Melting Tech GmbH
Original Assignee
INTECO special melting technologies GmbH
Inteco Special Melting Tech GmbH
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Publication date
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    • B22D11/055—Cooling the moulds
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    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/20—Arc remelting

Definitions

  • the present invention relates to an improved method for cooling liquid-cooled molds used in continuous casting and remelting plants and for the production of strands or blocks of steels and metals, e.g. Aluminum, copper, nickel and cobalt and their alloys are used. Furthermore, the invention relates to a system for carrying out the method according to the invention.
  • the molds used for this purpose usually consist of an alloyed or unalloyed copper insert, which is installed in a so-called "water jacket", usually consisting of a welded steel construction, the heat removal being effected by the cooling water passing through the gap between mold insert and water jacket
  • the cooling water must be so large that a vapor bubble formation on the water side of the Kokillendones is avoided.
  • plate molds made of copper which either have holes through which the cooling liquid is passed or on the cooling water side have milled grooves that serve as cooling channels and by a screwed steel plate to be sealed.
  • Such molds are in use in continuous casting, as well as in plants for remelting self-consuming electrodes either in a hot Slag bath - the electroslag remelting process - or by an arc under vacuum - the vacuum arc remelting process.
  • the liquid metal to be cast is poured from a tundish into one or more water-cooled oscillating copper molds.
  • the molds used are open at the bottom and can also have a certain conicity.
  • a first viable strand shell is formed which is continuously withdrawn from the mold.
  • casting powder slags are used.
  • an already solidified metal block (self-consumable electrode) is melted in an electrically conductive slag or under vacuum by an electric arc.
  • the liquid steel collects in a liquid metal sump, which is located in a water-cooled mold, and solidifies in this to a remelt block.
  • remelting can be used on the one hand downwardly open molds (Gleitkokillen) and on the other hand down closed molds (Standkokillen).
  • the molds may have a certain conicity.
  • the Umschmelzblock is pulled down from the mold by means of a movable bottom plate.
  • the molds for continuous casting and remelting are cooled by circulating water of a conventional water cycle, which usually consists of a cooling water storage tank, a pump set and a heat exchanger and valves, valves, measuring and control devices for the purpose of controlling and controlling the water flow.
  • Water usually has a comparatively low operating temperature.
  • a maximum flow temperature of 50-60 ° C at a temperature difference between the cooling water supply and return temperature ( ⁇ ) of about 10 ° C can be mentioned here.
  • This low temperature of the water leads to a strong cooling effect due to the self-adjusting high temperature gradient between steel and mold inner wall. This strong cooling effect can lead to a solidification of the meniscus of the liquid steel at the boundary line liquid metal and atmosphere or slag.
  • One way in which the method according to the invention is aimed is, for example, to carry out the cooling water circuit of the mold as a pressure circuit.
  • the water temperature can be increased up to 180 ° C, which corresponds to a water pressure of about 1 1 - 14 bar.
  • This approach requires a technical control of the pressure circuit, whereby safety aspects must also be considered.
  • Another solution which is simpler compared to a pressurized water circuit, is to cool the mold with liquid metal or salt melts, which can be operated in a pressure range comparable to the conventional water cycle.
  • the only modification here relates to the sealing rings of the existing molds, which must be suitable for use at higher temperatures. Salt melts suitable for this purpose are also referred to in the literature as ionic liquids.
  • Ionic liquids are characterized in that they are liquid in a temperature range between room temperature and 600 ° C, preferably between room temperature and 300 ° C, without requiring an increase in pressure is necessary.
  • all ionic liquids known per se can be used. Types and production methods of ionic liquids can be found in WO 2005/021484, WO 2008/052860, WO 2008/052863 and WO 2013/1 13461.
  • the cooling of the mold is carried out indirectly as in the prior art water cooling, that is, the cooling medium does not come into direct contact with the liquid to be cast metal.
  • the dissipated heat is removed or recovered via a heat exchanger, so that a constant inlet temperature of the coolant can be ensured. Due to the very high difference between the inlet and outlet temperature of the cooling medium, a very large amount of waste heat is released, which would escape completely or partially into the atmosphere. By using a heat exchanger, this recovered heat can be fed into a heating circuit. Furthermore, by a heat exchanger subsequent suitable unit also this waste heat for steam and subsequently be used to generate electricity.
  • Another advantage of using liquid metal or molten salts is that, in the case of damage to the mold, there is no reaction of the refrigerant with the liquid metal to be poured or remelted.
  • the essential effect of the process according to the invention is that a positive effect on the quality of the strand or remelt block is achieved by the use of water under elevated pressure or of liquid metal melts or ionic liquids. Due to the higher temperature of these cooling media, the initial solidification of the metal is delayed so that it begins only below the meniscus area.
  • a method for cooling liquid-cooled usually consisting of copper molds for continuous casting or remelting self-consuming electrodes of steels or metals, in which the cooling effect of the coolant used is greatly reduced compared to water, so that the primary solidification of the liquid metal is delayed and takes place only below the meniscus in contact with the mold wall.
  • the flow rate of the coolant is set at inlet temperatures of room temperature, but also considerably higher, so that an outlet temperature of the coolant of over 80 ° C is reached.
  • the temperature difference between the coolant inlet and outlet may be between 5 ° C and a maximum of 150 ° C to achieve the purpose of the invention.
  • an inlet temperature of the coolant between 60 ° C and 100 ° C is preferably selected and set the outlet temperature at temperature differences between 40 ° C and 100 ° C at 100 ° C to 200 ° C.
  • basically pressurized water can be used. That's it necessary to adjust the pressure in the circuit so that formation of vapor bubbles in contact with the mold wall is prevented.
  • molten metal which are liquid below 100 ° C.
  • a particularly favorable solution is the use of ionic liquids with and without water content, which are liquid above room temperature and up to at least 200 ° C.
  • a defined control of the temperature difference between inlet and outlet of the coolant in the range of at least 5 ° C and a maximum of 150 ° C is required. It is essential here to maintain the respectively selected or desired temperature difference at a defined coolant inlet temperature which can be maintained by re-cooling the coolant in a heat exchanger.
  • a suitable for carrying out the method according to the invention cooling circuit has a storage tank as a reservoir for the coolant and a circulation pump, by means of which the coolant is conveyed by the continuous casting or Umschmelzkokille and a heat exchanger, and corresponding valves and measuring devices for monitoring and control.
  • the cooling circuit can be designed both open, so that the storage tank is at atmospheric pressure or closed with a pressurized storage tank.
  • a closed cooling circuit for carrying out the method according to the invention is shown schematically with a mold 1, which can be designed as a sliding or standing mold for the continuous casting or remelting process.
  • the coolant enters the mold 1 via the inlet 2 at a temperature T 1 which is in the range between room temperature and 300 ° C.
  • T 1 which is in the range between room temperature and 300 ° C.
  • T2 T1 + ⁇
  • the heat released via a heat exchanger 4 amount of heat can be used subsequently for a recovery of thermal energy.
  • a collecting container 5 and a pump 6 the coolant is passed back into the mold 1.

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Abstract

Um beim Stranggießen oder Umschmelzen von Stählen und Legierungen eine über den Meniskus des Metallspiegels fortschreitende Erstarrung zu vermeiden, werden die Kühlbedingungen so eingestellt, dass bei Eintrittstemperaturen des Kühlmittels bei Raumtemperatur oder auch erheblich darüber Austrittstemperaturen des Kühlmittels von mindestens 80 °C erreicht werden. Als Kühlmittel kommen unter Druck stehendes Wasser, unter 100 °C flüssige Metalle sowie über Raumtemperatur und bis mindestens 200 °C flüssige ionische Flüssigkeiten (Salzschmelzen) in Betracht, wobei die Temperaturdifferenzen zwischen Kühlmitteleintritt und – austritt in der Kokille zwischen 5 °C und 150 °C betragen können.

Description

Verfahren und Anlage zur Kühlung von flüssigkeitsgekühlten Kokillen für metallurgische Prozesse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Kühlung flüssigkeitsgekühlter Kokillen, welche in Anlagen zum Stranggießen und Umschmelzen Anwendung finden und zur Herstellung von Strängen oder Blöcken aus Stählen und Metallen wie z.B. Aluminium, Kupfer, Nickel und Kobalt und deren Legierungen verwendet werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die dafür verwendeten Kokillen bestehen üblicherweise aus einem legierten oder unlegierten Kupfereinsatz, der in einen sogenannten, meist aus einer Stahl- Schweißkonstruktion bestehenden „Wassermantel" eingebaut ist, wobei die Wärmeabfuhr durch das durch den Spalt zwischen Kokilleneinsatz und Wassermantel durchlaufende Kühlwasser bewirkt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers muss dabei so groß sein, dass eine Dampfblasenbildung auf der Wasserseite des Kokilleneinsatzes vermieden wird.
Außer den oben beschriebenen, aus Kokilleneinsatz und Kühlmantel bestehenden Kokillen, werden auch sogenannte Plattenkokillen aus Kupfer eingesetzt, welche entweder über Bohrungen verfügen, durch welche die Kühlflüssigkeit geleitet wird oder aber an der Kühlwasserseite über ausgefräste Nuten verfügen, die als Kühlkanäle dienen und die durch eine aufgeschraubte Stahlplatte abgedichtet werden.
Bei allen diesen dem Stand der Technik entsprechenden Kokillenarten erfolgt die Erstarrung des flüssigen Metalls im Kontakt mit der Innenwand und die Abfuhr der Wärme von der mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden Außenwand des Kokilleneinsatzes.
Derartige Kokillen sind in Verwendung in Stranggießanlagen, wie auch in Anlagen zum Umschmelzen selbstverzehrender Elektroden entweder in einem heißen Schlackenbad - dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren - oder durch einen Lichtbogen unter Vakuum - dem Vakuum-Lichtbogen Umschmelzverfahren.
Beim Stranggießen wird das zu vergießende flüssige Metall von einem Verteilergefäß (Tundish) in eine oder mehrere wassergekühlte oszillierende Kupferkokillen vergossen. Die verwendeten Kokillen sind nach unten offen und können auch eine gewisse Konizität haben. In der Kokille entsteht eine erste tragfähige Strangschale welche kontinuierlich aus der Kokille abgezogen wird. Um die Reibung zwischen Strang und Kokilleninnenwand gering zu halten und den flüssigen Stahl gegen den Atmosphäreneinfluss zu schützen, werden Gießpulverschlacken verwendet.
Bei den Umschmelzverfahren wird ein bereits erstarrter Metallblock (selbstverzehrende Elektrode) in einer elektrisch leitenden Schlacke oder unter Vakuum durch einen Lichtbogen abgeschmolzen. Der flüssige Stahl sammelt sich in einem flüssigen Metallsumpf, der sich in einer wassergekühlten Kokille befindet, und erstarrt in dieser zu einem Umschmelzblock. Beim Umschmelzen können einerseits nach unten offene Kokillen (Gleitkokillen) und andererseits nach unten geschlossene Kokillen (Standkokillen) verwendet werden. Je nach Ausführungsart können die Kokillen eine gewisse Konizität aufweisen. Bei Verwendung einer Gleitkokille wird der Umschmelzblock nach unten aus der Kokille mit Hilfe einer verfahrbaren Bodenplatte abgezogen. Es sind auch Anlagen in Betrieb welche mit einer nach oben verfahrbaren Kokille und einer fixen Bodenplatte ausgerüstet sind. Bei den oben genannten Verfahren erfolgt die Ersterstarrung des flüssigen Metalls in direktem Kontakt mit der Kupferkokille oder in Kontakt mit einer erstarrten Schlackenschicht, welche sich zwischen Strang- bzw. Umschmelzblock und Kokille bilden kann. Die Ausbildung einer festen Schlackenschicht ist hauptsächlich von den Gieß- bzw. Umschmelzparametern sowie vom Schrumpfverhalten der Stahlqualität abhängig. Dem Stand der Technik entsprechend werden die Kokillen für das Stranggießen und das Umschmelzen durch umlaufendes Wasser eines konventionellen Wasserkreislaufs gekühlt, der meist aus einem Kühlwasservorratstank, einem Pumpensatz sowie einem Wärmetauscher besteht und Schieber, Ventile, Meß- und Regelgeräte zum Zweck der Kontrolle und Steuerung des Wasserdurchlaufs aufweist.
Wasser hat üblicherweise eine vergleichsweise geringe Betriebstemperatur. Beispielhaft kann hier eine maximale Vorlauftemperatur von 50 - 60 °C bei einer Temperaturdifferenz zwischen der Kühlwasservorlauf- und -Rücklauftemperatur (ΔΤ) von etwa 10 °C genannt werden. Diese geringe Temperatur des Wassers führt zu einem starken Kühleffekt aufgrund des sich einstellenden hohen Temperaturgradienten zwischen Stahl und Kokilleninnenwand. Diese starke Kühlwirkung kann zu einer Erstarrung des Meniskus des flüssigen Stahls an der Grenzlinie flüssiges Metall und Atmosphäre oder Schlacke führen. Wird der bereits erstarrte Meniskus durch lokale Strömungsturbulenzen im flüssigen Stahl oder durch einen Anstieg des flüssigen Metallspiegels in der Kokille von flüssigem Metall Überflossen, kommt es zu Oberflächenfehlern, welche in der Strangguss-Literatur als sogenannte„Haken" bezeichnet werden. Beim Umschmelzen in Gleitkokillen kann es zudem beim Blockabzug zu einem Aufreißen der festen Schlackenschicht kommen. Dies ermöglicht dem flüssigen Metall ebenfalls den bereits erstarrten Meniskus zu überfließen und es kommt zu sogenannten „Tränen" oder „Metallfinnen". Dieses „Überfließen" kann auch durch eine über den Meniskus vorauseilende Erstarrungsfront auftreten, welche sich aus der starken Kühlwirkung des Wassers ergibt. Diese Oberflächenfehler am fertigen Strang bzw. Umschmelzblock erschweren eine nachfolgende Weiterverarbeitung der Gussprodukte.
Aus den oben erwähnten Gründen ist es daher wünschenswert, dass die Ersterstarrung des flüssigen Metalls erst unterhalb des Meniskus einsetzt und dass sich flüssiges Metall vor der Erstarrungszone befindet. In diesem Fall kann eine glatte Oberflächenbildung erzielt werden.
Um das zu erreichen ist es erforderlich, den Temperaturgradienten im Meniskusbereich zu verringern was durch eine verringerte Wärmeabfuhr bewirkt werden kann und so eine Erstarrung des Metalls im Bereich des Meniskus verhindert. In der Vergangenheit sind einige Versuche gemacht worden, die Wärmeabfuhr zu senken. Es ist bekannt, dass eine definierte Rauigkeit auf der Oberfläche der Kokille aufgebracht werden kann. Die in den Rillen eingeschlossene Luft wirkt isolierend auf die Wärmeabfuhr und verringert diese dadurch. In der Literatur wird auch eine Möglichkeit beschrieben, den oberen Teil der Kokille im Bereich der Grenzschicht Schlacke - Stahl durch einen Feuerfesteinsatz oder einen Keramikeinsatz zu isolieren. Es gibt auch den Vorschlag, die Kokille auf der Innenwand mit einem anderen Material als Kupfer zu beschichten. Alle diese Verfahren waren aber nur bedingt erfolgreich bzw. haben keine reproduzierbaren Ergebnisse erbracht.
In keiner der dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Maßnahmen wurde versucht, über eine Erhöhung der Kühlmitteltemperatur die Wärmeabfuhr zu beeinflussen, da dies bei Verwendung von Wasser als Kühlflüssigkeit nur bedingt möglich ist.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Anlage bereitzustellen, bei dem die Kokilleninnenwandtemperatur erhöht und dadurch die Wärmeabfuhr gesenkt wird unter Verwendung von Flüssigkeiten, welche mit höheren Betriebstemperaturen als Wasser bei Atmosphärendruck zum Einsatz kommen.
Eine Möglichkeit, auf die das erfindungsgemäße Verfahren abzielt, ist es beispielsweise den Kühlwasserkreislauf der Kokille als Druckkreislauf auszuführen. Dadurch kann die Wassertemperatur auf bis zu 180 °C gesteigert werden, was einem Wasserdruck von ca. 1 1 - 14 bar entspricht. Dieser Lösungsansatz erfordert eine anlagentechnische Beherrschung des Druckkreislaufes, wobei auch sicherheitstechnische Aspekte mit berücksichtigt werden müssen. Eine andere, im Vergleich zu einem Druckwasserkreislauf einfachere Lösung ist es, die Kokille mit Flüssigmetall oder Salzschmelzen zu kühlen, welche in einem dem üblichen Wasserkreislauf vergleichbaren Druckbereich betrieben werden können. Die einzige Modifikation betrifft hier die Dichtringe der bestehenden Kokillen, welche für eine Verwendung bei höheren Temperaturen geeignet sein müssen. Für diesen Zweck geeigneten Salzschmelzen werden in der Literatur auch als ionische Flüssigkeiten bezeichnet. Ionische Flüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 600 °C, vorzugsweise zwischen Raumtemperatur und 300 °C, flüssig sind, ohne dass dafür eine Druckerhöhung notwendig ist. Im Prinzip können alle an sich bekannten ionischen Flüssigkeiten verwendet werden. Arten und Herstellungsverfahren von ionischen Flüssigkeiten sind der WO 2005/021484, WO 2008/052860, WO 2008/052863 und WO 2013/1 13461 zu entnehmen. An dieser Stelle wird angemerkt, dass die Kühlung der Kokille wie bei der dem Stand der Technik entsprechenden Wasserkühlung indirekt ausgeführt ist, das heißt, das Kühlmedium kommt nicht in direkten Kontakt mit dem flüssigen zu vergießenden Metall.
Eine Anwendung von Flüssigmetallen und Salzschmelzen für die direkte Kühlung unterhalb der Kokille eines Strangs als Alternative zu einer Sekundärkühlung mit Sprühwasser beim Stranggießen wird in der WO 2004/076096 beschrieben.
Um die Bedingungen für die Primärerstarrung während des Prozesses konstant zu halten, ist es erforderlich, eine kontrollierte und definierte Wärmeabfuhr aus der Kokille zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird gleich wie bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel entweder der Durchfluss des verwendeten Kühlmediums geregelt (durchflussgeregelt) oder andererseits eine bestimmte Temperaturdifferenz zwischen Kokillenvorlauf und -rücklauf eingestellt (ΔΤ-geregelt), wobei hier höhere Temperaturdifferenzen als bei konventioneller Wasserkühlung möglich sind.
Die abgeführte Wärme wird über einen Wärmetauscher abgeführt bzw. rückgewonnen, so dass eine konstante Einlauftemperatur des Kühlmittels sichergestellt werden kann. Durch die sehr hohe Differenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur des Kühlmediums wird eine sehr große Menge an Abwärme frei, welche ganz oder teilweise in die Atmosphäre entweichen würde. Durch die Verwendung eines Wärmetauschers kann diese rückgewonnene Wärme in einen Heizkreislauf eingespeist werden. Desweiteren kann durch ein dem Wärmetauscher nachfolgendes geeignetes Aggregat ebenfalls diese Abwärme zur Dampf- und in weiterer Folge zur Stromerzeugung genutzt werden.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Flüssigmetall oder Salzschmelzen ist, dass bei Schäden an der Kokille keine Reaktion des Kühlmittels mit dem zu vergießenden oder umgeschmolzenen flüssigen Metall auftritt.
Der wesentliche Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch die Verwendung von unter erhöhtem Druck stehendem Wasser bzw. von flüssigen Metallschmelzen oder ionischen Flüssigkeiten ein positiver Effekt auf die Qualität des Stranges bzw. Umschmelzblockes erreicht wird. Durch die höhere Temperatur dieser Kühlmedien wird die Ersterstarrung des Metalls so verzögert, dass diese erst unterhalb des Meniskusbereiches einsetzt. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Kühlung flüssigkeitsgekühlter, meist aus Kupfer bestehender Kokillen, zum Stranggießen oder Umschmelzen selbstverzehrender Elektroden aus Stählen bzw. Metallen, bei welchem die Kühlwirkung des verwendeten Kühlmittels im Vergleich zu Wasser dadurch stark reduziert wird, sodass die primäre Erstarrung des flüssigen Metalls verzögert wird und erst unterhalb des Meniskus im Kontakt mit der Kokillenwand erfolgt. Um diesen Zweck zu erreichen, wird die Durchflussmenge des Kühlmittels bei Eintrittstemperaturen von Raumtemperatur, aber auch erheblich darüber so eingestellt, dass eine Austrittstemperatur des Kühlmittels von über 80 °C erreicht wird.
Die Temperaturdifferenz zwischen Kühlmitteleintritt und -austritt kann zur Erzielung des erfindungsgemäßen Zwecks dabei zwischen 5 °C und maximal 150 °C betragen.
Für die Erzielung guter Bedingungen wird vorzugsweise eine Eintrittstemperatur des Kühlmittels zwischen 60 °C und 100 °C gewählt und die Austrittstemperatur bei Temperaturdifferenzen zwischen 40 °C und 100 °C auf 100 °C bis 200 °C eingestellt. Um die erfindungsgemäß geforderten Temperaturen des Kühlmittels zu erreichen, kann grundsätzlich unter Druck stehendes Wasser verwendet werden. Dabei ist es erforderlich, den Druck im Kreislauf so einzustellen, dass eine Bildung von Dampfblasen im Kontakt mit der Kokillenwand verhindert wird.
Vorteilhaft ist auch die Verwendung von Metallschmelzen, die unter 100 °C flüssig sind.
Eine besonders günstige Lösung stellt die Verwendung ionischer Flüssigkeiten mit und ohne Wasseranteil dar, die über Raumtemperatur und bis mindestens 200 °C flüssig sind.
Für eine effektive Steuerung und Kontrolle der Erstarrungsvorgänge des flüssigen Metalls in der Kokille ist eine definierte Steuerung der Temperaturdifferenz zwischen Eintritt und Austritt des Kühlmittels im Bereich von mindestens 5 °C und maximal 150 °C erforderlich. Wesentlich ist dabei die Einhaltung der jeweils gewählten bzw. gewünschten Temperaturdifferenz bei einer definierten Kühlmitteleintrittstemperatur, die durch Rückkühlung des Kühlmittels in einem Wärmetauscher eingehalten werden kann.
Ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Kühlkreislauf verfügt über einen Vorratstank als Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel und eine Umwälzpumpe, mittels welcher das Kühlmittel durch die Stranggieß- bzw. Umschmelzkokille und einen Wärmetauscher gefördert wird, sowie entsprechende Ventile und Messgeräte zur Überwachung und Steuerung. Der Kühlkreislauf kann sowohl offen ausgeführt sein, sodass der Vorratstank auf Atmosphärendruck liegt oder auch geschlossen mit einem unter Druck stehenden Vorratstank.
In der einzigen Figur ist schematisch ein geschlossener Kühlkreislauf für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt mit einer Kokille 1 , welche als Gleit- bzw. Standkokille für den Stranggieß- bzw. Umschmelzprozess ausgeführt sein kann. Das Kühlmittel tritt über den Zulauf 2 mit einer Temperatur T1 , welche im Bereich zwischen Raumtemperatur und 300 °C liegt, in die Kokille 1 ein. Nach dem Durchströmen der Kokille 1 tritt das Kühlmittel mit einer erhöhten Temperatur T2 wieder aus dem Ablauf 3 der Kokille 1 aus (T2 = T1 +ΔΤ).
Die über einen Wärmetauscher 4 abgegebene Wärmemenge kann in weiterer Folge für eine Rückgewinnung der thermischen Energie genutzt werden. Über einen Sammelbehälter 5 und eine Pumpe 6 wird das Kühlmittel wieder in die Kokille 1 geleitet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Kühlung flüssigkeitsgekühlter, meist aus unlegiertem oder legiertem Kupfer bestehender Kokillen (1 ) zur Herstellung von Blöcken oder Strängen aus Metallen, vorzugsweise aus unlegierten oder legierten Stählen und Nickelbasislegierungen, in Anlagen zum Stranggießen oder zum Umschmelzen selbstverzehrender Elektroden unter Schlacke oder durch Lichtbogen unter Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwirkung der Kokille (1 ) im Vergleich zu einer üblichen Kühlung mit Wasser so reduziert wird, dass die Erstarrung des Metalls im Kontakt mit der durch das Kühlmittel gekühlten Kokillenwand so verzögert wird, dass die Erstarrung erst unterhalb des Meniskus einsetzt, wobei die Eintrittstemperatur (T1 ) des Kühlmittels in die Kokille (1 ) bei Raumtemperatur aber auch erheblich darüber liegen kann und die Durchflussmenge des Kühlmittels so eingestellt wird, dass eine Austrittstemperatur (T2) des Kühlmittels von über 80 °C erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen Ein- und Austrittstemperatur (T1 , T2) des Kühlmittels in die bzw. aus der Kokille (1 ) mindestens 5 °C und maximal 150 °C beträgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel unter erhöhtem Druck stehendes Wasser verwendet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine unter 100 °C flüssige Metallschmelze verwendet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine ionische Flüssigkeit, die auch über einen Wasseranteil verfügen kann und über Raumtemperatur und mindestens bis 200 °C flüssig ist, verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in einem Wärmetauscher (4) auf die gewünschte Kühlmitteleintrittstemperatur (T1 ) rückgekühlt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die rückgewonnene Wärme thermisch genützt wird.
8. Anlage zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Kühlmittel enthaltender Kühlkreislauf geschlossen ausgeführt ist und über eine Umwälzpumpe (6) verfügt, mittels welcher das Kühlmittel durch eine Stranggieß- oder Umschmelzkokille (1 ) gefördert wird, und dass der Kühlkreislauf weiterhin mit einem Kühlmittelvorratstank oder Ausgleichsbehälter sowie einem Wärmetauscher (4) zur Rückkühlung der Temperatur des Kühlmittels ausgestattet ist.
9. Anlage nach den Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel der geschlossene Kühlmittelkreislauf als Druckkreislauf ausgeführt ist.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wärmetauscher (4) rückgewonnene Wärme in einen Heizkreislauf eingespeist wird bzw. zur Dampf- und in weiterer Folge zur Stromerzeugung genutzt wird.
EP15710448.0A 2014-03-06 2015-03-03 Verfahren und anlage zur kühlung von flüssigkeitsgekühlten kokillen für metallurgische prozesse Active EP3113895B1 (de)

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ATA161/2014A AT515566A1 (de) 2014-03-06 2014-03-06 Verfahren zur Kühlung von flüssigkeitsgekühlten Kokillen für metallurgische Prozesse
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Publication Number Publication Date
EP3113895A1 true EP3113895A1 (de) 2017-01-11
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