EP3395472A1

EP3395472A1 - Continuous casting mould with flow-optimised cooling

Info

Publication number: EP3395472A1
Application number: EP18167873.1A
Authority: EP
Inventors: Oliver Wiens; Pawel Gabor; Mike Vetter
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2018-10-31
Also published as: DE102017206914A1

Abstract

Kokille (1) zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, vorzugsweise Stahl, mit mindestens einem Kühlkanal (30), der sich entlang einer Axialrichtung (M) erstreckt und eingerichtet ist, um von einem Kühlmittel in Axialrichtung (M) durchströmt zu werden, wobei der Kühlkanal (30) ein Drallerzeugungsmittel aufweist, das der Kühlmittelströmung eine definierte radiale Komponente vermittelt.Mold (1) for continuous casting of molten metals, preferably steel, with at least one cooling channel (30) extending along an axial direction (M) and adapted to be flowed through by an axial direction coolant (M), the cooling channel (30) has a swirl generating means, which mediates a defined radial component of the coolant flow.

Description

Technical area

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, vorzugsweise Stahl, mit einem oder mehreren Kühlkanälen.The invention relates to a mold for the continuous casting of molten metals, preferably steel, with one or more cooling channels.

Background of the invention

Eine Stranggießkokille ist eine trichterförmige Gießform, die meist aus wassergekühlten Kupferplatten aufgebaut ist. Üblicherweise weist die Kokille einen sich in Gießrichtung verjüngenden quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf. Die heiße Schmelze wird durch ein Tauchgießrohr in den Formraum der Kokille bis zum sogenannten Badspiegel eingeleitet und durch die sich konisch verjüngende Kokille transportiert, wodurch Brammen im Stranggießverfahren gegossen werden. Die konische Anstellung der Kokillenwände ist nötig, da der flüssige Stahl in der Kokille stark abkühlt und sich dabei zusammenzieht. Die Kokillenwände führen und kühlen den Strang, um ein definiertes Gießergebnis, frei von Rissen und Defekten zu erzielen.A continuous casting mold is a funnel-shaped casting mold, which is usually made up of water-cooled copper plates. Usually, the mold has a tapering in the casting direction square or rectangular cross-section. The hot melt is introduced through a Tauchgießrohr into the mold cavity of the mold to the so-called bath level and transported through the conically tapered mold, whereby slabs are cast in a continuous casting process. The conical adjustment of the mold walls is necessary because the liquid steel in the mold strongly cools and contracts. The mold walls guide and cool the strand to achieve a defined casting result, free of cracks and defects.

Um die Wärme des zu gießenden Stahls abzuleiten, weisen die Kokillenwände Kühlkanäle auf, durch die ein Kühlmittel, etwa Wasser, strömt. So beschreibt die WO 03/092931 A1 eine Kokille zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, die mit Kühlkanälen in der von der Kontaktfläche mit der Schmelze abgewandten Kokillenseite ausgestattet ist. Die Kühlkanalwände können beispielsweise als Glattrohre mit allenfalls fertigungstechnischer Rauheit ausgeführt sein. Bekannt sind außerdem sogenannte U-Slots mit Füllstücken, insbesondere auf dem Gebiet der Dünnbrammenkokillen, Bohrungen und einfache Kühlkanalgeometrien. Zur Verbesserung der Kühlwirkung ist es ferner bekannt, die Oberfläche der Kühlkanäle durch Riefen zu vergrößern oder die Kühlkanäle mit turbulenzerzeugenden Elementen zu versehen, um eine nicht-stationäre, verwirbelte Strömung zu erzeugen, wodurch eine bessere Durchmischung des Kühlmittels bewirkt wird. Derartige Maßnahmen gehen neben der oben genannten WO 03/092931 A1 auch aus der WO 2008/086856 A1 und EP 0 686 444 A1 hervor.In order to dissipate the heat of the steel to be cast, the mold walls have cooling channels through which a coolant, such as water, flows. That's how it describes WO 03/092931 A1 a mold for the continuous casting of molten metals, which is equipped with cooling channels in the facing away from the contact surface with the melt mold side. The cooling channel walls can be designed, for example, as smooth tubes with at most production-related roughness. Also known are so-called U-slots with patches, especially in the field of thin slab molds, holes and simple Kühlkanalgeometrien. To improve the cooling effect, it is also known to increase the surface of the cooling channels by scoring or the cooling channels with turbulence generating elements to produce a non-stationary, swirling flow, whereby a better mixing of the coolant is effected. Such measures go beyond those mentioned above WO 03/092931 A1 also from the WO 2008/086856 A1 and EP 0 686 444 A1 out.

Nicht in jedem Fall kann eine Dampffilmbildung an der Kühlkanalwand, die Temperaturen weit über 100°C aufweisen, unterbunden werden, was einen erheblichen Abfall des Wärmeaustauschs zur Folge haben kann. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels ist über den Querschnitt des Kühlkanals nicht konstant, sie verringert sich zur Kühlkanalwand hin bis zu 0 m/s. Dies führt dazu, dass die Ablösung der Dampfblasen aufgrund der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit im Randbereich unzureichend ist. Zwar werden die Dampfblasen ab einer bestimmten Größe vom Strom mitgerissen, sie verbleiben aber in der Nähe der Kühlkanalwand, wodurch es zur sogenannten Siedekrise kommen kann, die dann vorliegt, wenn die Dampfbildung dazu führt, dass der Flüssigfilm an der Kühlkanalwand abreißt und die Wärme somit nicht mehr ausreichend abgeführt werden kann. Es besteht dann die Gefahr der Überhitzung. Der zuverlässige und rasche Wärmeaustausch zwischen dem gegossenen Strang und den Kokillenwänden ist ein wichtiger Faktor für die Produktivität der Gießanlage und die Qualität der gegossenen Brammen.Not in every case, a vapor film formation on the cooling channel wall, which have temperatures well above 100 ° C, can be prevented, which can result in a significant drop in heat exchange. The flow velocity of the coolant is not constant over the cross section of the cooling channel, it decreases towards the cooling channel wall down to 0 m / s. As a result, the separation of the vapor bubbles due to the low flow velocity in the edge region is insufficient. Although the steam bubbles are entrained by the stream from a certain size, but they remain in the vicinity of the cooling channel wall, which can lead to the so-called boiling crisis, which occurs when the formation of vapor causes the liquid film on the cooling channel wall breaks off and thus the heat can no longer be sufficiently dissipated. There is then the danger of overheating. The reliable and rapid heat exchange between the cast strand and the mold walls is an important factor in the productivity of the casting plant and the quality of the cast slabs.

Presentation of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kokille zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, vorzugsweise Stahl, und ein Verfahren zum Kühlen einer solchen Kokille anzugeben, die eine höhere Produktivität und/oder Produktqualität ermöglichen.An object of the invention is to provide a mold for continuous casting of molten metals, preferably steel, and a method for cooling such mold, which allow higher productivity and / or product quality.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Kokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The object is achieved with a mold having the features of claim 1 and a method having the features of claim 6. Advantageous developments follow from the dependent claims, the following description of the invention and the description of preferred embodiments.

Die erfindungsgemäße Kokille dient zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, vorzugsweise Stahl. Sie weist eine oder mehrere Kokillenwände auf, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die trichterförmig zulaufend, gegebenenfalls verstellbar angeordnet sein können. Die Kokille weist mindestens einen Kühlkanal auf, der sich entlang einer Axialrichtung erstreckt und eingerichtet ist, um von einem Kühlmittel in Axialrichtung durchströmt zu werden. Die Angabe "Axialrichtung" dient der Festlegung einer Normalströmungsrichtung des Kühlmittels, sie schließt daher einen gekrümmten, kurvigen, gekreuzten Verlauf und andere geometrische Formen des Kühlkanals nicht aus. Vielmehr hat der Kühlkanal besonders bevorzugt eine zylindrische Form, gebildet aus einer oder mehreren Kühlkanalinnenwänden, so dass die Axialrichtung mit der Erstreckungsrichtung des Kühlkanals zusammenfällt, die jedoch - wie dargelegt - nicht geradlinig sein muss, sondern einer anderen, auch komplizierten Trajektorie folgen kann, solange die Normalströmungsrichtung entlang des Kühlkanals definiert ist. Der Kühlkanal kann etwa durch Bohren, Schneiden, Ätzen oder andere Techniken in die Kokillenwand eingebracht werden. Unter einer normalen Arbeitsbedingung ist das Kühlmittel vorzugsweise eine Flüssigkeit, besonders bevorzugt Wasser oder eine Mischung, die Wasser als eine Hauptkomponente aufweist.The mold according to the invention is used for the continuous casting of molten metals, preferably steel. It has one or more mold walls, preferably made of copper or a copper alloy, which can be arranged funnel-shaped, optionally adjustable. The mold has at least one cooling passage which extends along an axial direction and is arranged to be flowed through by a coolant in the axial direction. The term "axial direction" is used to define a normal flow direction of the coolant, so it does not exclude a curved, curved, crossed course and other geometric shapes of the cooling channel. Rather, the cooling channel particularly preferably has a cylindrical shape, formed from one or more cooling channel inner walls, so that the axial direction coincides with the direction of extension of the cooling channel, which - as stated - does not have to be rectilinear, but can follow another, even complicated trajectory, as long the normal flow direction is defined along the cooling channel. The cooling channel can be introduced into the mold wall, for example by drilling, cutting, etching or other techniques. Under a normal working condition, the coolant is preferably a liquid, more preferably water or a mixture having water as a main component.

Erfindungsgemäß weist der Kühlkanal ein Drallerzeugungsmittel auf, das der Kühlmittelströmung eine definierte radiale Komponente vermittelt. Unter einer "definierten" radialen Komponente ist zu verstehen, dass diese zumindest abschnittsweise gleichförmig ist, so dass die radiale rotierende Bewegung des Kühlmittels - im Unterschied zur durchmischenden, ungerichteten Turbulenz aus dem Stand der Technik - geordnet ist. In anderen Worten: Das Drallerzeugungsmittel ist dafür verantwortlich, dass das Kühlmittel in Rotation versetzt wird, wobei eine Achse entlang der oben definierten Axialrichtung, etwa die Mittellinie des Kühlkanals, sofern eine solche definierbar ist, als Rotationsachse dient. Die resultierende, wohldefinierte Bewegungsrichtung des Kühlmittels setzt sich somit aus der Normalströmungsrichtung entlang der Erstreckungsrichtung des Kühlkanals und einer überlagerten Rotationsbewegung mit radialer Komponente zusammen.According to the invention, the cooling channel has a swirl-generating means, which conveys a defined radial component to the coolant flow. A "defined" radial component is to be understood that this is at least partially uniform, so that the radial rotational movement of the coolant - in contrast to the intermixing, non-directional turbulence from the prior art - is ordered. In other words, that Swirl-generating means is responsible for causing the coolant to rotate, with an axis serving as an axis of rotation along the axial direction as defined above, such as the centerline of the cooling passage, if definable. The resulting, well-defined direction of movement of the coolant is thus composed of the normal flow direction along the direction of extension of the cooling channel and a superimposed rotational movement with radial component.

Durch den so hergestellten Drall, d.h. die Rotation des Kühlmittels bildet sich ein Sog, wodurch eine Phasentrennung des Kühlmittels stattfindet. Dampfblasen, die tendenziell an den heißesten Stellen, d. h. am Rand des Kühlkanals oder der Kühlkanalwand entstehen, werden ins Innere des Kühlkanals transportiert. Gleichzeitig sammelt sich die Flüssigphase des Kühlmittels am Rand, die benetzte Oberfläche vergrößert sich, wodurch ein optimaler Wärmeübergang von der Kühlkanalwand zum Kühlmittel begünstigt wird. Ferner erhöht sich durch den Strudel die Strömungsgeschwindigkeit an der Kühlkanalwand, wodurch die Dampffilmausprägung verzögert und die Blasenablösung von der Wand begünstigt wird. Durch diese Wirkungen kann die sogenannte Siedekrise vermieden oder zumindest herausgezögert werden. Eine Siedekrise liegt vor, wenn die Dampfbildung dazu führt, dass der Flüssigfilm an der Kühlkanalwand abreißt und die Wärme somit nicht mehr ordnungsgemäß abgeführt werden kann. Neben den beiden obigen Wirkungen - Phasentrennung, Blasenablösung durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit - finden Nebeneffekte statt, wie etwa eine temperaturbedingte Gasausscheidung. Die Dampfblasen bilden sich an Keimzellen an der Kühlkanalwand, lösen sich und werden wiederrum durch das Kühlmittel verdrängt. Durch diese Mechanismen wird der Wärmetransport begünstigt. Aufgrund des optimierten Wärmetransports werden die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Gießprozesses verbessert. Die Lebenszeit der Kokille, insbesondere die der Kupferplatten, sofern angewendet, wird erhöht, da temperaturabhängige Rekristallisationsprozesse speziell bei Kupferwerkstoffen verringert werden oder nicht mehr auftreten. Dadurch lässt sich die Gießleistung verbessern sowie die Gießgeschwindigkeit erhöhen. Ferner kann durch die optimierte Kühlleistung die Wassermenge zur Kühlung reduziert werden. Dies wiederrum führt zu einer Energieeinsparung durch eine geringere Pumpenleistung.By the swirl thus produced, ie, the rotation of the coolant, a suction is formed, whereby a phase separation of the coolant takes place. Steam bubbles, which tend to occur at the hottest points, ie at the edge of the cooling channel or the cooling channel wall, are transported into the interior of the cooling channel. At the same time, the liquid phase of the coolant collects at the edge, the wetted surface increases, whereby an optimal heat transfer from the cooling channel wall to the coolant is promoted. Furthermore, the flow velocity at the cooling channel wall increases due to the vortex, which delays the steam film formation and promotes bubble separation from the wall. Through these effects, the so-called boiling crisis can be avoided or at least delayed. A boiling crisis occurs when the formation of vapor causes the liquid film on the cooling channel wall to break off and the heat can thus no longer be dissipated properly. In addition to the above two effects - phase separation, bubble separation by increasing the flow velocity - side effects take place, such as a temperature-related gas excretion. The vapor bubbles form on germ cells on the cooling channel wall, dissolve and are in turn displaced by the coolant. Through these mechanisms, the heat transfer is promoted. The optimized heat transport improves the safety and reliability of the casting process. The lifetime of the mold, in particular that of the copper plates, if used, is increased because temperature-dependent recrystallization processes are reduced or no longer occur, especially with copper materials. This allows the casting performance improve as well as increase the casting speed. Furthermore, the amount of water for cooling can be reduced by the optimized cooling performance. This in turn leads to energy savings through a lower pump performance.

Vorzugsweise ist der Kühlkanal zylindrisch ausgebildet und weist einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung auf. Dadurch lässt sich das Kühlmittel besonders einfach in Rotation versetzen, und die Rotation kann ungestört über weite Strecken aufrechterhalten werden. Dies führt zu einer weiteren Optimierung des Strömungsverhaltens. Abweichungen, insbesondere leichte Abweichungen von einem kreisförmigen Querschnitt sind allerdings möglich. So kann der Kühlkanal beispielsweise einen ovalen, elliptischen oder polygonalen Querschnitt aufweisen, sofern das oben beschriebene Strömungsverhalten erzeugt werden kann.Preferably, the cooling channel is cylindrical and has a circular cross-section perpendicular to the extension direction. This makes it particularly easy to set the coolant in rotation, and the rotation can be maintained undisturbed over long distances. This leads to a further optimization of the flow behavior. Deviations, in particular slight deviations from a circular cross section, are however possible. For example, the cooling channel may have an oval, elliptical or polygonal cross section, provided that the flow behavior described above can be generated.

Vorzugsweise umfasst das Drallerzeugungsmittel eine oder mehrere Rillen und/oder Rippen, die besonders bevorzugt spiralförmig an der Kühlkanalinnenwand vorgesehen sind. Die Anzahl, Steigung und Ausprägung (Tiefe bzw. Höhe), sowie der Abstand, die Flankengeometrie und andere geometrische Parameter der Rillen oder Rippen können im Hinblick auf die beabsichtigte Drallbildung, den Durchfluss (insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit) und die Wärmeanforderung des Systems optimiert werden. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Drallströmung des Kühlmittels durch spiralförmige Rillen und/oder Rippen erzielt. Gemäß einer anderen Ausführungsform befinden sich im Kühlkanal, vorzugsweise am Eintritt des Kühlkanals, ein oder mehrere Flügel, die ähnlich Turbinenschaufeln ausgebildet sein können. Die Flügel oder Schaufeln können stationär oder beweglich ausgebildet sein. Andere Drallerzeugungsmittel umfassen ein Drallblech oder Draht, vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Bohr-oder Schlitzlänge. Ferner kann der Drall erzeugt oder die Drallbildung gefördert werden, indem das Kühlmittel tangential zugeführt wird.Preferably, the swirl generating means comprises one or more grooves and / or ribs, which are particularly preferably provided spirally on the cooling channel inner wall. The number, pitch, and extent, as well as the spacing, flank geometry, and other geometric parameters of the grooves or ribs, can be optimized for the intended swirling, flow (especially flow rate), and heat demand of the system. According to this preferred embodiment, the swirl flow of the coolant is achieved by spiral grooves and / or ribs. According to another embodiment are in the cooling channel, preferably at the entrance of the cooling channel, one or more wings, which may be formed similar to turbine blades. The wings or blades may be stationary or movable. Other swirl generating means include a swirl or wire, preferably substantially the entire length of the bore or slot. Further, the swirl can be generated or the swirling can be promoted by the coolant is supplied tangentially.

Da der Übergang von der einphasigen flüssigen Kühlmittelströmung zur zweiphasigen Flüssig/Gas-Strömung gerade im hochtemperaturbelasteten Meniskusbereich, d.h. im Bereich des Badspiegels der Kokille gegeben ist, ist der Kühlkanal mit Drallerzeugungsmittel vorzugsweise auf der Höhe des Badspiegels vorgesehen.Since the transition from the single-phase liquid refrigerant flow to the two-phase liquid-gas flow is precisely in the high-temperature-loaded meniscus region, i. Given in the region of the bath level of the mold, the cooling channel with swirl-generating means is preferably provided at the height of the bath level.

Die oben dargelegte Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren gelöst, das zum Kühlen einer Kokille zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, vorzugsweise Stahl, vorgesehen ist. Die Kokille ist wie oben beschrieben aufgebaut. Gemäß dem Verfahren wird das Kühlmittel so bereitgestellt und/oder in Umlauf gebracht, dass es den Kühlkanal in Axialrichtung durchströmt. Ferner wird eine definierte radiale Komponente der Kühlmittelströmung erzeugt, wodurch das Kühlmittel in Rotation versetzt wird, wobei eine Achse entlang der oben definierten Axialrichtung als Rotationsachse fungiert. Somit findet eine Trennung der Flüssigphase und Gasphase des Kühlmittels statt, wobei Gasblasen, die tendenziell am Rand des Kühlkanals oder an einer Kühlkanalinnenwand entstehen, ins Innere des Kühlkanals transportiert werden.The above object is further achieved by a method which is provided for cooling a mold for the continuous casting of molten metals, preferably steel. The mold is constructed as described above. According to the method, the coolant is provided and / or circulated so as to flow through the cooling passage in the axial direction. Furthermore, a defined radial component of the coolant flow is generated, whereby the coolant is set in rotation, wherein an axis along the above-defined axial direction acts as a rotation axis. Thus, a separation of the liquid phase and gas phase of the coolant takes place, wherein gas bubbles, which tend to arise at the edge of the cooling channel or on a cooling channel inner wall, are transported into the interior of the cooling channel.

Die technischen Wirkungen, bevorzugten Ausführungsformen und Beiträge zum Stand der Technik, die mit Bezug auf die Kokille beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren zum Kühlen der Kokille.The technical effects, preferred embodiments and contributions to the prior art, which have been described with reference to the mold, apply analogously to the method for cooling the mold.

Die beschriebene Kokille dient zum Stranggießen von schmelzflüssigen Metallen, vorzugsweise Stahl. Besonders bevorzugt weist die Kokille Wände aus einer oder mehreren Kupferplatten auf, die als Wärmetauscher besonders geeignet sind. Die Erfindung eignet sich zum Kühlen von Dünnbrammenkokillen mit Verdrängerkörpern oder Tieflochbohrungen zur Formgebung des einen oder der mehreren Kühlkanäle.The described mold is used for the continuous casting of molten metals, preferably steel. Particularly preferably, the mold on walls of one or more copper plates, which are particularly suitable as a heat exchanger. The invention is suitable for cooling thin-slab molds with displacers or deep-hole bores for shaping the one or more cooling channels.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.Further advantages and features of the present invention will be apparent from the following description of preferred embodiments. The features described therein may be implemented alone or in combination with one or more of the features set forth above insofar as the features do not conflict. The following description of the preferred embodiments is made with reference to the accompanying drawings.

Brief description of the figures

Die Figur 1 zeigt schematisch eine Stranggießanlage mit Kokille im Längsschnitt mit nachgeordneter Stützführung.The FIG. 1 schematically shows a continuous casting with mold in longitudinal section with subordinate support guide.

Die Figur 2 zeigt schematisch die Innenwandstruktur eines Kühlkanals, wobei der Figurenausschnitt a) eine aufgeschnittene dreidimensionale Ansicht ist und der Figurenausschnitt b) einen Längsschnitt durch den Kühlkanal zeigt.The FIG. 2 shows schematically the inner wall structure of a cooling channel, wherein the figure detail a) is a cutaway three-dimensional view and the figure detail b) shows a longitudinal section through the cooling channel.

Detailed description of preferred embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.In the following, preferred embodiments will be described with reference to the figures. In this case, identical, similar or equivalent elements are provided with identical reference numerals, and a repetitive description of these elements is partially omitted in order to avoid redundancies.

Die Figur 1 zeigt schematisch eine Stranggießanlage mit einer Kokille 1. Unterhalb der Kokille 1 sind ein Führungsgitter 2, mehrere Stützführungsrollen 3 und ein Treibrollenpaar 4 angeordnet. Zur Umleitung des gegossenen Stranges 5 in die Horizontale sind eine Biegerolle 6 und eine Leitrolle 7 vorgesehen. Zum Geraderichten des Stranges 5 nach der Umleitung dient ein Richttreiber 8. Der gegossene Strang 5 kann unterhalb der Kokille durch Aufsprühen von Wasser gekühlt werden.The FIG. 1 schematically shows a continuous casting with a mold 1. Below the mold 1, a guide grid 2, a plurality of support guide rollers 3 and a pair of drive rollers 4 are arranged. For diverting the cast strand 5 in the horizontal, a bending roller 6 and a guide roller 7 are provided. To straighten the strand 5 after the detour is a straightening 8. The Cast strand 5 can be cooled below the mold by spraying water.

Der Formraum 9 der Kokille 1 wird hier beispielhaft durch eine ebene Formwandung 10' einer ersten Breitseitenwand 10 und eine gewölbte Formwandung einer zweiten Breitseitenwand 11, sowie zwei dazwischen angeordnete Schmalseitenwände (in der Figur 1 nicht gezeigt) aufgebaut. Die ebene erste Breitseitenwand 10 und die ebenen seitlichen und unteren Flächen der gewölbten zweiten Breitseitenwand 11 sind in einem Winkel α zur Vertikalen geneigt. Ein Kokillenrahmen 13 ist an einer Oszillationsführung 14 verschiebbar vorgesehen. Die beispielhafte Oszillationsrichtung entsprechend dem Neigungswinkel α der ebenen Breitseitenwand 10 ist durch einen Doppelpfeil 15 verdeutlicht. Das Führungsgitter 2 und die Stützführungsrollen 3 bilden eine im Winkel α zur Vertikalen geneigte, d.h. der Strangaustrittsrichtung entsprechende Führungsbahn.The mold space 9 of the mold 1 is exemplified here by a flat mold wall 10 'of a first broad side wall 10 and a curved mold wall of a second broad side wall 11, and two narrow side walls arranged therebetween (in the FIG. 1 not shown). The planar first broad side wall 10 and the flat lateral and lower surfaces of the curved second broad side wall 11 are inclined at an angle α to the vertical. A mold frame 13 is slidably provided on an oscillation guide 14. The exemplary oscillation direction corresponding to the inclination angle α of the flat broad side wall 10 is illustrated by a double arrow 15. The guide grid 2 and the support guide rollers 3 form an inclined α at an angle to the vertical, ie the strand exit direction corresponding guide track.

Die Stahlschmelze wird durch ein Tauchgießrohr 16 in den Formraum 9 der Kokille 1 bis zum Badspiegel 17 eingeleitet. Das Tauchgießrohr 16 ist zur Gewährleistung eines ausreichenden Freiraumes zu den Formwandungen vorzugsweise abgeflacht. Während des Gießbetriebs befinden sich seitliche Ausströmungsöffnungen 18 unterhalb des Badspiegels 17.The molten steel is introduced through a submersible pouring tube 16 into the forming space 9 of the mold 1 to the bath level 17. The immersion casting tube 16 is preferably flattened to ensure sufficient free space to the mold walls. During the casting operation, lateral outflow openings 18 are located below the bath level 17.

In den Breitseitenwänden 10, 11 und Schmalseitenwänden der Kokille befinden sich Kühlkanäle 30, durch die ein Kühlmittel strömt. Das Kühlmittel ist vorzugsweise Wasser oder eine Mischung, deren Hauptkomponente Wasser ist. Die Kühlkanäle 30 verlaufen vorzugsweise parallel zu den Innenflächen der Breitseitenwände 10, 11 und Schmalseitenwände. Durch die rasche Abkühlung der Stahlschmelze erstarrt diese an den Kokillenwandungen zu einer Strangschale 20.In the wide side walls 10, 11 and narrow side walls of the mold are cooling channels 30 through which a coolant flows. The coolant is preferably water or a mixture whose main component is water. The cooling channels 30 preferably run parallel to the inner surfaces of the broad side walls 10, 11 and narrow side walls. Due to the rapid cooling of the molten steel, this solidifies on the mold walls to form a strand shell 20.

Die Figur 2 zeigt schematisch die Innenwandstruktur eines beispielhaften Kühlkanals 30. Hierbei ist der Figurenausschnitt a) eine aufgeschnittene dreidimensionale Ansicht, während Figurenausschnitt b) einen Längsschnitt durch den Kühlkanal 30 zeigt.The FIG. 2 schematically shows the inner wall structure of an exemplary cooling channel 30. Here, the figure detail a) is a cutaway three-dimensional view, while Figure detail b) shows a longitudinal section through the cooling channel 30.

Der Kühlkanal 30 ist zylindrisch ausgebildet, er weist einen wenigstens ungefähr kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Mittellinie M auf, die sich in Längsrichtung des Kühlkanals 30 erstreckt. Zwar ist eine solche zylindrische Form, insbesondere ein kreisförmiger Querschnitt, bevorzugt, da er der weiter unten beschriebenen Drallwirkung zuträglich ist, allerdings kommen auch andere Querschnitte - etwa ein ovaler, elliptischer oder polygonaler - infrage, sofern Mittel vorhanden sind und die Geometrie geeignet ist, eine strudelähnliche, rotierende Strömung des Kühlmittels zu erreichen.The cooling channel 30 is cylindrical, it has an at least approximately circular cross-section perpendicular to the center line M, which extends in the longitudinal direction of the cooling channel 30. Although such a cylindrical shape, in particular a circular cross-section, is preferred because it is beneficial to the swirl effect described below, but other cross sections - such as an oval, elliptical or polygonal - in question, if funds are available and the geometry is suitable, to achieve a swirl-like, rotating flow of the coolant.

Zu diesem Zweck weist die Innenwand des Kühlkanals 30 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Rillen, d.h. Vertiefungen 31 auf, die wie ein Gewinde spiralförmig eingeprägt oder ausgeschnitten oder auf andere Weise eingebracht sind. Eine Herstellungsmöglichkeit der Rillen 31 besteht darin, mit einem Spezialwerkzeug einen spiralförmigen Verlauf in die Innenwand des Kühlkanals 30 einzuschneiden. Das zylindrische Werkzeug hinterlässt auf der Kühlkanalwand Rillen 31 oder Riefen, die spiralförmig parallel oder auch kreuzend verlaufen können.For this purpose, in the present embodiment, the inner wall of the cooling channel 30 has one or more grooves, i. Recesses 31 which are like a thread spirally stamped or cut or otherwise introduced. A manufacturing possibility of the grooves 31 is to cut with a special tool a spiral shape in the inner wall of the cooling channel 30. The cylindrical tool leaves on the cooling channel wall grooves 31 or grooves, which can run in a spiral parallel or crossing.

Die beschriebene Geometrie des Kühlkanals 30 führt nun dazu, dass die normale Axialströmung entlang der Achse M von einer Drallströmung überlagert wird, die eine definierte radiale Komponente aufweist. Durch die Rillen 31 entsteht somit im Unterschied zu turbulenzerzeugenden Elementen aus dem Stand der Technik keine ungerichtete, durchmischende Turbulenz des Kühlmittels, sondern das Kühlmittel erfährt ein wohldefiniertes Strömungsverhalten, das sich aus einer Normalströmung entlang der Längsrichtung des Kühlkanals 30 und einer überlagerten Drallströmung, d.h. strudelähnlichen Strömung mit radialer Komponente zusammensetzt. Dadurch werden Dampfblasen, die durch das Verdampfen der Flüssigkeit tendenziell an der Kühlkanalwand entstehen, ins Innere des Kühlkanals 30 transportiert. Es findet somit eine Phasentrennung des Kühlmittels statt, wobei die Flüssigkomponente sich am Rand des Kühlkanals sammelt, während die Gaskomponente nach innen transportiert wird. Die Anzahl, Steigung und Ausprägung (Tiefe bzw. Höhe), sowie der Abstand, die Flankengeometrie und andere geometrische Parameter der Rillen 31 können im Hinblick auf die beabsichtigte Drallbildung, den Durchfluss (insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit) und die Wärmeanforderung des Systems optimiert werden. Durch den Drall entsteht ein Sog, der die Separation der Zweiphasenströmung begünstigt und die Gasphase auf die besprochene Weise ins Zentrum des Kühlkanals 30 drängt. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Kühlkanalwand und dem Kühlmittel geschaffen. Ferner erhöht sich die grenzschichtnahe Strömungsgeschwindigkeit an der Kühlkanalwand, wodurch die Dampffilmausprägung verzögert sowie die Blasenablösung von der Wand begünstigt wird. Durch diese Wirkungen erfolgt eine optimale Benetzung der Kühlkanalwand. Folglich ist ein optimierter Wärmeübergang zwischen der Kühlkanalwand und dem Kühlmittel gegeben.The described geometry of the cooling channel 30 now causes the normal axial flow along the axis M is superimposed by a swirl flow having a defined radial component. In contrast to turbulence-generating elements of the prior art, the grooves 31 thus do not produce undirected, mixing turbulence of the coolant, but the coolant experiences a well-defined flow behavior resulting from a normal flow along the longitudinal direction of the cooling channel 30 and a superimposed swirl flow, ie swirl-like Flow with radial Component composed. As a result, vapor bubbles, which tend to form on the cooling channel wall as a result of the evaporation of the liquid, are transported into the interior of the cooling channel 30. Thus, there is a phase separation of the coolant, wherein the liquid component collects at the edge of the cooling channel, while the gas component is transported inwards. The number, slope, and extent, as well as the distance, flank geometry, and other geometric parameters of the grooves 31 can be optimized for the intended swirl formation, flow (in particular, flow rate), and heat demand of the system. The swirl creates a suction which promotes the separation of the two-phase flow and forces the gas phase into the center of the cooling channel 30 in the manner discussed. As a result, an optimal heat transfer between the cooling channel wall and the coolant is created. Furthermore, the boundary layer near flow velocity increases at the cooling channel wall, whereby the steam film extrusion delayed and the bubble separation is favored by the wall. These effects result in optimum wetting of the cooling channel wall. Consequently, there is an optimized heat transfer between the cooling channel wall and the coolant.

Die obigen technischen Wirkungen gehen aus dem Figurenausschnitt 2b) hervor, in dem die wandseitige Flüssigphase des Kühlmittels mit dem Bezugszeichen 32 und die nach innen tendierende Gasphase mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet sind. Das Kühlmittel F strömt im Figurenausschnitt 2b) von unten in den Kühlkanal 30 ein und wird durch die Rillen 31 in Rotation versetzt. Die mit der Flüssigphase 32 benetzte Oberfläche ist vergrößert und begünstigt einen optimalen Wärmeübergang zur Kühlkanalwand. Durch diese wohldefinierte und beabsichtigte Phasentrennung kann die sogenannte Siedekrise vermieden oder zumindest herausgezögert werden. Eine Siedekrise liegt vor, wenn die Dampfbildung dazu führt, dass der Flüssigfilm an der Kühlkanalwand abreißt und die Wärme somit nicht mehr ordnungsgemäß abgeführt werden kann.The above technical effects are apparent from the figure cutout 2b), in which the wall-side liquid phase of the coolant with the reference numeral 32 and the inwardly sloping gas phase with the reference numeral 33 are designated. The coolant F flows in the figure cutout 2b) from below into the cooling channel 30 and is rotated by the grooves 31 in rotation. The wetted with the liquid phase 32 surface is enlarged and favors optimal heat transfer to the cooling channel wall. Through this well-defined and intended phase separation, the so-called boiling crisis can be avoided or at least delayed. A boiling crisis occurs when the formation of vapor causes the liquid film on the cooling channel wall to break off and the heat can thus no longer be dissipated properly.

In der Ausführungsform der Figur 2 wird die Drallströmung des Kühlmittels durch spiralförmige Rillen 31 erzielt. Gemäß einer anderen Ausführungsform befinden sich im Kühlkanal 30, vorzugsweise am Eintritt des Kühlkanals 30, ein oder mehrere Flügel, die ähnlich Turbinenschaufeln ausgebildet sind. Andere Mittel sind ein Drallblech oder Draht, vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Bohr- oder Schlitzlänge. Ferner kann der Drall erzeugt oder die Drallbildung gefördert werden, indem das Kühlmittel tangential zugeführt wird. Für Kokillenplatten mit Füllstücken ist eine strömungsoptimierte Prägung der Füllstücke technisch realisierbar.In the embodiment of the FIG. 2 the swirl flow of the coolant is achieved by spiral grooves 31. According to another embodiment are in the cooling channel 30, preferably at the entrance of the cooling channel 30, one or more wings, which are similar to turbine blades. Other means are a swirl or wire, preferably substantially the entire length of the drill or slot. Further, the swirl can be generated or the swirling can be promoted by the coolant is supplied tangentially. For mold plates with filler pieces a flow-optimized embossing of the filler is technically feasible.

Vorzugsweise durchströmt das Kühlmittel den Kühlkanal 30 mit einer Geschwindigkeit relativ zur Kühlkanalwand von mehr als 7 m/s, um die Dampffilmbildung wirksam zu unterbinden. Da der Übergang von der einphasigen Kühlmittelströmung zur zweiphasigen Flüssig/Gas-Strömung gerade im hochtemperaturbelasteten Meniskusbereich, d.h. im Bereich des Badspiegels 17 gegeben ist, sind Kühlkanäle vorzugsweise in diesem Bereich mit Mitteln zur Drallbildung versehen.Preferably, the coolant flows through the cooling channel 30 at a speed relative to the cooling channel wall of more than 7 m / s in order to effectively prevent the vapor film formation. Since the transition from the single-phase refrigerant flow to the two-phase liquid-gas flow is precisely in the high-temperature-loaded meniscus region, i. Given in the region of the bath level 17, cooling channels are preferably provided in this area with means for swirling.

Neben den oben beschriebenen technischen Wirkungen finden Nebeneffekte statt, wie etwa eine temperaturbedingte Gasausscheidung. Die Dampfblasen bilden sich an Keimzellen an der Kühlkanalwand, lösen sich und werden wiederrum durch das Kühlmittel verdrängt. Durch diesen Mechanismus wird der Wärmetransport begünstigt. Durch die besprochene Radialströmung, d.h. den Drall wird das Ablösen der Dampfblasen erleichtert, es kommt zu einem intensiven Stoffaustausch, wodurch die Kühlleistung erhöht werden kann.In addition to the technical effects described above, side effects such as a temperature-related gas excretion occur. The vapor bubbles form on germ cells on the cooling channel wall, dissolve and are in turn displaced by the coolant. By this mechanism, the heat transport is favored. Through the discussed radial flow, i. the swirl facilitates the detachment of the vapor bubbles, it comes to an intensive mass transfer, whereby the cooling capacity can be increased.

Aufgrund des optimierten Wärmetransports können die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Gießprozesses verbessert werden. Die Lebenszeit der Kokille, insbesondere die der Kupferplatten, sofern als Kokillenwände angewendet, wird erhöht, da temperaturabhängige Rekristallisationsprozesse speziell bei Kupferwerkstoffen verringert werden oder nicht mehr auftreten. Dadurch lässt sich die Gießleistung verbessern sowie die Gießgeschwindigkeit erhöhen. Ferner kann durch die optimierte Kühlleistung die Wassermenge zur Kühlung reduziert werden. Dies wiederrum führt zu einer Energieeinsparung durch eine geringere Pumpenleistung.Due to the optimized heat transport, the safety and reliability of the casting process can be improved. The lifetime of the mold, in particular that of the copper plates, if used as mold walls, is increased because temperature-dependent recrystallization processes are reduced or no longer occur, especially with copper materials. This can be done improve the casting performance and increase the casting speed. Furthermore, the amount of water for cooling can be reduced by the optimized cooling performance. This in turn leads to energy savings through a lower pump performance.

Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all the individual features illustrated in the embodiments may be combined and / or interchanged without departing from the scope of the invention.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kokillemold
22: Führungsgittertransfer grilles
33: StützführungsrollenSupporting guide rollers
44: TreibrollenpaarPair of driving rollers
55: Gegossener StrangCast strand
66: Biegerollebending roller
77: Leitrollesheave
88th: Richttreiberstraightening
99: Formraumcavity
1010: Erste BreitseitenwandFirst broadside wall
10'10 ': Formwandungmold wall
1111: Zweite BreitseitenwandSecond broadside wall
1313: Kokillenrahmenmold frame
1414: Oszillationsführungoscillating guide
1515: Oszillationsrichtungoscillation
1616: Tauchgießrohrimmersing
1717: BadspiegelBathroom mirror
1818: Ausströmungsöffnungexhaust port
2020: Strangschalestrand shell
3030: Kühlkanalcooling channel
3131: Rillegroove
3232: Flüssigphase des KühlmittelsLiquid phase of the coolant
3333: Gasphase des KühlmittelsGas phase of the coolant

MM: Mittellinie des Kühlkanals/AxialrichtungCenter line of the cooling channel / axial direction
FF: Kühlmittelcoolant

Claims

Mold (1) for the continuous casting of molten metals, preferably steel, with at least one cooling channel (30) extending along an axial direction (M) and adapted to be traversed by a coolant (F) in the axial direction (M), in which
the cooling channel (30) has a swirl generating means, which mediates a defined radial component of the coolant flow.

Mold (1) according to claim 1, characterized in that the cooling channel (30) is cylindrical, preferably has a circular cross-section perpendicular to the axial direction (M).

Mold (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channel (30) has a cooling channel inner wall and the swirl generating means comprises one and / or a plurality of grooves (31) or ribs, which are preferably provided spirally on the cooling channel inner wall.

Mold (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl-generating means comprises one or more vanes.

Mold (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (30) with swirl-generating means at the level of the bath level (17) of the mold (1) is provided.

A method of cooling a mold (1) for continuously casting molten metals, preferably steel, said mold (1) having at least one cooling channel (30) extending along an axial direction (M), said method comprising: Providing the coolant (F) so that it flows through the cooling channel (30) in the axial direction (M);

Generating a defined radial component of the coolant flow, whereby the coolant is set in rotation, wherein an axis along the axial direction (M) acts as a rotation axis.