EP3461570B1 - Stranggiesskokille - Google Patents
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- EP3461570B1 EP3461570B1 EP18190667.8A EP18190667A EP3461570B1 EP 3461570 B1 EP3461570 B1 EP 3461570B1 EP 18190667 A EP18190667 A EP 18190667A EP 3461570 B1 EP3461570 B1 EP 3461570B1
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- European Patent Office
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- mould
- cooling channels
- mold
- upper region
- continuous casting
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Classifications
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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
- B22D11/055—Cooling the moulds
Definitions
- the invention relates to a continuous casting mold according to the preamble of claim 1.
- cooling channels serve the purpose that the thermally particularly highly stressed areas of the mold walls of a continuous casting mold can be cooled with coolant, in particular with cooling water.
- coolant in particular with cooling water.
- cooling channels can e.g. be designed in the form of deep holes, cooling slots or cooling slots with filler pieces.
- a conventional continuous casting mold is in WO 2010/003695 A1 shown.
- the mold has an intensive cooling zone in its upper region, with deep-hole bores running essentially vertically being formed in the broad side walls of the mold.
- the mold In its lower area, the mold has a normal cooling zone, with grooves or pockets incorporated in the mold walls of the mold, which are closed by at least one filler piece and thereby form cooling or flow channels in the normal cooling zone.
- the deep hole bores provided in the intensive cooling zone open into the grooves or pockets of the normal cooling zone.
- the cooling channels of the intensive cooling zone as well as the normal cooling zone are connected to a common water supply by means of which the mold is fed with cooling water.
- FIG. 11 shows a cross-sectional view of a continuous casting mold according to FIG WO 2010/003695 A1 .
- the note "inlet” indicates that cooling water flows into the cooling channels in the lower region of the mold, the cooling water then entering the bores formed in the intensive cooling zone and then flowing out again in the upper region of the mold, as by marked “return”.
- the flow channels in the lower region of the mold and the bores in the upper region of the mold form a common coolant circuit. This is associated with the disadvantage that an individual or separate supply of the upper area and the lower area of the mold with coolant is not possible.
- EP 1 356 879 A1 shows a continuous casting mold for liquid metals, which has a mold wall in the form of a copper plate. Cooling channels running in the casting direction are formed in this copper plate, through which coolant can be passed and heat can be dissipated as a result.
- a liquid-cooled continuous casting mold which has a shaping mold body made of a material of high thermal conductivity such as copper or a copper alloy.
- cooling channels are provided which extend from the top to the bottom.
- the distance between a cooling channel and the casting surface in the mold body varies.
- the invention is based on the object of optimizing a continuous casting mold with regard to the supply of coolant.
- the invention provides a continuous casting mold which is used in the continuous casting of a metal strand, in particular a steel strand.
- a continuous casting mold comprises at least one mold wall which has first cooling channels in an upper region of the mold and in a lower region of the mold is provided with second cooling channels. These cooling channels are connected to a coolant supply for the supply of coolant.
- the first cooling channels in the upper region of the mold and the second cooling channels in the lower region of the mold can be sealed off from one another or separated from one another by a separating element, so that on the one hand the first cooling channels in the upper region of the mold and on the other hand the second cooling channels in the lower region of the mold each form a separate circuit for coolant.
- the first cooling channels have a variable distance from one another in the upper region in the mold in the longitudinal direction of the mold wall.
- the second cooling channels provided in the lower region of the mold are each formed by grooves or pockets machined into a mold wall of the mold, which are closed by at least one filler piece to form a flow channel, the first cooling channels provided in the upper region of the mold into the grooves from above or pockets open.
- the filler piece can be inserted into the mold wall of the mold from its cold side, which serves as an inlet for the first cooling channels and as a return for the second cooling channels.
- the first cooling channels in the upper region of the mold can have a variable distance from the hot side of the mold.
- the formation of the first cooling channels in such a way that they have a variable distance from one another in the longitudinal direction of the mold wall is particularly useful in the event that the first cooling channels are designed in particular in the form of bores in a broad side wall of the mold.
- the variable spacing of the first cooling channels or bores from one another then relates to a longitudinal direction of the broad side wall.
- the terms “upper area” and “lower area” relate to a mold, the mold walls of which are arranged essentially vertically, with a melt material being filled into the mold from above. Accordingly, the upper region of the mold is located close to or adjacent to the meniscus with which the mold is filled with the liquid metal to be cast. In the lower area of the mold - as usual - the mold outlet is provided, where a strand of the liquid metal emerges from the mold and is transferred into a strand guide.
- the invention is based on the essential knowledge that due to the fluid-technical partitioning or separation of the first cooling channels in the upper region of the mold from the second cooling channels, which are provided in the lower region of the mold, it is possible that in particular the first cooling channels in the upper region the mold can be fed with coolant with its own pressure level, its own flow rate and possibly also with its own temperature, namely independently of the second cooling channels which are provided in the lower region of the mold. In this way, a stronger cooling can be achieved by means of the first cooling channels in the upper area of the mold compared to the lower area. Accordingly, the first cooling channels in the upper area of the mold form an intensive cooling zone. Thus, with such an individual cooling of the upper area of the mold, which adjoins the meniscus, the problem of the so-called "heat lobe" that occurs in the area below the meniscus can be effectively countered.
- the first cooling channels in the upper region of the mold and the second cooling channels in the lower region of the mold can expediently each be connected to a separate coolant supply.
- flow conditions with regard to pressure, throughput and temperature can be achieved for the first cooling channels in the upper region of the mold, which flow conditions are independent of the second cooling channels in the lower region of the mold.
- the coolant quantities for the circuit in the upper region of the mold and for the circuit in the lower region of the mold can be regulated separately from one another, e.g. depending on a particular casting speed and / or a specific metallic material that is produced in the continuous casting process.
- the above-mentioned individual cooling in its upper area for adaptation to a particular casting process, can be ensured in the same way that the first cooling channels provided in the intensive cooling zone have a variable distance from the hot side of the mold and, for example, in the form of bores are trained.
- a further contribution to the individual cooling of the mold in its upper area is that the first cooling channels provided in the intensive cooling zone are designed in a broad side wall of the mold, for example in the form of bores, and each have a variable distance from one another.
- an intensive cooling zone of individually arranged cooling channels for example in the form of deep hole bores in the upper part of a mold wall of the mold, is realized, which is adapted to the requirements of the casting process and the material produced with it.
- the bores can be arranged close to one another in order to generate a locally adapted intensive cooling effect.
- a targeted influencing of the bores and the cooling effect associated therewith can also be achieved in that these bores are arranged obliquely in the direction of a vertical, ie run at an angle to the vertical.
- the first cooling channels provided in the intensive cooling zone or in the upper region of the mold open into the grooves or pockets which are formed in the normal cooling zone or in the lower region of the mold.
- the first cooling channels of the intensive cooling zone and the second cooling channels of the normal cooling zone are then correspondingly fluidly connected to one another.
- the coolant circuits in the intensive cooling zone and in the normal cooling zone can then be fed by a common coolant supply, with an individual cooling of the mold in its upper area through the characteristic or variable spacing of the first cooling channels from one another and / or from Hot side of the mold is ensured.
- the mold wall of the mold in which the first and second cooling channels of the intensive cooling zone and the normal cooling zone are formed, is made of a material of high thermal conductivity, in particular copper or a copper alloy.
- Fig. 1 shows a cross-sectional view of a mold wall 12 of the continuous casting mold 10 according to the invention according to a first embodiment.
- This mold wall 12 can be a right-hand side boundary for a metal to be cast, ie a broad side wall 13.
- the wall 32 of the mold wall 12 (in Fig. 1 shown in the image area on the left) exposed to the hot metal and requires cooling.
- first cooling channels 16 are formed in an upper region 14 of the mold wall 12. These first cooling channels 16 can be formed in the form of (deep hole) bores 17 which extend in the vertical direction through the entire upper region 14. The diameter of these holes 17 is in Fig. 1 labeled "D". The bores 17 are each through on an upper side of the mold wall 12 Closure elements 18 are suitably closed.
- the cooling channels 14 in the upper region 14 of the continuous casting mold 10 form an intensive cooling zone 11, as will be explained in detail below.
- the continuous casting mold 10 also comprises a normal cooling zone 19.
- second cooling channels 22 are provided in a lower region 20 of the continuous casting mold 10, in which grooves or pockets 26 are incorporated in the mold wall 12, which are closed by at least one filler 28 to form a flow channel 30.
- the total height of the continuous casting mold 10 or its mold wall 12 results in the vertical direction by superimposing the intensive cooling zone 11 in the upper region 14 and the normal cooling zone 19 in the lower region 14, and is shown in FIG Fig. 1 labeled "H".
- the cross-sectional view of Fig. 1 It also makes clear that the first cooling channels 16 in the upper region 14 are sealed off from the second cooling channels 22 in the lower region 20 by a separating element 24 and are therefore separated from the fluid technology.
- the separating element 24 can, for example, be inserted as a separate part into a bore 17 and adjoin a web 25 running in the mold wall 12 in a sealing manner, which results in the fluidic separation of the first cooling channels 16 from the second cooling channels 22.
- the separating element 24 is fixedly or permanently inserted in the bore 17 and is connected to the web 25 in a sealing manner.
- the circuits in the upper region 14 and in the lower region 20 of the continuous casting mold 10 are sealed off from one another by the separating element 24.
- the first cooling channels 16 and the second cooling channels 22 are each connected to a separate coolant supply, which can be done via the water tank side (not shown) of a continuous casting plant.
- a separate coolant supply which can be done via the water tank side (not shown) of a continuous casting plant.
- the intensive cooling zone 11 can be fed with coolant - independently of the normal cooling zone 19 - e.g. with their own operating variables for pressure, throughput and temperature with which the coolant is passed through the first cooling channels 16 or the bores 17.
- coolant with its own pressure level, its own flow rate and possibly also its own temperature flows through the first cooling channels 16 in the intensive cooling zone 11, whereby these operating parameters can differ from the supply to the normal cooling zone 19.
- FIG. 2 and 3 a second embodiment for the continuous casting mold 10 according to the invention is shown, the structure of which is essentially the embodiment of FIG Fig. 1 corresponds.
- the difference of this second embodiment according to Fig. 2 compared to the first embodiment of Fig. 1 is now that the separating element 24 is not firmly or permanently inserted into the bore 17 and connected to the web 25, but can be removed if necessary.
- the separating element 24 is connected to the closure element 18 by an elongated pin 33.
- the second embodiment By removing the separating element 24, the second embodiment also enables a modified operating state in which the intensive cooling zone 11 is in fluid connection with the normal cooling zone 19.
- This operating state is achieved in that when the closure element 18 is dismantled from the top of the mold wall 12, the separating element 24 is simultaneously lifted or removed from the bore 17. Then another closure element can be used to close the bore 17, on which no separating element 24 is provided.
- closure elements 33 are introduced in the openings on the cold side of the mold wall 12, which in the embodiment of FIG Fig. 1 served as an inlet for the first cooling channels 16 or as a return for the second cooling channels 22, now closure elements 33 are introduced.
- the above-explained operating state of the mold wall 12 is in the cross-sectional view of FIG Fig. 3 shown.
- the first cooling channels 16 provided in the upper region 16 are then fluidically connected in a transition region 34 to the second cooling channels 22 provided in the lower region 20.
- the normal cooling zone 19 and the intensive cooling zone 11 then form a common circuit for the coolant, which in the Fig. 3 by the designation "Perm.” and "Rül.” is indicated.
- Fig. 4 is the mold wall 12 according to one of the Fig. 1-3 shown in perspective from its cold side.
- the bores 17, which are provided for the intensive cooling zone 11, extend in the vertical direction completely through the mold wall 12 in its upper region 14.
- the bores 17 are designed as deep-hole bores in the upper region 14 of the mold wall 12.
- An individual cooling performance can also be achieved in the upper region 14 of the continuous casting mold 10 or of its mold wall 12 in that the first Cooling channels 16 or the bores 17 have a variable spacing Pi from one another, ie in the longitudinal direction L of the mold wall 12 (for example a broad side wall 13).
- the bores 17 - viewed in the longitudinal direction L of the mold wall 12 - have a variable distance Ti from the hot side 32 of the mold wall 12. This is in the representation of Fig. 4 illustrated.
- the bores 17 are formed obliquely in the vertical direction within the mold wall 12, ie run at an angle ⁇ to the vertical V (cf. Fig. 1 , Fig. 2 ).
- An individual setting of the cooling capacity for the intensive cooling zone 11 can also be achieved in that - as evidenced by the Fig. 4 - At least two bores 17 each have different values for the mentioned distances Ti, Pi and the angle ⁇ in relation to a planar reference A.
- An increase in the cooling capacity in the intensive cooling zone 11 is possible, for example, in that a larger number of bores 17, each with a smaller diameter D, are made there. This enables high flow rates to be achieved, which reduces the risk of bubble formation.
- a second cooling channel 22 which, as explained, is formed by a groove 26 and an associated filler piece 28, a group of bores BG (cf. Fig. 4 ) of at least two bores 17 is assigned, these bores 17, as in the second embodiment according to FIG Fig. 3 explained, then open into a second cooling channel 22.
- the upper region 14 - in the direction of the vertical - can extend over at least about 60% of the total height H of the continuous casting mold.
- the intensive cooling zone 11 has a larger length section in the vertical direction compared to the normal cooling zone 19, which likewise results in a stronger cooling in the intensive cooling zone 11.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Nach dem Stand der Technik sind Stranggießkokillen bekannt, deren Formwände mit Kühlkanälen versehen sind. Diese Kühlkanäle dienen zu dem Zweck, dass die thermisch besonders hoch belasteten Bereiche der Formwände einer Stranggießkokille mit Kühlmittel, insbesondere mit Kühlwasser gekühlt werden können. In den Formwänden einer Kokille können solche Kühlkanäle z.B. in Form von Tieflochbohrungen, Kühlschlitzen oder Kühlschlitzen mit Füllstücken ausgebildet sein.
- Eine herkömmliche Stranggießkokille ist in
WO 2010/003695 A1 gezeigt. Hierbei weist die Kokille in ihrem oberen Bereich eine Intensivkühlzone auf, wobei insbesondere in den Breitseitenwänden der Kokille im Wesentlichen vertikal verlaufende Tieflochbohrungen ausgebildet sind. In ihrem unteren Bereich weist die Kokille eine Normalkühlzone auf, wobei in den Formwänden der Kokille eingearbeitete Nuten oder Taschen ausgebildet sind, die von mindestens einem Füllstück verschlossen sind und dadurch in der Normalkühlzone Kühl- bzw. Strömungskanäle gebildet werden. Hierbei münden die Tieflochbohrungen, die in der Intensivkühlzone vorgesehen sind, in die Nuten bzw. Taschen der Normalkühlzone. Die Kühlkanäle der Intensivkühlzone als auch der Normalkühlzone sind an eine gemeinsame Wasserversorgung angeschlossen, mittels der die Kokille mit Kühlwasser gespeist wird. - Die
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Stranggießkokille gemäßWO 2010/003695 A1 . Hierin ist durch den Vermerk "Zulauf" kenntlich gemacht, dass Kühlwasser in die Kühlkanäle im unteren Bereich der Kokille einströmt, wobei das Kühlwasser anschließend in die Bohrungen, die in der Intensivkühlzone ausgebildet sind, gelangt und dann im oberen Bereich der Kokille wieder herausströmt, wie durch den Vermerk "Rücklauf" kenntlich gemacht. Entsprechend bilden die Strömungskanäle im unteren Bereich der Kokille und die Bohrungen im oberen Bereich der Kokille einen gemeinsamen Kühlmittel-Kreislauf. Dies ist mit dem Nachteil verbunden, dass eine individuelle bzw. separate Versorgung des oberen Bereichs und des unteren Bereichs der Kokille mit Kühlmittel nicht möglich ist. -
EP 1 356 879 A1 zeigt eine Stranggießkokille für flüssige Metalle, die eine Formwand in Form einer Kupferplatte aufweist. In dieser Kupferplatte sind in Gießrichtung verlaufende Kühlkanäle ausgebildet, durch die Kühlmittel hindurchgeführt und hierdurch Wärme abgeführt werden kann. - Aus
EP 1 506 826 A1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Stranggießkokille bekannt, die einen formgebenden Kokillenkörper aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist. In dem Kokillenkörper sind Kühlkanäle vorgesehen, die sich von dessen Oberseite zur Unterseite erstrecken. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Abstand eines Kühlkanals zur Gießfläche im Kokillenkörper variiert. - Aus
WO 2016/207801 A1 und ausWO 2011/093561 A1 ist jeweils eine gattungsgemäße Stranggießkokille mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. - Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stranggießkokille im Hinblick auf die Versorgung mit Kühlmittel zu optimieren.
- Diese Aufgabe wird durch eine Stranggießkokille mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
- Die Erfindung sieht eine Stranggießkokille vor, die bei einem kontinuierlichen Gießen eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlstranges, zum Einsatz kommt. Eine solche Stranggießkokille umfasst zumindest eine Formwand, die in einem oberen Bereich der Kokille mit ersten Kühlkanälen und in einem unteren Bereich der Kokille mit zweiten Kühlkanälen versehen ist. Zur Versorgung mit Kühlmittel sind diese Kühlkanäle an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen. Die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille und die zweiten Kühlkanäle im unteren Bereich der Kokille können durch ein Trennelement voneinander abgeschottet bzw. voneinander getrennt werden, so dass einerseits die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille und andererseits die zweiten Kühlkanäle im unteren Bereich der Kokille jeweils einen eigenen Kreislauf für Kühlmittel bilden. Die ersten Kühlkanäle weisen im oberen Bereich in der Kokille in Längsrichtung der Formwand einen variablen Abstand zueinander auf. Die im unteren Bereich der Kokille vorgesehenen zweiten Kühlkanäle sind jeweils durch in eine Formwand der Kokille eingearbeitete Nuten oder Taschen ausgebildet, die von mindestens einem Füllstück unter Bildung eines Strömungskanals verschlossen sind, wobei die im oberen Bereich der Kokille vorgesehenen ersten Kühlkanäle von oben in die Nuten bzw. Taschen einmünden. Das Füllstück ist in die Formwand der Kokille von deren Kaltseite aus, die als Zulauf für die ersten Kühlkanäle und als Rücklauf für die zweiten Kühlkanäle dient, einsetzbar.
- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille einen variablen Abstand zur Heißseite der Kokille aufweisen. Die Ausbildung der ersten Kühlkanäle derart, dass sie in Längsrichtung der Formwand einen variablen Abstand zueinander aufweisen, ist insbesondere für den Fall zweckmäßig, dass die ersten Kühlkanäle insbesondere in Form von Bohrungen in einer Breitseitenwand der Kokille ausgebildet sind. Der variable Abstand der ersten Kühlkanäle bzw. Bohrungen zueinander bezieht sich dann auf eine Längsrichtung der Breitseitenwand.
- Im Sinne der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Begriffe "oberer Bereich" und "unterer Bereich" auf eine Kokille, deren Formwände im Wesentlichen senkrecht angeordnet sind, wobei ein Schmelzgut von oben in der Kokille eingefüllt wird. Entsprechend befindet sich der obere Bereich der Kokille nahe bzw. angrenzend an dem Gießspiegel, mit dem die Kokille mit dem zu gießenden flüssigen Metall gefüllt ist. Im unteren Bereich der Kokille ist - wie üblich - der Kokillenaustritt vorgesehen, wo ein Strang des flüssigen Metalls aus der Kokille austritt und in eine Strangführung überführt wird.
- Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass es aufgrund der fluidtechnischen Abschottung bzw. Trennung der ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille von den zweiten Kühlkanälen, die im unteren Bereich der Kokille vorgesehen sind, möglich ist, dass insbesondere die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille mit Kühlmittel mit eigenem Druckniveau, eigener Durchflussmenge und ggf. auch mit eigener Temperatur gespeist werden, nämlich unabhängig von den zweiten Kühlkanälen, die im unteren Bereich der Kokille vorgesehen sind. Hierdurch kann mittels der ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille im Vergleich zum unteren Bereich eine stärkere Kühlung erzielt werden. Entsprechend bilden die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille eine Intensivkühlzone. Somit kann mit einer solch individuellen Kühlung des oberen Bereichs der Kokille, die an den Gießspiegel angrenzt, der Problematik der sogenannten "Wärmekeule", die im Bereich unterhalb des Gießspiegels auftritt, wirksam begegnet werden.
- Zweckmäßigerweise können die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille und die zweiten Kühlkanäle im unteren Bereich der Kokille jeweils an eine separate Kühlmittelversorgung angeschlossen sein. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der Kreislauf der ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille von dem Kreislauf der zweiten Kühlkanäle im unteren Bereich der Kokille abgeschottet und somit fluidtechnisch getrennt ist. Hierdurch können für die ersten Kühlkanäle im oberen Bereich der Kokille Strömungsbedingungen in Bezug auf Druck, Durchsatz und Temperatur erzielt werden, die von den zweiten Kühlkanälen im unteren Bereich der Kokille unabhängig sind. Hierdurch ergibt sich auch die Möglichkeit, dass die Kühlmittel-Mengen für den Kreislauf im oberen Bereich der Kokille und für den Kreislauf im unteren Bereich der Kokille insbesondere separat voneinander geregelt werden können, z.B. in Abhängigkeit einer jeweiligen Gießgeschwindigkeit und/oder eines bestimmten metallischen Materials, das im Stranggießprozess hergestellt wird.
- Die vorstehend genannte individuelle Kühlung in ihrem oberen Bereich, zur Anpassung an einen jeweiligen Gießprozeß, kann in gleicher Weise dadurch gewährleistet werden, dass die in der Intensivkühlzone vorgesehenen ersten Kühlkanäle einen variablen Abstand zur Heißseite der Kokille aufweisen und z.B. in Form von Bohrungen ausgebildet sind. Des Weiteren trägt zur individuellen Kühlung der Kokille in ihrem oberen Bereich bei, dass die in der Intensivkühlzone vorgesehenen ersten Kühlkanäle in einer Breitseitenwand der Kokille z.B. in Form von Bohrungen ausgebildet sind und jedenfalls jeweils einen variablen Abstand zueinander aufweisen. Somit wird eine Intensivkühlzone aus individuell angeordneten Kühlkanälen, z.B. in Form von Tieflochbohrungen im oberen Teil einer Formwand der Kokille, realisiert, die an die Erfordernisse des Gießprozesses und des hiermit hergestellten Materials angepasst ist. Hierbei können die Bohrungen eng zueinander angeordnet werden, zur Erzeugung einer lokal angepassten intensiven Kühlwirkung. Eine gezielte Beeinflussung der Bohrungen und der hiermit verbundenen Kühlwirkung kann auch dadurch erreicht werden, dass diese Bohrungen in Richtung einer Vertikalen schräg angeordnet sind, d.h. zur Vertikalen unter einem Winkel verlaufen.
- In vorteilhafter Weiterbildung der zuletzt genannten Ausführungsform münden die in der Intensivkühlzone bzw. im oberen Bereich der Kokille vorgesehenen ersten Kühlkanäle in die Nuten oder Taschen, die in der Normalkühlzone bzw. im unteren Bereich der Kokille ausgebildet sind. Entsprechend sind dann die ersten Kühlkanäle der Intensivkühlzone und die zweiten Kühlkanäle der Normalkühlzone fluidtechnisch miteinander verbunden. Bei einer solchen Ausführungsform können dann die Kühlmittel-Kreisläufe in der Intensivkühlzone und in der Normalkühlzone von einer gemeinsamen Kühlmittelversorgung gespeist werden, wobei gleichzeitig eine individuelle Kühlung der Kokille in ihrem oberen Bereich durch die charakteristische bzw. variable Beabstandung der ersten Kühlkanäle zueinander und/oder zur Heißseite der Kokille sichergestellt ist.
- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Formwand der Kokille, in der die ersten und zweiten Kühlkanäle der Intensivkühlzone bzw. der Normalkühlzone ausgebildet sind, aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt, insbesondere aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.
- Weitere Vorteile der Erfindung werden durch folgende Aspekte begründet:
- Weniger Thermospannungen innerhalb einer Formwand der Kokille, zum Beispiel in Form einer Kupferplatte;
- Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung in einer Formwand der Kokille insbesondere in deren oberen Bereich;
- Verringerung der Temperatur auf der Heiß- und Kaltseite der Kokille im kritischen Badspiegelbereich und den besonders temperaturbeanspruchten Zonen der Formwand der Kokille;
- Vermeidung von Ablagerungen;
- wirtschaftliche Kombinationsfertigung von Tiefloch-Bohrungen im oberen Bereich der Kokille und von gefrästen geraden Schlitzen im unteren Bereich der Kokille;
- Möglichkeit von geringeren Wandstärken der Formwände der Kokille, in Verbindung mit höheren Gießgeschwindigkeiten; und
- gezielte Kühlung auch variabel innerhalb einer horizontalen Ebene, aufgrund der engen Anordnung der ersten Kühlkanäle, z.B. in Form von Tiefloch-Bohrungen, zueinander und ggf. der schrägen Anordnung dieser Kühlkanäle in Bezug zur vertikalen Richtung, wodurch der Abstand zur Heißseite der Kokille individuell eingestellt wird.
- Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Querschnittsansicht einer Formwand einer Kokille nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- Fig. 2
- eine perspektivische Querschnittsansicht einer Formwand einer Kokille nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- Fig. 3
- eine perspektivische Querschnittsansicht einer Formwand einer Kokille nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
- Fig. 4
- eine Perspektivansicht einer Kaltseite der Formwand gemäß einer der
Figuren 1 bis 3 . - Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 bis 4 bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Stranggießkokille 10 gezeigt und erläutert. Gleiche Merkmale in der Zeichnung sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. An dieser Stelle versteht sich, dass die Zeichnung lediglich vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab dargestellt ist. -
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Formwand 12 der erfindungsgemäßen Stranggießkokille 10 nach einer ersten Ausführungsform. Bei dieser Formwand 12 kann es sich um eine rechte seitliche Begrenzung für ein zu gießendes Metall, d.h. um eine Breitseitenwand 13 handeln. Entsprechend ist die Wandung 32 der Formwand 12 (inFig. 1 im Bildbereich links gezeigt) dem heißen Metall ausgesetzt und erfordert eine Kühlung. - Zur Realisierung der Kühlung der Stranggießkokille 10 sind in einem oberen Bereich 14 der Formwand 12 erste Kühlkanäle 16 ausgebildet. Diese ersten Kühlkanäle 16 können in Form von (Tiefloch -) Bohrungen 17 gebildet sein, die sich in vertikaler Richtung durch den gesamten oberen Bereich 14 erstrecken. Der Durchmesser dieser Bohrungen 17 ist in
Fig. 1 mit "D" bezeichnet. An einer Oberseite der Formwand 12 sind die Bohrungen 17 jeweils durch Verschlusselemente 18 geeignet verschlossen. Die Kühlkanäle 14 in dem oberen Bereich 14 der Stranggießkokille 10 bilden eine Intensivkühlzone 11 aus, wie nachfolgend noch im Detail erläutert. - Die Stranggießkokille 10 umfasst weiters eine Normalkühlzone 19. Hierzu sind in einem unteren Bereich 20 der Stranggießkokille 10 zweite Kühlkanäle 22 vorgesehen, indem in der Formwand 12 Nuten oder Taschen 26 eingearbeitet sind, die von mindestens einem Füllstück 28 unter Bildung eines Strömungskanals 30 verschlossen sind.
- Die Gesamthöhe der Stranggießkokille 10 bzw. deren Formwand 12 ergibt sich in vertikaler Richtung durch eine Überlagerung der Intensivkühlzone 11 in dem oberen Bereich 14, und der Normalkühlzone 19 in dem unteren Bereich 14, und ist in
Fig. 1 mit "H" bezeichnet. - Die Querschnittsansicht von
Fig. 1 verdeutlicht weiters, dass die ersten Kühlkanäle 16 im oberen Bereich 14 von den zweiten Kühlkanälen 22 im unteren Bereich 20 durch ein Trennelement 24 abgeschottet und somit fluidtechnisch getrennt sind. Das Trennelement 24 kann bei der Herstellung der Stranggießkokille 10 beispielsweise als separates Teil in eine Bohrung 17 eingesetzt sein und dabei dichtend an einen in der Formwand 12 verlaufenden Steg 25 angrenzen, woraus die fluidtechnische Trennung der ersten Kühlkanäle 16 von den zweiten Kühlkanälen 22 resultiert. Das Trennelement 24 ist fest bzw. permanent in der Bohrung 17 eingebracht und mit dem Steg 25 dichtend verbunden. Somit bilden bei dieser Ausführungsform einerseits die ersten Kühlkanäle 16 im oberen Bereich 14, und andererseits die zweiten Kühlkanäle 22 im unteren Bereich 20, jeweils einen eigenen Kreislauf für Kühlmittel bilden. Anders ausgedrückt, sind die Kreisläufe im oberen Bereich 14 und im unteren Bereich 20 der Stranggießkokille 10 durch das Trennelement 24 voneinander abgeschottet. - Zur Speisung der Intensivkühlzone 11 und der Normalkühlzone 19 mit Kühlmittel ist vorgesehen, dass die ersten Kühlkanäle 16 und die zweiten Kühlkanäle 22 jeweils an eine separate Kühlmittelversorgung angeschlossen sind, was über die (nicht gezeigte) Wasserkastenseite einer Stranggießanlage erfolgen kann. In der
Fig. 1 sind die Zuläufe und die Rückläufe für diese beiden Kreisläufe der Intensivkühlzone 11 und der Normalkühlzone 19 jeweils durch die Bezeichnungen "Zul." und "Rül." angedeutet. - Durch die vorstehend genannte Abschottung bzw. fluidtechnische Trennung der ersten Kühlkanäle 16 von den zweiten Kühlkanälen 22 kann die Intensivkühlzone 11 - unabhängig von der Normalkühlzone 19 - mit Kühlmittel gespeist werden, z.B. mit eigenen Betriebsgrößen für Druck, Durchsatz und Temperatur, mit denen das Kühlmittel durch die ersten Kühlkanäle 16 bzw. die Bohrungen 17 hindurch geleitet wird. Anders ausgedrückt, werden somit die ersten Kühlkanäle 16 in der Intensivkühlzone 11 von Kühlmittel mit eigenem Druckniveau, eigener Durchflussmenge und ggf. auch mit eigener Temperatur durchströmt, wobei sich diese Betriebsgrößen von der Speisung der Normalkühlzone 19 unterscheiden können.
- In den
Fig. 2 und 3 ist eine zweite Ausführungsform für die erfindungsgemäße Stranggießkokille 10 gezeigt, die in ihrem Aufbau im Wesentlichen der Ausführungsform vonFig. 1 entspricht. Der Unterschied dieser zweiten Ausführungsform gemäßFig. 2 im Vergleich zur ersten Ausführungsform vonFig. 1 besteht nun darin, dass das Trennelement 24 nicht fest bzw. permanent in die Bohrung 17 eingesetzt und mit dem Steg 25 verbunden ist, sondern bei Bedarf entfernt werden kann. Zu diesem Zweck ist das Trennelement 24 durch einen länglichen Stift 33 mit dem Verschlusselement 18 verbunden. - In der Querschnittsansicht von
Fig. 2 ist die Stranggießkokille 10 in einem Betriebszustand gezeigt, wenn das Trennelement 24 in die Bohrung 17 eingesetzt ist. In gleicher Weise wie bei der Ausführungsform vonFig. 1 ergibt sich dann eine Abschottung der Intensivkühlzone 11 von der Normalkühlzone 19, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Erläuterungen zuFig. 1 verwiesen werden darf. - Die zweite Ausführungsform ermöglicht durch ein Entfernen des Trennelements 24 auch einen modifizierten Betriebszustand, bei dem die Intensivkühlzone 11 mit der Normalkühlzone 19 in Fluidverbindung steht. Dieser Betriebszustand wird dadurch erreicht, dass bei einer Demontage des Verschlusselements 18 von der Oberseite der Formwand 12 dabei gleichzeitig das Trennelement 24 aus der Bohrung 17 herausgehoben bzw. entfernt wird. Anschließend kann zum Verschließen der Bohrung 17 ein anderes Verschlusselement eingesetzt werden, an dem kein Trennelement 24 vorgesehen ist. Zusätzlich sind in den Öffnungen an der Kaltseite der Formwand 12, die bei der Ausführungsform von
Fig. 1 als Zulauf für die ersten Kühlkanäle 16 bzw. als Rücklauf für die zweiten Kühlkanäle 22 dienten, nun Verschlusselemente 33 eingebracht. - Der vorstehend erläuterte Betriebszustand der Formwand 12 ist in der Querschnittsansicht von
Fig. 3 dargestellt. Wie ersichtlich, sind die in dem oberen Bereich 16 vorgesehenen ersten Kühlkanäle 16 dann in einem Übergangsbereich 34 mit den im unteren Bereich 20 vorgesehenen zweiten Kühlkanälen 22 fluidtechnisch verbunden. Entsprechend bilden dann die Normalkühlzone 19 und die Intensivkühlzone 11 einen gemeinsamen Kreislauf für das Kühlmittel aus, was in derFig. 3 durch die Bezeichnungen "Zul." und "Rül." angedeutet ist. - In
Fig. 4 ist die Formwand 12 nach einer derFig. 1-3 perspektivisch von ihrer Kaltseite her gezeigt. Die Bohrungen 17, die für die Intensivkühlzone 11 vorgesehen sind, erstrecken sich in vertikaler Richtung vollständig durch die Formwand 12 in deren oberen Bereich 14. Entsprechend sind die Bohrungen 17 als Tieflochbohrungen in dem oberen Bereich 14 der Formwand 12 ausgebildet. - Eine individuelle Kühlleistung kann im oberen Bereich 14 der Stranggießkokille 10 bzw. von deren Formwand 12 auch dadurch erreicht werden, dass die ersten Kühlkanäle 16 bzw. die Bohrungen 17 einen variablen Abstand Pi zueinander, d.h. in Längsrichtung L der Formwand 12 (z.B. eine Breitseitenwand 13) aufweisen. Ergänzend und/oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Bohrungen 17 - in Längsrichtung L der Formwand 12 gesehen - einen variablen Abstand Ti zur Heißseite 32 der Formwand 12 aufweisen. Dies ist in der Darstellung von
Fig. 4 veranschaulicht. Des weiteren kann auch vorgesehen sein, dass die Bohrungen 17 in vertikaler Richtung schräg innerhalb der Formwand 12 ausgebildet sind, d.h. zur Vertikalen V unter einem Winkel Φ verlaufen (vgl.Fig. 1 ,Fig. 2 ). - Die vorstehend erläuterten Variabilität der Bohrungen 17 im oberen Bereich 14 der Stranggießkokille 10, nämlich hinsichtlich ihrer Abstände Ti zur Heißseite 32 und/oder ihrer Abstände Pi zueinander und/oder in Bezug auf den Winkel Φ, mit dem die Bohrungen 17 zur Vertikalen V verlaufen, gilt in gleicher Weise sowohl für die erste Ausführungsform (vgl.
Fig. 1 ) als auch für die zweite Ausführungsform (vgl.Fig. 2, Fig. 3 ) der vorliegenden Erfindung. - Eine individuelle Einstellung der Kühlleistung für die Intensivkühlzone 11 kann auch dadurch erreicht werden, dass - ausweislich der
Fig. 4 - mindestens zwei Bohrungen 17 jeweils unterschiedliche Werte für die genannten Abstände Ti , Pi und den Winkel Φ in Bezug auf eine planare Referenz A aufweisen. Eine Steigerung der Kühlleistung in der Intensivkühlzone 11 ist beispielsweise dadurch möglich, dass dort eine größere Anzahl von Bohrungen 17 mit jeweils kleinerem Durchmesser D eingebracht ist. Hierdurch können hohe Fließgeschwindigkeiten realisiert werden, wodurch die Gefahr einer Blasenbildung reduziert wird. - Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass jeweils einem zweiten Kühlkanal 22, der wie erläutert durch eine Nut 26 und ein zugeordnetes Füllstück 28 gebildet wird, eine Bohrungsgruppe BG (vgl.
Fig. 4 ) von mindestens zwei Bohrungen 17 zugewiesen ist, wobei diese Bohrungen 17, wie bei der zweiten Ausführungsform gemäßFig. 3 erläutert, dann in einen zweiten Kühlkanal 22 einmünden. - Bei den vorstehend erläuterten und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung kann der obere Bereich 14 - in Richtung der Vertikalen - sich zumindest über etwa 60 % der Gesamthöhe H der Stranggießkokille erstrecken. Entsprechend kommt der Intensivkühlzone 11 im Vergleich zur Normalkühlzone 19 ein größerer Längenabschnitt in vertikaler Richtung zu, was ebenfalls in einer stärkeren Kühlung in der Intensivkühlzone 11 resultiert.
-
- 10
- Stranggießkokille
- 11
- Intensivkühlzone
- 12
- Formwand
- 13
- Breitseitenwand
- 14
- Oberer Bereich (der Formwand 12)
- 16
- Erste Kühlkanäle (im oberen Bereich 14)
- 17
- Bohrungen
- 18
- Verschlusselement
- 19
- Normalkühlzone
- 20
- Unterer Bereich (der Formwand 12 bzw. Breitseitenwand 13)
- 22
- Zweite Kühlkanäle (im unteren Bereich 20)
- 24
- Trennelement
- 25
- Steg
- 26
- Nut, Tasche
- 28
- Füllstück
- 30
- Strömungskanal (im unteren Bereich 20)
- 32
- Heißseite
- 33
- Verschlusselement
- 34
- Übergangsbereich
- A
- Planare Referenzebene in der Vertikalen V
- BG
- Bohrungsgruppe
- D
- Durchmesser eines ersten Kühlkanals 16, in Form einer Bohrung
- Pi
- Abstand der ersten Kühlkanäle 16 zueinander
- Ti
- Abstand der ersten Kühlkanäle 16 zur Heißseite der Formwand 12
- V
- Vertikale, bzw. vertikale Richtung
- Φi
- Winkel (der einzelnen Bohrungen 17 zur Vertikalen V)
Claims (8)
- Stranggießkokille (10) zum kontinuierlichen Gießen eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlstranges, mit zumindest einer Formwand (12), die in einem oberen Bereich (14) der Kokille (10) mit ersten Kühlkanälen (16) und in einem unteren Bereich (20) der Kokille (10) mit zweiten Kühlkanälen (22) versehen ist, wobei die Kühlkanäle (16; 22) an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen sind,
wobei die ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) und die zweiten Kühlkanäle (22) im unteren Bereich (20) der Kokille (10) durch ein Trennelement (24) voneinander abschottbar sind, so dass einerseits die ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) und andererseits die zweiten Kühlkanäle (22) im unteren Bereich (20) der Kokille (10) jeweils einen eigenen Kreislauf für Kühlmittel bilden
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) in der Kokille (10) in Längsrichtung der Formwand (12) einen variablen Abstand (Pi) zueinander aufweisen,
dass die im unteren Bereich (20) der Kokille (10) vorgesehenen zweiten Kühlkanäle (22) jeweils durch in eine Formwand (12) der Kokille (10) eingearbeitete Nuten oder Taschen (26) ausgebildet sind, die von mindestens einem Füllstück (28) unter Bildung eines Strömungskanals (30) verschlossen sind, wobei die im oberen Bereich der Kokille (10) vorgesehenen ersten Kühlkanäle (16) von oben in die Nuten bzw. Taschen (26) einmünden, und
dass das Füllstück (28) in die Formwand (12) der Kokille (10) von deren Kaltseite aus, die als Zulauf für die ersten Kühlkanäle (16) und als Rücklauf für die zweiten Kühlkanäle (22) dient, einsetzbar ist. - Stranggießkokille (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) und die zweiten Kühlkanäle (22) im unteren Bereich (20) der Kokille (10) jeweils an eine separate Kühlmittelversorgung angeschlossen sind.
- Stranggießkokille (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (24) entfernbar ist, wobei die ersten Kühlkanäle (16) des Kreislaufs im oberen Bereich (14) der Kokille (10) und die zweiten Kühlkanäle (22) des Kreislaufs im unteren Bereich (20) der Kokille (10) miteinander in Fluidverbindung sind, wenn das Trennelement (24) zwischen diesen Kreisläufen entfernt ist und dann die ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) in die zweiten Kühlkanäle (22) im unteren Bereich (20) der Kokille (10) münden.
- Stranggießkokille (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (16) in einer Formwand (12) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) zumindest in einem Teilabschnitt davon vertikal verlaufen.
- Stranggießkokille (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Pi) der ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) zueinander in einem mittigen Abschnitt der Formwand (12) geringer ist als in Randabschnitten der Formwand (12).
- Stranggießkokille (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formwand (12) der Kokille (10), in der die ersten Kühlkanäle (16) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) ausgebildet sind, eine Breitseitenwand (13) der Kokille (10) ist.
- Stranggießkokille (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (16) in einer Formwand (12) im oberen Bereich (14) der Kokille (10) jeweils durch Bohrungen (17) ausgebildet sind.
- Stranggießkokille (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich (14) der Kokille (10) - in Richtung der Vertikalen (V) - sich zumindest über 40%, vorzugsweise zumindest über 50%, weiter vorzugsweise zumindest über 60% der Gesamthöhe (H) der Kokille (10) erstreckt.
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