FI87894B

FI87894B - ANORDINATION FOR EFFECTIVE KYLNING VID GJUTNING AV ETT METALLSTYCKE

Info

Publication number: FI87894B
Application number: FI905102A
Authority: FI
Inventors: Markku Hermanni Koivisto; Seppo Ilmari Pietilae
Original assignee: Outokumpu Castform Oy
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-11-30
Also published as: FI905102A; FI87894C; DE69117422D1; JPH04262836A; DE69117422T2; CN1066365C; ES2084749T3; FI905102A0; CN1060802A; CN1166392A; JP3276381B2; CN1046876C; EP0481380B1; EP0481380A1; ATE134543T1

Abstract

The invention relates to an apparatus for intensifying cooling in the casting of metal objects, particularly in vertical continuous casting from bottom to top, when the nozzle (12) of the continuous casting machine is at least at the top surrounded by a cooler (11) , which is divided into two parts by a separating member (14) provided therein. According to the invention, the cooler (11) is provided with at least one guide member (16) arranged in the cooler housing and/or connected to the separating member (14) located inside the cooler, which guide member is installed essentially at the height defined by the solidification front (15) located in the nozzle (12) of the continuous casting machine. The guide member is formed for instance of at least one guide channel (16) arranged inside the cooler housing, or of at least one aligning member connected to the separating member. <IMAGE>

Description

1 878941 87894

LAITE JÄÄHDYTYKSEN TEHOSTAMISEKSI METALLIKAPPALETTA VALETTAESSADEVICE TO ENHANCE COOLING WHEN CASTING A METAL PIECE

Tämä keksintö kohdistuu laitteeseen jäähdytyksen tehostamiseksi metallikappaletta valettaessa, erityisesti kun on kysymyksessä alhaalta ylöspäin tapahtuva olennaisesti pystysuora jatkuvavalu.This invention relates to an apparatus for enhancing cooling when casting a metal body, especially in the case of substantially vertical continuous casting from the bottom up.

Pystysuoraan ylöspäin tapahtuvassa jatkuvavalussa, joka on tunnettu esimerkiksi FI-patentista 46693, metallikappaleen jäähdytys suoritetaan tavallisesti kuvion 1 mukaisella jääh-dyttimellä, jossa jäähdytysväliaine johdetaan jäähdyttimen alaosaan ylhäältä syöttökohdastaan jäähdyttimen ulkoseinämän läheisyydessä. Jäähdyttimen sisään on asennettu väliputki niin, että jäähdytysväliaine ohjautuu poistokohtaansa noustessaan jäähdyttimen sisäseinämän läheisyydessä. Kuviossa 1 sula metalli on johdettu suulakkeeseen 1, johon korkeudelle 2 on muodostunut jähmettymisrintama, jossa sula metalli muuttuu sulasta kiinteäksi. Jäähdyttimessä 3 jäähdytys-väliaine ohjataan väliputken 4 avulla ensin alaspäin syöttökohdastaan jäähdyttimen alaosaan ja edelleen takaisin ylöspäin jäähdyttimen yläosaan poistettavaksi jäähdytti-mestä. On selvää, että suulakkeesta 1 poistuva lämpömäärä on suurimmillaan olennaisesti jähmettymisrintaman 2 kohdalla, koska metalli jähmettyessään muuttaa olomuotoaan ja siten luovuttaa lämpöä olomuodonmuutoslämpöään vastaavasti.In vertical upward continuous casting, which is known, for example, from FI patent 46693, the cooling of a metal body is usually carried out by a cooler according to Figure 1, in which the cooling medium is led to the lower part of the cooler from its top in the vicinity of the cooler outer wall. An intermediate pipe is installed inside the radiator so that the cooling medium is directed to its outlet point as it rises in the vicinity of the inner wall of the radiator. In Fig. 1, the molten metal is led to a die 1 in which a solidification front is formed at a height of 2, where the molten metal becomes solid from the melt. In the radiator 3, the cooling medium is guided by means of an intermediate pipe 4 first downwards from its supply point to the lower part of the radiator and further back upwards to the upper part of the radiator to be removed from the radiator. It is clear that the amount of heat leaving the nozzle 1 is at its maximum substantially at the solidification front 2, because as the metal solidifies, it changes its state and thus dissipates heat corresponding to its heat of transformation.

Käytettäessä tekniikan tasoa vastaavaa kuvion 1 mukaista jäähdytintä esimerkiksi lankaa valettaessa, kun valu tapahtuu olennaisen suurilla nopeuksilla, on havaittu valetun langan lämpötilan nousua ajan funktiona. Valettaessa esimerkiksi kuparilankaa nopeudella 6 m/min saattaa langan pintalämpötila jäähdyttimen jälkeen olla yli 500°C. Tällainen langan lämpötilan nousu tavallisesti johtaa langan katkeamiseen, mikä olennaisesti heikentää laitteen toiminta-astetta. Syitä langan lämpötilan nousulle on esimerkiksi jäähdyttimen alapään lämpölaajeneminen, joka aiheuttaa välyksen suulakkeen ja jäähdyttimen väliseen kierteeseen.When using the prior art cooler according to Fig. 1, for example when casting a wire, when the casting takes place at substantially high speeds, an increase in the temperature of the cast wire as a function of time has been observed. For example, when casting copper wire at a speed of 6 m / min, the surface temperature of the wire after the cooler may exceed 500 ° C. Such an increase in the temperature of the wire usually results in a rupture of the wire, which substantially impairs the efficiency of the device. The reasons for the increase in wire temperature are, for example, the thermal expansion of the lower end of the radiator, which causes a clearance in the thread between the nozzle and the radiator.

2 378942 37894

Edelleen suuri sulamislämpöteho suurilla valunopeuksilla aiheuttaa jäähdyttimen vesipinnan lämpötilan nousun niin, että syntyy höyrykupla jäähdyttimen jäähdytyspintaan eristeeksi.Furthermore, the high heat of fusion at high casting rates causes the temperature of the water surface of the condenser to rise so that a steam bubble is generated on the cooling surface of the condenser as insulation.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi ja toimintavarmempi laite niin, että jäähdytys erityisesti alhaalta ylöspäin tapahtuvassa jatkuvavalussa saadaan tehokkaaksi myös olennaisen suurilla valunopeuksilla. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista .The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide an even better and more reliable device so that cooling, especially in bottom-up continuous casting, can be made effective even at substantially high casting speeds. The essential features of the invention will become apparent from the appended claims.

Keksinnön mukaisesti alhaalta ylöspäin tapahtuvan jatkuva-valulaitteen jäähdyttimessä kulkevan jäähdytysväliaineen virtausta muutetaan ainakin yhden ohjauselimen avulla erityisesti laitteen jähmettymisrintaman määrittämällä korkeudella niin, että jäähdytys erityisesti ainakin tällä jäähdytyskorkeudella saadaan edullisesti tehostumaan. Näin samalla estetään valetun tuotteen lämpötilan nousu ja siitä aiheutuva tuotteen katkeaminen.According to the invention, the flow of cooling medium in the condenser of the bottom-up continuous casting device is changed by means of at least one control element, in particular at a height determined by the solidification front of the device, so that cooling At the same time, this prevents the temperature of the cast product from rising and the product from breaking.

Keksinnön mukainen ohjauselin tai ohjauselimet voidaan edullisesti sijoittaa jäähdyttimen runkoon ja/tai jäähdytys-väliaineen virtaussuunnan määrittävään erotuselimeen, joka mahdollistaa jäähdytysväliaineen virtauksen ensin jäähdyttimen yläosasta alaosaan ja edelleen takaisin. Sijoitettaessa ohjauselin tai ohjauselimet jäähdyttimen runkoon muodostuu elimistä kanavia jäähdytysväliaineen johtamiseksi olennaisen lähelle jäähdytettävää pintaa. Tällöin jäähdytystä voidaan tehostaa myös olennaisesti jäähdytysrintaman määrittämän korkeuden yläpuoliselta osalta.The control member or members according to the invention can advantageously be placed in the radiator body and / or in the separating member determining the flow direction of the cooling medium, which allows the cooling medium to flow first from the top to the bottom and further back. When the guide member or members are placed in the radiator body, the members form channels for guiding the cooling medium substantially close to the surface to be cooled. In this case, the cooling can also be intensified substantially above the height determined by the cooling front.

Keksinnön mukaisen ohjauselimen sijoittamiseksi jäähdytys-väliaineen erotuselimeen voidaan erotuselimen alaosa varustaa tällä ohjauselimellä jäähdytysväliaineen suuntaamiseksi edullisella tavalla olennaisesti jäähdytysrintaman korkeudella olevaa jäähdyttimen pintaa kohti. Jäähdytysväli- 3 37894 aineen suuntaamiseksi edullisesti voidaan lisäksi jäähdytti-men runkoon olennaisesti jäähdytysrintaman korkeudelle muodostaa ura, joka lisää edullisesti jäähdytyspintaa tällä kriittisimmällä kohdalla.In order to place the control element according to the invention in the cooling medium separation element, the lower part of the separation element can be provided with this control element in an advantageous manner towards the cooling surface substantially at the height of the cooling front. In addition, in order to preferably direct the cooling medium 3 37894 to the radiator body, a groove may be formed substantially at the height of the cooling front, which advantageously increases the cooling surface at this most critical point.

Keksinnön mukaista ohjauselintä tai ohjauselimiä käyttäen saadaan jäähdytysväliaine edullisesti virtaamaan pystysuoran jatkuvavalun kannalta kriittisimmän kohdan ohitse niin, että olennaisesti koko jäähdytysväliaineen jäähdytystehoa voidaan käyttää hyväksi. Siten valunopeuksia on mahdollista nostaa nykyistä suuremmiksi ilman, että suurista valunopeuksista aiheutuisi valutuotteen lämpötilan nousua ja edelleen mahdollista katkeamisen vaaraa.By using the control element or control elements according to the invention, the cooling medium is preferably made to flow past the most critical point for vertical continuous casting, so that substantially the entire cooling capacity of the cooling medium can be utilized. Thus, it is possible to increase the casting speeds higher than at present without the high casting speeds causing an increase in the temperature of the casting product and a further possible risk of rupture.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaista alhaalta ylöspäin tapahtuvaa pystysuoraa jatkuvavalua käyttävän valukoneen jäähdytintä kaaviomaisena sivukuvantona, kuvio 2 esittää erästä keksinnön edullista sovellutusmuotoa kaaviomaisena sivukuvantona, kun jäähdytysväliaineen ohjaus-elin on sijoitettu jäähdyttimen runkoon, kuvio 3 esittää erästä toista keksinnön edullista sovellutusmuotoa kaaviomaisena sivukuvantona, kun jäähdytysväliaineen ohjauselin on sijoitettu erotuselimeen, kuvio 4 esittää erästä kolmatta keksinnön edullista sovellutusmuotoa kaaviomaisena sivukuvantona, kun jäähdytysväliaineen ohjauselin on sijoitettu erotuselimeen ja jäähdyttimen runkoon.The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a prior art bottom-up vertical continuous casting machine cooler in a schematic side view, Figure 2 shows a preferred embodiment of the invention in a schematic side view of the cooling medium another preferred embodiment of the invention in a schematic side view when the cooling medium control member is located in the separating member, Fig. 4 shows a third preferred embodiment of the invention in a schematic side view when the cooling medium control member is located in the separating member and the radiator body.

Kuvioa 1 on selostettu jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.Figure 1 has already been described in connection with the description of the prior art.

Kuviossa 2 jäähdytin 11 on asennettu suulakkeen 12 ympärille siten, että ainakin suulakkeen 12 yläosa on jäähdytetty. Jäähdyttimeen 11 tuodaan jäähdytysväliaine, kuten vesi, jäähdyttimen yläpäässä olevasta syöttöaukosta 13. Jäähdytti-messä 11 jäähdytysväliaine virtaa kuviossa 2 esitettyjen 4 37894 nuolien mukaisesti ensin alaspäin jäähdyttimen 11 ulkoseinämän ja jäähdyttimen sisässä olevan erotuselimen 14 välisessä tilassa. Tämän jälkeen jäähdytysväliaine ohjataan keksinnön mukaisesti suulakkeessa 12 olevan jäähdytys-rintaman 15 korkeudelle jäähdyttimen 11 runkoon tehtyyn, olennaisesti vaakasuorassa asennossa olevaan ohjauskanavaan 16, jolloin jäähdytysväliaine kulkeutuu olennaisen lähelle jäähdyttimen 11 sisäpintaa. Tällöin jäähdytysväliaine kohtaa olennaisesti kuumimmalla kohdalla jäähdyttimen 11 sisäpinnan, mikä edullisesti lisää jäähdytyksen tehoa. Ohjaus-kanava 16 on edelleen yhdistetty toiseen, olennaisesti jäähdyttimen 11 pystysuoran sisäseinämän suuntaiseen ohjaus-kanavaan 17. Sen lisäksi, että ohjauskanavat 16 ja 17 tuovat jäähdytysväliaineen olennaisesti lähemmäksi jäähdyttimen rungon 11 kuuminta kohtaa, lisääntyy myös jäähdyttimen rungon 11 jäähdytysväliaineeseen kosketuksissa oleva pinta kuumimmalla kohdalla olennaisesti. Tämä edelleen parantaa olennaisesti jäähdyttimen 11 jäähdytystehoa.In Figure 2, the radiator 11 is mounted around the nozzle 12 so that at least the upper part of the nozzle 12 is cooled. A cooling medium, such as water, is introduced into the radiator 11 from a supply port 13 at the top of the radiator. In the radiator 11, the cooling medium first flows downwards in the space between the outer wall of the radiator 11 and the separator 14 inside the radiator. Thereafter, according to the invention, the cooling medium is guided at the height of the cooling front 15 in the nozzle 12 to a substantially horizontal guide channel 16 made in the body of the radiator 11, whereby the cooling medium passes substantially close to the inner surface of the radiator 11. In this case, the cooling medium meets the inner surface of the cooler 11 at substantially the hottest point, which advantageously increases the cooling efficiency. The control channel 16 is further connected to a second control channel 17, substantially parallel to the vertical inner wall of the radiator 11. In addition to bringing the cooling medium substantially closer to the hottest point of the radiator body 11, the area of the radiator body 11 in contact with the cooling medium also increases . This further substantially improves the cooling capacity of the radiator 11.

Ohjauskanavan 17 kautta jäähdytysväliaine kuumentuneena nousee jäähdyttimen 11 sisäseinämän ja erotuselimen 14 välisessä tilassa poistettavaksi jäähdyttimestä 11 poisto-aukon 18 kautta. Ohjauskanavien 16 ja 17 lukumäärä yhdessä jäähdyttimessä 11 voi vaihdella keksinnön mukaisen laitteen käyttötarkoituksesta riippuen niin, että niitä on joko yksi tai useampia.Through the control channel 17, the cooling medium, when heated, rises in the space between the inner wall of the radiator 11 and the separating member 14 to be removed from the radiator 11 through the outlet 18. The number of control channels 16 and 17 in one radiator 11 may vary depending on the intended use of the device according to the invention, so that there are either one or more of them.

Kuviossa 3 suulakkeen 21 ympärille on asennettu jäähdytin 22, jossa kuten kuviossa 2 on nuolin esitetty jäähdytys-väliaineen virtaussuunta. Jäähdytysväliaine syötetään jääh-dyttimeen 22 syöttöaukosta 23 ja jäähdytysväliaine kulkeutuu jäähdyttimen 22 ulkoseinämän ja erotuselimen 24 välisessä tilassa jäähdyttimen alaosaan. Keksinnön mukaisesti erotus-elimen 24 alaosaan olennaisesti suulakkeessa 21 olevan jähmettymisrintaman 25 korkeudelle on asennettu ainakin yksi ohjaus- eli suuntauselin 26 jäähdytysväliaineen ohjaamiseksi kohti jäähdyttimen sisäseinämää edullisesti runsaimmin jäähdytystä vaativan seinämäosan kohdalle. Kuumentunut S 87894 jäähdytysväliaine johdetaan edelleen erotuselimen 24 ja jäähdyttimen sisäseinämän muodostaman virtaustilan kautta poistoaukolle 27. Keksinnön mukaista ohjauselintä 26 käyttäen saadaan jäähdytysväliaineelle suurempi virtausnopeus ja siten parempi jäähdytysteho. Samoin jäähdytys-väliaineen turbulenssi kasvaa, jolloin edullisesti voidaan estää höyrypatjan syntyminen jäähdyttimen pintaan.In Fig. 3, a condenser 22 is mounted around the nozzle 21, in which, as in Fig. 2, the flow direction of the cooling medium is shown by arrows. The cooling medium is fed to the cooler 22 from the supply opening 23 and the cooling medium passes in the space between the outer wall of the cooler 22 and the separating member 24 to the lower part of the cooler. According to the invention, at least one guide member 26 is mounted in the lower part of the separating member 24 substantially at the height of the solidification front 25 in the nozzle 21 to guide the cooling medium towards the inner wall of the radiator, preferably at the wall part requiring the most cooling. The heated S 87894 cooling medium is further passed through a flow space formed by the separating member 24 and the inner wall of the cooler to the outlet 27. Using the control member 26 according to the invention, a higher flow rate and thus better cooling efficiency is obtained for the cooling medium. Likewise, the turbulence of the cooling medium increases, whereby the formation of a steam mattress on the surface of the cooler can advantageously be prevented.

Kuvion 4 mukaisessa sovellutusmuodossa jäähdytin 31 on asennettu suulakkeen 32 yläosan ympärille. Jäähdytysväliaine syötetään jäähdyttimen yläosassa olevan syöttöaukon 33 kautta ja jäähdytysväliaine kulkeutuu jäähdyttimen ulkopinnan ja erotuselimen 34 välisessä tilassa jäähdyttimen 31 alaosaan. Jäähdytinväliaineen suuntaamiseksi jäähdyttimen sisäseinämää kohti on erotuselimen 34 alaosaan olennaisesti suulakkeessa 32 olevan jähmettymisrintaman 35 korkeudelle liitetty keksinnön mukaisesti ainakin yksi ohjaus- eli suuntauselin 36, joka ohjaa jäähdytysväliaineen olennaisesti kohtisuoraan jäähdyttimen rungon sisäseinämään muodostettuun ainakin yhteen uraan 37. Suuntauselimen 36 ja uran 37 vaikutuksesta muutetaan jäähdytysväliaineen sisältämä paine-energia liike-energiaksi. Näin jäähdytysväliaineen jäähdy-tystehoa voidaan parantaa samalla, kun estetään jäähdytystä vaikeuttavan eristävän höyrypatjan muodostuminen. Jäähdyttimen alaosassa, olennaisesti sen kuumimmassa kohdassa kuumentunut jäähdytysväliaine poistetaan jäähdyttimestä 31 jäähdyttimen yläosassa olevan poistoaukon 38 kautta.In the embodiment of Figure 4, the radiator 31 is mounted around the top of the nozzle 32. The cooling medium is fed through a feed opening 33 in the upper part of the cooler and the cooling medium passes in the space between the outer surface of the cooler and the separating member 34 to the lower part of the cooler 31. According to the invention, at least one guide member 36 is connected to the lower part of the separating member 34 at the height of the solidification front 35 in the nozzle 32 to direct the radiator medium toward the inner wall of the radiator. pressure energy into kinetic energy. In this way, the cooling efficiency of the cooling medium can be improved while preventing the formation of an insulating steam mattress that makes cooling difficult. In the lower part of the condenser, substantially at its hottest point, the heated cooling medium is removed from the condenser 31 through an outlet 38 in the upper part of the condenser.

Vaikka edelläolevissa kuvioissa 2-4 on esitetty keksinnön edullisia sovellutusmuotoja käyttäen erimuotoisia ohjaus-elimiä, on selvää, että näitä erimuotoisia ohjauselimiä voidaan soveltaa myös tarvittaessa samassa jäähdyttimessä.Although preferred embodiments of the invention are shown in the above Figures 2-4 using differently shaped control members, it is clear that these differently shaped control members can also be applied in the same radiator, if necessary.

Claims

1. Apparatus for effecting cooling when casting a metal piece in a vertical continuous casting carried out from below, when the nozzle (12, 21, 32) of the casting machine is at least to its upper part surrounded by a cooler (11, 22, 31) which is divided into two parts by a separating means (14, 24, 34) within the radiator (11, 22, 31), characterized in that the radiator (11, 22) has a cooling velocity to increase the cooling rate. , 31) at least one control means (16, 26, 36) arranged in the cooler housing or inside the cooler, which is connected to the lower part of the separating means (14, 24, 34), which control means is mounted substantially at a height determined by the setting front (15, 25, 35) in the nozzle (12, 21, 32).

Device according to claim 1, characterized in that the control means consists of at least one control channel (16, 17) located inside the radiator housing.

3. Device according to claim 1, characterized in that the control means (26) comprises at least one directional means connected to the separating means (24).

Device according to claim 1, characterized in that the control means consists of at least one directional means (36) connected to the separating means (34) and at least one ferry (37) formed in the cooler housing.