WO1998013157A1 - Stranggiesskokille - Google Patents

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Fritz-Peter Pleschiutschnigg
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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 for casting strands, preferably made of steel, consisting of mold plates and a water tank, which are connected to one another and between which a water cooling system is built up using water guide channels.
  • Chill plates - preferably made of copper for the continuous casting of slabs, thin slabs, blooms and profiles - are cooled with water on the back and are screwed onto a steel water tank.
  • the water is z. B. in thin slab molds through channels of a width of about 5 mm from the exit of the mold (bottom) in the direction of the casting level vertically to the upper edge of the mold.
  • the water is passed through the water ducts at a pressure between 5 - 15 bar and flow velocities of 5 - 15 m / s to reduce the heat flow of up to 4 MW / m 2 at the phase boundary Cu plate / water without disturbing the heat transfer To be able to pick up and remove gas bubbles.
  • the object of the invention is now to find a technically more sensible solution which makes it possible to make the Cu plates, which are to be regarded as wearing parts, simpler and less expensive.
  • the invention is characterized by a design of the continuous casting molds in which the water guide channels are arranged in the side of the water box (6) facing the mold plate and not - as previously - in the mold plate (3).
  • FIG. 1 and FIG. 2 serve to illustrate the following exemplary description of the invention.
  • Figure 1 Representation of a broadside die plate with water boxes for the casting of thin slabs as a horizontal section in the upper half of the mold.
  • Figure 2 Representation of the mold plate as in Figure 1, but with a connecting plate in sandwich construction.
  • Figure 3 is an enlarged view of section A in Figure 2.
  • the wide mold side consists of
  • a steel water tank (6) which is provided with cooling water guide channels (7) that follow the convex profile (5) of the Cu plate (3) in the horizontal and vertical directions to the mold exit (8).
  • the water tank (6) consists of a steel plate (9), which is provided with the water guide channels (7), a wall or ridge thickness (7.1) and a channel width (7.2), and the actual water guide box with its webs (10).
  • the webs (10) can either be welded (11) to the steel plate (9) or z. B. with screws (12), which are embedded in the Cu broad side plate (3), which are clamped, for example, via nuts (13) or spring-loaded wedges with the back (14) of the water tank.
  • this device arrangement also applies to plane-parallel mold plates of conventional slab molds as well as pre-block molds and molds for profiles, such as. B. "Dogbones" or similar continuous casting formats.
  • Advantages of the invention are a constructive simplification of the wearing part "Cu plate” and the relocation of the "intelligent” (regulatable or controllable) part of the mold with its water guide channels (7) on the non-wearing part of the mold of the steel water tank (6) with its steel plate ( 9) -
  • the Cu plate blank can be thinner and / or the copper plate thickness can be smaller, or the service life of the Cu plate can be longer over more machining cycles, which can also significantly reduce the cost of material procurement.
  • the inventive solution gives the possibility that the water guide channels (7), due to the better material properties of the steel compared to copper, can be wider, thereby ensuring better and more uniform cooling of the copper plate (3).
  • the water channels in copper for example, have previously been 5 mm wide and 5 mm thick, thus leading to a water coverage of 50%.
  • Higher water coverage i.e. H.
  • a lower relative comb thickness (7.1) can be achieved with the material steel in the steel plate (9) of the water tank, since the risk of the steel comb buckling away (7.1) is due to the lower thermomechanical load and the higher mechanical load capacity of steel becomes much lower.
  • the water channel width (7.2) can be 16 mm and the comb thickness 4 mm. This arrangement would result in water coverage of 80%, which in turn leads to improved and more uniform cooling, and which allows the cooling water speeds and / or the cooling water pressure to be reduced.
  • FIG. 2 refers to all the essential features and advantages of Figure 1 with the difference that the connecting plate 9 is not made of steel, but from a sandwich plate in such a way that on the steel plate 9.1 of the water tank 6, an intermediate plate 9.2 made of copper or from a Copper alloy rests, in which in turn the water channels 7 are incorporated.
  • the intermediate plate 9.2 is clamped between the mold plate 3 and the water tank 6 by means of the tensioning screws 12 in such a way that no disadvantages with respect to. heat transfer can arise.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail A from FIG. 2 with a cooling connection 16 to the water guide channels 7 and with a cooling channel 15 arranged in the connecting screw 12, which are each intended to be only a basic illustration, the detailed execution of which can be carried out by a person skilled in the art.
  • the invention thus has an unexpected, multiplying, positive effect on the strand quality, the mold durability and the operating costs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stranggießkokille zum Gießen von Strängen, vorzugsweise aus Stahl, bestehend aus Kokillenplatten (3) und Wasserkasten (6), die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Wasserkühlung mit Hilfe von Wasserführungskanälen (7) aufgebaut ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserführungskanäle (7) in der der Kokillenplatte (3) zugewandten Seite (5) des Wasserkastens (6) angeordnet sind und nicht in der Kokillenplatte (3). Der Vorteil ist u.a. in einer deutlichen konstruktiven Vereinfachung des Verschleißteils 'Kokillenplatte' zu sehen sowie in einer gleichmäßigeren Plattenkühlung und Verbesserung der Strangqualität.

Description

Stranggießkokille
Die Erfindung betrifft eine Sranggießkokille zum Gießen von Strängen, vorzugsweise aus Stahl, bestehend aus Kokillenplatten und Wasserkasten, die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Wasserkühlung mit Hilfe von Wasserführungskanälen aufgebaut ist.
Kokillenplatten - vorzugsweise bestehend aus Kupfer für das Stranggießen von Brammen, Dünnbrammen, Vorblöcken und Profilen - werden auf ihrer Rückseite mit Wasser gekühlt und sind auf einen Stahlwasserkasten aufgeschraubt.
So wird das Wasser z. B. bei Dünnbrammenkokillen durch Kanäle einer Breite von ca. 5 mm vom Ausgang der Kokille (Boden) in Richtung Gießspiegel vertikal zur Oberkante der Kokille geleitet. Das Wasser wird mit einem Druck zwischen 5 - 15 bar und Strömungsgeschwindigkeiten von 5 - 15 m/s durch die Wasserführungskanäle geleitet, um den Wärmestrom von bis zu 4 MW/m2 an der Phasengrenze Cu-Platte/Wasser ohne eine Störung des Wärmeübergangs durch Gasblasenbildung aufnehmen und abtransportieren zu können.
Diese Wasserkanäle werden bisher in die Cu-Platte auf der dem Wasser zugewandten Cu-Plattenseite eingearbeitet. Dies geschieht in den mechanischen Werkstätten mit NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, die viel Zeit dafür benötigen und sehr kostenintensiv sind.
Außerdem ist zu bemerken, daß speziell im Falle von Dünnbrammen Kokillen (DE 3400220) - mit einer auf der dem Stahl zugewandten Seite konkaven Form bzw. mit einer auf der dem Wasser zugewandten Seite konvexen Form - das Einbringen von Wasserführungskanälen noch raaschinen- und kostenaufwendiger ist als bei planparallelen Cu-Platten, wie sie bei konventionellen Bramraenkokillen zum Einsatz kommen.
Das Einbringen der Wasserführungskanäle ist zudem aus Sicht der Lebensdauer der Cu-Platten, die als Verschleißteile anzusehen sind, ökonomisch gesehen nicht sinnvoll.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine technisch sinnvollere Lösung zu finden, die es erlaubt, die Cu-Platten, die als Ver- schleißteile anzusehen sind, einfacher und kostengünstiger zu gestalten.
Eine unerwartete Lösung für diese beschriebene Aufgabe stellen die in den Patentansprüchen 1 bis 13 beschriebenen Merkmale dar.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Gestaltung der Stranggießkokillen aus, bei der die Wasserführungskanäle in der der Kokillenplatte zugewandten Seite des Wasserkastens (6) angeordnet sind und nicht - wie bisher - in der Kokillenplatte (3).
Figur 1 und Figur 2 dienen zur Veranschaulichung der folgenden beispielhaften Beschreibung der Erfindung.
Figur 1 Darstellung einer Breitseitenkokillenplatte mit Wasser- kästen für das Gießen von Dünnbrammen als Horizontalschnitt in der oberen Hälfte der Kokille.
Figur 2 Darstellung der Kokillenplatte wie in Figur 1, jedoch mit einer Verbindungsplatte in Sandwichbauweise.
Figur 3 Eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Figur 2.
Die Figur 1 stellt einen Horizontalschnitt durch die Breitseite (1) einer Dünnbramraenkokille mit Gießtrichter (2) oder mit einer dem flüssigen Stahl zugewandten konkaven Kokillenform dar. Die Kokillenbreitseite besteht aus
• einer Cu-Platte (3) mit einer Abmessung von beispielsweise 1,6 x 1,2 m und einer Dicke von 0,02 m, die auf beiden Seiten glatte und zueinander parallele Oberflächen (4) und (5) aufweist,
• einem Stahlwasserkasten (6), der mit Kühlwasserführungskanälen (7) versehen ist, die dem konvexen Profil (5) der Cu- Platte (3) in horizontaler und vertikaler Richtung bis zum Kokillenausgang (8) folgen.
Der Wasserkasten (6) besteht aus einer Stahlplatte (9), die mit den Wasser-führungskanälen (7), einer Wanddicke oder Kammdicke (7.1) und einer Kanalbreite (7.2) versehen ist, und dem eigentlichen Wasserführungskasten mit seinen Stegen (10).
Die Stege (10) können entweder mit der Stahlplatte (9) verschweißt (11) sein oder z. B. mit Schrauben (12), die in die Cu-Breitseitenplatte (3) eingelassen sind, verbunden sein, die beispielsweise über Muttern (13) oder gefederte Keile mit der Rückseite (14) des Wasserkastens verspannt sind.
Diese Vorrichtungsanordnung gilt selbstverständlich auch für planparallele Kokillenplatten von konventionellen Brammenkokillen sowie Vorblockkokillen und Kokillen für Profile, wie z. B. " Dogbones" oder ähnliche Stranggießformate.
Vorteile der Erfindung sind eine konstruktive Vereinfachung des Verschleißteiles "Cu-Platte" und die Verlagerung des "intelligenten" (regelbaren bzw. steuerbaren) Teils der Kokille mit ihren Wasserführungskanälen (7) auf dem nicht verschleißenden Kokillenteil des Stahlwasserkastens (6) mit seiner Stahlplatte (9)-
Weitere Vorteile sind darin zu sehen, daß das Einbringen der Ankerschrauben (12) in die Cu-Platte (3) für die nötige Kraftübertragung nicht so tief erfolgen muß, da die Wasserführungskanäle in der Stahlplatte (9) des Stahlwasserkastens (6) und nicht in die Cu-Platte (3) eingelassen sind.
Hierdurch kann der Cu-Plattenrohling dünner und/oder die Kupferplattendicke kleiner bzw. die Lebensdauer der Cu-Platte über mehr Bearbeitungszyklen länger werden, wodurch zusätzlich die Materialbeschaffungskosten bemerkenswert gesenkt werden können.
Außerdem gibt die erfinderische Lösung die Möglichkeit, daß die Wasserführungskanäle (7), bedingt durch die besseren Werkstoffeigenschaften des Stahles gegenüber Kupfer, breiter werden können, wodurch eine bessere und gleichförmigere Kühlung der Cu- Platte (3) sichergestellt wird.
Die Wasserkanäle im Kupfer haben beispielsweise bisher eine Breite von 5 mm und eine Kammdicke von 5 mm und führen damit zu einer Wasserbedeckung von 50 %. Eine höhere Wasserbedeckung, d. h. eine geringere relative Kammdicke (7.1), kann mit dem Werkstoff Stahl in der Stahlplatte (9) des Wasserkastens erreicht werden, da die Gefahr des Wegknickens des Stahlkamms (7.1) einmal durch die geringere thermomechanische Belastung und zum zweiten durch die höhere mechanische Belastbarkeit von Stahl wesentlich geringer wird. So kann die Wasserkanalbreite (7.2) beispielsweise 16 mm und die Kammdicke 4 mm betragen. Diese Anordnung würde zu einer Wasserbedeckung von 80 % führen, die wiederum zu einer verbesserten und gleichmäßigeren Kühlung führt, und die es erlaubt, die Kühlwassergeschwindigkeiten und/oder den Kühlwasser- druck zu reduzieren.
Eine Reduktion des Kühlwasserdruckes würde wiederum dünnere Cu- Plattendicken zu-lassen, da die Gefahr des Ausbauchens der Cu- Platte (3) bzw. der Cu-Plattenoberflache aufgrund des reduzierten Wasserdruckes geringer wird. Die geringe Cu-Plattendicke führt wiederum zu geringeren Oberflächentemperaturen in der dem flüssigen Stahl zugewandten Seite (4) - hot face - der Cu-Platte (3), die die Lebenszeit der Cu-Platte erhöht. Figur 2 bezieht sich mit allen wesentlichen Merkmalen und Vorteilen auf Figur 1 mit dem Unterschied daß die Verbindungsplatte 9 nicht aus Stahl, sondern aus einer Sandwichplatte in der Weise aufgebaut ist, daß auf der Stahlplatte 9.1 des Wasserkastens 6 eine Zwischenplatte 9.2 aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung aufliegt, in die ihrerseits die Wasserführungskanäle 7 eingearbeitet sind. Die Zwischenplatte 9.2 ist mittels der Spannschrauben 12 zwischen Kokillenplatte 3 und Wasserkasten 6 so eingespannt, daß keine Nachteile bezgl . der Wärmeübertragung enstehen können.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt A aus Figur 2 mit einer Kühlverbindung 16 zu den Wasserführungskanälen 7 und mit einem in der Verbindungsschraube 12 angeordnetem Kühlkanal 15, die jeweils nur eine Prinzipdarstellung sein sollen, dessen Detailausführung vom Fachmann ohne weiteres ausgeführt werden kann .
Die Erfindung hat somit einen unerwartete, multiplizierende, positive Wirkung auf die Strangqualität, die Kokillenhaltbarkeit und die Betriebskosten.
Bezugszeichenliste
(1) Breitseite einer Dünnbrammenkokille
(2) Gießtrichter oder dem flüssigen Stahl zugewandte konkave Kokillenform
(3) Kokillenplatte
(4) Cu-Plattenoberflache auf der dem flüssigen Stahl zugewandten Seite
(5) CU-Plattenoberfläche auf der dem Kühlwasser zugewandten Seite
(6) Stahlwasserkasten
(7) Wasserführungskanäle
(7.1) Kammdicke, Wanddicke zwischen zwei benachbarten Wasserführungskanälen
(7.2) Kanalbreite
(8) Kokillenausgang
(9) Verbindungsplatte des Wasserkastens
(9.1) Stahlplatte des Wasserkastens
(9.2) Zwischenplatte aus Kupfer
(10) Stege des Stahlwasserkastens
(11) Verschweißung zwischen Stahlplatte und Wasserkasten (12) Ankerschrauben zum Verbinden der Kokillenplatte (3) mit der Verbindungsplatte (9) und/oder dem Wasserkasten (6)
(13) Muttern zum Verspannen der Kokillenplatte (3), der Verbindungsplatte (9) und/oder des Wasserkastens (6) miteinander
(14) Rückseite des Wasserkastens
(15) Kühlkanal
( 16 ) KühlVerbindung

Claims

Patentansprüche
1. Stranggießkokille zum Gießen von Strängen, vorzugsweise aus Stahl, bestehend aus Kokillenplatten (3) und Wasserkasten (6), die miteinander verbunden sind und zwischen denen eine Wasserkühlung mit Hilfe von Wasserführungskanälen (7) aufgebaut ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wasserführungskanäle (7) in der der Kokillenplatte (3) zugewandten Seite (5) des Wasserkastens (6) angeordnet sind und nicht in der Kokillenplatte (3).
2. Stranggießkokille nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kokillenplatte (3) auf der zum flüssigen Stahl hinge- wandten Seite (4) in horizontaler und vertikaler Richtung nicht plan ist.
3. Stranggießkokille nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kokillenplatte (3) auf der zum flüssigen Stahl hingewandten Seite (4) nur in horizontaler Richtung nicht plan ist .
4. Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflächen (4) und (5) der Kokillenplatte (3) in horizontaler und vertikaler Richtung parallel verlaufen.
5. Stranggießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kokillenplatte aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung besteht oder diese zumindest partiell in Höhe oder Breite mit einer wärmeleitenden und verschleißmindernden Beschichtung versehen sind.
6. Stranggießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wasserkasten (6) auf der der Kokillenplatte (3) zugewandten Seite eine Metallplatte als Verbindungsplatte (9) aufweist und daß in dieser Verbindungsplatte (9) die Wasserführungskanäle (7) eingebracht sind.
7. Stranggießkokille nach mindenstens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindungsplatte (9) aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung besteht.
8. Stranggießkokille nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wasserkasten (6) im wesentlichen aus einer Stahlkonstruktion besteht, wobei die Verbindungsplatte (9) aus Stahl besteht und diese Stahlplatte (9) des Wasserkastens (6) im Bereich der Stege (10) eine verbindende Verschweißung aufweist.
9. Stranggießkokille, insbesondere nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindungsplatte (9) als Sandwhichplatte aufgebaut ist, wobei auf einer Stahlplatte (9.1) eine Zwischenplatte (9.2), vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung angeordnet ist, in der die Wasserführungskanäle (7) eingebracht sind.
10. Stranggießkokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wasserkasten (6) und die Verbindungsplatte (9) des Wasserkastens mit Hilfe von Schrauben (12), die in die Kokillenplatte (3) eingelassen sind, und mittels am Wasserkasten angeordneten Muttern (13) zusammengefügt sind.
11.Stranggießkokille nach mindenstens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der in der Kokillenplatte (3) eingelassene Bereich der Verbindungsschrauben (12) eine Kühlverbindung (16) zu den Wasserführungskanälen (7) aufweist.
12.Stranggießkokille, insbesondere nach Anspruch 10 und 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindungsschrauben (12) mit innen oder außen liegenden Kühlkanälen (15) versehen sind, die mit den Wasserführungskanälen (7) verbunden sind.
13.Stranggießkokille nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wasserbedeckung der Kokillenplatte (3) auf ihrer der kühlwasserführenden Verbindungsplatte (9) zugewandten Seite (5) mehr als 30 % beträgt, wobei die Wasserbedeckung das Verhältnis der Kanalbreite (7.2) zu der Summe aus Kammdicke (7.1) und Kanalbreite (7.2).
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