EP0062606B1 - Vorrichtung zum Kühlen eines Giessstranges während des Stranggiessens - Google Patents

Vorrichtung zum Kühlen eines Giessstranges während des Stranggiessens Download PDF

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EP0062606B1
EP0062606B1 EP82810127A EP82810127A EP0062606B1 EP 0062606 B1 EP0062606 B1 EP 0062606B1 EP 82810127 A EP82810127 A EP 82810127A EP 82810127 A EP82810127 A EP 82810127A EP 0062606 B1 EP0062606 B1 EP 0062606B1
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cooling
length
apertures
continuous casting
cooling medium
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Walter Haller
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Schweizerische Aluminium AG
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    • 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
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
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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
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    • B22D11/01—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces
    • B22D11/015—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths without moulds, e.g. on molten surfaces using magnetic field for conformation, i.e. the metal is not in contact with a mould
    • 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
    • B22D11/049—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for direct chill casting, e.g. electromagnetic casting

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling a casting strand emerging from an electromagnetic continuous casting mold during continuous casting by applying coolant directly to the circumference of the strand (DE-A-1 908 763).
  • heat is removed from the casting strand emerging from the mold by applying coolant to the surface of the strand directly below the mold.
  • the coolant initially only touches the start-up floor.
  • the indirect heat removal that occurs leads to a mild solidification of the liquid metal and to an even formation of the strand base.
  • the coolant strikes the surface of the strand, which is associated with a sudden increase in heat dissipation from the casting strand.
  • the thermal stresses that occur as a result of this temperature shock are greater than the tensile strength of the cast strand and lead to permanent deformation in the form of a convex curvature of the strand base and, if the tensile strength is exceeded, to cracks in the strand.
  • the strand In order to obtain a casting strand with a flat foot, the strand must not be cooled too much during the start-up process.
  • a method is also known in which the coolant is applied in a pulsating manner to reduce the cooling intensity, at least during the start-up process.
  • the deflecting surface is provided with tongues arranged tongues, separated by recesses.
  • the ratio between the width of the recesses and the distance between adjacent recesses is between 1:10 and 1: 1.5, in particular between 1: 6 and 1: 2, the distance between adjacent recesses being 5 to 50 mm.
  • the tongues can additionally have recesses lying parallel to the recesses, the length of which is smaller than the length of the recesses. This arrangement enables the cooling intensity to be increased after the start-up process via an intermediate stage.
  • the deflection surface can be designed to be rotatable about the casting strand axis.
  • a cooling device based on the same longitudinal zone cooling principle in which, according to the invention, tubular nozzles for a gas are arranged parallel to the casting strand axis, the nozzle opening of which ends above the path of the coolant emerging from the annular gap, also leads to the achievement of the object.
  • the coolant is deflected here by the gas stream emerging from the nozzles.
  • the distance between adjacent nozzles is preferably between 5 and 50 mm, in particular between 15 and 25 mm.
  • the nozzles can be connected to a ring line.
  • an induction coil 4 which is formed by a hollow profile in the illustrated exemplary embodiments, is placed around a casting opening for a casting strand 1 with a starting base 2. This is mounted on a multi-part support body 5 made of insulating material, which has corresponding recesses on its inside for receiving the induction coil 4.
  • the upper support body 6 is connected to a metallic cover 7 and delimits cavities for a flowing coolant.
  • An electromagnetic shield 8 which is connected to the cover 7 by a screw thread, is used to adapt the magnetic field to the increasing metallostatic pressure in the casting strand 1, with a selected position of the shield 8 can be fixed by locking screws 9.
  • this screen 8 is preceded by a jacket 10 made of refractory, insulating material towards the pouring opening.
  • an insulating body 11 is attached, which together with the outer surface of the electromagnetic screen 8 forms an annular gap 12 through which coolant 13 is sprayed onto the casting strand 1.
  • the coolant is introduced into the cavity formed by the upper support body 6 and its cover 7, then flows through various fluid dynamic calming elements - for example a screen plate 14 with holes 15 - as well as a collar-like weir 16 and then exits through the annular gap 12 at a predetermined angle, which is given by the function of the screen 8 to adapt the magnetic field to the metallostatic pressure in the casting strand.
  • a baffle 17 - for example a 0.5 mm thick baffle made of stainless steel - protrudes parallel to the casting strand axis and acts as a baffle for the coolant Deflector and whose inner contour is adapted to the cross-sectional contour of the casting strand 1.
  • racks 18 are fastened to this, which are each in engagement with these associated gear wheels 19 of a drive device (not shown in the drawing).
  • the baffle 17 shown in FIG. 2 has, at a distance b of, for example, 20 mm, recesses 21 of a length 1 of, for example, 25 mm and a width of, for example, 5 mm, which are separated from one another by tongues arranged in tongues 20.
  • X denotes a section line of the coolant 13 emerging from the annular gap 12 with the plane of the baffle plate 17.
  • each tongue 20 is additionally provided with a recess 22 according to FIG. 3.
  • the length 1 1 of the recesses 21 is, for example, 25 mm and the length 1 2 of the recesses 22 is 15 mm.
  • the recesses 21 or recesses 22 have a width a or d of 5 mm, for example.
  • the cutouts 22 lie in the middle between two cutouts 21, ie the distance c between one cutout and an adjacent cutout is 10 mm.
  • X and X 2 denote two different cutting lines of the coolant 13 emerging from the annular gap 12 with the plane of the baffle 17. The cutting line X only cuts the recesses, the cutting line X 2 also the recesses.
  • tubular nozzles 23 are arranged parallel to the axis of the casting strand, the nozzle opening of which is at a distance of 5 mm, for example, from the nozzle axis to the flow path of the coolant 13 emerging from the annular gap 12; the distance between the individual nozzles 23 is, for example, 20 mm.
  • the nozzles 23 are connected to a ring line 24 formed by a hollow profile, which is connected to a compressed air tank via a line (not shown in FIG. 4).
  • the ring line 24 is attached to angled brackets 25 which rest on the upper edge of the continuous casting mold.
  • the partial deflection of the coolant 13 emerging from the annular gap 12 results in an interruption of the line of impact Y of the coolant on the surface of the casting strand 1, as shown in FIG. 5.
  • the cooling surfaces 26 which hit the surface of the casting strand and flow down there have one Width a of for example 5 mm and are at a distance b of for example 25 mm.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines aus einer elektromagnetischen Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf den Strangumfang (DE-A-1 908 763).
  • Beim Stranggiessen mit direkter Kühlung wird dem aus der Kokille austretenden Giessstrang durch Beaufschlagen der Strangoberfläche mit Kühlmittel unmittelbar unterhalb der Kokille Wärme entzogen. Während des Anfahrvorganges berührt das Kühlmittel zunächst nur den Anfahrboden. Der hierbei eintretende indirekte Wärmeentzug führt zu einer milden Erstarrung des flüssigen Metalls und zu einer ebenen Ausbildung des Strangfusses. Mit fortschreitendem Absenken des Anfahrbodens trifft das Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des Stranges auf, was mit einer sprunghaften Erhöhung der Wärmeabfuhr aus dem Giessstrang verbunden ist. Die als Folge dieses Temperaturschocks auftretenenden Wärmespannungen sind grösser als die Dehnungsfestigkeit des Giessstranges und führen zu einer bleibenden Verformung in Form einer konvexen Wölbung des Strangfusses und bei Überschreiten der Zerreissfestigkeit überdies zu Rissen im Strang. Um einen Giessstrang mit ebenem Fuss zu erhalten, darf der Strang demzufolge während des Anfahrvorganges nicht zu stark gekühlt werden.
  • Es ist ausserdem ein Verfahren bekannt, bei dem das Kühlmittel zur Verminderung der Kühlintensität zumindest während des Anfahrvorganges pulsierend aufgebracht wird.
  • Weiterhin ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem ein Kühlmittel mit in diesem gelösten Gas verwendet wird, welches beim Auftreffen des Kühlmittels auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluss vermindernden Isolierfilm bildet.
  • Die den genannten Verfahren anhaftenden Nachteile sind einerseits die durch das pulsierend aufgebrachte Kühlmittel auftretenden Vibrationen, die sich negativ auf die Gefügeausbildung im Strang während des Erstarrungsvorganges auswirken können; andererseits macht die Anwendung eines Kühlmittels mit darin gelöstem Gas eine komplizierte Kontrolleinrichtung erforderlich.
  • Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen bei der ein Giessstrang mit im wesentlichen ebenem Fuss erhalten wird. Zudem soll eine einfache Handhabung gewährleistet werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Wird die resultierende Auftreffgeometrie des Kühlmittels auf der Oberfläche des Giessstranges über mindestens die ersten 100 mm des Stranges aufrecht erhalten, so bildet sich als Folge der verminderten Kühlwirkung ein praktisch wölbungsfreier Fuss aus. Nachdem der aus der Kokille austretende Strang eine Länge von etwa 10 cm erreicht und sich der Fuss durchgehend verfestigt hat, kann die Kühlung in der üblichen Weise - d.h. ohne Unterteilung des Kühlmittels in einzelne Kühlmittelstrahlen - fortgesetzt werden, da die Gefahr einer Wölbung nicht mehr besteht. In gewissen Fällen kann es sich jedoch als zweckmässig erweisen, die erfindungsgemässe Auftreffgeometrie des Kühlmittels während des gesamten Giessvorganges beizubehalten.
  • Die Ablenkfläche ist nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung mit zinnenartig angeordneten, durch Ausnehmungen getrennten Zungen versehen.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt das Verhältnis zwischen Breite der Ausnehmungen und Abstand benachbarter Ausnehmungen zwischen 1 : 10 und 1 : 1,5, insbesondere zwischen 1 : 6 und 1 : 2, wobei der Abstand benachbarter Ausnehmungen 5 bis 50 mm beträgt.
  • Die Zungen können zusätzlich parallel zu den Ausnehmungen liegende Aussparungen aufweisen, deren Länge kleiner ist als die Länge der Ausnehmungen. Diese Anordnung ermöglicht eine Erhöhung der Kühlintensität nach dem Anfahrvorgang über eine Zwischenstufe.
  • Beim Giessen von Strängen mit rundem Querschnitt kann die Ablenkfläche um die Giessstrangachse drehbar ausgebildet sein.
  • Zur Lösung der Aufgabe führt auch eine, auf dem gleichen Längszonen-Kühlprinzip beruhende Kühlvorrichtung, bei der erfindungsgemäss parallel zur Giessstrangachse rohrartige Düsen für ein Gas angeordnet sind, deren Düsenöffnung oberhalb der Bahn des aus dem Ringspalt austretenden Kühlmittels enden. Die Ablenkung des Kühlmittels erfolgt hier durch den aus den Düsen austretenden Gasstrom.
  • Der Abstand benachbarter Düsen liegt bevorzugtermassen zwischen 5 und 50 mm, insbesondere zwischen 15 und 25 mm. Die Düsen können an eine Ringleitung angeschlossen sein.
  • Weitere Vorteile, und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Stranggiesskokille mit einem Ablenkblech;
    • Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen des Ablenkbleches;
    • Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil einer Stranggiesskokille mit Ablenkdüsen;
    • Fig. 5 Kühlflächen auf einer Giessstrangoberfläche bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
  • Bei einer elektromagnetischen Stranggiesskokille ist um eine Giessöffnung für einen Giessstrang 1 mit einem Anfahrboden 2 anliegenden Strangfuss 3 eine - in den dargestellten Ausführungsbeispielen von einem Hohlprofil gebildete - Induktionsspule 4 gelegt. Diese ist an einem aus isolierendem Werkstoff geformten mehrteiligen Tragkörper 5, gelagert, der an seiner Innenseite entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme der Induktionsspule 4 aufweist. Der obere Tragkörper 6 ist mit einem metallischen Deckel 7 verbunden und begrenzt mit diesem Hohlräume für ein fliessendes Kühlmittel.
  • Zur Anpassung des Magnetfeldes an den zunehmenden metallostatischen Druck im Giessstrang 1 dient ein elektromagnetischer Schirm 8, der mit dem Deckel 7 durch ein Schraubgewinde verbunden ist, wobei eine einmal gewählte Lage des Schirmes 8 durch Feststellschrauben 9 fixiert werden kann. Diesem Schirm 8 ist in den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 4 zur Giessöffnung hin ein Mantel 10 aus feuerfestem, isolierendem Werkstoff vorgeschaltet.
  • An der Innenseite des oberen Tragkörpers 6 ist ein Isolierkörper 11 angebracht, der zusammen mit der Aussenfläche des elektromagnetischen Schirmes 8 einen Ringspalt 12 bildet, durch den Kühlmittel 13 auf den Giessstrang 1 gespritzt wird. Das Kühlmittel wird in den vom oberen Tragkörper 6 und seinem Deckel 7 gebildeten Hohlraum eingeleitet, durchströmt anschliessend verschiedene strömungsdynamische Beruhigungselemente - beispielsweise wiedergegebene Siebplatte 14 mit Löchern 15 - sowie ein kragenartiges Wehr 16 und tritt dann durch den Ringspalt 12 in einem vorbestimmten Winkel aus, der durch die Funktion des Schirmes 8 zur Anpassung des Magnetfeldes an den metallostatischen Druck im Giessstrang gegeben ist.
  • In die Strömungsbahn des aus dem Ringspalt 12 austretenden Kühlmittels 13 ragt - wie in Fig. 1 dargestellt - parallel zur Giessstrangachse eine Ablenkfläche 17 - beispielsweise ein 0,5 mm dickes, aus nichtrostendem Stahl gefertigtes Ablenkblech - ein, die als Prallfläche für das Kühlmittel ein Umlenkorgan darstellt und deren Innenkontur der Querschnittskontur des Giessstranges 1 angepasst ist. Um ein Verschieben des Ablenkbleches 17 parallel zur Giessstrangachse während des Giessbetriebes zu ermöglichen, sind an diesem Zahnstangen 18 befestigt, die jeweils mit diesen zugeordneten Zahnrädern 19einer- in der Zeichnung nicht dargestellten - Antriebsvorrichtung in Eingriff stehen.
  • Das in Fig. 2 dargestellte Ablenkblech 17 weist in einem Abstand b von beispielsweise 20 mm Ausnehmungen 21 einer Länge 1 von beispielsweise 25 mm und einer Breite a von beispielsweise 5 mm auf, die durch zinnenartig angeordnete Zungen 20 voneinander getrennt sind. Mit X ist eine Schnittlinie des aus dem Ringspalt 12 austretendenden Kühlmittels 13 mit der Ebene des Ablenkbleches 17 bezeichnet.
  • Bei einer anderen Ausführungsform des Ablenkbleches 17 istr gemäss Fig. 3 jede Zunge 20 zusätzlich mit einer Ausspareung 22 versehen. Die Länge 11 der Ausnehmungen 21 beträgt beispielsweise 25 mm und die Länge 12 der Aussparungen 22 15 mm. Die Ausnehmungen 21 bzw. Aussparungen 22 weisen eine Breite a bzw. d von beispielsweise 5 mm auf. Die Aussparungen 22 liegen in der Mitte zwischen zwei Ausnehmungen 21, d.h. der Abstand c zwischen einer Ausnehmung und einer benachbarten Aussparung beträgt 10 mm. X, und X2 bezeichnen zwei verschiedene Schnittlinien des aus dem Ringspalt 12 austretenden Kühlmittels 13 mit der Ebene des Ablenkbleches 17. Die Schnittlinie X, schneidet nur die Ausnehmungen, die Schnittlinie X2 auch die Aussparungen.
  • Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind parallel zur Giessstrangachse rohrartige Düsen 23 angeordnet, deren Düsenöffnung zur Strömungsbahn des aus dem Ringspalt 12 austretenden Kühlmittels 13 einen in der Düsenachse gemessenen Abstand von beispielsweise 5 mm aufweist; der Abstand zwischen den einzelnen Düsen 23 beträgt beispielsweise 20 mm. Die Düsen 23 sind an eine von einem Hohlprofil gebildete Ringleitung 24 angeschlossen, die über eine - in Fig. 4 nicht dargestellte - Zuleitung mit einem Druckluftbehälter verbunden ist. Die Ringleitung 24 ist an abgewinkelten Halterungen 25 befestigt, welche auf dem oberen Rand der Stranggiesskokille aufliegen.
  • Die teilweise Ablenkung des aus dem Ringspalt 12 austretenden Kühlmittels 13 bewirkt gemäss Fig. 5 eine Unterbrechung der Auftrefflinie Y des Kühlmittels auf der Oberfläche des Giessstranges 1. Die sich durch das auf der Oberfläche des Giessstranges auftreffende und an dieser herabfliessende Kühlmittel ergebenden Kühlflächen 26 haben eine Breite a von beispielsweise 5 mm und liegen in einem Abstand b von beispielsweise 25 mm.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Kühlen eines aus einer elektromagnetischen Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf den Strangumfang, dadurch gekennzeichnet, dass einer als Ringspalt (12) ausgebildeten Düsenöffnung für ein flüssiges Kühlmittel in Strömungsrichtung des Kühlmittels eine parallel zur Giessstrangachse angeordnete und zumindestens parallel zu dieser bewegbare Ablenkfläche (17) mit Ausnehmungen (21) nachgeschaltet ist, die in die Bahn des aus dem Ringspalt austretenden Kühlmittels einragt.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkfläche (17) mit zinnenartig angeordneten, durch Ausnehmungen (21) getrennten Zungen (20) versehen ist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Breite (a) der Ausnehmungen (21) und Abstand (b) benachbarter Ausnehmungen zwischen 1 : 10 und 1 : 1,5, vorzugsweise zwischen 1 : 6 und 1 : 2 liegt und der Abstand benachbarter Ausnehmungen (21) 5 bis 50 mm beträgt.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen (20) parallel zu den Ausnehmungen (21) liegende Aussparungen (22) aufweisen, deren Länge (12) kleiner ist als die Länge (11) der Ausnehmungen.
5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Giessstrang runden Querschnitts, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkfläche (17) um die Giessstrangachse drehbar ausgebildet ist.
6. Vorrichtung zum Kühlen eines aus einer elektromagnetischen Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf den Strangumfang, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Giessstrangachse rohrartige Düsen (23) für ein Gas angeordnet sind, deren Düsenöffnung oberhalb der Bahn des aus dem Ringspalt (12) austretenden Kühlmittelstrahls enden.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Düsen (23) einen Abstand zwischen 5 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm, aufweisen.
EP82810127A 1981-04-02 1982-03-19 Vorrichtung zum Kühlen eines Giessstranges während des Stranggiessens Expired EP0062606B1 (de)

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CH2245/81 1981-04-02

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EP0062606A1 EP0062606A1 (de) 1982-10-13
EP0062606B1 true EP0062606B1 (de) 1985-02-06

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EP (1) EP0062606B1 (de)
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