EP1149648B1 - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kontrolle einer Stranggiesskokille - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kontrolle einer Stranggiesskokille Download PDF

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EP1149648B1
EP1149648B1 EP01109725A EP01109725A EP1149648B1 EP 1149648 B1 EP1149648 B1 EP 1149648B1 EP 01109725 A EP01109725 A EP 01109725A EP 01109725 A EP01109725 A EP 01109725A EP 1149648 B1 EP1149648 B1 EP 1149648B1
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Fritz-Peter Prof. Dr. Pleschiutschnigg
Stephan Feldhaus
Jürgen Friedrich
Uwe Kopfstedt
Lothar Parschat
Werner Dr. Rahmfeld
Dieter Stalleicken
Axel Weyer
Erwin Dr. Wosch
Michael Dr. Vonderbank
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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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould

Definitions

  • the known continuous casting molds whether designed as Wanderkokille, such as the 'Twin Roller' after a 19th century Bessemer patent, or as a stand mold, consist of a copper wall, the back is cooled with water through a water distribution box.
  • the chill cooling water (10) assumes a higher temperature T M out (11) with increasing casting speed.
  • the temperature difference (13) between the constant inlet temperature (16) and the variable outlet temperature (11) is a function of the above factors.
  • the water Describing the rest of the water cycle, the water is in one Heat exchanger (18), which is controllable in its performance, to the desired constant Inlet temperature (6) cooled and with the help of a pump station (19) with a desired pressure (9) supplied to the mold again.
  • This water cooling system is also at risk, at high casting speeds of 10 - 15 m / min at the 'cold face' of the mold wall (20) for gas film formation to get there the evaporation point at a given pressure by too high a temperature is exceeded in the heat transfer region of the copper wall.
  • the invention is based on the object, a generic method and to provide a device with which the mold or continuous casting operation to improve.
  • Part 3 b) provides for the inventive solution the variable inlet temperature a constant outlet temperature of 40 or 30 ° C depending on the Copper plate thickness for two different casting powders A and B represent.
  • the essential feature of the invention is that at the outlet of the Kokillenwassers from the mold, a two-way valve (23) is arranged, with the help a temperature sensor operating at a controlled constant temperature (24)
  • a temperature sensor operating at a controlled constant temperature (24)
  • the water distribution between hot mold water (25) and (About a heat exchanger (26)) cooled Kokillenwasser (27) made so is that the outlet temperature (24), for example, at changing casting speeds (4) remains constant.
  • the invention makes it clear that with the introduction of a thermostat (24) on the Kokillenwasserauslaufseite to compensate for a two-way valve (23) the 'hot face'-temperature of the mold plate constant regardless of the casting conditions can be held.
  • This solution ensures that the heat flow remains undisturbed and constant over the mold width that the casting powder lubrication remains constant, the life of the mold plates on their skin temperature (22) remains controlled and the best conditions for the strand surface even at high casting speeds of up to 15 m / min are given.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

Die bekannten Stranggießkokillen, ob ausgebildet als Wanderkokille, wie beispielsweise der 'Twin Roller' nach einem Bessemer-Patent aus dem 19. Jahrhundert, oder auch als Standkokille, bestehen aus einer Kupferwand, die rückseitig mit Wasser über einen Wasserverteilungskasten gekühlt wird.
Der Stand der Technik sowie dessen Mängel (wie in Figur 1 verdeutlicht), werden im Folgenden beispielhaft an einer oszillierenden Standkokille (1) aufgezeigt, bei der vorzugsweise Stahl mit einem SEN bzw. Tauchausguß (2) und Gießpulver (3) bzw. Gießschlacke (3.1) zu Brammen der Dicke zwischen 150 und 30 mm und einer Breite von max. 3.300 mm mit Gießgeschwindigkeiten (4) bis max. 15 m/min gegossen wird.
Eine solche Kokille wird bisher mit einer Wasserkühlung von beispielsweise 4.000 - 8.000 l/min bei einer Strangbreite (5) von 1.600 mm und einem Druck zwischen 5 - 15 bar versorgt. Diese Wasserkühlung ist so aufgebaut, daß die Wassertemperatur TM in am Eintritt in die Kokille (6) unabhängig von
  • der Gießgeschwindigkeit (4),
  • der Brammenbreite (5),
  • der Kupferplattendicke (7),
  • dem Gießpulver (3),
  • der Gießschlacke (3.1)
  • dem Wasserdruck (9) und
  • der Oszillation (12)
konstant gehalten wird.
Das Kokillenkühlwasser (10) nimmt mit steigender Gießgeschwindigkeit eine höhere Temperatur TM out (11) an. Die Temperaturdifferenz (13) zwischen der konstanten Einlauftemperatur (16) und der variablen Auslauftemperatur (11) ist eine Funktion der oben genannten Einflußgrößen.
Betrachtet man das System beispielsweise unter der Annahme, daß alle Einflußgrößen bis auf die Gießgeschwindigkeit konstant gehalten werden, so steigen mit größer werdender Gießgeschwindigkeit von VC1 (4.1) auf VC2 (4.2) die Auslauftemperatur (11) oder die Temperaturdifferenz (13) und damit die Kokillenhauttemperatur (14) von T1 (14.1) auf T2 (14.2) sowie die Energie unter der Energiekeule (15) von (15.1) auf (15.2) an.
Es ist also festzuhalten, daß mit sich ändernder Gießgeschwindigkeit (4) sowie sich ändernden Einflußgrößen, die oben aufgezählt worden sind, sich die 'hot face'-Temperatur (14) ändert, was zu sich ständig ändernder Schmierung der Strangschale (16) und des Wärmestromes (17) in die Kokille führt. Diese sich ändernden Gießbedingungen führen zu Störungen im Gießprozess sowie in der Strangoberfläche.
Beschreibt man den restlichen Wasserkreislauf, so wird das Wasser in einem Wärmetauscher (18), der in seiner Leistung steuerbar ist, auf die gewünschte konstante Einlauftemperatur (6) gekühlt und mit Hilfe einer Pumpenstation (19) mit einem gewünschten Druck (9) der Kokille wieder zugeführt. Dieses Wasserkühlsystem läuft außerdem Gefahr, bei hohen Gießgeschwindigkeiten von 10 - 15 m/min an der 'cold face' der Kokillenwand (20) zur Gasfilmbildung zu gelangen, da der Verdampfungspunkt bei vorgegebenem Druck durch eine zu hohe Temperatur im Wärmeübergangsbereich der Kupferwand überschritten wird.
Zu erwähnen ist, daß der Wärmetauscher (18) über einen Kühlturm (21) mit Pumpenstation (21.1) gekühlt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen sich der Kokillen- bzw. Stranggießbetrieb verbessern läßt.
Eine unerwartete, für den Fachmann nicht selbstverständliche Lösung stellen die in den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale dar. Erfindungsgemäß läßt sich dabei ein Kokillenkühlsystem erreichen, bei dem die Kokillenhauttemperatur 'hot face' (14) bei wechselnden Gießbedingungen konstant und unter Kontrolle bleibt, um konstante Bedingungen für das Gießpulver (3) und die Gießschlacke (3.1) sowie einen ungestörten Wärmestrom (17) über die Gießbreite ohne eine Gasfilmbildung (Leidenfrost-Effekt) sicherzustellen.
In den Figuren 1 bis 3 ist der Stand der Technik sowie die erfinderische Lösung beispielhaft für eine oszillierende Dünnbrammenkokille mit Gießgeschwindigkeiten bis zu 15 m/min beschrieben.
  • Figur 1 stellt den Stand der Technik dar und wurde bereits im Detail beschrieben;
  • Figur 2 stellt die erfinderische Lösung beispielhaft für eine Dünnbramrne mit Gießgeschwindigkeiten bis zu 15 m/min in Queransicht, Teilbild 2 a) und in Dickenrichtung, Teilbild 2 b) dar;
  • Figur 3 stellt im Teilbild 3 a) sowohl den Verlauf der Einlauftemperatur der variablen Wassereinlauftemperatur in Funktion von der Gießgeschwindigkeit bei konstanter Auslauftemperatur (Erfindung) als auch die Wasserauslauftemperatur in Funktion von der Gießgeschwindigkeit bei konstanter Einlauftemperatur (Stand der Technik) dar; und
    • Teilbild 3 b) stellt für die erfinderische Lösung die variable Einlauftemperatur bei einer konstanten Auslauftemperatur von 40 oder 30 °C in Abhängigkeit von der Kupferplattendicke für zwei unterschiedliche Gießpulver A und B dar.
    In Figur 2 wird die erfinderische Lösung der Kokillenkühlung, die eine konstante 'hot face'-Temperatur (22) bei wechselnden Gießgeschwindigkeiten (4.1) und (4.2) und/oder andere Parameter wie
    • Brammenbreite (5),
    • Kupferplattendicke (7),
    • Gießpulver (3),
    • Gießschlacke (3.1),
    • Wasserdruck und
    • Oszillation (12)
    sicherstellt, wiedergegeben.
    Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß am Austritt des Kokillenwassers aus der Kokille ein Zweiwegeventil (23) angeordnet ist, das mit Hilfe eines Temperaturmeßfühlers, der auf eine kontrollierte konstante Temperatur (24) eingestellt wird, die Wasserverteilung zwischen heißem Kokillenwasser (25) und (über einen Wärmetauscher (26)) gekühltem Kokillenwasser (27) so vorgenommen wird, daß die Auslauftemperatur (24) beispielsweise bei wechselnden Gießgeschwindigkeiten (4) konstant bleibt.
    Mit dieser Umkehr der konstant zu haltenden Wassertemperatur von der Einlaufseite auf die Auslaufseite der Kokille verändert sich die Wassereinlauftemperatur (28) ständig mit wechselnden Gießparametern. Außerdem ist wesentlich, daß zwischen Kokillenwasserauslauf (29) und Kokillenwassereinlauf. (30).eine möglichst kurze Verrohrung - bypass - (31) angeordnet ist, die mit dem Kokillenkreislauf (27), der über den Wärmetauscher (26) geführt wird, unmittelbar vor dem Kokillenwassereinlauf (30) in einem Knotenpunkt (32) zusammengeführt wird. Zwischen dem Rohrknotenpunkt (31) und dem Kokilleneinlauf (30) ist dann eine Pumpenstation (33) angeordnet.
    In der Figur 3 a) ist nun die Funktion der erfinderischen Lösung, nämlich die Wassereinlauftemperatur, TM in (28) über der Gießgeschwindigkeit (4) bei konstanter Auslauftemperatur, TM out = const. = 40 °C (24) dargestellt. Diese Funktion läßt erkennen, daß die 'hot face'-Temperatur (22) mit sich ändernder Gießgeschwindigkeit konstant sinkt.
    Dagegen läßt das Teilbild 3 a) die demgegenüber völlig andere Situation der bekannten Kühlungen erkennen. Hier steigt mit der Gießgeschwindigkeit bei konstanter Einlauftemperatur (6) die Auslauftemperatur (11) und damit die 'hot face'-Temperatur (14), womit die oben beschriebenen Nachteile sich im Vergleich gut erkennen lassen.
    Das Teilbild 3 b) stellt nun für unterschiedliche Kupferplattendicken (7) die sich ändernde Einlauftemperatur (28) für die Fälle der konstanten Auslauftemperaturen (24) von 40 °C (24.1) und 30 °C (24.2) und den Gießpulvem A oder B bei konstanten Prozeßdaten wie
    • der Gießgeschwindigkeit von 6 m/min,
    • der Gießbreite von 1.200 mm und
    • der max. Gießbreite von 1.600 mm sowie
    • dem Druck von 12 bar und
    • der Wassermenge von 6.000 l/min
    dar.
    Die Funktion läßt im Falle der erfinderischen Lösung erkennen, daß für konstante Auslauftemperaturen (24.1) und (24.2) oder 'hot face'-Temperaturen (22) und sich ändernden Kupferplattendicken (7) sowie Gießpulver A und B die Einlauftemperatur TM in (28) funktional verändert wird.
    Die Erfindung macht deutlich, daß mit Einführung eines Thermostaten (24) auf die Kokillenwasserauslaufseite zum Ausregeln eines Zweiwegeventils (23) die 'hot face'-Temperatur der Kokillenplatte unabhängig von den Gießbedingungen konstant gehalten werden kann. Diese Lösung stellt sicher, daß der Wärmestrom über die Kokillenbreite ungestört und konstant bleibt, daß die Gießpulverschmierung konstant bleibt, die Standzeit der Kokillenplatten über ihre Hauttemperatur (22) kontrollierter bleibt sowie die besten Bedingungen für die Strangoberfläche selbst bei hohen Gießgeschwindigkeiten von bis zu 15 m/min gegeben sind.
    Bezugszeichen
    1
    Kokille, oszillierende Standkokille
    2
    Tauchausguß, SEN
    3
    Gießpulver
    3.1
    Gießschlacke
    4
    Gießgeschwindigkeit, VC
    4.1
    VC1
    4.2
    VC2, VC1 < VC2
    5
    Gießbreite
    5.1
    max. Gießbreite
    6
    konstante Kokillenkühlwassereinlauftemperatur TM in = const.
    7
    Kupferplattendicke
    7.1
    max. Kupferplattendicke
    8.
    halbe Gießdicke
    8.1
    Strangmitte
    9
    Wasserdruck
    10
    Kokillenkühlwasser
    11
    Kokillenkühlwasserauslauftemperatur, TM out = variabel, TM in < TM out
    12
    Oszillation, Frequenz, Hubhöhe, Oszillationsform
    13
    Temperaturdifferenz zwischen TM out (11) und TM in = const. (6)
    14
    Kokillenhauttemperatur, 'hot face'; variabel
    14.1
    'hot face'-Temperatur, T1 bezogen auf VC1 (4.1)
    14.2
    'hot face'-Temperatur, T2 bezogen auf VC2 (4.2), T2
    15
    Energiekeule, Form der Energieverteilung über die Kokillenhöhe
    15.1
    Energiekeule bei VC1 (4.1)
    15.2
    Energiekeule bei VC2 (4.2)
    16
    Strangschale
    17
    Wärmestrom von Strangmitte (8.1) in die Kokille (1)
    18
    leistungsvariabler Wärmetauscher
    19
    Pumpenstation für den inneren und geschlossenen Kühlwasserkreislauf
    20
    'cold face' der Kokillenwand, wasserzugewandte Kokillenkupferplatte
    21
    Kühlturm, offener Kühlkreislauf
    21.1
    Pumpenstation
    22
    konstante 'hot face'-Temperatur, erfinderische Lösung T-Invention
    22.1
    'hot face'-Temperatur T1-Inv., bezogen auf VC1 (4.1)
    22.2
    'hot face'-Temperatur T2-Inv., bezogen auf VC2 (4.2), T1-Inv. = T2-Inv.
    23
    Zweiwegeventil
    23.1
    Thermostat bestehend aus 23 und 24
    24
    Temperaturmeßfühler mit konstanter Wassertemperatur; TM out = const.
    24.1
    konstante Auslauftemperatur bei beispielsweise 40 °C
    24.2
    konstante Auslauftemperatur bei beispielsweise 30 °C
    25
    heißes Kokillenwasser mit konstanter Temperatur TM out (24)
    26
    Wärmetauscher, ausgelegt für 'worst case' max. Gießgeschwindigkeit, max. Gießbreite (5.1), max. Kupferplattendicke (7.1)
    27
    gekühlter Kokillenkühlwasserkreislauf
    28
    Wassereinlauftemperatur, TM in = variabel
    29
    Kokillenwasserauslauf
    30
    Kokillenwassereinlauf
    31
    kurze Verrohrung - bypass - zwischen Kokillenauslauf (29) und Kokilleneinlauf (30)
    32
    Kostenpunkt für 'bypass' (31) und gekühlten Kokillenkühlwasserkreislauf (27)
    33
    Pumpenstation zwischen Knotenpunkt (32) und Kokillenwassereinlauf (30)

    Claims (10)

    1. Verfahren zur thermischen Kontrolle der dem Stahl zugewandten Kupferplatte einer Stranggießgkokille, für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten, Kupferplattendicken, Gießformate, Wassermengen und Wasserdrücke,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß eine wählbare Kokillenkühlwassertemperatur am Kokillenauslauf, unabhängig von der Gießgeschwindigkeit konstant gehalten wird, die Kokillenauslauftemperatur mit Hilfe einer Kurzverrohrung zwischen dem Kokillenauslauf und dem Kokilleneinlauf und eines Zweiwegeventils mit Abzweigverrohrung für eine Teilmenge des Kokillenauslaufwassers auf einen Wärmetauscher gemessen und geregelt wird, und
      das heiße Kokillenauslaufwasser mit dem gekühlten Kokillenauslaufwasser gemischt wird und in Abhängigkeit von den Gießbedingungen temperaturkontrolliertes Kokilleneinlaufwasser, geregelt in Wassermenge und Wasserdruck, mittels Pumpstation so durch die Kokille getrieben wird, daß das Kokillenwasser am Kokillenausgang eine konstante Temperatur aufweist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß eine oszillierende Standkokille eingesetzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß ein Tauchausguß und Gießpulver eingesetzt werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Gießgeschwindigkeit bis max. 15 m/min gegossen wird.
    5. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß Brammen der Abmessung 150 - 30 mm x max. 3.300 mm gegossen werden.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Schmalseiten und Breitseiten einer Brammenkokille separat behandelt werden.
    7. Vorrichtung zur thermischen Kontrolle der dem Stahl zugewandten Kupferplatte einer Stranggiegkokille, für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten, Kupferplattendicken, Gießformate, Wassermengen und Wasserdrücke, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      daß ein Temperaturmeßfühler (24) am Kokillenauslauf (29),
      ein Zweiwegeventil (23) zur Verteilung des Kokillenauslaufwassers,
      eine Kurzverrohrung, bypass, (31) zwischen Zweiwegeventil (23) und Knotenpunkt (32) für bypass und gekühlten Kokillenkühlwasserkreislauf (27) unmittelbar vom Kokillenwassereinlauf (30) und
      ein Knotenpunkt (32) unmittelbar vor der Pumpenstation (33) zwischen Knotenpunkt (32) und Kokillenwassereinlauf (30)
      vorgesehen sind.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
      gekennzeichnet durch,
      eine Gießgeschwindigkeit bis max. 15 m/min.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß am Kokillenausgang (29) ein Thermostat (23.1), bestehend aus Temperaturmeßfühler (24) und Zweiwegeventil (23), angeordnet ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermostat (23.1) separat für Breitseiten und Schmalseiten einer Brammen-, Vorblock- oder Beam Blank-Kokille vorgesehen ist.
    EP01109725A 2000-04-25 2001-04-20 Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Kontrolle einer Stranggiesskokille Expired - Lifetime EP1149648B1 (de)

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    DE10020181 2000-04-25
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    EP1149648A1 EP1149648A1 (de) 2001-10-31
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