EP3890906A1 - Walzbarren-kokille für den strangguss von aluminium und aluminiumlegierungen - Google Patents
Walzbarren-kokille für den strangguss von aluminium und aluminiumlegierungenInfo
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- EP3890906A1 EP3890906A1 EP19809758.6A EP19809758A EP3890906A1 EP 3890906 A1 EP3890906 A1 EP 3890906A1 EP 19809758 A EP19809758 A EP 19809758A EP 3890906 A1 EP3890906 A1 EP 3890906A1
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- cooling unit
- cooling system
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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
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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
- B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
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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 invention relates to a cooling system for a mold with the features of the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a mold and a method for continuous casting.
- a cooling system of the type mentioned is, for example, out
- the melt flows continuously through a cooled, bottomless mold.
- the melt begins to solidify in the mold in the edge area.
- a so-called strand shell is formed.
- the strand is liquid inside.
- the melt is then continuously drawn off as a strand or poured off by gravity
- butt swell refers to a thickening of the strand base compared to the rest of the strand.
- the mold is initially closed from below by a start-up block.
- the start-up block is cooled like the mold. During the start-up process, the melt flows into the mold and hits the cooled start-up block.
- the start block is only moved out of the mold when the mold is filled, which is why the liquid core or sump of the strand is significantly smaller during the start process than during the rest Continuous casting process. This condition results on the one hand from the lower casting speed during the start-up process and on the other hand from the additional cooling by the start-up block.
- the degree of shrinkage is therefore also reduced and the strand has approximately the same circumferential dimensions as the inner dimensions of the mold.
- butt Curl denotes a deformation at the end of the strand foot.
- the strand in particular the strand foot, is cooled by the mold, the starting block and the cooling water which is sprayed onto the strand at the outlet of the mold. This leads to cooling
- the resulting tensions are greater than the strength of the strand and cause a deformation of the strand base in the form of a convex curvature.
- the convex curvature additionally causes the outer sides of the strand to bend inwards. This effect causes the "butt swell” to occur more clearly. In the worst case, the temperature shock can cause cracks through which liquid metal can escape.
- cooling systems are used which enable targeted cooling of the strand, in particular during the start-up process.
- a mold with such a cooling system is known from WO 2005/092540 A1.
- the mold described is used for the continuous casting of non-ferrous materials, in particular aluminum and aluminum alloys.
- the cooling is carried out by cooling elements which are designed as nozzles and are distributed over the circumference in the frame of the mold.
- the nozzles that are assigned to the central region of the strand here have a larger diameter than the nozzles that are assigned to the edge region of the strand.
- Diameter reduces the volume flow and thus the cooling in the middle area of the line. This should reduce the stresses that occur and minimize deformations.
- the cooling can only be controlled via the volume flow and the composition of the coolant.
- the invention is therefore based on the object of improving a cooling system of the type mentioned at the outset such that continuous casting
- the invention is also based on the object of a mold with such a cooling system and a method for continuous casting with such
- the task is directed towards
- a cooling system for a mold in particular a mold for vertical continuous casting, which comprises at least one cooling unit, the mold having a tread with an inside and an outside and the inside of the tread during operation
- the cooling unit is designed for movable arrangement on the mold, a gap being formed between the cooling unit and the outside of the tread and the width of the gap being determined by a
- Adjustment element is adjustable.
- the cooling system which is movably arranged on the mold, provides a new, additional parameter that influences the continuous casting process.
- By adjusting the distance between the cooling unit it is possible to react to changes in temperature of the running surface and the coolant.
- different materials in particular different aluminum alloys
- the mold can be adjusted to the solidification behavior of the respective material by means of the additional parameters of the movable cooling system can.
- the solidification behavior of a material is specifically influenced during the start-up process. E.g. By reducing the cooling during the start-up process, the stresses in the material caused by the temperature shock can be reduced. This minimizes deformations, in particular "butt swell" and "butt curl".
- the mold has a plurality of running surfaces, each of which is associated with a movable cooling unit, the
- Circumferentially tread the continuous casting and a gap surrounding the mold is formed between the outer sides of the treads and the cooling units.
- the contour of the circumferential gap can be completely closed or partially open. Because each tread has its own cooling unit
- the cooling of each tread can be set individually. Rectangular mold profiles are preferred. Alternatively, other profiles are possible. E.g. the mold can be designed as a round profile. In order to cool the tread of the round profile, several cooling units are arranged around the tread of the round profile. The cooling units can be curved or straight.
- the cooling unit expediently comprises at least one means for cooling, which is arranged on the side of the cooling unit facing the outside of the tread.
- the cooling means is aligned with the area of the mold or strand to be cooled, and thus enables direct and efficient cooling.
- the cooling means comprises a primary cooling means directed towards the outside of the tread and a secondary cooling means directed towards an area downstream of the mold outlet in the casting direction.
- the primary coolant has the function of coolant on the outside of the tread
- the secondary means of cooling is after an area directed to the mold exit, where the strand leaves the mold or closes the mold at the start of the start-up block. It is conceivable that more than one cooling means is directed in each case at the mold or the strand.
- the means for cooling comprises at least one elongated opening which extends at least partially along a longitudinal axis of the cooling unit and / or comprises a plurality of circular openings which are arranged at least partially along a longitudinal axis of the cooling unit.
- the amount of the coolant applied is influenced by the shape of the cooling means. This enables the coolant to be applied in a controlled manner to the outside of the tread and different application speeds, which can influence the solidification behavior in a targeted manner.
- the cooling unit preferably comprises at least one cooling chamber with at least one inlet for coolant. This has the advantage that the coolant collects in the cooling chamber and an overpressure is formed which is evenly distributed in the cooling chamber.
- the cooling chamber is preferably fluidly connected to the cooling means.
- the fluid connection and the uniformly distributed overpressure in the cooling chamber cause the cooling means to apply the coolant to the area to be cooled. If the same pressure acts on the means for cooling over the entire longitudinal axis of the cooling unit, the application speed and amount of the coolant mainly depends on the number and size of the openings of the means for cooling.
- the adjusting element comprises at least one guide, in particular a rail, on which the cooling unit is slidably mounted perpendicular to the running surface.
- the guide has the advantage that the cooling unit is movably mounted and it is therefore easy to change the width of the gap.
- the bearing on a guide or on a rail allows a good holding function to be achieved, the mobility being maintained perpendicular to the running surface assigned to the cooling unit despite large temperature fluctuations.
- the adjusting element comprises at least one adjusting element, in particular an adjusting screw, through which the width of the gap is adjustable.
- a set screw allows the stepless adjustment of the
- Gap width through interaction with a tool.
- control elements are conceivable.
- the adjusting element expediently comprises at least one locking element, in particular a locking screw, which locks the cooling unit on the guide. This ensures that the gap width does not change during operation during continuous casting.
- Other locking elements, such as locks, are possible.
- the adjusting element comprises a control and / or a regulator and an actuator, in particular an electric servomotor, for adjusting the gap.
- an actuator in particular an electric servomotor
- the cooling system executes a predetermined behavior or a predetermined sequence.
- the controller compares the temperature of the tread (actual value) with a predetermined temperature value (setpoint) in real time. In the event of deviations, the temperature of the tread is changed by changing the gap width using the
- actuators are possible instead of the electric servomotor.
- a pneumatic or hydraulic linear drive is conceivable as an actuator.
- Influence actuator E.g. by adding additives in the coolant or by changing the casting speed of the melt.
- At least one temperature sensor is advantageously arranged on the tread.
- the sensor enables monitoring and feedback of the temperature value of the tread in the control loop.
- all common methods are conceivable that are suitable for the high temperature range.
- At least one temperature sensor is advantageously arranged on the cooling unit. This has the advantage that the cooling system can react to the temperature of the coolant. The coolant temperature is too high
- Cooling system discloses and claims, wherein the cooling system at least partially encloses the mold in the circumferential direction.
- a mold in particular for vertical continuous casting, which comprises a cooling system with at least one cooling unit and a tread with an inside and an outside, the inner surface of the tread limiting continuous casting during operation.
- the cooling unit is movably arranged on the mold and has an adjusting element, the cooling unit being arranged on the mold in such a way that a gap is formed between the cooling unit and the outside of the tread and the width of the gap is determined by the
- Adjustment element is adjustable.
- Claim 14 discloses and claims.
- the method first comprises adjusting the gap to the width required for the material to be cast by the adjusting element.
- the starting block is then arranged in a starting position.
- the starting block and the tread can be placed on the
- the start-up block is lowered, the melt being drawn through the mold.
- the process parameters are monitored and the strand is cooled in a controlled manner when it leaves the mold.
- Fig. 1 is a perspective view of an inventive
- FIG. 2 shows a perspective view with a partially cut mold according to FIG. 1
- FIG. 1 shows a further perspective view with a partially cut mold according to FIG. 1
- Fig. 4 is a detailed view of an embodiment of a cooling system according to the invention with an adjusting element
- the cooling system comprises a cooling unit 11, which is assigned to a tread 10 with an inner side 10a and an outer side 10b and is spaced apart from the outer side 10b of the tread by a gap 12. Furthermore, the cooling system comprises an adjusting element 13, by means of which the width of the gap 12 can be adjusted.
- Figure 1 shows a mold with a cooling system.
- the mold profile is rectangular and designed for casting slabs. It is also conceivable that the cooling system is used with other molds.
- the cooling system can also be used for molds with round or square profiles, e.g. for the continuous casting of round bars (billet).
- the mold includes a mold entrance and a mold exit.
- the melt enters the mold through the mold entrance.
- the partially solidified melt leaves the mold again from the mold exit.
- the mold comprises a collar 18 which extends over the circumference of the mold in the region of the mold inlet.
- a cooling unit 11 is arranged on the longitudinal and transverse sides of the mold, which are adjustable independently of one another.
- the mold-facing side of the collar 18 has covers 19, which are each arranged centrally on the longitudinal and transverse sides.
- Covers 19, the adjusting elements 13 for the cooling units 11 are arranged.
- a start block 17 is arranged, which is the mold
- the starting block 17 is arranged in the mold in such a way that a circumferential gap (approx. 2 mm) is formed between the inside of the tread 10a and the starting block 17, this gap being sealed by the first rapidly solidifying metal.
- the start-up block 17 seals the mold in the casting direction during the start-up process until the melt in the mold has reached a sufficiently high level and has solidified to such an extent that the mold exit can be opened. To do this, melt with Start-up block 17 initially pulled out of the mold. After shrinking, the further pouring takes place with the help of gravity.
- the inside of the tread 10a limits the melt that is drawn through the mold and thereby extracts heat from the melt.
- molds made of special aluminum alloys and also copper alloys are used. Other materials are possible.
- a coolant is applied to the outside 10b of the tread, specifically sprayed or sprayed on.
- E.g. water can be used as a coolant.
- Other fluids or fluid mixtures are conceivable.
- the tread 10 comprises two transverse sides and two long sides.
- a cooling unit 11 is assigned to each of the two transverse sides and the two longitudinal sides of the tread 10b.
- the cooling units 11 are arranged parallel, in particular with the same shape, to the tread 10.
- the profile of the cooling units 11 is rectangular. There are other geometries, for example circular
- the cooling units 11 comprise a cooling chamber 15 on the inside.
- the cooling chamber 15 has a rectangular profile.
- the cooling chamber 15 is fluidly connected to a cooling means 14.
- the cooling means 14 can be designed, for example, as nozzles or bores. Other variants are possible.
- the means for cooling 14 is described in more detail in one of the following sections.
- the cooling chamber 15 has the function of collecting the coolant and guiding it into the cooling means 14. It is conceivable that the cooling unit 11 comprises a plurality of cooling chambers 15 and / or a plurality of cooling means 14.
- FIGS 2 and 3 are each partially sectioned representations of Figure 1.
- the cooling unit 11 and the adjusting element 13 can be seen particularly well.
- the adjusting element 13 forms an adjustable connection between the cooling unit 11 and the mold.
- the adjusting element 13 is arranged under the cover 19.
- the adjusting element 13 comprises a guide 16.
- the guide 16 is designed as a rail. Alternatively, other components that come into question as a guide 16 are conceivable.
- the rail extends vertically in the direction of the
- Tread 10 which is assigned to the cooling unit 11.
- the cooling unit 11 is displaced on the guide 16 by a component of the adjusting element 13, such as an adjusting screw (not shown).
- the adjusting element 13 can be operated manually or at least partially automated. E.g. manual adjustment can be made using the set screw (not shown) and / or a set screw (not shown). Automatic operation can be implemented by a control or regulation system (neither of which is shown).
- the displacement of the cooling unit that is, the setting of the width of the gap 12, represents an additional,
- a small gap 12 increases the cooling effect, whereas a large gap reduces the cooling effect.
- the cooling unit 11 has a holding element 20.
- the holding element 20 is shaped at a right angle and arranged precisely on an outer edge of the cooling unit 11. Other geometries for the holding element 20 are possible.
- the cooling unit 11 is movably supported on the guide 16 by the holding element 20, so that the cooling unit 11 can be displaced perpendicularly to the respectively assigned running surface 10.
- FIG. 4 shows a detailed view of the cooling system in the area of the adjusting element 13.
- the cooling element 11 is fastened to the holding element 20.
- the holding element 20 is in turn movably mounted on the guide 16.
- a gap 12 is formed between the outside 10b of the tread and the cooling unit 11.
- the cooling means 14a, 14b are designed as narrow openings, each of which extends along a longitudinal axis of the cooling unit 11.
- the cooling means 14a, 14b are arranged on the side of the cooling unit 11 which faces the associated outside 10b of the tread.
- other shapes for the cooling means 14a, 14b are also possible.
- the means for cooling 14a, 14b are formed such that the coolant overcomes the gap 12 between the cooling unit 11 and the outside 10b of the tread.
- the cooling means 14a, 14b comprise a primary cooling means 14a and a secondary cooling means 14b.
- the primary cooling means 14a is on the outside 10b of the tread 10b directed and thus cools the melt that passes through the mold.
- the secondary means for cooling 14b is on the
- Approach block 17 directed.
- the starting block 17 is cooled before and during the starting process.
- the secondary cooling means 14b is no longer directed at the start-up block 17, but rather directly at the strand in order to cool it.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Kokille, insbesondere eine Kokille für vertikales Stranggießen, das wenigstens eine Kühleinheit (11) umfasst, wobei die Kokille eine Lauffläche (10) mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist und die Innenseite der Lauffläche (10a) im Betrieb einen Strangguss begrenzt, wobei die Kühleinheit (11) zur beweglichen Anordnung an der Kokille ausgebildet ist und die Kühleinheit (11) ein Justierelement (13) aufweist, wobei die Kühleinheit (11) derart an der Kokille angeordnet ist, dass zwischen der Kühleinheit (11) und der Außenseite der Lauffläche (10) ein Spalt (12) ausgebildet ist und die Breite des Spalts (12) durch das Justierelement (13) einstellbar ist.
Description
Walzbarren-Kokille für den Strangguss von Aluminium und Aluminiumlegierungen
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine Kokille mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Kokille und ein Verfahren zum Stranggießen.
Ein Kühlsystem der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus
WO 2005/092540 Al bekannt.
Beim vertikalen Stranggießen fließt Schmelze kontinuierlich durch eine gekühlte, bodenlose Kokille. Die Schmelze beginnt in der Kokille im Randbereich zu erstarren. Es bildet sich eine sogenannte Strangschale. Im Innern ist der Strang dabei flüssig. Die Schmelze wird anschließend als Strang fortlaufend nach unten abgezogen bzw. durch die Schwerkraft abgegossen
Durch den Kontakt der Schmelze mit der gekühlten Kokillenwand erstarrt eine dünne Schale, die einen„Sumpf' umschließt und beim langsamen Absenken des Gießtisches (30 bis 85 mm/min.) und beim kontinuierlichen Nachspeisen des Kokillenraums über eine Gießrinne die direkte Berührung zwischen Schmelze und Kühlwasser verhindert. Die weitere Abkühlung des Barrens erfolgt durch direkten Kontakt zwischen Kühlwasser und Barrenoberfläche.
Während des Anfahrvorgangs der Kokille sind kritische Faktoren zu beachten. Bspw. können auf Grund der höheren Wärmeleitfähigkeit von Aluminium während des Anfahrvorgangs bleibende Verformungen, insbesondere„butt swell" und„butt curl", auftreten.
„Butt swell" bezeichnet eine Verdickung des Strangfußes im Vergleich zum Rest des Stranges. Die Kokille ist zunächst von unten durch einen Anfahrblock verschlossen. Der Anfahrblock wird wie die Kokille gekühlt. Beim Anfahrvorgang fließt die Schmelze in die Kokille und trifft auf den gekühlten Anfahrblock. Der Anfahrblock wird erst aus der Kokille bewegt, wenn die Kokille gefüllt ist. Aus diesem Grund ist der flüssige Kern bzw. der Sumpf des Stranges während des Anfahrvorgangs wesentlich kleiner als im Verlauf des restlichen
Stranggießprozesses. Dieser Zustand resultiert zum einen aus der geringeren Gießgeschwindigkeit während des Anfahrvorgangs und zum anderen aus der zusätzlichen Kühlung durch den Anfahrblock. Daher ist der Grad der Schwindung ebenfalls reduziert und der Strang hat annähernd die gleichen umfänglichen Dimensionen wie die Innenmaße der Kokille.
„Butt Curl" bezeichnet eine Verformung am Ende des Strangfußes. Während des Anfahrvorgangs wird der Strang, insbesondere der Strangfuß, durch die Kokille, den Anfahrblock und das Kühlwasser gekühlt, das am Ausgang der Kokille auf den Strang gesprüht wird. Das führt zu einem Abkühlen der Schmelze. Die daraus resultierenden Spannungen sind größer als die Festigkeit des Stranges und bewirken eine Verformung des Strangfußes in Form einer konvexen Wölbung. Die konvexe Wölbung verursacht zusätzlich eine Beugung der Außenseiten des Strangs nach Innen. Durch diesen Effekt tritt der„butt swell" noch deutlicher hervor. Im schlimmsten Falle können durch den Temperaturschock Risse entstehen, durch die flüssiges Metall austritt.
Um die Bildung von unerwünschten Verformungen beim Stranggießen zu verringern, werden Kühlsysteme eingesetzt, die eine gezielte, Kühlung des Stranges, insbesondere während des Anfahrvorgangs, ermöglichen.
Eine Kokille mit einem solchen Kühlsystem ist aus WO 2005/092540 Al bekannt. Die beschriebene Kokille dient zum Stranggießen von Nicht-Eisenwerkstoffen, insbesondere von Aluminium und Aluminium-Legierungen. Die Kühlung erfolgt durch Kühlelemente, die als Düsen ausgebildet und über den Umfang verteilt im Rahmen der Kokille angeordnet sind. Die Düsen, die dem mittleren Bereich des Stranges zugeordnet sind, weisen hierbei einen größeren Durchmesser auf als die Düsen, die dem Randbereich des Stranges zugeordnet sind. Der größere
Durchmesser verringert den Volumenstrom und somit die Kühlung im mittleren Bereich des Stranges. Dadurch sollen die auftretenden Spannungen verringert und Verformungen minimiert werden.
Die Kühlung lässt sich bei dem oben genannten Beispiel jedoch nur über den Volumenstrom und der Zusammensetzung des Kühlmittels steuern. Andere Möglichkeiten, um das Erstarrungsverhalten zu steuern und somit die
Verformungen weiter zu minimieren, sind nicht vorgesehen. Die Verformungen müssen nach dem vollständigen Erstarren des Strangs abgetrennt werden. Dieser
Vorgang ist material-, kosten- und zeitintensiv. Das Stranggießen unterschiedlicher Aluminium-Legierungen mit einer einzelnen Kokille der oben genannten Art ist nicht möglich, da die Anordnung der Düsen im Kokillenrahmen auf den jeweiligen zu gießenden Werkstoff angepasst und nicht veränderbar ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Stranggießen
unterschiedlicher Werkstoffe mit einer Kokille möglich ist, wobei Verformungen, die während des Stranggießens auftreten können, vermindert werden. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Kokille mit einem derartigen Kühlsystem und ein Verfahren zum Stranggießen mit einem derartigen
Kühlsystem anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit Blick auf
- das Kühlsystem durch den Gegenstand des Anspruchs 1,
- die Kokille durch den Gegenstand des Anspruchs 13,
- das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 14
gelöst.
Konkret wird die Aufgabe durch ein Kühlsystem für eine Kokille, insbesondere eine Kokille für vertikales Stranggießen, gelöst, das wenigstens eine Kühleinheit umfasst, wobei die Kokille eine Lauffläche mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist und die Innenseite der Lauffläche im Betrieb einen
Strangguss begrenzt. Die Kühleinheit ist zur beweglichen Anordnung an der Kokille ausgebildet, wobei zwischen der Kühleinheit und der Außenseite der Lauffläche ein Spalt ausgebildet ist und die Breite des Spalts durch ein
Justierelement einstellbar ist.
Durch das beweglich an der Kokille angeordnete Kühlsystem ist ein neuer, zusätzlicher Parameter vorhanden, der den Stranggießprozess beeinflusst. Durch das Einstellen des Abstands der Kühleinheit kann auf Temperaturveränderungen der Lauffläche und des Kühlmittels reagiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem ist es möglich, dass unterschiedliche Werkstoffe, insbesondere unterschiedliche Aluminium-Legierungen, mit derselben Kokille gegossen werden können, da durch den zusätzlichen Parameter des beweglichen Kühlsystems die Kokille auf das Erstarrungsverhalten des jeweiligen Werkstoffs eingestellt werden
kann. Vor allem während des Anlaufvorgangs wird so das Erstarrungsverhalten eines Werkstoffes gezielt beeinflusst. Bspw. kann durch eine Reduzierung der Kühlung während des Anfahrvorgangs die durch den Temperaturschock erzeugten Spannungen im Werkstoff vermindert werden. Dadurch werden Verformungen, insbesondere„butt swell" und„butt curl" minimiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kokille mehrere Laufflächen auf, denen jeweils eine bewegliche Kühleinheit zugeordnet ist, wobei die
Laufflächen den Strangguss umfänglich begrenzen und zwischen den Außenseiten der Laufflächen und den Kühleinheiten ein die Kokille umlaufender Spalt gebildet ist. Die Kontur des umlaufenden Spalts kann vollständig geschlossen oder teilweise offen sein. Da jeder Lauffläche eine eigene Kühleinheit mit
Justierelement zugeordnet ist, kann die Kühlung jeder Lauffläche individuell eingestellt werden. Dabei sind rechteckige Kokillenprofile vorzuziehen. Alternativ sind andere Profile möglich. Bspw. kann die Kokille als ein Rundprofil ausgebildet sein. Um die Lauffläche des Rundprofils zu kühlen, sind mehrere Kühleinheiten um die Lauffläche des Rundprofils angeordnet. Die Kühleinheiten können gebogen oder gerade ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise umfasst die Kühleinheit wenigstens ein Mittel zur Kühlung, das auf der der Außenseite der Lauffläche zugewandten Seite der Kühleinheit angeordnet ist. Dadurch ist das Mittel zur Kühlung auf den zu kühlenden Bereich der Kokille oder des Strangs ausgerichtet und ermöglicht so eine direkte und effiziente Kühlung.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Mittel zur Kühlung ein primäres Mittel zur Kühlung umfasst, das auf die Außenseite der Lauffläche gerichtet ist, und ein sekundäres Mittel zur Kühlung umfasst, das auf einen Bereich gerichtet ist, der dem Kokillenausgang in Gießrichtung nachgeordnet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass mit einer Kühleinheit sowohl die Außenseite der Lauffläche als auch der Strang bzw. der Anfahrblock gekühlt werden können. Das primäre Mittel zur Kühlung hat die Funktion, Kühlmittel auf die Außenseite der Lauffläche
aufzutragen, um die Lauffläche und somit die Schmelze bzw. den Strang in der Kokille zu kühlen. Das sekundäre Mittel zur Kühlung ist auf einen Bereich nach
dem Kokillenausgang gerichtet, wo der Strang die Kokille wieder verlässt bzw. zu Beginn der Anfahrblock die Kokille verschließt. Es ist denkbar, dass mehr als ein Mittel zur Kühlung jeweils auf die Kokille oder den Strang gerichtet ist.
Das Mittel zur Kühlung umfasst wenigstens eine längliche Öffnung, die sich wenigstens teilweise entlang einer Längsachse der Kühleinheit erstreckt und/oder umfasst mehrere kreisförmige Öffnungen, die wenigstens teilweise entlang einer Längsachse der Kühleinheit angeordnet sind. Durch die Form des Mittels zur Kühlung wird die Menge des aufgebrachten Kühlmittels beeinflusst. Das ermöglicht ein kontrolliertes Aufbringen des Kühlmittels auf die Außenseite der Lauffläche und unterschiedliche Auftragungsgeschwindigkeiten, wodurch das Erstarrungsverhalten gezielt beeinflusst werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Kühleinheit wenigstens eine Kühlkammer mit wenigstens einem Zulauf für Kühlmittel. Das hat den Vorteil, dass sich das Kühlmittel in der Kühlkammer sammelt und sich ein Überdruck bildet, der gleichmäßig in der Kühlkammer verteilt ist.
Vorzugsweise ist die Kühlkammer mit dem Mittel zur Kühlung fluidverbunden. Die Fluidverbindung und der gleichmäßig verteilte Überdruck in der Kühlkammer bewirken, dass das Mittel zur Kühlung das Kühlmittel auf den zu kühlenden Bereich aufträgt. Wirkt auf das Mittel zur Kühlung über die ganze Längsachse der Kühleinheit der gleiche Druck, hängt die Auftragungsgeschwindigkeit und Menge des Kühlmittels überwiegend von der Anzahl und der Größe der Öffnungen des Mittels zur Kühlung ab.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Justierelement wenigstens eine Führung, insbesondere eine Schiene, auf der die Kühleinheit senkrecht zur Lauffläche verschiebbar gelagert ist. Die Führung hat den Vorteil, dass die Kühleinheit beweglich gelagert ist und es somit einfach möglich ist, die Breite des Spalts zu ändern. Die Lagerung auf einer Führung bzw. auf einer Schiene erlaubt die Realisierung einer guten Haltefunktion, wobei trotz großen Temperaturschwankungen die Beweglichkeit senkrecht zu der der Kühleinheit zugeordneten Lauffläche erhalten bleibt.
Es ist vorteilhaft, wenn das Justierelement wenigstens ein Stellelement, insbesondere eine Stellschraube, umfasst, durch die die Breite des Spalts
einstellbar ist. Eine Stellschraube erlaubt ein stufenloses Einstellen der
Spaltbreite durch das Zusammenwirken mit einem Werkzeug. Alternativ sind andere Stellelemente denkbar.
Zweckmäßigerweise umfasst das Justierelement wenigstens ein Feststellelement, insbesondere eine Feststellschraube, das die Kühleinheit auf der Führung arretiert. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Spaltbreite im Betrieb während dem Stranggießen nicht verändert. Andere Feststellelemente, bspw. Verriegelungen, sind möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Justierelement eine Steuerung und/oder einen Regler und einen Stellantrieb, insbesondere einen elektrischen Stellmotor, zur Einstellung des Spalts. Dadurch kann das Kühlsystem automatisch und je nach Bedarf die Spaltbreite anpassen. Bei der Steuerung führt das Kühlsystem ein vorbestimmtes Verhalten bzw. einen vorbestimmten Ablauf aus. Der Regler vergleicht in Echtzeit die Temperatur der Lauffläche (Istwert) mit einem vorbestimmten Temperaturwert (Sollwert). Bei Abweichungen wird die Temperatur der Lauffläche durch das Ändern der Spaltbreite mit Hilfe des
Stellantriebs und/oder eines anderen Stellglieds korrigiert. Es sind andere Arten von Stellantrieben anstelle des elektrischen Stellmotors möglich. So ist bspw. ein pneumatischer oder hydraulischer Linearantrieb als Stellantrieb denkbar.
Zusätzlich ist es denkbar, dass weitere Stellgrößen möglich sind, die die
Temperatur der Außenfläche durch das Eingreifen eines entsprechenden
Stellglieds beeinflussen. Bspw. durch die Zufuhr von Zusätzen im Kühlmittel oder durch das Ändern der Gießgeschwindigkeit der Schmelze.
Vorteilhafterweise ist an der Lauffläche wenigstens ein Temperatursensor angeordnet. Der Sensor ermöglicht die Überwachung und die Rückführung des Temperaturwerts der Lauffläche im Regelkreis. Für die Temperaturmessung sind alle gängigen Methoden denkbar, die für den Hochtemperaturbereich geeignet sind.
Vorteilhafterweise ist an der Kühleinheit wenigstens ein Temperatursensor angeordnet. Das bringt den Vorteil, dass das Kühlsystem auf die Temperatur des Kühlmittels reagieren kann. Eine zu hohe Temperatur des Kühlmittels
beeinträchtigt die Kühlwirkung. Für die Temperaturmessung sind alle gängigen Methoden denkbar, die für den Hochtemperaturbereich geeignet sind.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Kokille mit einem erfindungsgemäßen
Kühlsystem offenbart und beansprucht, wobei das Kühlsystem die Kokille in Umfangsrichtung wenigstens abschnittsweise umschließt.
Konkret wird eine Kokille, insbesondere für vertikales Stranggießen, beansprucht, die ein Kühlsystem mit wenigstens einer Kühleinheit und eine Lauffläche mit einer Innenseite und einer Außenseite umfasst, wobei die Innenfläche der Lauffläche im Betrieb einen Strangguss begrenzt. Die Kühleinheit ist beweglich an der Kokille angeordnet und weist ein Justierelement auf, wobei die Kühleinheit derart an der Kokille angeordnet ist, dass zwischen der Kühleinheit und der Außenseite der Lauffläche ein Spalt ausgebildet ist und die Breite des Spalts durch das
Justierelement einstellbar ist.
Ferner wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zum Stranggießen, insbesondere zum vertikalen Stranggießen, mit einer Kokille gemäß des
Anspruchs 14 offenbart und beansprucht. Das Verfahren umfasst zunächst das Einstellen des Spalts auf die für das zu gießende Material benötigte Breite durch das Justierelement. Anschließend wird der Anfahrblock in einer Anfahrposition angeordnet. Optional kann der Anfahrblock und die Lauffläche auf die
erforderliche Anfangstemperatur gekühlt werden. Dann beginnt die
kontinuierliche Zufuhr von Schmelze in die Kokille bei fortlaufender Kühlung. Sobald die Kokille einen bestimmten Füllstand erreicht hat, wird der Anfahrblock abgesenkt, wobei die Schmelze durch die Kokille gezogen wird. Wenigstens während der Anlaufphase werden die Prozessparameter überwacht und der Strang beim Austreten aus der Kokille kontrolliert gekühlt.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels einer Kokille mit einem Kühlsystem
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht mit einer teilgeschnittenen Kokille nach Fig. 1
Fig. 3 eine weitere perspektivische Ansicht mit einer teilgeschnittenen Kokille nach Fig. 1
Fig. 4 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Kühlsystems mit einem Justierelement
Das Kühlsystem umfasst eine Kühleinheit 11, die einer Lauffläche 10 mit einer Innenseite 10a und einer Außenseite 10b zugeordnet ist und durch einen Spalt 12 von der Außenseite 10b der Lauffläche beabstandet ist. Des Weiteren umfasst das Kühlsystem ein Justierelement 13, durch das die Breite des Spalts 12 einstellbar ist.
Figur 1 zeigt eine Kokille mit einem Kühlsystem. Das Profil der Kokille ist rechteckig und für das Gießen von Brammen ausgelegt. Es ist auch denkbar, dass das Kühlsystem bei anderen Kokillen angewandt wird. Das Kühlsystem kann auch bei Kokillen mit runden oder quadratischen Profilen, bspw. für das Stranggießen von Rundbarren (Billet), verwendet werden.
Die Kokille umfasst einen Kokilleneingang und einen Kokillenausgang. Durch den Kokilleneingang gelangt die Schmelze in die Kokille. Aus dem Kokillenausgang verlässt die zum Teil erstarrte Schmelze die Kokille wieder. Die Kokille umfasst einen Kragen 18, der sich im Bereich des Kokilleneingangs über den Umfang der Kokille erstreckt. An der zum Kokillenausgang gerichteten Seite des Kragens 18 sind an den Längs- und Querseiten der Kokille jeweils eine Kühleinheit 11 angeordnet, die unabhängig voneinander verstellbar sind. Die zum
Kokilleneingang gerichtete Seite des Kragens 18 weist Abdeckungen 19 auf, die jeweils mittig an den Längs- und Querseiten angeordnet sind. Unter den
Abdeckungen 19 sind die Justierelemente 13 für die Kühleinheiten 11 angeordnet.
Am Kokillenausgang ist ein Anfahrblock 17 angeordnet, der die Kokille
verschließt, d.h. der Anfahrblock 17 ist dabei so in der Kokille angeordnet, dass zwischen der Innenseite der Lauffläche 10a und dem Anfahrblock 17 ein umlaufender Spalt (ca. 2mm) gebildet ist, wobei dieser Spalt durch das erste schnell erstarrende Metall abgedichtet wird. Der Anfahrblock 17 dichtet die Kokille beim Anfahrvorgang so lange in Gießrichtung ab, bis die Schmelze in der Kokille einen ausreichend großen Füllstand erreicht hat und so weit erstarrt ist, dass der Kokillenausgang geöffnet werden kann. Dazu wird die Schmelze mit dem
Anfahrblock 17 anfangs aus der Kokille gezogen. Nach der Schrumpfung erfolgt das weitere Abgießen mit Hilfe der Schwerkraft.
Die Innenseite der Lauffläche 10a begrenzt im Betrieb die Schmelze, die durch die Kokille gezogen wird, und entzieht der Schmelze dabei Wärme. Um den hohen Temperaturen gerecht zu werden, finden beim Gießen von Nicht- Eisenwerkstoffen, Kokillen aus speziellen Aluminium-Legierungen aber auch aus Kupferlegierungen Anwendung. Andere Materialien sind möglich.
Um die Lauffläche 10 zu kühlen, wird auf die Außenseite 10b der Lauffläche ein Kühlmittel aufgetragen, konkret aufgesprüht oder aufgespritzt. Bspw. kann Wasser als Kühlmittel eingesetzt werden. Andere Fluide bzw. Fluidgemische sind denkbar. Die Lauffläche 10 umfasst zwei Querseiten und zwei Längsseiten. Den zwei Querseiten und den zwei Längsseiten der Lauffläche 10b ist jeweils eine Kühleinheit 11 zugeordnet. Die Kühleinheiten 11 sind parallel, insbesondere konturgleich, zu der Lauffläche 10 angeordnet. Das Profil der Kühleinheiten 11 ist rechteckig ausgebildet. Es sind andere Geometrien, bspw. kreisförmige
Geometrien, möglich. Die Kühleinheiten 11 umfassen im Innern eine Kühlkammer 15. Im Allgemeinen weist die Kühlkammer 15 ein rechteckiges Profil auf.
Alternativ sind auch andere Formen möglich. Die Kühlkammer 15 ist mit einem Mittel zur Kühlung 14 fluidverbunden. Das Mittel zur Kühlung 14 kann bspw. als Düsen oder Bohrungen ausgebildet sein. Andere Varianten sind denkbar. Das Mittel zur Kühlung 14 wird in einem der nachfolgenden Abschnitte genauer beschrieben. Die Kühlkammer 15 hat die Funktion, das Kühlmittel zu sammeln und in das Mittel zur Kühlung 14 zu leiten. Es ist denkbar, dass die Kühleinheit 11 mehrere Kühlkammern 15 und/oder mehrere Mittel zur Kühlung 14 umfasst.
Die Figuren 2 und 3 sind jeweils teilgeschnittene Darstellungen der Figur 1. In diesen Beispielen sind die Kühleinheit 11 und das Justierelement 13 besonders gut zu erkennen. Das Justierelement 13 bildet eine verstellbare Verbindung zwischen der Kühleinheit 11 und der Kokille. Zum Schutz vor äußeren Einflüssen ist das Justierelement 13 unter der Abdeckung 19 angeordnet.
Das Justierelement 13 umfasst eine Führung 16. Die Führung 16 ist als eine Schiene ausgebildet. Alternativ sind andere Bauteile, die als Führung 16 in Frage kommen, denkbar. Die Schiene erstreckt sich senkrecht in Richtung der
Lauffläche 10, die der Kühleinheit 11 zugeordnet ist. Zusätzlich sind mehrere
Führungen 16 bzw. Schienen möglich. Die Verschiebung der Kühleinheit 11 auf der Führung 16 erfolgt durch eine Komponente des Justierelements 13, wie bspw. eine Stellschraube (nicht dargestellt).
Das Justierelement 13 kann dabei manuell bedienbar oder wenigstens teilweise automatisiert sein. Bspw. kann ein manuelles Einstellen durch die Stellschraube (nicht dargestellt) und/oder eine Feststellschraube (nicht dargestellt) erfolgen. Eine automatische Bedienung kann durch eine Steuerung oder eine Regelung (beides nicht dargestellt) realisiert werden. Die Verschiebung der Kühleinheit, also das Einstellen der Breite des Spalts 12, stellt einen zusätzlichen,
beeinflussbaren Parameter für die Kühlung der Kokille dar. Ein kleiner Spalt 12 vergrößert die Kühlwirkung, wohingegen ein großer Spalt die Kühlwirkung verringert.
Die Kühleinheit 11 weist ein Halteelement 20 auf. Das Halteelement 20 ist rechtwinklig geformt und passgenau an einer Außenkante der Kühleinheit 11 angeordnet. Andere Geometrien für das Halteelement 20 sind möglich. Die Kühleinheit 11 ist durch das Halteelement 20 auf der Führung 16 beweglich gelagert, so dass die Kühleinheit 11 senkrecht zu der jeweils zugeordneten Lauffläche 10 verschiebbar ist.
In Figur 4 ist eine Detailansicht des Kühlsystems im Bereich des Justierelements 13 dargestellt. Das Kühlelement 11 ist an dem Halteelement 20 befestigt. Das Halteelement 20 ist wiederum auf der Führung 16 beweglich gelagert. Zwischen der Außenseite 10b der Lauffläche und der Kühleinheit 11 ist ein Spalt 12 gebildet.
An der Kühleinheit 11 sind in diesem Beispiel zwei Mittel zur Kühlung 14a, 14b angeordnet. Die Mittel zur Kühlung 14a, 14b sind als schmale Öffnungen ausgebildet, die sich jeweils entlang einer Längsachse der Kühleinheit 11 erstrecken. Die Mittel zur Kühlung 14a, 14b sind an der Seite der Kühleinheit 11 angeordnet, die der zugeordneten Außenseite 10b der Lauffläche zugewandt ist. Alternativ sind auch andere Formen für die Mittel zur Kühlung 14a, 14b möglich. Die Mittel zur Kühlung 14a, 14b sind so gebildet, dass das Kühlmittel den Spalt 12 zwischen Kühleinheit 11 und der Außenseite 10b der Lauffläche überwindet. Die Mittel zur Kühlung 14a, 14b umfassen ein primäres Mittel zur Kühlung 14a und ein sekundäres Mittel zur Kühlung 14b. Das primäre Mittel zur Kühlung 14a ist auf
die Außenseite 10b der Lauffläche 10b gerichtet und kühlt so die Schmelze, die die Kokille durchläuft. Das sekundäre Mittel zur Kühlung 14b ist auf den
Anfahrblock 17 gerichtet. Dadurch wird der Anfahrblock 17 vor und während dem Anfahrvorgang gekühlt. Nach dem Anfahrvorgang ist das sekundäre Mittel zur Kühlung 14b nicht mehr auf den Anfahrblock 17, sondern direkt auf den Strang gerichtet, um diesen zu kühlen.
Bezugszeichenliste
Lauffläche
a Innenseite der Lauffläche
b Außenseite der Lauffläche
Kühleinheiten 2x kurz und 2x lang
Spalt
Justierelement
Mittel zur Kühlung
a primäres Mittel zur Kühlung
b sekundäres Mittel zur Kühlung
Kühlkammer
Führung
Anfahrblock
Kragen
Abdeckung
Halteelement
Claims
1. Kühlsystem für eine Kokille, insbesondere eine Kokille für vertikales
Stranggießen, das wenigstens eine Kühleinheit (11) umfasst, wobei die Kokille eine Lauffläche (10) mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist und die Innenseite der Lauffläche (10a) im Betrieb einen Strangguss begrenzt, ,
da d u rch geken nzeich net, dass
die Kühleinheit (11) zur beweglichen Anordnung an der Kokille
ausgebildet ist und die Kühleinheit (11) ein Justierelement (13) aufweist, wobei die Kühleinheit (11) derart an der Kokille angeordnet ist, dass zwischen der Kühleinheit (11) und der Außenseite der Lauffläche (10) ein Spalt (12) ausgebildet ist und die Breite des Spalts (12) durch das Justierelement (13) einstellbar ist.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1
da d u rch geken nzeich net, dass
die Kühleinheit (11) wenigstens ein Mittel zur Kühlung (14) umfasst, das auf der der Außenseite der Lauffläche (10b) zugewandten Seite der Kühleinheit (11) angeordnet ist.
3. Kühlsystem nach Anspruch 2
da d u rch geken nzeich net, dass
das Mittel zur Kühlung (14) ein primäres Mittel zur Kühlung (14a) umfasst, das auf die Außenseite der zugeordneten Lauffläche (10b) gerichtet ist, und ein sekundäres Mittel zur Kühlung (14b) umfasst, das auf einen Bereich gerichtet ist, der dem Kokillenausgang in Gießrichtung nachgeordnet ist.
4. Kühlsystem nach Anspruch 2 oder 3
da d u rch geken nzeich net, dass
das Mittel zur Kühlung (14) wenigstens eine längliche Öffnung umfasst, die sich wenigstens teilweise entlang einer Längsachse der Kühleinheit (11) erstreckt, und/oder mehrere kreisförmige Öffnungen umfasst, die
wenigstens teilweise entlang einer Längsachse der Kühleinheit (11) angeordnet sind.
5. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche
da d u rch geken nzeich net, dass
die Kühleinheit (11) wenigstens eine Kühlkammer (15) umfasst, die wenigstens einen Zulauf für Kühlmittel aufweist.
6. Kühlsystem nach Anspruch 5
da d u rch geken nzeich net, dass
die Kühlkammer (15) mit dem Mittel zur Kühlung (14) fluidverbunden ist.
7. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche
da d u rch geken nzeich net, dass
das Justierelement (13) wenigstens eine Führung (16), insbesondere eine Schiene, umfasst, auf der die Kühleinheit (11) senkrecht zur Lauffläche (10) verschiebbar gelagert ist.
8. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche
da d u rch geken nzeich net, dass
das Justierelement (13) wenigstens ein Stellelement, insbesondere eine Stellschraube, umfasst, durch die die Breite des Spalts (12) einstellbar ist.
9. Kühlsystem nach Anspruch 7 oder 8
da d u rch geken nzeich net, dass
das Justierelement (14) wenigstens ein Feststellelement, insbesondere eine Feststellschraube, umfasst, die die Kühleinheit (11) auf der Führung (16) arretiert.
10. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche
da d u rch geken nzeich net, dass
das Justierelement (13) eine Steuerung und/oder einen Regler und einen Stellantrieb, insbesondere einen elektrischen Stellmotor, zur Einstellung des Spalts (12) umfasst.
11. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche da d u rch geken nzeich net, dass
an der Lauffläche (10) wenigstens ein Temperatursensor angeordnet ist.
12. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche
da d u rch geken nzeich net, dass
an der Kühleinheit (11) wenigstens ein Temperatursensor angeordnet ist.
13. Kokille mit einem Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem die Kokille in Umfangsrichtung wenigstens abschnittweise umschließt.
14. Verfahren zum Stranggießen, insbesondere vertikalen Stranggießen, mit einer Kokille nach Anspruch 13 umfassend:
a. Einstellen des Spalts (12) auf die für das zu gießende Material benötigte
Breite durch das Justierelement (13);
b. Anordnen eines Anfahrblocks (17) in einer Anfahrposition;
c. Optional: Kühlen des Anfahrblocks (17) und der Lauffläche (10) auf die erforderliche Anfangstemperatur;
d. Beginn der kontinuierlichen Zufuhr von Schmelze in die Kokille bei
fortlaufender Kühlung;
e. Absenken des Anfahrblocks sobald die Kokille einen bestimmen Füllstand erreicht hat, wobei die Schmelze durch die Kokille gezogen wird;
f. Überwachen der Prozessparameter und kontrolliertes Kühlen des Strangs beim Austreten aus der Kokille wenigstens während der Anlaufphase.
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