DE10138988C2 - Gekühlte Stranggießkokille zum Gießen von Metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Stranggießkokille zum Gießen von Metall, ins­ besondere von Stahl, in Brammenformat und hier insbesondere mit einer Dicke zwischen 40 bis 400 mm und einer Breite von 200 bis 3.500 mm, mit Kokillenwän­ den aus Platten sowie mit Kühlmediumkanälen zur Kühlung, wobei sich die Breite der Kühlmediumkanäle in Gießrichtung vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang verkleinert.

Mit Hilfe der Fig. 1 werden bekannte Zusammenhänge beim Stranggießen von Metall beschrieben. Das Stranggießen von Metall, insbesondere von Stahl, mit oszillierenden Kokillen 1, aber auch mit Wanderkokillen, beispielsweise ausgebil­ det als Twin-Roller mit feststehendem Rollenkern und umlaufendem Kokillenrohr­ mantel, führt zu einem Wärmestrom J (2) entlang dem Potentialgefälle U (3) von der Kokillen- bzw. Strangmitte 4 durch die sich bildende Strangschale 5, den nor­ malerweise vorhandenen Schlackenfilm 6 in die Kokillenplatte 7.1 einer vorgege­ benen Kupferplattendicke 8 bis hin zum Kokillenkühlwasser 9. Hierbei bezeichnet 8 die Kupferplattendicke zwischen Schlacke und dem Kokillenkühlwasserverlauf bzw. zwischen "hot" und "cold face". Das Kokillenkühlwasser 9 strömt mit einer kontrollierten Geschwindigkeit (10), ausgedrückt beispielsweise in m/s, einem vor­ gegebenen Druck (11), der in bar am Kokillenkühlwassereinlaß gemessen wird, und einer kontrollierten Kühlwassereintrittstemperatur, T-0 (12), die am Kokillen­ kühlwassereinlauf gemessen wird, parallel der Kokillenhöhe 13 in oder entgegen der Stranggießrichtung 14, gemessen in m/min, um den angebotenen Wärmestrom J (2) aufzunehmen und abzuführen. Der vom Kokillenkühlwasser 9 ab­ geführte gesamte Wärmestrom J (2) wird bestimmt von dem Gesamtwiderstand R - total (15), der bestimmt wird durch die Einzelmedien 16 mit ihren Einzelwider­ ständen Ri (17) und zwar zwischen Strangmitte 4 und Kokillenkühlwasser 9. Die Einzelwiderstände 17 bestimmen sich durch ihre Länge l (18), ihre spezifische Wärmeleitfähigkeit λ (19) und ihren Leitungsquerschnitt F (20) und machen mit dem Potentialgefälle U (3) und dem Wärmestrom J (2) die Massenstromgleichung (20.1) aus. In diese Gleichung gehen die Widerstände der Einzelmedien zwischen der Kokillenmitte 4 und dem Verlauf des Kokillenkühlwassers ein, wie der Wider­ stand des flüssigen Stahls, der Strangschale, der Schlacke, der Feuerfestausklei­ dung sowie der Kokillenplatte, die insbesondere aus Kupfer besteht.

Der an der Phasengrenze 21 zwischen Kupferplatte 7 und dem Verlauf des Kokil­ lenkühlwassers 9 (auch "cold face" genannt) ankommende Wärmestrom muß den Grenzflächenwiderstand 22 zwischen dem Kupfer der Kokillenplatte zum Kühl­ wasser überwinden, wodurch sich zwischen den Phasengrenzen 21 und 21.1, die die Phasengrenze zwischen der Kupferplatte 7 und dem Schlackenfilm 6 bzw. der Strangschale 5 oder "hot face" bezeichnet, der Kupferplatte 7 jeweils eine Haut­ temperatur bzw. ein Temperaturgradient 25 einstellt. Dieser Temperaturgradient ist abhängig von der Stärke des Wärmestromes über die Kokillenhöhe 13 sowie vom Grenzflächenwiderstand 22 an der Phasengrenze Kupfer/Wasser (21). Auch ist es bekannt, daß der Wärmestrom sich vom Gießspiegel 30 zum Kokillenaus­ gang 13.2 entsprechend einem Profil 2.1 - bekannt als "Wärmekeule" - verringert.

Der Grenzflächenwiderstand 22 wird bestimmt von der Größe der über die Kokil­ lenhöhe 13 parallel verlaufenden Kühlkanäle 26, hier in Form von Kühlschlitzen, die eine Breite (26.1), Tiefe (26.2) und damit einen Stömungsquerschnitt Q (26.3) sowie eine Länge (26.4)in etwa entsprechend der Kokillenhöhe (13) aufweisen, abgesehen von der Grenzschicht (Nernst'sche Schicht) des Kühlwassers, die eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit 10 darstellt (vgl. Fig. 3e). Weiterhin wird der Widerstand 17 bestimmt von der prozentualen Wasserbedeckung (27.2) über die Kokillenbreite, definiert als Differenz zwischen maximal gekühlter Kokillen­ breite abzüglich der nicht direkt gekühlten Kokillenbreite, dividiert durch die ge­ kühlte Kokillenbreite oder auch in 1. Näherung definiert durch den Abstand Kühl­ kanal/Kühlkanal 27 abzüglich der Stegbreite 27.1, dividiert durch den Abstand Kühlkanal/Kühlkanal (vgl. Fig. 3e). Diese relative Wasserbedeckung (27.2) ent­ spricht dem Leitungsquerschnitt F (20) im Sinne der Massenstromgleichung U = Σ Ri × J. Weiterhin hängt der Widerstand 17 ab von der Kupferplattendicke l (8) so­ wie von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit λ (19) und von der Wassergeschwin­ digkeit (10), die eine Funktion des Wasserdruckes (26.6) am Kokillenwassereintritt und des Strömungswiderstandes (26.5) oder des Druckverlustes in der Kokille ist. Die relative Wasserbedeckung (27.2) kann auch als Leitungsquerschnitt F (20) im Sinne der Massenstromgleichung U = ΣRi × J angesehen werden, die in den be­ kannten Kokillen über die Kokillenhöhe 13 konstant ist, d. h. die Kühlkanäle ver­ laufen parallel zueinander.

In der bisherigen Kokillenkonstruktion ist dieser Grenzflächenwiderstand 22 über die Kokillenhöhe 13 konstant. Die Formgebung der Kühlkanäle kann entweder durch Kühlbohrungen 28 (nicht gezeigt) mit konstantem Durchmesser mit und oh­ ne Verdrängekörper 28.1 oder Kühlschlitzen 26 mit Wasserleitblechen 26.7 (Fig. 3d und 3e) und konstantem Querschnitt Q (26.3) realisiert werden.

Zusammenfassend kann über den Stand der Technik jeglicher Kokillenformate (Brammen-, Vorblock-, Knüppel-, Profil- und Bandanlagen etc.) an dieser Stelle gesagt werden, daß die prozentuale Wasserbedeckung (27.2) über die Kokillen­ breite, gleichwohl ob Kühlbohrungen 28 oder Kühlschlitze 26 zum Einsatz kom­ men, als auch über die Kokillenhöhe 13 geometrisch und damit in ihrer verfahrens­ technischen Kühlwirkung gleich ist.

Diese Iso-Konstruktion bzw. gleichmäßige Konstruktion der Kokillenkühlung über die Kokillenhöhe führt, bedingt durch das enge Anliegen der Strangschale, unmit­ telbar unterhalb des Gießspiegels 30 und dem anschließenden Schrumpfungspro­ zeß der Strangschale 5 über die Kokillenhöhe 13 zu einem erhöhten Wärmestrom und gleichzeitig damit zu einer hohen "Hot-Face"-Temperatur der Kupferplatte 23. Diese hohe Kupferplatten-Hauttemperatur 23 führt wiederum zu der Gefahr einer Überlastung der Rekristallisationstemperatur T-Cu-Re (31) des gewalzten Kupfers (vgl. Fig. 3c).

Diese Gefahr der Überschreitung der Kokillenplatten-Rekristallisationstemperatur (T-Cu-Re) wird mit steigenden Gießgeschwindigkeiten immer größer. So ist in Fig. 2 eine Übersicht der Konstruktions- und verfahrenstechnischen Merkmale von Dünnbrammen und Standardbrammenkokillen tabellarisch dargestellt.

Diese tabellarische Darstellung der charakteristischen Kokillendaten läßt erken­ nen, daß die erhöhte Wärmebelastung der Kokille, angezeigt durch die Belastung von 2,2/3,2 MW/m², die den Wärmestrom (2) bzw. die Wärmebelastung der Kokille kennzeichnet, im Falle der Dünnbramme (32) gegenüber der Standardbramme (33) durch eine größere prozentuale Wasserabdeckung (27.2) von 60-40%, eine höhere Wassergeschwindigkeit (10) von 12-8 m/s, eine geringere Kupferplatten­ dicke (18.1) von 25-15 mm und einen höheren Kokillenkühlwasserdruck (26.6) von 12-8 bar begegnet wird. Diese erhöhte Wärmebelastung bzw. dieser erhöhte Wärmestrom der Kokille wird im Falle der Dünnbramme (32) verursacht durch die geringere Schlackenfilmdicke (18.2) von 0,4-0,2 mm, die höhere Gießgeschwin­ digkeit (14) der Dünnbramme (32) sowie die geringe Brammendicke (34/32) bzw. (34.1). Gleichzeitig ist zu erkennen, daß die Kokillenhauttemperatur auf der dem Stahl zugewandten Seite (23) je nach Gießgeschwindigkeit zwischen 300°C und 400°C liegt und einen geringeren Abstand zur Rekristallisationstemperatur (31) des kaltgewalzten Kupfers als die Standardbramme besitzt. Die Rekristallisationstemperatur der kaltgewalzten Kupferplatte liegt je nach der Kupferqualität zwi­ schen 350°C (Cu-Ag) und 700° (Cu-CrZr) bzw. 500°C (Softening-Temperatur).

Ein weiteres Absenken der Cu-Plattendicke (18.1) gestaltet sich wegen des hohen Wasserdruckes (am Kokillenwassereintritt) (26.6) in den Bohrungen (28) oder Kühlschlitzen (26) und damit wegen der möglichen mechanischen Ausbauchung der dem Stahl zugewandten Kupferplattenoberfläche, "hot face" (21.1), als schwie­ rig.

Fig. 3a)-e) stellen eine bekannte Anordnung der Wasserkühlung für eine Brammen- oder Dünnbrammenkokille mit Kühlschlitzen 26 und Wasserleitblechen 26.7 in verschiedenen Schnitten dar. Fig. 3a zeigt die halbe Breitseite 7 einer Brammenkokille mit der Schmalseite 7.1 und einen Tauchausguß 35 sowie der Stahlströmung 36 und den Strang 37 mit der Strangschale 5 am Kokillenausguß. Diese Figur läßt die gleichförmig parallel verlaufenden Kühlschlitze 26 über die Ko­ killenhöhe 13 sowie die Lage des Gießspiegels 30 erkennen.

Fig. 3b zeigt den Schnitt durch die Kokillenbreitseite 7 mit einem Wasserkasten 38 sowohl für den Wasservorlauf 38.1 als auch für den Wasserrücklauf bzw. Was­ serkasteneinlauf 38.2. Mit 38.1.1 bzw. 38.2.1 ist der Übergang für das Kokillen­ kühlwasser vom Wasserkasten (38.1) in die Kühlschlitze (26) oder Kühlbohrungen (28-nicht gezeigt) bezeichnet.

Außerdem wird aus Fig. 3b eine mehrteilige Kokille mit Spannbolzen 39 deutlich, entweder für den Verbund der Kupferplatte mit Kühlschlitzen 40 mit dem Wasser­ kasten 38 oder dem Verbund der Kupferplatte ohne Kühlschlitze 40.1 mit dem Wasserkasten 38, dann aber mit einer Zwischenplatte 41, die mit Kühlschlitzen 26.3 versehen ist (vgl. hierzu Fig. 3d). Auch kann die Zwischenplatte 41 direkt die Wand des Wasserkastens 41.1 (vgl. Fig. 4a)-d)) bilden.

In Fig. 3c sind als Stand der Technik die Profile der Kokillenhauttemperatur ("hot face") 23, des Wärmestromes J (2) und der Rekristallisationstemperatur, T-Cu-Re (31), über die Kokillenhöhe (13) dargestellt.

Fig. 3c läßt erkennen, daß die beiden Profile (23.1) (Hauttemperatur-Profil) und (2.1) (Wärmestromprofil) sich funktional ähnlich sind und die thermische Belastung (23) nahe an die Rekristallisationstemperatur 31 des Kupfers, besonders bei ho­ hen Gießgeschwindigkeiten 14, kommt und damit die Kupferplatte eine relativ kur­ ze Standzeit im Gießspiegelbereich 30 aufweist.

Die Fig. 3d stellt einen horizontalen Schnitt durch die Kokille dar und läßt die An­ ordnung der parallelen Kühlschlitze 26 mit Wasserleitblechen 26.7 und Übergän­ gen (38.1.1/38.2.1) des Kühlwassers 9 vom Wasserkastenvorlauf 38.1 in die Kühl­ schlitze 26 und von den Kühlschlitzen durch den Kokillenwasserübergang 38.2.1 in den Wasserrücklauf 38.2 erkennen.

In der Fig. 3e sind die parallelen Kühlschlitze 26 im horizontalen Schnitt darge­ stellt. Das Bild läßt die Schlitzbreite 26.1, die prozentuale Wasserbedeckung 27.2, die sich aus dem Verhältnis Kühlkanalbreite zum Abstand Kühlkanal/Kühlkanal 27 ergibt, den Kühlkanalquerschnitt 26.3, die Wasserleitbleche 26.7, den Abstand Kühlkanal/Kühlkanal 27 sowie die Kupferplattendicke 8 erkennen. Die konstrukti­ ven Merkmale sind über die Kokillenhöhe dargestellt in den Schnitten A-A'-A" und B-B'-B", wobei sich ein konstanter Leitungsquerschnitt F (20) und ein kon­ stanter Grenzflächenwiderstand (22) über die Kokillenhöhe, bedingt durch das gleichförmige Strömungsprofil des Kokillenkühlwassers 9 mit konstantem Nern­ st'schen-Phasenbereich (Strömungsgeschwindigkeit = 0), der bei steigender Strömungsgeschwindigkeit (10) kleiner wird, einstellen.

Die Fig. 4a)-d) stellen mögliche bekannte Aufbauten einer Kokillenbreitseite 7, bestehend aus der Kupferplatte und dem Wasserkasten 38 dar. Die Kokille kann sich aus einer Kupferplatte mit Kühlschlitzen 40 und Wasserkasten 38 (Teilfigur 4a) oder aus einer Kupferplatte ohne Kühlschlitze 40.1 und einer Zwischenplatte 41 mit Kühlschlitzen (Sandwich) und Wasserkasten 38 (Teilfigur 4b) oder aus ei­ ner Kupferplatte ohne Kühlschlitze 40.1, die auf die Zwischenplatte 41.1, die gleichzeitig die Wand des Wasserkastens bildet, montiert ist (Teilfigur 4c), zu­ sammensetzen. Die Teilfigur 4d stellt nochmals die Profile des Wärmestromes J (2.1) und der thermischen Belastung über die Kokillenhöhe sowie die Rekristallisa­ tionstemperatur (31) der kaltgewalzten Kupferplatte (31) dar.

Aus der DE 15 58 312 A ist eine Stranggießkokille mit in ihren Wandungen einge­ arbeiteten Kühlkanälen bekannt. Am Beispiel einer Plattenkokille gezeigt, liegen die Kühlkanäle in Richtung des gegossenen Strangs. Sie sind so in die Platten der Kokille eingearbeitet, daß im oberen Teil der Kokille die Kanalquerschnitte größer und die Wandstärke der Platten kleiner als im unteren Teil der Kokille und damit nicht konstant über die Kokillenhöhe sind.

Aus dem Patent Abstract der JP 59 133940 ist ebenfalls eine Kokille zum Strang­ gießen beschrieben. Um die Lebensdauer einer solchen Kokille zu erhöhen, soll sich die Kühlwirkung der Schmalseite der Plattenkokille, die mit Kühlwasser ge­ kühlt wird, von der thermischen Last in der vertikalen Richtung der Kokille ändern. Hierbei soll sich die Geschwindigkeit des Kühlwassers durch Einstellung der Tiefe und der Länge des Kühlwasserschlitzes verändern. Die Breite des Kühlwasser­ schlitzes wird in Richtung Kokilleneingang bzw. des oberen Teils der Kokille schmaler.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stranggießkokille zu schaffen, bei der die ther­ mische Belastung über die Kokillenhöhe, d. h. das thermische Profil über die Kokil­ lenhöhe, vergleichmäßigt und somit die Kokillenhauttemperatur im Gießspiegel gesenkt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Stranggießkokille mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Es wird vorgeschlagen, eine gattungsgemäße Stranggießkokille dahingehend weiterzuentwickeln, daß sich die Breite der Kühlmediumkanäle in Gießrichtung in Abhängigkeit vom Wärmestromprofil über die Kokillenhöhe vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang verkleinert.

Mit Breite ist das Maß der Erstreckung der Kanalwand bezeichnet, die (im wesent­ lichen) längs zur heißen Platteninnenwand verläuft. Hierbei ist die Querschnittsflä­ che der Kühlkanäle vorzugsweise rechteckig. Elliptische Formen sind ebenfalls denkbar.

Erfindungsgemäß verringert sich die Phasengrenzfläche zwischen der Kokillen­ plattenwand und dem Kokillenwasser vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang.

Die Kühlkanäle sind so ausgeführt, daß sich die Tiefe der Kühlkanäle über die Ko­ killenhöhe vom Kokilleneingang zum Kokillenausgang in Gießrichtung vergrößert.

Mit Tiefe ist das Maß der Kühlkanäle gemeint, daß im Zusammenhang mit der Breite zur Berechnung des Flächeninhalts benötigt wird.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich in Abhängigkeit der Breitenre­ duzierung die Vergrößerung des Tiefenmaßes über die Kokillenhöhe entspre­ chend so verändert, daß der Betrag der jeweiligen Querschnittsfläche eines Kühl­ kanals vom Kokilleneingang bis zum Kokillenausgang konstant bleibt und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in den Kühlwasserkanälen zwi­ schen Kokilleneingang und Kokillenausgang konstant ist.

Aufgrund des konstanten Widerstandes des Kühlkanals zwischen Kokillenwasse­ reintritt und Kokillenwasseraustritt bleibt die Strömungsgeschwindigkeit des Kühl­ wassers unverändert.

Hierbei verkleinert sich die Breite der Kühlmediumkanäle in 1. Näherung funktional zum Wärmestromprofil über die Kokillenhöhe zwischen Kokilleneingang und Kokil­ lenausgang in Gießrichtung, wobei die Begrenzungslinien oder -flächen eines Kühlmediumkanals oder benachbarter Kühlmediumkanäle nicht parallel verlaufen.

Nach einer Ausführungsform verkleinert sich die Breite der Kühlmediumkanäle in 1. Näherung linear in Gießrichtung, wobei die Begrenzungslinien oder flächen eines Kühlmediumkanals oder benachbarter Kühlmediumkanäle nicht parallel, sondern in einem spitzen Winkel zueinander verlaufen.

Dies bedeutet, daß sich die jeweiligen Breiten eines Kühlkanals über die Kokillen­ höhe linear verkleinern, wobei die Begrenzungsflächen benachbarter vom Quer­ schnitt rechteckiger Kanäle in einem definierten Winkel auseinanderlaufen oder die Linien benachbarter vom Querschnitt elliptischer Kanäle, gesehen in einer Schnittebene, die die gemeinsamen Mittelpunkte der Kanäle parallel zur Kühlplat­ tenoberfläche schneidet, einen definierten Winkel zueinander ausbilden.

Vorzugsweise dienen Wasserkästen zur Versorgung der in die Kokillenwandplat­ ten eingebrachten Kühlkanäle. Hierbei ist der Wasserkastenauslauf auf Höhe des Kokilleneingangs und der Wasserkasteneinlauf auf Höhe des Kokillenausgangs angeordnet. Vorteilhafterweise ist der Wasservorlauf oberhalb des Gießspiegels am Kokilleneingang und der Wasserrücklauf am Kokillenausgang angeordnet, damit im Gießspiegelbereich, unter dem sich die höchste thermische Belastung entwickelt, kaltes, thermisch unbelastetes, Wasser mit der größten Kühlkapazität bzw. dem größten Abstand zum Verdampfungspunkt von Wasser bei Drücken zwischen 1 und 25 bar zur Wirkung kommt.

Weitere bevorzugte Merkmale sind in den Ansprüchen 4 bis 11 enthalten.

Bei den Kühlkanälen kann es sich um Kühlschlitze oder um Bohrungen handeln. Die Kühlschlitze werden von der dem Forminneren abgewandten Seite der Platten in diese eingebracht oder in separate Zwischenplatten. Zur Einstellung der ge­ wünschten Querschnittsflächen sind die Kühlschlitze über die Kokillenhöhe mit entsprechend ausgeformten Wasserleitblechen verschlossen, deren Breite über die Kokillenhöhe vom Kühlwassereintritt zum Kühlwasseraustritt an die Breitenän­ derung des Kühlkanalverlaufs angepaßt ist, d. h. sich verringert, und deren Dicke über die Kokillenhöhe vom Kühlwassereintritt zum Kühlwasseraustritt vorzugswei­ se entsprechend abnimmt bei bündigem Abschließen mit der abgewandten Seite der Platte.

Die Fig. 1 bis 4a)-d) stellen den Stand der Technik und die Fig. 5a)-e) und 6a)-b) die Erfindung beispielhaft dar. Der Stand der Technik wurde bereits im Detail beschrieben. Die Erfindung wird nun beispielhaft im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Fig. 5a)-e) und 6a)-b) beschrieben. Gleiche Bauteile zu den in den Fig. 1-4a)-d) gezeigten Kokillen sind mit entsprechenden Be­ zugszeichen versehen.

Die Fig. 5a kennzeichnet die Erfindung, bei der benachbarte Kühlschlitze 29 bzw. ihre Begrenzungslinien nicht parallel verlaufen, sondern sich vom Kokilleneingang 13.1 bzw. vom Gießspiegel 30 bis zum Kokillenausgang 13.2 in ihrer Breite verrin­ gern und somit sich der Kanalquerschnitt bzw. die Grenzfläche F (20) zur Wärme­ stromdichte bzw. zum Wärmestromprofil 2.1 funktional verhält. Gleichzeitig kann durch die entsprechende Vergrößerung der Kühlkanaltiefe 26.2 (Fig. 5b) der Strömungsquerschnitt Q (26.3) für das Kühlwasser und damit die Strömungsgeschwindigkeit 26.5 des Wassers in 1. Näherung konstant gehalten werden. Die Begrenzungsflächen der Kühlkanäle in Form von Külschlitzen 29 verlaufen nicht mehr parallel, sondern bilden einen spitzen Winkel 29.2 zueinander. Die prozen­ tuale Wasserbedeckung 27.2 oder auch der Leitungsquerschnitt 20 liegt so bei­ spielsweise im Gießspiegel 30 bei max. 100% im Falle des Gießens einer Dünn­ bramme und am Kokillenaustritt bei minimal 30%.

In der Fig. 5c ist die hierdurch vergleichmäßigte thermische Belastung 23.2 der Kokillenplatte über die Kokillenhöhe 13 im Vergleich zum Wärmestromprofil 2.1 und der Rekristallisationstemperatur 31 dargestellt. Die Figur läßt erkennen, daß die "hot face" Temperatur 23.2 der Kupferplatte 7 geringer ist, regelmäßiger verläuft und gleichzeitig die Standzeit der Kupferplatte verlängert wird.

Die Fig. 5d stellt die Schnitte A-A'-A" und B-B'-B" durch die Breitseiten 7 vom Kokilleneingang 13.1 und Kokillenausgang 13.2 sowohl für die Kokillenplatte (40) mit nicht parallelen Kühlschlitzen als auch für die Sandwich-Lösung, d. h. eine Ko­ killenplatte mit einer Zwischenplatte 41, in die erfindungsgemäß die nicht paralle­ len Kühlschlitze 29 eingebracht sind, dar.

Diese Figur macht auch beispielhaft deutlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit trotz der größeren Wasserbedeckung im Gießspiegelbereich 30 konstant bleibt, da der Strömungsquerschnitt Q (26.3) durch entsprechende Vergrößerung der Kühl­ kanaltiefe 26.2 über die Kokillenhöhe vom Kokilleneingang bis zum Kokillenaus­ gang konstant bleibt.

Die Fig. 5e zeigt die Kühlkanäle 29 am Kokilleneingang 13.1 und Kokillenaus­ gang 13.2 mit ihren Leitblechen 29.1, die sich in der Breite und Tiefe verändern.

Die Fig. 6a)-b) stellt die erfinderische Lösung (Fig. 6b) dem Stand der Technik (Fig. 6a) gegenüber. Grundsätzlich ist die vorgeschlagene Lösung hinsichtlich der Kühlschlitze 29 mit Leitblechen 29.1 auf Kokillen mit Kühlbohrungen (nicht gezeigt) übertragbar, wobei die Bohrquerschnitte über die Kokillenlänge mittels des Einsatzes konischer Verdrängerstäbe (nicht gezeigt) verändert werden können.

Bezugszeichenliste

1

oszillierende Kokille

2

Wärmestrom, J

2.1

Profil des Wärmestroms über die Kokillenhöhe, ("Wärmekeule")

3

Potentialgefälle, U

4

Kokillen- bzw. Strangmitte

5

Strangschale

6

Schlackenfilm

7

Kokillenplatte - Breitseite

7.1

Kokillenplatte - Schmalseite

8

Kupferplattendicke zwischen Schlacke und Wasser oder "hot" und "cold" face

9

Kokillenkühlwasser

10

Kokillenkühlwassergeschwindigkeit in m/s

11

Kokillenkühlwasserdruck am Kokillenkühlwassereinlauf, gemessen in bar

12

Kokillenkühlwassertemperatur am Kokillenkühlwassereinlauf, T-0, gemessen in °C

13

Kokillenhöhe parallel zur Gießgeschwindigkeit im Sinne von Strangabzugsrichtung bzw. Kokillenlänge

13.1

Kokilleneingang

13.2

Kokillenausgang

14

Stranggießrichtung mit Gießgeschwindigkeit in m/min (max. 15 m/min)

15

Gesamtwiderstand, R-total

16

Einzelmedien wie Zwischenkokillenmitte (

4

) und Kokillenwasser (

9

) wie beispielsweise flüssiger Stahl, Feuerfest-Material, Strangschale, Schlacke, Kokillenplatte beispielsweise aus Kupfer

17

Einzelwiderstände, Ri

18

Widerstandslänge l in m

18.1

Kupferplattendicke l-Cu, hot/cold face, gemessen in mm

18.2

Schlackenfilmdicke l-Schlacke, gemessen in mm

19

Spezifische Wärmeleitfähigkeit gemessen, λ in W/K × m

20

Leitungsquerschnitt, F

20.1

Massenstromgleichung U = ΣRi × J; ΣRi = (l/λ × F)i

21

Phasengrenze Kupferplatte (

7

)/Kokillenkühlwasser (

9

), "cold face"

21.1

Phasengrenze Kupferplatte (

7

), Schlackenfilm (

6

) oder Strangschale (

5

), "hot face"

22

Grenzflächenwiderstand Kupfer/Wasser, Nernst'sche- Grenzschicht

23

Hauttemperatur Kupfer/Gießschale ("hot face") der parallelen Kühl­ schlitze (

26

)

23.1

Profil der Hauttemperatur über Kokillenhöhe
23.2. "hot face"-Temperatur der nicht parallelen Kühlschlitze

23.2.1

Thermoprofil der nicht parallelen Kühlschlitze (

29

)

24

Hauttemperatur Kupfer/Wasser ("cold face")

24.1

Profil der Hauttemperatur Kupfer/Wasser ("cold face")

25

Temperaturgradient Kupferplatte

26

Kühlkanäle, ausgebildet als Kühlschlitze, die parallel über die Kokil­ lenhöhe verlaufen

26.1

Kühlkanalbreite

26.2

Kühlkanaltiefe

26.3

Kühlkanalquerschnitt bzw. Strömungsquerschnitt, Q

26.4

Kühlkanallänge entsprechend der Kokillenhöhe (

13

)

26.5

Strömungswiderstand

26.6

Wasserdruck am Kokillenwassereintritt

26.7

Wasserleitbleche

27

Abstand Kühlkanal/Kühlkanal

27.1

Stegbreite

27.2

Prozentuale Wasserbedeckung über die Kokillenbreite, definiert als Differenz zwischen maximaler gekühlter Kokillenbreite abzüglich der nicht direkt gekühlten Kokillenbreite dividiert durch gekühlte Kokillen­ breite oder auch in

1

. Näherung als Abstand Kühlkanal/Kühlkanal abzüglich der Steg­ breite dividiert durch den Abstand Kühlkanal/Kühlkanal, entspricht dem Leitungsquerschnitt, F (

20

) im Sinne der Massenstromgleichung (

20

)

28

Kühlbohrungen

28.1

Verdrängephase, Verdrängekörper

29

Kühlschlitze, Verdrängerstäbe, nicht parallel verlaufend über die Ko­ killenhöhe (

13

)

29.1

Wasserleitbleche

29.2

Winkel der linear verlaufenden nicht parallelen Kühlschlitze (

29

)

30

Gießspiegelbereich, Gießspiegel

31

Rekristallisationstemperatur der kalt gewalzten Kokillen-Kupferplatte T-Cu-Re

32

Dünnbramme, Thin Slab 40-150 mm Dicke

33

Standard-Bramme, Slab 400-150 mm Dicke

34

Brammendicke, Strangdicke

34.1

Dünnbramme von 150 bis 40 mm

34.2

Standardbramme von 400 bis 150 mm

35

Tauchausguß, SEN

35.1

Gießpulver

35.2

Gießschlacke

36

Stahlströmung

37

Strang

38

Wasserkasten

38.1

Wasservorlauf, Wasserkastenauslauf

38.1.1

Übergang für das Kokillenkühlwasser vom Wasserkasten (

38.1

) in die Kühlschlitze (

26

) oder (

29

)

38.2

Wasserrücklauf, Wasserkasteneinlauf

38.2.1

Übergang für das Kokillenwasser von Kühlschlitzen (

26

) oder (

29

) in den Wasserkasten (

38.2

)

39

Spannbolzen Wasserkasten/Kupferplatte

40

Kupferplatte mit Kühlschlitzen

40.1

Kupferplatte ohne Kühlschlitze und mit einer Zwischenplatte (

41

)

41

Zwischenplatte, mit Kühlschlitzen (Sandwich)

41.1

Zwischenplatte (

41

) mit Kühlschlitzen, die direkt die Wand des Was­ serkastens bildet

Claims (11)

1. Gekühlte Stranggießkokille (1) zum Gießen von Metall, insbesondere von Stahl, in Brammenformat und hier insbesondere mit einer Dicke zwischen 40 bis 400 mm und einer Breite von 200 bis 3.500 mm, mit
Kokillenwänden aus Platten (7, 7.1) sowie mit Kühlmediumkanälen zur Küh­ lung, wobei sich die Breite (26.1) der Kühlmediumkanäle (29) in Gießrich­ tung vom Kokilleneingang (13.1) zum Kokillenausgang (13.2) verkleinert,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Breite (26.1) der Kühlmediumkanäle (29) in Abhängigkeit vom Wärmestromprofil (2.1) über die Kokillenhöhe (13) verkleinert,
daß sich die Tiefe (26.2) der Kühlmediumkanäle (29) über die Kokillenhöhe (13) vom Kokilleneingang (13.1) zum Kokillenausgang (13.2) in Gießrich­ tung vergrößert,
daß sich in Abhängigkeit der Breitenreduzierung die Erhöhung der Tiefe (26.2) über die Kokillenhöhe (13) entsprechend so verändert, daß der Be­ trag der jeweiligen Querschnittsfläche (26.3) eines Kühlkanals vom Kokille­ neingang (13.1) bis zum Kokillenausgang (13.2) konstant bleibt und somit die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in den Kühlmedi­ umkanälen zwischen Kokilleneingang (13.1) und Kokillenausgang (13.2) konstant ist.

2. Gekühlte Stranggießkokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite (26.1) der Kühlmediumkanäle in 1. Näherung linear in Gießrichtung verkleinert, wobei die Begrenzungslinien oder -flächen eines Kühlmediumkanals oder benachbarter Kühlmediumkanäle nicht parallel, sondern in einem spitzen Winkel (29.2) zueinander verlaufen.

3. Gekühlte Stranggießkokille nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Platten (7, 7.1) der Kokillenwände, insbesondere Kupfer­ platten, Wasserkästen (38) zur Versorgung der Kühlkanäle anschließen, wobei der Wasserkastenauslauf (38.1) auf Höhe des Kokilleneingangs (13.1) und der Wasserkasteneinlauf (38.2) auf Höhe des Kokillenausgangs (13.2) angeordnet ist.

4. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die prozentuale Kühlmediumbedeckung, insbesondere Wasserbede­ ckung (27.2), die definiert ist durch das Verhältnis der Differenz zwischen maximaler gekühlter Kokillenbreite und der nicht direkt gekühlten Kokil­ lenbreite zur gekühlten Kokillenbreite, am Kokilleneingang (13.1), insbe­ sondere auf Höhe des Gießspiegels (30), maximal 100%, insbesondere 100%, und am Kokillenausgang (13.2) minimal 30%, insbesondere minimal 10%, beträgt.

5. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium Kühlwasser ist und eine Strömungsgeschwindigkeit zwischen 25 und 2 m/s über die Kanallänge aufweist.

6. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke einer Kupferplatte (7, 7.1) zwischen der Schmelze und dem Kühlwasserkanalverlauf nicht weniger als 5 mm beträgt.

7. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kokillenkühlwasserdruck (11) am Wasserkastenauslauf (38.1) zwi­ schen 2 und 25 bar beträgt.

8. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stranggießgeschwindigkeit v_G (14) zwischen 1 und 15 m/min be­ trägt.

9. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie betrieben wird durch Einbringen der Stahlschmelze mittels eines Tauchausgusses (SEN) (35) sowie Aufbringen von Gießpulver (35.1) und daß es sich um eine oszillierende Standkokille (1) handelt.

10. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle Kühlschlitze (29) sind, die von der dem Forminneren abgewandten Seite der Platten (7, 7.1) in diese eingebracht sind, und daß die Kühlschlitze (29) zur Einstellung der gewünschten Querschnittsflächen über die Kokillenhöhe (13) mit entsprechend ausgeformten Wasserleitble­ chen (29.1) verschlossen sind, deren Breite über die Kokillenhöhe (13) vom Kühlwassereintritt zum Kühlwasseraustritt an die Breitenänderung des Kühlkanalverlaufs angepaßt ist.

11. Gekühlte Stranggießkokille nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle Kühlbohrungen sind, in die konische Verdrängerstäbe eingebracht sind.