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Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Stranggussmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Stranggussmaterial in einer Sekundärkühlzone, wobei durch gemeinsam von einem Kühlmittel gespeiste Flüssigkeitszerstäuberdüsen Zonen einer
Strangoberfläche beaufschlagt werden und diese Zonen mindestens zwei ungefähr senkrecht zur
Strangachse verlaufenden Ebenen zugeteilt sind und in jeder einzelnen Ebene die Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse ungleichmässig erfolgt, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In derartigen Sekundärkühlzonen wird der die gekühlte Kokille verlassende, noch nicht vollständig erstarrte Strang weiter gekühlt. Dabei ist die Art und Weise des Wärmeentzuges für die Qualität des Stranggussmaterials und für die Leistung der Stranggiessanlage von grosser Bedeutung. Um eine gute Kühlwirkung zu erhalten, wird der Strang durch von Spezialdüsen fein zerstäubtem Wasser gekühlt. Dabei sind die Lage der Düsen in bezug auf die Strangoberfläche, ihre gegenseitige Beeinflussung, Sprühwinkel, Sprühcharakteristik, Form der beaufschlagten Sprühfläche sowie Druck des Kühlmittels variable Grössen, welche die Qualität des Stranggussmaterials entscheidend beeinflussen.
Es ist bekannt, Flüssigkeitszerstäuberdüsen in Ebenen ungefähr senkrecht zur Strangachse anzuordnen und gemeinsam mit einem Kühlmittel zu speisen.
Die Nachteile dieser Anordnung, eine ungleiche Verteilung der Kühlmittelmenge entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse und somit ungleiche Kühlwirkung in dieser Richtung, werden durch ein anderes veröffentlichtes Verfahren vermieden, nach dem Düsen mit flacher Charakteristik verwendet und relativ zum Strang und voneinander so eingestellt werden, dass die flachen Teile der Charakteristiken angenähert eine gerade Linie bilden, wodurch eine regelmässige Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse erreicht wird. Für breite Brammen ist aber jedoch eine beträchtliche Einstellarbeit nötig, um die gegenseitige Lage der Düsen und die Lage relativ zur Strangoberfläche gemäss der Lehre dieser Veröffentlichung aufeinander abzustimmen.
Durch die Überschneidung der Sprühfächer tritt ferner ein Verlust an kinetischer Energie der aufeinander treffenden Wassertröpfchen ein, was im Bereich der Überschneidung einen verminderten Kühleffekt zur Folge hat, d. h. mit der gleichen Kühlmittelmenge wird dem Strang weniger Wärme entzogen. Dieser Verlust an kinetischer Energie führt zu örtlicher Temperaturerhöhung im Bereiche der überschneidung. Ferner kann die Kühlung durch Veränderung des Wasserdruckes nur beschränkt geregelt werden, weil dadurch die überschneidung der Sprühfächer und damit der Temperaturverlauf verändert wird. Somit wird durch die Veränderung des Drucks die Einstellarbeit zur Erreichung einer gleichmässigen Kühlung teilweise nutzlos. Solche Druckänderungen können willkürlich, aber auch während des Betriebes unwillkürlich auftreten.
Eine weitere Veröffentlichung beschreibt ein Verfahren, bei welchem die Düsen gruppenweise von einem Kühlmittel versorgt werden, wobei die Leistung des Kühlmittels einer Gruppe selektiv von der veränderten Leistung des Kühlmittels einer andern Gruppe zyklisch abgelöst wird. Die seitliche Abstimmung der Düsenabstände bei einer zyklisch abgelösten Beaufschlagung ergibt aber keine gleichmässige Kühlwirkung über die Strangbreite, weil durch die zyklische Anordnung von Kühlmittel unbeaufschlagte Zonen entstehen und die Lage der Düsen nicht aufeinander abgestimmt ist, was bei rissempfindlichem Material ein Nachteil ist.
Falls die Strangbreite nicht oder nur in engem Bereich variiert wird, ist das erwähnte Verfahren nicht besonders wirtschaftlich, weil durch die gruppenweise Versorgung
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mehr ventile usw. benötigt werden und die Leistungsführung komplizierter wird. Auch ist durch die zyklische Beaufschlagung eine relativ grosse Anzahl Düsen nötig, durch die je nach der gewählten zyklischen Ablösung kein Kühlmittel fliesst, was einen grösseren Aufwand an Düsen erfordert.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet obige Nachteile und hat eine gleichmässige Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse bei geringerem wirtschaftlichem Aufwand zum Ziel. Dieses Ziel wird damit erreicht, dass die mit Kühlmittel beaufschlagten Zonen der einen Ebene quer zur Strangachse gegen die beaufschlagten Zonen mindestens der andern Ebene in einem derart versetzten Masse eingestellt werden, dass die Summe der Kühlwirkung in den beaufschlagten Zonen beider Ebenen einen annähernd gleichmässigen Temperaturverlauf entlang der Strangoberfläche senkrecht zur Strangachse ergibt.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind die Düsen an mindestens zwei aufeinanderfolgenden Zufuhrleitungen senkrecht zur Strangachse versetzt angeordnet.
Weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigt : Fig. 1 eine Ansicht auf eine Strangfläche mit der Kühlvorrichtung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. l, Fig. 4 eine Ansicht auf die von den Zerstäuberdüsen beaufschlagten Zonen, Fig. 5 die flache Sprühcharakteristik der Düsen der einen Ebene, Fig. 6 den Temperaturverlauf entlang der Strangseite in dieser Ebene, Fig. 7 die Sprühcharakteristik der Düsen der andern Ebene, Fig. 8 den Temperaturverlauf entlang der Strangseite dieser Ebene, Fig. 9 die Summe des Temperaturverlaufes der Fig. 6 und 8, Fig. 10 eine weitere Ansicht auf die von den Zerstäuberdüsen beaufschlagten Zonen, Fig.
11 den Temperaturverlauf entlang der Strangseite gemäss Fig. 10, Fig. 12 ein Beispiel von durch Zerstäuberdüsen mit Spitzbogencharakteristik beaufschlagten Zonen, Fig. 13 ineinander übergehende Zonen, Fig. 14 eine Kühlvorrichtung mit vertikalen Zufuhrleitungen und Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV der Fig. 14.
In Fig. 1 ist ein Strang --105-- in der einer nicht gezeichneten Kokille nachgeordneten Sekundärkühlzone durch Rollen --101-- geführt. Der Einfachheit halber wird die Lagerung der Rollen
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Vorerst wird angenommen, dass jede Düse-102-gemäss den Fig. 5 und 7 eine flache Charakteristik --110- aufweist, was bedeutet, dass jeder Flächenteil der beaufschlagten Zone --107-- mit einer annähernd gleich grossen Kühlmenge besprüht wird. Für die Erläuterung der Kühlwirkung sind für die Fig. 4 bis 13 nur zwei Ebenen ausgewählt. Die beaufschlagten Zonen-107sind, wie aus Fig. 4 ersichtlich, den zur Strangachse senkrechten Ebenen--1 und 2--zugeteilt. Fig. 5 zeigt die Verteilung der auf die Zonen --107-- in der Ebene --1-- auftreffenden Kühlmittelmenge.
Mit der gewählten Distanz zwischen zwei Düsen in der Ebene-l--entsteht eine ungleichmässige Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse, d. h. der Strangseite-B-, was sich in
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(Fig. 6). Dasselbe gilt für die Ebene-2--. Auch dort wirkt sich die ungleichmässige Kühlmittelverteilung (Fig. 7) in einer ungleichmässigen Kühlwirkung bzw. in einem ungleichmässigen Oberflächentemperaturverlauf der Strangseite--B--aus (Fig. 8).
Gemäss dem Verfahren werden bei vorgegebenen Daten, wie Kühlmitteldruck, Düsencharakteristik, Sprühwinkel, Düsenabstände voneinander und von der Strangoberfläche die beaufschlagten Zonen --107-- der Ebene--2--so versetzt gegen die Zonen --107-- der Ebene --1-- eingestellt, dass die Summe des Kühlwirkungsverlaufes der Ebenen --1 und 2-- gleichmässig entlang der Strangseite --B-- verläuft, was sich in einem annähernd ausgeglichenen Oberflächentemperaturverlauf --t-auswirkt (Fig. 9).
Ergibt sich aber mit den vorgegebenen Parametern immer noch eine ungleichmässige Kühlwirkung, so kann durch Änderung der Düsenabstände von der Strangoberfläche die Grösse der beaufschlagten Zonen verändert und somit die Gleichmässigkeit der Kühlwirkung weiter verbessert werden. Beispielsweise entstehen bei zu kleiner Wahl der Düsenabstände von der Strangoberfläche zu kleine beaufschlagte Zonen - -107'--, wie Fig. 10 zeigt, d. h. Partien der Strangoberfläche von der Breite --120-- sind nicht mehr genügend gekühlt, was zu dem in Fig. 11 gezeigten ungleichmässigen Temperaturverlauf entlang der Strangseite--B-führt.
Eine weitere Beeinflussung der Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse besteht in der Möglichkeit der Einstellung der gegenseitigen Lage der Düsen. Die Düsen können an
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vertikalen Rohren befestigt werden, die quer zur Strangrichtung einstellbar geführt sind. Dadurch können die einzelnen, einer senkrecht zur Strangachse angeordneten Ebene zugeteilten Zonen--107"gegeneinander verschoben werden und sogar ineinander übergehen, wie in Fig. 13 gezeigt wird. Dabei wird die Einstellung vorteilhaft beim höchsten auf der Anlage erreichbaren Kühlmitteldruck vorgenommen, um den grösstmöglichen Sprühwinkel zu erhalten. Durch Verringerung des Kühlmitteldruckes tritt eine Verringerung der Kühlleistung und eine Verkleinerung des Sprühwinkel et ein.
Durch eine solche Verkleinerung von (X wird auch jede beaufschlagte Zone --107"-- kleiner, was die ineinander übergegangenen Zonen--107"--wieder trennt, ohne den Verlauf der Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse wesentlich zu beeinflussen. Dieses Verfahren erlaubt also eine Änderung des Kühlmitteldruckes in dem normalerweise beim Stranggiessen auftretenden Bereiche, ohne massgebende Veränderung der Gleichmässigkeit des Temperaturverlaufes. Dieser Kühlmitteldruck richtet sich im wesentlichen nach den Giessbedingungen, wie Materialqualität, Giessgeschwindigkeit, Temperatur des Stahles usw., und soll den Verlauf der Kühlwirkung nicht wesentlich ändern.
Darum muss bei der Wahl der Düsen darauf geachtet werden, dass in den beim Stranggiessen üblichen Druckbereichen die Sprühwinkel a möglichst konstant gehalten werden können.
Es wäre auch denkbar, beim Auftreten von Ungleichmässigkeiten der Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse die Düsen auszuwechseln, um durch Verändern der Sprühwinkel die Grösse der Zonen--107--zu ändern und/oder durch Verändern der Sprühcharakteristik den Verlauf der Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur Strangrichtung zu beeinflussen.
Das Verfahren kann ferner auch mit Düsen ohne flache Charakteristik, beispielsweise Spitzbogencharakteristik, angewendet werden, wie für Fig. 12 beschrieben ist. Die von solchen Düsen beaufschlagten Zonen sind mit-107'"-bezeichnet und liegen in zur Strangachse senkrechten Ebenen, wovon die Ebenen--1 und 2--dargestellt sind. Die Zonen der Ebene --2-- sind in der Mitte der
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Abmessungen der Zonen kleine Breite. Somit ergibt die Summe der Kühlwirkung in den beiden Ebenen entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse auch bei Düsen mit z. B. Spitzbogencharakteristik eine annähernd gleichmässig verlaufende Kühlwirkung, d. h. einen gleichmässigen Temperaturverlauf in der erstarrenden Randzone quer zur Strangachse.
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eingestellt werden.
Damit werden auch die Düsenabstände voneinander quer zur Strangrichtung eingestellt.
Die Kühlmittelzufuhr erfolgt durch Schläuche-141-, die mit den Leitungen-130 bis 138-verbunden sind. Weiter können die Führungsschienen --143-- durch Schrauben --144--, die von einem mit der Struktur der Anlage fest verbundenen Balken --146-- gehalten sind, relativ zur Strangoberfläche-140-verstellt werden. Damit werden auch die Düsenabstände zur Strangoberfläche verstellt.
Das Verfahren gemäss der Vorrichtung von Fig. 14 unterscheidet sich gegenüber demjenigen von Fig. l, indem die Düsen von mehr als zwei Ebenen zur Summenbildung der Kühlwirkung herangezogen werden. Die Vorrichtung gemäss dieser Figur ist durch Bruchlinien-150-in zwei Abschnitte der Sekundärkühlzone unterteilt. Der erste Abschnitt --151-- zeigt die Summenbildung der Kühlwirkung in drei Ebenen-6, 7 und 8 bzw. 9, 10, 11--. Durch die Versetzung der Düsen --102-- quer zur
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senkrecht zur Strangachse beträgt, verläuft die Summe der Kühlwirkung der Düsen in den Ebenen-6, 7, 8 bzw. 9, 10, 11-- gleichmässig entlang der Strangoberfläche quer zur Strangachse.
Ferner wird im Abschnitt --152-- bei der Berücksichtigung der Kühlwirkungen der Düsen eine Ebene für die Summenbildung übersprungen. So werden die Düsen der Ebenen--12, 14 bzw. 16, 18 und 13, 15 bzw. 17, 19-- zu dieser Summenbildung herangezogen.
In den Abschnitten-151 und 152-ist eine periodische Anordnung der Ebenen gezeigt. Auch eine nicht periodische Anordnung ist denkbar.
Die Möglichkeiten zur Anwendung der Erfindung erschöpfen sich aber nicht in den angeführten Beispielen. So kann durch Erhöhen des Kühlmitteldruckes oder Verwendung von grösseren Düsen in
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einzelnen Leitungen, z. B. Leitungen--132 und 136-in Fig. 14, die Düsenanzahl in diesen Leitungen reduziert werden ohne Beeinträchtigung der Gleichmässigkeit der Kühlwirkung, indem die Düsen-153 bzw. 154-durch eine Düse mit zusammen gleicher Kühlwirkung ersetzt werden.
Ferner können die Zufuhrleitungen auch schräg zur Strangachse angeordnet werden, indem je die erste Düse der Ebenen --1, 2- (Fig. 1) mit je der zweiten Düse der Ebenen--3, 4-- und der dritten Düse der Ebene --5-- durch eine Zufuhrleitung verbunden werden. Entsprechend können auch die andern Düsen verbunden werden.
Die Wirkungen der in den Beispielen angeführten Verfahrensschritte können im praktischen Betrieb in vielen Fällen nicht mit deren erstmaligen Durchführung erreicht werden, da nicht im voraus bestimmbare Einflüsse, wie Kühlwirkung von benachbarten Seiten in den Kantenpartien, Stahlqualität usw., vorhanden sein können. Die Wirkungen dieser Einflüsse können an Hand von dunkleren Streifen auf der Strangoberfläche in Stranglaufrichtung beobachtet werden. Durch weitere Veränderungen gemäss den Verfahrensschritten können diese Ungleichmässigkeiten der Kühlwirkung beseitigt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Kühlen von Stranggussmaterial in einer Sekundärkühlzone, wobei durch gemeinsam von einem Kühlmittel gespeiste Flüssigkeitszerstäuberdüsen Zonen einer Strangoberfläche beaufschlagt werden und diese Zonen mindestens zwei ungefähr senkrecht zur Strangachse verlaufenden Ebenen zugeteilt sind und in jeder einzelnen Ebene die Kühlwirkung entlang der Strangoberfläche quer zur
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der einen Ebene quer zur Strangachse gegen die beaufschlagten Zonen mindestens der andern Ebene in einem derart versetzten Masse eingestellt werden, dass die Summe der Kühlwirkung in den beaufschlagten Zonen beider Ebenen einen annähernd gleichmässigen Temperaturverlauf entlang der Strangoberfläche senkrecht zur Strangachse ergibt.
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