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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stranggiessen, insbesondere von Stahlbrammen, bei dem in einer gekühlten Kokille eine Strangschale zur Erstarrung gebracht und der noch einen flüssigen Kern aufweisende Strang in einer vorgegebenen Bahn geführt, dem Druck eines gasförmigen Mediums ausgesetzt und durch Aufsprühen von Flüssigkeit weiter gekühlt wird, und auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Das bisher zur Herstellung von Strängen beim Stranggiessen verwendete Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass der äussere Teil der Schmelze, z. B. der Stahlschmelze, in einer wassergekühlten Kupferkokille zu einer
Schale mit einer bestimmten Dicke erstarren gelassen und der auf diese Weise gewonnene Strang unter
Abkühlung bis zur völligen Erstarrung zwischen zwei Reihen von Rollen geführt wird. Die Abkühlung erfolgt zunächst mit Hilfe von Sprühwasserstrahlen und dann durch die natürliche Abstrahlung und Konvektion der
Wärme. Der sich anfangs auf einer senkrechten und/oder gekrümmten Bahn bewegende Strang wird durch die
Rollensätze in eine im wesentlichen horizontale Bahn umgelenkt.
Dieses Verfahren weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Besonders Stränge grösseren Querschnittes, z. B.
Stahlbrammen, neigen dazu, sich zwischen den Rollen unter der Wirkung des inneren ferrostatischen Druckes auszubauchen. Um die Reibungskräfte zu überwinden und die Bramme vorwärts zu bewegen, ist eine grosse mechanische Kraft erforderlich. Daher beträgt die Bewegungsgeschwindigkeit des Stranges bei derzeitigen
Brammenanlagen nur etwa 1 m/min. Dieses Ausbauchen bringt aber auch die bekannten Nachteile, wie Risse usw., mit sich. Um das Ausbauchen zu verringern, ist eine grosse Anzahl dieser Rollen notwendig. Grosse
Formate erfordern aber grosse Rollendurchmesser und damit grosse Stützabstände für den Strang, so dass das
Ausbauchen trotzdem nicht verhindert werden kann. Ferner ist der zwischen den Rollen zur Abkühlung der
Bramme zur Verfügung stehende Raum sehr beschränkt.
Es ist weiter ein Verfahren zum Stranggiessen bekannt, bei welchem der Strang nach dem Austritt aus der
Kokille durch einen kammerartigen Schacht geführt und innerhalb dieses Schachtes von einem gasförmigen
Medium umspült, sowie mit einem flüssigen Medium besprüht wird. Der Druck des gasförmigen Mediums kann dabei grösser oder kleiner als der atmosphärische Druck ausserhalb des Schachtes sein. Gemäss diesem
Stranggiessverfahren kann ein Ausbauchen des Stranges bei grösseren Brammformaten durch das gasförmige
Medium nicht verhindert werden. Es ist deshalb eine Stützführung mit engem Rollenabstand vorgesehen, die einerseits eine optimale Strangkühlung erschwert und anderseits in ihrem Aufbau kostspielig ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ausbauchen bei grösseren Strangformaten zu verringern, die Anzahl der
Strangführungsrollen zu vermindern, die Kühlverhältnisse zu verbessern und die Leistung der Anlage zu erhöhen.
Dies wird bei einem Verfahren der eingangs umrissenen Art erfindungsgemäss vor allem dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Stranges im Bereich der Erstarrung des flüssigen Kerns nach der Kokille mit einem dem ferrostatischen Innendruck des Stranes entsprechenden Druck des gasförmigen Mediums beaufschlagt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht also darin, den auf die erstarrte Schale des Stranges einwirkenden ferrostatischen Druck durch den Druck eines ausserhalb des Stranges angeordneten gasförmigen Mediums auszugleichen und nicht nur durch die Rollen abzustützen, wie es bei den herkömmlichen Verfahren der Fall ist.
Daher dienen die Rollen bei dem erfindungsgemässen Verfahren im speziellen als Führungsrollen, und infolgedessen kann eine kleinere Zahl von kleineren Rollen mit grösseren Abständen verwendet werden. Durch den Druck des Mediums auf die Oberfläche des Stranges wird das Ausbauchen zwischen den Rollen reduziert ; daher kann die für die Bewegung des Stranges erforderliche Kraft erheblich verringert werden, insbesondere weil die Rollen nicht mehr dem rechtwinkelig zu ihrer Achse wirkenden inneren ferrostatischen Druck des Stranges ausgesetzt sind. Daraus ergibt sich eine Verringerung der Abnutzung der Rollen und eine Verlängerung ihrer Lebensdauer. Das verringerte Ausbauchen erlaubt aber auch eine wesentliche Erhöhung der Giessgeschwindigkeit und infolgedessen eine Produktionssteigerung.
Obwohl bei dem erfindungsgemässen Verfahren verschiedene gasförmige Medien verwendbar sind, ist Wasserdampf am besten geeignet, weil er mit geringen Kosten mit dem erforderlichen Druck durch Zerstäuben von Wasser auf der Oberfläche des Stranges und Erhitzen durch die abgegebene Wärme hergestellt werden kann. So gestattet beispielsweise die Wärme, die von einer sich mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min bewegenden Bramme der Grösse von 30 X 200 cm abgegeben wird, die Erzeugung von etwa 15 kg Dampf in der Sekunde.
Als Medium kann auch Luft dienen, wofür jedoch ein Kompressor mit sehr hoher Leistung verwendet werden muss. Auch ein Gemisch von Wasserdampf und Luft ist möglich, ist jedoch weniger vorteilhaft als die Verwendung von reinem Wasserdampf.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer gekühlten Kokille, der eine mit einer Sekundärkühlzone versehene Rollenstrangführung nachgeordnet ist, wobei in der Sekundärkühlzone der Strang in einem allseitig geschlossenen Gehäuse geführt wird, welches mit Zuleitungen für ein Kühlmittel, mit mindestens einem Regelventil für ein gasförmiges Medium sowie auf der Strangaustrittsseite mit einer mit dem Strang zusammenwirkenden Dichtung versehen ist. Diese Anlage ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des Gehäuses zwischen den Zuleitungen für das Kühlmittel und dem Regelventil ein Kondensator und eine Pumpe angeordnet sind.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen, weitere Merkmale der Erfindung und einige Varianten der Anlage zur Durchführung des Verfahrens, sind nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen : Fig. l einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Anlage, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. l, Fig. 3 ein erläuterndes Schema, Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht einer Variante der in Fig. 1 dargestellten Anlage, Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine Variante der in Fig. 4 gezeigten Anlage, Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere Variante der in Fig. 4 gezeigten Anlage, Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch die Anlage mit Darstellung einer besonderen Ausführungsform der Einspritzvorrichtung, Fig. 8 eine Draufsicht, welche die Anordnung der Teile der in Fig. 7 dargestellten Einspritzvorrichtung zeigt, Fig. 9 in grösserem Massstab einen Schnitt durch einen Teil der in Fig. 7 dargestellten Einspritzvorrichtung, die Fig.
10, 11 und 12 Längsschnitte durch einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, welche die Inbetriebnahme derselben zeigen, und Fig. 13 einen schematischen Längsschnitt durch eine horizontale Giessanlage.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zum Giessen eines Stranges umfasst eine gebogene, im wesentlichen
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Kokille kann auch gerade und senkrecht angeordnet sein. Ein gerader oder gerader und anschliessend gekrümmter Raum kann sich anschliessen. Die Trennwände --3a bis 3g--sind in ihrem mittleren Teil je von einer Öffnung - 33a bis 33g-durchbrochen, welche die gleiche Form wie der Querschnitt der Bramme --11-- aufweist
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Abstand voneinander von etwa 20 cm angeordnet. In Fig. 2 ist der Querschnitt der Kammer --4-- gezeigt.
In den Kammern --2a bis 2g-und der Kammer-4-sind Rollen-9-mit horizontalen Achsen angeordnet, die den Strang in einer gewünschten Bahn führen. Ein Teil dieser Rollen ist angetrieben und fördert den Strang. Die Rollen --9-- dienen ferner zur Führung und zum Richten der Bramme Die Gesamtzahl der Rollen --9-- muss nicht unbedingt der in Fig. l dargestellten Zahl entsprechen und kann vor allem auch geringer sein. In jeder der Kammern--2a bis 2g--sind mindestens zwei Spritzdüsen--10-- vorgesehen, die etwa einander gegenüberliegend zu beiden Seiten der Bramme --11-- angeordnet sind.
Die Zahl der Spritzdüsen --10-- in den Kammern hängt von deren Länge ab ; bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung sind es zwanzig.
Jede der Kammern--2a bis 2g-ist mit der benachbarten Kammer durch ein Druckregelventil--14a
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die an ein Regelventil --13a-- angeschlossen ist.
Bei der beschriebenen Anlage wird als gasförmiges Medium Wasserdampf verwendet, der an Ort und Stelle durch Einspritzung von heissem Wasser mit grösserem Druck als dem Gasdruck im entsprechenden Raum durch die Spritzdüsen-10-in die Kammern --2a bis 2g und 4-erzeugt wird. Die Wirkungsweise der Anlage ist wie folgt :
In die Kokille-l-wird kontinuierlich aus einem nicht dargestellten Giessgefäss flüssiger Stahl mit einer Temperatur von etwa 15000C in Form eines Strahls--12--gegossen. Der aus der Kokille austretende Strang durchläuft die in Fig. 1 dargestellte Anlage von oben nach unten, wobei er gekühlt wird und sich von aussen nach
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dieser Kammern, denen durch Ausstrahlung des Stranges --11-- eine gewisse Menge Wärme übertragen wird, verdampft.
Dadurch wird in jeder dieser Kammern ein auf die Oberfläche des Stranges wirkender Druck erzeugt, der im wesentlichen dem ferrostatischen Innendruck des die betreffende Kammer durchquerenden Strangteils entspricht. Die Temperatur des Stranges in der Kammer --2g-- beträgt etwa 1000oC, und sein ferrostatischer Druck beträgt etwa 5 bis 10 Bar. In der Kammer --2a-- beträgt der ferrostatische Druck des Stranges etwa 1 Bar. Der Dampfdruck nimmt fortschreitend von der Kammer--2a--zur Kammer--2g--hin zu, um damit den ferrostatischen Druck des Stranges während seines Durchgangs durch die Kammern auszugleichen.
Die Temperatur des Wassers beim Eintritt in die einzelnen Kammern wird so gewählt, dass sie in der Nähe der Dampfsättigungstemperatur liegt, die dem in der betreffenden Kammer herzustellenden Druck entspricht,
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nämlich zwischen etwa 100 und 180 C. Auf diese Weise wird jede unerwünschte Kondensation des Dampfes vermieden, wenn wesentlich höhere Wassermengen als die erzeugte Dampfmenge eingespritzt werden.
Fig. 3 zeigt ein Schema, das die inneren ferrostatischen Drücke--PH--des Stranges und des Wasserdampfes--PF--darstellt, der in den einzelnen Kammern--2a bis 2g und 4--der Vorrichtung auf die Bramme einwirkt. Wie aus diesem Schema ersichtlich ist, ist der Wasserdampfdruck in jeder der Kammern konstant, und sein Wert entspricht dem mittleren Wert des inneren hydrostatischen Drucks des in der betreffenden Kammer befindlichen Brammenteils.
Fig. 4 ist eine perspektivische Teilansicht einer Variante der in Fig. 1 dargestellten Anlage. Gemäss dieser
Variante ist der vom Strang--11--nicht ausgefüllte Teil der Kammer--4--in Längsrichtung in einen oberen Teil --4a-- und einen unteren Teil--4b--aufgeteilt. Diese Aufteilung wird durch mehrere-gemäss der Darstellung fünf-horizontale Trennwände--8--bewirkt, die sich seitlich des Stranges--11-- erstrecken und dazwischen labyrinthartige Zwischenräume --7-- begrenzen. Ein aus Fig. 5 ersichtliches, in eine
Umgehungsleitung eingeschaltetes Druckregelventil--14h--verbindet die Teile--4a und 4b--miteinander.
Mit dieser Variante kann unterhalb des Stranges ein anderer Druck als oberhalb derselben erzeugt werden.
So kann beispielsweise durch Erzeugung eines höheren Drucks unterhalb des Stranges--11--dieser noch besser getragen und dadurch die Zahl der erforderlichen Rollen noch weiter verringert werden.
Fig. 5 zeigt eine Teilansicht einer weiteren Variante der Anlage ohne Strang. Diese Variante umfasst ausser der vorstehend beschriebenen Druckabfallvorrichtung eine Wasserdampfrezyklierungsvorrichtung, die aus einem Kondensator dem ein Leitungssystem--16--zur Zuleitung eines Kühlmittels zugeordnet ist, einer Pumpe --17-- und einer Leitung --18-- besteht, welche die Zuführung des von dem Kondensator-15erzeugten Heisswassers zu den in Fig. 5 nicht dargestellten Einspritzdüsen ermöglicht. Die Pfeile bezeichnen die Durchflussrichtung des Wasserdampfes in der Vorrichtung und des durch die Kondensation des Wasserdampfes gewonnenen Wassers.
Die Temperatur dieses Wassers beträgt etwa 105 C am Ausgang des Kondensators --15--, in dem also ein etwas höherer als der amtosphärische Druck herrscht.
Die in Fig. 6 dargestellte Vorrichtung entspricht der Anlage gemäss Fig. 5, umfasst aber zusätzlich eine zweite Dampfrezyklierungsvorrichtung mit einem Dampfkondensator--19--, der mit einem Leitungssystem --20-- zur Zu- und Ableitung eines Kühlmittels versehen ist, einer Pumpe--21--und einer Leitung --22-- zur Wiedereinleitung des Heisswassers in die Anlage. Ein zweites Regelventil --23-- gestattet die Entnahme von unter hohem Druck stehendem Dampf aus der Kammer --2g-- und dessen Einführung in den Kondensator--19--. Die Temperatur des Wassers am Ausgang des Kondensators --19-- beträgt etwa 140 C, wogegen die Temperatur des Wassers am Ausgang des Kondensators--15--auch in diesem Falle 1050C beträgt.
Fig. 7 zeigt im Querschnitt eine Kammer der Anlage, die mit einer Wassereinspritzvorrichtung besonderer Konstruktion versehen ist.
Diese Wassereinspritzvorrichtung besteht aus Einspritztöpfen--24--, in denen Einspritzdüsen--25-- angeordnet sind, die über eine Leitung--26--mit einer Druckwasserquelle verbunden sind. Die Pfeile bezeichnen die Bewegungsrichtung des erzeugten Dampfes. Der Dampfdruck in den Einspritztöpfen --24-- ist höher als der in dem übrigen Teil der Kammer herrschende Druck. Diese Einspritzvorrichtung ermöglicht eine bessere Stützung und Führung des Stranges und kann in allen oder nur einigen Kammern der Stranggussvorrichtung verwendet werden. In dem horizontalen Teil bzw. der Kammer--4--der Stranggussvorrichtung wird sie vorteilhaft nur der Strangunterseite zugeordnet werden.
Fig. 8 zeigt die Anordnung der Einspritztöpfe --24-- untereinander. Durch diese schachbrettartige Anordnung werden dauernde Verformungen auf der Strangschale vermieden. Die Einspritztöpfe--24-- können auch eine andere als die in Fig. 7 dargestellte Form, beispielsweise eine rechteckige, ovale od. dgl. Form, aufweisen.
Fig. 9 zeigt einen Einspritztopf--24--, der mit einem als Labyrinthdichtung ausgebildeten Rand
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Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen weitere für die Inbetriebnahme der erfindungsgemässen Stranggussanlage verwendete Mittel. Ein gliederkettenartiger Anfahrstrang--28--ist an einem seiner Enden mit einem Anfahrkopf--29--versehen, dessen Querschnitt dem des Stranges--11--entspricht. Vor der Inbetriebnahme der Stranggussanlage ist die Kokille--l--durch den Anfahrkopf--29--verschlossen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Das andere Ende des Anfahrstranges--28--ist mit einer nicht dargestellten Ausziehvorrichtung verbunden, mit der auf den Anfahrstrang--28--ein Zug ausgeübt werden kann. Im unteren Teil läuft der Anfahrstrang--28--in einem Führungskanal in Form eines Rohres--30--, dessen Querschnittsabmessungen denen des Stranges entsprechen.
Das Rohr--30--kann in der Bewegungsrichtung des Stranges ausgezogen werden.
Die Inbetriebnahme der Anlage erfolgt folgendermassen : Zu Beginn des Giessvorganges befindet sich der Anfahrstrang in der in Fig. 10 dargestellten Stellung.
In dieser Stellung wird die Kokille--l--mit Stahlschmelze gefüllt. Nachdem sich eine ausreichend dicke
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Strangschale gebildet hat, wird mit dem Ausziehen des Stranges begonnen, während die Kokille--l--weiter mit flüssigem Stahl in ausreichender Menge gefüllt wird. Der Druck in den Kammern--2a bis 2g--und den Kammern--4a und 4b--wird so geregelt, dass er dem sich ändernden ferrostatischen Druck der Bramme - -11-- entspricht. In der in Fig. ll dargestellten Stellung beträgt der ferrostatische Druck des in der Kammer - 2a--befindlichen Strangendes beispielsweise etwa 1, 2 Bar. Daher wird der Druck in den Kammern--2a bis 2g--ebenfalls auf diesen Wert von 1, 2 Bar eingestellt.
In der in Fig. 12 dargestellten Stellung hat der Strang --11-- die Kammer--4a--erreicht und der Druck in den Kammern--2a bis 2g-nimmt stufenweise fortschreitend zu, um den ferrostatischen Druck des Stranges auszugleichen ; beispielsweise beträgt der Druck in
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still stand, vorzuziehen, und zwischen der Kammer --4b-- und der Kammer --4a-- wird ein ausreichender Druckunterschied erzeugt, um das Rohr --30-- und damit den Strang --11-- anzuheben. Dieser Druckunterschied wird dadurch erzeugt, dass in die Kammer-4b--ein unter Druck stehendes gasförmiges Medium, beispielsweise Luft oder Wasserdampf, eingeleitet wird,
wobei die Luft durch einen nicht dargestellten Kompressor und der Wasserdampf durch einen nicht dargestellten Dampfkessel erzeugt wird. Sobald der Kopf des Stranges--11--in der Nähe der Ausgangsdichtung--6-ankommt, wird Wasser durch die Einspritzdüsen--10- (Fig. l) eingeleitet und die Vorrichtung in weiterer erfindungsgemässer Weise betrieben.
Gemäss der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform der Anlage weist diese keinen gekrümmten Teil auf, ist
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Als Variante zu dieser Ausführungsform nach Fig. 13 der Anlage kann diese ebenfalls mit einer Druckabfallvorrichtung--7, 8--, wie in Fig. 4 dargestellt, versehen sein. Ferner kann diese Stranggussvorrichtung mit einer Spritzvorrichtung, gemäss der in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Art zu beiden Seiten des Stranges oder nur unterhalb derselben, versehen sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Anlage zu dessen Durchführung können auch nur in dem gekrümmten oder dem horizontalen Bereich der Bewegungsbahn des Stranges verwendet werden, wobei dann der andere Bereich mit Teilen einer herkömmlichen Stranggiessanlage versehen ist. Der horizontale Bereich kann auch leicht ansteigend sein, um bei Unterflur reichenden Anlagen den Strang auf Hüttenflur zu fördern.
Ferner können an der beschriebenen Stranggiessanlage, insbesondere an einigen ihrer Teile, wie den Druckregeleinrichtungen und den Druckabfall- und Einspritzeinrichtungen, weitere Änderungen ausser den vorstehend beispielsweise beschriebenen Varianten vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Stranggiessen, insbesondere von Stahlbrammen, bei dem in einer gekühlten Kokille eine Strangschale zur Erstarrung gebracht und der noch einen flüssigen Kern aufweisende Strang in einer vorgegebenen Bahn geführt, dem Druck eines gasförmigen Mediums ausgesetzt und durch Aufsprühen von
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Bereich der Erstarrung des flüssigen Kerns nach der Kokille mit einem dem ferrostatischen Innendruck des Stranges entsprechenden Druck des gasförmigen Mediums beaufschlagt wird.
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