AT404140B - Vorrichtung zur differenzierten abkühlung von breitflacherzeugnissen - Google Patents

Description

AT 404 140 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur differenzierten Abkühlung von Breitflacherzeugnissen, vorzugsweise aus Stahl, mit einem flüssigen Kühlmittel während ihrer geradlinigen Bewegung. Die Vorrichtung wird angewandt, um den Kühlmittelbedarf sowie Inhomogenitäten in den Materialeigenschaften und innere Spannungen im Material, welche sich bei seiner Abkühlung ausbilden können, wesentlich zu verringern. Anwendungsgebiet der Erfindung sind metallurgische Betriebe, in denen die Herstellung von Warmband bzw. Warmbreitband oder von Stahlerzeugnissen ähnlicher Geometrie erfolgt. Darüber hinaus ist die Erfindung in gleicher Weise bei der Abkühlung beliebiger metallischer Breitflacherzeugnisse mit flüssigem Kühlmittel anwendbar.

Technische Lösungen zur Abkühlung von Breitflacherzeugnissen, insbesondere aus Stahl, während ihrer geradlinigen Bewegung sind bekannt.

Dazu gibt die DD-PS 267674 einen umfassenden Überblick für die unter dem Begriff "Laminarkühlung" und "Wasserwand" etablierten Systeme. Wesentlich ist der den beiden Varianten anhaftende Nachteil, daß sich, konstruktiv bedingt, ein Temperaturgradient in Richtung der Breite des gekühlten Breitflachererzeugnisses ausbildet. Damit entstehen jedoch je nach Sortiment mehr oder weniger große Inhomogenitäten der Materialeigenschaften über dem Erzeugnisquerschnitt sowie unerwünschte Eigenspannungen im Material. Im Ergebnis dieser Situation sind technische Lösungen im Bereich der Laminarkühlsysteme bekannt geworden, die zunächst eine starre (siehe DD-PS 267674 und 269798), später eine variable Abstufung der Kühlintensität in Breitenrichtung ermöglichen. Damit sind zwar positive Effekte zur Vergleichmäßigung des Temperaturprofils erreichbar, aber der zunehmende konstruktive Aufwand ist ein deutlicher Hinweis auf die Grenze der technologischen Leistungsfähigkeit, die das Grundprinzip "Laminarkühlbalken" besitzt.

Unter dem Aspekt einer ständigen Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Kühlsysteme für Breitflacherzeugnisse gewinnt neben der Sicherung hoher Produktqualitätät auch die Senkung der Produktionskosten eine gleichrangige Bedeutung. Dies betrifft einerseits den konstruktiven Aufwand, der zur Realisierung eines möglichst gleichmäßigen Temperaturprofils im Breitflacherzeugnis sowohl in Richtung der Breite als auch in Längsrichtung erforderlich wird, andererseits ist der Betriebsmittel- bzw. Energieverbrauch von wesentlicher Bedeutung.

Das betrifft die mangelnde Effektivität bisher üblicher Kühlsysteme hinsichtlich der Abstimmung von konstruktiv bedingter Beaufschiagungsbreite mit der tatsächlichen Breite der gekühlten Breitflacherzeugnisse. Von dieser Überlegung ausgehend, offenbart die EP-PS 0235015 eine Konstruktionsvariante, die die Kühlmittelbeaufschlagung dem zu kühlenden Breitflacherzeugnis anpaßt. Diesem Vorschlag zur Gestaltung einer Kühlvorrichtung hatten jedoch wesentliche Mängel an. Der Kühimittelaustritt aus dem Hauptgefäß erfolgt in einer konstruktiv fixierten Breite. Eine Breiteneinstellung der Beaufschlagung wird durch beidseitig angeordnete Auffangvorrichtungen realisiert, die bezüglich der Breite des gekühlten Breitftacherzeugnisses einstellbar sind und den nicht benötigten Kühlwasserstrom ableiten. Insofern bleibt der aus dem Hauptgefäß austretende Kühlmittelstrom unabhängig von der Bandbreite konstant und ist auf die maximal zu beaufschlagende Breite eingestellt.

Die beschriebenen Auffangvorrichtungen können die Ränder der Breitflacherzeugnisse zwar von der Beaufschlagung mit Kühlmittel ausschließen, die Verteilung des Kühlmittels beim anschließenden Durchströmen der Leiteinrichtung erfolgt jedoch passiv. Eine Umverteilung des Kühlmittels zur Mitte der Leiteinrichtung ist nicht möglich.

Die in der PS dargelegte Ansicht, die je Hauptgefäß beaufschlagte Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von der Materialdicke einzustellen, gibt die komplex wirkenden Einfiußfaktoren auf den Wärmeübergang vom Breitflacherzeugnis an das Kühlmittel nur ungenügend wieder

Hauptmangel ist die konstruktive Gestaltung der Kühlvorrichtung, welche bisher keine Möglichkeit für eine variable und gleichzeitig in erforderlichem Maß differenzierte, individuelle Gestaltung des Kühlregimes (d.h. der Kühlmittelbeaufschlagung) während der Abkühlvorgänge der einzelnen Breitflacherzeugnisse bietet.

Die DD-PS 291710 beschreibt eine Vorrichtung, die eine zielgerichtete Wasserbeaufschlagung zur Vermeidung von Inhomogenitäten bei der Abkühlung von Breitflacherzeugnissen umfaßt, über die bisherigen, ausschließlich konstruktiv orientierten Lösungen hinausgeht und eine zielgerichtete Beeinflussung der Abkühlung für jedes Erzeugnis ermöglicht.

Als nachteilig erweist sich die konstruktiv aufwendige Lösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur differenzierten Abkühlung von Breitflacherzeugnissen zu entwickeln, so daß eine variable und gleichzeitig in erforderlichem Maß differenzierte, individuelle Gestaltung des Abkühlvorganges und damit die Gewährleistung geringer Temperaturunterschiede zwischen Mitte und Rand in Richtung der Breite des abzukühlenden Erzeugnisses ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die eine differenzierte Abkühlung von Breitflacherzeugnissen, vorzugsweise aus Stahl, mit einem flüssigen Kühlmittel während ihrer geradlinigen Bewegung ermöglicht, welche aus mindestens einem Kühlbalken mit Kühlmittelleiteinrichtung besteht, 2

AT 404 140 B wobei der Kühlbalken mit Kühlmittelleiteinrichtung aus einem Verteilergefäß vorzugsweise rechteckigen Querschnitts besteht mit in Längsrichtung ausgebildetem, seitlichen, schlitzförmigen Austritt für das Kühlmittel und an der Unterkante dieses Austritts am Verteilergefäß angeordnetem, nach innen gebogenen Oberlauf, der in eine über die Unterkante des Verteilergefäßes hinausragende Leitplatte übergeht, die sich in senkrechter Lage zum zu kühlenden Breitflacherzeugnis befindet und dieser Leitplatte zwei Verstellplatten sowie eine Andruckplatte zugeordnet sind welche einen in der Breite verstellbaren Strömungskanal bilden.

Erfindungsgemäß weisen die beiden Verstellplatten an ihren oberen, dem gebogenen Oberlauf ange-paßten Enden eine größere Materialdicke auf als im Plattengrundkörper. Diese im Vergleich zur DD-PS 291710 wesentlich vorteilhaftere konstruktive Lösung besitzt gegenüber den bisher angewandten Kühlsystemen für die Abkühlung von Breitflacherzeugnissen weitere Vorteile. Die aus der Leitplatte, den beiden Verstellplatten und der Andruckplatte bestehende Kühlmittelieiteinrichtung bewirkt die Ausbildung einer schmalen, geschlossenen Kühlmittelbeaufschlagungsfläche auf der Oberseite des Breitflacherzeugnisses durch die Stabilisierung der Kühlmittelströmung in der Weise, daß sie nach dem Austritt aus der Kühlmittelleiteinrichtung das aufgeprägte, annähernd rechteckige Strömungsprofil bis zum Auftreffen auf die Bandoberfläche beibehält. Damit bilden sich infolge der geschlossenen Beaufschlagungsfläche keine Kühlstreifen aus wie beim Einsatz herkömmlicher Kühlsysteme mit Laminarröhrchen. Derartige Kühlstreifen verstärken sich mit sinkender Bewegungsgeschwindigkeit des abzukühlenden Breitflacherzeugnisses, wovon besonders die Warmbreitbanderzeugung in Dünnbrammen-Gieß- und Walzanlagen betroffen ist. Außerdem kann die Kühlmittelströmung bei einer wesentlich geringeren Breite des annähernd rechteckigen Strömungsquerschnitts als bei Wasserwandkühlsystemen stabilisiert werden.

Somit kann die Menge des je Zeiteinheit beaufschlagten Kühlmittels besser den thermodynamischen Erfordernissen angepaßt werden, was zu einer Verringerung des Kühlmittelbedarts gegenüber herkömmlichen Kühlvorrichtungen führt. Der Kühlmittelüberschuß wird eingeschränkt Gleichzeitig wird ein "Quen-ching" der Materialoberfläche (besonders bei Wasserwandkühlsystemen) vermieden, was sich positiv auf den Gefügezustand über die Banddicke auswirkt. Der Kühlmitteleinsatz wird erfindungsgemäß weiterhin verringert, indem die Beaufschlagungslänge an die Breite des zu kühlenden Breitflacherzeugnisses angepaßt wird Neben der Einstellung der Verstellplatten ist dazu eine breitenabhangige Voreinstellung der Wasserzufuhr des Kühlbalkens bzw. zusammengeschalteter Balken vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird weiterhin eingesetzt, um der Ausbildung von Temperaturgradienten in Richtung der Breite des Erzeugnisses entgegenzuwirken, wodurch die Materialeigenschaften über dem Querschnitt gleichmäßiger ausgebildet und Eigenspannungen im Material verringert werden. Diese Wirkung wird erzielt, indem die Länge der Beaufschlagungsfläche für die aktiven Kühlbalken so eingestellt wird, daß sie unter der tatsächlichen Breite des zu kühlenden Erzeugnisses liegt. Die erfindungs-gemäße Gestaltung des Kühlmittelaustritts aus dem Verteilergefäß in der Art und Weise eines Überlaufs bewirkt, daß sich die konstant zugeführte Kühlmittelmenge jeweils über die eingestellte Beaufschlagungslänge umverteilt. Dazu ist das obere gebogene Ende der Verstellplatte mit einer größeren Materialdicke ausgeführt als der Plattengrundkörper. Damit entfällt die Notwendigkeit einer feinstufigen synchronen Dosierung der Kühlmittelmenge in das betreffende Verteilergefäß, so daß eine Voreinstellung der Wassermenge in Abhängigkeit von der Breite des zu kühlenden Materials für den stabilen Betrieb der Kühlbalken mit Kühlmittelleiteinrichtung genügt. Das führt dazu, daß die von der Beaufschlagung ausgeschlossenen Ränder des Breitflacherzeugnisses nur durch abströmendes und nicht durch im Staupunkt auftreffendes Kühlmittel gekühlt werden, während im Mittenbereich eine stärkere Abkühlung erfolgt. Somit ist durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Ausgleich von Temperaturdifferenzen über die Bandbreite erreichbar. Darüber hinaus kann z. B. die Aluminiumnitridausscheidung im gehaspelten Warmbund vergieichmäßigt werden, indem die schneller auskühlenden Randbereiche des Warmbandes gezielt geringer gekühlt werden. Gegenüber herkömmlichen Kühlsystemen besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin den Vorteil, daß bei Unterbrechung der Kühlmittelzufuhr zum Kühlbalken nur solange Kühlmittel abiäuft, bis der Füllstand im Verteilergefäß das Niveau des Überlaufs erreicht hat. Beim Zuschalten ergeben sich im umgekehrten Fall sehr kurze Pausenzeiten, bis das System die volle Leistung erreicht hat.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Kühlbalkens mit Kühlmittelleiteinrichtung, bestehend aus einem Verteilergefäß 1 rechteckigen Querschnitts mit in Längsrichtung ausgebildetem, schlitzförmigen Austritt für das Kühlmittel. An einer Stirnseite des Verteilergefäßes 1 ist ein Kühlwasserzulauf 2 angeordnet. Der Kühlmittelfluß wird über den nach innen, in das Verteilergefäß hinein gebogenen Laminarüberlauf durch den aus Leitplatte 3, den beiden Verstellplatten 4 sowie einer Andruckplatte 5 gebildeten Strömungskanal senkrecht auf die Bandoberfläche gelenkt. Die Verstellbarkeit des Strömungskanals wird durch übliche konstruktive Lösungen gewährleistet. Der sich ausbildende, feine laminare Wasser- 3

Claims (2)

1. AT 404 140 B Vorhang wird in seiner Strömung bis zu seinem Auftreffen auf die Bandoberfläche durch die Andruckplatte 5 stabilisiert. Damit werden infolge der geschlossenen Beaufschlagungsfläche Kühlstreifen vermieden und ein ausgeglichenes Temperaturprofil über die Bandbreite erreicht. Die beiden aus abdichtendem Material bestehenden und jeweils mit einer Verstelieinrichtung verbundenen Verstellplatten 4 sind mit einer derart gestalteten Oberkante ausgeführt, daß sie dichtend an die nach innen gebogene Unterkante des schlitzförmigen Austritts aus dem Verteilergefäß 1 eingehängt und längs dieser Kante verschiebbar sind. Die Kontur der dazu erforderliche Aussparung in der jeweiligen Seitenwand des Verteilergefäßes 1 ist dabei der gebogenen Oberkante der Verstellplatten 4 so angepaßt, daß kein Kühlwasser seitlich austreten kann. Die Andruckplatte 5 wird durch Halterungen, die auf der Oberseite des Verteilergefäßes 1 befestigt sind, in ihrer Position fixiert. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur differenzierten Abkühlung von Breitflacherzeugnissen unter Verwendung eines flüssigen Kühlmittels während ihrer geradlinigen Bewegung bestehend aus mindestens einem Kühlbalken mit seitlich in Längsrichtung an geordneten'schlitzförmigen Austritt für das Kühlmittel dadurch gekennzeichnet, daß an der Kühlmittelaustrittsseite des Verteilergefäßes (1) eine Leitplatte (3) mit nach innen gebogenen Überlauf befestigt ist, die sich in einer senkrech ten Lage zum zu kühlenden Breitflacherzeugnis befindet und dieser Leitplatte (3) zwei Verstellplatten (4) sowie eine Andruckplatte (5) zugeordnet sind, welche zusammen einen in der Breite verstellbaren Strömungskanai bilden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstellplatten (4) an ihren oberen, dem gebogenen Überlauf angepaßten Enden vorzugsweise eine größere Material dicke aufweisen als ihr Plattengrundkörper. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4