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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transportieren und Kühlen eines Metallstranges, vorzugsweise eines Stahlstranges, in einer Strangführung, vorzugsweise in der Strangführung einer Stranggiessanlage, mit den Metallstrang stützenden Strangführungsrollen, die in einem Rol- lengerüst abgestützt sind und einer Kühlkammer, die zum Metallstrang offen und zur Stützkon- struktion des Rollengerüstes geschlossen ausgebildet ist und in die über mindestens eine Spritz- düse ein Kühlmittel eingebracht wird, wobei zumindest eine Gruppe von aufeinander folgenden Strangführungsrollen zumindest teilweise innerhalb der Kühlkammer liegt.
Bei einem Prozess zur Herstellung eines kontinuierlich gegossenen Metallstranges in einer Stranggiessanlage, ist es notwendig, den die Stranggiesskokille verlassenden, heissen und vorwie- gend erst teildurcherstarrten Metallstrang in einer der Kokille nachfolgenden Strangführung einer intensiven Kühlung zu unterwerfen, um innerhalb einer möglichst kurzer Wegstrecke einen durch- erstarrten Metallstrang mit optimaler Gefügeausbildung zu erhalten. Insbesondere bei höher- und hochschmelzenden Metallen und deren Legierungen, wie beispielsweise Stählen, sind grosse Wärmemengen abzuführen. Der gegossene Metallstrang wird von Strangführungsrollen geführt, die in einem Rollengerüst drehbar abgestützt sind.
Gleichzeitig ist zu berücksichtigen, dass die Strangführungsrollen und die Stützkonstruktion des Rollengerüstes durch Strahlungswärme mög- lichst gering belastet werden, da die thermische Belastung der Strangführungsrollen deren Le- bensdauer und Verformungen der Strangführung die Qualität des gegossenen Metallstranges beeinträchtigen.
Aus der US 3 946 797 A, der RU 2 033 304 C1 und der DE-A 27 57 694 ist es bereits bekannt, im Bereich der Strangführungsrollen Kühlkammern anzuordnen und ein Kühlmedium in zerstäubter Form innerhalb dieser Kühlkammern mittels Zweistoffdüsen einzubringen. Das weitgehend gleich- mässig verteilte Kühlmedium ermöglicht eine gleichmässige Kühlung der Strangoberfläche durch Aufnahme der vom gegossenen Metallstrang emittierten Strahlungsenergie und zusätzlich eine Rollenkühlung. Allerdings weist diese Lösung den Nachteil auf, dass die innerhalb der Kühlkammer angeordneten Sprühdüsen ihrerseits einer hohen thermischen Belastung durch die Strahlungs- wärme und einer Verschmutzung durch von der Strangoberfläche abplatzenden Zunder ausgesetzt sind.
Dadurch kommt es zu Ausfällen der Spritzdüsen, zumindest jedoch zu einer Beeinträchtigung des Spritzbildes und damit einer ungleichmässigen Strangkühlung durch Veränderungen an der Düsenaustrittsöffnung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher diese beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Transportieren und Kühlen eines Metallstran- ges vorzuschlagen, bei der eine gleichmässige Einbringung von Kühlmittel in eine Kühlkammer nahe der heissen Metallstrangoberfläche über einen langen Betriebszeitraum sicher gewährleistet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Spritzdüsen an einer für Wartungs- und Montagearbeiten leicht zugängliche Stelle anzuordnen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die mindestens eine Spritzdüse ausserhalb der Kühl- kammer positioniert ist und in der Wand der Kühlkammer eine der Spritzdüse zugeordnete Durch- trittsöffnung für das aus der Spritzdüse austretende Kühlmittel angeordnet ist.
Mindestens zwei an einer Seite des heissen Metallstranges in Strangförderrichtung hintereinan- der angeordnete Strangführungsrollen bilden eine Gruppe von Strangführungsrollen, denen eine gemeinsame Kühlkammer zugeordnet ist, die zur gekühlten Strangoberfläche hin offen ist, um die von der Strangoberfläche abgegebene Strahlungswärme einzufangen. Die Kühlkammer umfasst zumindest den Raum zwischen zwei benachbarten Strangführungsrollen. Die Durchtrittsöffnungen in der Wand der Kühlkammer sind so angelegt, dass eine optimale Gleichverteilung des als vor- wiegend zerstäubten Kühlmittelstrahl eingebrachten Kühlmittels in der Kühlkammer und damit eine weitgehend gleichmässige Reduktion der Strangoberflächentemperatur gewährleistet ist.
Die Durchtrittsöffnung in der Kühlkammerwand weist hierbei einen Querschnitt auf, der dem Spritzbild der Spritzdüse angepasst ist. Ist die Spritzdüse beispielsweise eine Flachstrahldüse, so bildet die Durchtrittsöffnung einen Schlitz, dessen Längserstreckung vom Öffnungswinkel der Spritzdüse und deren Abstand von der Kühlkammer bestimmt ist.
Die Wand der Kühlkammer, insbesondere deren Rückwand, ist zur Abschirmung der Stützkon- struktion des Rollengerüstes von Paneelen gebildet, die an Stützwänden oder speziell dafür vorge- sehen Leisten im Rollengerüst befestigt sind. Die Befestigung kann durch eine Verschraubung oder vorzugsweise durch ein Anschweissen an diesen Stützwänden erfolgen, wobei die Schweiss-
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naht unterbrochen geführt ist, um Dehnungen in den Paneelen auffangen zu können. Dies wird im besonderen Masse auch dadurch erreicht, dass die Paneele an ihren Rändern gekröpft oder gerollt ausgeformt sind.
Eine zweckmässige Ausführungsform der erfindungsgemässen Lösung besteht darin, dass das Rollengerüst von mehreren entlang der Strangführung nebeneinander angeordneten und mehrere Strangführungsrollen umfassenden, insbesondere einzeln ausbaubaren Strangführungssegmenten gebildet ist und die Wände der Kühlkammern benachbarter Segmente durch Überbrückungsele- mente verbunden sind. Damit wird eine weitgehend geschlossene und dichte Kühlkammer ge- schaffen. Vorzugsweise ist einem Strangführungssegment eine Kühlkammer zugeordnet, wodurch ein einfacher Segmentwechsel, der auch die Kühlkammer umfasst, möglich ist. Es ist alternativ auch möglich, einem Segment mehrere Kühlkammern zuzuordnen.
Durch die Anordnung elasti- scher Überbrückungselemente zwischen den Kühlkammern benachbarter Segmente werden einstellbare Kühlbedingungen entlang der gesamten Strangführung lückenlos ermöglicht. Die Überbrückungselemente können von elastischen oder mechanisch bewegbaren Bauteilen gebildet sein.
Um auch an den Schmalseiten der Strangführung einen baulichen Abschluss der Kühlkammer zu erreichen, sind im Abstand von den Stirnseiten der Strangführungsrollen, insbesondere den Stirnseitenwänden der mit dem heissen Metallstrang in Kontakt kommenden Stützmantelflächen der Strangführungsrollen, Wände der Kühlkammer zur seitlichen Abgrenzung an der Stützkonstruktion des Rollengerüstes oder an sonstigen Begrenzungswänden befestigt. Damit kann erreicht werden, dass insbesondere die äusseren Lager einer mehrfach abgestützten Strangführungsrolle ausserhalb der Kühlkammer in einem temperaturgeschützten Raum liegen.
Bei Brammenstranggiessanlagen, Vertikal- und Bogengiessanlagen, sowie in einem Bereich der Strangführung nach dem Austritt des Stranges aus der Kokille, besteht das Rollengerüst aus mehreren entlang der Strangführung beiderseits des Stranges gegenüberliegend angeordneten und mehrere Strangführungsrollen umfassenden Strangführungssegmenten, die bei Bogenanlagen üblicherweise als Aussenbogen- und Innenbogensegmente bezeichnet werden. Um bei dieser Segmentanordnung eine segmentübergreifende Kühlkammeranordnung zu ermöglichen, sind die Wandelemente der Kühlkammern gegenüberliegender Segmente durch Überbrückungselemente verbunden. Diese Überbrückungselemente können von elastischen oder mechanisch bewegbaren Bauteilen gebildet sein. Damit wird wiederum eine weitgehend geschlossene und dichte Kühlkam- mer gebildet.
Die dichtende Verbindung benachbarter Segmente kann auch von Überbrückungselementen gebildet sein, die aus mehreren Bauteilen bestehen, wobei eine Gruppe von Bauteilen an der Kühlkammer des einen Segmentes und eine weitere Gruppe von Bauteilen an der Kühlkammer des benachbarten Segmentes befestigt ist und die benachbarten Bauteile lediglich einander über- lappen oder aneinander anliegen.
Insgesamt kann durch die Überbrückungselemente eine geschlossene Einhausung des heissen Metallstranges entlang der Strangführung durch die Kopplung einzelner Kühlkammern erreicht werden.
Die Strangführungsrollen können antriebslos als reine Stützrollen oder mit einem Drehantrieb versehen als Stütz- und Transportrollen ausgebildet sein.
Im Verlauf der Strangführung, an derem Anfang direkt im Anschluss an die Stranggiesskokille oder an derem Ende im Übergangsbereich zum Auslaufrollgang oder im Verlauf des vorwiegend horizontalen Auslaufrollganges können in Einzelpaaren oder Gruppen von Einzelpaaren Strangver- formungsrollen in Verformungsgerüsten abgestützt angeordnet sein. Mit diesen Strangverfor- mungsrollen wird der gegossene Metallstrang in einem Bereich mit noch flüssigem Kern oder nach dessen Durcherstarrung einem Verformungsprozess (soft reduction) bzw. einem Walzprozess unterworfen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Stranggiesseinrichtung mit der erfindungsgemä- #en Kühlkammer besteht darin, dass in der Strangführung Strangführungsrollen und Strangverfor- mungsrollen in beliebiger Abfolge angeordnet sind, wobei zumindest eine Gruppe von Strangfüh- rungsrollen und/oder Strangverformungsrollen zumindest teilweise innerhalb einer Kühlkammer liegt.
Die Strangführung erstreckt sich somit im Sinne des Anwendungsbereiches der Erfindung von der Ausgangsseite einer Stranggiesskokille in einer Stranggiessanlage bis in deren Auslaufbereich,
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jedenfalls soweit, als eine gezielte Kühlung des von Strangführungsrollen gestützten Metallstran- ges vorgesehen ist, inklusive etwaiger im horizontalen Auslaufbereich der Stranggiessanalge ange- ordneten Walzgerüsten für den Direkteinsatz der gegossenen, vorzugsweise zu Strangabschnitten zerteilten Metallstränge.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen- den Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispieles, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen :
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Stranggiessanlage mit einer erfindungsgemässen Strang- führung in schematischer Darstellung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Strangführungssegment am Innenbogen mit der erfin- dungsgemässen Kühlkammer,
Fig. 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Kühlkammer in der Spritzebene der
Spritzdüsen,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Kühlkammer in der Spritzebene der
Spritzdüsen nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine konventionelle Stranggiessanlage zur Herstellung eines wickelbaren Stahlban- des in einem kontinuierlichen Produktionsprozess mit einer Strangkühlung in einer Strangführung schematisch in einem Längsschnitt durch die Anlage dargestellt. Die Stranggiessanlage 1 besteht in Richtung des Materialflusses aus einem Zwischengefäss 2, von dem flüssiger Stahl 3 durch ein Tauchgiessrohr 4 in eine gekühlte Stranggiesskokille 5 geleitet wird und dort zu einem Metallstrang 6 mit noch flüssigem Kern erstarrt und die Stranggiesskokille 5 mit einem Querschnitt, der deren Austrittsquerschnitt entspricht, verlässt. In der nachfolgenden Strangführung 7 wird der Metall- strang gestützt transportiert und weiter gekühlt.
Der Metallstrang 6 wird in einem Rollengerüst 8, welches sich beiderseits der Breitseitenwände des gegossenen Metallstranges erstreckt, von einer im Wesentlichen vertikalen Richtung in eine im Wesentlichen horizontalen Richtung umgelenkt, anschliessend einer Weiterbehandlung beliebiger Art unterworfen, beispielsweise in einer ein- oder mehrgerüstigen Walzanlage 9 dickenreduziert, anschliessend in einer Kühlstrecke 10 auf Wickel- temperatur gekühlt und in einer Wickelstation 11zu einem Bund gewickelt. Auch Ofenanlagen zur Temperaturführung im Metallband können in die Anlage integriert sein.
Die Strangführung 7 ist aus einzeln auswechselbaren Einzelkomponenten aufgebaut, die eine Umformung des gegossenen Stranges zu einem wickelbaren Metallband ermöglichen. Die Strang- führung 7 besteht im Wesentlichen aus Strangführungsrollen 12, die am gegossenen Metallstrang 6 anliegen bzw. anstellbar ausgebildet sind, ein Rollengerüst 8 bilden und solcherart einen Trans- portweg für den Metallstrang 6 vorgeben. Antriebslose Strangführungsrollen 13 dienen ausschliess- lich der Führung und Stützung des Stranges auf seinem Weg durch die Anlage, angetriebene Strangführungsrollen 14 übernehmen zusätzlich eine Transportfunktion und steuern die Förderge- schwindigkeit des Metallstranges.
Zusätzlich sind in die Strangführung Strangverformungsrollen 15 integriert, die beispielsweise in einem Strangbiegegerüst oder Strangrichtgerüst 16 die Förderrich- tung des Metallstranges beeinflussen, in einem Strangverformungsgerüst 17 zur Dickenreduktion des Metallstranges mit noch flüssigem Kern oder auch in einem Walzanlage 9 zur Dickenreduktion des Metallstranges nach der Durcherstarrung des Metallstranges zum Einsatz kommen. Mehrere Paare von in Strangförderichtung hintereinander angeordneten Strangführungsrollen 12 sind zu Strangführungssegmenten 18 zusammengefasst. Dieser Segmentierung entsprechend ist jedem Aussenbogensegment 18a und jedem Innenbogensegment 18b eine Kühlkammer 20 zugeordnet, die in allgemeinerer Betrachtung stets mehrere in Strangförderrichtung nebeneinander angeordne- te Strangführungsrollen 12 und/oder Strangverformungsrollen 15 umfassen.
Jede Kühlkammer 20 ist zur Strangoberfläche hin offen und zum nicht dargestellten Rollengerüst und der Stützkonstruk- tion des Rollengerüstes durch eine Wand 21 abgegrenzt. In der Wand 21 sind Durchtrittsöffnungen 22 für ein Kühlmittel vorgesehen, welches von einer im Abstand hinter dieser Durchtrittsöffnung angeordneten Spritzdüse 23 austritt. Das Kühlmittel wird in fein zerstäubter Form in die Kühlkam- mer 20 eingebracht und nimmt vorwiegend die von der Strangoberfläche abgegebene Strahlungs- wärme auf und führt diese ab. Die Kühlkammern weisen insbesondere bei den Aussenbogenseg- menten nicht dargestellte Abflussöffnungen für angesammeltes Kühlwasser auf.
In Fig. 2 ist ein Innenbogensegment 18b mit sieben am Metallstrang 6 anliegenden Strangfüh- rungsrollen 12 dargestellt, die in einer Stützkonstruktion 24 des Rollengerüstes 8 drehbar gelagert
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sind. Die Stützkonstruktion 24 umfasst Stützwände 25, die den Strangführungsrollen 12 gegenü- berliegen und an denen die Strangführungsrollen gelagert sind (Fig. 3) und an denen die Wände 21 der Kühlkammer 20, vorzugsweise durch eine Schraub- oder Schweissverbindung 26 verankert sind. Die Wände 21 sind von Paneelen 27 gebildet, die zur Aufnahme von thermischen Spannun- gen an ihren Rändern 28 gekröpft oder gerollt sind.
Die Strangführungsrollen 12 sind mit geringem Abstand zueinander angeordnet, wobei in den Spalt 30 zwischen benachbarten Strangführungsrollen Kühlmittelstrahlen 31 gerichtet sind, die durch Durchtrittsöffnungen 22 in der Wand 21 der Kühlkammer 20 in diese eintreten. Wie in Fig. 3 veranschaulicht sind im Abstand hinter der Durchtrittsöffnung 22 zwei Spritzdüsen 23 in der Spalt- ebene zwischen zwei benachbarten Strangführungsrollen 12 angeordnet, die vorzugsweise als Flachstrahldüsen ausgebildet sind und das Kühlmittel in Form eines Sprühfächers als feinen Sprühnebel oder als fein zerteilten Kühlmittelstrahl 31 abgeben. Der Öffnungswinkel a des Sprüh- fächers und der Abstand a der Spritzdüse 23 von der Wand der Kühlkammer 20 bestimmen den Querschnitt der Durchtrittsöffnung (Fig. 3 und 4).
Die in Fig. 2 dargestellten Spritzdüsen sind als Zweistoff-Schaftdüsen 32 ausgebildet, die mit einem Anbaustück 33 an parallel geführte Versorgungsleitungen 34,35 für Kühlmittel (vorwiegend Wasser) und Zerstäubungsmedium (vorwiegend Luft) angeschlossen sind. Eine Zweistoff- Schaftdüse dieser Art ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 00 662 A1 im Detail be- schrieben.
In Strangförderrichtung benachbarte Kühlkammern 20 können durch Zwischenschaltung eines elastischen Überbrückungselementes 36 zueinander dichtend gekoppelt werden, um eine zumin- dest abschnittsweise geschlossene Einhausung der Metallstrangoberfläche zu erreichen (Fig. 2).
Die Überbrückungselemente 36 schliessen direkt an den Paneelen 27 der Kühlkammer 20 an oder können auch, wie die Paneele selbst, an benachbarten Stützwänden 25 befestigt sein.
In gleicher Weise sind den Schmalseitenwänden des Metallstranges im Abstand zu den Stim- seiten der Strangführungsrollen 12 elastische Überbrückungselemente 37 oder Schürzen zugeord- net, die die Kühlkammer 20 seitlich abgrenzen (Fig. 3). Diese Überbrückungselemente 37 sind vom Innenbogensegment 18b und vom gegenüber liegenden Aussenbogensegment 18a ausgehend gegeneinander gerichtet und überlappen sich gegebenenfalls. Die aussen liegenden Lagerungen 38 der Strangführungsrollen 12 befinden sich hierbei ausserhalb der Kühlkammer 20.
Gemäss einer Ausführungsvariante, die in Fig. 4 dargestellt ist, enden die Wände 21 der Kühl- kammer 20 an der Rahmenkonstruktion des Innenbogensegmentes 18b. Mit Wänden 40 wird eine weitgehend geschlossene, weitgehend dichte oder elastische Verbindung zwischen der Rahmen- konstruktion des Innenbogensegmentes 18b und einer Begrenzungswand 41 (z.B. Anlageneinhau- sung), die parallel zur gebogenen Strangführung verläuft, hergestellt. Eine analoge, jedoch nicht dargestellte Verbindung besteht zwischen der Begrenzungswand und der Rahmenkonstruktion des Aussenbogensegmentes.
Im Sinne der Darstellung in Fig. 1 können die erfindungsgemässen Kühlkammern 20 auch bei Strangverformungsrollen 15 angewendet werden, die Teil eines Verformungsgerüstes 16,17 oder einer Walzanlage 9 oder eines einzelnen Walzgerüstes sind. Auch die Kombination von Strangfüh- rungsrollen 12 und Strangverformungsrollen 15 innerhalb einer Kühlkammer 20 liegen durchaus im Schutzumfang der Erfindung.
Die Erfindung ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist es durch- aus möglich, dass die Anordnung der die Durchtrittsöffnungen aufweisenden Wände der Kühl- kammer so erfolgt, dass die Strangführungsrollen nicht zur Gänze innerhalb der Kühlkammer liegen, sondern dass die Wände mit Abstand zu den Strangführungsrollen enden, somit in einem Bereich des enger werdenden Spaltes zwischen den Mantelflächen benachbarter Strangführungs- rollen positioniert sind.
Es liegt weiters im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wenn in Strangförderrichtung benachbarte Kühlkammern nicht durch ein Überbrückungselement miteinander verbunden sind, sondern diese Überbrückungselemente, als Schürzen ausgebildet, am Ende jeder Kühlkammer gegen die Strangoberfläche gerichtet sind und knapp vor der Metallstrangoberfläche enden.
Die Kühlkammer umfasst mindestens zwei benachbarte Strangführungsrollen, wobei die Kühl- kammer im Minimalfall von den einander gegenüberliegenden Mantelflächenabschnitten der Strangführungsrollen und einer Kühlkammerwand mit den notwendigen Durchtrittsöffnungen für die
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Kühlmittelstrahlen und gegebenenfalls Seitenabdeckungen gebildet sein kann. Auch eine Kom- pletteinhausung zweier benachbarter Strangführungsrollen mit den entsprechenden Überbrü- ckungselementen bzw. Schürzen bildet eine Kühlkammer im Sinne der Erfindung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Transportieren und Kühlen eines Metallstranges (6), vorzugsweise eines
Stahlstranges, in einer Strangführung (7), vorzugsweise in der Strangführung einer Strang- giessanlage, mit den Metallstrang stützenden Strangführungsrollen (12), die in einem Rol- lengerüst (8) abgestützt sind und einer Kühlkammer (20), die zum Metallstrang offen und zur Stützkonstruktion (24) des Rollengerüstes geschlossen ausgebildet ist und in die über mindestens eine Spritzdüse (23) ein Kühlmittel eingebracht wird, wobei zumindest eine
Gruppe von aufeinanderfolgenden Strangführungsrollen (12) zumindest teilweise innerhalb der Kühlkammer (20) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spritzdü- se (23) ausserhalb der Kühlkammer (20) positioniert ist und in der Wand (21)
der Kühl- kammer eine der Spritzdüse zugeordnete Durchtrittsöffnung (22) für das aus der Spritzdü- se austretende Kühlmittel angeordnet ist.