DE102017209731A1

DE102017209731A1 - Luftkühlung in Stranggießanlagen

Info

Publication number: DE102017209731A1
Application number: DE102017209731.0A
Authority: DE
Inventors: Axel Weyer
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-12-13
Also published as: EP3412377A1; EP3412377B1

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs (1) in einer Stranggießanlage. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse (22), eine oder mehrere Gaszufuhreinrichtungen (23) zum Einbringen eines Gases, vorzugsweise Luft, in das Gehäuse (22) und eine oder mehrere Gasabfuhreinrichtungen (24) zum Abführen des Gases aus dem Gehäuse (22) auf, wobei das Gehäuse (22) tunnelartig ausgebildet ist, so dass der Gießstrang (1) zur Abkühlung in einer Transportrichtung (T) durch das Gehäuse (22) transportierbar ist, und die Gaszufuhreinrichtungen (23) eingerichtet sind, um zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) mit dem Gas zu beaufschlagen, und die Gasabfuhreinrichtungen (24) eingerichtet sind, um das Gas aus dem Innern des Gehäuses (22) abzuführen, so dass ein oder mehrere gerichtete Gasströmungswege im Innern des Gehäuses (22) ausbildbar sind, die auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) auftreffen und/oder an zumindest einem Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) entlangführen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage.
Hintergrund der Erfindung
Die 1A zeigt schematisch eine bekannte Stranggießanlage, deren Aufbau als „Senkrecht-Abbiegeanlage“ bezeichnet wird, da der Gießstrang 1 mittels einer Strangführung 2 zunächst vertikal nach unten geführt und anschließend, üblicherweise nach der Durcherstarrung, entlang eines Bogens umgelenkt und horizontal transportiert wird.
Der zu gießende Stahl wird aus einer Gießpfanne 3 gegebenenfalls über einen Zwischenbehälter 4 einer Kokille 5 zugeführt, die als Trichterkokille ausgeführt sein kann und den Stahl in die gewünschte Brammenform bringt. Der noch nicht durcherstarrte Strang 1 tritt vertikal nach unten aus der Kokille 5 aus und wird anschließend entlang der Strangführung 2 weiterhin vertikal nach unten geführt, während er nach und nach abkühlt. Am Ende der vertikalen Führung gelangt der Strang 1 in einen Biegebereich, wo er zum einen Biegekräften ausgesetzt und zum anderen aktiv in Förderrichtung getrieben wird. Dies geschieht mittels Rollen 11 und/oder Rollenpaaren. Während des Transports wird der Strang 1 aktiv gekühlt, wodurch er allmählich von außen nach innen erstarrt.
Der Transport, die Führung und Kühlung des Strangs 1 kann über hintereinander angeordnete Strangführungssegmente 10 erfolgen, die modular aufgebaut sind und somit eine flexible Anpassung der Transport- und Kühlparameter ermöglichen. Der Strang 1 tritt zwischen den Rollen 11 hindurch, wobei einzelne Rollen 11 angetrieben sein können, um den Strang 1 aktiv in Transportrichtung vorzuschieben. Die 1B zeigt die Lage und Ausrichtung der Strangführungssegmente 10 mit paarweise angeordneten Rollen 11 auf eine schematische Weise. In den 1A bis 1C sind Rollen 11 und Rollenpaare, die beispielhaft als Antriebsrollen fungieren, vollständig oder teilweise gefüllt eingezeichnet. So kann beispielsweise über eine gewisse Führungsstrecke jeweils das mittlere Rollenpaar pro Strangführungssegment 10 aktiv angetrieben werden. Der Figurenausschnitt 1C zeigt ein solches Strangführungssegment 10 mit Rollen 11 auf schematische Weise.
Wie ein Strangführungssegment 10 im Detail aufgebaut sein kann, beschreibt die DE 10 2011 003 194 A1 .
Die Abkühlung des Strangs erfolgt mittels einer sogenannten Sekundärkühlung, deren Düsen sich gemäß der obigen DE 10 2011 003 194 A1 in Transportrichtung gesehen zwischen den Rollen 11 befinden. Die Kühlung wird hierbei entweder als 1-Stoff Kühlung, die eine reine Wasserkühlung ist, oder als 2-Stoff Kühlung realisiert, bei der ein Wasser/Luft-Gemisch auf den zu kühlenden Strang 1 gespritzt wird.
Durch das Beaufschlagen der heißen Strangoberfläche mit Wasser oder einem Wasser/Luft-Gemisch entsteht Dampf, der beispielsweise über Ventilatoren und Kanäle durch einen Kamin aus der Stranggießanlage und der die Anlage umgebenden Halle abgeführt wird, um die Anlage, insbesondere im Bereich der Kühlung und Strangführung, frei von Dampf zu halten. Hierbei ist eine gezielte und flexibel einstellbare Wärmeabfuhr schwierig.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Kühlung eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage verbessert werden kann, die insbesondere flexibel auf unterschiedliche Produktionsbedingungen anpassbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen eines Gießstrangs ist zur Anwendung in einer Stranggießanlage, vorzugsweise einer Senkrecht-Abbiegeanlage, Bogenanlage oder Vertikalbrammenanlage, vorgesehen. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse, eine oder mehrere Gaszufuhreinrichtungen zum Einbringen eines Gases, vorzugsweise Luft, in das Gehäuse und eine oder mehrere Gasabfuhreinrichtungen zum Abführen des Gases aus dem Gehäuse auf.
Das Gehäuse ist tunnelartig ausgebildet, so dass der Gießstrang zur Abkühlung in einer Transportrichtung durch das Gehäuse transportierbar ist. In anderen Worten: Das Gehäuse umgibt den Gießstrang, wobei es an gegenüberliegenden Stirnseiten offen ist, damit der Gießstrang an einer Seite in das Gehäuse ein- und an der gegenüberliegenden Seite austreten kann. Auf diese Weise wird durch das Gehäuse eine Tunnelkühlkammer geschaffen, in der die Gaskühlung des Gießstrangs stattfindet. Es kommt beim Gehäuse nicht darauf an, dass die tunnelartige oder zylindrische seitliche Abdeckung des Gießstrangs streng luftdicht erfolgt. Vielmehr dient die Beschaffenheit des Gehäuses dazu, den Gasstrom zu lenken, denn die Tunnelkühlkammer ist Teil des Konzepts zur Schaffung eines gezielt gerichteten Gasstroms zur variablen und effektiven Abkühlung der Strangoberfläche. Aus diesem Grund ist die Form und Beschaffenheit des Gehäuses vorzugsweise an das gewünschte Strömungsverhalten angepasst. Ein senkrecht zur Transportrichtung rechteckförmiger Querschnitt des Gehäuses, dies ist eine bevorzugte Ausführungsform, realisiert hierbei auf baulich einfache Weise ein günstiges Strömungsverhalten.
Die Gaszufuhreinrichtungen sind eingerichtet, um zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs mit dem Gas zu beaufschlagen, die Gasabfuhreinrichtungen sind eingerichtet, um das Gas aus dem Innern des Gehäuses abzuführen, so dass ein oder mehrere gerichtete Gasströmungswege im Innern des Gehäuses ausbildbar sind, die auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs auftreffen und/oder an zumindest einem Teil der Oberfläche des Gießstrangs entlangführen. Zu diesem Zweck sind die Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen mit Öffnungen ausgestattet, die beispielsweise Düsen, Kanalenden oder Rohranschlüsse sein können. Unter einem gerichteten Gasströmungsweg ist eine definierte Trajektorie zu verstehen, entlang der das Gas strömt und die während der Gaskühlung im zeitlichen Verlauf im Wesentlichen stabil ist. Die Trajektorie führt an zumindest einem Teil der Oberfläche des Gießstrangs vorbei, so dass die strömende Luft mit der Oberfläche in Kontakt kommt und anschließend rasch und auf zielgerichtete Weise abgeführt wird.
Die oben dargelegte Gaskühlung erfolgt demnach aus einem Zusammenspiel zwischen der durch das Gehäuse geschaffenen Tunnelkühlkamme und den Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen, wodurch ein gezielt gelenkter Gasstrom zur effektiven Abkühlung der Strangoberfläche geschaffen wird. Die Kühlleistung an der Strangoberfläche wird über den gerichteten Gasstrom erbracht. Hierbei gilt, dass der zur Kühlung wesentliche Wärmeübergangskoeffizient und somit die Kühlleistung von der Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsmenge des vorbeiströmenden Gases abhängen. Beides lässt sich flexibel an die Prozessparameter anpassen, wodurch die Kühlleistung auf einfache Weise einstellbar ist. In Abhängigkeit beispielsweise vom Brammenformat, der Stahlqualität, Gießgeschwindigkeit, einer etwaigen Sekundärkühlung, der angestrebten Kühlfunktion, Lage der Gaskühlung entlang des Transportwegs, von Grundeinstellungen usw. können etwa die Gasmenge, Gasgeschwindigkeit und/oder der Gasdruck eingestellt werden. Insbesondere ist eine Anpassung der Kühlleistung auch während des Kühlvorgangs möglich.
In der Bezeichnung „Gas“ sind Mehrstoffgasgemische umfasst. Die Gaszufuhreinrichtungen sind gemäß der Erfindung so eingerichtet, dass sie ausschließlich Gas, somit kein Gas/Flüssigkeit-Gemisch, einbringen. Dies schließt nicht aus, dass eine oder mehrere Düsen einer herkömmlichen Sekundärkühlung, etwa einer Wasser/Luft-Kühlung, so umgerüstet werden können, dass sie ein Gas im obigen Sinne in das Gehäuse einbringen. Die übrigen Düsen der Sekundärkühlung können ein Gas/Flüssigkeit-Gemisch in das Gehäuse einbringen. In diesem Fall, der eine besondere weiter unten im Detail beschriebene Ausführungsform betrifft, wird das Gas/Flüssigkeit-Gemisch durch Gas aus entsprechend umgerüsteten Düsen der Sekundärkühlung, die dann Gaszufuhreinrichtungen oder Teil von Gaszufuhreinrichtungen sind, angereichert, um die Gasströmungswege auszubilden.
Vorzugsweise ist das Gehäuse mehrteilig, beispielsweise zweigeteilt, aufgebaut, wobei das Gehäuse in diesem Fall so verstellbar ist, dass der Querschnitt des Gehäuses senkrecht zur Transportrichtung des Gießstrangs veränderbar ist. Einer oder mehrere der Gehäuseabschnitte können relativ zueinander verfahrbar oder verschiebbar sein. So ist das Gehäuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zweiteilig aufgebaut, mit einem unteren Gehäuseabschnitt und einem oberen Gehäuseabschnitt, die beide einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Die beiden Gehäuseabschnitte bilden einen rechteckigen Tunnelkühlkammerquerschnitt und sind so ineinander verfahrbar, dass ihre Seitenwände sich zumindest teilweise überlappen. Auf diese Weise lassen sich der Querschnitt der Tunnelkühlkammer und insbesondere die Lage der Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen auf einfache Weise einstellen. Allgemeiner gesprochen können die Wände der Tunnelkühlkammer durch teilweise überlappende, verstellbare Gasleitbleche realisiert werden, wodurch sich auf baulich einfache Weise der Querschnitt des Tunnels, somit die Beschaffenheit der Gasströmungswege und damit die Kühlleistung, einstellen lässt.
Vorzugsweise sind die Gaszufuhreinrichtungen und Gasabfuhreinrichtungen so eingerichtet, dass die Gasströmungswege eine Komponente in Breitenrichtung des Gießstrangs aufweisen. Mit „Komponente“ ist eine Vektorkomponente gemeint, d.h. die Gasströmungswege verlaufen in diesem Fall nicht vollständig entlang der Transportrichtung des Gießstrangs. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gasströmungswege hauptsächlich zur Seite gerichtet, d.h. sie verlaufen hauptsächlich in der Breitenrichtung des Strangs, um ein rasches Abführen der Wärme von der Strangoberfläche zu realisieren. Als Breitenrichtung wird hierbei eine Richtung bezeichnet, die senkrecht zur Transportrichtung (Längsrichtung) des Strangs verläuft und im Fall eines rechteckigen Strangquerschnitts außerdem senkrecht auf der Dickenrichtung des Strangs steht. In diesem Fall werden die Flächen der beiden längeren Seiten des Strangquerschnitts, in der Regel die obere und untere Fläche, im Folgenden als Hauptflächen bezeichnet, während die beiden Flächen entlang der Dickenrichtung, in der Regel die Seitenflächen, als Nebenflächen bezeichnet werden.
Vorzugsweise liegen Öffnungen der Gaszufuhreinrichtungen den Hauptflächen des Gießstrangs gegenüber, während Öffnungen der Gasabfuhreinrichtungen den Nebenflächen des Gießstrangs gegenüberliegen. Die Öffnungen oder Düsen der Gaszufuhreinrichtungen sind bei einem Gehäuse mit einem rechteckigen Querschnitt somit vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten angeordnet, während die Öffnungen der Gasabfuhreinrichtungen an den beiden anderen gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich Gasströmungswege erzeugen, die sich nicht schneiden oder gegenseitig stören, wodurch die Wärme besonders effektiv abgeführt werden kann.
Vorzugsweise sind eine oder mehrere der Gaszufuhreinrichtungen und/oder Gasabfuhreinrichtungen verstellbar, so dass einer oder mehrere der Gasströmungswege einstellbar sind, vorzugsweise ist die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Lage eines oder mehrerer der Gasströmungswege einstellbar. „Lage“ bezeichnet hierbei etwa die räumliche Position, Ausrichtung und/oder den Verlauf der betreffenden Trajektorie. Die oben genannte Verstellbarkeit umfasst beispielsweise eine Änderung der Position und/oder Ausrichtung von Gasabgabedüsen, sie kann sich aber auch beispielsweise auf eine Änderung des Öffnungswinkels des Strömungskegels beziehen. Dadurch lassen sich die Gasströmungswege einstellen und im zeitlichen Verlauf stabil halten.
Vorzugsweise sind die Gasabfuhreinrichtungen eingerichtet, um das Gas aus dem Innern des Gehäuses abzusaugen. In diesem Fall ist eine Absaugvorrichtung vorgesehen, die einen Unterdruck erzeugt, beispielsweise mittels eines Kompressors oder Exhaustors, wodurch das Gas aktiv abgesaugt wird. Dadurch lässt sich zum einen die Geschwindigkeit der Gasströmung erhöhen und steuern, zum anderen kann die Stabilität der Gasströmungswege verbessert werden.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Sekundärkühlung mit Sekundärkühldüsen auf, die eingerichtet ist, um eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, oder ein Flüssigkeit/Gas-Gemisch, vorzugsweise Wasser/Luft-Gemisch, auf den Gießstrang aufzubringen, wobei die Gasabfuhreinrichtungen so eingerichtet sind, dass sie neben der Luft aus den Gaszufuhreinrichtungen auch durch die Sekundärkühlung entstandenen Dampf abführen. Bedingt durch eine solche Sekundärkühlung der Strangoberfläche wird ein Dampfgemisch in der Tunnelkühlkammer erzeugt, das anschließend durch die beschriebene Gaskühlung mit zusätzlichem Gas angereichert wird. Eine besondere technische Wirkung der Gaskühlung besteht in diesem Fall darin, dass die aufgebrachte Flüssigkeit der Sekundärkühlung, also etwa das Spritzwasser oder Schwallwasser, aktiv von der Strangoberfläche abgeleitet wird. Dadurch werden die Kühlleistung und Gleichförmigkeit der Kühlung entlang der Strangoberfläche auf synergetische Weise verbessert. Der Druck an den Sekundärkühldüsen beträgt vorzugsweise 1 bis 5 bar, noch bevorzugter liegt er zwischen 1 und 3 bar.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung Rollen zum Transport des Gießstrangs auf, die beispielsweise paarweise angeordnet sind, so dass der Gießstrang zwischen ihnen hindurchtreten kann. Auf diese Weise lässt sich die Gaskühlung mit der Führung und dem Transport des Strangs technisch kompakt verbinden. Vorzugsweise sind die Gaszufuhreinrichtungen zwischen den Rollen angeordnet, in Transportrichtung gesehen, um die Stabilität der Gasströmungswege zu verbessern. Eine oder mehrere Rollen können Antriebsrollen sein, die etwa über einen Elektromotor, ggf. unter Zwischenschaltung eines Getriebes, einer Kupplung, Bremse usw., angetrieben werden, um den Strang zu transportieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung, mit oder ohne Rollen, modular aufgebaut, so dass sie ein Segment bildet, das um weitere Segmente erweiterbar und flexibel entlang des Transportwegs des Gießstrangs anwendbar ist. Somit ist eine technisch einfache Anpassung der Transport- und/oder Kühlparameter an die gewünschten Eigenschaften des gegossenen Stahls, die Umgebungsbedingung usw. möglich. Insbesondere kann die Einstellung der Gasströmungswege für jedes Segment oder für Segmentgruppen individuell erfolgen. Hierbei kann die Einstellung nicht nur in Abhängigkeit der oben genannten Parameter (Brammenformat, Stahlqualität, Gießgeschwindigkeit usw.) erfolgen, sondern auch von Prozess- und/oder Zustandsparametern anderer, vorzugsweise vorangegangener Segmente. Die Einstellungen können in Echtzeit während des Kühlvorgangs erfolgen.
Die Steuerung der beschriebenen Vorrichtung erfolgt vorzugsweise rechnergestützt, sie kann mittels einer Software realisiert werden, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt wird, die Schritte zur Durchführung des unten dargelegten Verfahrens veranlasst. Die Steuerung kann zentral oder dezentral organisiert sein, autark arbeiten oder mittels moderner Informations- und Kommunikationstechniken vernetzt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs in einer Stranggießanlage weist auf: Transportieren eines Gießstrangs in einer Transportrichtung durch ein Gehäuse, das den Gießstrang tunnelartig umgibt; Einbringen eines Gases, vorzugsweise Luft, mittels einer oder mehrerer Gaszufuhreinrichtungen in das Gehäuse, so dass die Oberfläche des Gießstrangs mit dem Gas beaufschlagt wird; Abführen des Gases aus dem Innern des Gehäuses mittels einer oder mehrerer Gasabfuhreinrichtungen, so dass ein oder mehrere gerichtete Gasströmungswege im Innern des Gehäuses ausgebildet werden, die an der Oberfläche des Gießstrangs vorbeiführen.
Die technischen Wirkungen, bevorzugten Ausführungsformen und Beiträge zum Stand der Technik, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren zum Kühlen des Gießstrangs.
Die Temperatur des Gases sollte geringer sein als das der Strangoberfläche, vorzugsweise geringer als die Umgebung im Inneren des Gehäuses. Die Temperatur des zugeführten Gases liegt vorzugsweise zwischen 5 °C und 80 °C. Der Druck an den Gaszufuhreinrichtungen beträgt vorzugsweise mehr als 1 bar. Auch wenn vorzugsweise Luft zur Kühlung verwendet wird, können auch andere Gase oder Gasgemische zum Einsatz kommen, so etwa Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff oder andere Gase, vorzugsweise Inertgase.
Die beschriebene Gaskühlung kommt in einer Stranggießanlage zur Anwendung. Hierbei kann es sich beispielsweise um folgende Bauformen handeln: Senkrecht-Abbiegeanlage, Bogenanlage, Vertikalbrammenanlage. Eine Beschränkung darauf besteht jedoch nicht. Die Gaskühlung ist besonders vorteilhaft anwendbar für gegossene Brammen der Breite von 1.000 mm bis 4.000 mm, Dicke von 40 mm bis 700 mm, Gießgeschwindigkeit von 0,1 bis 10 m/min und Strangführungslänge von 1 bis 50 m.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Figurenliste

Die 1A zeigt schematisch eine bekannte Stranggießanlage, konzipiert als „Senkrecht-Abbiegeanlage“, mit Strangführungssegmenten zum Transportieren und Kühlen des Gießstrangs. Die 1B zeigt schematisch die Lage und Ausrichtung der Strangführungssegmente. Die 1C zeigt ein solches Strangführungssegment auf vergrößerte und schematische Weise.
Die 2A zeigt ein Strangführungssegment durch das ein Gießstrang tritt. Die 2B zeigt das Gehäuse des Strangführungssegments in einem Querschnitt senkrecht zur Transportrichtung. Die 2C zeigt das Gehäuse im Querschnitt mit Gaszufuhreinrichtungen und Gasabfuhreinrichtungen. Die 2D zeigt die gerichtete Gasströmung im Innern des Gehäuses.
Die 3 zeigt schematisch ein Strangführungssegment, eingebettet in ein System zur Steuerung der Gasströmung im Innern des Gehäuses.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die 2A zeigt ein Strangführungssegment 20, das wie in der 1C mit paarweise angeordneten Rollen 21 ausgestattet ist, um einen Gießstrang 1 entlang einer Transportrichtung T zu transportieren. Das Strangführungssegment 20 ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform modular aufgebaut, um eine flexible Anpassung der Transport- und/oder Kühlparameter an die gewünschten Eigenschaften des gegossenen Stahls, die Umgebungsbedingung usw. zu ermöglichen. Das mittlere Rollenpaar - entlang der Transportrichtung T gesehen - ist beispielhaft durch Antriebsrollen 21 realisiert, die etwa über einen Elektromotor, ggf. unter Zwischenschaltung eines Getriebes, einer Kupplung, Bremse usw., angetrieben werden, um den Strang 1 zu transportieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine modulare Ausführung der Strangführungssegmente 20, zur unabhängigen Anwendung jeweils mit Rollen 21 und Kühlvorrichtungen ausgestattet, zwar eine besondere Ausführungsform realisiert, jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Vielmehr ist das hier dargestellte Strangführungssegment 20 ein Beispiel eines Strangführungsabschnitts oder einer Vorrichtung, der bzw. die eingerichtet ist, um den Strang 1 auf seinem Weg durch die Stranggießanlage zu führen und zu kühlen.
Das Strangführungssegment 20 bzw. die Vorrichtung weist ein Gehäuse 22 auf. Das Gehäuse 22 erstreckt sich in Längsrichtung, d.h. entlang der Transportrichtung T des Strangs 1, und ist seitlich geschlossen, um dadurch den Strang 1 tunnelartig zu umgeben. Das geht aus der 2B hervor, die einen Querschnitt entlang der Strich-Punkt-Linie in 2A zeigt. Dadurch wird eine Tunnelkühlkammer geschaffen, durch die der Strang 1 tritt. In der 2B und den nachfolgenden Figuren sind die Rollen 21 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
Im Ausführungsbeispiel der 2B ist das Gehäuse 22 zweiteilig aufgebaut, mit einem unteren Gehäuseabschnitt 22a und einem oberen Gehäuseabschnitt 22b. Ein oder beide Gehäuseabschnitte 22a, 22b können entlang der Dickenrichtung des Strangs 1 relativ zueinander verschiebbar vorgesehen sein, um den Querschnitt der Tunnelkühlkammer und insbesondere die Lage der weiter unten beschriebenen Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen einzustellen. Die Tunnelkühlkammer kann beispielsweise durch überlappende Gasleitbleche realisiert werden, zur freien Bewegung der Gehäuseabschnitte 22a, 22b, wodurch sich auf baulich einfache Weise der Querschnitt des Tunnels, d.h. die Formatdicke des Gießprodukts, einstellen lässt. Es kommt hierbei nicht darauf an, dass die tunnelartige seitliche Abdichtung des Gießstrangs 1 durch das Gehäuse 22 streng luftdicht erfolgt. Vielmehr dient die Beschaffenheit des Gehäuses 22 dazu, den Gasstrom im Innern des Gehäuses 22 zu lenken. Diese mittels des Gehäuses 22 geschaffene Tunnelkühlkammer ist Teil des Konzepts zur Schaffung eines gezielt gerichteten Gasstroms zur variablen und effektiven Abkühlung der Strangoberfläche.
Dazu wird Gas, vorzugsweise Luft, über Gaszufuhreinrichtungen 23 in das Gehäuse 22 eingebracht. Die Gaszufuhreinrichtungen 23 weisen Öffnungen auf, die beispielsweise Kanalenden, Rohranschlüsse oder Düsen sein können, und sind so am oder im Gehäuse 22 angeordnet und ausgerichtet, dass sie einen Gasstrom auf zumindest einen Teil der Strangoberfläche des Gießstrangs 1, etwa auf eine oder beide Hauptflächen, aufbringen können.
Konkret sind die Gaszufuhreinrichtungen 23 gemäß der in der 2C gezeigten Ausführungsform an der oberen Seite des U-förmig ausgebildeten oberen Gehäuseabschnitts 22b und an der unteren Seite des U-förmig ausgebildeten unteren Gehäuseabschnitts 22a angeordnet. Die Gaszufuhreinrichtungen 23 können regelmäßig, etwa in Reihen und Spalten, oder unregelmäßig angeordnet sein, solange die Strangoberfläche durch diese gezielt mit einem Gas beaufschlagt wird. Dazu können die Gaszufuhreinrichtungen 23 verstellbar vorgesehen sein, verstellbar etwa gemäß ihrer Position, Ausrichtung, ihres Gasabgabewinkels bzw. Strömungskegels.
Um das Gas aus dem Innern des Gehäuses 22 abzuführen, sind Gasabfuhreinrichtungen 24 vorgesehen, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform an den Seite der Gehäuseabschnitte 22a, 22b angeordnet sind. Die Gasabfuhreinrichtungen 24 weisen Öffnungen auf, die beispielsweise Kanalenden oder Rohranschlüsse sein können. Die Gasabfuhreinrichtungen 24 können regelmäßig, etwa in Reihen und Spalten, oder unregelmäßig angeordnet sein, solange im Zusammenspiel mit den Gaszufuhreinrichtungen 23 und dem Gehäuse 22 ein gezielter und zeitlich stabiler Gasstrom im Innern des Gehäuses 22 geschaffen wird, der auf definierte Weise zur Oberfläche und/oder entlang der Oberfläche des Strangs 1 verläuft und anschließend rasch abgeführt wird. Dazu werden die Gasabfuhreinrichtungen 24 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem Unterdruck (relativ zum Gehäuseinneren) beaufschlagt, so dass das Gas aktiv abgesaugt wird. Die Gasabfuhreinrichtungen 24 können verstellbar vorgesehen sein, verstellbar etwa gemäß ihrer Position, Ausrichtung und ihres Austrittswinkels.
Wie eine aus dem Zusammenspiel aus dem Gehäuse 22, dem Strang 1 und den Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen 23, 24 resultierende gerichtete Strömung aussehen kann, ist in der 2D gezeigt. Die Oberfläche, insbesondere die Hauptflächen, des Gießstrangs 1 wird gezielt mit Gas aus den Öffnungen der Gaszufuhreinrichtungen 23 beaufschlagt. Hierbei ist die Temperatur des Gases geringer als das der Strangoberfläche, vorzugsweise geringer als die Umgebung im Inneren des Gehäuses 22. Vorzugsweise liegt die Temperatur des zugeführten Gases zwischen 5 °C und 80 °C. An den Seitenwänden der Tunnelkühlkammer erfolgt anschließend die gezielte Abfuhr des Gases durch die Öffnungen der Gasabfuhreinrichtungen 24.
Die Kühlleistung an der Strangoberfläche wird über den gerichteten Gasstrom erbracht. Hierbei gilt, dass der zur Kühlung wesentliche Wärmeübergangskoeffizient und somit die Kühlleistung von der Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsmenge des zugeführten Gases abhängen. Die gerichtete Gasströmung hat eine erhebliche Wirkung auf die Abkühlung der Strangoberfläche. So sind der Wärmeübergangskoeffizient und damit die Kühlleistung gemäß der dargestellten Ausführungsformen wesentlich höher (bis um das 60- bis 125-fache) als bei ruhenden oder ungeordnet strömenden, etwa turbulenten Gasen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt zusätzlich zur beschriebenen Gaskühlung eine Sekundärkühlung mittels einer Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser), oder einem Flüssig/Gas-Gemisch (vorzugsweise Wasser/Luft-Gemisch), die/das auf den zu kühlenden Strang 1 gespritzt wird. Bedingt durch eine solche Sekundärkühlung der Strangoberfläche wird ein Dampfgemisch in der Tunnelkühlkammer erzeugt, das anschließend durch die beschriebene Gaskühlung mit zusätzlichem Gas angereichert wird. Der Gasstrom wird, wie in 2D gezeigt, über die Strangoberfläche geleitet, vorzugsweise mit einer Komponente in Richtung der Breitseite, d.h. quer zur Transportrichtung T, und seitlich abgeführt.
Eine besondere technische Wirkung der Gaskühlung besteht in diesem Fall darin, dass die aufgebrachte Flüssigkeit der Sekundärkühlung, also etwa das Spritzwasser oder Schwallwasser, aktiv von der Strangoberfläche seitlich abgeleitet wird. Dadurch können die Kühlleistung und insbesondere die Gleichförmigkeit der Kühlung entlang der Strangoberfläche weiter verbessert werden.
Wenn mit Q_GasIn die Gasmenge bezeichnet wird, die durch die Gaszufuhreinrichtungen 23 und die etwaige Sekundärkühlung in das Gehäuse 22 eingebracht wird, und mit Q_GasOut die Gasmenge bezeichnet wird, die über die Gasabfuhreinrichtungen 24 aus dem Gehäuse 22 abgeführt wird, dann sollte gelten: Q_GasIn ≤ Q_GasOut. Damit ist sichergestellt, dass auch der Dampf der Sekundärkühlung über die Gasabfuhreinrichtungen 24 abgeführt wird. Aus diesem Grund wird zur Gasmenge Q_GasIn auch die Gasmenge einer etwaigen Sekundärkühlung hinzugerechnet. Ferner kann eine Ausgleichsmenge, Q_Ausgl = Q_GasIn - Q_GasOut, durch sogenanntes Falschgas entstehen, das eine Gas- oder Luftmenge ist, die über nicht zu schließende Konstruktionsstellen ins Gehäuse 22 eingeleitet wird.
Die Gaszufuhreinrichtungen 23 können zusätzlich zu den Komponenten, etwa Kanälen und Düsen, einer etwaigen Sekundärkühlung vorgesehen sein. Alternativ können die Komponenten einer Sekundärkühlung zumindest Teilweise zur Gaskühlung genutzt werden, beispielsweise indem die Düsen einer Zweistoffkühlung mit Gas oder einem Flüssig/Gas-Gemisch versorgt werden, wobei das Gas und etwaiger Dampf abgeführt werden, um den gerichteten Gasstrom zu erzeugen.
Die 3 zeigt schematisch den Schnitt durch ein Strangführungssegment 20 der oben beschriebenen Art, eingebettet in ein System zur Steuerung der Gasströmung im Innern des Gehäuses 22. Die Details des Strangführungssegments 20, wie etwa die Zweiteilung des Gehäuses 22 und die Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen 23, 24, werden nicht nochmals im Detail beschrieben, da in der 3 das Prinzip der Steuerung des betreffenden Segments oder Abschnitts im Vordergrund steht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Gaszufuhreinrichtungen 23 mit einer Gaszufuhr 33 strömungstechnisch, etwa über ein Leitungssystem 36, verbunden, welche die entsprechenden Öffnungen mit dem zuzuführenden Gas versorgt. Die Gasabfuhreinrichtungen 24 sind mit einer Gasabfuhr 34 strömungstechnisch, etwa über ein Leitungssystem 37, verbunden, die den Abtransport des Gases realisiert. Die Gasabfuhr 34 kann eine Absaugvorrichtung 35, etwa einen Kompressor oder Exhaustor, zum Absaugen des Gases und/oder Dampfes aufweisen. Gesteuert werden die Komponenten über eine Steuerung 40 zur Prozessautomation.
So kann die Strömung im Inneren der Tunnelkühlkammer, insbesondere die Gasgeschwindigkeit und Gasmenge, flexibel auf die Prozessparameter eingestellt werden. Insbesondere kann die Einstellung für jedes Segment oder Segmentgruppen individuell erfolgen. In Abhängigkeit beispielsweise vom Brammenformat, der Stahlqualität, Gießgeschwindigkeit, Sekundärkühlung, angestrebten Abkühlfunktion und Lage entlang des Transportwegs, von Grundeinstellungen usw. können die Gasmenge, Gasgeschwindigkeit und/oder der Gasdruck des über die Gaszufuhreinrichtungen 23 zuzuführenden Gases eingestellt werden. Analog kann die abzusaugende Gasmenge, etwa der Unterdruck und/oder der Strömungsquerschnitte der Gasabfuhreinrichtungen 24, gemäß einem oder mehreren der obigen Parameter eingestellt werden. Komponenten, die zur Steuerung der Gaszufuhr und Gasabfuhr in Frage kommen, sind beispielsweise: Kanäle, Rohre, Düsen, Ventile, Gebläse, Kompressoren, Exhaustor, Messgeräte, wie etwa Druckmesser, Volumenmesser und/oder Geschwindigkeitsmesser.
Die Steuerung erfolgt vorzugsweise rechnergestützt, sie kann mittels einer Software realisiert werden, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt wird, die entsprechenden Verfahrensschritte veranlasst. Die Steuerung kann zentral oder dezentral organisiert sein, autark arbeiten oder mittels moderner Informations- und Kommunikationstechniken vernetzt sein.
Die oben dargelegte Gaskühlung, die durch das Zusammenspiel zwischen dem Gehäuse 22, dem Strang 1 und den Gaszufuhr- und Gasabfuhreinrichtungen 23, 24 realisiert wird, kann abschnittsweise entlang des Transportwegs des Gießstrangs 1 vorgesehen sein. Auch wenn vorzugsweise Luft zur Kühlung verwendet wird, können auch andere Gase oder Gasgemische zum Einsatz kommen, so etwa Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff oder andere Gase, vorzugsweise Inertgase. Das Einbringen des Gases kann auf die Strangoberseite und/oder Strangunterseite gerichtet erfolgen.
Die beschriebene Gaskühlung kommt in einer Stranggießanlage zur Anwendung. Hierbei kann es sich beispielsweise um folgende Bauformen handeln: Senkrecht-Abbiegeanlage, Bogenanlage, Vertikalbrammenanlage. Eine Beschränkung darauf besteht jedoch nicht. Die Gaskühlung ist besonders vorteilhaft anwendbar für gegossene Brammen der Breite von 1.000 mm bis 4.000 mm, Dicke von 40 mm bis 700 mm, Gießgeschwindigkeit von 0,1 bis 10 m/min und Strangführungslänge von 1 bis 50 m, wobei im Falle der segmentartigen Führung als Strangführungslänge die Länge vom ersten Segment unterhalb der Kokille bis zum letzten Segment zu verstehen ist. Nach Durchlaufen des letzten Segments oder allgemeiner der Stranggießanlage, kann der Strang weiterverarbeitet werden, etwa gewalzt und/oder geschnitten werden.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Gießstrang
2: Strangführung
3: Gießpfanne
4: Zwischenbehälter
5: Kokille
10: Strangführungssegment
11: Rollen
20: Strangführungssegment
21: Rollen
22: Gehäuse
22a: unterer Gehäuseabschnitt
22b: oberer Gehäuseabschnitt
23: Gaszufuhreinrichtung
24: Gasabfuhreinrichtung
33: Gaszufuhr
34: Gasabfuhr
35: Absaugvorrichtung
36: Leitungssystem für die Gaszufuhr
37: Leitungssystem für die Gasabfuhr
40: Steuerung
T: Transportrichtung des Strangs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011003194 A1 [0005, 0006]

Claims

Vorrichtung zum Kühlen eines Gießstrangs (1) in einer Stranggießanlage, die ein Gehäuse (22), eine oder mehrere Gaszufuhreinrichtungen (23) zum Einbringen eines Gases, vorzugsweise Luft, in das Gehäuse (22) und eine oder mehrere Gasabfuhreinrichtungen (24) zum Abführen des Gases aus dem Gehäuse (22) aufweist, wobei das Gehäuse (22) tunnelartig ausgebildet ist, so dass der Gießstrang (1) zur Abkühlung in einer Transportrichtung (T) durch das Gehäuse (22) transportierbar ist, und die Gaszufuhreinrichtungen (23) eingerichtet sind, um zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) mit dem Gas zu beaufschlagen, und die Gasabfuhreinrichtungen (24) eingerichtet sind, um das Gas aus dem Innern des Gehäuses (22) abzuführen, so dass ein oder mehrere gerichtete Gasströmungswege im Innern des Gehäuses (22) ausbildbar sind, die auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) auftreffen und/oder an zumindest einem Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) entlangführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) mehrteilig, vorzugsweise zweigeteilt, aufgebaut ist, wodurch das Gehäuse (22) mehrere Gehäuseabschnitte (22a, 22b) aufweist, und zumindest ein Gehäuseabschnitt (22b) so verstellbar ist, dass der Querschnitt des Gehäuses (22) senkrecht zur Transportrichtung (T) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhreinrichtungen (23) und Gasabfuhreinrichtungen (24) so eingerichtet sind, dass die Gasströmungswege eine Komponente in der Breitenrichtung des Gießstrangs (1) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießstrang (1) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Oberflächen der beiden längeren Seiten des Strangquerschnitts Hauptflächen sind, während die beiden Oberflächen entlang der Dickenrichtung des Gießstrangs (1) Nebenflächen sind, und die Gaszufuhreinrichtungen (23) Öffnungen, die den Hauptflächen des Gießstrangs (1) gegenüberliegen, und die Gasabfuhreinrichtungen (24) Öffnungen aufweisen, die den Nebenflächen des Gießstrangs (1) gegenüberliegen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Gaszufuhreinrichtungen (23) und/oder Gasabfuhreinrichtungen (24) verstellbar sind, so dass einer oder mehrere der Gasströmungswege einstellbar sind, vorzugsweise ist die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Lage eines oder mehrerer der Gasströmungswege einstellbar.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Gasabfuhreinrichtungen (24) eingerichtet sind, um das Gas aus dem Innern des Gehäuses (22) abzusaugen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Sekundärkühlung mit Sekundärkühldüsen aufweist, die eingerichtet ist, um eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, oder ein Flüssigkeit/Gas-Gemisch, vorzugsweise Wasser/Luft-Gemisch, auf den Gießstrang (1) aufzubringen, wobei die Gasabfuhreinrichtungen (24) eingerichtet sind, um neben der Luft aus den Gaszufuhreinrichtungen (23) auch durch die Sekundärkühlung entstandenen Dampf abzuführen.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Rollen (21) zum Transport des Gießstrangs (1) aufweist, wobei die Gaszufuhreinrichtungen (23) vorzugsweise in Transportrichtung gesehen zwischen den Rollen (21) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie modular aufgebaut ist, so dass sie ein Segment (20) bildet, das um weitere Segmente (20) erweiterbar und flexibel entlang des Transportwegs des Gießstrangs (1) anwendbar ist.
Verfahren zum Kühlen eines Gießstrangs (1) in einer Stranggießanlage, das aufweist: Transportieren eines Gießstrangs in einer Transportrichtung (T) durch ein Gehäuse (22), das den Gießstrang (1) tunnelartig umgibt; Einbringen eines Gases, vorzugsweise Luft, mittels einer oder mehrerer Gaszufuhreinrichtungen (23) in das Gehäuse (22), so dass zumindest ein Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) mit dem Gas beaufschlagt wird; Abführen des Gases aus dem Innern des Gehäuses (22) mittels einer oder mehrerer Gasabfuhreinrichtungen (24), so dass ein oder mehrere gerichtete Gasströmungswege im Innern des Gehäuses (22) ausgebildet werden, die auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) auftreffen und/oder an zumindest einem Teil der Oberfläche des Gießstrangs (1) entlangführen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas eine Temperatur zwischen 5 °C und 80 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Gaszufuhreinrichtungen (23) und/oder Gasabfuhreinrichtungen (24) verstellt werden, um einen oder mehrere der Gasströmungswege einzustellen, wobei vorzugsweise die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Lage eines oder mehrerer der Gasströmungswege eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) mehrteilig, vorzugsweise zweigeteilt, aufgebaut ist, wodurch das Gehäuse (22) mehrere Gehäuseabschnitte (22a, 22b) aufweist, und zumindest ein Gehäuseabschnitt (22b) verstellt wird, so dass der Querschnitt des Gehäuses (22) senkrecht zur Transportrichtung (T) geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird.