DE1783125B

DE1783125B - Method and device for cooling an approximately horizontally moving strand in the secondary cooling zone of a continuous caster Separation from 1508796

Info

Publication number: DE1783125B
Authority: DE
Inventors: Armin Uster Thalmann (Schweiz)
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen eines ungefähr horizontal bewegten Stranges in der Sekundärkühlzone einer Stranggießanlage, wobei dem zu kühlenden Strang mindestens eine Kühlplatte zugeordnet ist, Kühlwasser in einen Spalt zwischen dem zu kühlenden Strang und der Kühlplatte eingedrückt und das Kühlmittel aus dem Spalt abgeleitet wird und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for cooling an approximately horizontally moving strand in the secondary cooling zone of a continuous caster, with the strand to be cooled at least one cooling plate is assigned, cooling water in a gap between the strand to be cooled and the cooling plate pressed in and the coolant is derived from the gap and a device for performing the Procedure.

Das Kühlen des Stranges beim Stranggießen ist von großer Bedeutung, da sowohl die Leistung der Anlage als auch die Qualität des Materials weitgehend vom Kühlverfahren abhängig sind.The cooling of the strand in continuous casting is of great importance as both the performance of the System and the quality of the material are largely dependent on the cooling process.

Zur Sekundärkühlung von Strängen, beispielsweise von Stahlsträngen, sind Spriihwasserkühlungen bekannt. Solche Spriihwasserkühlungen bewähren sich gut bei Senkrechtanlagen und bei solchen Bogenanlagen, bei welchen der Strang bis zum Eintritt in die horizontale Lage größtenteils erstarrt ist.For secondary cooling of strands, for example steel strands, spray water cooling is used known. Such spray water cooling systems prove themselves well in vertical systems and in such curved systems, in which the strand is largely solidified until it enters the horizontal position.

Bei Bogenanlagen mit großer Gießgeschwindigkeit erstreckt sich aber oft ein großer flüssiger Kern in die Horizontale, und der Strang muß deshalb weiter gekühlt und abgestützt werden. Dasselbe trifft beim Horizontalgießen zu.In arch systems with a high casting speed, however, a large liquid core often extends into the Horizontal, and the strand must therefore be further cooled and supported. The same applies to horizontal casting to.

Es ist bekannt, den Strang in der Horizontalen mit Sprühdüsen zu kühlen. Dabei kann bei rechtwinkeligen Querschnitten jedoch nicht vermieden werden, daß auf der Oberseite des Stranges das aufgesprühte Wasser nicht genügend schnell über die Seitenkanten fließt. Es entsteht dadurch eine auf der Strangoberfläche liegende Wasserschicht, die durch den Dampffilm des Leidenfrost'schen Phänomens von der Oberfläche getrennt ist. Diese Dampfschicht verhindert eine gleichmäßig wirksame Kühlung des Stranges. Die kinetische Energie der einzelnen von den Düsen kommenden Wassertröpfchen wird von der Wasserschicht vermindert, so daß praktisch keine Konvektion der Wassertröpfchen mit der Dampfschicht stattfinden kann. Die Wärme wird deshalb auf der Oberseite des Stranges praktisch nur durch Strahlung abgeführt. Auf der Unterseite des Stranges wird aber die Wärme durch Strahlung und Konvektion abgeführt, weil keine aufliegende Wasserschicht entstehen kann. Demzufolge wird der Strang an der Ober- und Unterseite unterschiedlich gekühlt, wodurch die bekanntenIt is known to cool the strand horizontally with spray nozzles. This can be done at right-angled Cross-sections, however, can not be avoided that the sprayed on top of the strand Water does not flow quickly enough over the side edges. This creates one on the strand surface lying water layer, covered by the vapor film of the Leidenfrost phenomenon from the surface is separated. This vapor layer prevents a uniformly effective cooling of the strand. the kinetic energy of the individual water droplets coming from the nozzles is taken from the water layer reduced, so that there is practically no convection of the water droplets with the vapor layer can. The heat is therefore practically only dissipated on the upper side of the strand by radiation. On the underside of the strand, however, the heat is dissipated by radiation and convection, because no overlying layer of water can form. As a result, the strand will be on the top and bottom chilled differently, making the known

ίο Nachteile wie Risse, Verlagerung der Zentrumsporosität entstehen.ίο Disadvantages such as cracks, shifting of the center porosity develop.

Es ist eine Vorrichtung bekannt (österreichische Patentschrift 210076), nach welcher der Strang von einer Mehrzahl von wasserdurchflossenen Gitterstäben umgeben ist. Durch Bohrungen in diesen Stäben wird dem Strang Kühlmittel zugeführt. Diese Bohrungen sind mit Nuten verbunden, um dem Kühlmittel ein seitliches Austreten und Kühlen der Strangoberfläche zwischen den Stäben zu erlauben. Es entsteht dadurch teils eine indirekte Kühlung durch die gekühlten Stäbe und teils eine direkte Kühlung durch das Kühlmedium zwischen den Stäben. Die als indirekte Kühlung wirksame Kühlleistung ist wegen der unebenen Strangeberfläche beschränkt, und die als direkte KühlungThere is a device known (Austrian Patent 210076), according to which the strand of a plurality of bars through which water flows. Through holes in these rods coolant is supplied to the strand. These bores are connected with grooves to allow the coolant to enter to allow lateral exit and cooling of the strand surface between the rods. It arises from it partly indirect cooling through the cooled rods and partly direct cooling through the cooling medium between the bars. The cooling capacity effective as indirect cooling is due to the uneven strand surface limited, and used as direct cooling

as wirksame Kühlleistung wäre bei etwa horizontal bewegtem Strang auf der Strangunterseite praktisch wirkungslos, weil das Wasser aus den Nuten vom Strang wegfließen würde und auf der Strangoberseite gemäß dem Leidenfrost'schen Phänomen nicht in die Dampf schicht eindringen könnte. Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung solcher Gitterstäbe in einer horizontalen Strangführung läge in der sehr aufwendigen Konstruktion, weil das Stranggewicht durch die auf der Unterseite angeordneten Gitterstäbe getragen werden müßte oder aber zusätzlich zu den Gitterstäben Tragrollen notwendig wären.he effective cooling capacity would be if it were moved approximately horizontally Strand on the strand underside practically ineffective because the water from the grooves of the strand would flow away and not into the steam layer on the upper side of the strand according to the Leidenfrost phenomenon could penetrate. Another disadvantage of using such bars in a horizontal Strand guide would be in the very complex construction, because the strand weight by the the underside arranged bars would have to be worn or in addition to the bars Idlers would be necessary.

Um den Nachteil des Schrumpfspaltes in der Kokille zu vermindern, ist bekannt (britische Patentschrift 314435), Kühlmittel in den Spalt zwischen Strang und Kokillenwand einzubringen. Dabei sind Führungsrillen für Kühlwasser im unteren Teil der Kokillenwand angebracht, um Spannungsrisse durch eine direkte Beaufschlagung zu vermeiden. Die direkte Kühlung wurde als zu stark befunden. Um deshalb die Kühlwirkung zu mildern, wird Gas unter Druck in die Rillen geleitet. Dadurch entsteht in ihnen ein Gaswassergemisch. Im nicht definierten Spalt zwischen Strang und Kokillenwand entsteht eine Turbulenz, erzeugt durch das eingeblasene Gas. Da diese Turbulenz infolge des Undefinierten und ungleichmäßigen Spaltes nicht durch Reibung der Flüssigkeit im Spalt entstehen kann, so daß ein Eindringen der Flüssigkeitsteilchen in die Dampfschicht nicht gewährleistet ist, kann keine intensive Kühlung entstehen, was auch nicht erwünscht ist. Dazu behindert noch der große Gasanteil eine solche Kühlung, weil er wärmeisolierend wirkt. Diese Kühlungsart eignet sich für das Stranggießen der erwähnten Buntmetalle bei senkrecht angeordneter Kokille, nicht aber für horizontal bewegte Stränge, weil auf der Strangunter- und der Strangoberseite sich unterschiedliche Kühlverhältnisse einstellen.In order to reduce the disadvantage of the shrinkage gap in the mold, it is known (British patent specification 314435) to introduce coolant into the gap between the strand and the mold wall. Are there Guide grooves for cooling water are placed in the lower part of the mold wall to prevent stress cracks from occurring to avoid direct exposure. The direct cooling was found to be too strong. To therefore To reduce the cooling effect, gas under pressure is fed into the grooves. This arises in them a gas-water mixture. In the undefined gap between the strand and the mold wall, there is turbulence, generated by the blown gas. Because this turbulence is a result of the undefined and uneven Gap cannot arise through friction of the liquid in the gap, so that penetration of the liquid particles in the vapor layer is not guaranteed, no intensive cooling can arise what is also not desired. In addition, the large proportion of gas prevents such cooling because it is heat-insulating works. This type of cooling is suitable for the continuous casting of the aforementioned non-ferrous metals with vertical arranged mold, but not for horizontally moving strands, because on the strand bottom and the Different cooling conditions are set on the top of the strand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, welche bei etwa horizontal bewegtem Strang die genannten Nachteile beseitigen, die Ober- und Unterseite des Stranges bei hoher Kühlleistung gleichmäßig kühlen und dadurch die Strangqualität verbessern.The invention is based on the object of creating a method and a device which include approximately horizontally moving strand eliminate the disadvantages mentioned, the top and bottom of the Evenly cool the strand with a high cooling capacity and thereby improve the strand quality.

Nach dein erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Obe-seite des Stranges unter den Kühlplatten und die Unterseite des Stranges mittels Sprühwasser gekühlt werden.According to your method according to the invention, this goal is achieved in that the top of the strand under the cooling plates and the underside of the strand can be cooled by means of spray water.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Stranges Kühlplatten und auf der Unterseite des Stranges Sprühkühlvorrichtungen angeordnet sind.The device for performing the method is characterized in that on the top of the Strand cooling plates and spray cooling devices are arranged on the underside of the strand.

Mit Hilfe dieses Verfahrens und dieser Einrichtung kann die Kühlleistung auf der Strangoberseite derjenigen der Strangunterseite angepaßt und somit auf beiden Seiten eines etwa horizontal bewegten Stranges eine gleichmäßige und gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich höhere Kühlleistung erreicht werden.With the help of this procedure and this facility the cooling capacity on the upper side of the strand can be adapted to that of the underside of the strand and thus on both Pages of an approximately horizontally moving strand a uniform and compared to the state of the Technology, considerably higher cooling performance can be achieved.

Der Kühlwasserdruck wird in Abhängigkeit von den Gießverhältnissen, wie Qualität des zu vergießenden Metalls, Gießgeschwindigkeit, Spaltbreite, Rauhigkeit usw. eingestellt, wodurch die geeignete Turbulenz im Spalt, die durch den Verlust der Strömungsge- ao schwindigkeit infolge Reibung entsteht, erzeugt wird. Nach einem Merkmal der Erfindung wird der Druck des zwischen Kühlplatte und Strang einzudrückenden Kühlwassers in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 atü eingestellt. Damit wird durch das Eindringen as des Kühlmittels in die durch das Leidenfrost'sche Phänomen bedingte Dampfschicht dem Damp^f mehrheitlich durch Konvektion die gewünschte Wärme entzogen. Durch Messen der Oberflächentemperatur und Untersuchung der Metallqualität wird festgestellt, ob die gewünschte Kühlung erreicht worden ist.The cooling water pressure is set as a function of the casting conditions, such as the quality of the metal to be cast, casting speed, gap width, roughness, etc., whereby the appropriate turbulence in the gap, which arises from the loss of flow speed due to friction, is generated. According to one feature of the invention, the pressure of the cooling water to be injected between the cooling plate and the strand is set in the order of magnitude of 0.5 to 2.5 atmospheres. Thus is extracted by the penetration as the refrigerant in the conditional by the Leidenfrost phenomenon vapor layer to the Damp ^f mainly by convection the desired heat. By measuring the surface temperature and examining the metal quality, it is determined whether the desired cooling has been achieved.

Infolge der Turbulenz kommen die einzelnen, einen erhöhten Wärmeinhalt aufweisenden Kühlmittelteilchen mit der Platte in intensiven Kontakt und geben einen Teil ihrer Wärme an die Platte ab, wodurch eine Dampfbildung am Teilchen bei den nächsten Wärmeaufnahmen in der Dampfschicht verzögert wird. Durch diese Turbulenz bewegen sich die einzelnen Teilchen zwischen der Metalloberfläche und dem Kühlkörper hin und her, weshalb ein Wärmetransport zwischen Metalloberfläche und Kühlkörper stattfindet. Dieser Wärmeiransport wird durch eine zusätzliche Kühlung der Platte unterstützt.As a result of the turbulence, the individual coolant particles with an increased heat content come with the plate in intensive contact and give off part of their heat to the plate, creating a Vapor formation on the particle is delayed during the next heat absorption in the vapor layer. This turbulence causes the individual particles to move between the metal surface and the Heat sink back and forth, which is why heat is transported between the metal surface and the heat sink. This heat transfer is supported by additional cooling of the plate.

Für die wirklichen Vorgänge im Spalt sollen die obenerwähnten, durch die Turbulenz erzeugten Bewegungen der Kühlmittelteilchen nur eine symbolische Erklärung darstellen. In der Praxis stellt die Summe dieser Kühlmittelteilchen das Kühlmittel dar.For the real processes in the gap, the above-mentioned movements generated by the turbulence are supposed to be the coolant particles are only a symbolic explanation. In practice, the sum represents these coolant particles constitute the coolant.

Das Maß der Turbulenz ist für die dem Strang entzogene Wärmemenge entscheidend. Diese Turbulenz der Strömung und damit die Kühlwirkung auf den Strang kann durch Veränderungen der Breite des Spaltes beeinflußt werden. Nach einem Kennzeichen der Erfindung wird eine Spaltbreite von 1 mm und weniger verwendet. Um die Turbulenz zu vergrößern, kann die Rauhigkeit der dem Strang zugekehrten Fläche der Kühlplatte vergrößert werden, z. B. durch quer zur Strömung verlaufende Bearbeitungsrillen, wie sie beim Schruppen von gehobelten Flächen entstehen. An Stellen von gewünschter geringerer Kühlintensität kann die Rauhigkeit verkleinert werden, was durch Verkleinerung der Tiefe der Bearbeitungsrillen vorgenommen werden kann. The degree of turbulence is decisive for the amount of heat withdrawn from the strand. This turbulence the flow and thus the cooling effect on the strand can be changed by changing the width of the Be affected. According to a characteristic of the invention, a gap width of 1 mm and less used. To increase the turbulence, the roughness of the strand facing Area of the cooling plate can be enlarged, z. B. through machining grooves running across the flow, as they arise when roughing planed surfaces. In places of desired lower cooling intensity the roughness can be reduced, which can be done by reducing the depth of the machining grooves.

Es hat sich gezeigt, daß bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Stranggießen für rißempfindliche Stähle die Kühlintensität, trotz niedrigem Druck des in den Spalt eingeführten Kühlmittels, von mehreren hintereinander angeordneten Platten zu groß ist, so daß Rißbildungen nicht zu vermeiden sind. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird nach der Kühlung durch in den Spalt eingedrücktem Wasser schwächer gekühlt, beispielsweise nur durch Luft Mit dieser Maßnahme kann sich die verhältnismäßig dünne, zu stark gekühlte Schicht durch die aus dem Stranginneren nachfließende Wärme aufwärmen, bevor der in einer größeren Tiefe wirksam werdende Temperaturgradient zu Spannungsrissen führt.It has been shown that when using the method according to the invention in continuous casting for Crack-sensitive steels the cooling intensity, despite low Pressure of the coolant introduced into the gap, from several plates arranged one behind the other is too large so that cracking cannot be avoided. In order to eliminate this disadvantage, after the cooling is less cooled by water pressed into the gap, for example only by air With this measure, the relatively thin, excessively cooled layer through the out of the Warm up the warmth flowing inside the strand before it takes effect at a greater depth Temperature gradient leads to stress cracks.

Es kann nicht verhindert werden, daß beim Hin- und Herbewegen der einzelnen Wasserteilchen im Spalt eine Temperaturerhöhung des Wassers stattfindet, was zur allmählichen Dampfbildung führt. Um diesem Umstand zu begegnen, weisen die Platten in Längsrichtung des Stranges -ine Länge von maximal 300 mm auf. Dadurch wird das Wasser-Dampfgemisch aus dem Spalt entfernt, bevor durch eine unerwünschte Dampfbildung der Wärmefluß zwischen Strangoberfläche und den Kühlplatten maßgebend beeinträchtigt wird. Dabei unterstützt der sich bewegende Strang die Ausförderung des Wasser-Dampfgemisches. It cannot be prevented that when the individual water particles move back and forth in the If there is a gap in the temperature of the water, this leads to the gradual formation of steam. Around To counteract this fact, the plates have a maximum length in the longitudinal direction of the strand 300 mm. This removes the water-steam mixture from the gap before an undesired one Steam formation significantly affects the heat flow between the strand surface and the cooling plates will. The moving strand supports the delivery of the water-steam mixture.

Die Zeit bis zu einer unerwünschten Dampfbildung hu Spalt ist abhängig von der Wärmeabgabe des Kühlmittels im Spalt an die Kühlplatten. Die abgeführte Wärmemenge ist aber weiter abhängig von der Wärmeleitfähigkeit dieser Platten. In Zonen mit hohem Wärmeinhalt der erstarrten Randzone des Stranges können die Kühlplatten aus einem Werkstoff höherer Wärmeleitfähigkeit bestehen als in den anderen Zonen. The time until undesired vapor formation hu gap depends on the heat dissipation of the coolant in the gap to the cooling plates. The amount of heat dissipated is further dependent on the thermal conductivity these panels. In zones with a high heat content of the solidified edge zone of the strand the cooling plates can consist of a material with a higher thermal conductivity than in the other zones.

Die Erfindung geht aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor.The invention emerges from the following description of an exemplary embodiment.

Die Figur zeigt eine Bogenstranggießanlage, bei der in der horizontalen Strangführung das erfindungsgemäße Kühlverfahren angewendet wird.The figure shows a curved continuous caster in which the horizontal strand guide according to the invention Cooling method is applied.

In einer Kokille 40 bildet sich ein teilweise erstarrter Straug 2 mit flüssigem Kern 3. Nach der Kokille 40 wird der Strang durch Kühlplatten 50, 51, 52, die als Kühlkörper ausgebildet sind, und in der nachfolgenden Kühlzone 7 durch eine Sprühkühlung gekühlt.A partially solidified streak 2 with a liquid core 3 is formed in a mold 40 after the mold 40 the strand is passed through cooling plates 50, 51, 52, which are designed as heat sinks, and in the subsequent Cooling zone 7 cooled by spray cooling.

Die Gießgeschwindigkeit dieser Anlage ist groß, und daher erstreckt sich die relativ noch schwache Strangkruste mit dem flüssigen Kern 3 des Stranges 2 in die Horizontale. Der Strang muß deshalb nach einem Auszieh-Richtaggregat 41 weiter gekühlt und gegen den ferrostatischen Druck abgestützt werden. Der horizontal bewegte Strang wird durch Rollen 8 getragen, und auf der Unterseite des Stranges 2 wird durch eine Sprühkühlvorrichtung 54 Kühlwasser mittels Düsen gegen die Oberfläche gesprüht. Auf der gegenüberliegenden Oberseite des Stranges 2 kühlen Kühlplatten 53 die Strangkruste und stüt7en sie gegen Ausbauchungen nach oben ab. Bei diesen Kühlplatten 53 wird Kühlwasser in einen Spalt 4 zwischen dem zu kühlenden Strang 2 und den Kühlplatten 53 eingedrückt. Die Breite des Spaltes 4 beträgt 1 mm oder weniger, und der Kühlwasserdruck wird in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 atü eingestellt. Das Kühlmittel wird vor einer die Kühlwirkung unerwünscht behindernden Dampfbildung aus dem Spalt4 abgeleitet.The casting speed of this plant is high, and therefore the strand crust, which is still relatively weak, extends with the liquid core 3 of the strand 2 in the horizontal. The strand must therefore after one Extract straightening unit 41 can be further cooled and supported against the ferrostatic pressure. The horizontal moving strand is carried by rollers 8, and on the underside of strand 2 is carried by a Spray cooling device 54 sprayed cooling water against the surface by means of nozzles. On the opposite Upper side of strand 2, cooling plates 53 cool the strand crust and support it against bulges to the top. In these cooling plates 53, cooling water is in a gap 4 between the cooling strand 2 and the cooling plates 53 pressed. The width of the gap 4 is 1 mm or less, and the cooling water pressure is set on the order of 0.5 to 2.5 atmospheres. The coolant is diverted from the gap 4 before the formation of steam, which undesirably hampers the cooling effect.

Um dem Wasser-Dampfgemisch einen ungehinderten Austritt zu gewährleisten, wird der gegenseitige Abstand dieser Platten genügend groß gewählt, wobei aber die Ausbauchungen berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise beträgt bei einem Brammenformat von 1500 X 250 mm die Länge einer Kühlplatte in Richtung der Strangachse 160 mm und der AbstandIn order to ensure an unhindered escape of the water-steam mixture, the mutual The distance between these plates is chosen to be sufficiently large, but the bulges must be taken into account. For example, with a slab format of 1500 X 250 mm, the length of a cooling plate is in Direction of the strand axis 160 mm and the distance

zwischen zwei Kühlplatten etwa 30 mm. Die in Stranglaufrichtung zuerst kommenden Zufuhrvorrichtungen für Kühlflüssigkeit werden so angeordnet, daß die Kühlflüssigkeit auch entgegen der Stranglaufrichtung nach kurzem Verweilen im Spalt über die zuerst kommende Kante der Kühlplatte fließen kann. Durch die Beschränkung des Verdampfens des Wassers wird auch erreicht, daß genügend Schmiermittel zwischen Strang- und Kühlplattenoberfläche vorhanden ist, da das Wasser neben einer kühlenden und wärmetragenden auch eine schmierende Funktion ausübt.between two cooling plates about 30 mm. The feed devices that come first in the strand running direction for cooling liquid are arranged in such a way that the cooling liquid also runs counter to the direction of travel of the strand after lingering briefly in the gap, it can flow over the edge of the cooling plate that comes first. Through The restriction of evaporation of the water is also achieved that there is enough lubricant between Strand and cooling plate surface is available, as the water is next to a cooling and heat-bearing also has a lubricating function.

Die Wirkung der Kühlplatten 53 und der Sprühkühlung 54 wird so eingestellt, daß die Strangoberseite und die Strangunterseite gleichmäßig gekühlt werden.The effect of the cooling plates 53 and the spray cooling 54 is adjusted so that the strand top and the underside of the strand is evenly cooled.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for cooling an approximately horizontally moving strand in the secondary cooling zone a continuous casting plant, with at least one cooling plate assigned to the strand to be cooled is, cooling water is pressed into a gap between the strand to be cooled and the cooling plate and the coolant is drained from the gap, characterized in that the top of the strand under the cooling plates and the bottom of the strand by means of Spray water can be cooled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure of the between the cooling plate and line of cooling water to be injected in the order of 0.5 to 2.5 atmospheres will.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a gap width of 1 mm and is used less.

4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that on the top of the strand (2) cooling plates (S3) and on the bottom of the strand (2) spray cooling devices (54) are arranged.