DE1783125C - Verfahren und Einrichtung zum Kuhlen eines etwa horizontal bewegten Stranges in der Sekundarkuhlzone einer Stranggießanlage Ausscheidung aus 1508796 - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühien 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.

Das Kühlen des Stranges beim Stranggießen ist von großer Bedeutung, da sowohl die Leistung der Anlage als auch die Qualität des Materials weitgehend vorn Kühlverfahren abhängig sind.

Zur Sekundärkühlung von Strängen, beispielsweise von Stahlslrängen, sind Sprühwasserkühlungen bekannt. Solche Sprühwasserkühlungen bevähren sich gut bei Senkrechtanlagen und bei solchen Bogenanlagen, bei welchen der Strang bis zum Eintritt in die horizontale Lage größtenteils erstarrt ist.

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.

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 komir.cnden 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 bekannten

Nachteile wie Risse, Verlagerung der Zentrumsporosität entstehen.

Es ist eine Vorrichtung bekannt (österreichische Patentschiift 210 076), nach welcher der Strang von einer Mehrzahl von wasserdurchflossenen Gitterstä-

X5 ben 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

ao teils eine indirekte Kühlung durch die gekühlten Stäbe und teils nne direkte Kühlung durch das Kühlmedium zwischen den Stäben. Die als indirekte Kühlung wirksame Kühlleistung ist wegen der unebenen Strangoberfläche beschränkt, und die als direkte Kühlung

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 Dampfschicht eindringen könnte. Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung solcher Gitterstäbe in ein^r 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.

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 des-

•J5 halb die Kühiwirkung 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.

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.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Oberseite des Stranges unter den Kühlplatten und die Unterseite des Stranges mittels Sprühwassergekühlt werden.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Stranges Kühiplatten und auf der Unterseite des Stranges bprühkühlvorrichtungen angeordnet sind.

Mit Hilfe dieses Verfahrens und dieser Einrichtung kann die Kühlleistung auf der Strangoberseite derjenigen der Strangunterseite angepaßt und somit auf beiden Seiten eines elwa horizontal bewegten Stranges eine gleichmäßige und gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich höhere Kühlleistung erreicht werden. ^

Der Kühlwasserdruck wird in Abhängigkeit von rcn Gießverhältnissen, wie Qualität des zu vergießenden Metalls, Gießgeschwindigkeit, Spaltbreite, Rauhigkeit usw. eingestellt, wodurch die geeignete Turbu- ' !enz im Spalt, die durch den Verlust der Strömungsge- ao schwindigkeit infolge Reibung entsteht, erzeugt wird. Nach einem Merkmal der Erfindung wird der Druck Jcs zwischen Kühlplatte und Strang einzudrückenden Kühlwassers in der Größenordnung von 0,5 bis :.5atü eingestellt. Damit wird durch das Eindringen .!.:s Kühlmittels in die durch das Leidenfrost'sche 'hänomen bedingte Dampfschicht dem Dampf mehri.ciilich durch Konvektion die gewünschte Wärme entzogen. Durch Messen der Oberflächentemperatur und Untersuchung der Metallqualität wird festgestellt, oh die gewünschte Kühlung erreicht worden ist.

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 Wärmetransport vird durch eine zusätzliche Kühlung der Platte unterstützt.

Für die wirklichen Vorgänge im Spalt sollen die obenerwähnten, durch die Turbulenz erzeugten Bewegungen der Kühlmirtelteilchen nur eine symbolische Erklärung darstellen. In der Praxis stellt die Summe dieser Kühlmittelteilciien das Kühlmittel dar.

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 I 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.

Es hat sich gezeigt, daß bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Vf.;fahrens 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.

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 eine Länge von maximal 300 mm auf. Dadurch wird das Wasser-Dampfgemisch aus dem Spalt entfernt, bevor durch eine unerwünschte Dampfbildung ü.^jr Wärmefluß zwischen Strangoberfläche und den Kühiplatten maßgebend beeinträchtigt wird. Dabei unterstützt der sich bewegende Strang die Ausförderung des Wasser-Dampfgemisches.

Die Zeit bis zu einer unerwünschten Dampfbildung im Spalt ist abhängig von der Wärmeabgabe des Kühlmittels im Spalt an die Kühiplatten. Die abgeführte Wärmemenge ist aber weiter abhängig von der Wärmeleitfähigkeit dieser Platten. In Zonen mit hohem Wärmeinhalt der erstarrten Randzone des Stranges können die Kühiplatten aus einem Werkstoff höherer Wärmtieitfähigkeit bestehen als in den anderen Zonen.

Die Erfindung geht aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor.

Die Figur zeigt eine Bogenstranggießanlage, bei der in der horizontalen Strangführung das erfindungsgemäße Kühlverfahren angewendet wird.

In einer Kokille 40 bildet sich ein teilweise erstarrter Strang 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 Sprünkühlung gekühlt.

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, •jr.d 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 stützen sie gegen Ausbauchungen na"h 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 I mm oder weniger, und der Kühlwasserdruck wird in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 atii eingestellt. Das Kühlmittel wird vor einer die Kühlwirkung unerwünscht behindernden Dampfbildung aus dem Spalt4 abgeleitet.

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 Abstand

zwischen zwei Kühlplattcn 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 Verdampfcns des Wassers wird auch erreicht, daß genügend Schmiermittel zwischen Strang- und Kühlplattcnobcrflächc vorhanden ist, da das Wasser neben einer kühlenden und wärmetragenden auch eine schmierende Funktion ausübt.

Die Wirkung der Kühlplatten 53 und der Sprühkühlung 54 wird so eingestellt, daß die Strangoberseite und die Strangunterseite gleichmäßig gekühlt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Stranges unter den Kühlplatten und die Unterseite des Stranges mittels Sprühwasser gekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zwischen Kühlplatte unc Strang einzudrückenden Kühlwassers in der Größenordnung von 0,5 bis 2,5 atü eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sine Spaltbreite von 1 mm und weniger verwendet wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Stranges (2) Kühlplatten (53) und auf der Unterseite des Stranges (2) Sprühkühlvorrichtungen (54) angeordnet sinü.