DE1939764A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kuehlen von Giessstraengen aus Metall,insbesondere aus Stahl - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Gießsträngen aus Metall, insbesondere aus Stahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zu dessen Ausübung besonders günstige Vorrichtung zum Kühlen von Gießsträngen aus Metall, insbesondere aus Stahl, die nach dem Austreten aus der Durchlaufgießform an von außen gekühlten Metallplatten vorbeigeführt und gestützt werden, wobei aus Durchlässen Kühlmittel zwischen Strangoberfläche und die Metallplatten fließt.
• Das Kühlen bzw. Stützen von im Strang gegossenen Metallen ist besonders unterhalb der Durchlaufgießform wichtig, da der aus der Durchlaufgießform austretende Strang eine verhältnismäßig dünne erstarrte Schale aufweist und dadurch leicht zu Aufbauchungen oder sogar zu Durchbrüchen neigt.
• Die Gefahr wird umso größer, je höher die Gießgeschwindigkeit wird. Um ein schnelleres Schalenwachstum zu erreichen, bzw. um ein Aufheizen der Strangschale von innen zu verhindern, muß der Strang unterhalb der Durchlaufgießform sekundär gekühlt und gleichzeitg gestützt werden.
• In einer Vielzahl von Fällen praktisch arbeitender Stranggießvorrichtungen besteht die Methode des Kühlens lediglich darin, aus Düsen austretende Kühlmittelstrahlen auf die Strangoberfläche zu richten und folglich eine Vielahl solcher Düsenstrahlen anzuwenden. Vorrichtungatechnisch ist es hierzu bekannt, unterhalb der Durchlaufgießform auf einer Länge von ca. 2,5 m auf den Breitseiten des Stranges Rollen mit möglichst engen Abständen anzubringen. Diese Rollen dienen der Stützung. Eine oder zwei dieser Rollen können auch an der Durchlaufgießform selbst befestigt sein, während die anderen in einer festen Stahlkonstruktion, dem Stützwalzengerüst gelagert sind. Zwischen diesen Rollen sind über die ganze Knüppel- bzw. Brammenbreite die erwähnten Spritzdüsen angeordnet. Diese Spritzdüsenreihen bilden auf der Länge von 2,5 m zwei getrennte Kühlzonen. Die erste Kühlzone besteht aus zwei Spritzdüsenreihen, die zwischen Durchlaufgießform und erster und zweiter Stützrolle angeordnet sind. Um dem Strang eine möglichst große Wärmemenge zu entziehen, sind die Düsen mit einem hohen spezifischen Kühlmitteldurchsatz ausgestattet. Die zweite Kühlzone enthält ebenfalls mehrere Spritzdüsenreihen, beginnend zwischen der zweiten und dritten Rolle, jedoch bewirken diese SpTltzdüsen eine kleinere spezifische Wasserbeaufschlagung.
• Gemäß einer zweiten, bekannten Kühlmethode verzichtet man auf die hinter der Durchlaufgießform in Stranglaufrichtung angeordneten Stützrollen und Düsenreihen. Unterhalb der Durchlaufgießform liegen daher auf einer Länge von 2,5 m mehrere Metallplatten, sogenannte Kühlschuhe, die den Strang an den Seiten seiner Querschnittsform stützen. Diese Metallplatten bilden abgeschlossene Kühlkästen mit einem bestimmten System der Metallplattenanordnung, um diese selbst zu kühlen und außerdem zusätzlich Kühlmittel an den Strang zu bringen. Durch den an die Metallplatte anschließenden Wasserkasten wird Kühlmittel mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit geschickt und kühlt somit die Metallplatte, die aus einem Metall von hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. Über diesem Wasserkasten ist ein zweiter Wasserkasten angeordnet.
• Die Metallplatte ist durch mehrere Bolzen mit Bohrungen mit dem oberen Wasserkasten verbunden. Hierdurch ist es möglich, daß das Wasser vom oberen Wasserkasten durch die Bohrungen in den Bolzen und der Metallplatte zwischen Strang und Platte fließt und hierdurch einen Kühleffekt hervorruft. Wie ähnliche Verfahren leidet auch das vorstehende unter den Folgen des Leidenfrost'chen Phänomens. Danach ent-steht Wasserdampf, des-.sen Wärmeleiteigenschaft bekanntlich sehr gering ist.
• Der Wasserdampf isoliert deshalb im wesentlichen und übt nur insoweit einen Wärmeentzug aus, als Wärme verbraucht wird, um das zugeführte Wasser in Dampf zu verwandeln.
• Gemäß der bekannten Lösung sucht sich demnach das Wasser-Dampfgemisch auf Grund des geringen Spaltes zwischen Strang und Platte, hervorgerufen durch die-rauhe Oberfläche des Stranges, einen Weg nach außen. Dem wirkt jedoch der ferrostatische Druck des im inneren noch flüssigen Stranges entgegen, der versucht, die Stranghaut an die Kühlplatten anzulegen. Damit wechseln die Wege, die dem Dampf zum Entweichen zur Verfügung stehen best:ändig. Ebenso sind die Wassermengen unterschiedlich, da je nach Anliegen des Stranges an der Kühlplatte unterschiedliche Durchflußquersehnitte für Wasser oder Dampf zur Verfügung stehen. Aus diesen Gründen ist eine kontrollierte und gleichmäßige Kühlung des Gießstranges nicht gegeben. Vielmehr beinhaltet der bekannte Vorschlag insbesondere eine ungleichmäßige und unzureichende Kühlung. Dieser Umstand ist unter anderem dadurch verursacht, daß die Bohrungen in der Metallplatte auf der Strangseite mit Ansenkungen ausgestattet sind. Es ist einleuchtend, daß sich Zunder vom gleitend-en Strang in diese Ansenkungen ablagert oder an anderer Stelle zum Beispiel zwischen der Metallplatte und dem Strang, wo sich keine Ansenkungen der Bohrungen befinden festsetzt, und so nicht nur die beabsichtigten Abfuhrkanäle für den Dampf bzw. das Wasser-Dampfgemisch zusetzt, sondern auch noch zu Beschädigungen des Stranges bzw. zur Rißbildung an dessen Oberfläche Anlaß gibt.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine bessere Methode des Leitens von Kühlmitteln über die Strangseiten zu schaffen, um zum einen die Dampfbildung besser zu unterbinden und zum anderen sich vom Strang lösenden Zunder leichter entfernen zu können. Es soll demnach die Voraussetzung für einen kontinuierlichen Kühlmittelstrom geschaffen werden, der als Grundlage für ein kontrolliertes Kühlen des Stranges zu betrachten ist.
• Die Beseitigung der aufgezeigten Schwierigkeiten gelingt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß KühlBittel zwischen der Strangoberfläche und in den Metallplatten gebildeten Kanälen divergierend von der Strangmitte nach außen unter Verzicht eines Abschließens an den Strangkanten geleitet wird. Mit einer derartigen Kühlmittelführung erreicht man, daß die Verweilzeit, des mit einer bestimmten Gießgeschwindigkeit wandernden Stranges, im Bereich der Kanäle sehr klein ist und dadurch die Kühlung nicht so intensiv werden kann, daß eine Rißbildung befürchtet werden muß. Im Einklang mit diesem Vorzug steht der Vorteil einer total unterbundenen Dampfbildung, soweit diese bisher als Isolierung wirkte. Etwa noch auftretende Dampfbildung wirkt deshalb nicht mehr störend, weil das nachfolgende Kühlwasser den Dampf nach außen abdrückt. Insbesondere wird aber auch der bisher unüberwindliche Nachteil der Abfuhr von Splitterteilchen gefördert, so daß ganz allgemein der Strang besser zu gleiten vermag, weil alle Strömungshindernisse beseitigt werden können. Auf dem Weges Stranges von einem Kanal zum nächsten tritt ein Egalisieren der Strangoberflächentemperatur auf. Die Kühlung ist daher kontrolliert möglich und kann über die gesamte Strangbreite besser beherrscht werden.
• In Ausgestaltung dieses Grundgedankens der Erfindung ist vorgesehen, daß das Kühlmittel unter Ausnutzung eines durch gekurvte Kanalformen hervorgerufenen Strömungswiderstandes mit erhöhtem Druck durchgepumpt wird. Je nach den Erfordernissen der Kühlung, d.h. der abzuführenden Wärmemengen, insbesondere bei großen Strangbreiten,tritt eine gewisse Spülwirkung hinzu, die die Zunderteile besonders leicht abführen läßt. Ein besonderer Vorteil ergibt sich beim Horizontalgießen, wobei insbesondere der Gleitwiderstand des Stranges vermindert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann demnach vorteilhaft sowohl bei Senkrecht-Gießanlagen, Bogengießanlagen und bei Horizontalgießanlagen Anwendung finden.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform derart vorgesehen, daß an einzelnen oder mehreren Strangseiten Metallplatten zur Stützung des Stranges mit jeweils einer Schar von Nuten vorgesehen sind, die ausgehend von innerhalb der Plattenfläche angeordneten Kühlmittelzuflüssen zum Rand der Platte hin verlaufen. In der dem Strang zugekehrten Seite der Kühl- und Stützmetallplatte, die aus einem gut leitenden Material besteht, sind demnach mehrere Nuten eingearbeitet, die je nach den Stangabmessungen und der abzuführenden Wärme unter mehr oder weniger großen Abständen untereinanderverlaufen. Jede einzelne Nute ist durch eine oder mehrere Bohrungen mit einem separaten Wasserkasten verbunden. Durch den Druck im Wasserkasteibzw. durch die Breite der Nuten kann die Wassermenge bzw. die Wassergeschwindigkeit in den Nuten beeinflußt und dadurch ebenfalls stärkere oder schwächere Kühlung, je nach Empfindlichkeit der Stahlqualität, erreicht werden.
• Bei der weiteren Erfindung ist vorgesehen, daß die Nuten symmetrisch zur Stranglängsachse verlaufen. Damit löst sich das Kühlprobem von besonders breiten Strängen auf Grund einer einfachen Grundkonzeption. Der in der Strangmitte gelegene Bereich ist bei der Anwendung von den sogenannten Gleitschuhen besonders schwierig zu kühlen. Im vorliegenden Fall jedoch kann eine Aufteilung der Kühlmittelströme jeweils von der Mitte nach links und rechts vorgesehen werden.
• Erfinderisch ist ferner, daß die Nuten unter einem spitzen Winkel zur Strangauslaufrichtung mit oder ohne Richtungsumkehr verlaufen. Eine zu intensive Kühlung könnte, wie bereits erwähnt, Risse auf der Strangoberfläche verursachen. Durch die unter spitzem Winkel angeordneten Nuten und durch die Breite der Nuten wird erreicht, daß Zunderteile seitlich abgedrängt werden und nicht versuchen in Stranglaufrichtung zu wandern. Von besonderem Wert erweist sich dabei, daß der etwa dennoch entstehende Wasserdampr,dessen Volumen ein Vielfaches des Wasservolumens einnimmt, ohne weiteres durch die offenen Nuten abströmt, so daß das Nachströmen von Kühlmittel ohne Staudruck kontrolliert erfolgen kann.
• Die Erfindung umfaßt außerdem die Maßnahme, daß die Nuten mit gleichbleibendem Querschnitt oder in Austrittsrichtung sich veränderndem Querschnitt ausgeführt sind. Da das Wärmeprofil des Gießquerschnittes bekannt ist, läßt sich bei der Konstruktion der Kühlplatten im voraus bestimmen, für welchen Zeitabschnitt der Aufenthalt einer bestimmten Kühlmittelmenge vorgesehen werden muß, um eine bestimmte Wärmeabfuhr an der betreffenden Stelle zu erreichen.
• Die Intensität der Kühlung kann auch dadurch beeinfluß werden, daß erfindungsgemäß mehrere Kühlmittelzuflüsse innerhalb des Nutenverlaufes vorgesehen sind. Insbesondere wenn die Nutenbreite einen entsprechenden Querschnitt umfaßt, ist es zweckmäßig, mehrere Kühlmittelzuflüsse vorzusehen, um die geforderte Kühlmittelmenge bereitstellen zu können.
• Die bereits erwähnten Grundsätze können nunmehr derart Anwendung finden, um unterschiedliche Strangquerschnittsformen zu berücksichtigen. Dazu empfiehlt die Erfindung, daß jeder Strang-Querschnittsseite eines polygonalen Gießprofiles eine mit den Kühlkanälen ausgestattete Metallplatte zugeordnet ist. Je nach der abzuführenden Wärme lassen sich demnach unterschiedliche Kühlkanal-Anordnungen treffen, um die Wärmeabfuhr einer breiten oder einer längeren Strangquerschnittsseite zu erfassen.
• Die Erfindung kann insbesondere auch vorteilhaft bei Problemen hoher Reibung bzw. des Transportes im Inneren weitestgehend flüssiger Gießstränge Anwendung finden. Die mit den Kühlkanälen ausgestatteten Metallplatten sind demnach in einer Horizontalgießvorrichtung unter Hochdruck des Kühlmittels anwendbar, wenn eine geringe Reibung beim Transport des Stranges erwünscht ist unter gleichzeitiger Kühlung und Stützung des im Inneren noch flüssigen und deshalb wenig beanspruchungsfähigen Gießstranges.
• Das in den Kühlkanälen fließende Kühlmittel besteht entweder aus Wasser, einem Wasser-Luftgemisch oder aus einem die Strangoberfläche nicht beeinflussenden Gas.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert: Fig. 1 bildet einen Querschnitt durch den Gießstrang mit Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Fig. 2 ist ein Schnitt entsprechend den Schnittangaben II-II aus Figur 1.
• Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch Figur 1 entsprechend der Schnittangabe III-III in Figur 1 dar.
• Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung an einem Bogengießstrang, Fig. 5 hingegen erläutert die Anwendung der Erfindung bei einem horizontalen Gießstrang.
• Gemäß Figur 1 besitzt der Gießstrang 1 den Querschnitt einer Bramme. Solche Brammenquerschnitte reichen beispielsweise bis zu Dicken von 30 bis 40 cm und bis zu Breiten von über 2 m. Dementsprechend ist die abzuführende Wärmemenge pro Zeiteinheit sehr hoch, wobei so gekühlt werden muß, daß ein metallurgisch günstiger Gefügeaufbau,d.h. eine nach bestimmten Gesetzen ablaufende Kristallbildung eintritt.
• Gemäß den Figuren 4 und 5 tritt ein solcher Gießstrang 1 aus der Durchlaufgießform 2 aus und durchläuft eine Vielzahl von Kühlkästen 3, wie einer in den Figuren 1 bis 3 näher dargestellt ist.
• Für die Anordnung der Kühlkästen 3 ist lediglich zu beachten, daß der Abstand zwischen Durchlaufgießform 2 und dem ersten Kühlkasten 3 möglichst klein gehalten werden muß, jedoch so groß zu sein hat, daß die oszillierende Durchlaufgießform nicht mit dem Kühlkasten 3 in Berührung kommt. Die Kühlkästen 3 sind in Stranglaufrichtung unverstellbar, hingegen quer zur Stranglaufrichtung, zwecks Einstellung auf die jeweiligen Strangabmessungen einstellbar.
• Gemäß Figur 1 weist der Kühlkasten 3 jeweils einen besonderen Aufbau auf. Als Kühl- und Stützplatte fungiert dabei die Metallplatte 4. Diese ist gehalten von Seitenplatten 5 bzw. 6.
• Zusammen mit den Bodenplatten 7 bzw. 8 entsteht somit ein geschlossener Kasten mit zwei getrennten Räumen 9 bzw. 10.
• Durch den Raum 9 wird dabei Kühlmittel 11 geleitet, das durch ein Rohr 12 fließt, welches den Raum 10 durchdringt und in den beiden Bodenplatten 7 und 8 befestigt ist. Die Metallplatte 4 sowie die Bodenplatten 7 und 8 sind über die Stehbolzen 13 miteinander fest verschraubt, wobei an den Seitenplatten 5 und 6 Dichtungen 14 eingelegt werden. Das Kühlmittel 11 kühlt somit sowohl die Bodenplatte 7 als auch die Metallplatte 4. Der aus den Seitenplatten 5 und 6, den Bodenplatten 7 und 8 und der Metallplatte 4 gebildete Kühlkasten 3 besitzt außerdem beidseitig an den Seitenplatten 5 und 6 vorgesehene Befestigungsstücke 15 und 16. Die Befestigungsstücke 15 bzw. 16 sind der Einfachheit halber auf die Seitenplatten 5 und 6 aufgeschweißt. Sie besitzen außerdem Bohrungen 17 und liegen mit ihren Stirnflächen an Anschlußstücken 18 des weiter nicht dargestellten Sttzgerüstes.
• Die Befestigung des gesamten Kühlkastens, der an der Strangoberseite 19 in gleicher Bauart vorgesehen ist, erfolgt über lange Schrauben 20 und Zwischenstücke 21, die in größerer Zahl vorgesehen sind, so daß durch Hinzufügung oder Wegnahme jeweils bestimmte Strangdicken des Gießstranges 1 eingestellt werden können.
• Wie aus Figur 2 hervorgeht, besitzen die Kühlkästen 3 vordere und hintere Abschlußlatten 22 und 23, wobei wiederum ähnlich zur Bodenplatte 7 eine Zwischenplatte 24 vorgesehen ist (Figur 3), die einen zusätzlichen Kühlmittelraum 25 bildet.
• Während das Rohr 12 den Raum 9 mit Kühlmittel 11 versorgt, fließt weiter Kühlmittel durch ein anderes Rohr 26 und den Kühlmittelraum 25 durch ein weiteres Rohr 27 in die Nuten 28 der Metallplatte 4. Es sind demnach, was ein besonderen Vorteil der Erfindung darstellt, zwei getrennte Kühlkreisläufe vorhanden, wobei der eine lediglich dazu dient, die Metallplatte 4 von außen zu kühlen, währenddem der zweite Kühlkreislauf über die Rohre 26 und 27 bzw. den Zwischenraum 25 dazu dient, das direkte Beaufschlagen des Gießstranges 1 mit -Kühlmittel 11 zu bewirken.
• Die Wirkung der rfindungsgemäßen Kühlmethode ist nunmehr folgende: Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Gießstrang 1, wie erwähnt, aus einem Brammenquerschnitt. Demzufolge sind insbesondere die Strangseiten 29 und 30 zu kühlen. Zu diesem Zweck befinden sich die Nuten 28 innerhalb der Fläche 31, der Metallplatte 4.Die Rohre 27 bilden nunmehr die Kühlmittelzuflüsse 32, welche ebenfalls innerhalb der Fläche 31 liegen. Die Nuten 28 jedoch verlaufen zum Rand 33 bzw. 34 der Metallplatte 4. Die Nuten28 verlaufen dabei symmetrisch zur Stranglängsachse 35. Zu diesen Achsen bilden die Nuten 28 einen spitzen Winkel, wobei jedoch auch eine Richtungsumkehr erfolgen kann, so daß beispielsweise das Kühlmittel entgegen der Pfeilrichtung 36 zurückläuft und erst in der benachbarten Nute wieder den Plattenrand 34 erreicht.
• Der Verlauf der Nuten 28 kann zusätzlich zu den aufgezeigten Vorschlägen in Kurven, Winkeln oder dergleichen erfolgen, ohne daß dabei von dem Merkmal abgelassen wird, indem kein Verschluß des Nutenaustritts 37 (Figur 2) vorgesehen wird.
• Die Kühlkästen 3 können nicht nur an den Strangseiten 29 und 30 vorgesehen werden, sondern je nach Strangquerschnittsform auch an den übrigen Seiten 38 und 39. Ebenso ist es möglich, anstelle des Kühlmittels Wasser auch gasfomrige Kühlmittel einzusetzen, wie des gemäß der Erfindung bereits erläutert wurde.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Kühlen von Gießsträngen aus Metall, insbesondere aus Stahl, die nach dem Austreten aus der Durchlaufgießform an von außen gekühlten Metallplatten vorbeigeführt und gestützt werden, wobei aus Durchlässen Kühlmittel zwischen Strangoberfläche und Metallplatten fließt, dadurch gekennzeichnet daß Kühlmittel zwischen Strangoberfläche und in den Metallplatten gebildeten Kanälen divergierend von der Strangmitte nach außen unter Verzicht eines Abschließens an den Strangkanten geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel unter Ausnutzung eines durch gekurvte Kanalform hervorgerufenen Strömungswiderstandes mit erhöhtem Druck durchgepumpt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einzelnen oder mehreren Strangseiten (29,30) Metallplatten (4) zur Stützung des Stranges (1) mit jeweils einer Schar von Nuten (28) vorgesehen sind, die ausgehend von innerhalb der Plattenfläche (31) angeordneten Kühlmittelzuflüssen (32) zum Rand (33 bzw. 34) der Platten (4) hin verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (28) symmetrisch zur Stranglängsachse (35) verlaufen..

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und Lt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (28) unter einem spitzen Winkel zur Strangauslaufrichtung (35) mit oder ohne Richtungsumkehr verlaufen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekenn-zeichnet, daß die Nuten (28) mit gleichbleibendem Querschnitt oder in Austrittsrichtung (36) sich veränderndem Querschnitt ausgeführt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kühlmittelzuflüsse (32) innerhalb des Nutenverlaufes vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strang-Querschnittsseite (29, 30, 38, 39) eines polygonalen Gießprofils eine mit den Kühlkanälen (28) ausgestatt~ete Metallplatte (4) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Kühlkanälen (28) ausgestatteten Metallplatten (4)'5n einer Horizontalgießvorrichtung unter Hochdruck des Kühlmittels (11) anwendbar sind.

10.Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kühlkanälen (9, 25, 28) fließende Kühlmittel (11) entweder aus Wasser, einem Wasser-Luftgemisch oder aus einem die Strangoberflächenicht beeinflussenden Gas besteht.