DE19629632A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen der Gießkokille für ein Gießrad zum kontinuierlichen Gießen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung an Stranggießmaschinen mit Gießrad und einem das Gießrad teilweise überdeckenden Band sowie Einrichtungen bei denen hohe Wärmeströme gut regelbar abgeführt werden müssen.

Für die kontinuierliche Verarbeitung von Metallen und ihren -legierungen wird aus ökonomischen und technischen Gründen aus der Schmelze ein Gießstrang oder -band gefertigt und anschließend kontinuierlich auf entsprechenden Anlagen als Draht, Profil oder Barren weiterverarbeitet. Aus diesem Grund ist es erforderlich, zur Qualitätssicherung (Gefügestruktur, gleichmäßige Verteilung der Korngrößen über den gesamten Querschnitt) das Schmelzgut, durch vorgegebene Parameter besonders bei kontinuierlichen Stranggießverfahren, in möglichst kurzer Zeit auf eine vorgeschriebene Temperatur abzukühlen. Zu diesem Zweck werden Gießverfahren mit rotierend arbeitenden Kokillen, Band- und Drahtgießverfahren eingesetzt. Als besonders wirtschaftliches Verfahren eignet sich eine als Rad ausgebildete Kokille, die mit umlaufend eingearbeiteter Gießnut mit bestimmter Form und Größe versehen ist und welche mittels eines Abdeckbandes teilweise verschlossen wird. Die Schwierigkeit bei all diesen Verfahren besteht in der Steuerung des Kühlvorganges, um die geforderten Parameter, wie bereits beschrieben, bei höheren Gießgeschwindigkeiten einzuhalten.

Nach dem Stand der Technik kommen folgende Verfahrensweisen und konstruktiven Besonderheiten zur Anwendung. Insbesondere bei der Verwendung einer Kokille auf einem Gießrad, welche mittels eines Metallbandes teilweise verschlossen wird, erfolgt der Kühlprozeß über in dem Gießrad verlaufende Kühlkanäle, welche durch eine im Gießrad feststehende Leiteinrichtung mit Kühlmittel versorgt werden.

Eine andere Kühlmöglichkeit besteht in der festen Anordnung von Sprühdüsen, welche innen und/oder außen bzw. auch beidseitig um das Gießrad angeordnet sind und durch die eine entsprechende Durchflußmengenregelung den Kühlvorgang beeinflußt.

Das Gießrad und das Metallband werden zur Zeit mit einer aus Düsen- bzw. mit einer aus Kühlkanälen bestehenden Vorrichtung gekühlt, wobei die Kühlvorrichtung vorzugsweise (Rückkühlung der Kokille) in dem Bereich angeordnet ist, indem sich die Umwandlungszone vom flüssigen zum festen Zustand befindet. Zur Steuerung des Kühlprozesses werden in diesem Fall dem Prozeß angepaßte Düsensysteme bzw. Kanäle installiert. Diese sind nur im Stillstand der Gießmaschine austauschbar. Zur besseren gezielten Kühlung sind teilweise zusätzlich Sprühdüsen vorhanden, welche die Seiten der Gießkokille kühlen.

Diese Art der Kühlung hat folgende Nachteile. Eine von der Gießgeschwindigkeit abhängende Kühlung läßt sich nur bis zu einem bestimmten Grad einhalten, weil die Dampfblasenbildung an den Kühlflächen der Kokille und die sich bildende thermische Sperrschicht den Kühleffekt auf Grund der damit verbundenen schlechteren Wärmeleitfähigkeit verhindert. Eine Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes und deren Auftreffgeschwindigkeit bewirken keine wesentliche Verbesserung der Kühlung. Diese Nachteile haben zur Folge, daß eine Erhöhung der Gießgeschwindigkeit und somit des Produktionsdurchsatzes trotz Erhöhung der Kühlmittelmenge, ohne die Qualität und das Endprodukt negativ zu beeinflussen, nicht möglich ist.

Da die Strömungsgeschwindigkeit zwischen Kühlmittel und Kühlflächen für das Kühlverhalten eine entscheidende Rolle spielt und diese sich bisher nur mit Hilfe des Kühlmittelzuführdruckes zu den Düsen und der Kühlmittelmenge steuern ließ, waren Systeme mit beachtlichen Abmessungen und hohem technischen Aufwand erforderlich. Deshalb sind aus ökonomischer Sicht Kühlsysteme mit geringerem Kühlmitteldurchsatz und wesentlich verbesserter Kühlwirkung günstiger.

Die zur Zeit verwendeten technischen Lösungen erfordern einen erhöhten Montage-, Demontage- und Justieraufwand, z. B. beim Zusetzen bzw. Verstopfen von Düsen und deren Durchflußregelung durch verunreinigtes Kühlmittel.

Als besonders kritisch während eines Havariefalles, wenn das Abdeckband ein Austreten des flüssigen Metalls nicht verhindern kann, ist das Zusammentreffen von Kühlmittel mit der Schmelze besonders bei der Seitenkühlung, was zu unerwünschten Reaktionen führt (Explosionsgefahr). Dieses bildet ein besonderes Gefahrenpotential für das Bedienpersonal und die Anlage.

Die Kühlung der Kokille mittels fest einstellbarer oder regelbarer Düsen erhöht den technologischen Aufwand und verteuert die Anlage.

Bei dem Einsatz von Düsensystemen nimmt die Kühlmittelgeschwindigkeit vom Austritt aus der Düse bis zur Kühlfläche ab. Ebenso wird durch eventuell hervorstehende Befestigungselemente und Bauteile des Kokilleträgers ein gleichmäßiges Auftreffen des Kühlmittels verhindert und durch seine Strömungsverhältnisse negativ beeinflußt. Eine nach dem bisherigen Verfahren gekühlte Oberfläche wird durch Dampfblasenbildung und der damit verbundenen Ausscheidung von Kalk und anderen Mineralien sowie Verzunderung der Oberfläche, ein immer schlechter werdendes Kühlverhalten aufweisen. Folglich kann davon ausgegangen werden, daß eine gewünschte Abkühlungsfunktion über die benötigte Kühlzone nicht in jedem Fall möglich ist. Damit erfolgt gleichzeitig eine Veränderung der exakten Kühlzonenaufteilung für die Innenkühlung.

Das Besondere der Erfindung besteht in der Möglichkeit, das Kühlmittel unter erhöhtem Druck, zur Erhöhung des Siedepunktes, auf die Oberfläche wirken zu lassen. Damit werden die oben genannten Nachteile weitestgehend vermieden. Ein Betreiben der Anlage unterhalb des zulässigen Siedepunktes aber immer noch oberhalb des Siedepunktes unter atmosphärischen Druck istmöglich.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für Stranggießmaschinen der vorher erwähnten Art ist weiterhin auf die bereits bestehenden Stranggießanlagen mit rotierend arbeitender Gießkokille anpaßbar.

Diese Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung an einer Stranggießmaschine mit Gießrad und Abdeckband gelöst, wobei die Kühlvorrichtung auf die gesamte Innenkühlfläche einschließlich Kokillenseitenkühlflächen wirkt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem statischen Kühlmittelzuführdruck noch ein dynamisch durch zentrifugale Kräfte erzeugter Kühlmitteldruck wirkt. Durch die besondere Gestaltung des Kühlsystems wird eine Zwangsführung und eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels innerhalb des gesamten Kühlsystems der Kokille gewährleistet.

Die zusätzliche dynamische Druckerhöhung wird durch das innerhalb des Gießrades befindliche Kühlrad und seiner regelbaren Drehzahl gegenüber der Gießkokille erreicht. Ein automatisches oder fremdgeregeltes Verstellsystem zur Regulierung der Abströmmengen des Kühlmittels kann auf die Steuerung des Kühlprozesses Einfluß nehmen.

Folgende negative Erscheinungsformen bei der Kühlung solcher bisherigen Anlagen werden gemindert bzw. ganz beseitigt.

Flächen, die eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes des verwendeten Kühlmittels haben, bilden eine Dampfhaut, welche einen hohen Isoliereffekt darstellt.

Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und der erhöhte Kühlmitteldruck bewirken, daß es unter diesen Bedingungen zu einer geringeren bzw. gar keiner Dampfblasen- oder Dampfhautbildung kommt. Mögliche kleine auftretende Dampfblasen werden auf Grund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit losgerissen und aus dem System abgeführt, was wiederum den Kühleffekt besonders verbessert und damit die Durchsatzgeschwindigkeit der gesamten Anlage steigert.

Besonderheiten und Vorteile der Erfindung sind deutlicher dem Beispiel einer möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kühlvorrichtung zu entnehmen. In den beiliegenden Zeichnungen wird ein Beispiel zur Verdeutlichung dargestellt. In den Fig. 1 bis 3 wird gezeigt:

Fig. 1 schematische Seitenansicht des Gießrades im Schnitt;

Fig. 2 Darstellung des Kühlsystems mit einer möglichen Gießkokillenform in der Vorderansicht;

Fig. 3 Kühlmittelverteilung und -führung mit Ventilwirkung an der Gießkokille.

Die Fig. 1 bis 3 sind konstruktive Details einer möglichen Lösungsvariante.

Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt über die innere Hohlwelle 9, die Kühlradnabe 8, durch die Verbindungsrohre 7 in den Kühlring 6.

Das mit regelbarer Drehzahl drehende Kühlrad beschleunigt die Kühlmittelflüssigkeit, was zur Ausbildung einer entsprechenden Fliehkraft führt und somit zu der gewünschten Kühlmitteldruckerhöhung beiträgt. Der positive Nebeneffekt dieses Verfahrens beruht in dem Ansaugen neuer Kühlflüssigkeitsmengen und damit zur Entlastung bzw. Unterstützung der Förderpumpe.

Über am Umfang des Kühlringes 6 angebrachte Leitschaufeln 5 erfolgt eine Zwangsführung des Kühlmittels direkt bis an die zu kühlenden Flächen der Kokille. Folglich trifft das Kühlmittel mit einer sehr großen Geschwindigkeit auf die zu kühlende Oberfläche.

Um überhaupt einen erhöhten Druck aufbauen zu können, ist es erfindungsgemäß erforderlich, die seitliche Einfassung des Raumes zwischen der Kokille und dem Kühlrad mit Leit- und Ventilfunktionen auszubilden. Diese können aus elastischem Material oder aus federbelasteten- oder aus zwangsgesteuerten Leit- und Führungsvorrichtungen bestehen.

Durchgeführte Patentrecherche

Claims (1)

1. Die Kühlvorrichtung ist dadurch besonders gekennzeichnet, daß:

   • 1. der Kühlmitteldruck durch das Aufbringen einer Zentrifugalkraft erhöht wird.
   • 2. Die Kühlvorrichtung sich mit einer regelbaren Drehzahl innerhalb der Gießkokille bewegt.
   • 3. Das Kühlmittel durch Begrenzungsscheiben an der gesamten Innenkühlfläche der Kokille entlang geführt wird.
   • 4. Die Begrenzungsscheiben eine Drosselung des Kühlmittelstromes und ein Erhöhen des wirksamen Druckes bewirken, was zu einer Erhöhung des Siedepunktes des Kühlmittels führt.
   • 5. Im bzw. am Gießrad mit der Kühlvorrichtung Einrichtungen zur gezielten Durchflußmengendosierung eingebaut sein können, welche eine Kühlmitteldruckregelung entsprechend den Erstarrungserfordernissen ermöglichen.
   • 6. Die Kühlung über die Durchflußmenge des Kühlmittels, die Drehzahl und die Drehrichtung des Kühlrades regelbar ist.
   • 7. Durch Leitschaufeln, die am Umfang des Kühlringes angebracht sind, ein hohes Geschwindigkeitsgefälle zwischen Kühlmittel und Gießkokille erzeugt wird.