DE19629632C2 - Kühlvorrichtung für ein Gießrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Gießrad zum kontinuierlichen Gießen von Metallen oder Metallegierungen.

Für die kontinuierliche Verarbeitung von Metallen und Metallegierungen ist es allgemein bekannt, aus der Schmelze einen Gießstrang oder ein -band herzustellen und anschließend kontinuierlich auf entsprechenden Anlagen zu Draht, Profil oder Barren weiterzuverarbeiten. Zur Einhaltung der geforderten Qualität, wie z. B. der Gefügestruktur und der möglichst gleichmäßigen Verteilung der Korngrößen über den gesamten Quer­ schnitt, ist es erforderlich, das Schmelzgut durch vorgegebene Parameter, insbesondere beim kontinuierlichen Stranggießverfahren, in möglichst kurzer Zeit auf eine vorgeschriebene Temperatur abzukühlen. Zu diesem Zweck werden Gießverfahren mit rotierend arbeitenden Kokillen eingesetzt. Als eines der besonders wirtschaftlichen Verfahren eignet sich eine als Gießrad ausgebildete Kokille, die mit umlaufend eingearbeiteter Gießnut mit bestimmter Form und Größe versehen ist und mittels eines Abdeckbandes teilweise verschlossen wird. Die Ringkokille ist in seitlichen Scheiben des Gießrades befestigt, und eine der Scheiben ist als Antriebsscheibe für das Gießrad ausgebildet. Die Schwierigkeit bei all diesen Verfahren besteht in der Steuerung des Kühlvorganges, um die geforderte Qualität, vor allem bei höheren Gießgeschindigkeiten, einzuhalten.

Gemäß dem bekannten Stand der Technik kommen folgende Lösungen für den Kühl­ vorgang 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 am Gießrad feststehende Leiteinrichtung mit Kühlmittel versorgt werden (DD-PS 276 587). Eine andere, aus der Praxis bekannte Lösung zur Kühlung besteht in der festen Anordnung von Sprühdüsen, welche vorzugsweise innen und teilweise außen auch beidseitig um das Gießrad angeordnet sind und die durch eine entsprechende Durch­ flußmengenregelung den Kühlvorgang beeinflussen.

Aus der DE-AS 15 08 944 ist ein Gießrad bekannt, wobei der Gießstrang mit einer aus Düsen- bzw. aus Kühlkanälen bestehenden Vorrichtung gekühlt wird, und die Kühl­ vorrichtung vorzugsweise (Rückkühlung der Kokille) in dem Bereich angeordnet ist, in dem sich die Umwandlungszone vom flüssigen zum festen Zustand für die Schmelze 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 zusätzliche Sprühdüsen angeordnet, 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 Wärmeleit­ fähigkeit verhindern. Eine Erhöhung des Durchsatzes des Kühlmittels und dessen 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 Kühl­ verhalten eine entscheidende Rolle spielt, und diese bisher nur mit Hilfe des Kühlmittel­ zuführdruckes zu den Düsen und der Kühlmittelmenge gesteuert werden kann, sind Systeme mit großen Abmessungen und hohem technischen Aufwand erforderlich. Deshalb sind aus ökonomischer Sicht Kühlsysteme mit geringerem Kühlmitteldurchsatz und wesentlich verbesserter Kühlwirkung günstiger.

In der DE-OS 17 83 135 ist ein ähnliches Kühlsystem wie in der DE-AS 15 08 944 beschrieben, das einen Kühlmittelverteiler aufweist, der drehbar ausgebildet ist. Die Düsen des Kühlmittelverteilers werden mit Einlaßöffnungen in dem Stützelement in Deckung gebracht, um Kühlmittel in die Kühlkanäle zu spritzen. Der Kühlmittelverteiler steht mit einem Kühlmittelzuführrohr mit einem Ventil in Verbindung, das zum Regulieren des Kühlmittelstromes dient. Der Nachteil dieser Kühlvorrichtung besteht vor allem darin, daß auch bei unterschiedlichen Drehzahlen des Kühlmittelverteilers kein Druckaufbau an den Innenkühlflächen entsteht und keine optimalen Abkühleffekte erreicht werden. Die bekannten technischen Lösungen erfordern einen erhöhten Montage-, Demontage- und Justieraufwand, z. B. beim Zusetzen bzw. Verstopfen von Düsen und deren Durch­ flußregelung durch verunreinigtes Kühlmittel.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß während eines Havariefalles, wenn das Abdeck­ band ein Austreten des flüssigen Metalls nicht verhindern kann, durch das Zusammen­ treffen von Kühlmittel mit der Schmelze, insbesondere bei der Seitenkühlung, die Gefahr einer Explosion besteht. Dadurch kann eine besonders gefährliche Situation für das Bedienpersonal und die Anlage entstehen.

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

Beim Einsatz von Düsensystemen nimmt die Kühlmittelgeschwindigkeit vom Austritt aus der Düse bis zur Kühlfläche ab. Ebenso wird durch eventuell hervorstehende Befestigungselemente und Bauteile des Kokillenträgers ein gleichmäßiges Auftreffen des Kühlmittels verhindert und durch seine Strömungsverhältnisse negativ beeinflußt. Durch Dampfblasenbildung und der damit verbundenen Ausscheidung von Kalk und anderen Mineralien sowie Verzunderung der Oberfläche, kommt es zu einem immer schlechter werdenden Kühlverhalten. 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 der Ringkokille.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für ein Gießrad zum kontinuierlichen Gießen von Metallen oder Metallegierungen zu schaffen, mit der es möglich ist, den Kühlmitteldruck und damit die Kühlmittelgeschwindigkeit unabhängig von der Kühlmittelpumpe in relativ weiten Grenzen zu variieren und das Kühlmittel unter erhöhtem Druck gleichmäßig auf die Oberfläche der Kokille einwirken zu lassen, die sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet und mit geringem Aufwand an bereits vorhandene Gießräder anpaßbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Geeignete Ausgestaltungsvarianten sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Die Kühlvorrichtung besteht aus einem Kühlrad, das innerhalb des Gießrades angeordnet ist und mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Die Kühlwirkung ist durch die Durchflußmenge des Kühlmittels, die Drehzahl und die Drehrichtung des Kühlrades beeinflußbar. Infolge der vom Gießrad unabhängigen Drehzahl des Kühlrades, wirken während der Rotation des Kühlrades Zentrifugalkräfte, durch die der Kühlmitteldruck erhöht wird. Infolge des erhöhten Kühlmitteldruckes wird der Siedepunkt des Kühlmittels erniedrigt und dadurch die Bildung von Dampfblasen oder Dampfhäuten verringert oder sogar vermieden. Möglicherweise auftretende kleine Dampfblasen werden infolge der erhöhten Strömungs­ geschwindigkeit des Kühlmittels losgerissen und aus dem Kühlsystem abgeführt. Dies führt zu einer Verbesserung des Kühleffektes und damit zu einer Steigerung der Durch­ satzgeschwindigkeit der gesamten Anlage. Ein zusätzlicher positiver Nebeneffekt durch die wirkenden Zentrifugalkräfte besteht darin, daß ständig ohne weitere Hilfsmittel Kühl­ flüssigkeit angesaugt wird und dadurch die Förderpumpe für die Kühlflüssigkeit entlastet wird. Durch die Zentrifugalkräfte entsteht zusätzlich zu dem durch die Förderpumpe erzeugten statischen Kühlmittelzuführdruck noch ein dynamischer Kühlmitteldruck. Das Kühlrad besteht aus einem äußeren Kühlring und einer Kühlradnabe, die über radial verlaufende Verbindungsrohre mit dem Kühlring verbunden ist. An der Kühlradnabe ist eine zentrale Hohlwelle angeflanscht, die vorzugsweise in der Hohlwelle des Gießrades drehbar gelagert ist. In der Kühlradnabe ist ein Hohlraum angeordnet, der mit dem Innen­ raum der Kühlradwelle und den Verbindungsrohren in Verbindung steht. Der Kühlring befindet sich in unmittelbarer Nähe zu der Ringkokille und weist einen Ringkanal auf, der mit nach außen, auf die Ringkokille gerichteten Austrittsöffnungen versehen ist. An den beiden Seitenwänden des Kühlringes sind umlaufende Begrenzungsscheiben befestigt, die den Raum zwischen der Kokille und dem Kühlkanal seitlich begrenzen. Am Außen­ umfang des Kühlringes können noch Leitschaufeln angebracht sein, durch die eine Zwangsführung des Kühlmittels direkt bis an die zu kühlende Fläche der Kokille gewähr­ leistest wird. Durch die Leitschaufeln wird außerdem ein hohes Geschwindigkeitsgefälle zwischen Kühlmittel und Kokille erreicht. Zusätzlich können an den seitlichen Begrenzungsscheiben nach außen gerichtete elastische Leit- und Führungselemente angeordnet sein. Diese können so ausgebildet sein, daß sie im Ruhezustand der Kokille an den Außenwänden der Kokille anliegen. Die Leit- und Führungselemente können entweder aus einem elastischen Material oder einem federbelasteten Ring bestehen, der auch zwangsgesteuert werden kann. Durch eine entsprechende Steuerung der verstell­ baren Leit- und Führungselemente, die auch automatisch erfolgen kann, ist es möglich, die Abströmmengen des Kühlmittels zu regulieren und dadurch Einfluß auf den Kühl­ prozeß zu nehmen. Das Kühlmittel wird mittels einer Pumpe durch die zentrale Hohlwelle in den Hohlraum der Kühlradnabe gefördert und gelangt von da aus über die radialen Verbindungsrohre in den Ringkanal des Kühlringes und über die Austrittsöffnungen am Außenumfang des Kühlringes in den durch die Begrenzungsscheiben gebildeten Raum zwischen Kühlrad und Kokille. Die Begrenzungsscheiben reichen bis nahezu an das obere Ende der Kokille und sind so angeordnet, daß das Kühlmittel an der gesamten nach innen gerichteten Fläche der Kokille entlang geführt wird. Die Begrenzungsscheiben bewirken gleichzeitig eine Drosselung des Kühlmittelstromes (Ventilfunktion) und eine Erhöhung des wirksamen Druckes, durch den der Siedepunkt des Kühlmittels noch zusätzlich beeinflußt wird. Im bzw. am Gießrad können zusätzlich auch noch geeignete Einrichtungen für eine gezielte Durchflußmengendosierung eingebaut sein, um eine Kühlmitteldruckregelung entsprechend den Erstarrungserfordernissen der Schmelze zu ermöglichen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Gießrad mit der Kühlvorrichtung als Halbschnitt,

Fig. 2 die Vorderansicht des Gießrades gemäß Fig. 1 mit mehreren Teilschnitten und

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante des Gießrades mit zwangs­ gesteuerten Leit- und Führungselementen im Querschnitt.

Das in Fig. 1 gezeigte Gießrad 10 besteht aus einer vorderen Ringscheibe 17 und einer hinteren Ringscheibe 2, die als Antriebsscheibe ausgebildet und mit einer Hohlwelle 16 verbunden ist. Die Hohlwelle 16 wird über eine nicht näher dargestellte Antriebseinheit in Rotation versetzt. Am Außenumfang der beiden Ringscheiben 2, 17 ist die Ringkokille 1 befestigt, deren Ringnut 19, in die die Metallschmelze eingebracht wird, mit einem Abdeckband 18 verschließbar ist.

Innerhalb des Gießrades 10 ist die Kühlvorrichtung angeordnet, die als Kühlrad 11 ausgebildet ist. Das Kühlrad 11 besteht aus einem äußeren Kühlring 6, in dem ein Ringkanal 12 angeordnet ist, einer Kühlradnabe 8 und speichenartig angeordneten Verbindungsrohren 7 zwischen dem Kühlring 6 und der Kühlradnabe 8. Der Kühlring 6 befindet sich in unmittelbarer Nähe zu der Ringkokille 1. Der Ringkanal 6 hat an seinem Außenumfang verteilte Austrittsöffnungen 13 für das Kühlwasser. Die Kühlradnabe 8 besitzt eine Hohlkammer 14 und ist mit einer inneren Hohlwelle 9 für die Kühlwasser­ zuführung verbunden. An die innere Hohlwelle 9 ist eine nicht näher dargestellte Antriebseinheit angeschlossen, mittels derer das Kühlrad 11 in Rotation versetzt werden kann. Zwischen der Hohlwelle 16 des Gießrades 10 und der inneren Hohlwelle 9 des Kühlrades 11 sind geeignete Lager 28 angeordnet. Das Kühlwasser wird durch den Hohlraum 15 der inneren Hohlwelle 9 in die Hohlkammer 14 der Kühlradnabe 8 geleitet und strömt durch die Verbindungsrohre 7 in den Ringkanal 12 und gelangt über die Austrittsöffnungen 13 an die Außenwand 21 der Ringkokille 1. Zur Erzielung eines guten Kühleffektes sind an den beiden Außenseiten des Kühlringes 6 Begrenzungsscheiben 3 und 4 befestigt, die bei Stillstand des Kühlrades 11 an den Seitenwänden der Ringkokille 1 anliegen und somit den Raum zwischen der Ringkokille 1 und dem Kühlring 6 seitlich begrenzen. Die an den Seitenwänden der Ringkokille 1 anliegenden Begrenzungs­ scheiben 3 und 4 sind an ihren freien Enden elastisch ausgebildet, so daß bei entsprechender Rotation des Kühlrades 11 Kühlwasser an den Seitenwänden der Ringkokille 1 entlangströmen kann. Am Außenumfang des Kühlringes 6 sind Leit­ schaufeln 5 befestigt, durch die eine Zwangsführung des Kühlwassers bis an die zu kühlenden Flächen der Ringkokille 1 bewirkt wird.

Im Vergleich zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung sind bei der in Fig. 3 dargestellten Ausgestaltung des Kühlrades 11 an den freien Enden der Begrenzungs­ scheiben 3 und 4 umlaufende Leit- und Führungselemente 20 angeordnet, die mittels Federn 25 lagefixiert sind. Bei anliegendem Kühlmitteldruck werden die Leit- und Führungselemente 20 nach außen gedrückt, und der Kühlmittelstrom wird entlang der Außenwand 21 der Ringkokille 1 geführt.

Claims (7)

1. Kühlvorrichtung für ein Gießrad (10) mit einer Ringkokille (1) zum kontinuierlichen Gießen von Metallen oder Metallegierungen, wobei die Ringkokille (1) in seitlich angeordneten Scheiben (2, 17) des Gießrades (10) befestigt ist und zumindest mit einem Abdeckband (18) teilweise verschließbar ist, eine der Scheiben (2, 17) als Antriebsscheibe für das Gießrad (10) ausgebildet ist und innerhalb des Gießrades (10) ein rotierendes, mit Kühlmittel beaufschlagtes Kühlrad (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrad (11) aus einem äußeren Kühlring (6), einer Kühl­ radnabe (8) und Verbindungsrohren (7) zwischen der Kühlradnabe (8) und dem Kühl­ ring (6) besteht, wobei der Kühlring (6) in unmittelbarer Nähe zu der Ringkokille (1) angeordnet ist und einen Ringkanal (12) aufweist, der mit Austrittsöffnungen (13) versehen ist, die auf die Ringkokille (1) gerichtet sind, der Ringkanal (12) über die Verbindungsrohre (7) mit einer in der Kühlradnabe (8) angeordneten Hohlkammer (14) verbunden ist, und an der Kühlradnabe (8) eine zentrale Hohlwelle (9) befestigt ist, deren Hohlraum (15) mit der Hohlkammer (14) der Kühlradnabe (8) in Verbindung steht, und die Hohlwelle (9) innerhalb der Hohlwelle (16) des Gießrades (10) drehbar gelagert ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden nach außen zeigenden Seiten des Kühlringes (6) Begrenzungsscheiben (3, 4) befestigt sind, die den Raum zwischen der Ringkokille (1) und dem Kühlrad (11) seitlich begrenzen, und an ihrem Außenumfang umlaufende elastische oder zwangsgesteuerte Leit- und Führungselemente (20) aufweisen, die im Ruhezustand des Gießrades (10) an den Außenwänden (21) der Ringkokille (1) anliegen.

3. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Kühlringes (6) Leitschaufeln (5) angeordnet sind.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an dem Gießrad (10) eine Durchflußmengendosierung für den Kühlmittelstrom eingebaut ist.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Kühlrades (11) regelbar ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des Kühlrades (11) veränderbar ist.

7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmitteldruck in Abhängigkeit von der Drehzahl des Kühlrades (11) variierbar ist.