DE2017393A1 - Verfahren zum Kühlen von Knüppeln beim Stranggiessen - Google Patents

Description

CONCAST AG ZUERICH (SCHWEIZ)

VERFAHREN ZUM KUEHLEN VON KNUEPPELN BEIM STRANGGIESSEN

Die-vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Knüppeln beim Stranggiessen von Stahl, wobei deren Oberfläche unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille durch Zerstäuberdüsen mit annähernd rechteckiger, quer zum Strang eine schmale und in Stranglängsrichtung eine breite Basis aufweisende Sprühcharakteristik beaufschlagt wird. ,;

Bei der Anfangserstarrung eines Stranges in der Kokille werden die Kantenbereiche zwangsläufig einer stärkeren Kühlung ausgesetzt, was entsprechende Schrumpfvorgänge bewirkt, die schön kurz unterhalb des Badspiegels zum Abheben dieser Bereiche von der Kokillenwandung führen. Da sich die einzelnen Kantenbereiche gewöhnlich nicht gleichzeitig abheben, treten ungleiche Abkühlungsverhältnisse und damit unterschiedliche Temperaturen, Spannungszustände und Krustendicken in den vergleichbaren erstarrten Handzonen auf. Diese Nachteile werden beim weiteren Durchlauf des Stranges durch die Kokille grosser, wobei helle und dunkle Kanten nach Austritt des Stranges aus der Kokille sichtbar werden. In der

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Kokille wird aber an den hellen Kanten die bereits erstarrte Randzone teilweise wieder aufgeschmolzen und es entstehen in den Eckenbereichen an der Erstarrungsfront Einbuchtungen in der Kruste. An diesen Schwächestellen entstehen unter Einwirkung der in der Strangschale herrschenden Spannungen Kantenlängsrisse, die unterhalb der Kokille Kantendurchbrüche ergeben. Wird die Giessgeschwindigkeit erhöht, dann nimmt die Gefahr solcher Kantendurchbrüche zu, weil infolge verminderter Kühlzeit des

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Stranges in der Kokille die Dicke und damit die Tragfähigkeit der Kruste abnimmt.

Die ungleichen Spannungszustände führen aber noch zu einem weiteren Nachteil, nämlich zum geometrischen Verzug, genannt Spiesskantigkeit, was die Weiterverarbeitung erschwert.

Es ist bekannt, den aus der Kokille austretenden Strang unmittelbar danach durch einen Kühlrost zu führen und den Strang zwischen den zahlreichen Führungsleisten durch Flachstrahldüsen mit rechteckiger, quer zum Strang eine schmale und in Stranglängsrichtung eine breite Basis aufweisenden Sprühcharakteristik zu kühlen. Dabei weisen alle Düsen entlang des Strangumfangs die gleiche Kühlwirkung auf. Die Kanten selbst werden nicht gekühlt, da sie durch die Führungsleisten abgedeckt sind. Zwischen zwei Düsen befindet sich eine durch Wasser unbeaufschlagte Zone, wodurch

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entlang des Strangumfanges momentan regelmässig variierende "Oberflächentemperaturen entstehen, die in der Kruste zu Spannungszuständen führen, bzw. die bereits in der Kruste bestehenden Spannungszustände vergrössern. Zudem ist die Kühlvorrichtung insbesondere im Verein mit gebogenen Kokillen sehr aufwendig und anfällig gegen Beschädigungen durch flüssigen Stahl als Folge von Strangdurchbriichen, die aufgrund der vorgeschlagenen kurzen Kokille vermehrt auftreten dürften.

Bei einem weiteren Vorschlag zur Kühlung von knüppeln kamen acht Zerstäuberdüsen zur Anwendung, um eine gleichmässige Kühlung entlang des ganzen Strangumfanges zu erzielen. Dabei wurden Je vier Düsen in den Mittelachsen der Flächen und den Diagonalen angeordnet, wobei sich die benachbarten Sprühfächer stark überschnitten. Es wurde nicht erkannt, dass stark überschneidende Sprühfächer örtlich unkontrollierte Kühlung ergeben. Somit vergrössern sich die in der Kokille entstandenen Spannungen weiter, was die Gefahr für die Bildung von Kantenrissen, Durchbrüchen und Spiesskantigkeit zusätzlich erhöht.

Bs ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein . Verfahren zum Kühlen von Knüppeln mit Zerstäuberdüsen zu schaffen, das bei grossen Giessgeschwindigkeiten erlaubt, die Entstehung von Kantenlängsrissen und damit von Durchbrüchen zu vermindern, sowie die Spiesskantigkeit auf ein

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die Weiterverarbeitung nicht mehr beeinträchtigendes Mass zu verringern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf jeder

Knüppelseite die Kantenbereiche durch Düsen mit hoher durch-

schnitt lieber Sprühleistung pro beaufschlagter Flächeneinheit sowie mit den annähernd rechteckigen Sprühcharakteristiken beaufschlagt werden und die Oberfläche zwischen- diesea Kanten.-bereichea durch Düsen niedrigerer durchschnittlicher Sprüh» leistung mit quer zum Strang und gegen die beaufschlagten Kanteafaereiche hin abfallender Sprühcharakteristik beauf- schlagt wird.

Dieses .Verfahren erlaubt die Anwendung erhöhter Giessgescljwindigkeiten» Trots dieser Erhöhung benötigt der Bt%°&ng aber nach seinem Austritt aus der Kokille lceia© im= " mittelbare Führung, so dass ein ungehindertes Beauxschlagen der Oberfläche stattfinden It&nn* _ ■ ■ -

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Die rechteckige Sprühcharakteristik v;ird vorteilhaft durch Flachstrahldüse» erzeugt„

Um den Aufwand an" Flachstrahldüsen zu-vermindern., wird die rechteckige Sprühcharakteristik durch zv/ei-aus - einem gemeinsamen Düsenkörper der Flachstrahldüse austretende, -

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schmale Sprühfächer erzeugt, wobei die Sprühdüse in der Winkelhalbierenden der Kanten angeordnet wird.

Nach einer bevorzugten Lösung werden von den die Oberfläche zwischen den Kantenbereichen kühlenden Düsen annähernd quadratische Flächen beaufschlagt.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird im nachfolgenden anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigt: ·

Fig. 1 eine Ansicht einer Knüppelseite, wobei die Kantenbereiche durch Flachstrahldüsen mit einer annähernd rechteckige Basis aufweisenden Sprühcharakteristik und die Oberfläche zwischen diesen Bereichen durch eine Düse mit · einer quadratischen Basis der Sprühcharakteristik gekühlt werden,

Fig. 2 die Sprühcharakteristiken der über den Knüppelumfang verteilten Düsen,

Fig. 3 die Sprühcharakteristik einer Flachstrahldüse in Stranglängsriehtung,

Fig. 4 einen Düsenkörper einer Flachstrahldüse zur Erzeugung von zwei schmalen Sprühfächern, Fig. 5 eine Ansicht dieses Düsenkörpers und

Fig. 6 die Sprühcharakteristiken der über den Knüppelumfang verteilten Düsen bei Anwendung von Flachstrahldüsen gemäss Fig. 4 und S,

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■ :.. . ' ί _: . .. ' , ■ Nach Fig. 1 wird jede Seite eines aus einer Durchlaufkokille 1 austretenden Knüppels 2 in den Kantenbereichen 3 von zwei Flachstrahl-Zerstäuberdüsen beaufschlagt. Die Basis der Sprühcharakteristik, d.h. die beaufschlagte Fläche, weist annähernd eine rechteckige Form auf. Quer zum Strang ist die Basis schmal, während in Stranglängsrichtung dieselbe breit ist. Der Schlitz des Düsenkörpers ist demzufolge parallel zur Stranglängsachse angeordnet.

In Fig. 3 ist die Sprühcharakteristik einer solchen Flachstrahldüse in Stranglängsrichtung gezeichnet. In Richtung des Pfeiles 7 ist die Regenhöhe aufgetragen. Beim gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Spitzbogencharakteristik. Es können aber auch andere Charakteristiken, beispielsweise eine flache Charakteristik, Anwendung finden. Ein mit einer durchschnittlichen Sprühleistung von ca. 0,45 l/cm »min. beaufschlagter Kantenbereich 3 hat sich bei einem Knüppel der Analyse 0,44% C, 0,33% Si und 0,95% Mn und der Abmessung 115 x 115 mm bei einem Wasserdruck von 4 atü als genügend erwiesen, um die Giessgeschwindigkeit von 2,5 auf 3,5 m/min. zu erhöhen. Das Mass 4 von der benachbarten Knüppelseite bis zur beaufschlagten Fläche beträgt für den erwähnten Knüppel etwa 2 mm und das Mass 5 der schmalen Basis weist eine Grosse von ca. 14 mm auf. Das Mass der Breite 6 der Basis beträgt ca. 18 cm. Die beaufschlagte Fläche würde somit 25 cmr.be-

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tragen. Da aber diese Fläche nicht genau rechteckig ist, kann mit 23 cm² gerechnet werden. Je nach Knüppelgrösse werden durch die die Kantenbereiche beaufschlagenden Düsen von den Kanten aus quer zum Strang vorteilhaft Bereiche 3 von 10 bis 25 mm auf Jeder Seite derselben beaufschlagt.

Aus Fig. 2 sind die Sprühcharakteristiken und indirekt die Kühlwirkungen der Düsen entlang des Strangumfangs ersichtlich. Die die Kant e,nber eiche 3 beaufschlagenden Flachstrahldüsen weisen eine annähernd rechteckige Charakteristik quer zum Strang auf. ·

Von der die Oberfläche des Knüppels 2 zwischen den Kantenbereichen 3 kühlenden Düse wird eine annähernd quadratische Fläche 9 beaufschlagt, d.h. diese Düse weist eine quadratische Basis der Sprühcharakteristik auf* Wie Fig. 2 zeigt, hat diese Düse eine Spitzbogencharakteristik 10. Ihre durchschnittliche Sprühleistung beträgt im erwähnten Beispiel ca. 0,08 l/era^.min. Ba aber diese Düse, gegen den Kantenbereich hin abfallende Charakteristik aufweist, beträgt der Unterschied der Sprühleistung in den Berührungsbereichen mit den Fächern der Flachstrahldüsen ein Mehrfaches. Die Fläche 9 wird mit einer niedrigeren durchschnittlichen Sprühleistung pro Flächeneinheit beaufschlagt . als die Kantenbereiche 3. Anstelle einer Düse-mit quadratischer Basis der Sprühcharakteristik können beispielsweise auch mehrere Flachstrahldüse^ mit flacher Charakteristik Anwendung finden, wobei aber der Aufwand an Düsen

grosser wird. . ■ .

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Trotz dieses schroffen Unterschiedes der Kühlwirkung im Berührungsbereich konnten überraschenderweise keine Kantenlängsrisse festgestellt werden, auch nicht bei einer um 1 m/min, erhöhten Giessgeschwindigkeit. Die Spiesskantigkeit wurde zudem beträchtlich verringert» so dass bei " der Weiterverarbeitung keine Schwierigkeiten entstanden. Dieser Erfolg 1st darauf zurückzuführen, dass infolge der intensiven Kühlung in den Kantenbereichen die früher erwähn- , ten schwachen Stellen zuerst verfestigt und anschiiessend sofort beseitigt werden. Die Kantenbereiche verfestigen unter Bildung einer Art von Winkelträgern, die den auftretenden Spannungen widerstehen und die Spiesskantigkeit unter 1 % halten.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass bereits zwei in Stranglängsrichtung nacheinander angeordnete Düsensätze zur Erzeugung der sogenannten Winkelträger für das erwähnte Beispiel genügen. *

Um die Anzahl der Flachstrahldüsen für das Beispiel nach Fig. 2 und die dafür erforderlichen Zuleitungen zu vermindern, kann die rechteckige Sforühcharakteristik durch zwei aus einem gemeinsamen Düsenkörper der Flachstrahldüse austretende, schmale Sprühfächer erzeugt werden, wobei die Düse In der Winkelhalbierenden der Kante liegt. Fig. 4 und 5 zeigen einen solchen Düsenkörper 15. Er weist zwei parallele Bohrungen 16 für den Wasserdurchgang auf. Diese Bohrungen 16

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sind in einem Abstand 17 im Düsenkörper angebracht. Mit sind die Kerbwinkel bezeichnet. Durch Veränderung des Abstandes 17 und der Kerbwinkel 18 lassen sich empirisch die Grosse der Basis und die rechteckige Sprühcharakteristik verändern. In Stranglängsrichtung weist diese Düse Spitzbogencharakteristik auf. Fig. 6' zeigt die Sprühcharakteristiken der Düsen entlang des Knüppelumfanges. Die Basis 20 quer zum Strang ist aber etwa doppelt so gross wie der Bereich 3. Die beaufschlagten Ausmasse auf jeder Seite der Kanten sind etwa gleich gross wie in Fig. 2 gezeigt, doch ist die Kühlwirkung der Düse etwas kleiner als jene der zwei senkrecht auf eine Kante wirkenden Flachstrahldüsen..

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Claims (5)

PATENTANSPRUECHE

1. Verfahren zum Kühlen von Knüppeln beim Stranggiessen von Stahl, wobei deren Oberfläche unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille durch Zerstäuberdüsen mit annähernd rechteckiger, quer zum Strang eine schmale und in Stranglängsrichtung eine breite Basis aufweisende Sprühcharakteristik beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Jeder Knüppelseite die Kantenbereiche durch Düsen mit hoher durchschnittlicher Sprühleistung pro beaufschlagter Flächeneinheit sowie mit den annähernd rechteckigen Sprühcharakteristiken beaufschlagt werden und die Oberfläche zwischen diesen Kantenbereichen durch Düsen niedrigerer durchschnittlicher Sprühleistung mit quer zum Strang und gegen die beaufschlagten Kantenbereiche hin abfallender Sprühcharakteristik beaufschlagt v/ird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die die Kantenbereiche beaufschlagenden Düsen von den Kanten aus quer zum Strang IO bis 25 mm breite Bereiche beidseits der Kanten beaufschlagt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckige Sprühcharakteristik durch Flachstrahldüsen erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckige Sprühcharakteristik durch zwei aus einem gemeinsamen Düsenkörper der Flachstrahldüse austretende, schmale Sprühfächer erzeugt und die Düse in der Winkelhalbierenden der Kante angeordnet wird.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von den die Oberfläche zwischen den Kantenbereichen kühlenden Düsen annähernd quadratische Flächen beaufschlagt werden,

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