DE2017393C - Verfahren zum Kuhlen von Knüppeln beim Stranggießen - Google Patents

Description

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 aus Zerstäuberdüsen austretende Kühlflüssigkeit, deren Sprühfächer langgestreckte, rechteckige, quer zur Stranglängsachse schmale Basisflächen aufweisen, beaufschlagt wird.

Bei der Anfangserstarrung eines Stranges in der Kokille werden die Kantenbereiche zwangläufig einer stärkeren Kühlung ausgesetzt, was entsprechende Schrumpfvorgänge bewirkt, die schon 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 Randzonen auf. Diese Nachteile werden beim weiteren Durchlauf des Stranges durch die Kokille größer, wobei helle und dunkle Kanten nach Austritt des Stranges aus der Kokille sichtbar werden. In der 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 infoige verminderter Kühlzeit des 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

ίο führen und den Strang zwischen den zahlreichen Führungsleisten durch Flachstrahldüsen mit rechteckiger, quer zum Strang eine schmale und in Stranglängsrichtung eine breite Basis aufweisendem Sprühfächer 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 entlang des Strangumfanges momentan re-

ao gelmäßig 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 Ko-

killen sehr aufwendig und anfällig gegen Beschädigungen durch flüssigen Stahl als Folge von Strangdurchbrüchen, die auf Grund der vorgeschlagenen kurzen Kokille vermehrt auftreten dürften.
Es ist weiter eine Strangkühlung mittels Spritzwasser bekannt, bei welcher die Kantenbereiche mit eine.-größeren Spritzwassermenge beaufschlagt werden als die zwischen diesen Kantenbereichen liegenden Oberflächen. Die Kühleinrichtung besteht aus einem rund um den Strang verlaufenden Rohr, wobei in den den

Kantenbereichen zugeordneten Rohrabschnitten eine größere Anzahl Wasseraustrittsbohrungen mit größeren Durchmessern angeordnet sind als bei den Rohrabschnitten, die den Oberflächen zwischen den Kantenbereichen zugeordnet sind. Beim Stahlstranggießen hat sich im Gegensatz zum Aluminiumstranggießen das Kühlen mittels Spritzwasser nicht bewährt. Würde aber eine solche Anordnung der Wasseraustrittsbohrungen auf eine Sprühkühlung übertragen, so würde dabei durch Überschneidung und dadurch bedingte

♦5 gegenseitige Störungen der Sprühfächer in den Kantenbereichen eine unregelmäßige und relativ schwache Kühlung erzeugt. Zusätzlich würde sich an den Grenzen der Kantenbereiche zur dazwischenliegenden Oberfläche eine Zone mit sehr schwacher Kühlung und entsprechend nachteiligen Folgen ergeben, weil sich mehrere Sprühfächer gegenseitig in unterschiedlichen und für die Kühlleistung ungünstigen Winkeln überschneiden würden.

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. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kühlen von Knüppeln mit Zerstäuberdüsen zu schaffen, das bei großen Gießgeschwindiß-

keiten erlaubt, die Entstehung von Kantenlängsrissen und damit von Durchbrüchen zu vermindern, sowie die Spießkantigkeit auf ein die Weiterverarbeitung nicht mehr beeinträchtigendes Maß zu verringern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf jeder Kniippelseite beide Kantenbereiche mit hoher durchschnittlicher Sprühleistung sowie mil annähernd" rechteckigen Sprühcharakteristiken beaufschlagt werden und daß gleichzeitig die Oberflächen zwischen diesen Kantenbereichen mit niedrigerer durchschnittlicher Sprühleistung quer zum Strang sowie gegen die beuiiischlagten Kantenbereiche hin abfallenden Sprühcbarakteristiken beaufschlagt werden.

Dieses Verfahren erlaubt die Anwendung erhöhter Gießgeschwindigkeiten. Trotz, dieser Erhöhung benötigt Jer Strang aber nach seinem Austritt aus der Koki'll·: keine unmittelbare Führung, so daß ein ungehindeMes Beaufschlagen der Oberfläche stattfinden kann.

Ks hat sich als Vorteil erwiesen, daß durch die die Karjenbereiche beaufschlagende zerstäubte Kühlflüssigkeit von den Kanten aus quer zum jirang 10 bis 25 mm breite Bereiche beidseits der Kanten beaufschlagt werden.

r 5 ist zweckmäßig, wenn zwei schmale Sprühfächc! die Kante längs der Knüppeldiagonale beaufschlagen, wobei die rechteckige Sprühcharakteristik ve; ieilhaft durch aus Flachstrahldüsen austretende Kühlflüssigkeit erzeugt wird.

Nach einer bevorzugten Lösung werden von der tii-j Oberfläche zwischen den Kantenbereichen kühlenden zerstäubten Kühlflüssigkeit annähernd quadratische Flächen beaufschlagt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im nachfolgenden an Hand von Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Knüppelseite, wobei die Kantenbereiche durch Flachstrahldüse^ mit einem annähernd rechteckige Basis aufweisenden Sprühfächer und die Oberfläche zwischen fliesen Bereichen durch eine Düse mit einer quadratischen Basis der Sprühfächer gekühlt werden,

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

Fig.? die Sprühcharakteris'ik einer Flachstrahldüse in Stranglängsrichtung,

Fig.4 einen Düsenkörper einer Flachstrahldüse zur Erzeugung von zwei schmalen Sprühfächern,

F i g. 5 eine Ansicht dieses Düsenkörpers und

Fig. 6 die Sprühcharakteristiken der über den Knüppeiumfang verteilten Düsen bei Anwendung von Flachstrahldüsen gemäß F i g. 4 und 5.

Nach F ig. 1 wird jede Seile eines aus einer Durchlaufkokille 1 austretenden Knüppels 2 in den Kantenbercichen3 von zwei Flachstrahl-Zerstäuberdüsen besprüht. Die Basis der Sprühfächer, 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 etwa 0,45 l/cm² · min beaufschlagter Kantenbereich 3 hat sich bei einem Knüppel der Analyse 0,44% C, 0,33⁰ZoSi und 0,95 °/o Mn und der Abmessung 115 ■ 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 m, und das Maß 5 dsr schmalen Basis weist eine Größe von etwa 14 mm auf. Das Maß der Breite 6 der Basis beträgt etwa 18 cm. ίο Die beaufschlagte Fläche würde somit 25 cm'² betragen. Da aber diese Fläche nicht genau rechteckig ist, kann mit 23 cm² gerechnet werden. Entsprechend der Knüppelgröße werden durch die die Kantenbereiche besprühenden Düsen von den Kanten aus quer zum

la Strang vorteilhaft Bereiche 3 von IO bis 25 mm auf jeder Seite derselben beaufschlagt.

Aus F ig. 2 sind die Sprühcharakceristiken und indirekt die Kühlwirkungen der Düsen entlang des Strangumfanges ersichtlich. D'; die Kantenbereiche 3

»ο besprühenden Flachstrahldüse^ weisen eine annähernd rechteckige Charakteristik 8 quer zum Strang auf.

Von der die Oberfläche des Knüppels 2 zwischen der. Kantenbereichen 3 kühlenden Kühlflüssigkeit

a5 wird eine annähernd quadratische Fläche 9 beaufschlagt, d. h., die Düse weist eine quadratische Basis des Sprühfächers auf. Wie F i g. 2 zeigt, hat diese Düse eine Spitzbogencharakteristik 10. Ihre durchschnittliche Sprühleistung beträgt im erwähnten Beispiel

eiwa 0,08 l/cm² ■ min. Da aber diese Düse gegen den Kantenbereich hin abfallende Charakteristik aufweist, beträgt der Unterschied der Sprühkistung in den Berührungsbereichen mit den Fächern der Flachstrahldüsen ein Mehrfaches. Die Fläche 9 wird mit einer niedrigeren durchschnittlichen Sprühleistung pro Flächeneinheit beaufschlagt als die. Kartenbereiche 3. An Stelle einer Düse mit quadratischer Basis des Sprühfächers können beispielsweise auch mehrere Flachstiahldüsen mit flacher Charakteristik Anwendung finden, wobei aber der Aufwand an Düsen größer wird.

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 ist darauf zurückzuführen, daß infolge der intensiven Kühlung in den Kantenbereichen die früher erwähnten schwachen Stellen zuerst verfestigt und anschließend sofort beseitigt werden. Die Kantenbereiche verfestigen unter Bildung einer Art von Winkelträgern, die den auftretenden Spannungen widerstehen und die Spießkantigkeit unter l°/o 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 F i j.2 und die dafür erforderlichen Zuleitungen zu vermindern, kann die rechteckige Sprühcharakteristik durch zwei aus einem gemeinsamen Düsenkörper austretende, schmale Sprühfächer er-

zeugt werden, wobei die Düse in der Winkelhalbierenden der Kante liegt. F i g. 4 und 5 zeigen einen solchen Düsenkörper 15. Er weist zwei parallele Bohrungen 16 für den Wasserdurchgang auf. Diese Bohrungen 16

lind in einem Abstand 17 im Düscnkö.pcr angefacht. Mit 18 sind die Kcrbwinkel bezeichnet. Durch /cränderung des Abstandes 17 und der Kerbwinke! 18 lassen sich empirisch die Größe der Basis und die cchtcckigc Spriiheharaktcristik verändern. In Strangängsrichtung weist diese Düse Spitzbogcncharaktcritik auf. Fig. 6 zeigt die Sprühcharaktcristikcn der Düsen entlang des Knüppclumfanges. Die Basis 20 quer zum Strang ist aber etwa doppelt so groß wie der Bereichs. 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 Flachstrahldüscii.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen von Knüppeln beim Stranggießen von Stahl, wobei deren Oberfläche unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille durch aus Zerstäuberdüsen austretende Kühlflüssigkeit, deren Sprühfächer langgestreckte, rechteckige, quer zur Stranglängsachse schmale Basisflächen aufweisen, beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Knüppelseite beide Kantenbereiche mit hoher durchschnittlicher Sprühleistung sowie mit annähernd rechteckigen Spr'' harakteristiken beaufschlagt werden und daß gleichzeitig die Oberflächen zwischen diesen Kantenbereichen mit niedrigerer durchschnittlicher Sprühleistung quer zum Strang sowie ge/, ^n die beaufschlagten Kantenbereiche hin abfallenden· Sprühcharakteristiken beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Kiiatenbereiche von den Kanten aus quer zum Sf^r°ng entsprechend der Knüppelgröße in eir.er Breite von 10 bis 25 mm beaufschlagt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schmale Sprühfächer die Kante lHngs der Knüppeldiagonale beaufschlagen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß annähernd quadratische Flächen zwischen den kantenbereichen von Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden.