DE2248496A1

DE2248496A1 - Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von in eine oszillierbare stranggiesskokille gegossenem stahl

Info

Publication number: DE2248496A1
Application number: DE19722248496
Authority: DE
Inventors: Markus Schmid; Armin Thalmann
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 1971-10-05
Filing date: 1972-10-03
Publication date: 1973-04-26
Also published as: JPS4845429A; AT318161B; BE789661A; FR2155991B1; CA964838A; CH556703A; GB1385555A; JPS5120379B2; FR2155991A1

Description

CONCASTAG

Verfahren und Vorrichtung., zum Kühlen von in eine oszillierbare Stranggiesskokille gegossenem Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von in eine oszillierbare Stranggiesskokille gegossenem Stahl, wobei in einem ersten Teil der Kokille durch indirekte Kühlung eine Strangkruste gebildet und in einem zweiten Teil, die sich be- ^:; wegende Strangkruste einer direkten Beaufschlagung durch aufgesprühtes Wasser ausgesetzt und weiter gekühlt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Stranggiessen hat die Kokille die Aufgabe, dem flüssigen Stahl durch Berührung mit den Kokillenwänden so viel Wärme zu entziehen, dass sich eine erstarrte Rändzone, auch Kruste genannt, bildet. Damit diese den flüssigen Kern umschliessende Kruste aus der Kokille gezogen werden kann, muss sie über eine genügende Festigkeit verfügen, so dass sie der Summe aller auftretenden mechanischen Kräfte und dem ferrostatischen Druck des flüssigen Kernes widerstehen kann. Beim Austritt aus der Kokille ist die Krustendicke und Krustentemperatur im wesentlichen von folgenden Parametern abhängig: Kokillenlänge, Kühlleistung der Kokille, Kokillengeometrie, : Giessgeschwindigkeit, Giesstemperatur, Strangformat, Stahlanalyse usw.

In einer Zone unmittelbar unterhalb des flüssigen Stahlspiegels in der Kokille berührt der Stahl die Kokillenwand, wobei die noch sehr dünne erstarrte Kruste durch den Flüssigkeitsdruck an die Wand gedrückt wird. Sobald diese Kruste eine gewisse Dicke und Festigkeit erreicht hat, schrumpft sie, wobei sich die Ecken eines polygonen Profils in erster Linie von der Kokille lösen, während die Flächen noch über eine gewisse Strecke durch den Flüssigkeitsdruck an die Kokillenwand gedrückt werden können, bis sich auch diese abheben. In der Zone der Berührung mit der Kokillenwandung ist ein guter Wärmeübergang vorhanden, sobald sich jedoch der Strang von dieser abhebt, wirkt die dazwischenliegende Gasschicht als

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isolierendes Medium, wodurch die Wärmeabfuhr stark reduziert wird. · · ■ ■ . :■■.·■■...:■■ ■.. .·■ . ■. ·■■ ■: .,. , :

Um den Nachteil des Schrumpispaltes in der Kokille zu vermindern, ist eine Stränggiesskolcille für. Sc hweriaet EtELe xmd Schwermetallegierungen mit einer indirekten und einer direkten Kühlung bekannt, bei weicher-im unteren Teil der Kokille auf der dem Strang zugekehrten Seite der Koki 11enwaüd in Stranglaufrichtung sich erstreckende Rillen angeordnet sind. Diese Rillen weisen Zuführungslöcher für Gase und für Kühlflüssigkeit auf und sind nach unten offen. Oberhalb "dieser Rillen sind Quernuten zum Abführen von Gasen und entstehenden Dämpfen vorgesehen. Der durch die Dampfbildung und die Gaszufuhr sich bildende grosse Gasanteil zwischen dem Strang und der Kokillenwand behindert eine intensive und gleichmässige Kühlung, weil der Gasanteil wärmeisolierend'wirkt/ Diese Kühlungsart eignet sich für das Stranggiessen der erwähnten Schwermetalle und Schwermetallegierungen, nicht aber für das» Stranggiessen von Stahl mit erhöhten Giessgeschwindigkeiten, weil die Kühlleistung zu gering ist: '

Es ist weiter ein Kühlverfahren bekannt, das in einer itiit einem Zwischengefäss zusammengebauten nicht oszillierbaren Kokille durchgeführt wird. In der quer zur Strarigläüfrichtung geteilten Kokille besteht ein oberer Teil aus feuerfestem Material mit relativ geringer Wärmeleitfähigkeit und ein unterer Teil aus hochwärmeleitfähigem Material, wie beispielsweise Kupfer. Sobald das flüssige Metall den hochwärmeleit*- fähigen indirekt gekühlten Kokillenteil erreicht, bildet sich eine Strangkruste. Die Badhöhe oberhalb der Kupferkokille bewirkt einen ferrostatischen Druck,und es ergibt sich dadurch ein guter Kontakt zwischen der sich bildenden Strangkruste und dem ersten indirekt gekühlten Teil der Kupferkokille. Daraus resultiert ein rasches und gleichmässiges Wachstum der Kruste Nach einer bestimmten Wegstrecke dieses Kontaktes zwischen der Strangkruste und der Kupferkokille erhöht sich die Festigkeit dieser Strangkruste so weit, dass sie von der Kokillenwand wegschrumpft und sich ein Spalt bildet. Um jedoch eine Wiedererwärmung und Ausbauchung der Kruste nach der Bildung des Schrumpfspaltes zu verhindern, wird in einem

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zweitens Teil der Kupferkokille die Kruste durch direktes Anspritzen von Wasser auf progressiv werdende Flächenteile der Strangkruste: weiter gekühlt. Gleichzeitig wird die Stützfläche der Kokille für die Strangkruste .progressiv vermindert. * ■ .'Trptz. .dem Bespritzen des* Stranges* im zweiten Teil .der . . Kokille ist nach dieser Methode keine hohe Kühlleistung' erreichbar, weil der auf der Strangoberfläche sich bildende Dampffilm und Zunder im Schrumpfspalt des zweiten Teiles der Kokille verbleibt. Diese durch den Dampffilm und den Zunder gebildete Isolationsschicht vermindert aber auch die Kühlwirkung bei den durch Wasser direkt beaufschlagten Flächen. Zusätzlich stört aber auch das nicht verdampfte herabfliessende Kühlwasser die in Stranglaufrichtung sich folgenden Viasserstrahlen, so dass dadurch sowohl die Gleichmässigkeit als auch die Intensität der Kühlung stark beeinträchtigt wird. Würde dieses Kühlverfahren bei einer Anlage mit oszillierender und vom Zwischengefäss getrennter Kokille angewendet, so ergäbe sich im ersten Teil der Kokille ein wesentlich geringerer ferrostatischer Druck. Die Strangkruste würde sich schon in diesem ersten indirekt gekühlten Teil der Kokille abheben, so dass aufgesprühtes Wasser in den Spalt eindringen und bis zum Badspiegel aufsteigen könnte", wobei Durchbrüche und Explosionen entstehen könnten. Eine intensive und fehlerfreie Kühlung ist deshalb mit diesem Verfahren bei oszillierenden und vom Zwischengefäss getrennten Kokillen, wie sie für das Stahlstranggiessen üblich sind, nicht erreichbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlverfahren und eine Kokille für hohe Giessgeschwindigkeiten zu schaffen, die die Strangkruste nach der indirekten durch eine direkte Kühlung mit Sprühdüsen intensiv und fehlerfrei kühlt, und ein Eindringen von Wasser in den Schrumpfspalt dei; indirekt gekühlten Kokillenteiles vermeidet.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in Stranglaufrichtung vor und nach jedem Sprühfächer die Strangkruste durch am Strang anliegende, im wesentlichen von Sprühwasser freigehaltene Stützflächen geführt wird, und dass das Sprühwasser vom Strang weg nach rückwärts

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ausserhalb des in Stranglaufrichtung folgenden Sprühfächers abgeleitet wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass vor und nach jeder Sprühdüse Stützkörper angeordnet sind,-deren Stützflächen· der Geometrie der S-trangoberflache angepasst sind, und dass die Bückkanten , der nachgeordneten Stützkörper über die darunterliegenden Sprühdüsen vorspringen.

Bei Anwendung dieses Verfahrens wird einerseits eine optimale Kombination von Kühlung und Stützung der Strangkruste gegeben und andererseits durch den Abstreifeffekt sowohl der Zunder als auch das nicht verdampfte Kühlwasser aus dem Bereich des nachfolgenden Sprühfächers entfernt. Der anfallende Zunder kann dabei zu keinen Stauungen oder gar Verstopfungen führen, weil er vom zurückfliessenden Wasser weggeschwemmt wird. Dadurch werden kontrollierbare Kühlverhältnisse mit hoher Kühlleistung geschaffen, die hohe Giessgeschwindigkeiten erlauben. Das Eindringen von Kühlwasser in den Schrumpfspalt des indirekt gekühlten Kokillenteils und das Hochsteigen zum Giessspiegel oder Explosionen sind nicht mehr möglich.

Die Abstützung für die Strangkruste kann zusätzlich noch verbessert v/erden, wenn, nach einem Kennzeichen der Erfindung, die Strangkruste zwischen jedem Sprühfächer durch am Strang anliegende, im wesentlichen zur Stranglaufrichtung etwa parallele Stützflächen geführt wird. Sie wird dabei besonders gleichmässig gekühlt, wenn die in Stranglaufrichtung einander folgenden Düsen quer zu dieser Richtung versetzt angeordnet sind.

Damit das Anliegen der Stützflächen am Strang überwacht, Verschleiss an den Stützkörpern festgestellt, die hohe Kühlleistung gleichmässig erhalten und das Eindringen und Hochsteigen von Kühlwasser verhindert werden kann, ist nach einem Merkmal der Erfindung, das Anliegen der Stützflächen am Strang durch Temperaturmessung im Stützkörper im Bereiche der Stützflächen kontrollierbar.

Zur Ein- bzw. Nachstellung der Stützkörper sind,nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung, die Stützkörper zusammen mit den zwischen diesen angeordneten Sprühdüsen in ihrem

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gegenseitigen Abstand unabhängig von ersten Teil der Kokille einstellbar.

Es ist von besonderem Interesse, die jeweils nicht gestützte" Strangober fläche im zweiten Tender Kokille für

die Kühlung so wirkungsvoll wie .möglich einzusetzen, und-.die Grosse-der Flächen zwischen.den Stützkörpern im wesentlichen der Grosse der von den Sprühfächern beaufschlagten Strangoberflächen anzupassen.

Wichtig ist auch, dass das aufgesprühte Wasser vor Erreichen des nachfolgenden Sprühfächers abgeleitet und der sich laufend neu bildende Zunder weggescheuert und weggeschwemmt wird, damit eine störungsfreie Kühlung gewährleistet ist. Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung werden deshalb die Oberseiten der nachgeordneten Stützkörper vom Strang weg unter einem Winkel nach abwärts geneigt ausgebildet, so dass das aufgespritzte Wasser ohne Stauung abgeleitet wird.

Die aus dem ersten Teil der Kokille austretende Kruste ist bei hohen Giessgöschwindigkeiten noch dünn und schwach. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn die Stützflächen in Stranglaufrichtung nur sehr kurz unterbrochen sind. Für diesen Zweck kann mindestens die dem ersten Teil nächstliegende Reihe von Sprühdüsen mit quer zur Stranglaufrichtung wirkenden Sprühfächern mit Flachstrahldüsen ausgerüstet werden.

Um im Durchbruchsfall den Kokillenausbau zu erleichtern, ist es dienlich, wenn der erste Teil der Kokille vom zweiten Teil von der Kokilleneingussseite lösbar und abhebbar ist.

Im zweiten Teil der Kokille kann, je nach Giessgeschwindigkeit oder Stahlanalyse, ein geringes Ausbauchen zugelassen werden, um ein Anliegen der Strangkruste an den Stützflächen zu erzielen. Das Anliegen der Stützflächen kann zweckmässig verbessert werden, wenn einander gegenüberliegende Stützflächen der Stützkörper einen in Stranglaufrichtung sich verjüngenden Konus aufweisen.

Im nachfolgenden wird anhand eines Äusführungsbeispieles der Erfindungsgegenstand beschrieben, wobei die Figur einen Vertikalschnitt parallel zu den Schmalseiten in zwei schiedenen Ebenen durch eine Brammenkokille zeigt.

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Eine Kokille 1 ist in einem ersten Teil 2 mit einer

indirekten Kühlung und in einem zweiten Teil 3 mit einer direkten Kühlung ausgerüstet. Die direkte Kühlung erfolgt durch "^; Sprühdüsen 4. Vor und nach, sowie zwischen jeder. Sprühdüse 4 sind Stützkörper 5 vorhanden;^u Sie sind zu gitterartigen Platten zusammengefasst", deren Stützflächen 6 der Geometrie der Oberfläche des erstarrenden Stranges/welcher wegeü der Uebersichtlichkeit nicht dargestellt ist, angepasst sind. Die Stützflächen 6 liegen am Strang an und stützen ihn ab. Dabei bleiben diese Flächen 6 einerseits im wesentlichen frei von Sprühwasser und andererseits wird der sich laufend bildende Zunder durch sie weggescheuert. Die Kühlleistung wird dadurch wesentlich verstärkt und besser kontrollierbar. Rückkanten 7 der Stützkörper 5 springen über die darunterliegenden Sprühdüsen 4 vor. Zum Einstellen des gegenseitigen Abstandes IO und/oder eines sich in Stranglaufrichtung verjüngenden Konuses der Stützflächen 6 sind Stellschrauben 9, 11 vorhanden. Die Stellschrauben 9 sind mit Tragschienen 12 verbunden. Sie bilden für die gitterartigen Stützkörper 5 verstellbare Anschläge, wobei die Stellschrauben 11 die Stützkörper 5 gegen diese Anschläge ziehen. Anstelle dieser Stellschrauben 9, 11 können auch andere bekannte Mittel, wie Kolbenzylindereinheiten, Anwendung finden.

Die in Stranglaufrichtung 13 einander folgenden Düsen 4 sind quer zu dieser Richtung 13 versetzt angeordnet. Die geometrische Anordnung der Sprühdüsen 4 zwischen den Stützkörpern 5 und die Grosse der durch Sprühfächer 14 beaufschlagten Flächen werden so gewählt, dass einerseits möglichst die gesamte rechteckige Fläche 15 zwischen den Stützkörpern 5 beaufschlagt und andererseits das auf der Oberseite 16 der nachgeordneten Stützkörper 5 abfliessende Wasser nicht gestört wird, um ein einwandfreies Wegschwemmen des Zunders zu gewährleisten. Um das letztere Merkmal zu erfüllen, wird ein schmaler Streifen oberhalb des nachgeordneten Stützkörpers 5 vom Sprühfächer nicht beaufschlagt. Zur weiteren Verbesserung des Wasserablaufes werden die Oberseiten 16 vom Strang weg unter einem

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Winkel 20 zwischen 10 und 25° nach abwärts geneigt. Die Stützkörper 5 werden durch .Sprühwasser der Sprühfächer 14 gekühlt. Sie können aber auch zusätzlich mit einer Innenkühlung versehen werden, wenn die. am Strang, anliegenden Stützflächen ß gross, gewäTilt werden. * -»·-·-

- -Mindestens die erste, dem indirekt gekühlten Kokillen*· teil 2 folgende Düsenreihe 21 kann mit Flachstrahldüsen mit quer zur Stranglaufrichtung 13 wirkenden Sprühfächern 22 ausgerüstet werden. Der Auftreffwinkel der Sprühfächer 22 auf die Strangoberfläche der beiden in der Figur dargestellten Düsenreihen 21 ist bei diesen Flachstrahldüsen etwa rechtwinklig. Dadurch besteht auch bei unsachgemässer Einstellung des den Kokillenteil 2 unmittelbar anschliessenden Teiles 5' des Stützkörpers keine Gefahr, dass schräg nach oben auftreffende Wassertropfen in dem sich durch Unebenheiten eventuell bildenden Schrumpfspalt eindringen und in der Kokille hochsteigen können.

Durch Schrauben 23 ist der erste Teil 2 mit dem zweiten Teil 3 von der Kokillenoberseite lösbar verbunden.

Um optimale Giessbedingungen zu erhalten, können Giesskonen im ersten Teil 2 und im zweiten Teil 3 unabhängig voneinander eingestellt werden. Es ist beispielsweise vorteilhaft, den Formhohlraum im ersten Teil 2, bei welchem die Wände aus Kupfer sind, parallel oder mit einer sehr schwachen Konizität auszuführen und den zweiten Teil 3, bei welchem die Stützkörper 5 aus einer verschleissfesten Eisenkohlenstofflegierung bestehen, mit einer etwas stärkeren Konizität zu versehen. Das Anliegen der Stützflächen 6 wird dabei einerseits durch die Konizität und andererseits durch ein geringes Ausbauchen der noch schwachen Kruste gewährleistet..

Durch ein Thermoelement 24 kann die Temperatur im Stützkörper 5 nahe, d.h. etwa 3 mm hinter der Stützfläche 6 gemessen werden. Ein Temperaturschreiber 25 zeichnet die Temperatur während des Giessens auf. Die sich in Abhängigkeit der Giessgeschwindigkeit ergebende mittlere Temperatur bei am Strang anliegender Stützfläche 6 v/ird durch Versuche ermittelt. Weicht nun durch falsche Einstellung, Abnützung etc,die gemessene Temperatur wegen der Bildung eines Spaltes zwischen der

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Stützfläche 6 und dem Strang'um beispielsweise tÖ C ab, Bö können die Stützkörper 5 mittels der Stellschrauben U₁ 11 nachgestellt werden»

Durch'die Anordnung eines zweiten Thermoelementes 27 im ersten Tfil. 2 iyid durch D4skfcimitation der Messwerte dieses . Thermoelementes 27 mit' denjenigen des Thermoelementes 24 kann* das Anliegen der Stützflächen 6 am Strang in Funktion eines Schrumpfspaltes im'ersten Teil 2 Überwacht bzw. eingestellt werden. Ein ungewolltes Wegdrücken des Stranges durch die Stutzkörper 5 vom ersten Kokillenteil 2, und eine in Bezug auf die Längsachse unsymmetrische Einstellung der Stützkörper können bei einer solchen Anordnung vermieden werden.

Die durch den Stutzkörper 5 umschlossenen Flächen 15 können runde, eliptische, sechseckige Formen aufweisen und jeder beliebigen Beaufschlagungsform der Sprühfächer angepasst werden.

Die Länge der gesamten Kokille 1 kantt beispielsweise bei einem Brammenquerschnitt von 2000 χ 250 mm und einer Giessgeschwindigkeit von etwa 2 m pro Minute 1200 mm betragen. Dabei ist der erste Teil 700 mm und der zweite Teil SOO nütt lang. Je nach der gewünschten Krustendicke beim Austritt des Stranges aus der Kokille 1 und der vorgesehenen Giessgeschwindigkeit können die Längen verändert werden.

Anstelle der geraden Kokille 1 kann die Erfindung auch bei einer Bogenkokille angewendet werden.

Zur Verminderung der Reibkräfte zwischen der Kokille und dem Strang, ist es möglich, die Oszillationsbewegung durch eine Schwing- oder Vibrationsbewegung zu ersetzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Kühlen von in eine oszillierbare Stranggiesskokille gegossenem Stahl, wobei in einem ersten Teil der Kokille durch indirekte·Kühlung eine Strangkrus-te gebildet und in einem zweiten Teil die sich bewegende Strangkruste einer direkten Beaufschlagung durch aufgesprühtes Wasser ausgesetzt und weiter gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Stranglaufrichtung vor und nach jedem Sprühfächer die Strangkruste durch am Strang anliegende, im wesentlichen vom Sprühwasser frei gehaltene Stützflächen geführt wird,und dass das Sprühwasser vom Strang weg nach rückwärt ausserhalb des in Stranglaufrichtung folgenden Sprühfächers abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangkruste zwischen jedem Sprühfächer durch am Strang anliegende, im wesentlichen zur Stranglaufrichtung etwa parallele Stützflächen geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anliegen der Stützflächen am Strang durch Temperaturmessung im Stützkörper im Bereiche der Stützflächen· kontrolliert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Kokille im ersten Teil mit einer indirekten und im zweiten Teil mit einer direkten Kühleinrichtung ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor und dnach jeder Sprühdüse (4) Stützkörper (5) angeordnet sind, deren Stützflächen (6) der Geometrie der Strangoberfläche angepasst sind, und dass die Rückkanten (7) der nachgeordneten Stützkörper

(5) über die darunterliegenden Sprühdüsen (4) vorspringen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkörper (5) zusammen mit den zwischen diesen angeordneten Sprühdüsen (4) in ihrem gegenseitigen Abstand (10) unabhängig vom ersten Teil (2) der Kokille (1) einstellbar sind.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Stranglaufrichtung (13) einander folgenden Sprühdüsen (4) quer zu dieser Richtung (13) versetzt angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der- Ansprüche 4 bis .6» dadurch gekennzeichnet , dass die Grosse der von den Sprühfächern (14) beaufschlagten Strangoberflachen im wesentlichen der Fläche (15) zwischen den Stützkörpern (5) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (16) des nach'geordneten Stützkörpers (5) vom Strang weg unter einem Winkel (20) nach abwärts geneigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die dem ersten Teil (2) nächstliegende Reihe von Sprühdüsen (21) mit quer zur Stranglaufrichtung (13) wirkenden Sprühfächern (22) mit Flachstrahldüsen ausgerüstet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2) vom zweiten Teil (3) von der Kokilleneingussseite her lösbar und abhebbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Stützflächen (6) einen in Stranglaufrichtung (13) sich verjüngenden Konus aufweisen.

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