DE2517982A1

DE2517982A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung eines stranges beim stranggiessen von stahl

Info

Publication number: DE2517982A1
Application number: DE19752517982
Authority: DE
Inventors: Fritz Willim
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1975-04-23
Publication date: 1975-10-30
Also published as: JPS50146524A; JPS534049B2; CH580454A5; IT1037549B; FR2268585B1; RO68523A; US3981347A; GB1506438A; SU645532A3; CA1050720A; BR7502468A; FR2268585A1; DE2517982B2

Description

CONCAST AG ZUERICH (SCHWEIZ)

Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Stranges beim Stranggiessen von Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines Stranges beim Stranggiessen von Stahl, wobei Kühlflüssigkeit mit regelbarer Beaufschlagungsmenge zwischen zwei in Stranglaufrichtung benachbarten Führungselementen gegen die Strangoberfläche gesprüht wird.

Es ist bekannt, zur Anpassung der Kühlverhältnisse an die Giessparameter, wie z.B. Giessgeschwindxgkeit, die Düsen einzelner Düsenstöcke ab- bzw. zuzuschalten. Damit ist zwar eine gewisse Reguliermöglichkeit erreicht, es muss jedoch eine Unregelmässigkeit der Beaufschlagung mit Kühlmittel und der Kühlung über die Strangbreite in Kauf genommen werden. Bei einer Abschaltung des Kühlwassers einer Düsenreihe quer zur Strangachse wird der Abstand zwischen den, der abgeschalteten Düsenreihe in Stranglaufrichtung benachbarten oberen und unteren Düsenreihen bzw. den entsprechenden Beaufschlagungsflächen so gross, dass Risse im Gussprodukt entstehen können. Eine Verringerung der Stützabstände von Führungselementen ist ebenfalls nicht vorgesehen.

Es ist weiters bekannt, zur Erzeugung von Kühlmittelstrahlen mindestens zwei Flachstrahlen an einer mit Abstand zur Strangoberfläche gelegenen Stelle zu kreuzen, wobei mindestens einer dieser Flachstrahlen in seiner Richtung von der auf die Strangoberfläche treffenden Senkrechten abweicht. Die Verteilung der Kühlmittelmenge ist derart, dass von der Strangmitte nach den Kanten zu weniger Wasser aufgesprüht wird. Bei diesem Vorschlag werden die entsprechenden Flachstrahldüsen winkelig zueinander eingestellt, so dass es zu einem Ueberkreuzen der Strahlen kommt. Dadurch wird eine Verbreiterung der beaufschlagten Fläche erzielt. Durch das Kreuzen der Strahlen tritt bekanntlich eine gegenseitige Störung der Strahlen, sowie eine dadurch

bedingte unregelmässige Kühlung aiif. Ferne?· wird die kinetische Energie der Kühlmittelteilchen und somit die Kühlwirkung vermindert.

Es ist auch eine Flachstrahldüse zur Erzeugung von zwei schmalen Sprühfächern bekannt. Diese Düse wird jedoch so angeordnet, dass die zwei Sprühfächer im Kantenbereich ohne gegenseitige Berührung auf benachbarten Strangseiten auftreffen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlauben, eine möglichst grosse, in einem weiten Bereich regelbare Kühlmittelmenge zwischen Führungselementen hindurch auf die Strangoberfläche zu sprühen, um so eine Anpassung der Beaufschlagungsmenge an verschiedene Giessparameter, wie z.B. Giessgeschwindigkeit und Stahlqualität zu gestatten und dadurch eine Verbesserung der Oberflächengüte des Giessproduktes zu erhalten. Ferner sollte es ermöglicht werden, den gegenseitigen Abstand von benachbarten Führungselementen und damit auch den gegensei-tigen Abstand der sich in Stranglaufrichtung folgenden Beaufschlagungsflächen möglichst gering zu halten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wahlweise Kühlflüssigkeit von einem Sprühfächer oder von zwei, im wesentlichen gleichgerichteten, vorerst in Stranglaufrichtung nebeneinander verlaufenden, danach sich zu einem Flachstrahl vereinigenden Sprühfächern gesprüht wird, dessen Dicke und Richtung etwa denen eines der nebeneinander liegenden Sprühfächer entspricht.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zwei Flachstrahldüsen mit Austrittsöffnungen für im wesentlichen gleichgerichtete, in Stranglaufrichtung vorerst hintereinander verlaufende Sprühfächer in einem Abstand voneinander und in einem Abstand von der Strangoberfläche zur Bildung des Flachstrahles angeordnet sind, wobei der Abstand voneinander zwischen 5 und 50 mm beträgt.

Der Flachstrahl wird vor der Beaufschlagungsfläche, d.h. bevor er auf die Strangoberfläche auftrifft, gebildet.. Sollte die Kühlung durch Kühlmittel zweier Sprühfächer erfolgen, verlaufen diese vor ihrer Vereinigung zu einem Gesamtflachstrahl im wesentlichen gleichgerichtet, d.h. derart, dass ihre Mittelebenen etwa senkrecht zur

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Strangoberfläche stehen. Dadurch wird e.-rreicht, dass kein allzu grosses winkeliges Aufeinandertreffen einzelner Sprühpartikel, wie es beispielsweise beim Kreuzen von Sprühschichten der Fall ist, auftritt. Dies bringt den Vorteil, dass die einzelnen Kühlmitteltröpfchen beim Zusammentreffen der Sprühfächer aus ihrer Bahn nicht nach 'aussen abgelenkt werden und ihre kinetische Energie nicht vermindert wird. Weiters ist dadurch die Bildung eines Flachstrahles mit relativ scharf begrenzter Hüllfläche möglich, was die Gleichmässigkeit der Kühlung fördert.

Der Flachstrahl kann- aus der Summe der Kühlflüssigkeitsmengen zweier Teilstrahlen, d.h. Sprühfächer, gebildet werden, wobei dessen Dicke und Richtung nach der Vereinigung etwa denen eines der nebeneinander liegenden Sprühfächer entspricht. Dadurch wird ein sehr schmaler Flachstrahl erzielt. Dabei wird die Kühlflüssigkeitsmenge jedes einzelnen Strahles durch übliche Mittel eingestellt. Durch die wahlweise Besprühung durch Kühlflüssigkeit von einem oder zwei sich zu einem Flachstrahl vereinigenden Sprühfächer ist es möglich, die gesamte auf die Strangoberfläche auftreffende Beaufschlagungsmenge in einem weiten Bereich zu regeln und dem jeweiligen Bedarf, der sich nach Stahlzusammensetzung, Giessgeschwindigkeit, Stahltemperatur etc. richtet, anzupassen.

Durch Wahl der Distanz zwischen den Sprühfächern und. durch Einstellen eines Kuhlflussigkeitsdruckes über 1,5 atü vor den Austrittsöffnungen werden die vorerst nebeneinander verlaufenden Sprühfächer vor dem Auftreffen der Kühlflüssigkeit auf der Strangoberfläche durch einen sogwirkungsähnlichen Effekt zu einem Flachstrahl vereinigt. Durch diesen überraschenden Effekt kann ein relativ schmaler Flachstrahl erzeugt werden, wodurch wiederum die Distanz der in Stranglaufrichtung benachbarten Führungselemente klein gehalten werden kann.

Wenn der Strang durch Führungsrollen geführt wird, wird der Flachstrahl in seiner Dicke derart geformt, dass dieser beim Durchtritt zwischen den Rollen etwa deren kleinsten gegenseitigen Abstand entspricht, d.h. die Hüllfläche des Flachstrahles die Rollen gerade berührt. Dabei wird der Spalt bzw. der kleinste Zwischenraum zwischen den Führungselementen durch den. Flachstrahl ausgefüllt. Durch diese Massnahme des Vereinigens der Teilstrahlen bzw. der Sprühfächer ist

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es möglich, den Rollenabstand sehr klein zu halten, wodurch wiederum eine höhere Giessgeschwindigkeit ohne Gefahr eines Ausbauchens gefahren werden kann. Durch das, nach der Erfindung ermöglichte, nahe Aneinanderrücken der Führungsrollen werden auch die Abstände der sich in Stranglaufrichtung aufeinander folgenden Beaufschlagungsflächen verringert. Durch diese verkürzte Folge von Beaufschlagungsflächen wird die Strangkühlung gleichmässiger und die Gefahr der Rissbildung herabgesetzt.

Die Kühlflüssigkeit kann der Ausbildung der Sprühfächer der Teilstrahlen etwa rechtwinkelig zur ursprünglichen Strömungsrichtung in der Zuflussöffnung der Düse umgelenkt werden. Dabei ergibt sich eine ausgezeichnete Versprühung des Kühlmediums.

Es kann vorteilhaft sein, den Flachstrahl aus Sprühfächern mit im wesentlichen jeweils gleichmässiger Kühlflüssigkeitsmengenverteilung über ihre Breite zu bilden. Dadurch weist auch der gebildete Flachstrahl eine gleichmässige Beaufschlagungsmenge quer zur Stranglängsachse auf.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird durch eine entsprechende Ueberlagerung der Sprühfächer eine Beaufschlagungsfläche am Strang erzeugt, die im wesentlichen der Beaufschlagungsfläche eines Sprühfächers entspricht. Dadurch kann auf einer Fläche mit relativ geringer Dicke die spezifische Beaufschlagungsmenge stark verändert werden und so auch die Kühlintensität variiert werden.

Zur Einsparung von Düsen und zur Erzielung einer ununterbrochenen Beaufschlagungsfläche quer zum Strang kann die Breite des Flachstrahles entsprechend der Strangbreite gehalten werden. Dies wird durch Wahl eines geeigneten Sprühwinkels der Düsen und/oder durch Einstellung des erforderlichen Abstandes der Düsen zur Strangoberfläche bewirkt. Es ist dabei vorteilhaft, den Strang über seine Breite entlang der Beaufschlagungsfläche quer zur Stranglaufrichtung mit annähernd gleichmässiger Kühlflüssigkeitsmengenverteilüng und gleichmässigem Beaufschlagungsdruck zu kühlen.

Die Vorrichtung weist zwei Flachstrahldüsen auf, die Austrittsöffnungen für im wesentlichen gleichgerichtete in Stranglaufrichtung vorerst nebeneinander verlaufende Sprühfächer besitzen. Der Abstand der Austrittsöffnungen voneinander liegt zwischen 5 und 50 mm. Die

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untere Grenze von 5 mm ist durch die Möglichkeit des Aneinanderrückens der Düsen, die obere Grenze von 50 mm durch die Forderung nach einer entsprechenden Sprühfächervereinigung gegeben. Durch einen geringen Abstand wird auch erreicht, dass sich die austretenden Teilstrahlen schon nach relativ kurzer Wegstrecke praktisch ohne Energieverlust durch einen sogwirkungsähnlichen Effekt ineinander übergehend vereinigen und den Flachstrahl bilden.

Der gegenseitige Abstand wird innerhalb dieses Bereiches derart eingestellt, dass sich die Sprühfächer, deren Mittelebenen im wesentlichen senkrecht auf der Strangoberfläche stehen, nach einer gewissen Wegstrecke vereinigen und einen Gesamtstrahl bilden. In dessen Bildung sind die Austrittsöffnungen auch mit dem entsprechenden Abstand zur Strangoberfläche angeordnet.

Nach einer Ausbildungsform erstrecken sich die Austrittsöffnungen als Schlitze quer zu den Längsachsen der Düsenkörper und das eingebrachte Kühlmittel wird in den Düsen etwa rechtwinkelig umgelenkt. Dadurch ergibt sich eine gute Versprühung des Kühlmittels.

Zur genauen Einstellung des Sprühfächers kann der Abstand mindestens einer Austrittsöffnung zur Strangoberfläche veränderbar sein.

Um ein möglichst nahes Aneinanderrücken von Teilstrahlen zu ermöglichen, kann man den Abstand zur beaufschlagten Strangoberfläche der Austrittsöffnungen der Düsen ungleich einstellen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Sie werden im folgenden näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Stranges,der

Führungsrollen, des Flachstrahles und der Anordnung der Düsen und

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausbildungsform.

Nach Fig. 1 ist ein Stahlstrang 1 mit viereckigem Querschnitt und mit einer Laufrichtung 2 von Führungselementen in Form von Rollen 3 und 4 gestützt und geführt. Anstelle der Rollen können aber auch gitterartige Führungselemente, sogenannte Kühlgitter, verwendet werden.

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Zur Vereinfachung wird der Erfindungsgegeaötand nur an einer Strangseite gezeichnet. Die benachbarten Führungsrollen weisen eine kleinste, gegenseitige Distanz 5 auf. Diese Distanz wird, um Ausbauchungen des Stranges zu vermeiden, möglichst gering gehalten. In dem Bereich zwischen den Berührungslinien der Rollen 3 und 4 mit dem Strang wird die Strangoberfläche 7 durch einen Flachstrahl 15 beaufschlagt. Die Beaufschlagungsfläche 7 weist in Stranglaufrichtung 2 eine Dicke 8 auf. Die Bildung des Flachstrahles 15 geschieht wie folgt:

Ueber Zuleitungsrohre 10, 10' wird Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, den Flachstrahldüsen 11, 11' zugeführt. Diese Flachstrahldüsen weisen schlitzartige Austrittsöffnungen 12, 12* auf, die quer zur Stranglaufrichtung 2 eingestellt sind. Das zugeführte Wasser tritt nach einer Umlenkung aus der ursprünglichen Strömungsrichtung in den Zuflussöffnungen 18, 18' (Fig. 2) und in Richtung der Düsenlängsachse in einem Winkel von etwa 90° zu dieser durch die Austrittsöffnungen aus und ergibt jeweils einen Sprühfächer bzw. Teilstrahl 14, 14'. Die im wesentlichen gleichgerichteten Teilstrahlen, deren Mittelebenen etwa senkrecht zur Strangoberfläche stehen, verlaufen vorerst getrennt hintereinander. Nach einer gewissen Wegstrecke werden die Sprühfächer 14, 14', etwa im Bereich 9, zu einem gemeinsamen Flachstrahl 15 vereinigt. Die Dicke des Flachstrahles wird dabei so gewählt, dass sie beim Durchtritt zwischen den Rollen deren kleinsten, eingestellten gegenseitigen Distanz 5 entspricht^

Die Wassermengenregulierung erfolgt mittels bekannter Reguliereinrichtungen, beispielsweise mittels der Ventile 16, 16', wodurch die gesamte, versprühte Wassermenge in einem weiten Bereich variiert werden kann. So kann beispielsweise durch ein Schliessen des Ventils 16' die gesamte Wassermenge des Flachstrahles 15 nur mehr der, der Stellung des Ventils 16 entsprechenden Wassermenge des Sprühfächers 14 entsprechen, d.h. die Summe der Kühlmittelmenge beider Sprühfächer 14, 14' entspricht der Wassermenge des Teilstrahles 14. Der Abstand der schlitzartigen Austrittsöffnungen 12, 12' voneinander in Stranglaufrichtung liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei 20 mm. Der Abstand von der Strangoberfläche beträgt 400 mm. Bei einer Wassermenge von 10 bis 20 Liter pro Minute und Düse bei Drücken von 1,5 bis 6,0 atü vereinigen sich die beiden Teilstrahlen infolge Sogwirkung etwa in einem Abstand von 130 mm von ihrer Austrittsstelle. Die Dicke

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des derart gebildeten, etv.^Ta parallelen Flachetrahles entspricht dem kleinsten Abstand der Fünrungsrcller 3 und 4 voneinander und beträgt ca. 45 mm.

Fig. 2 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Austrittsöffnungen 12, 12' von zwei sich in Stranglaufrichtung 2 unmittelbar folgenden Düsen 11, 11' unterschiedliche Abstände 21, 22 aufweisen. Dies bringt auch den Vorteil mit sich, dass der gegenseitige Abstand 17 der Austrittsöffnungen 12, 12' noch weiter verkleinert werden kann, wodurch auch durch das weitere Aneinanderrücken der Sprühfächer 14, 14' eine Verringerung des kleinsten Abstandes 5 der Rollen 3, 4 möglich ist. Durch die Verkleinerung des Stützabstandes werden wiederum die Bedingungen für die Strangausbauchung erschwert. Zur genauen Einstellung der Sprühfächer kann mindestens eine der Düsen 11, 11* in ihrer Lage zur Strangoberfläche, wie durch den Doppelpfeil 2 3 angedeutet, veränderbar sein. Desgleichen kann auch mindestens eine der Düsen 11, 11' zur genauen Einstellung des Abstandes 17 in Stranglängsrichtung ortsveränderbar sein, wie durch den Doppelpfeil 2 4 angezeigt wird. Bei Beaufschlagung des Stranges mit einem Gesamtflachstrahl über die Breite des Stranges kann dadurch eine Anpassung der Länge der Beaufschlagungsfläche an unterschiedliche Strangformate bzw. Breiten erfolgen. Die austretenden Kühlmittelmengen sind, wie schon in der Fig. 1 gezeigt, durch bekannte Mengenreguliereinrichtungen einstellbar. Gemäss der Fig. 2 wird der Flachstrahl 15 so gebildet, dass seine Beaufschlagungsfläche mit der Dicke 25 im wesentlichen der Beaufschlagungsfläche eines Teilstrahles 14, 14" entspricht. Dies ist auch veranschaulicht durch die in der Ansicht strichliert dargestellten, ideellen Begrenzungsflächen der Sprühfächer 14, 14' nach ihrer Vereinigung zum Gesamtflachstrahl. Bei Reduktion, beispielsweise der durch die Düse 14' aufgesprühten Wassermenge auf Null beaufschlagt nur mehr der Sprühfächer 14 die Strangoberfläche und zwar innerhalb einer im wesentlichen unveränderten Beaufschlagungsfläche mit der Dicke 25.

Es ist auch möglich, zwei Sprühfächer mit unterschiedlichem Sprühwinkel zu vereinigen, wodurch der vom Gesamtstrahl beaufschlagte Strang in der Mitte stärker gekühlt werden kann. Es ist ebenfalls möglich, zwei Sprühfächer mit unterschiedlicher Sprühcharakteristik zu vereinigen, um eine gewünschte Wassermengenverteilung im Gesamtflachstrahl bzw. über die beaufschlagte Strangoberfläche zu erhalten.

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Claims

ANSPRU V. CHE

1. Verfahren zur Kühlung eines Stranges beim Stranggiessen von Stahl, wobei Kühlflüssigkeit mit regelbarer Beaufschlagungsmenge zwischen zwei in Stranglaufrichtung benachbarten Führungselementen gegen die Strangoberfläche gesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise Kühlflüssigkeit von einem Sprühfächer oder von zwei, im wesentlichen gleichgerichteten, vorerst in Stranglaufrichtung hintereinander verlaufenden, danach sich zu einem Flachstrahl vereinigenden Sprühfächern gesprüht wird, dessen Dicke und Richtung etwa denen eines der nebeneinander liegenden Sprühfächer entspricht.

-2. Verfahren zur Bildung des Flachstrahles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl der Distanz zwischen den Sprühfächern und durch Einstellen eines Kühlflüssigkextsdruckes über 1,5 atü vor den Austrittsöffnungen, die vorerst nebeneinander verlaufenden Sprühfächer vor dem Auftreffen der Kühlflüssigkeit auf der Strangoberfläche durch einen sogwirkungsahnliehen Effekt zu einem Flachstrahl vereinigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strang durch Führungsrollen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Flachstrahles beim Durchtritt zwischen den Führungsrollen etwa deren kleinsten Distanz entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit zur Ausbildung der Sprühfächer etwa rechtwinkelig zur ursprünglichen Strömungsrichtung in der Zuflussöffnung der Düsen umgelenkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachstrahl aus Sprühfächer mit im wesentlichen jeweils gleichmässiger Kühlflüssigkeitsmengenverteilung über ihre Breite gebildet wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beaufschlagungsfläche des Flachstrahles, die im wesentlichen der Beaufschlagungsfläche eines Sprühfächers entspricht, erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Flachstrahles entsprechend der Strangbreite gehalten wird und der Strang entlang der Beaufschlagungsfläche mit annähernd gleichmässiger Kühlflüssigkeitsmenge und gleichmässigem Beaufschlagungsdruck gekühlt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Stranglaufrichtung benachbarte Führungselemente jeweils mit Distanz voneinander angeordnet und innerhalb dieser Distanz wirkende Flachstrahldüsen mit getrennt regelbarem Kühlflüssigkeitszufluss vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Flachstrahldüsen (11, II¹) mit Austrittsöffnungen(12,12') für im wesentlichen gleichgerichtete, in Stranglaufrichtung (2) vorerst nebeneinander verlaufende Sprühfächer (14, 14') in einem Abstand (17) voneinander und in einem Abstand (21, 22) von der Strangoberfläche zur Bildung des Flachstrahles angeordnet sind, wobei der Abstand (17) voneinander zwischen 5 und 50 mm beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (12, 12') als sich im wesentlichen quer zu den Längsachsen (13, 13') der Düsen (11, 11') erstreckende Schlitze ausgebildet sind und die Richtungen des Kühlflüssigkeitsflusses in den Zuflussöffnungen (18, 18') der Düsen und den Ausflussöffnungen (12, 12') etwa rechtwinkelig zueinander sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (21, 22) der Austrittsöffnungen(12,12') mindestens einer Düse (11, 11') zur beaufschlagten Strangoberfläche veränderbar ist.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche R bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (21, 22) der Austrittsöffnungen(12,12') der sich in Stranglaufrichtung unmittelbar folgenden Düsen zur beaufschlagten Strangoberfläche ungleich ist.

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