DE2746284C3 - Verfahren zum Stranggießen dünner Drähte aus Metall oder einer Legierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strariggie· •en dünner Drähte aus Metall oder einer Legierung, wobei der Strang in ein aus einem feine Wassenröpf-Chen enthaltenden Gas bestehendes, umlaufendes Kühlmedium innerhalb eines an eine Stranggießdüse angrenzenden Kühlraums ausgespritzt wird.

Bei einem solchen, durch die DE-OS 19 2172» bekannten Verfahren wird zur Kühlung des aus der Stranggießdüse austretenden Stranges ein Aerosol derart in ein Kühlgefäß eingeleitet, daß es in Strangnähe Im wesentlichen in der Strangbewegungsriclitung strömt und dann entfernt vom Strang in Gegenrichtung Wieder zurückgeführt wird, Trotz der Verwendung eines Aerosols als Kühlmedium macht diese Art der Umlaufströmung eine verhältnismäßig länge Kühliitrekke erforderlich, die sich ungünstig auf die mechanischen Eigenschaften des mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit aus der Stranggießdüse austretenden Stranges auswirkt. Diese Art der Umlaufbewegung des Kühlmedium^ macht außerdem eine verhältnismäßig große Breitenabmessung des Kühlbehälters erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Erstarrung des aus der Stranggießdüse austretenden Drahtstranges wesentlich beschleunigt und die Qualität des erzeugten Drahtes beträchtlich verbessert wird und zugleich eine Verkleinerung des Kühlraums möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Gas und dem Wasserdampf in dem Kühlraum eine Bewegung um eine parallel zur Strangachse ve-laufende Achse erteilt und die Temperatur des Gases unterhalb des Taupunktes des Dampfes gehalten wird. Auf diese Weise gelangt das aus einem Gas und darin verteilten feinen Wassertröpfchen bestehende Kühlmedium gleichzeitig in den gesamten zu küMenden Strangbereich, so daß die Wassertröpfchen gleichmäßig an den zu kühlenden Strang herangetragen werden und dort unter beträchtlicher Wärmeaufnahme verdampfen können. Durch die Bewegung des Kühlmediums um eine parallel zur Strangachse verlaufende Achse wird zugleich aber auch erreicht, daß große Wassertröpfchen, die für eine Kühlung nachteilig sein könnten, durch die Fliehkraft an die Außenwand des Kühlraums getragen und dadirch vom zu kühlenden Strang ferngehalten werden.

Vorteilhafterweise werden das Gas und der Wasserdampf getrennt in den Kühlraum eingeleitet, um eine frühzeitige Kondensation des Wasserdampfs in der Zuführungsleitung zu vermeiden und eine feine Verteilung der Wassertröpfchen in dem Gas zu erreichen.

Die Kühlung des aus der Stranggießdüse austretenden Stranges läßt sich noch weiter durch die Auswahl einer geeigneten Wassertröpfchengröße durch die Einstellung der Drehgeschwindigkeit des Kühlmediums in dem Kühlbehälter verbessern, wa^v-ei mit zunehmender Drehgeschwindigkeit immer kleinere Wassertröpfchen durch die Fliehkraft an der Wand des Kühlbehälters abgeschieden werden und so die für die Kühlung verbleibenden Wassertröpfchen auf eine gewählte Größe beschränkt werden. Vorzugsweise wird die Drehgeschwindigkrit des Kühlmcdiums so eingestellt, daß alle Tröpfchen, deren Durchmesser 2,5% des Drahtdurchmessers überschreitet, auszentrifugiert werden.

Zur weiteren Optimierung des Kühlvorganges empfiehlt es sich, das Kühlmedium in der Umfangsrichtung der Innenwand des Kühlbehälters und zugleich auch in der Längsrichtung des Kühlbehälters zu bewegen, so daß sich insgesamt eine spiralförmige Bewegung um eine zu der Strangachse parallele Achse ergibt. Zugleich kann die Wand des Kühlbehälters wenigstens in derr von dem noch nichi erstarrten strangdurchlaufenden Längenbereich von außen gekühlt werden. Hierdurch wird einerseits die Aufrechterhaltung einer Temperatur des Kühlmediums unterhalb des Taupunktes unterstützt und andererseits bewirkt, daß sich die nach außen hin ausgetragenen größeren Wassertröpfcfien des Kühlmediums an der Kühlbehälterwand niederschlagen und nach unten abfließen können.

Als Gasanteil des Kühlmediums kommt z, B. Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Helium oder ein Gemisch Von mindestens zweien dieser Gase in Frage. Vorteilhaft wird Wasserstoff oder ein Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff verwendet. Dabei ist das Verfahren insbesondere für das Stranggießen dünner Drähte aus Stahl geeignet.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren

anhand einer in den Zeichnungen dargestellten Einrichtung zum Stranggießen dünner Drähte erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den an die Stranggießdüse angrenzenden Teil des Kühlbehälters und

Fig.2 einen Querschnitt des Kühlbehälters entlang der Ebene 2-2.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kühlbehälter (nur teilweise dargestellt) angrenzend an die Stranggießdüse 2 mit der Achse 3 dargestellt, aus der der flüssige Metallstrang 4 austritt

In F i g. 2 sieht man die Innenwand 5 dieses Teils 1 mit kreisförmigem Querschnitt, so daß dieser Teil 1 eine zylindrische Innenwand 5 um die parallel zur Achse 3 der Stranggießdüse verlaufende Umdrehungsachse 6 is bildet Die Wand 5 ist von einem Mantel 7 umgeben, in welchem eine Flüssigkeit mit wesentlich tieferer Temperatur als der Taupunkt des Wasserdampfes 8 zirkuliert; diese Flüssigkeit tritt in den Mante' 7 durch den Einlaß 9 ein und verläßt ihn durch den Auslaß 10. Die Wand 5 besitzt einen Gaseinlaß 11 und einen Wasserdampfeinlaß IZ Das Gas und der Wasserdampf vermischen sich in diesem Teil 1 des Kühlbehälters und werden in einer Rotationsbewegung 13 (Fig. 2) um die Umdrehungsachse 6 der Zylinderwand 5 mittels eines nah an der Wand 5 angeordneten Ventilators 14 mitgeführt dessen Achse einen bestimmten Abstand von der Umdrehungsachse 6 besitzt. Die durch die Einführung des Wasserdampfs in das Gas, welches eine niedrigere Temperatur als der Taupunkt von Wasserdampf aufweist und sich im übrigen an der Wand 5 abkühlt, entstehenden Tröpfchen werden durch die Rotationsbewegung des Kühlmediums einer Zentrifugalkraft ausgesetzt Wie Fig. 1 und 2 zeigen, auf denen lediglich ein Sektor des fließfähigen Kühlmediums J5 dargestellt ist, scheiden sich die Tröpfchen mit größerem Di xhmesser an der Wand 5 ab, während der Strang 4 sich mit Tröpfchen kleineren Durchmessers in Kontakt befindet.

Bei einer nicht dargestellten Abänderung wird der Ventilator 14 weggelassen. Dabei genügt die Entspannung des Wasserdampfs in dem Zylinder 5, um das Kühlmedium; um die Achse 6 in Bewegung zu setzen. Zu diesem Zweck wird das Ende des den Zylinder 5 Wasserdampf zuführenden Rohres 12 in Nähe der \Ί Zylinderwand 5 angeordnet, so daß der Wasserdampf entlang einer in einem gewissen Abstand von der Umdrehüngsach';e der Zylinderwand 5 befindlichen Achse eingespritzt wird.

Unabhängig von der zur Anwendung kommenden -.0 Ausführungsform kann man die Abkühlung des Stranges dadurch optimal gestalten, daß man außerdem die Achse, entlang der das Kühlmedium auströmt, einen räumlich verstellbaren Winkel mit der Umdrehungsachse 6 der Wand 5 bilden läßt. '·->

Unter Anwendung des in der deutschen Patentschrift 22 22 963 beschriebenen Verfahrens wurde ein Flüssigstahl-Strang mit einem Durchmesser von 75 μπι mit einer Geschwindigkeit von 14 m/sec in einen Kühlbehälter mit einer Gesamtlänge von 1,6 m ausgespritzt, der mit einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff gespeist wurde (Durchsatz: 25 l/min, Temperatur: 2O⁰C; Wasserstoff: 25%, Stickstoff: 75%). Der Strang trat aus der Stranggießdüse mit einer Temperatur von 1500⁰C aus und besaß eine Länge von 0,42 m; der Draht verbrannte bei seinem Eintritt in die Umgebungsluft, wobei seine Temperatur noch etwa 1150°C betrug.

Führt man Wasserdampf (Durchsatz: 0,05 kg/min. Temperatur: 125°C) in den an die Stranggießdüse anschließenden Teil des Kühlbehälters unter Beibehaltung im übrigen der gleichen vorstehend für die Speisung mit Wasserstoff und Stickstoff angegebenen Bedingungen ein, so besitzt der noch nicht erstarrte Strang eine Länge von 0,36 m, wobei der erstarrte Strang bzw. Draht in die Umgebungsluft mit einer Temperatur von etwa 94O⁰C austritt

Wendet man diese Zufuhr vor. Wasserdampf zusätzlich an, um das Kühlmedium in einem an die Stranggießdüse angrenzenden Zylinder mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Länge von 350 mm in Rotation zu versetzen, wobei die Umdrehungsachse des Zylinders parallel und in einem Abstand von 100 mm von der Düsenachse angeordnet ist, so besitzt der noch nicht erstarrte Strang eine Länge von 0,28 m und der keine Spur vom Eisenoxid, Fehlstellen und Brüchen aufweisende erstarrte Strang bzw. Draht tritt dann in die Umgebungsluft mit einer Temperatur von 685°C aus. Die Vortriebsachse des das Kühlmedium in Rotation versetzenden Wasserdampfs besitzt von der Umdrehungsachse des Zylinders einen Abstand von 140 mm und bildet mit dieser Umdrehungsachse einen sich auf die Stranggießdüse zu öffnenden Winkel von 30°.

Ersetzt man das Wasserstoff/Stickstoffgemisch durch Wasserstoff (Durchsatz: 25 l/min, Temperatur: lQ°C), erzielt man mit der gleichen Einrichtung einen noch nich' erstarrten Strang mit einem Durchmesser von 165 μιπ bei einer Länge von 0,44 m. Er tritt in die Umgebungsluft mit einer Temperatur von 1150⁰C aus und verbrennt.

Gibt man Wasserdampf zu (Durchsatz: 0,09 kg/min, Temperatur: 125°C), so besitzt der noch nicht erstarrte Strang eine Länge von 038 m. Der Draht tritt in die Umgebungsluft mit einer Tempet atur von 950°C aus.

Verwendet man zusätzlich Wasserdampf, um das Kühlmedium in Rotation zu versetzen, so besitzt der noch nicht erstarrte Strang eine Länge von 0,3 m. Der Draht tritt in die Umgebungsluft mit einer Temperatur von 700⁰C aus. Er ist frei von Eisenoxid, Fehlstellen und Biüchen. Die mit dem noch nicht erstarrten Strang in Kontakt kommenden Tröpfchen besitzen Durchmesser von höchstens 5 μιη.

Abschließend sei bemerkt, daß die Verwendung des fließfähigen Mediums unabhängig von der räumlichen Ausrichtung des S'-anges ist. Das Verfahren kann zum Beispiel bei einem Strang verwendet werden, der senkrecht nach unten, waagerecht oder senkrecht nach oben gespritzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stranggießen dünner Drähte aus Metall oder einer Legierung, wobei der Strang in ein aus einem feine Wassertröpfchen enthaltenden Gas bestehendes, umlaufendes Kühlmedium innerhalb eines an eine Stranggießdüse angrenzenden Kühlraums ausgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas und dem Wasserdampf in dem Kühlraum eine Bewegung um eine parallel zur Strangachse verlaufende Achse erteilt und die Temperatur des Gases unterhalb des Taupunktes des Dampfes gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und der Wasserdampf getrennt in den Kühlraum eingeleitet wird.

3. Verfahi ui nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl einer geeigneten Wassertröpfchengröße durch die Einstellung der Drehgeschwindigkeit des Kühlmediums in dem Kühlbehälter erfolgt

4. Verfahren nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Kühlmediums so eingestellt wird, daß alle Tröpfchen, deren Durchmesser 2,5% des Drahtdurchmessers überschreitet, auszentrifugiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekf -»nzeichnet, daß das Kühlmedium in der Umfangsrichtungder Innenwand des Kühlbehälters und zugleich in Längsrichtung des Kühlbehälters bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der r.nsprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Kühlbehälters wenigstens in dem von dem noch nicht erstarrten Strang durchlaufenen Längenbereich von außen gekühlt wird.

7. Verwendung von Wasserstoff oder einem Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff für den Gasanteil des Kühlmediums bei einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6.

8. Verwendung von Stahl bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.