DE2746318B2

DE2746318B2 - Einrichtung zum Stranggießen dünner Drähte aus Metall oder einer Legierung

Info

Publication number: DE2746318B2
Application number: DE2746318A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1979-07-26
Also published as: JPS5348933A; BE859793A; AU2978177A; ES463222A1; JPS5815217B2; FR2367561A1; SE7711662L; AU505592B2; CA1090529A; DE2746318A1; SE430663B; IT1090892B; ATA740777A; GB1594455A; LU78326A1; FR2367561B1; AT358209B; DE2746318C3; US4149584A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Stranggießen dünner Drähte aus Metall oder einer Legierung mit einem Tiegel, der eine Stranggießdüse zum Ausspritzen der Schmelze aufweist, und mit einem am Ausgang der Stranggießdüse angeordneten Kühlbehälter, der in seinem an die Stranggießdüse angrenzenden Teil mit wenigstens einer Zuleitung für ein Kühlmedium versehen ist und wenigstens über eine dem noch nicht erstarrten Teil des Stranges etwa entsprechende Länge einen dem Kühlmedium eine im wesentlichen quer zu dem Strang verlaufende Strömung verleihenden Aufbau hat.

Bei einer solchen, durch die DE-OS 1921721 bekannten Einrichtung ist der an die Stranggießdüse anschließende Kühlbehälter derart ausgebildet, daß ein als Kühlmedium dienendes Aerosol durch an mehreren Stellen mündende Zuleitungen quer zu dem abzukühlenden Strang zugeführt und dann in Längsrichtung des Stranges umgelenkt wird. Durch eine geeignete Gestaltung des Kühlbehälters wird so eine Umlaufbewegung des Kühlmedienstromes erreicht, bei der dieser im eigentlichen Wirkungsbereich im wesentlichen längs des zu kühlenden Stranges strömt und nur in Umlenkbereichen in geringem Maß quer zu dem Strang bewegt wird. Zwar fördert die Verwendung eines Aerosols als Kühlmedium die Kiihlgeschwindigkeit, jedoch ist bei der bekannten Einrichtung trotzdem noch eine Kühlstrecke beträchtlicher Länge erforderlich. Eine Verkürzung der Kühlstrecke ist dabei deshalb nicht ohne weiteres möglich, weil zur Sicherstellung geeigneter mechanischer Drahteigenschaften eine verhältnismäßig hohe Austrittsgeschwindigkeit erforderlich ist. Die dadurch bedingte Verlängerung der Kühlstrecke bei gleichbleibender KUhlintenäität hat nicht nur eine Vergrößerung des Kühlbehälters sondern auch die Zunahme von Drahtfehlern und Drahtbrüchen sowie Aufnahmeschwierigkeiten zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art mit wesentlich verbesserter Kühlung des aus der Stranggießdüse austretenden Drahtstranges, durch die einerseits eine Verkürzung des Kühlbehälters und andererseits eine Verbesserung der Drahteigenschaften auch bei hoher Stranggießgeschwindigkeit ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenwand des an die Stranggießdüse angrenzenden Teils des Kühlbehälters die Form einer Umdrehungsfläche um eine parallel zur Düsenachse verlaufende Achse aufweist und daß in der Nähe der Umdrehungsfläche eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Kühlmedium ein Rotationsbewegung um die Umdrehungsachse verleiht. Durch die Erzeugung einer Rotationsbewegung des Kühlmediums um eine parallel gegenüber der Strangachse versetzte Rotationsachse wird der Strang über die gesamte abzukühlende Stranglänge in Querrichtung gleichzeitig von dem Kühlmedium angeströmt, so daß sich eine maximale Kühlintensität ergibt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich vor allem für die Verwendung eines Kühlmediums, das aus einem Gemisch von Gas und Wasserdampf besteht und eine Temperatur hat, bei der sich der Wasserdampf in Form feiner Wassertröpfchen in dem Gas verteilt. Hierbei werden die Wasserdampftröpfchen mit stets gleichbleibender Intensität über die gesamte abzukühlende Länge an den Strang herangeführt, in dessen Nähe sie verdampfen und dem Strang die erforderliche Verdampfungswärme entziehen können. Um eine optimale Bildung und Verteilung der Wassertröpfchen in dem Gas sicherzustellen und eine vorherige Kondensation des Wasserdampfes zu verhindern, empfiehlt es sich dabei, den Kühlbehälter mit einer Zuleitung für Wasserdampf und mit einer weiteren Zuleitung für ein Gas oder Gasgemisch zu versehen.

Zur Erzeugung der Rotationsbewegung des Kühlmediums kann die Wasserdampfzuleitung im Abstand von der Umdrehungsachse in Umfangsnchtung der Innenwand des Kühlbehälters münden. Hierdurch erhält der Wasserdampf von vornherein eine Bewegung in Umfangsrichtung der Innenwand des Kühlbehälters, die sich dem getrennt zugeführten Gas ebenfalls mitteilt. Es ist gegebenenfalls aber auch möglich, zur Erzeugung der Rotationsbewegung des Kühlmediums im Abstand von der Umdrehungsachse einen in Umfangsrichtung der Innenwand des Kühlbehälters ausgerichteten Ventilator vorzusehen. Die Mittel zur Erzeugung der Rotationsströmung des Kühlmediums werden dabei vorzugsweise in einem Abstand von der Umdrehungsachse angeordnet, der zwischen 50% und 100% des Abstandes der Innenwand von der Umdrehungsachse beträgt.

Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Mittel zur Erzeugung der Rotationsströmung des Kühlmediums zusätzlich eine Neigung in Längsrichtung des Kühlbehälters haben. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine räumliche Spiralbewegung des Kühlmediums, durch die, wie sich gezeigt hat, die Kühlung noch weiter intensiviert werden kann. Es empfiehlt sich auch, die Wand des Kühlbehälters wenigstens im Bereich der noch nicht erstarrten Stranglänge außenseitig mit einem Kühlwassermantel zu umschließen, durch den eine beträchtliche Abkühlung der Behälterwand ermöglicht wird. Diese Kühlung trägt dazu bei, die Temperatur des Kühlmediums in einem gewünschten Bereich zu halten. Andererseits ermöglicht diese zusätzliche Kühlung den Niederschlag zu großer Wassertröpfchen, die infolge von Zentrifugalkräften in dem Kühlmediumstrom nach außen getragen werden und die Kühlung des Stranges nachteilig beeinflussen könnten, an der Kühlbehälterwand.

Zum Herstellen von Drähten mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein Verfahren vorteilhaft, bei dem aus der Stranggießdüse Stahl in den Kühlbehälter mit darin umströmendem Kühlmedium ausgespritzt wird, wobei der Stahl einen solchen Silicium- und gegebenenfalls Mangangehalt besitzt, daß beim Kontakt des Sauerstoff liefernden Kühlmediums das sich auf dem Strang bildende erste Oxidationsprodukt Siliciumoxid ist und daß als Gas Wasserstoff oder als Gasgemisch ein Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff verwendet wird. Mit diesem Herstellungsverfahren lassen sich in der Herstellungseinrichtung qualitativ hochwertige Stahldrähte erzeugen, die hohen mechanischen Beanspruchungen gewachsen sind.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer ϊ ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kühlbehälter entlang einer Ebene senkrecht zur Achse der die Innenwand des Behälters bildenden Umdrehungsfläche,

Fig. 3 eine Teildarstellung des Kühlbehälters einer ίο der Fig. !entsprechenden Einrichtung, bei der jedoch das Kühlmedium durch einen Ventilator in Bewegung versetzt wird, und

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 3 dargestellten Ventilators in vergrößertem Maßstab entlang der i> durch den Pfeil F in Fig. 3 angezeigten Richtung.

In Fig. 1 sieht man einen Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Der Tiegel 1 enthält eine Metallschmelze 2 und wird von einem Druckbehälter 3 abgedeckt, von welchem man nur den unteren Teil sieht. Der Druckbehälter 3 enthält ein geeignetes Druckgas, um den Strang 4 durch die im Boden des Behälters angeordnete Stranggießdüse 5 mit senkrechter Achse 6 in das in dem am Austrittsende der Stranggießdüse 5 angeordnete Kühlbehälter enthaltene r> Kühlmedium 7 auszupressen.

Der Behälter 8 enthält ein sich an die Stranggießdüse 5 anschließendes erstes Element 81. Die Innenwand 9 dieses Elementes 81 ist erfindungsgemäß ein Umdrehungszylinder um die parallel zur Verlängern rung der Achse 6 der Stranggießdüse 5 in dem Raum 8 verlaufende Achse 10. Der kleinste Abstand / der Verlängerung der Düsenachse 6, d. h. des Stranges 4, von der Wand 9 ist kleiner als der Abstand L des Stranges 4 von der Achse 10 des Zylin- > ders 9. Die Länge des Elementes 81 entspricht in etwa derjenigen der noch nicht erstarrten Stranglänge, d. h. dem noch flüssigen Teil des ausgspritzten Metalls.

Wie Fig. 2 zeigt, wird das Kühlmedium 7 in eine Drehbewegung um die Achse 10 des Zylinders versetzt. Zu diesem Zweck ist ein Wasserdampf abgebendes Rohr 13 in Nähe der Wand 9 angeordnet und einerseits entlang einer in einem Abstand von der Zylinderachse 10 befindlichen Achse ausgerichtet. Man bewirkt so die Rotation des Kühlmediums um -r» die Achse 10. Andererseits bildet das Rohr 13 einen zwischen 0 und 90° verstellbaren Winkel mit der Achse 10 des Zylinders, was eine optimale Kühlung des Stranges gestattet. Der Wasserdampf folgt somit einer schraubenförmigen Bahn in Richtung auf die v) öffnung der Stranggießdüse 5 zu. Neben dem Wasserdampf wird durch wenigstens eine weitere Zuleitung 12 ein Gas oder Gasgemisch (Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Helium) zugeleitet. Die Temperatur dieses Gases liegt unterhalb des Taupunktes von Was- v, serdampf.

Schließlich umgibt ein mit unten bei 151 zugeführtem und oben bei 152 abgeführtem Kühlwasser gespeister Mantel 15 die Wand des Zylinders 9. Auf diese Weise erniedrigt man von vornherein die Tembo peratur des in Bewegung befindlichen Kühlmediums.

Der Kühlbehälter 8 besteht noch aus einem zweiten, anschließend an das erste Element 81 angeschlossenen Element 16. Dieses Element 16 besitzt die Form eines Kanals, dessen Mittelachse 11 auf die Düsenh5 achst, ausgerichtet ist und der über sein unteres Ende 17 die Verbindung des Kühlbehälters 8 mit der Außenluft herstellt.

In dem beschriebenen Beispiel erfolgt das Vorrük-

ken des Stranges in dem Kühlmedium parallel zur absteigenden Vertikalen. Der erfindungsgemäße Kühlbehälter funktioniert jedoch unabhängig von der räumlichen Ausrichtung des Strahls, wenn nur die Achse 6 der Stranggießdüse parallel zur Umdrehungsachse 10 verbleibt.

Eine solche Einrichtung ergibt für den Strang aus 1500° C heißem Flüssigstahl mit einem Durchmesser von 165 · 10~⁶ m, der mit einer Geschwindigkeit von IS m/sec ausgespritzt wird, eine Länge des noch nicht erstarrten Stranges von 0,3 m anstatt 0,44 m, wobei die Länge des Kühlbehälters in beiden Fällen 1,6 m beträgt. Die Rotationsbewegung des Kühlmediums wird in einem Zylinder mit einem Radius (L + I) = 150 mm erzielt. Der Abstand L beträgt 100 mm, die Höhe H des Zylinders beträgt 350 mm. Die Durchsätze sind die folgenden.

- Wasserstoff (H₂): 25 Liter pro Minute,

Temperatur: 20° C;

- Wasserdampf: 0,08 kg pro Minute,

Temperatur: 125° C.

Das Rohr 13 ist tangential zur Rotationsbewegung des Mediums ausgerichtet und bildet in Richtung der Stranggießdüse mit der Umdrehungsachse 10 einen Winkel von +30°. Der Abstand zwischen der Achse des Rohres 13 und der Zylinderachse beträgt 140 mm.

Diese Einrichtung ohne die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglicht nicht die Herstellung eines Drahtes. Dieser tritt mit einer Temperatur von 1150° C aus dem Kühlbehälter aus und verbrennt auf Höhe der Öffnung 17. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung tritt der Draht aus dem Kühlbehälter mit einer Temperatur von 700° C aus. Er enthält nicht einmal Spuren von Eisenoxid und ist frei von Fehlstellen und Brüchen.

Fig. 3 ist eine Teilansicht von Fig. 2 und umfaßt das in strichpunktierten Linien angezeigte Rechteck A und zeigt eine andere Ausführungsform dieses Teils der Einrichtung. Zum Unterschied von Fig. 1 tritt hier der Wasserdampf durch ein nicht-gebogenes Rohr 13' ein. Um dem in dem Behälter 8 enthaltenen Kühlmedium eine Rotationsbewegung wie bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel zu erteilen, wird bei dieser Ausführungsform nahe an der Wand 9 des Behälters 8 ein Ventilator 14 angeordnet. Wie man aus Fig. 4 sieht, bildet die Rotationsachse dieses Ventilators mit der Schnittlinie einer senkrecht zur Zylinderachse 10 verlaufenden Ebene P einen Winkel α von etwa 30°. Dieser Ventilator 14 wird durch einen nicht dargestellten Motor in Rotation versetzt.

Ein solcher Ventilator könnte auch in gleicher Weise in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung angebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Stranggießen dünner Drähte aus Metall oder einer Legierung mit einem Tiegel, der eine Stranggießdüse zum Ausspritzen der Schmelze aufweist, und mit einem am Ausgang der Stranggießdüse angeordneten Kühlbehälter, der in seinem an die Stranggießdüse angrenzenden Teil mit wenigstens einer Zuleitung für ein Kühlmedium versehen ist und wenigstens über eine dem noch nicht erstarrten Teil des Stranges etwa entsprechende Länge einen dem Kühlmedium eine im wesentlichen quer zu dem Strang verlaufende Strömung verleihenden Aufbau hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand

(9) des an die Stranggießdüse (5) angrenzenden Teils (81) des Kühlbehälters (8) die Form einer Umdrehungsfläche um eine parallel zur Düsenachse (ti) verlaufende Achse (10) aufweist und daß in der Nähe der Umdrehungsfläche eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Kühlmedium eine Rotationsbewegung um die Umdrehungsachse

(10) verleiht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbehälter (8) mit einer Zuleitung (13) für Wasserdampf und mit einer weiteren Zuleitung (12) für ein Gas oder Gasgemisch versehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Rotationsbewegung des Kühlmediums die Wasserdampfzuleitung (13) im Abstand von der Umdrehungsachse (10) in Umfcngsrichtung der Innenwand (9) des Kühlbehälters (8) mündet.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Rotationsbewegung des Kühlmediums im Abstand von der Umdrehungsachse (10) ein in Umfangsrichtung der Innenwand (9) des Kühlbehälters (8) ausgerichteter Ventilator (14) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Rotationsströmung des Kühlmediums in einem Abstand von der Umdrehungsachse (10) angeordnet sind, die zwischen 50% und 100% des Abstandes der Innenwand (9) von der Umdrehungsachse (10) beträgt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung der Rotationsströmung des Kühlmediums zusätzlich eine Neigung in Längsrichtung des Kühlbehälters haben.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Kühlbehälters (8) wenigstens im Bereich der noch nicht erstarrten Stranglänge außenseitig von einem Kühlwassermantel (15) umschlossen ist.

8. Verfahren zum Herstellen von Drähten mit der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Stranggießdüse Stahl in den Kühlbehälter mit darin umströmendem Kühlmedium ausgespritzt wird, wobei der Stahl einen solchen Silcium- und gegebenenfalls Mangangehalt besitzt, daß beim Kontakt des Sauerstoff liefernden Kühlmediums das sich auf dem Strang bildende erste Oxidationsprodukt Siliciumoxid ist und daß als Gas Wasserstoff oder als Gasgemisch ein Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff verwendet wird.