DE3141269C2

DE3141269C2 - Kühlverfahren und Kühlvorrichtung für langgestrecktes heißes Metallgut, insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw. Vorblockstränge aus Stahl

Info

Publication number: DE3141269C2
Application number: DE3141269A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Ing. 4172 Straelen Zebrowski
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1984-01-05
Also published as: EP0077448A3; ES8306335A1; JPS5884650A; EP0077448A2; ES515871A0; BR8206017A; ZA826955B; DE3141269A1

Abstract

Bei einem derartigen Kühlverfahren für langgestrecktes, heißes Metallgut, insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw. Bloomstränge aus Stahl, erfolgt eine gesteuerte Wärmeabfuhr durch Aufsprühen eines oder mehrerer Medien. Beim Stranggießen wird einerseits eine schnelle Strangschalenbildung zur Festigung des im Inneren noch flüssigen Stranges angestrebt, und andererseits sollen bestimmte Gefügeeigenschaften erzielt werden. Gemäß dem Stand der Technik ist bei einer solchen Spritzkühlung der zur Oberfläche des zu kühlenden Körpers senkrecht gerichtete Impuls der Kühlflüssigkeit merklich größer als der Impuls bei einer parallel zur Oberfläche anströmenden Kühlflüssigkeit. Diese Technik hat eine oft schroffe Kühlung von kreis- oder ellipsenförmigen Bereichen der Metallgut-Oberfläche zur Folge. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird vorgeschlagen, daß das Kühlmedium bzw. die Kühlmedien in Sprühstrahlen parallel zur Metallgut-Längsachse aufgebracht werden und daß jeder Sprühstrahl von der Düsenöffnung ausgehend entsprechend der von der Düse aus Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgewandelten Sprühstrahlgeschwindigkeit derart der Metallgut-Oberfläche angenähert wird, daß mit einer höheren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein kleinerer Neigungswinkel und mit einer geringeren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein größerer Neigungswinkel zur Metallgut-Oberfläche verbunden ist.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Kühiverfahren und die zugehörige Kühlvorrichtung für langgestrecktes, heißes Metallgut, insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw. Blöomstrange aus Stähl, bei dem durch Aufsprühen eines oder mehrerer Medien eine gesteuerte Wärmeabfuhr — bei stranggegossenem Material in der

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Gefahr der Rißbildung an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Voraussetzungen für eine verbesserte Kühlung zu schaffen, insbesondere soll die Regelbarkeit des ikühlverfährens verbessert werden, indem die kühimedienverteilung auf der Meiallgut-Oberfläche vergleichmäßigt wird, ohne ein schroffes Kühlverhälten zu erzeugen. Mit der Verbesserung des Kühlverfahrens soll außerdem die Kühlvorrichtung vereinfacht werden.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kühlmedium bzw. die ICühlmedien in Sprühstrahlen in Richtung zur Mstallgut-Längsachse aufgebracht werden und daß jeder Sprühstrahl von der Düsenöffnung ausgehend entsprechend der von der Düse aus Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgewandelten Sprühstrahlgeschwindigkeit derart der Metallgtit-Oberfläche angenähert wird, daß mit einer höheren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein kleinerer Neigungswinkel und mit einer geringeren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein größerer Neigungswinkel zur Metallgui-Oberfläche verbunden ist Dadurch wird die Wärmeabfuhr in der Weise geregelt, daß der Wärmeentzug über eine größere Fläche als bisher gleichmäßig erfolgt und leicht den Abmessungen und den Eigenschaften des Metallgutes angepaßt werden kann. Anders als heimsenki ■'..■ ~n Beaufschlagen gelangt das Kühlmedium gemai. der Erfindung nach Belieben intensiv oder weniger intensiv auf die Oberfläche des MetaHgutes, ohn_ eine schroffe Abkühlung zu bewirken. Das erfindun~ gemäße Verfahren ist außerdem für ungleich iitenbiv zu kühlende Seiten des Metallgut-Querschnitts jrteilhaft anwendbar. Diese vorteilhafte Anwendung ergibt sich insbesondere auch für gebogene Stränge. Es versteht sich von selbst, daß für die Anwendung des Verfahrens geeignete, größere Abstände der Stützelemente in Stranggießvorrichtungen vorzusehen sind, währenddem beim Abkühlen von Blechen in Walzwerken keine besonderen Maßnahmen zu treffen sind.

Die Kühlvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sodann derart gestaltet, daß pro Querschnittsseite des Metallgutes zumindest eine Düse vorgesehen ist, daß ferner die einen Sprühstrahl erzeugenden Düsen jeweils gegen die Metallgut-Oberfläche in begrenztem Winkel geneigt in Richtung dsr Metallgut-Längsachse angeordnet sind und daß die um den Metallgut-Querschnitt im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Düsen jeweils eine gesteuerte Kühlzone innerhalb der Metallgutlänge bilden. Diese Maßnahmen vermindern den Aufwand für eine Kühlvorrichtung erheblich, so daß eine Vereinfachung der Kühlvorrichtung erzielt wird

Es versteht sich von selbst, daß beim Abkühlen von Blechen im Walzwerksbau an den Stirnseiten des Querschnitts keine Düsen erforderlich sind.

Nach der weiteren Erfindung ist vorgesehen, daß die Neigung des Sprühstrahls gegen die Metallgut-Obet fläche ca. 5 bis 60° beträgt Diese Lehre vermittelt die Grenzen, in denen das Verfahren mit großer Effizienz einsetzbar ist

Nach einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Düsen mit ihrem Sprühstrahl entgegen der Metaligut-Abzugsrichtung gerichtet angeordnet sind. Dadurch kann auf der Oberfläche des Metallgutes unerwünschtes, sich bewegendes und angesammeltes Kühlmedium vermieden werden.

Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung besteht darin, daß die Düsen mit ihrem Sprühstrahl mit wechselndem Richtungssinn, bezogen auf die Metallgut-Längsachse angeordnet sind. Diese Maßnahme dient der gezielten Bildung von geregelten und !sich? steuerbaren Kühlzonen in denen von festen Werten ausgegangen werden darf;

Die erfinduhgsgernäßeJCühlvofrichtung ist außerdem dahingehend weitergebildet, daß die Versorgungsquelle als Sammelschiene ausgebildet ist, an der die höhlen Ringe befesiigt sind. Hierbei werden sämtliche hohlen Ringe durch jeweils eine Sammelschiene mit einem Kühlmedium versorgt

Ein zusätzliches Merkmal der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist ferner dadurch gegeben, daß zumindest einer der Düsen Leitvorrichtungen für den austretenden Sprühstrahl zugeordnet sind. Die Leitvorrichtungen dienen der Angleichung der Sprühstrahlen an das zu kühlende Metallgut

Die Kühlvorrichtung ist schließlich dahingehend ausgebildet indem die Düsen für Kühlmedien unterschiedlicher Aggregatzustände ausgebildet sind. Eine solche Düse kann demzufolge mit Einrichtungen für die Tröpfchen-Bildung und/oder mit solchen Einrichtungen für die Zuführung unterschiedlicher Kühlgase ausgerüstet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kühlverfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Draufsicht auf einen kontinuierlich erzeugten Vorblockstrang, der sowohl auf einer Bogenstranggießanlage, einer Senkrechtstranggießanlage, einer Abbiegeslranggießanlage oder auf einer Horizontalstranggießania^: gegossen werden kann. In der gezeigten Anordnurg kann selbstverständlich langgestrecktes, heißes Metallgut wie z. B. Walzblech, Walz-Stabprofile, im Stranggußverfahren gegossene Brammenstränge oder Knüppelstränge, gekühlt wenden.

Das Metallgut 1 besteht aus gegossenem Stahl und bewegt sich aus einer weiter nicht dargestellten Stranggießkokille in Abzugsrichtung 2, die durch einen Pfeil dargestellt wird. Die Darstellung eines Gußstranges aus Stahl ist derart gewählt daß sowohl ein senkrecht abgezogener Gußstr&ng als auch ein waage-

j5 recht verlaufender Gußstrang oder ein gebogener Gußstrang in der Zeichnung erblickt werden können. Die zwischen den Kühlzonen 3 und 4 vorhandenen, jedoch nicht in allen Fällen erforderlichen Stützelemente sind nicht mehr dargestellt. Am Beginn jeder

■to Kühlzone 3 bzw. 4 sind ein oder mehrere hohle Ringe 5a, 5b angeordnet, die im Ausführungsbeispiel für zwe^; Kühlmedien ausgestaltet sind. Der hohle Ring 5a umgibt das f.^etallgüt 1, das bei einem rechteckförmigen Gußstrang je zwei Querschnittsseiten 6a und 66

4» aufweist Für die Kühlung einer Querschnittsseite — falls diese erfindungsgemäß gekühlt werden soll — ist pro Querschnittsseite 6a bzw. 6b jeweils eine Düse 7a, Tb und Tc vorgesehen, die jeweils einen Sprühstrahl 8 erzeugen. Die Sprühstrahlen 8 sind jeweils unter einem

")ii bestimmten flach geneigten Winkel gegen die Metallgut-Oberfläche \a gerichte». Hierbei sind die Düsen Ta, Tb, Tc außerdem parallel zur Metallgut-Längsachse \b ausgerichtet Die Düsen 7a, To, Tc sind aber zusätzlich pro Kühlzone 3 bzw. 4 auch in der Ebene des

5ί Metallgi't-Querschnitts 6 ausgerichtet, so daß eine Anzahl von Kühlzonen 3 bzw. 4 innerhalb der Metallgutlänge gebilck t wird.

Der hohle King 5a ist nunmehr mit einem Rohrbogen 9 verbunden, der selbst an eine der Düsen Ta. Tb, Tc angeschlossen ist. Außerdem ist der Rohrbogen 9 über den hohlen Ring ja an die Sammelschiene 10 angeschlossen, in der ein Kühlmedium Π (ζ. Β. Wasser) zugeführt wird.

lh analoger Gestaltung ist der höhle Ring 5b an d^;e Sammelschiene 12 angeschlossen, in der ein weiteres Kühlmedium 13 (z. B. Luft) zugeführt wird. Beide Kühlmedien 1 f und 13 werden innerhalb der Düsen Ta, Tb, Tc gemischt. Je nach dertv herrschenden Druck in den

Sammelschienen 10 bzw. 12, der zwischen 2 und etwa 10 bar betragen kann, wird die Druckenergic in den Düsen Ta, Tb, Tc in Geschwindigkeitsenergie umgeformt, nach der sich die mögliche Reichweite einer der Kühlzonen 3 oder 4 richtet. Weil die Querschnittsseiten 6a weniger Kühlung erfordern, sind die Sprühstrahlen 8 dort bei entsprechender Bemessung der Düsenöffnungen stärker geneigt eingestellt als dies bei dem Spröhstrahl 8 der Düse Tc und der Querschnittsseite 6b der FaIi ist, wo eine geringere Neigung des Sprühstrahl 8 gewählt isL Vorteilhafte Neigungswinkel (Winkel zwischen der Metailgut-Oberfiäche \a Und der Mittelachse des Sprühstrahls 8) liegen zwischen 5° minimal und 60° maximal

Wie gezeichnet, ist es an schrägen Metallgut-Oberflächen Xa vorteilhaft, daß die Düsen Ta, Tb, Tc mit ihren Sprühstrahlen 8 in der Kühlzone 3 entgegen der Metallgut-Abzugsrichtung 2 liegen, um das Abfließen des sogenannten Laufwassers zu steuern. Es ist daher auch wie gezeichnet vorgesehen, in den Kühlzonen 3 und 4 die Düsen Ta, Tb, Tc mit pro Kühlzone wechselndem Richtungssinn anzuordnen.

jeder der hohlen Ringe 5a, 5b kann auch mit einer weiter nicht dargestellten, getrennten Versorgungsquelle (z.B. Sammelschienen 10, 12) ausgerüstet sein, um

Druck und Menge des Kühlmediums bzw. der Kuhlmedien individuell zu regeln,

jeweils nach den Kühlmedium-Kombinationen oder auch bei Anwendung selbständiger Kühlmedien sind den Düsen Ta, Tb, Tc Leitvorrichtungen 14a, t4b, 14c

usw. zugeordnet, die an den Sammelschienen 10 bzW. 12 befestigt sind.

Die von den Düsen Tc erzeugten Sprühstrahlen S schlagen sich wie gezeichnet in den Beaufschlagungsflächen 15 nieder« die von deren Enden abgesehen im

(5 wesentlichen rechteckige Flächen bilden, wodurch eine sehr gleichmäßige Kühlung des Metällgutes 1 erzielt werden kann. Gleichzeitig stellen die Einstellung des Neigungswinkels zwischen 5° und 60° zur Metallgut-Oberfläche la sowie selbstverständlich Drücke und Mengen der Kühlmedien 11 bzw. 13 Parameter für die Einstellung der Kühlungsintensität dar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlverfahren für langgestrecktes, heißes Metallgut, insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw. Vorbiockstränge aus Stahl, bei dem durch Aufsprühen, eines oder mehrerer Medien eine gesteuerte Wärmeabfuhr — bei stranggegossenem Material in der Sekundärkühlzone — erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium bzw. die Kühlmedien in Sprühstrahlen in Richtung zur Metallgut-Längsachse aufgebracht werden und daß jeder Sprühstrahl von der Düsenöffnung ausgehend entsprechend der von der Düse aus Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgewandelten Sprühstrahlgeschwindigkeit derart der Metallgut-Oberfläche angenähert wird, daß mit einer höheren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein kleinerer Neigungswinkel und mit einer geringeren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein größerer Neigungswinkel zur Metallgut-Oberfläche verbunden ist

2. Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß proQuci ;chnittsseite(6a,6b)des Metallgutc Ί) zumindest eine Düse (7a, 7b, 7c) vorgesehen ist, aa*j ferner die einen Sprühstrahl (8) erzeugenden Düsen (Ja, 7b, 7c) jeweils gegen die Metallgut-Oberfläche (la) in begrenztem Winkel geneigt in Richtung Her Metallgut-Längsachse (ib) angeordnet sind und daß die um den Metallgut-Querschnitt (6) im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Düsen (8) jeweils eine gesteuerte Kühlzonc (3, 4) innerhalb der Metallgutlänge bilden.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Sprühstrahls (8) gegen die Metallgut-Oberfläche (Xa) ca. 5 bis 60° beträgt

4. Kühlvorrichtung nacn de.. Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (7a, 7b, 7c) mit ihrem Sprühstrahl (8) entgegen der Metallgut-Abzugsrichtung (2) gerichtet angeordnet sind.

5. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (7a, 7b, 7c) mit ihrem Sprühstrahl (8) mit wechselndem Richtungssinn bezogen auf die Metallgut-Längsachse (Xb) angeordnet sind.

6. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsqueüe als Sammelschiene (10,12) ausgebildet ist an der die hohlen Ringe (5a, 5b) befestigt sind.

7. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Düsen (7a. 7b, 7c) Leitvorrichtungen (14a, 146, 14c usw.) für den austretenden Sprühstrahl (8) zugeordnet sind.

8. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Düsen (7a, 7b, 7c) für Kühlmedien (11,13) unterschiedlicher Aggregat-Sekuiidärkuhlzone — erfolgt

Derlei Kühlverfahren bzw. Kühlvorrichtungen dienen der gesteuerten Kühlung beim Abkühlen von Metallgut Bei Stranggußmaterial wird dabei einerseits eine schnelle Strangschalenbildung zur Festigung des im Inneren noch flüssigen Stranges angestrebt Andererseits sollen sowohl bei Stranggußmaterial als auch bei Walzprodukten und sonstigem langgestrecktem, heißem Metallgut bestimmte Gefügeeigenschaften erzielt werden.

Es ist bekannt (Aufsatz »Der Wärmeübergang beim Spritzkühlen heißer Stahioberflächen — eine Schrifttumsübersicht zum Stand der Kenntnisse« aus »Stahl und Eisen« 96 (1976) Nr. 4,26. Febr. 1976, Seiten 165 bis 168), beim Kühlen von Stranggußbrammen bzw. Stranggußknüppeln zur Regelung bzw. Steuerung einer vorgegebenen Abkühlungskurve des jeweiligen erwünschten Metallgefüges einen Kühlstreifen quer über die Breite des langgestreckten Metaügutes zu beaufschlagen. Die Streifenbreite ergibt sich hierbei aus den nebeneinanderliegenden Spritzbereichen von Vollkonusdüsen (kreisförmiger Spritzbereich) oder von Flachstrahldüsen (ovalförmiger Spritzbereich). Derartige Kühlstreifen befinden sich zwangsweise zwischen jeweils zwei Stützelementen, die einen Zwischenraum für die Düsen freihaltend in Abständen das Metallgut führen bzw. fördern. Die Anordnung von Stützelementen in einem Mindestabstand, der gerade noch einen Raum für die Düsen und deren Zuleitungsrohre beläßt stellt auf dem Gebiat der Metallgut-Kühlung eine festumrissene Technik dar, an der Eingriffe oder Abänderungen unmöglich erscheinen.

Der mit der senkrechten Beaufschlagung verbundene Nachteil besteht in einer schroffen Kühlung der Metallgut-Oberfläche. Gemäß dem Stand der Technik ist bei einer solchen Spritzkühlung der zur Oberfläche des zu kühlenden Körpers senkrecht gerichtete Impuls der Kühlflüssigkeit merklich größer als der Impuls bei einer parallel zur Oberfläche anströmenden Kühlflüssigkeit Die beiden Arten der Spritzkühlung, die Sprühdüsenkühlung und die Laminarkühlung unterscheiden sich vor allem durch die Auftreffen des Wassers. Bei der Sprühdüsenkühlung zerfällt der Wasserstrahl in sehr viele kleine Tröpfchen, die, über eine größere Auftrefffläche verteilt den zu kühlenden Körper erreichen. Diese Technik hat wie bereits ausgeführt eine oft schroffe Kühlung von kreis- oder eüipsenförrnigen Bereichen der Metallgut-Oberfläche zur Folge. Bei der Laminarkühlung trifft ein geschlossener Wasserstrahl mit kleiner Auftrefffläche ebenfalls senkrecht den zu kühlenden Körper. Das auftreffende Wasser fließt parallel zur Oberfläche als Kanalströmung ab.

Bei einer Einsioff-Kühlung (großer Tropfendurchmesser) und auch bei einer Zweistoff-Kühlung (kleiner Tropfendurchmesser) werden durch den zur Metallgut-Oberfläche senkrechten Impuls momentan große Wärmemengen abgeführt die zu örtlichen Unterküh-