DE3207668C2 - Verfahren und Düsenstock zum Kühlen von Gußsträngen aus Metall - Google Patents

Abstract

Bei einem derartigen Verfahren zum Kühlen von Gußsträngen aus Metall, insbesondere von Gußsträngen mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt, werden Spritz- bzw. Sprühstrahlen quer zur Stranglaufrichtung auf den Gußstrang gerichtet. Zur Vergleichmäßigung des Kühlverhaltens von Spritz- bzw. Sprühstrahlen (große Wassertropfen/vernebelte Kühlflüssigkeit), d.h. zur Vermeidung von Erscheinungen wie z.B. dem LeidenfrostΔschen Phänomen bzw. Beaufschlagungs-Leerstellen wird vorgeschlagen, daß von zwei Düsen jeweils vom Eckbereich neben dem Gußstrang von einer Position in einem geringen Abstand von der zu kühlenden Oberfläche aus gleichzeitig gespritzt bzw. gesprüht wird und daß die Länge der Spritz- bzw. Sprühstrahlen der Breite bzw. Dicke des Gußstranges entsprechend durch Annähern oder Entfernen eingestellt wird. Der Düsenstock zur Durchführung dieses Verfahrens auf der Grundlage von Sprühstrahlen (Zweistoff-Kühlung) ist derart ausgebildet, daß zumindest eines der Zuführungsrohre (6, 10) einen rechtwinkligen Rohrrahmen bildet, an dessen Schenkel (6a, 6b) Verteilerrohre (8) angeschlossen sind, die ebenfalls rechtwinklig bis in den Bereich der Düsenpositionen (1a, 1b) verlaufen.

Description

b5

Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren und ein η vorteilhaften Düsenstock zum Kühlen von Gußsträngen aus Metall, insbesondere von Gußsträngen mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt, bei dem Spritz- bzw. Sprühstrahlen quer zur Stranglaufrichtung auf den Gußstrang gerichtet werden.

Derlei Kühlverfahren dienen der Wärmeabfuhr aus dem heißen Gußstrang im Wege des Wärmeüberganges von der Oberfläche an das Kühlmittel. Dabei wird zwischen dem Einstoff-Kühiverfahren (Spritzwasserkühlung) und dem Zweistoff-Kühlverfahren (Flüssigkeitsnebelbildung aus Treibluft und Wasser) unterschiedet. Beim Spritzwasserkühlverfahren wird überwiegend die Verdampfungswärme des Kühlwassers ausgenutzi, um die Wärme des Gußstrangs abzuführen. Grundlegende Nachteile der Spritzwasserkühlung sind eine ungleichmäßige Kühlung der Strangoberfläche, ungleich hohe Wärmespannungen in der Strangschale, Kantenunterkühlung, unkontrollierbare Mengen von Kühlwasser auf der Strangoberfläche, eine erforderliche Spritzwasseraufbereitung, ein großer Abstand zwischen zwei Stützelementen, um die Spritzwasserdusen anordnen zu können, ferner Thermoschockbeanspruchungen der Stützelemente (Wärmewechselspannungen) und ein Wärmeverzug der Stützelemente. Diese Nachteile des Spritzwasserkühlverfahrens können durch das Zweistoff-Kühlverfahren weit^stgehend aufgehoben werden. Während dem jedoch beim Spritzwasserkühlverfahren genügend Kühlmittel — mehr als erwünscht — auf der Gußstrangoberfläche verteilt wird, ist beim Zweistoff-Kühlverfahren wegen -der Anordnung der Düsen nicht immer gewährleistet, die gesamte Gußstrangoberfläche lückenlos zu beaufschlagen.

Es ist bekannt (DE-Gbm-Schrift 72 07 112/B22D 11-12) ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, mit Flachstrahldüsen auf den Strang und die Rollen aufzuspritzen, die parallel zur Oberfläche des Stranges, d. h. zur Breitseite der Bramme im Abstand von dieser angeordnet sind. Die Längsachsen der Flachstrahldüsen verlaufen dabei parallel zu den Achsen «ei Stützrollen. Im übrigen werden die Flachstrahldüsen nur senkrecht oder leicht schräg auf die Gußstrangoberfläche gerichtet (DE-OS 20 53 947).

Die parallele Zuführung von Kühlmitteln auf die Gußstrangoberfläche vermag jedoch eine Auftrefffläche nur ungenau zu definieren, was btim senkrechten Bespritzen bzw. Besprühen insofern ausgeschaltet ist. Beim senkrechten Bespritzen treten andererseits Dampfblasen auf, die -sine weitere Wärmeaufnahme w^gen der isolierenden Dampfschicht verhindern (Leidenfrostsches Phänomen).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlung von Gußsträngen aus Metall, insbesondere von Gußsträngen mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt, hinsichtlich der Regelmäßigkeit der mit bestimmten Kühlmittelmengen zu beaufschlagenden Flächen zu verbessern und, gewissermaßen als Unteraufgabe, gleichzeitig mehrere Umfangs-Oberflächen des Gußstrangquerschnittes zu kühlen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gußstrang aus zwei Düsen jeweils vom Eckbereich des Gußstrangs aus, in einem geringen Abstand von der zu kühlenden Oberfläche gleichzeitig angespritzt bzw. angesprüht wird und daß die Länge der Spritz- bzw. Sprühstrahlen der Breite oder Dicke des Gußstrangs entsprechend durch Annähern oder Entfernen der Düsen an die Strangoberfläche eingestellt wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels auf der jeweiligen Gußstrangoberfläche ohne übermäßige Bildung von Dampfblasen mit

den Eigenschaften des Leidenfrostschen Phänomens und ohne Zonen mangelnder Kühlmittelbeaufschlagung, wie dies beim Zweistoff-Kühlverfahren auftreten kann. Besonders vorteilhaft ist hier also die gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels und damit die gleichmäßige Kühlwirkung über die jeweilige Gußstrang-Oberfläche.

Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß rechtwinklig zueinander stehende GuB-strang-Oberflächei, also die bei Knüppel-, Vorbiock- bzw. Brammen-Querschnitten aneinanderstoßenden Breit- und Schmalseiten des Gußstrangquerschnitts gleichzeitig gekühlt werden können.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest eine der Düsen für veränderte Gußstrangabmessungen in Richtung der Diagonalen des Gußstrangquerschnitts eingestellt wird. Die Bewegung der Düse in Richtung der Diagonalen gestattet sowohl eine Einstellung der Kühlintensität der betreffenden Gußstrang-Oberflächenseite als auch die Einstellung der Spritz- bzw. Sprühstrahl-Länge als Abstimmung auf die jeweilige Forrnatgrößc des Gußstranges.

Der Düsenstock zur Durchführung des erfindüngsgemäßen Verfahrens baut auf getrennten Zuführunssrohren für Treibgas und Kühlflüssigkeit, ferner auf einem Mischrohr und einer daran angeschlossenen Düse für das Zweistoff-Kühlverfahren auf.

In Verbesserung der Erfindung bei dem bezeichneten Düsenstock wird vorgeschlagen, daß zumindest eines der Zuführungsrohre einen rechtwinkligen Rohrrahmen bildet, an dessen Schenkel Verteilerrohre angeschlossen sind, die ebenfalls rechtwinklig bis in den Bereich der Düsenpositionen verlaufen. Der so gebildete Rohrrahmen legt die Düsenpositionen genau fest und gestattet im übrigen ein leichtes und schnelles Einstellen auf der Diagonalen des Gußstrang-Querschnitts.

In Ausgestaltung dieses Grundgedankens ist vorgesehen, daß zumindest ein Zuführungsrohr, mehrere Verteilerrohre und zumindest ein Mischrohr zusammen mit dem Düsenkopf einen kompakten, steifen Rahmen bilden, an dem eine Montageplatte angeordnet ist. Ein solcher Düsenstock ist wenig aufwendig, beansprucht wenig Raum, läßt sich leicht handhaben und vermeidet im übrigen Schwierigkeiten beim Ausrichten gegenüber den bisher verwendeten Düsenstöcken.

Der Gedanke, den Düsenstock aus mehreren Rohren zusammenzusetzen, kann noch dahingehend verwendet werden, indem der Düsenkopf den Eckteil des etwa rechteckförmigen Rahmens bildet und daß an beiden Längsseiten des Düsenkopfes die Düsen angeordnet sind. Ein derartiger Düsenkopf ist nicht nur sehr kompakt sondern gleichzeitig auch raumsparend und vermeidet Schwierigkeiten des Wärmeverzuges, so daß die Düsen ortsbeständig sind und die justierte Position exakt einhalten. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Düsenstockes besteht in der Einsparung von teuren und empfindlichen Schlauchverbindungen zwischen den Verteiler- und Mischrohren.

Die Steifigkeit des Düsenstockes kann weiter dadurch erhöht werden, indem zumindest ein Verteilerrohr innerhalb des rechteck- oder quadratförmigen Rahmens verläuft und indem das eine angeschlossene Zuführungsrohr mittels einer Klemmvorrichtung mit dem anderen Zuführungsrohr verbunden ist.

Die praktische Ausführung eines solchen Düsenstokkes sieht noch vor, daß die Zuführungsrohre im Eingangsbereich etwa parallel verlaufen und die Einschraubenden in Achsrichtung versetzt angeordnet

Für die Herstellung des Düsenstockes ist außerdem vorteilhaft, daß bei allen verschiedenen Arten der auftretenden Gestaltungen die Düsen an den Längsseiten des Düsenkopfes unter Winkeln von 10° bis 45° zur

-> Vertikalen bzw. unter 10° bis 45° zur Horizontalen verlaufen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

in Fig. 1 die verfahrenstechnische Anwendung der Erfindung an unterschiedlichen Gußstrangformaten,
F i g. 2 den Düsenstock in Seitenansicht,
Fig.3 eine Seitenansicht in Richtung A des Düsenstockes gemäß F i g. 2,

r> F i g. 4 einen Einzelteil des Düsenstockes, nämlich den Düsenkopf, in Vorderansicht,

Fig.5 die zu Fig.4 gehörende Seitenansicht des Einzelteils.

Das Kühlverfahren arbeitet entweder mit Spritzstrahlen, die mit Düsen und mit bestimmten Wasserdrücken erzeugt werden und größere Wassertrcpfchen bilden oder auf der Grundlage der Zweistoff-Kühlung, bei der ein Sprühstrahl unter der Wirkung von Druckluft erzeugt wird, wobei sehr kleine Wassertröpfchen entstehen. Dem gemäß F i g. i ausgeübten Verfahren liegt die Methode der Zweistoff-Kühlung zugrunde.

An dem Düsenkopf 1 befinden sich nicht näher dargestellte Düsen 15 in den Positionen la, ib, die in »Verschieberichtung« (ungefähr Richtung der Diagonalen) auf die einzelnen Gußstrang-Formate 1 c, 1 d, 1 e bzw. if eingestellt werden. Die Düsen-Positionen la, \b sind jeweils nach den Eckpunkten der Gußstrang-Formate orientiert Die Düsen 15 sind in ihrer Richtung eingestellt, wobei ebenfalls die normal vorkommenden Gußstrang-Formate lcbis 1 /'berücksichtigt werden. Die Düsen 15 nehmen außerdem Positionen ein, die jeweils bezogen auf eine Gußstrang-Querschnittsseite einen Minimal- bzw. Maximal-Abstand aufweisen. Fin weiteres Regulativ stellen selbstverständlich die Spritzstrahlen bzw., wie hier vorgesehen, die Sprühstrahlen ig, \h selbst iar.

Wie in F i g. 1 erkennbar, findet weder ein senkrechtes noch ein paralleles Beaufschlagen der Sprühstrahlen ig, 1Λ statt. Aus diesem Grund umhüllen die Sprühstrahlen ig, ih den Gußstrang 1 allseitig ohne die Gefahr- des Auftretens von Erscheinungen wie derjenigen des Leidenfrostschen Phänomens oder von Beaufschlagungs-Leerstellen. Das aufgespritzte bzw. aufgesprühte Kühlmittel wird demzufolge nahezu 100%ig verbraucht,

so d. h. in Dampf verwandelt und entzieht dem Gußstrang 1 die vorausberechnete Wärmemenge.

Der Düsenstock (insbesondere F i g. 2) weist ein Zuführungsrohr 6 für Wasser auf und ein Zuführungsrohr 10 für Luft. Das Zuführungsrohr 6 bildet einen rechtwinkligen Rahmen, von dessen Schenkst 6a, öZ? über Verbindungsmuffen 7 Verteilerrohre 8 abgezweigt sind, die ebenfalls rechtwinklig in Richtung zu den Düsenpositionen in, 16 verlaufen. An die Verteilerrohre 8 sind jeweils mituls Einschraubenden 3 bzw. 4 Mischrohre 2 angeschlossen, die im Düsenkopf 1 an die (weiter nicht dargestellten) Düsen 15 führen.

Die durch das Zuführungsrohr 10 transportierte Luft wird über die Verteilerrohre 8 den Mischrohren 2 zugeleitet. An dem Zuführungsrohr 10 ist außerdem

bs noch die Montageplatte 12 befestigt, die in der Betriebslage den Düsenstock an einem Gestänge mittels Schrauben festhält. Für die Verschiebung des Düsenstockes sind die Schraubenlöcher als Langlöcher 12/i

5 6

ausgeführt. Der Düsenkopf 1 versteift den Rahmen 13 Längsseiten 16a und 166, die rechtwinklig verlaufen, die

als Eckteil 14 besonders. Zur Erhöhung der Verbund- Düsen 15 auf. Die Mittenachsen der Düsen 15 verlaufen

kraft dient außerdem die Klemmvorrichtung 11, die das jeweils unter Winkeln von 10° bis 45° zur Vertikalen

Zuführungsrohr 6 mit dem Zuführungsrohr 10 verbindet bzw. unter 10° bis 45° zur Horizontalen. Innerhalb

(F i g. 3). ) dieser Winkel sind die Düsen fest eingestellt. Eine

Andere Verteilerrohre 8 versteifen den Düsenstock bewegliche Einstellung über eine verschwenkbare

über Einschraubenden 4 bzw. 9(F i g. 2). Montageplatte 12 ist möglich.

Der Düsenkopf 1 (Fig.4 und 5) weist an seinen

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen von Gußsträngen aus Metall, insbesondere von Gußsträngen mit Knüppeloder Vorblockquerschnitt, bei dem Spritz- bzw. Sprühstrahlen quer zur Stranglaufrichtung auf den Gußstrang gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gußstrang aus zwei Düsen jeweils vom Eckbereich des Gußstrangs aus, in einem geringen Abstand von der zu kühlen- ι ο den Oberfläche gleichzeitig angespritzt bzw. angesprüht wird und daß die Länge der Spritz- bzw. Sprühstrahlen der Breite oder Dicke des Gußstrangs entsprechend durch Annähern oder Entfernen der Düsen an die Strangoberfläche eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Düsen für veränderte Gußstrangabmessungen ungefähr in Richtung der Diagonalen des Gußstrangquerschnitts eingestellt wird.

3. Düsenstock zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit jeweils getrennten Zuführungsrohren für Treibgas und Kühlflüssigkeit, ferner mit einem Mischrohr und einer daran angeschlossenen Düse, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Zuführungsrohre (6, 10) einen rechtwinkligen Rohrrahmen bildet, an dessen Schenkel (6a, 66^ Verteilerrohre (8) angeschlossen sind, die ebenfalls rechtwinklig bis in den Bereich der Düsenpositionen {*a,\b) verlaufen.

4. Düsenstock nach Anspruch 3, Jadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Zuführungsrohr (6) mehrere Verteilerrohre (8) und umindest ein Mischrohr (2) zusammen mit dem Düsenkopf (1) einen kompakten, steifen Rahmen (13) bilden, an dem eine Montageplatte (12) angeordnet ist.

5. Düsenstock nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (13) etwa rechteckförmig oder quadratförmig ist

6. Düsenstock nach einem oder mehreren der w Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (1) den Eckteil (14) des etwa rechteckförmigen Rahmens (13) bildet und daß an beiden Längsseiten (16a, \6b) des Düsenkopfes (1) die Düsen (15) angeordnet sind.

7. Düsenstock nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Verteilerrohr (8) innerhalb des rechteck- oder quadratförmigen Rahmens (13) verläuft und daß das eine angeschlossene Zuführungsrohr (6) mittels einer Klemmvorrichtung (11) mit dem anderen Zuführungsrohr (10) verbunden ist.

8. Düsenstock nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsrohre (6 bzw. 10) im Eingangsbereich etwa parallel verlaufen und die Einschraubenden (3) in Achsrichtung versetzt angeordnet sind.

9. Düsenstock nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (15) an den Längsseiten des Düsenkopfes (1) unter Winkeln von to 10° bis 45° zur Vertikalen bzw. unter 10° bis 45° zur Horizontalen verlaufen.