DE3346151C2

DE3346151C2 - Verfahren zum Kühlen eines Metallstranges beim Stranggießen

Info

Publication number: DE3346151C2
Application number: DE19833346151
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. 8700 Küsnacht Haller
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1983-05-26
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1986-08-28
Also published as: DE3346151A1

Abstract

Ein Verfahren zum Gießen eines Stranges, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, durch eine Gießkokille unter Kühlung des entstehenden Stranges mittels Kohlendioxid enthaltenden Wassers soll es ermöglichen, insbesondere eine genaue Steuerung des Kühlvorganges sowohl in bezug auf die Phase der indirekten als auch der direkten Kühlung durchzuführen. Hierzu wird die dem Wasser zugesetzte Menge an Kohlendioxid während des Anfahrvorganges konstant gehalten, jedoch seine Konzentration innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses vermindert.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Metallstranges beim Stranggießen, insbesondere eines Stranges aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei dem auf den entstehenden Strang Kohlendioxid enthaltendes Wasser als Kühlmittel aufgebracht wird und das Kohlendioxid auf der Strangoberfläche eine wärmeisolierende Gasschicht bildet.

Es ist bekannt, beim Stranggießen mit direkter Kühlung dem nach unten aus der Kokille austretenden Strang durch ein unmittelbar unterhalb der Kokille auf ;io die Strangoberfläche treffendes Kühlmittel Wärme zu entziehen. Dabei berührt das Kühlmittel während des Anfahrvorganges zunächst nur den sogenannten Anfahrboden. Der hierbei eintretende indirekte Wärmeentzug führt zu einer milden Erstarrung des flüssigen Metalls und zu einer Ausbildung des Stranfußes. Mit fortschreitendem Absenken des Anfahrbodens erreicht das Kühlmittel direkt die Oberfläche des Stranges, was zu einer sprunghaften Erhöhung der Wärmeabfuhr aus diesem Strang führt. Als Folge dieses Temperaturschocks auftretende Wärmespannungen sind größer als die Dehnungsfestigkeit des Stranges und verursachen eine konvexe Wölbung als bleibende Verformung des Strangfußes, beim Überschreiten der Zerreißfestigkeit überdies Risse im Strang. Um nun einen ebenen Strangfuß zu erhalten, darf der Strang während des Anfahrvorganges nicht zu stark gekühlt werden.

Mit diesem Problem befaßt sich der Autor der DE-OS 29 09 990, wenn er das eingangs genannte Verfahren zum Stranggießen von Metallsträngen vorschlägt, bei so dessen Durchführung man die Geschwindigkeit, mit der Wärme durch das flüssige Kühlmittel vom Strang abgeführt wird, über einen Teil der Blocklänge dadurch verlangsamt, daß man ein Gas — bevorzugt Kohlendioxid — dem flüssigen Kühlmittel unter Druck beimischt und diese Mischung in einer im wesentlichen kontinuierlichen flüssigen Phase auf den Strang während seines Austritts aufbringt. Das auf diese Weise gelöste Gas bildet auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluß vermindernden Isolierfilm, welcher eine Herabsetzung eo der Kühlintensität zur Folge hat. Nach Beendigung des Anfahrvorganges erfolgt eine Erhöhung der Wärmeabfuhrgeschwindigkeit durch Verringerung der Menge des dem Kühlmittel beigemischten Gases.

Der wesentliche Mangel dieses Verfahrens liegt in e,s seiner Aufwendigkeit, was insbesondere die zur Lösung des Gases im Kühlmittel erforderlichen Misch- und Kontrolleinrichtungen anbelangt. Ebenso bleibt eine Steuerung der Kühlung von der Löslichkeit des Gases in dem flüssigen Kühlmittel abhängig, welche von unterschiedlichen — unter anderem auch von den sich ändernden Bedingungen während des gesamten Gießvorganges beeinflußten — Parametern bestimmt ist.

Einen anderen Weg wähit die US-PS 34 41 079, wonach das Kühlmittel in der Anfahrphase intermittierend auf den Strang aufzubringen ist. Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß infolge dieses intermittierenden Kühimittelstrahles unterschiedliche thermische Erstarrungsmuster im Strang entstehen.

Die DE-AS 12 93 956 behandelt ein Verfahren zum Kühlen stranggegossener dünner Bänder, Platten od. dgl, bei dem ein Wasser/Luft-Gemisch in der Kokille ejektorartig erzeugt und vor Austritt zur direkten Kühlung — also durch direktes Aufbringen des Kühlmittels auf das dünne Band selbst — für ein indirektes Kühlen über die Stege der Kokille verwendet wird. Die Sumpftiefe und/oder die Temperatur des gegossenen dünnen Bandes wird durch Variieren der Luft- und/oder Wassermenge gesteuert. Da das Wasser/Luft-Gemisch als Nebel insbesondere während der direkten Kühlung versprüht wird, ist eine gezielte Steuerung der Kühlung gar nicht möglich. Dies gilt vor allem dann, wenn nach Vorschlag der DE-AS 12 93 956 die Wassermenge während des indirekten Kühlens und die Luftmenge bei der direkter Kühlung gesteigert werden sollen, dadurch kann das Band weder gezielt noch gar kontinuierlich mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden.

Nach der DE-OS 24 08 285 fließt zum Kühlen eines aus der Kokille austretenden Gußbands Kühlwasser unter Druck in Wasserkammern bzw. Kanäle der Kokille und kühlt die Arbeitsflächen des formgebenden Kokillenraumes. Danach tritt es aus der Kokille aus und kühlt das Gußband direkt. Dank unterschiedlicher Querschnitte der Austrittsöffnungen für das Kühlmittel sowie infolge zusätzlicher Luftspalte wird Luft aus letzteren unter Erzeugung eines Wasserstrahlpumpeneffektes angesaugt. Die Luft hat nur geringen Einfluß auf die Kühlleistung in dem Kühlwasser. Zudem bleibt auch hier eine Steuerung der Kühlung sehr problematisch, da beispielsweise bei Erhöhung der Zugabe von Kühlwasser auch wesentlich mehr Luft angesaugt wird, wodurch jedoch keine bessere Wirkung der Kühlung eintritt, sondern lediglich eine verstärkte Vernebelung des Luft/ Wasser-Gemisches erzeugt wird.

In Kenntnis dieses Stands der Technik hat sich der Erfinder des Ziel gesetzt, das eingangs genannte Verfahren unter Meldung der erkannten Nachteile zu verbessern und insbesondere eine genaue Steuerung des Kühlvorganges sowohl in bezug auf die Phase der indirekten als auch der direkten Kühlung auf einfache Weise zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Maßgabe, daß während der gesamten Anfahrphase die dem Wasser zugesetzte Menge an Kohlendioxid konstant gehalten sowie die Konzentration des Kohlendioxids innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses zu vermindern. Dadurch wird der thermische Kontakt zwischen Strangoberfläche und Kühlwasser erhöht.

Die Wirkung des Kohlendioxids hängt nicht mehr von seiner Löslichkeit innerhalb des Kühlmittelwassers ab; es wird eine vorbestimmt und mögliche Konzentration eines Wasser/Kohlendioxid-Gemisches verwendet, für die eine Sättigungsgrenze oder andere schwer definierbare Grenzwerte unerheblich sind. Beeinflußt wird die wärmeisolierende Eigenschaft des Kohlendioxids bei der Kühlung des Stranges durch das herabsetzen seiner

Konzentration sowie durch ein Erhöhen der Energie bzw. Geschwindigkeit des Kühlwasser, was auf einfache Weise durch vermehrten Wasserzufluß geschieht. Es gelangt mehr Kühlwasser auf die Strangoberfläche, da die eingangs erwähnte isolierende Gasschicht immer dünner und durchlässiger wird. Schlußendlich zerreißt dieser Film ganz, und die bekannte Kühlwirkung des Wassers kann sich ohne Hemmnis entfalten. Die Kohlendioxidzufuhr wird dann — entweder beim Unterschreiten eines vorbestimmten Werts der Kohlendioxidkonzentration im Kühlmittel oder aber — spätestens am Ende der Anfahrphase vollständig unterbrochen.

Von Bedeutung ist, daß das Wasser/Kohlendioxid-Gemisch zu Anfang ein derartiges Lösungsverhältnis aufweist, daß der Thermoschock zwischen der von der Kokille ausgehenden indirekten Kühlung und der beim Absenken eines Anfahrbodens od. dgl. einsetzenden direkten Kühlung möglichst gering bleibt. Gleichzeitig ist dieses Lösungsverhältnis auch der oberste notwendig zu erreichende Wert der Konzentration des Kohlendioxids im Wasser, dessen Absenkung durch Zugabe von Wasser keine Schwierigkeit mit sich bringt, während eine Reduzierung der Kohlendioxidmenge bei gleicher Wassermenge von der Unwägbarkeit der tatsächlich gelösten Kohlendioxidmenge begleitet ist. So kann ein Kohlendioxid/Wasser-Gemisch einer bestimmten Konzenlration schon vor dem Anfahren in einem Tank od. dgl. bereitgestellt und diesem dann während der Anfahrphase zusätzlich Wasser zugesetzt werden. Ebenso ist es möglich, in einer Mischeinrichtung Kohlendioxid und Wasser als Kühlmittel laufend vorzubereiten und den Wasseranteil kontinuierlich zu erhöhen.

In jedem Falle hat es sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Maßgaben die Steuerung der Kühlung bei gegossenen Strängen mit minimalen Querschnittänderungen insbesondere im Bereich des Strangfußes möglich ist.

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Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Kühlen eines Metallstranges beim Stranggießen, insbesondere eines Stranges aus Aluminium oder einer AluiTniiumlegierung, bei dem auf den entstehenden Strang Kohlendioxid enthaltendes Wasser als Kühlmittel aufgebracht wird und das Kohlendioxid auf der Strangoberfläche eine wärmeisolierende Gasschicht bildet, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß während der gesamten Anfahrphase die dem Wasser zugesetzte Menge an Kohlendioxid konstant gehalten sowie die Konzentration des Kohlendioxids innerhalb des Kühlmittels durch Erhöhung des Wasserzuflusses vermindert wird.