DE1783125A1

DE1783125A1 - Verfahren zum Kuehlen eines etwa horizontal bewegten Stranges in der Sekundaerkuehlzone einer Stranggiessanlage

Info

Publication number: DE1783125A1
Application number: DE19661783125
Authority: DE
Inventors: Armin Thalmann
Original assignee: Concast AG
Current assignee: SMS Concast AG
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1966-01-20
Publication date: 1972-03-30
Also published as: AT259780B; BE675403A; ES322395A1; GB1112017A; DE1508796B2; SE325674B; DE1508796A1

Description

CONCAST Λ.G. ZUERICH (SCHWEIZ)

Verfahren zum Kühlen eines etwa horizontal bewegten Stranges in der Sekundärkühlzone einer Stranggiessanlage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen eines etwa horizontal bewegten Stranges in der Sekundärkühlzone einer Stranggiessanlage, wobei dem zu kühlenden Strang mindestens eine Kühlplatte zugeordnet ist, Kühlwasser in einen Spalt zwischen dem zu kühlenden Strang und der Kühlplatte eingedrückt, das Kühlmittel aus dem Spalt abgeleitet und Kühlwasser mittels Düsen gegen die Oberfläche des Stranges gesprüht wird.

Das Kühlen des Stranges beim Stranggiessen ist von grosser Bedeutung, da sowohl die Leistung der Anlage als auch die Qualität des Materials weitgehend vom Kühlverfahren abhängig sind.

Zur Sekundärkühlung von Strängen, beispielsweise von Stahlsträngen, sind Sprühwasserkühlungen bekannt. Solche Sprühwasserkühlungen bewähren sich gut bei Senkrechtanlagen und bei solchen Bogenanlagen, bei welchen der Strang bis zum Eintritt in die horizontale Lage grösstenteils erstarrt ist.

Bei Bogenanlagen mit grosser Giessgeschwindigkeit erstreckt sich aber oft ein grosser flüssiger Kern in die Horizontale und der Strang muss deshalb weiter gekühlt und abgestützt werden. Dasselbe trifft beim Horizontalgiessen zu.

Es ist bekannt, den Strang in der Horizontalen mit Sprühdüsen zu kühlen. Dabei kann bei rechtwinkeligen Querschnitten jedoch nicht vermieden werden, dass auf der Oberseite des Stranges das aufgesprühte Wasser nicht genügend schnell über die Seitenkanten fliesst. Es ent steht dadurch eine zu dicke auf der Strangoberfläche liegende Wasserschicht, die durch den Dampffilm des Leidenfrost'sehen Phänomens von der Oberfläche getrennt ist. Diese Dampfschicht verhindert eine gleichraässig wirksame Kühlung des Stranges. Die kinetische Energie der einzelnen von den Düsen kommenden Wassertröpfchen wird von der Wasserschicht vermindert, sodass praktisch keine Konvektion der Wassertröpfchen mit der Damptschicht stattfinden kann. Die Wärme wird deshalb auf der Oberseite des Stranges praktisch nur durch Strahlung abgeführt. Auf der Unterseite des Stranges wird aber die Wärme durch

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Strahlung und Konvektion abgeführt, weil keine aufliegende V.'asser- ^l schicht entstehen kann. Demzufolge wird der Strang an der Ober- und Unterseite unterschiedlich gekühlt, wodurch die bekannten Nachteile wie Risse, Verlagerung der Zentrumsporosität entstehen.

Es ist eine Vorrichtung bekannt (österr. Patentschrift 210'07G), nach welcher der Strang von einer Mehrzahl von wasserdurchflossenen Gitterstäben umgeben ist. Durch Bohrungen in diesen Stäben wird dem Strang Kühlmittel zugeführt. Diese Bohrungen sind mit Nuten verbunden, um dem Kühlmittel ein seitliches Austreten und Kühlen der Strangoberfläche zwischen den Stäben zu erlauben. Es entsteht dadurch teils eine indirekte Kühlung durch die gekühlten Stäbe und teils eine direkte Kühlung durch das Kühlmedium zwischen den Stäben. Die als indirekte Kühlung wirksame Kühlleistung ist wegen der unebenen Strangoberfläche beschränkt und die als direkte Kühlung wirksame Kühlleistung wäre bei etwa horizontal bewegtem Strang auf der Strangunterseite praktisch wirkungslos, weil das Wasser aus den Nuten vom Strang wegfliessen würde, und auf der Strangoberseite gemäss dem Leidenfrost'schen Phänomen nicht in die Dampfschicht eindringen könnte. Ein weiterer Nachteil bei der Anwendung solcher Gitterstäbe in einer horizontalen Strangführung läge in der sehr aufwendigen Konstruktion, weil das Stranggewicht durch die auf der Unterseite angeordneten Gitterstäbe getragen werden müsste oder aber zusätzlich zu den Gitterstäben Tragrollen notwendig wären.

Um den Nachteil des Schrumpfspaltes in der Kokille zu vermindern, ist bekannt (britische Patentschrift 314'43S), Kühlmittel in den Spalt zwischen Strang und Kokillenwand einzubringen. Dabei sind Führungsrillen für Kühlwasser im unteren Teil der Kokillenwand angebracht, um Spannungsrisse durch eine direkte Beaufschlagung zu vermeiden. Die direkte Kühlung wurde als zu stark befunden. Um deshalb die Kühlwirkung zu mildern, wird Gas unter Druck in die Rillen geleitet. Dadurch entsteht in ihnen ein Gaswassergemisch. Im nicht definierten Spalt zwischen Strang und der Kokillenwand entsteht eine Turbulenz, erzeugt durch das eingeblasene Gas. Da diese Turbulenz infolge des Undefinierten und ungleichraässigen Spaltes nicht durch Reibung der Flüssigkeit im Spalt entstehen kann, so dass ein Eindringen der Flüssigkeitsteilchen in die Dampfschicht nicht gewährleistet ist, kann keine intensive Kühlung entstehen, was auch nicht erwünscht ist. Dazu behindert noch der grosse Gasanteil eine solche Kühlung, weil er wärmeisolierend wirkt. Diese Kühlungsart eignet sich für das Strang-

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giessen der erv/ähnten Buntmetalle bei senkrecht angeordneter Kokille, nicht aber für horizontal bewegte Stränge, weil auf der Strangunter- und der Strangoberseite sich unterschiedliche Kühlverhältnisse einstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches bei etwa horizontal bewegtem Strang die genannten Nachteile beseitigt, die Ober- und Unterseite des Stranges bei hoher Kühlleistung gleichmässig kühlt und dadurch die Strangqualität verbessert .

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass zwischen der Oberseite des Stranges und der Kühlplatte eine Spaltbreite von 1 mn und weniger verwendet und der Kühlwasserdruck in der Grössenordnung von 0,5-2,5 atü eingestellt wird, worauf das Kühlmittel vor einer die Kühlwirkung unerwünscht behindernden Dampfbildung aus dem Spalt abgeleitet wird, und dass die Oberfläche ^ der gegenüberliegenden Unterseite des Stranges durch Kühlwasser besprüht wird.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann die Kühlleistung auf der Strangoberseite derjenigen der Strangunterseite angepasst und somit auf beiden Seiten eines etwa horizontal bev/egten Stranges eine gleichmassige und gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich höhere Kühlleistung erreicht werden.

Der erwähnte Druck wird in Abhängigkeit von den Giessverhältnissen, wie Qualität des zu vergiessenden Metalls, Giessgeschwindigkeit, Spaltbreite, Rauhigkeit usw. eingestellt, wodurch die geeignete Turbulenz im Spalt, die durch den Verlust der Strömungsgeschwindigkeit infolge Reibung entsteht, erzeugt wird. Damit wird durch das Eindringen des f Kühlmittels in die durch das Leidenfrost'sehe Phänomen bedingte Dampfschicht dem Dampf mehrheitlich durch Konvektion die gewünschte Wärme entzogen. Durch !.!essen der Oberflächentemperatur und Untersuchung der Metallqualität wird festgestellt, ob die gewünschte Kühlung erreicht worden ist.

Infolge der Turbulenz kommen die einzelnen, einen erhöhten Wärraeinhalt aufweisenden Kühlmittelteilchen mit der Platte in intensiven Kontakt und geben einen Teil ihrer Wärme an die Platte ab, wodurch eine Dampfbildung am Teilchen bei den nächsten Wärmeaufnahmen in der Dampfschicht verzögert wird. Durch diese Turbulenz bewegen sich die einzelnen Teilchen zwischen der Metalloberfläche und dem Kühlkörper hin und her, weshalb ein Wärmetransport zwischen Metalloberfläche und

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Kühlkörper stattfindet. Dieser Wärmetransport wird durch eine zusätzliche Kühlung der Platte unterstützt.

Für die wirklichen Vorgänge im Spalt sollen die obenerwähnten, durch die Turbulenz erzeugten Bewegungen der Kühlmittelteilchen nur eine symbolische Erklärung darstellen. In der Praxis stellt die Fumme dieser Kühlmittelteilchen das Kühlmittel dar.

Das 'lass der Turbulenz ist für die dem Strang entzogene Ywirmemenge entscheidend. Diese Turbulenz der Strömung und damit die Kühlwirkung auf den Strang kann durch Veränderungen der Breite des Spaltes beeinflusst werden. Um die Turbulenz zu vergrössern, kann die Rauhigkeit der dem Strang zugekehrten Fläche der Kühlplatte vergrössert werden, z.B. durch quer zur Strömung verlaufende Bearbeitungsrillen, wie sie beim Schruppen von gehobelten Flächen entstehen. An Stellen von gewünschter geringerer Kühlintensität kann die Rauhigkeit verkleinert werden, was durch Verkleinerung der Tiefe der Bearbeitungsrillen vorgenommen werden kann.

Es hat sich gezeigt, dass bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens beim Strangpressen für rissempfindliche Stähle die Kühlintensität, trol ζ niedrigem Druck des in den Spalt eingeführten Kühlmittels, von mehreren hintereinander angeordneten Platten zu gross ist, so dass Rissbildungen nicht zu vermeiden sind. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird nach der Kühlung durch in den Spalt eingedrücktem Wasser schwächer gekühlt, beispielsweise nur durch Luft. Mit dieser Massnahme kann sich die verhältnismässig dünne, zu stark gekühlte Schicht durch die aus dem Stranginneren nachfliessende Wärme aufwärmen, bevor der in einer grösseren Tiefe wirksam werdende Temperaturgradient zu Spannungsrissen führt.

Es kann nicht verhindert werden, dass beim Hin- und Herbewegen der einzelnen Wasserteilchen im Spalt eine Temperaturerhöhung des Wassers siattfindet, was zur allmählichen Dampfbildung führt. Um diesem Umstand zu begegnen, weisen die Platten in Längsrichtung des Stranges eine Länge von maximal 300 mm auf. Dadurch wird das Wasser-Dampfgemisch aus dem Spalt entfernt, bevor durch eine unerwünschte Dampfbildung der Wärmefluss zwischen Strangoberfläche und den Kühlplatten massgebend beeini rächi ig1 wird. Dabei unterstützt der sich bewegende Strang die AusfOrdnung de.·" Wnnsor--Dampfgemisches.

Die Zeit MfJ zu einer unerwünschten Dampfbildung im Spalt ist abhängig v(jn der Wärmeabgabe de?; Kühlmütcls im Spalt an die Kühlplatten. Die abgefüllt"! e Wärmemenge int aber weiter abhängig von der Wärmeleit-

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fähigkeit dieser Platten. In Zonen mit hohem Yf arme inhalt der erstarrten Randzone des Stranges können die Kühlplatten aus einem Werkstoff höherer Wärmeleitfähigkeit bestehen als in den anderen Zonen.

Die Erfindung geht aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor.

Die Figur zeigt eine Bogenstranggiessanlage, bei der in der horizontalen Strangführung das erfindungsgemässe Kühlverfahren angewendet wird.

In einer Kokille 40 bildet sich ein teilweise erstarrter Strang 2 mit flüssigem Kern 3. Nach der Kokille 40 wird der Strang durch Kühlplatten 50, 51, 52, die als Kühlkörper ausgebildet sind, und in der nachfolgenden Kühlzone 7 durch eine Sprühkühlung gekühlt.

Die Giessgeschwindigkeit dieser Anlage ist gross und daher erstreckt sich die relativ noch schwache Strangkruste mit dem flüssigen Kern 3 des Stranges 2 in die Horizontale. Der Strang muss deshalb nach einem Auszieh-Richtaggregat 41 weiter gekühlt und gegen den ferrostatischen Druck abgestützt werden. Der horizontal bewegte Strang wird durch Rollen 8 getragen und auf der Unterseite des Stranges 2 wird durch eine Sprühkühlvorrichtung 54 Kühlwasser mittels Düsen gegen die Oberfläche gesprüht. Auf der gegenüberliegenden Oberseite des Stranges 2 kühlen Kühlplatten 53 die Strangkruste und stützen sie gegen Ausbauchungen nach oben ab. Bei diesen Kühlplatten 53 wird Kühlwasser in einen Spalt 4 zwischen dem zu kühlenden Strang 2 und den Kühlplatten 53 eingedrückt. Die Breite des Spaltes 4 beträgt 1 mm oder weniger und der Kühlwasserdruck wird in der Grössenordnung von 0,5-2,5 atü eingestellt. Das Kühlmittel wird vor einer die Kühlwirkung unerwünscht behindernden Dampfbildung aus dem Spalt 4 abgeleitet.

Um dem Wasser-Dampfgemisch einen ungehinderten Austritt zu gewährleisten, wird der gegenseitige Abstand dieser Platten genügend gross gewählt, wobei aber die Ausbauchungen berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise beträgt bei einem Brammenformat von 1500 χ 250 mm die Länge einer Kühlplatte in Richtung der Strangachse 16O mm und der Abstand zwischen zwei Kühlplatten etwa 30 mm. Dio in Strang Laufrichtung zuerst kommenden Zufuhrvorrichtungen für Kühlflüssigkeit verden so angeordnet, dass die Kühlflüssigkeit auch entgegen der St rang laufrichtung nach kurzem Verweilen im Spalt über die zuerst kommende Kante der Kühlplatte flie.sFJon kann, Durch die Isosehriinkiinf* de?; '/erdampfens des Wassers wird auch erreicht, da«« geaüKund Snhiahirmlt in I ■„·■'/i:;,· he η Strang- und Uih ipl-it tt-naberi L'it-hc :·>ν\Λ:\,ιν\ηη ist, da da- ^v/H" !»«bon

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einer kühlenden und wärmetragenden auch eine schmierende Funktion ausübt.

Die Wirkung der Kühlplatten 53 und der Sprühkühlung 54 wird so eingestellt, dass die Strangoberseite und die Strangunterseite gleichmassig gekühlt v/erden.

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Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zum Kühlen eines etwa horizontal bewegten Strängen in der Sekundärkühlzone einer Stranggiessanlage, wobei dem zu kühlenden Strang mindestens eine Kühlplatte zugeordnet ist, Kühlwasser in einen Spalt zwischen dem zu kühlenden Strang uiid der Kühlplatte eingedrückt, das Kühlmittel aus dein Spalt abgeleitet und Kühlwasser mittels Düsen gegen die Oberflache des Stranges gesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseite des Stranges und der Kühlplatte eine Spaltbreite von 1 ram und weniger verwendet und der Kühlwasserdruck in der Grossenordnung von 0,5-2,5 atü eingestellt wird, worauf das Kühlmittel vor einer die Kühlwirkung unerwünscht behindernden Dampfbildung aus dem .Spalt abgeleitet wird, und dass die Oberfläche der gegenüberliegenden Unterseite des Stranges durch Kühlwasser besprüht wird.

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