DE3141269A1

DE3141269A1 - "kuehlverfahren und kuehlvorrichtung fuer langgestrecktes, heisses metallgut, insbesondere fuer stranggegossene knueppel- bzw. bloomstraenge"

Info

Publication number: DE3141269A1
Application number: DE19813141269
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: 1983-05-19
Also published as: ES515871A0; EP0077448A3; EP0077448A2; JPS5884650A; BR8206017A; DE3141269C2; ZA826955B; ES8306335A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Kühl verfahren und die zugehörige Kühlvorrichtung für langgestrecktes, heißes Metallgut, insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw. Bloomstränge aus Stahl, bei dem durch Aufsprühen eines oder mehrerer Medien eine gesteuerte Wärmeabfuhr erfolgt.

Derlei Kühl verfahren bzw. Kühlvorrichtungen dienen der gesteuerten Kühlung beim Abkühlen von Metallgut, wie beispielsweise Stranggußmaterial , Walzprodukte und dgl., wobei einerseits eine schnelle Strangschalenbildung zur Festigung des im Inneren noch flüssigen Stranges angestrebt wird und andererseits bestimmte Gefügeeigenschaften erzielt werden sollen.

Es ist bekannt (Aufsatz "Der Wärmeübergang beim Spritzkühlen heißer Stahl oberflächen - 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 Metallgutes zu beaufschlagen. Die Streifenbreite ergibt sich hierbei aus den nebeneinanderllegenden 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 Gebiet der Metall gut-Kühlung eine festumrissene Technik dar, an der Eingriffe oder Abänderungen unmöglich erscheinen.

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Der mit der senkrechten Beaufschlagung verbundene Nachteil besteht in einer schroffen Kühlung der MetalIgut-Oberflache» 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 Auftreffart des Wassers« Bei der Sprühdüsenkühlung zerfällt der Wasserstrahl in sehr viele kleine Tröpfchen, die, über eine größere Auftreffflache verteilt₉ den zu kühlenden Körper erreichen» Diese Technik hat₉ vfie bereits ausgeführt, eine oft schroffe Kühlung von kreis- oder ellipsenförmigen Bereichen der Metallgut-Oberflache 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 Kanal strömung ab.

Bei einer Einstoff-Kühlung (großer Tropfendurchmesser) und auch bei einer Zwei stoff-Kühlung (kleiner Tropfendurchmesser) werden durch den zur Metallgut-Oberflache senkrechten Impuls momentan große Wärmemengen abgeführt₉ die zu örtlichen Unterkühlungen und damit zu Wärmespannungen, d. h« zur Gefahr aer 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 Kühl Verfahrens verbessert werden, indem die Kühlmedienverteilung auf der Metall gut-Oberfläche vergleichmäßigt wird, ohne ein schroffes Kühl verhalten zu erzeugen. Mit der Verbesserung des Kühl Verfahrens soll außerdem die Kühlvorrichtung vereinfacht werden.

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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, 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 Sprühstrahl geschwindigkeit derart der Metallgut-Oberflache angenähert wird, daß mit einer höheren Sprühstrahl geschwindigkeit ein kleinerer Neigungswinkel und mit einer geringeren Sprühstrahl geschwindigkeit ein größerer Neigungswinkel zur Metallgut-Oberflache 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 Metall gutes angepaßt werden kann. Anders als beim senkrechten Beaufschlagen gelangt das Kühlmedium gemäß der Erfindung nach Belieben intensiv oder weniger intensiv auf die Oberfläche des Metal!gutes, ohne eine schroffe Abkühlung zu bewirken. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem für ungleich intensiv zu kühlende Seiten des Metallgut-Querschnitts vorteilhaft 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 der Metallgut-Längsachse angeordnet sind und daß die um den MetalIgut-Querschnitt im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Düsen jeweils mindestens eine gesteuerte Kühl zone innerhalb der Metallgutlänge bilden. Diese Maßnahmen vermindern den Aufwand für eine Kühlvorrichtung erheblich, so daß eine Vereinfachung der Kühlvorrichtung erzielt wird.

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Es versteht sich von selbst_s 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 Metall gut-Oberfläche 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 Metallgut- Abzugsrichtung gerichtet angeordnet sind» Dadurch kann auf der Oberfläche des Metall gutes 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 leicht steuerbaren Kühlzonen, in denen von festen Werten ausgegangen werden darf.

Ein anderes Merkmal der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung besteht darin, daß jeder Kühl zone zumindest ein den Metallgut-Querschnitt umgebender,, mit einer Versorgungsquelle für Kühlmedien in Verbindung stehender hohler Ring zugeordnet ist_a an den die Düsen angeschlossen sind. Anstelle einer Vielzahl bisher verwendeter Düsenringe ist gemäß der Erfindung für jede Kühl zone nur noch ein einziger hohler Ring erforderlich, um die Kühlmedien zuzuführen. Diese Maßnahme dient daher ebenfalls der Vereinfachung aer Kühlvorrichtung.

Eine andere Verbesserung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ergibt sich dadurch, daß für jeden der hohlen Ringe eine getrennte Versorgungsquelle vorgesehen ist- Diese Maßnahme gestattet, mehrere unterschiedliche Kühlmedien zuzuführen, um beispielsweise das Verfahren der Zwei stoff-Kühlung auszuführen.

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Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist außerdem dahingehend weitergebildet, daß die Versorgungsquelle als Sammelschiene ausgebildet ist, an der die hohlen Ringe befestigt 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 Kühl gase ausgerüstet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kühl Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Draufsicht auf einen kontinuierlich erzeugten Bloom-Strang, der sowohl auf einer Bogenstranggußanlage, einer Senkrechtstranggußanlage, einer Abbiegestranggußanlage oder auf einer Horizontalstranggußanlage gegossen werden kann. In der gezeigten Anordnung kann selbstverständlich langgestrecktes, heißes Metallgut, wie z. B. Walzblech, Walz-Stabprofile, im Stranggußverfahren gegossene Brammenstränge oder Knüppel stränge, gekühlt werden.

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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 Gußstrang als auch ein waagerecht 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 Stutzelemente sind nicht mehr dargetellt. Am Beginn jeder Kühl zone 3 bzw» 4 sind ein oder mehrere hohle Ringe 5a, 5b angeordnet«, die im Äusführungsbeispiel für zwei Kühlmedien ausgestaltet sind. Der hohle Ring 5a umgibt das Metallgut 1, das bei einem rechteckförmigen Gußstrang je zwei Querschnittsseiten 6a und 6b aufweist. Für die Kühlung einer Querschnittsseite - falls diese erfindungsgemäß gekühlt werden soll ist pro Querschnittsseite 6a bzw. 6b jeweils eine Düse 7a, 7b und 7c vorgesehen, die jeweils einen Sprühstrahl 8 erzeugen» Die Sprühstrahlen 8 sind jeweils unter einem bestimmten flach geneigten Winkel gegen die Metall gut-Oberfläche la gerichtet« Hierbei sind die Düsen 7a, 7b, 7c außerdem parallel zur Metallgut-Längsachse Ib ausgerichtet. Die Düsen 7a₉ 7b, 7c sind aber zusätzlich pro Kühlzone 3 bzw. 4 auch in der Ebene des Metallgut-Querschnitts 6 ausgerichtet, so daß eine Anzahl von Kühlzonen 3 bzw« 4 innerhalb der Metall gutlänge gebildet wird.

Der hohle Ring 5a ist nunmehr mit einem Rohrbogen 9 verbunden, der selbst an eine der Düsen 7a, 7b₃ 7c angeschlossen ist. Außerdem ist der Rohrbogen 9 über den hohlen Ring 5a an die Sammelschiene 10 angeschlossen, in der ein Kühlmedium 11 (z.B. Wasser) zugeführt wird.

In analoger Gestaltung ist der hohle Ring 5b an die Sammelschiene angeschlossen, in der ein weiteres Kühlmedium 13 (z. B. Luft) zugeführt wird. Beide Kühl medi en 11 und 13 werden innerhalb der Düsen 7a, 7b, 7c gemischtο Je nach dem herrschenden Druck in den Sammelschienen 10 bzw» 12_S der zwischen 2 und etwa 10 bar

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betragen kann, wird die Druckenergie in den Düsen 7a, 7b, 7c 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 Sprühstrahl 8 der Düse 7c und der Querschnittsseite 6b der Fall ist, wo eine geringere Neigung des Sprühstrahls 8 gewählt ist. Vorteilhafte Neigungswinkel (Winkel zwischen der Metallgut-Oberflache la und der Mittelachse des Sprühstrahls 8) liegen zwischen 5° minimal und 60° maximal.

Wie gezeichnet, ist es an schrägen Metallgut-Oberflachen la vorteilhaft, daß die Düsen 7a, 7b, 7c mit ihren Sprühstrahlen 8 in der Kühl zone 3 entgegen der Metall gut-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 7a, 7b, 7c mit pro Kühl zone 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 Kühl medi ums bzw. der Kühlmedien individuell zu regeln.

Jeweils nach den Kühl medium-Kombinationen oder auch bei Anwendung selbständiger Kühlmedien sind den Düsen 7a, 7b, 7c Leitvorrichtungen 14a, 14b, 14c usw. zugeordnet, die an den Sammelschienen 10 bzw. 12 befestigt sind.

Die von den Düsen 7c erzeugten Sprühstrahlen 8 schlagen sich wie gezeichnet in den Beaufschlagungsflächen 15 nieder, die von deren Enden abgesehen im wesentlichen rechteckige Flächen bilden, wodurch eine sehr gleichmäßige Kühlung des Metal!gutes 1 erzielt werden kann. Gleichzeitig stellen die Einstellung des Neigungswinkels zwischen 5* und 60" zur Metallgut-Oberflache la sowie selbstverständlich Drücke und Mengen der Kühl medi en 11 bzw. 13 Parameter für die Einstellung der Kühlungsintensität dar.

Claims

3U1

Mannesmann Aktiengesellschaft 16„ Oktober 1981

Mannesmannufer 2 21 664 - Fl/Schi

Düsseldorf

Kühl verfahren und Kühlvorrichtung für 1 anggestrecktes_s heißes Metallgut, insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw» Bloomstränge

Patentansprüche

1. Kühlverfahren für langgestrecktes,, heißes Metallgut., insbesondere für stranggegossene Knüppel- bzw» Bloomstränge aus Stahl, bei dem durch Aufsprühen eines oder mehrerer Medien eine gesteuerte Wärmeabfuhr erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Kühlmedium bzw. die Kühl medi en 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 Sprühstrahl geschwindigkeit derart der MetalIgut-Oberflache angenähert wird, daß mit einer höheren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein kleinerer Neigungswinkel und mit einer geringeren Sprühstrahlgeschwindigkeit ein größerer Neigungswinkel zur Metall gut-Oberfläche verbunden ist.

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2. Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemä3 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß pro Querschnittsseite (6a,6b) des Metall gutes (1) zumindest eine Düse (7a,7b,7c) vorgesehen ist, daß ferner die einen Sprühstrahl (8) erzeugenden Düsen (7a_s7b,7c) jeweils gegen die Metallgut-Oberflache (la) in begrenztem Winkel geneigt in Richtung der Metallgut-Längsachse (Ib) angeordnet sind und daß die um den Metallgut Querschnitt (6) im wesentlichen in einer Ebene angeordneten Düsen (8) jeweils eine gesteuerte Kühlzone (3,4) innerhalb der Metallgutlänge bilden.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Neigung des Sprühstrahls (8) gegen die Metallgut-Oberflache (la) ca. 5 bis 60° beträgt.

4. Kühlvorrichtung nach den 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 (Ib) angeordnet sind.

6. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Kühlzone (3,4) zumindest ein den Metallgut-Querschnitt (6) umgebender, mit einer Versorgungsquelle (10;12) für Kühlmedien in Verbindung stehender hohler Ring (5a,5b) zugeordnet ist, an den die Düsen (8) angeschlossen sind.

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7ο Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der hohlen Ringe (5a_s5b) eine getrennte Versorgungs·= quelle (10_s12) vorgesehen ist»

Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7_S dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsquelle als Sammelschiene (10₉12) ausgebildet ist, an der die hohlen Ringe (5a_s5b) befestigt sind»

9. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8_S dadurch gekennzeichnet;, daß zumindest einer der Düsen (7a₉7b₉7c) Leitvorrichtungen (14a,14b₉14c usw.) für den austretenden Sprühstrahl (8) zugeordnet sind»

10. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis dadurch gekennzeichnet daß die Düsen (7a₃7b_s7c) für Kühlmedien (11_S13) unterschiedlicher Aggregatzustände ausgebildet sind=