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Verfahren zum Kühlen des in einer StahlstranggieSanlage erzeugten
Stranges sie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen des in einer Stahlstranggießanlage
erzeugten Stranges, bei welchem das dem Strang wärme entziehende medium mittels
Düsen gegen die Strangaußenseiten geleitet wird.
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Stahlgießstränge bestehen beim Austritt aus dem unteren bunde der
Kokille aus einer relativ dünnen, bereits erstarrten Schale und einem noch schmelzflüssigen
Kern.
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Es ist deshalb erforderlich, Stränge von größeren Formaten, insbesondere
Brammen, möglichst intensiv zu kühlen, weil der Strang erst nach Erreichen des völlig
durcherstarrten Zustands die Stranggießanlage verlassen darf.
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Je schneller sich der Strang verfestigt, um so kürzer kann die Stranggießanlage
gebaut werden bzw. um so höher kann bei gleichbleibender Lange der Anlage die Stranggeschwindigkeit
gewählt werden. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Kühlung des Stranges in
den Bereichen, in denen die Schale noch relativ dünn ist, weil die Erstarrungswärme
des flüssigen Kerns die Schale aufheizt. Dagegen nimmt die Oberflächentemperatur
des Stranges hinter der Sumpf spitze, also im bereits durcherstarrten Bereich, wesentlich
schneller ab.
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Die Oberflächentemperatur des Stranges beträgt am Kokillenausgang
ca. 1.2000 C; im Bereich der Sumpfspitze liegt die Oberflächentemperatur bei etwa
8000 C. Ein großer Teil der im Strang enthaltenen Wärmemenge wird durch Strahlung
an die Umgebung abgegeben. Ein anderer Teil dieser Wärmemenge wird durch Berührung
mit den üblicherweise wassergekühlten Stützrollen abgeführt. Ein weiterer Teil des
Wärme ent zuges wird durch Aufsprühen von Kühlwasser auf den Strang bewirkt. Hierbei
hat man sich bemüht, durch besondere Düsengestaltung und -anordnung eine gleichmäßige
und wirksame Abkühlung zu erzeugen, wobei der gleichmäßigen Verteilung des Kühlwassers
naturgemäß durch die erforderlichen Stützrollen für den Strang Grenzen gesetzt sind.
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Es wurde nun festgestellt, daß die mit Hilfe von aufgesprühtem Wasser
erzeugte Kühiwirkung wesentlich geringer ist als man bisher angenommen hatte, und
demgemäß der dafür erforderliche Aufwand in keinem angemessenen Verhältnis zum Erfolg
steht. So hat man, da die Menge des zugeführten Kühlwassers offenbar keinen ausschlaggebenden
Einfluß auf die Kühlwirkung hatte, die ursprünglich mit 2 1 Wasser/kg Stahl und
mehr bemessene Kühlwassermenge in vielen Fällen schon auf 1, äa sogar bis auf 0,5
1 herabgesetzt. Der weitaus größte Teil der im Strang enthaltenen Wärme wird also
trotz Spritzkühlung durch Strahlung und Wärmeübergang auf die Stützrollen abgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bisher bekannte Kühlverfahren
zu verbessern, weil es bei Intensivierung der Kühlung möglich ist, die Stranggießanlage
zu verkürzen oder bei gleicher Baulänge höhere Produktionsleistungen durch Vergrößerung
der Stranggeschwindigkeit zu
erzielen. Zur Losung der genannten
Aufgabe schlägt die Erfindung vor, bei dem eingangs genannten Verfahren als Kühlmedium
Naßdampf zu verwenden.
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Die geringe Kühlwirkung beim Aufspritzen von Wasser auf den Gießstrang
ist auf das Leidenfrost1 sehe Phrinomen zurückzuführen. Dies besteht darin, daß
sich an den Berührungsstellen der auf den Strang auftreffenden wassertropfen eine
Dampf schicht bildet, die eine den weiteren Wärmeübergang behindernde Isolierwirkung
verursacht. Dagegen sind bei Dampfkühlung mit Naßdampf die Wassertröpfchen im Dampf
erheblich kleiner als im Spritzwasser und bis nahe an die Verdampfungstemperatur
vorgewärmt.
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Zudem ist ihre Aufprallgeschwindigkeit wesentlich größer, als dies
beim Aufspritzen von Wasser erzielbar ist. Aus diesen Gründen geht fast das gesamte
im Naßdampf enthaltene Wasser in Dampf über und entzieht dabei dem Strang Verdampfungswärme,
während beim bisherigen Vasseraufspritzen der weitaus größte Teil des Wassers nach
relativ geringzügiger Erwärmung vom Strang abläuft.
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Nach einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung kann der Wassergehalt
des Naßdampfes auf ca. 20 lSo eingestellt werden. Perner kann der Naßdampf mit einer
Düsen-Austrittsgeschwindigkeit von ca. 200 m/s gegen die Strangaußenseiten geleitet
werden. Die genannten Verhältnisse sind durch entsprechende Einstellung von Dampfdruck
und -temperatur mit einfachen zylindrischen Rohrstutzen als Düsen erzielbar.
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Bei der rechnerischen Untersuchung der Abkühlungsverhältnisse an einer
Stahlbramme von 2 m Breite und 0,25 m Dicke, die auf einer Bogenanlage mit einer
Gießgeschwindigkeit Vg = 1 m/Min. gegossen wird, ergeben sich folgende Werte:
Ständlich
abgegossene Stahlmenge ca. 220 t.
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Bei der üblichen opritzwasserkühlung, bei der ein Liter Kühlwasser
pro Kilogramm Stahl verwendet wird, befindet sich nach einer auf Erfahrungswerten
beruhenden formel die Sumpfspitze - Beginn des voll durcherstarrten Brammenabschnitts-
32 m hinter dem Kokillenausgang Soll der Tangentialpunkt, d. h. der ubergang des
Bogens in den weiterführenden waagerechten Teil, an der Sumpfspitze liegen, muß
die Bogenanlage einen Radius von 20 m haben.
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lür eine Kühlung mittels Dampf anstelle der Wasserspritzkühlung seien
je 18 Düsen mit 2 cm Durchmesser zwischen je 2 Stützrollen in Abständen von 0,3
bis 0,5 m auf 16 m Stranglänge ab Kokille angeordnet. Der Kühldampf sei Naßdampf
mit x = 80 . Dampfgehalt ; der Druck vor den Düsen sei 1,5 ata. Die stündliche Dampfmenge
ergibt sich dann in diesem Beispiel gleich der Spritzwassermenge von 220 000 1.
Dies wurde so gewählt, damit der Vergleich zwischen den beiden Kühlarten deutlich
wird.
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Unter der Annahme, daß sich der gesamte Naßdampf beim Aufprall auf
den heißen Strang in gesattigten bzw. überhitzten Dampf wandelt, ergibt die Rechnung
eine Verkleinerung des Gießradius von 20 auf 15m. Die Gießmaschine baut also um
25 % niedriger und kürzer. Die kleinere Bauhöhe und der daraus folgende niedrigere
ferrostatische Druck ergibt eine leichtere Bauweise zusätzlich zu der kleineren
Länge Spritzwasserpumpen und Ventilatoren zur Dampfabsaugung aus der Gießkammer
entfallen.
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alls kein entsprechender Dampf zur Verfügung steht, kann der Kühldampf
im Kreislauf geführt werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Abbildung
schematisch dargestellt.
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1 ist eine in üblicher Weise von einem Gehäuse umgebene Stranggießmaschine.
Zwischen den bei 2 angedeuteten Stützwalzen sind Düsen 3 angordnet, durch die Naßdampf
zugeführt und gegen den Gießstrang (nicht dargestellt) geleitet wird. Der gesättigte
Dampf wird zum größeren Teil, z.B. 80 o, einem Verdichter 4 zugeführt, der ihn auf
den an den Düsen 3 erforderlichen Druck von z.B.
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1,5 sta kompriiert. Der (noch) gesättigte Dampf gelangt in einen Mischer
5, wo er durch Zugabe von Wasser in Naßdampf von z.B. x = 0,8 verwandelt wird, der
erneut den Düsen 3 zugeführt wird.
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Ein kleineren Teil des beim Kühlen entstehenden gesättigten Dampfes,
z.B. 20 @, wird von der Stranggieß maschine durch eine Turbine C geleitet, die den
Verdichter 4 antreibt. Der Dampf gelangt hinter der Ikirbine 6 in einen Kondensator
7 und steht dann als busatzwasser für den Hischer 5 zur Verfügung. Zur Förderung
des Kondensats zum Mischer 5 dient eine Pumpe 8. Gegebenenfalls erforderliches Zusatzwasser
kann der Leitung 9 entnommen werden. Die Anordnung wird ergänzt durch einen Datnpfspeicher
10, welchem beim Anlauf der Stranggießanlage Dampf entnommen wird. Durch diese Anordnung
besorgt der heie Strang seine eigene gleichmäßige und intensive Kühlung.