DE3127348A1 - Verfahren und vorrichtung zum kuehlen einer stranggegossenen bramme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Kühlen einer stranggegossenen Bramme, insbesondere aus Stahl, im warmen Zustand.

In jüngster Vergangenheit wird das sogenannte Direktwalzverfahren, bei dem eine heiße Bramme oder dergleichen direkt dem Walzschritt zugeführt wird, zunehmend angewendet, und zwar insbesondere wegen der Verbesserung sowohl der inneren als auch der oberflächlichen Eigenschaften von stranggegossenen Brammen, Knüppeln und Vorblöcken sowie aufgrund einer verbesserten Energieeinsparung.

Beim konventionellen Stranggießen wird eine Bramme kontinuierlich gegossen, zerschnitten, heiß geputzt, gekühlt, teilweise von Hand geputzt, um Oberflächenfehler zu entfernen, erneut in einem Ofen erhitzt und schließlich durch ein Grob- und ein Feinwalzwerk geführt. Die Wärmeverluste in den Zwischenstufen ist jedoch so groß, daß eine erhebliche Menge an Wärmeenergie zum erneuten Erhitzen erforderlich ist. Zur Vermeidung dieser Wärme Verluste bestand zunächst der Wunsch, den vorstehend erwähnten Aufwärmofen z,u vermeiden^ und dies wurde ermöglicht durch das sogenannte Direktwalzverfahren, das durch Verbesserung der inneren Qualität und der Oberflächengüte der stranggegossenan Bramme ermöglicht wurde; ferner wurde die Behandlung durch eine zusätzliche Arbeitskraft unnötig.

Es ist von erheblicher Bedeutung, daß eine stranggegossene Bramme oder Knüppel auf einer möglichst hohen Temperatur gehalten wird, wobei die gesamte Bramme auf einer gleichförmigen Temperatur ist; danach wird die Bramme in gutem Zustand zum Walzen überführt, um das Direktwalz verfahren anzuwenden (nachstehend als "CC-DR-Verfahren" bezeichnet), oder.es erfolgt

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ein direktes Einführen in einen Wärmeofen mit anschließendem Walzen (nachstehend als "CC-HDC-Verfahren" bezeichnet)„

Die Temperatur der stranggegossenen Bramme fällt jedoch beim Transport allmählich ab, und insbesondere die Temperatur der beiden Seiten der Bramme fällt auf einen erheblich niedrigeren Wert als die der Brammenmitte, so daß die Temperatur der Bram= me zum Walzen ungeeignet ist.

Zur Überwindung dieses Problems können in einer Zwischenstufe zwischen der St ranggieß an lage und der Walzanlage ein Induktionsheizofen und/oder eine Gasheizvorrichtung zum Erhitzen hauptsächlich der Seiten der Bramme vorgesehen werden, um die Temperatur in allen Teilen der Bramme möglichst gleichförmig zu machen, indem die Temperatur an den Seiten erhöht wird| dadurch kann das Walzen ohne Schwierigkeit durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist Jedoch im Hinblick auf Energieeinsparung und aus Ökonomischen Gründen nicht vorteilhaft, da die Anlagenkosten und die erforderliche elektrische Leistung relativ hoch sind.

Es 1st ein Verfahren zur Herstellung einer brauchbaren^ strang= gegossenen Bramme vorgeschlagen worden, bei dem ein Sprüh·= strahl eines Luft/Flüssigkeit-Gemisches aus warmem Wasser und einem kalten Kühlmittel auf die Bramme gesprüht wird, um das Kühlen langsam und verzögert durchzuführen. Im Vergleich zur Wasserkühlung kann die Luft/Flüssigkeit-Sprühkühlung eine 200- bis 300-fache Wassermenge gegenüber der Wasserkühlung alleine der Bramme zuführen, da das Sprühgemisch dreidimensional zwischen schmalen Walzen der St ranggieß an lage spritzt,, um ein gleichförmiges Versprühen des Sprühküh!mediums zu erreichen, so daß die Kühlfähigkeit außerordentlich hoch ist«

Da andererseits die öffnung der für den Luft /Fluss igke it-

Sprühstrahl verwendeten Sprühdüse das aus Wasser und Luft bestehende Sprühmedium in Transportrichtung vor der Sprühdüse

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erzeugt, genügt eine einfache Schlitzform. Daher kann ein Verstopfen der Düse nicht auftreten, da der Schlitz mit einer größeren öffnung wie bei üblichen Düsen, und zwar um den Faktor 50 bis 60, versehen v/erden kann.

Im Rahmen der Erfindung sind Untersuchungen vorgenommen worden, um die Temperatur am hinteren Ende der stranggegossenen Bramme so hoch wie möglich zu halten, um so Temperaturabweichungen an den beiden Seiten der Bramme so weit wie möglich zu reduzieren, ohne daß dabei zusätzliche Energie neben zusätzlichen Anlagekosten erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die stranggegossene Bramme erfindungsgemäß einer indirekten Kühlung über mehrere Führungswalzen ausgesetzt, deren Oberflächen durch ein Luft/Flüssigkeit-Sprühsystem gekühlt werden, wobei die Führungswalzen als Führungen in einem Bereich angeordnet sind, wo die Bramme nach der Kokille abgezogen wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die stranggegossene Bramme auf einer möglichst hohen Temperatur zur vollständigen Verfestigung gehalten, worauf die Bramme direkt zu einer Walzanlage transportiert wird.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man ferner eine fehlerfreie, warme, stranggegossene Bramme, die direkt zum Weiterverarbeiten, wie Walzen, transportiert werden kann.

Diese Vorteils werden sowohl durch das erfindungsgemäße Verfahren
zielt.

fahren als auch durch die e rf in dungs gemäße Vorrichtung er-

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Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen St ranggieß an lage,

Pig. 2 einen Querschnitt zur Erläuterung der Kühlung einer

Führungswalze mit einem Luft/Wasser-Kühlsystem, Fig. 3 eine graphische Darstellung der Versuchsergebnisse beim Versprühen von Kühlwasser, wobei der Wasserdruck, die Wassermenge sowie der Luftdruck verändert

werden,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Versuchsergebnisse im Zusammenhang mit der Beziehung zwischen der Teil= chengröße des Kühlwassers, der Oberflächentemperatur der Walze sowie der Ve rd amp fun gs dauer, Fig, 5 bis 6 Ansichten von Ausführungsformen einer Luft/ Wasser-Mischdüse,

Fig. 7 einen Querschnitt einer stranggegossenen Bramme_s Flg. 8 eine graphische Darstellung für die Ermittlung der Länge und der Tiefe eines Längsrisses bei Wasserkühlung bzw. bei Luft/Wasser-Sprühkühlung,

Fig. 9 eine graphische Darstellung des FeuchtigkeitsVerhältnisses von Längsrissen entlang einer Stranggießanlage_s Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Luftaustrittsgeschwindigkeit bei der Luft/Wasser=

Mischeinrichtung vor einer Sprühdüse und der Teilchengröße eines Sprühstrahls, Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils der erfindungsgemäßen Anordnung und Fig. 12 einen Querschnitt einer Druckanordnung (Drossel) gemäß Fig. 11.

Die Stranggießanlage weist gemäß Fig. 1 eine Pfanne I₉ eine Gießwanne 2 und eine Kokille 3 auf. Der in der Pfanne 1 vor= handene, geschmolzene Stahl wird über die Gießwanne 2 in die Kokille 3 gegossen, und das erhaltene Gußstück 4 wird einer

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Primärkühlung unterworfen (das Gußstück wird über die Form mit Hilfe eines Kühlmediums indirekt gekühlt). Danach wird das Gußstück 4 erfindungsgemäß aus der Kokille 3 mittels mehrerer Strangförderwalzen 5 kontinuierlich abgezogen und weiter abgekühlt, während es durch eine Sekundärkühlzone A transportiert wird (das Gußstück wird durch das Kühlmedium direkt gekühlt); dabei folgt der sekundären Kühlzone A eine untere Strahlzone, insbesondere ein horizontaler Führungsbereich B.

Der verfestigte, oberflächliche Mantel des Gußstücks h wächst, und dieses festigt sich bis zu seinem Kern bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Gußstück das hintere Ende der Strangförderwalzenreihe 5 erreicht.

Im Rahmen der Erfindung wurde die Temperatur des Gußstücks am hinteren Ende der Walzenreihe 5 so weit wie möglich erhöht , und es hat sich dabei gezeigt, daß die Strangförderwalzen 5 einen erheblichen Einfluß auf die Kühlung des Gußstücks haben.

Andererseits wird die Bramme 4, die unter Verfestigung aus der Kokille 3 abgezogen wird, in der sekundären Kühlzone A weiter mit Hilfe von Kühlwasser direkt gekühlt sowie einer gesteuerten Kühlung unterworfen, so daß die Bramme bei Erreichen des nicht dargestellten Brammenschneiders vollständig verfestigt ist.

Nach dem Stand der Technik erreicht die Bramme 4 eine vollständige Verfestigung in der vorangehenden sekundären Kühlzone A und wird weiter auf Raumtemperatur unter der Annahme abgekühlt, daß eine nachfolgende Behandlung zur Beseitigung lokaler Defekte der Bramme erforderlich ist. Da jedoch bei dem bekannten Verfahren in der sekundären Kühlzone A eine Unterkühlung der Bramme erfolgt, wurde der Kühlmittelstrahl für die Bramme so gesteuert, daß der Kühlmittelstrahl nicht in Längsrichtung der Bramme strömt; dies wurde durch eine

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Gruppe von Walzen 5 erreicht, die in der sekundären Kühlzone A angeordnet waren, um so zu erreichen, daß der Strahl entlang den beiden Seiten nach unten abfließt. Die Seite der Bramme gibt große Wärmemengen ab, und erhebliche Wassermengen fließen nach unten; daher wird die Temperatur der Bramme sehr stark erniedrigt, so daß eine große Anzahl von Punkten unterschiedlicher Temperatur in Querschnittsrichtung verteilt beobachtet wurden.

Erfindungs gemäß ist dagegen die Verfestigung der Bramme erst bei der Schneidvorrichtung abgeschlossen, und um die Temperatur der Bramme so hoch wie möglich zu halten, wird erfindungs·=· gemäß die Gruppe der Strangförderwalzen 5 insgesamt zum Kühlen der Bramme eingesetzt. Bei der Stranggießanlage ist es vor·= teilhaft, die Bramme indirekt zu kühlen, indem ein Luft/Wasser-Kühlmittel auf einige oder alle Walzen 5 gesprüht wird, die die Bramme abziehen und führen, um einige oder alle dieser Walzen zu kühlen (nachstehend als "äußeres Walzenkühlsystem" bezeichnet).

Gemäß Fig. 2 weist das äußere Walzenkühlsystem beispieIsvieise eine Luft/Wasser-Düse 6 auf, die unmittelbar oberhalb und unterhalb einer Strangförderwalze 50 vorgesehen ist, wobei die Düse mit einem Lufteinlaßrohr 7 und einem Kühlwasserein-= laßrohr 8 verbunden ist.

Bei dem äußeren Walzenkühlsystem wird die Bramme Über die Walzen 50 indirekt gekühlt, um die Temperatur der Bramme sehr langsam zu reduzieren und um ferner die Temperaturabweichungen in Querschnitts richtung der Bramme so weit wie möglich zu verringern. Ein Luft/Wasser-Sprühkühlverfahren, bei dem das Kühlmedium 9 aus einem Gemisch von Kühlwasser und Luft besteht und versprüht wird, dient lediglich zum Küh~

ien der Walzen 50, und zwar gleichförmig in Breitenrichtungo 35

Vorzugsweise wird das vorstehende Kühlmedium auf die Ober= L J

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fläche der gewünschten Walzen gleichförmig aufgesprüht, und das an deren Oberfläche haftende Kühlmedium verdampft während die Walze 50 (5) umläuft und kommt mit der Bramme 4 in Berührung.
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Die Fig. 3 und h zeigen die Versuchsergebnisse im Zusammenhang mit dem vorstehend erläuterten äußeren Walzenkühlsystem. In Fig. 3 sind die Ergebnisse von Versuchen dargestellt, wobei der Wasserdruck, das Wasservolumen sowie der Luftdruck unabhängig voneinander variiert wurden, und zwar unter Verwendung einer Luft/Wasser-Düse 6 mit interner Mischung gemäß den Fig. 5 bis 6, um den Sprühzustand des Kühlwassers zu untersuchen; die Fig. 4 zeigt die Ergebnisse eines Versuchs, in dem die Beziehung zwischen der Teilchengröße des Kühlwassers, der Temperatur der Außenfläche der Walze sowie die Verdampfungszeit untersucht wurden.

Die Düse 6 in den Fig. 5 bis 6 weist einen Rohrkörper 6a sowie einen Zylinderkörpar 6b auf, der am Ende des Rohrkörpers 6a befestigt ist, um ein Mischglied 6d zu bilden; eine schlitzartige Düse 6c öffnet sich in den Zylinderkörper ob. Luft und Kühlwasser werden in dem Mischglied 6d miteinander vermischt, und danach wird das Sprühgemisch von der Düse 6c

entsprechend der Düse 6 gemäß der Erfindung versprüht. 25

Der schraffierte Teil X in Fig. 3 zeigt den Bereich, wo die Teilchengröße des aus der Düse 6 abgegebenen Kühlwassers sehr gering ist (Teilchengröße kleiner als 60 um) und einen gleichförmigen Sprühzustand zeigt, der außerdem stabil aufrechterhalten werden kann. Ermittelt man daher vorher die Beziehung gemäß Fig. 3 entsprechend der Konstruktion und der Größe der Luft/Wasser-Düse 6, so kann man die optimalen Anforderungen an die Steuerung des Wasserdrucks und des Luftdrucks, die zu einer wirksamen Luft/Wasser-Sprühkühlung erforderlich sind, in einfacher Weise durch Variation des Kühlwasservolumens erreichen, das durch die erforderliche Kühl-

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kapazität ermittelt werden kann.

Gemäß Fig. 4 zeigt sich, daß bei einer Teilchengröße des Kühlwassers von weniger als 60 um das Kühlwasser innerhalb 0,2 Sekunden nach der Berührung mit der Walzenoberfläche fast vollständig verdampft ist. Dadurch kann ein direkter Kontakt des Kühlwassers mit der Bramme k verhindert werden« Dadurch wird erfindungsgemäß die Luft/Wasser-Sprühkühlung der Walzen 50 ermöglicht, indem die Struktur und die Größe der Luft /Wasser-Düse 6 auf der Basis der Sprühbreite und der erforderlichen Kühlkapazität sowie durch Steuern des Wasservolumens, des Viasserdrucks und des Luftdrucks entsprechend den vorgegebenen Bedingungen in geeigneter Weise ermittelt wird.

Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, daß der Bereich₀ in dem die Luft/Wasser-Sprühkühlungskapazität der Walzen am höchsten ansteigt, Insbesondere im Mittelbereich der Mal·= ze 50 (nachstehend als "Kühlbereich" bezeichnet), derjenige ist, wo er dem mittleren Abschnitt entsprechend 60 bis 80 % der Breite der Bramme k benachbart ist; der vorstehende Be = reich zeigt die vorstehenden Vorteile besonders deutlich,, Da=· her ist es bevorzugt, daß ein öffnungswinkel Θ einer Düse 6c der Luft/Wasser-Düse 6 gemäß Fig. 6 ermittelt wird, um einen Strahl 9 (Fig. 2) eines Kühlmediums gleichförmig auf den Kühlbereich zu sprühen, und außerdem sollte die Anzahl der Luft/Wa3Ser-Düsen 6 bestimmt werden.

Die Reduktion der Temperatur der Bramme 4 ist beim Transport durch die Strangförderwalzen 5 sehr gering, und die Temperaturreduktion der Bramme ¹J wird auf ein Minimum abgesenkt₉ da das äußere Walzenkühlsystem bei dem unteren Strahl der sekundären Kühlzone angewendet wird. Erfindungsgemäß macht das äußere Walzenkühlsystem die sekundäre Kühlzone bei Stranggießanlagen unnötig oder zumindest sehr kurz oder vermindert deren Kühlkapazität. Ferner kann bei dem äußeren Walzenkühl-

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system die Temperatur der Bramme am hinteren Ende der Strangförderwalzen 5 sehr hoch gehalten werden, und darüberhinaus kann die insgesamt gleichförmige Temperatur ebenfalls hochgehalten werden, indem die Kühlkapazität des Mittelteils der Bramme 4 erhöht wird.

Gemäß Fig. 7 wird die Bramme 4 durch die Gruppe der Strangförderwalzen 5 transportiert und unter Wachsen eines verfestigten Mantels 4a gekühlt. Wenn erfindungsgemäß die Länge der Stranggießmaschine verkürzt wird, weist die Gruppe der Strangförderwalzen 5 vorzugsweise eine Sekundärkühlzone A auf, wobei die Bramme 4 direkt und zwangsweise durch ein Kühlmedium gekühlt wird, sowie eine äußere Walzenkühlzone B, wobei lediglich die Führungswalzen 50 durch das Luft/Was ser-Sprühmedium gekühlt werden; dabei ist die Zone B in der unteren Transportstrecke nach der sekundären Kühlzone A angeordnet; dadurch erhält man ein Kühlmuster, bei dem der verfestigte Mantel der Bramme 4 von deren Oberfläche bis zu einer nachstehend näher erläuterten bestimmten Dicke wächst.

Wenn der verfestigte Mantel 4a erfin dungs gemäß bis auf etwa 40 bis 50 % des Brammenquerschnitts am Ende der sekundären Kühlzone A wächst, obwohl die Bramme während der indirekten Kühlung gemäß der Erfindung transportiert werden kann, so treten keinerlei Probleme, wie Ausbrüche oder Rißbildung, beim Transport auf, so daß man einen hohen Wirkungsgrad erhält.

Bei einer gekrümmten St ranggieß an lage ist das Geraderichten der Bramme am Ende eines gekrümmten Füh rungs be reichs abgeschlossen, der aus der sekunären Kühlzone besteht (nachstehend als "Abschlußpunkt für das Geraderichten" bezeichnet). Die Bramme beendet ihre Verfestigung nach diesem Abschlußpunkt in der gekrümmten Stranggießanlage. Ein Vergleich der Ergebnisse zwischen der sekundären Kühlung mittels lediglich Kühlwasser und dem sekunären Kühlen durch ein Luft/Wasser-Gemisch

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in der sekundären Kühlzone A im Zusammenhang mit der Länge

bei

und der Breite eines Längsrisses/der in der vorstehenden Anlage erhaltenen 3ramme ist in Fig. 8 dargestellt, wobei a) sich auf die sekundäre Kühlung durch lediglich Kühlwasser und b) auf die sekundäre Kühlung durch ein Luft/Wasser-Gemisch (nachstehend als "Luft/Wasser-Sprühkühlung" bezeichnet) beziehen. Gemäß Fig. 8 zeigt sich, daß die Rißtiefe um die Hälfte reduziert wird. In Fig. 9 ist als Kurve A der zeitliche Ablauf des Auftretens eines Längsrisses einer Bramme bei Wasserkühlung vor und nach dem Abschlußpunkt für das Geraderichten dargestellt.

Aus der Kurve A für Wasserkühlung gemäß Fig. 9 ergibt sich_B daß longitudinale Risse am häufigsten vor dem Abschlußpunkt für das Geraderichten entlang der Stranggießanlage auftreten_s während nach diesem Abschlußpunkt die Häufigkeit nur gering variiert. In Fig. 9 sind die folgenden Bezugszeichen angegeben: L. =gekrümmter Führungsbereich, L₂ = horizontaler Ftih = rungsbereich, L, = Länge der St ranggieß an lage, Z = Abschluß= punkt für das Geraderichten, H = Kokillen-Gießspie gel und P = Kokillenaus IaS. Sr fin dungs gemäß ist somit für die Luft/ Wasser-Sprühkühlung eine anpaßbare Zone auf einem Teil oder der Gesamtheit des gekrümmten Führungsbereichs von einer Transportwalze unmittelbar unterhalb der Kokille bis unmlttelbar vor dem Abschlußpunkt für das Geraderichten vorgesehene

Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, daß die Sprüheigen-= schäften bei der Luft/Wasser-Sprühkühlung stark variieren j, und zwar in Abhängigkeit von der Luftau3laßgeschwindigkeit

zum Luft/Wasser-Mischglied vor der Sprühdüse; die entsprechende Korrelation ist in Flg. 10 dargestellt. Um eine Luftkühlung mit feinen Teilchen und gleichförmiger Teilchen=» größe des Sprühmediums in stabiler Weise zu erhalten_s wird vorzugsweise die Strömungsgeschwindigkeit der abgegebenen Luft auf über 100 m/Se künden /em ge sxeixt und an das Misch» glied vor der Sprühdüse abgegeben. Wenn diese Strömungsge-

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schwindigkeit kleiner als 100 m/Sekunden ist, wird die Teilchengröße des Sprühmediums gröber. In Pig. 10 bezieht sich das Zeichen 0 auf 3 1/Minuten, Δ auf 5 l/Minuten und X auf 7 l/Minuten entsprechend der jeweiligen Messung.

Eine Aus führungs form der erfin dungs gemäßen Kühleinrichtung wird nachstehend mit Bezug auf die Pig. Il erläutert.

Gemäß den Fig. · 5 und 6 weist die Luft/Wasser-Sprühdüse 6 (nachstehend als "Sprühdüse" bezeichnet) einen Auslaß 6c von 2 bis 3 mm Breite, eine Körperlänge 1 von 10 bis 30 mm sowie zwei Druckkammern 6b mit der gleichen Form und dem gleichen Volumen an den beiden Seiten des vorderen Endes mit einem Durchmesser d von 12 bis I¹J mm auf; ferner sind mehrere Sprühdüsen 6 an Jeder Führungswalze 50 oberhalb und unterhalb der für die Luft/Wasser-Sprühkühlung der Bramme in Breitenrichtung vorgesehen.

Eine Zone zum Luft/Wasser-Sprühkühlen der Bramme wird vorher in mehrere Kühlzonen C. bis C_n unterteilt, und zwei Hauptrohre 4l und 21 (lediglich eine obere Hauptleitung 21 ist dargestellt) zweigen von jedem Einlaßrohr ab, um ein Luft/Flüssigkeits-Medium der jeweiligen Kühlzone zuzuführen. Oberhalb der oberen Walze ist ein Haupt rohr 21 angeordnet, während das andere Hauptrohr unterhalb der unteren Walze angeordnet ist.

Das vorstehend beschriebene Luft/Flüssigkeit-Kühlsystem für jede Zone C₁ bis C_n ist in Fig. 11 dargestellt, wobei lediglich die obere Walze der Zone C₃ wiedergegeben ist. Gemäß Fig. 11 weist das Flüssigkühlsystem für jede Sprühdüse 6 ein Kühlwasser-Steuerhauptrohr 42, das mit einem Kühlwasserhauptrohr 4l über ein Strömungsmeßgerät a^, ein Strömungssteuerventil b₁ und ein Absperrventil c^ verbunden ist, eine Zwischen rohr ve r ζ we igung 46, einen Rohrabzweig 43 mit einer Drossei 47, eine Kühlwasserrohrverzweigung 48 vor der Düse sowie ein Abschlußrohr 49 für die Kühlwasserzufuhr auf, wobei alle

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Rohre miteinander verbunden sind. Das Abschlu&rohr 49 ist mit einem Mischrohr 20 für Kühlwasser und Luft verbunden.

Andererseits weist das Luftsystem ein Drucklufthauptrohr 21 auf, das mit einem Druckluft-Steuerhauptrohr 12 über ein Druck= luft-Strömungsmenge rät a~ und ein Druckluft -St römungss teuer -

^d eine Druckluft-Zwischenrohrverzweigung 16, ventil bp verbunden ist} ferner ist /ein Rohrabzweig 13_S eine Rohrverzweigung 18 vor der Druckluft düse sowie ein Druckluft·=» Einlaßrohr 19 vorgesehen, wobei diese Rohre ebenfalls unter-' einander verbunden sind. Das Druckluft-Einlaßrohr 19 ist ein« stückig mit dem obigen Mischrohr 20 verbunden, dessen vorderes Ende mit der Sprühdüse 6 verbunden ist.

Eine Aus füh rungs form einer Druckanordnung oder einer Drossel 47 nach der Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt. Die Drossel 47 wird durch ein Paar Flansche 26a und 26b in der Mitte eines Rohrabzweigs 43 gebildet, wobei eine Trennplatte 25 zwischen diesen Flanschen angeordnet ist, um eine Drossel zum Steuern der Druckdifferenz des Kühlwassers zu bilden, ferner Ist die-= se Drossel mit Hilfe eines Bolzens 27 gesichert»

Obwohl die Wassermenge aus der Kühlwasser-Steuerhauptleitung 42 vermindert wird, um den Gegendruck der Sprühdüse zu vermindern, kann man einen hohen Gegendruck erreichen, der aus«= reichend ist, um den Druckverlust aufgrund einer Druckdifferenz auf der AnstrSmseite A der Trennplatte auszugleichen Indem die Trennplatte 25 bei jedem Rohrabzweig 43 vorgesehen wird; ferner kann eine gleichförmige Strömungsmenge von Kühl= wasser der Kühlwasser-Rohrverzweigung 48 vor der Düse sugeführt werden, die mit jeder Abströmseite B verbunden ist₀ Dadurch werden die Luft und das Wasser an jeder Sprühdüse unter dem gleich geringen Gegendruck miteinander vermischt^ um so die Sprüheigenschaften der Sprühdüse zu verbessern! dadurch kann die Oberfläche der die entsprechende Kühlzone durchlas

³S fenden Bramme gleichförmig abgekühlt werden^ und das Auftreten von Oberflächen fehlern auf der Bramme kann sicher

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hindert werden. Das vorstehende Kühlverfahren hat daher erhebliche praktische Vorteile.

Vorstehend wurde die Druck an Ordnung oder die Drossel im" Zu.¹-sammenhang mit der obigen Aus füh rungs form erläutert, bei der eine Trennplatte in jedem Rohrabzweig 47 zwischen der Kühlwasser-Zwischenrohrverzweigung 46 und der Kühlwasser-Rohrverzweigung 48 vor der Düse vorgesehen ist; hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Falls, wie jedoch in der¹ Zeichnung nicht dargestellt ist, die eine Seite der Kühlwasser-Rohrverzweigung vor jeder Düse direkt mit einem bestimmten Abstand in Längsrichtung der Kühlwasser-Zwischenrohrverzweigung 46 verbunden ist, erhält man die gleiche Wirkung wie die vorstehend erläuterte, indem die Druckanordnung oder die Drossel an dem Abschlußende des Flüssigkeit se inlasses der Kühlwasser-Rohrverzweigung vor der Düse, insbesondere in der Nähe des Verbindungsabschnittes mit der Kühlwasser-Zwischenroh rverz we igung angeordnet wird.

Als andere A us füh rungs form der Druckanordnung oder der Drossel kann irgendeine andere geeignete Vorrichtung, wie ein Düsenrohr, verwendet werden, das für das Wasser zwischen vorne und hinten eine Druckdifferenz erzeugt.

Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist in Fig. 11 dargestellt. In dieser Steuervorrichtung werden das Kühlmuster der entsprechenden Kühlzonen (C₁ bis C_n) und die Gießgeschwindigkeit, die entsprechend der Stahlart der Bramme vorher bestimmt worden ist, in eine Programmiereinrichtung 30 eingegeben, und die Menge des Druckluftstroms in dem zugehörigen Druckluft-Steuerhauptrohr 12 wird von einer Betriebseinheit berechnet, so daß man eine Luftauslaßgeschwindigkeit von mehr als 100 m/Sekunden erhält, so daß die Luft aus der Druckluft-Einlaßleitung zum Mischrohr 20 geführt wird.

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j Ferner wird die Menge des Kühlwasserstroms von dem zugehörig gen Kühlwasser-Hauptrohren 4 2 berechnet, und die berechnete Menge an Kühlwasser wird in eine Wassersteuereinheit 32 und in eine Druckluft-Steuereinheit 33 der Steuerhauptrohre 42₉ 12 der zugehörigen Kühlzonen eingeleitet, um das Kühlwasser= Steuerventil b. und das Luftsteuerventil b~ zu steuern,, Dadurch wird die Bramme 4 mit einem gemischten Sprühstrahl aus Luft und Wasser mit der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit über die Sprühdüse 6 gesprüht.

Bei der Erzeugung eines gemischten Sprühstrahls aus Luft und Wasser gemäß der Erfindung kann man eine Luftauslaßgesehwin= digkeit von mehr als 100 m/Sekunden erhalten, indem man die Luftströmung auf einen bestimmten Wert einstellt und das Kühlwasser lediglich zur Verstärkung oder Abschwäehung der Kühlfähigkeit für die Bramme steuert, so daß die Steuervor= richtung selbst wesentlich stärker vereinfacht werden kann. Daneben kann bei einem niedrigen Wassersprüh ve rhältnis_s bei·= spielsweise 0,3 l/kg Bramme, ein Sprühstrahl aus gleichförmi-S^n, sehr feinen Teilchen in stabiler Weise durch das Luft/ Wasser-Gemisch wegen der Luft aus laß ge schwin digkeit von über 100 m/Sekunden bis zum Abschlußpunkt für das Geraderichten erzeugen, wo die Häufigkeit für das Auftreten von Längsris» sen am größten ist. Versprüht man den oben erläuterten Sprähstrahl gleichförmig über die Oberfläche der Bramme mit Hilfe der Sprühdüse 6 (vgl. die Kurve B in Fig. 9)» so ist die Häufigkeit für das Auftreten von Längsrissen im Vergleich zur Kurve A, die die Kühlung mit lediglich Wasser wiedergibt;, und zu einer Kurve C wesentlich vermindert, bei der die Küh=> lung bei weniger als 100 m/Sekunden erfolgt j die Vorteile sind demnach außerordentlich groß. Am äußersten Ende der Sekunda·= ren Kühlzone ist deren Länge so festgelegt, daß der verfestigte Mantel wächst, und die Menge an Kühlmittel wird ebenfalls ermittelt, wobei diese von der erforderlichen Kühlkapazität abhängt.

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Gemäß Pig. 7 wächst der verfestigte Mantel 4a in Querschnittsrichtung nicht gleichförmig, und die Wachstumsgeschwindigkeit des Mantels an beiden Seiten ist wesentlich größer als im Mittelabschnitt. Daher ist bei dem äußeren Walzenkühlsystem die Luft/Wasser-Sprühkühlkapazität des Mittelabschnitts der Führungswalze 50 so erhöht, daß die Wärmebelastung der Walze wirksam beseitigt ist; dabei wird die Wärme an der Seite der Bramme wieder hergestellt, während der Mittelabschnitt der Bramme, wo die Kühigeschwindigkeit gering ist, gekühlt wird. 10

Dies bedeutet, daß der noch unverfestigte Abschnitt in der Mitte der Bramme 4 verbleibt, die von der sekundären Kühlzone zur äußeren Walzenkühlzone transportiert wird, und die Temperatur des Mittelbereichs ist außerordentlich hoch, während die beiden seitlichen Abschnitte fast verfestigt sind. Daher ist die erf in dungs gemäße Luft/Wasser-Sprühkühlkapazität in Verbindung mit der Führungswalze in der Nähe des heißen Mittelabschnitts der Bramme (insbesondere der Mittelabschnitt der Führungswalze 50 gemäß der vorliegenden Erfindung) erhöht.

Durch die Erhöhung der Luft/Wasser-Sprühkühlkapazität des Mittelabschnitts der Führungswalze 50 wird die Temperatur der Bramme 4 mit einem mäßigen Gradienten abgesenkt, und schließlich verfestigt sich der Kern der Bramme 4 vollständig, bis diese das Ende der äußeren Walzenkühlzone B erreicht, insbesondere wenn die Bramme die Schneidvorrichtung erreicht. Andererseits werden jedoch die beiden Seiten der Bramme 4 geringfügig bis zur äußeren Walzenkühlzone B gekühlt, und zwar in Richtung auf eine Wärmerückgewinnung, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem äußersten Ende der äußeren Walzenkühlzone B erheblich vermindert werden kann.

Ferner kann die Wärmeleitfähigkeit, die von der Berührung der heißen Bramme herrührt, sofort durch Kühlen der Führunge walze 50 durch Luft/Wasser-Besprühung vermindert werden, so

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] daß der Temperaturanstieg der Führungswalze selbst wirksam verhindert werden kann; dadurch ergibt sich eine erheblich verlängerte Lebensdauer der Führungswalze 50.

Je näher die Bramme 4 an der sekundären Kühlzone ist_s umso höherist die Temperatur der Bramme 4 in der äußeren Walzen=· kühlzone, und die Dicke des verfestigten Mantels, der an den beiden Seiten gewachsen ist, ist gering. Vorzugsweise Ist die Kühlkapazität der Führungswalze 50 erhöht und erweitert ihren Bereich in der iüßeren Walzenkühlzone nahe der sekundären Kühlzone, während der Bereich einer Kühlkapazitätszu·=· nähme entsprechend allmählich verengt wird, wenn sich die Bramme von der sekundären Kühlzone entfernt.

Ferner können die Wassermenge, der Wasserdruck sowie der Luftdruck usw« für das Luft/Wasser-Sprühkühlverfahren automatisch von einer notwendigen Kühlkapazität gesteuert werden_a die durch thermometrische Werte ermittelt werden. Diese ther~ mometrischen Werte erhält man aus Temperaturmessungen. der· Gesamttemperatur der Bramme 4 am äußersten Ende der sekun= dären Kühlzone oder an der äußeren Walzenkühlzone B₉ aus der Verteilung der Temperatur in Breitenrichtung sowie aus der Temperatur der Außenfläche der Führungswalze 50 usw_S8 und zwar kontinuierlich und/oder intermittierend zusammen mit der Qualität, der Größe und der Abzugs geschwindigkeit der* Bramme 4, Eine entsprechend geeignete Konstruktion kann hierfür vorgesehen werden.

Beispiel 1 Eine Bramme von 1000 mm Breite und 250 mm Dicke wurde mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 1,6 m/Minuten stränggegössen. Erfindungsgemäß betrug die Temperaturreduktion an der Seite der Bramme (mittlere Temperatur eines Abschnitts Im Abstand von 40 mm von der Seite der Bramme) etwa 10⁰C Im Vergleich zu einer Temperaturreduktion der Brammen von 200⁰C bis 40⁰C bei bekannten Kühlverfahren.

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Daher ist das CC-DR-Verfahren, eine Induktionsheizung oder Gasheizung an der Seite der Bramme nicht mehr erforderlich, so daß die Überlegenheit der vorliegenden Erfindung bestätigt wird.

Beispiel 2

1. Profil der Stranggießanlage

(1) Typ: Bogenstranggießanlage mit einem einzigen kreisförmigen Bogen

(2) Biegeführungsbereich: Krümmungsradius 10,5 m, Länge

16,5 m
(3) Horizontaler Führung3bereich: Länge 22,5 m

2. Bedingungen beim Stranggießen

(1) Stahlart: Al-Si-be ruhigt er Stahl

(2) Temperatur des in die Kokille gegossenen, geschmolzenen Stahls: 1535°C

(3) Größe der Bramme: 1900 mm Breite χ 280 mm Dicke

(4) Gießgeschwindigkeit: 1,2 m/Minuten 20

3. Kühlbedingungen im Bereich der Strangförderanlage

(1) Gekrümmter Führungsbereich: Direktes Kühlen durch einen Luft/Wasser-Sprühstrahl

(2) Oberflächen temperatur der Bramme am Auslaß des gekrümmten Führungsbereichs: 95O°C

(3) Mittlere Temperatur der Bramme am Auslaß des gekrümmten Führungsbereichs: IiHiO⁰C

(*») Horizontaler Führungsbereich: Indirekte Kühlung über Führungswalzen, die durch einen Luft/Wasser-Sprühstrahl von der Außenseite gekühlt werden,

(5) Oberflächentemperatur der Bramme am Auslaß des horizontalen Führungsbereichs: 96O°C

(6) Mittlere Temperatur der Bramme am Auslaß des horizontalen Führungsbereichs: 1190°C

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¹ 4. Qualität der Bramme Die Anzahl der Längsrisse auf der Brammenoberfläche ist um die Hälfte vermindert im Vergleich zur Sprühkühlung im gekrümmten Püh rungs be reich mit lediglich Wasser.

Leerseite

Claims (7)

VOSSlUS -VOSSIUS -TAUCH N ER --1H-EU WE M A N'N ν PAT E NTA N WALTE ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT -RAUH u.Z.: R 291 .' , λ ; Case: 595 NIPPON STEEL CORPORATION Tokyo, Japan 10 " Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen einer* stranggegossenen Bramme " Patentansprüche

1. Verfahren zum Kühlen einer stranggegossenen Bramme_s die in einer StranggieSanlage geführt wird, g e k e η η zeichnet durch.

a) eine äuSare Walzenkühlzone in einem Führungsbereich, wo die Bramme (<0 abgezogen wird, und

b) Versprühen eines Luft/Wasser-Kühlmittels auf mehrere Führungswalzen (5,50),

c) wobei die Bramme (4) indirekt gekühlt wird, um deren in» nere Verfestigung abzuschließen während die Bramme in einem Zustand bei hoher Temperatur gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft/Wasser-Kühlkapazität im Mittelabschnitt der Gruppe von Führungswalzen (5,50) auf einem Wert erhöht wird_s der höher ist als an den beiden Enden, um die Bramme (¹J) indirekt

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zu kühlen.

3. Verfahren zum Kühlen einer stranggegossenen Bramme, die in einer Stranggießanlage geführt wird, gekennzeichnet durch

a) eine sekundäre Kühlzone (A)₁ in der die Bramme (4) direkt gekühlt wird, indem ein Luft/Wasser-Kühlmittel zwischen mehreren Führungswalzen (5) in einem gekrümmten Führungsbereich gesprüht wird, und

b) eine äußere Walzenkühlzone, in der die Bramme (4) anschließend indirekt gekühlt wird, indem ein Luft/Wasser-Kühlinittel auf die Oberflächen mehrerer Füh rungs walz en (50) in einem horizontalen Führungsbereich (B) aufgesprüht wird,

c) wobei die innere Verfestigung der Bramme (4) abgeschlossen wird, während diese auf einer hohen Temperatur gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit eines Luftkühlmediums an einem Luft/Wasser-Mischgiied über 100 m/sec. beträgt und daß das Luft/Wasser-Kühlmittel zwischen die Führungswalzen (5) der sekundären Kühlzone (A) gesprüht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luft/Wasser-Kühlmittel, dessen Teilchengröße des flüssigen Kühlmitteis weniger als 60 pm beträgt, auf die Oberfläche von Führungswalzen (50) aufgesprüht wird.

6. St ranggieß anlage mit einer Kokille (3) und mehreren Führungswalzen (5,50) in einem gekrümmten und in einem horizontalen Führungsbereich (A bzw. B), gekennzeichnet durch

a) eine Sprühanlage für ein Luft/Wasser-Kühlmittel mit einem Mischglied für ein Kühlmittel aus Luft und ein Kühlmittel aus einer Flüssigkeit sowie mit einer schlitz-

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— 3 —

1 artigen Düse, die auf die Oberflächen der Führungswalzen

(50) gerichtet ist und zwischen den Führungswalzen (50) in Verbindung mit dem Mischglied steht.

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7. Stranggießanlage mit einer Kokille und mehreren Führungswalzen (5,50) in einem gekrümmten und in einem horizontalen Führungsbereich (A bzw. B), gekennzeichnet durch

a) eine Sprühvorrichtung für ein Luft/Wasser-Kühlmitte I₈ be=· 10 stehend aus einem Mischglied für ein Kühlmittel aus Luft

und ein Kühlmittel aus einer Flüssigkeit sowie mit einer schlitzartigen Düse, die mit dem Mischglied in Verbindung steht, zwischen den Führungswalzen (5) bis zum Abschlußpunkt des gekrümmten Führungsbereichs (A) für das Gerade-¹5 richten, um die Bramme (^) direkt zu kühlen₉ und durch

b) eine Sprüheinrichtung für das Luft/Wasser-Kühlmittel im Bereich der Führungswalzen (50) im horizontalen Führungsbereich (B), um die Oberflächen der Führungswalzen zu

kühlen.
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