EP0082810A1 - Verfahren zum Kühlen eines Giessstranges während des Stranggiessens - Google Patents

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EP0082810A1 EP82810486A EP82810486A EP0082810A1 EP 0082810 A1 EP0082810 A1 EP 0082810A1 EP 82810486 A EP82810486 A EP 82810486A EP 82810486 A EP82810486 A EP 82810486A EP 0082810 A1 EP0082810 A1 EP 0082810A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B22D11/1245—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling using specific cooling agents

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a casting strand emerging from a continuous casting mold during continuous casting by applying coolant directly to the strand surface, in which a gas is released from the coolant at least during the start-up process.
  • heat is removed from the casting strand emerging from the mold by applying coolant to the surface of the strand directly below the mold.
  • the coolant initially only touches the start-up floor.
  • the indirect heat removal that occurs leads to a mild solidification of the liquid metal and to an even formation of the strand base.
  • the coolant strikes the surface of the strand, which is associated with a sudden increase in heat dissipation from the casting strand.
  • the thermal stresses that occur as a result of this temperature shock are greater than the tensile strength of the cast strand and lead to permanent deformation in the form of a convex curvature of the strand base and, if the tensile strength is exceeded, to cracks in the strand.
  • the strand In order to obtain a casting strand with a flat foot, the strand must not be cooled too much during the start-up process.
  • the coolant contains a gas introduced under pressure at least during the starting process.
  • the gas dissolved in this way forms an insulating film which reduces the outflow of heat, which results in a reduction in the cooling intensity.
  • the inventor has set himself the goal of improving a method of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages mentioned above are eliminated.
  • this object is achieved in that a substance is added to the coolant, which releases the gas as a decomposition product when it hits the hot strand surface.
  • the principle of reducing the cooling intensity by means of an insulating film made of gases can be implemented in a simple manner.
  • the substance can be in a highly concentrated form - for example as in Coolant saturated solution - can be fed into a coolant supply line from a reservoir via a metering pump. Since the gas is only formed by the decomposition of the substance when it hits the hot strand surface, no special pressure and mixing devices are required.
  • hydrogen carbonates in particular sodium or ammonium bicarbonate
  • Organic compounds in solution with at least one carboxyl group - for example acids or esters - can also be used.
  • the method can be further developed by adding acid to the substance.
  • Ammonium nitrite is particularly suitable as a substance for water as a coolant. This can also be introduced into the coolant as an equimolar mixture of sodium nitrite and ammonium nitrate.
  • the method according to the invention can be implemented both with conventional and with electromagnetic continuous casting molds and is particularly suitable for casting light metals, in particular aluminum and aluminum alloys.
  • concentration of the substance depends on the desired reduction in the cooling intensity and is usually in the order of 10- 1 to 10- 3 mol / liter.
  • the supply of the substance to the coolant can be interrupted.
  • the concentration of the substance in the coolant is continuously reduced during the start-up process. In certain cases, however, it may prove expedient to maintain the method according to the invention during the entire casting process.
  • An alloy 3004 was cast on a vertical continuous caster with an electromagnetic mold into bars of the format 500 mm x 1600 mm under normal conditions.
  • the cooling water supply was kept constant at 600 liters / minute during the entire casting process.
  • the substances listed in the table were mixed with the cooling water up to a strand length of 100 mm.
  • a saturated aqueous solution of the respective substance was fed from a storage tank directly into the main cooling water line via a metering pump.
  • the concentrations of the substances set in the cooling water are also included in the table.
  • the feed of the substances was interrupted after the start-up during the further pouring process. If the concentrations of the substances in the cooling water listed in the table are adhered to during the start-up process, a practically arch-free and crack-free continuous casting was formed as a result of the reduced cooling effect.

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Abstract

Die Kühlung eines aus einer Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges erfolgt durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf die Strangoberfläche. Zur Verminderung der bei zu schroffer Abkühlung des Stranges auftretenden Wölbung des Strangfusses wird dem Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges eine Substanz beigemischt, die beim Auftreffen auf die heisse Strangoberfläche ein Gas als Zersetzungsprodukt abgibt. Dieses Gas bildet auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluss vermindernden Isolierfilm. Besonders geeignet sind Substanzen mit Kohlendioxid oder Stickstoff als Zersetzungsprodukt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines aus einer Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf die Strangoberfläche, bei dem aus dem Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges ein Gas freigesetzt wird.
  • Beim Stranggiessen mit direkter Kühlung wird dem aus der Kokille austretenden Giessstrang durch Beaufschlagen der Strangoberfläche mit Kühlmittel unmittelbar unterhalb der Kokille Wärme entzogen. Während des Anfahrvorganges berührt das Kühlmittel zunächst nur den Anfahrboden. Der hierbei eintretende indirekte Wärmeentzug führt zu einer milden Erstarrung des flüssigen Metalls und zu einer ebenen Ausbildung des Stranqfusses. Mit fortschreitendem Absenken des Anfahrbodens trifft das Kühlmittel direkt auf die Oberfläche des Stranges auf, was mit einer sprunghaften Erhöhung der Wärmeabfuhr aus dem Giessstrang verbunden ist. Die als Folge dieses Temperaturschocks auftretenden Wärmespannungen sind grösser als die Dehnungsfestigkeit des Giessstranges und führen zu einer bleibenden Verformung in Form einer konvexen Wölbung des Strangfusses und bei Ueberschreiten der Zerreissfestigkeit überdies zu Rissen im Strang. Um einen Giessstrang mit ebenem Fuss zu erhalten, darf der Strang demzufolge während des Anfahrvorganges nicht zu stark gekühlt werden.
  • Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges ein unter Druck eingebrachtes Gas enthält. Das auf diese Weise gelöste Gas bildet beim Auftreffen des Kühlmittels auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluss vermindernden Isolierfilm, welcher eine Herabsetzung der Kühlintensität zur Folge hat.
  • Die diesem Verfahren anhaftenden Nachteile sind einerseits die zur Lösung des Gases im Kühlmittel erforderlichen, aufwendigen Misch- und Kontrolleinrichtungen; andererseits ist dieses Verfahren wegen der allgemein geringen Löslichkeit von Gasen im hauptsächlich als Kühlmittel eingesetzten Wasser praktisch auf die Verwendung von Kohlendioxid beschränkt.
  • Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, dass die vorstehend genannten Nachteile entfallen.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Kühlmittel eine Substanz, die beim Auftreffen auf die heisse Strangoberfläche das Gas als Zersetzungsprodukt abgibt, beigemischt wird.
  • Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich das Prinzip der Verminderung der Kühlintensität durch einen Isolierfilm aus Gasen auf einfache Weise realisieren. Die Substanz kann in hochkonzentrierter Form -- beispielsweise als in Kühlmittel gesättigte Lösung -- von einem Vorratsbehälter über eine Dosierpumpe in eine Kühlmittelzufuhrleitung eingespiesen werden. Da das Gas erst beim Auftreffen auf die heisse Strangoberfläche durch Zersetzung der Substanz gebildet wird, sind keine besonderen Druck- und Mischeinrichtungen erforderlich.
  • Zur Durchführung des Verfahrens sind im wesentlichen alle Substanzen geeignet, die eine gute Löslichkeit im Kühlmittel zeigen und bei der Zersetzung keine aggressiven bzw. gesundheitsschädlichen Gase abgeben. Hierbei kommen im wesentlichen solche Substanzen in Frage, die bei ihrer Zersetzung Kohlendioxid oder Stickstoff abgeben.
  • Wird Wasser als Kühlmittel verwendet, so können als Substanzen Hydrogencarbonate, insbesondere Natrium- oder Ammoniumhydrogencarbonat, in gelöster Form eingesetzt werden. Ebenfalls können organische Verbindungen in gelöster Form mit mindestens einer Carboxylgruppe -- beispielsweise Säuren oder Ester -- verwendet werden.
  • Da in Wasser gelöste Carbonate mit Kohlendioxid im Gleichgewicht stehen und Kohlendioxid bei Senkung des pH-Wertes leichter freigesetzt wird, kann in Weiterbildung des Verfahrens Säure zur Substanz hinzugegeben werden.
  • Bei der Verwendung von Wasser als Kühlmittel sind Substanzen, welche Stickstoff als Zersetzungsprodukt abgeben, deshalb besonders geeignet, weil sie mit Stickstoff nicht in einem wässrigen Gleichgewicht stehen und demzufolge ein vom pH-Wert unabhängiges Verhalten zeigen.
  • Als Substanz zu Wasser als Kühlmittel ist insbesondere Ammoniumnitrit geeignet. Dieses kann auch als äquimolare Mischung von Natriumnitrit und Ammoniumnitrat in das Kühlmittel eingebracht werden..
  • Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich sowohl mit konventionellen als auch mit elektromagnetischen Stranggiesskokillen realisieren und ist besonders geeignet zum Giessen von Leichtmetallen, insbesondere von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Die Konzentration der Substanz richtet sich nach der jeweils gewünschten Verminderung der Kühlintensität und liegt üblicherweise in der Grössenordnung von 10-1 bis 10-3 Mol/Liter.
  • Nach beendetem Anfahrvorgang kann die Zufuhr der Substanz zum Kühlmittel unterbrochen werden. Bei einer anderen Durchführungsart des Verfahrens wird die Konzentration der Substanz im Kühlmittel während des Anfahrvorganges kontinuierlich vermindert. In gewissen Fällen kann es sich jedoch als zweckmässig erweisen, das erfindungsgemässe Verfahren während des gesamten Giessvorganges beizubehalten.
  • Veitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungspeispiele.
  • Auf einer Vertikalstranggiessanlage mit elektromagnetischer Kokille wurde eine Legierung 3004 unter praxisüblichen Be-3ingungen zu Barren vom Format 500 mm x 1600 mm vergossen. Die Kühlwasserzufuhr wurde während des gesamten Giessvorganges auf 600 Liter/Minute konstant gehalten. Bis zu einer erzeugten Stranglänge von 100 mm wurden die in der Tabelle angeführten Substanzen dem Kühlwasser beigemischt. Hierzu wurde aus einem Vorratstank eine gesättigte wässrige Lösung der jeweiligen Substanz über eine Dosierpumpe direkt in die Hauptkühlwasserleitung eingespiesen. Die im Kühlwasser eingestellten Konzentrationen der Substanzen sind ebenfalls in der Tabelle enthalten. Die Zufuhr der Substanzen wurde nach dem Anfahren während des weiteren Giessvorganges unterbrochen.
    Figure imgb0001
    Bei Einhaltung der in der Tabelle angeführten Konzentrationen der Substanzen im Kühlwasser während des Anfahrvorganges bildete sich als Folge der verminderten Kühlwirkung ein praktisch wölbunqs- und rissfreier Strangguss aus.

Claims (9)

  1. I. Verfahren zum Kühlen eines aus einer Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf die Strangoberfläche, bei dem aus dem Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges ein Gas freigesetzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Kühlmittel eine Substanz, die beim Auftreffen auf die heisse Strangoberfläche das Gas als Zersetzungsprodukt abgibt, beigemischt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlmittel eine Kohlendioxid als Zersetzungsprodukt abgebende Substanz beigemischt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser und als Substanz Hydrogencarbonate, vorzugsweise Natrium- oder Ammoniumhydrogencarbonat, in gelöster Form eingesetzt werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser und als Substanz organische Verbindungen mit mindestens einer Carboxylgruppe, vorzugsweise Säuren oder Ester, in gelöster Form eingesetzt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlmittel eine Stickstoff als Zersetzungsprodukt abgebende Substanz beigemischt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser und als Substanz Ammoniumnitrit in gelöster Form eingesetzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser und als Substanz eine äquimolare Mischung von Natriumnitrit und Ammoniumnitrat in gelöster Form eingesetzt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz dem Kühlmittel in einer Konzentration von 10-1 bis 10-3 Mol/Liter beigemischt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz dem Kühlmittel in der Form einer gesättigten Lösung zudosiert wird.
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