DE3112673A1 - Kuehlvorrichtung fuer metall-, insbesondere fuer stahlgiessstraenge - Google Patents
Kuehlvorrichtung fuer metall-, insbesondere fuer stahlgiessstraengeInfo
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Description
21 372 - Fl/Schi - 4 - 30.3.81
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Metall-, insbesondere für
Stahl gießstränge mit innen gekühlten, metallischen Bauteilen, die den
heißen Gießstrang in geringem Abstand umgeben oder stützen und/oder führen.
Derlei Kühlvorrichtungen dienen der Wärmeabfuhr aus dem heißen Gießstrang
im Wege der Wärmeleitung innerhalb von Metallen. Ein solches Kühl verfahren
steht im Gegensatz zu dem Spritzwasserkühlverfahren, bei dem überwiegend
die Verdampfungswärme des Kühlwassers ausgenutzt wird, um die Wärme des Gießstrangs abzuführen. Bei dem Spritzwasserkühl verfahren entzieht das
Kühlwasser nicht nur dem heißen Gießstrang die Wärme, sondern schützt auch gleichzeitig die Stützelemente und andere Bauteile der Stranggießvorrichtung vor überhitzung.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem Kühlkreislauf, bei dem das
Kühlmedium innerhalb der Bauteile zirkuliert oder innerhalb der Bauteile durch die Bauteil wandung Wärme aufnimmt und nach Abfuhr außerhalb des
Bauteils rückgekiihlt wird.
Bei der eingangs bezeichneten Kühlvorrichtung besteht das Problem, einen
hohen Wärmefluß durch die Bauteilwandung zu leiten, was einen geringen Wärmewiderstand der Bauteilwandung voraussetzt. Zur Lösung dieses Problems
könnte die Bauteilwandung sehr dünn ausgeführt werden, was jedoch in der Regel den Prinzipien einer hohen mechanischen Belastbarkeit des Bauteils
widerspricht. Dünne Bauteilwandungen sind z. B. bei Stützrollen großer Länge nicht zulässig.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, ohne eine unzulässig dünne
Bauteilwandung auszukommen und trotzdem einen geringen Wärmewiderstandswert bzw. eine hohe Wärmedurchgangsleistung zu erreichen.
21 372 - FT/Schi - 5 - 30.3.81
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest
die dem Gießstrang zugewandte Bauteilwandunq zumindest zonenweise im Sinn
einer Verringerung des Wärmewiderstandes eine stetig verminderte Wanddicke aufweist und daß in diesen Zonen die Bauteil wandung an ihrer Inneren Oberfläche
eine Wärmelibergangsstruktur, bestehrnd aus einer Vielzahl von Rillen,
deren Breite und Tiefe kleiner als 1 mm ist, besitzt. Die Erfindung vermeidet zunächst alle Nachteile der Spritzwasserkühlung, nämlich eine
ungleichmäßige Kühlung der Strangoberfläche, ungleich hohe Wärmespannungen
in der Strangschale, Kantenunterkühlung, unkontrollierbare Mengen von
Kühlwasser auf der Strangoberfläche, eine sonst erforderliche Spritzwasseraufbereitung,
einen großen Stützabstand wegen der zwischen zwei Stützelementen angeordneten Spritzwasserdüsen, ferner Thermoschockbeanspruchungen
der Stützelemente (Wärmewechselspannungen) und einen
Wärmeverzug der Stützelemente. Vorteile der Erfindung sind sodann pine
ausreichende Festigkeit der Bauteil wandung und trotzdem ein geringer
Wärmewiderstandswert, wobei die Oberfläche des Gießstrangs gloichmäßig
gekühlt wird. Die Wärmespannungen in der Schale des Gießstrangs können ferner niedrig gehalten werden. Durch den Wegfall der Spritzwasserdüsen
kann der Abstand der Stützelemente von Anfang an kleiner vorgesehen werden,
so daß die gefürchteten Ausbauchungen des im Inneren noch nicht genügend erstarrten Gießstranges vermieden werden.
Eine alternative Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich daraus, daß die
Wärmeübergangsstruktur aus einer Kapillarstruktur (19) ähnlich einem
sogenannten Wärmeleitrohr besteht.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann derart gestaltet sein, daß das
Bauteil aus einer Stützrolle besteht, deren hohle Lagerzapfen für die Zufuhr und/oder für die Abfuhr flüssigen bzw. dampfförmigen Kühl medi ums
vorgesehen sind und daß von Stützrolle zu Stützrolle ein Abstand zwischen drei und fünf Millimeter eingehalten ist. Die Stützrollen ermöglichen auf
der Rollenberührungslinie eine gleichmäßige Kühlung des Gießstrangs. Ferner
ist die Stützrolle selbst ohne die aufgeführten Nachteile einer Spritzwasserkühlung gekühlt.
ό I IZbVd
21 372 - Fl/Schi - 6 - 30.3.81
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der inneren Oberfläche der Bauteilwandung in Abständen wärmewiderstandsvermindernde Vertiefungen angebracht sind. Diese Vertiefungen verstärken vorteilhafterweise
den Wärmestrom durch die Bauteil wandung.
Ein Wärmestrom hoher Dichte und eine hohe Belastbarkeit des Bauteils
zugleich werden dann erreicht, wenn die Vertiefungen in der Bauteil wandung im Längsquerschnitt einen etwa wellenförmigen Verlauf aufweisen, innerhalb
dessen die Kapillarstruktur vorgesehen ist.
Die Grenze für die Vertiefungen in der BauteiIwandung, um eine unzulässige
mechanische Schwächung zu vermeiden, kann derart gezogen werden, indem die Vertiefungen in der Bauteilwandung nicht mehr als 50 % der Wanddicke des
Bauteils betragen.
Ein vollständiges Kühlsystem für einen Abschnitt des Stützrollengerüstes
einer Stranggießanlage entsteht dadurch, daß mehrere Stützrollen mit ihren
Kühl mittel-Abfuhrlagerzapfen an einen Kühler im wärmeabgebenden Bereich
angeschlossen sind und die Kühlmittel-Zufuhrlagerzapfen an den Kühler unter
Zwischenschaltung einer Pumpe in einem Niedertemperatur-Bereich angeschlossen sind.
Ein geschlossener, der Bauform einer Stranggießanlage angepaßter Kühlkreislauf wird außerdem derart gestaltet, daß der Kühler sich etwa parallel zum
Gießstrang erstreckt und von einem Gas- bzw. Flüssigkeitsmantel umgeben
ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
21 372 -. Fl/Schi - 7 - 30.3.81
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Stranggießen!age in Seitenansicht,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 gemäß dem bekannten Stand
der Technik,
Fig. 3 eine geteilte Stützrolle, die mit der Erfindung ausgestattet ist
(ein Rollenabschnitt ist geschnitten gezeichnet),
Fig. 4 den vergrößerten Ausschnitt aus einer mit den Erfindungsmerkmalen
versehenen Stützrolle,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemä'ßen Verlauf der Bauteilwandung
als Beispiel,
Fig. 6 eine Vorderansicht mehrerer erfindungsgemäß gestalteter Stützrollen,
die an den erfindungsgemäßen Kühler angeschlossen sind und ein Stützwalzengerüst für den Gießstrang bilden.
Die Stranggießvorrichtung gemäß Fig. 1 zeigt eine Stranggießkokille 1, eine
Strangführung, die aus einem oberen Kühlrollenabschnitt 2 und einem unteren
Kühlrollenabschnitt 3 besteht. Die einzelnen Stützrollen 4 befinden sich
in einem Abstand 5, der bei Anwendung der Erfindung etwa drei bis fünf
Millimeter beträgt.
Das erfindungsgemäße Bauteil, das in Fig. 1 durch die Stützrollen 4
gebildet wird, kann auch 1n Form eines Schachtabschnittes oder dgl. angewendet werden. Dieses Bauteil umgibt dann den fiießstrang 6 mit einem
Spaltabstand, der den Transport des Gießstranges 6 nicht beeinträchtigt
oder, wie dies bei den Stützrollen 4 der Fall ist, den Gießstrang durch unmittelbare
Berührung stützt und/oder führt.
21 372 - Fl/Schi - 8 - 30.3.81
Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 benötigt daher nicht die
bekannte Spritzwassorkühlung, die in Fig. 2 dargestellt ist. Dort wird der
Gießstranq 6a mit den Stützrollen 7 gestützt, die zwangsweise im Abstand
B angeordnet sein müssen, um den notwendigen Raum für die Spritzdüsen 9 zu
schaffen. Die Nachteile des in Fig. 2 dargestellten SpritzwasserkUhlVerfahrens
wurden vorstehend eingehend geschildert.
Es soll lediglich hervorgehoben werden, daß das aus den Spritzdüsen 9
austretende Kühlwasser 10 eine unregelmäßige Kühlung der Strangoberfläche
des Gießstranges 6 verursacht, wobei ungleich hohe Wärmespannungen in der Strangschale entstehen können, sowie Kantenunterkühlung verursacht und in
unkontrollierbaren Mengen auf der Strangoberfläche vagabundieren kann und
im übrigen eine Spritzwasseraufbsreitung erfordert. Das Spritzkühl verfahren
verursacht außerdem Thennoschockbeanspruchungen der Stiitzelemente (Wärmewpchselspannungen)
und einen Wärmeverzug der Stiitzelemente.
Diese Nachteile vermeidet die Stützrolle 4 gemäß Fig. 3, die aus den
Stützrollenabschnitten 4a und 4b mit den separaten Stiitzlagern lla, 11b,
lic und lld gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung fördert Kühlmedium 14, z. B. Kühlwasser,
in einem weiter nicht dargestellten (offenen oder geschlossenen) Kühlmedium-Kreislauf
durch das Zentral rohr 12 in Pfeilrichtung 14a, aus dessen Mündung 12a das Kühlmedium ausströmt und in Pfeil richtung 14b umgelenkt
durch die Kühl form 13 strömt, und verläßt erwärmt (in Dampfform oder in
einer Mischung aus Dampf und Flüssigkeit) die Stützrolle 4a (4b) in
Pfeil richtung 14c, um abgekühlt zu werden.
Im gezeichneten Ausführungsbeispiel besteht die Bauteilwand 15 aus der
Wandung der Stützrolle 4. Im Bereich der Kühlform 13 ist die Wanddicke 16 zonenweise stetig vermindert. Eine solche Zone 17 stellt jedoch keine
mechanische Schwächung der übrigen Wanddicke 16 dar.
3 1 1 2 ί-ΐ 7
21 372 - Fl/Schi - 9 - 30.3.81
Die Belastungsfähigkeit der Stützrolle 4 wird durch die innere Oberfläche
18 gewährleistet, wobei der inneren Oberfläche 18 insbesondere zwei Funktionen
zukommen:
Die Innenform übt Gewölbefunktion aus und vergrößert gleichzeitig die Oberfläche
18. Hinzu kommt die Kapillarstruktur 19 ähnlich derjenigen aus den
sogenannten Wärmeleitrohren (heat-pipes).
Ein solches Wärmeleitrohr ist in der DE-AS 12 64 461 beschrieben. Es wirkt
dort allerdings als geschlossenes Bauteil. Die Stützrolle 4 kann prinzipiell betrachtet die äußere Form eines solchen Wärmerohres aufweisen.
Allerdings ist eine noch zu beschreibende Wärmeabfuhr durch die hohlen Lagerzapfen 20 bzw. 21 vorzusehen.
Die innere Oberfläche 18 weist Vertiefungen 22 auf, die im Längsquerschnitt
23 einen etwa wellenförmigen Verlauf 24 bilden. Der etwa wellenförmiqe
Verlauf 24 vermeidet die Bildung von Spannungsspitzen im Werkstoff der Stützrollen 4. Der wellenförmige Verlauf 24 kann auch sehr langgestreckt
und flach sein, so daß nur eine Zone 17 auf die Länge des Stützrollenabschnitts
4a,4b entsteht.
Die hohe Temperatur des Gießstrangs 6, die ca. 700 bis 1100* C betragen
kann, läßt das Kühlmedium 14 bis zur Dampfform erwärmen. Es ist daher
zweckmäßig, bei dem sehr hohen Wärmeinhalt innerhalb der Kiihlform 13 den überhitzten Dampf abzuziehen und durch kühleren, ungesättigten Dampf des
"frischen" Kühlmediums und/oder durch eine Mischung von flüssigem und
dampfförmigem Kühlmedium kontinuierlich analog zu der einzuhaltenden Abklihlungskurve
des langsam erstarrenden Gießstranges 6 zu ersetzen.
■ · * I
21 372 - Fl/Schi - 10 - 30.3.81
Die Stützrollen 4 sind mit ihrem Kühlmittel-Abfuhrlagerzapfen 25 an den
Kühler 26 angeschlossen (Fig. 6). Der Anschluß liegt in dem wärmeabgebenden Bereich 27 des Kühlers 26. Die Kühl mittel-Zufuhrlagerzapfen 28, denen
jeweils in temperaturniederen Bereichen 29 eine Pumpe 30 vorgeschaltet ist,
liegen an dem Kühler 26 ebenfalls in den Niedertemperatur-Bereichen 29. Der
Kühler 26 selbst wird im Gegenstromverfahren zum Wärmeanfall des Gießstranges
6 mittels des eintretenden Kühlmittels 31, das den Gas- bzw. Flüssigkeitsmantel 32 bildet, gekühlt, wobei das Kühlmittel 31 den Kühler 26 bei
31a erwärmt verläßt. Dabei erstreckt sich der Kühler 26 etwa parallel zum
Gießstrang 6 und liegt neben oder unter oder über dem Gießstrang 6.
Claims (8)
1. Kühlvorrichtung für Metall-, insbesondere für Stahl qießstränge, mit
innen gekühlten, metallischen Bauteilen, die den heißen Gießstrann in
geringem Abstand umgeben oder stützen und/oder führen,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die dem Gießstrang (6) zugewandte Bauteil wandung (15)
zumindest zonenweise im Sinn einer Verringerung des Wärmewiderstandes
eine stetig verminderte Wanddicke (16) aufweist und daß in diesen Zonen (17) die Bauteil wandung (15) an ihrer inneren Oberfläche (18)
eine Wämeüberqanqsstruktur, bestehend aus einer Vielzahl von Rillen, deren Breite und Tiefe kleiner als 1 mm sind, besitzt.
372 - Fl/Schi 30.3.81 '
30.3. ■I'
2. Kühlvorrichtung für Metall-, insbesondere für Stahl gießstränge, mit
innen gekühlten, metallischen Bauteilen, die den heißen Gießstrang in geringem Abstand umgeben oder stützen und/oder führen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeübergangsstruktur aus einer Kapillarstruktur (19) ähnlich
einem sogenannten Wärmeleitrohr besteht.
3. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil aus einer Stützrolle (4) besteht, deren hohle
Lagerzapfen (20,21) für die Zufuhr und/oder für die Abfuhr flüssigen
O bzw. dampfförmigen Kühl mediums (14) vorgesehen sind und daß von
Stützrolle (4) zu Stützrolle (4) ein Abstand zwischen drei und fünf Millimeter eingehalten ist.
4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der inneren Oberfläche (18) der Bauteil v/a ndung (15) in Abstänoen wärmewiderstandsvermindernde"Vertiefungen (22) angebracht sind.
5. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (22) in der Bauteilwandung (15) im Langsquerf~\ schnitt (23) einen etwa wellenförmigen Verlauf (24) aufweisen,
innerhalb dessen die Kapillarstruktur (19) vorgesehen ist.
6. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (22) in der Bauteil wandung (15) nicht mehr als 50 % der üblichen Wanddicke des Bauteils betragen.
372 - Fl/Schi - 3 - 30.3.81
7. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Stützrollen (4) mit ihren Kühl mittel -Abfuhrlagerzapfsn
(25) an einen Kühler (26) im wärmeabgebenden Bereich (27) angeschlossen sind und die Kühlmittel-Zufuhrlagerzapfen (28) an den
Kühler (28) unter Zwischenschaltung einer Pumpe (30) in einem Niedertemperatur-Bereich (29) angeschlossen sind.
8. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühler (26) sich etwa parallel zum Gießstrang (6) erstreckt
und von einem Gas- bzw. Flüssigkeitsmantel (32) umgeben ist.
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