Verfahren zum Kühlen eines Giessstranges während des Stranggiessens

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 werden dem Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges Polymere mit einem Molekulargewicht von 10⁴ bis 10⁸ beigemischt.
Durch den Polymerzusatz zum Kühlmittel wird die Kinetik der Bildung und Ablösung von Dampfblasen beim Auftreffen des Kühlmittels auf der heissen Strangoberfläche als Folge der starken Verminderung der Oberflächenspannung des Kühlmittels derart drastisch verändert, dass sich auf der Strangoberfläche ein den Wärmeabfluss hemmender Isolierfilm aus Kühlmitteldampf aufbaut.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines aus einer Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf die Strangoberfläche.

[0002] 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 Strangfusses. 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.

[0003] Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Kühlmittel zur Verminderung der Kühlintentsität zumindest während des Anfahrvorganges pulsierend aufgebracht wird.

[0004] Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges ein unter Druck eingebrachtes Gas enthält. Das gelöste Gas bildet beim Auftreffen des Kühlmittels auf der Strangoberfläche einen den Wärmeabfluss vermindernden Isolierfilm, welcher eine Herabsetzung der Kühlintensität zur Folge hat.

[0005] Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art .zu schaffen, mit welchem die Kühlintensität auf einfache Weise und ohne die vorstehend genannten Nachteile vermindert werden kann.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass dem Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges Polymere mit einem Molekulargewicht von 10⁴ bis 10⁸ beigemischt werden.

[0007] Durch diesen Polymerzusatz zum Kühlmittel wird die Kinetik der Bildung und Ablösung von Dampfblasen beim Auftreffen des Kühlmittels auf der heissen Strangoberfläche als Folge der starken Verminderung der Oberflächenspannung des Kühlmittels .derart drastisch verändert, dass sich auf der Strangoberfläche ein den Wärmeabfluss hemmender Isolierfilm aus Kühlmitteldampf aufbaut.

[0008] Die Polymere können in konzentrierter Form -- beispielsweise als Lösung mit 10-bis 50 g Polymeren/Liter Kühlmittel -- von einem Vorratsbehälter über eine Dosierpumpe in eine Kühlmittelzufuhrleitung eingespiesen werden.

[0009] Wird Wasser als Kühlmittel verwendet, haben sich als besonders geeignete Polymere nicht-ionogene Polyäthylenoxide mit einem Molekulargewicht von 10⁵ bis 5 x 10⁶ in gelöster Form herausgestellt.

[0010] Bei einer weiteren vorteilhaften Durchführungsart des Verfahrens mit Wasser als Kühlmittel werden als Polymere partiell hydrolysierte anionische Polyacrylamide mit einem Molekulargewicht von 10⁶ bis 5 x 10⁷ eingesetzt. Hierbei weisen bevorzugte Polyacrylamide einen Hydrolysierungsgrad von 10 bis 20% und ein Molekulargewicht von etwa 1,5 x 10⁷ auf.

[0011] 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 des Zuschlagstoffes richtet sich nach der jeweils gewünschten Verminderung der Kühlintensität und liegt üblicherweise in der Grössenordnung von 1 bis 100 mg/Liter.

[0012] Nach beendetem Anfahrvorgang kann die Zufuhr der Polymere zum Kühlmittel unterbrochen werden. Bei einer anderen Durchführungsart des Verfahrens wird die Konzentration der Polymere 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. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

[0013] Auf einer Vertikalstranggiessanlage mit elektromagnetischer Kokille wurde eine Legierung 3004 unter praxisüblichen Bedingungen 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 Polymere dem Kühlwasser beigemischt. Hierzu wurde aus einem Vorratstank eine Lösung mit 10 bis 50 g Polymeren pro Liter Wasser über eine Dosierpumpe direkt in die Hauptkühlwasserleitung eingespiesen. Die im Kühlwasser eingestellten Konzentrationen der Polymere sind ebenfalls in der Tabelle enthalten. Die Zufuhr der Polymere wurde nach dem Anfahren während des weiteren Giessvorganges unterbrochen.

Bei Einhaltung der in der Tabelle angeführten Konzentrationen der Zuschlagstoffe im Kühlwasser während des Anfahrvorganges bildete sich als Folge der verminderten Kühlwirkung ein praktisch wölbungs- und rissfreier Strangguss aus.

Ansprüche

1. Verfahren zum Kühlen eines aus einer Stranggiesskokille während des Stranggiessens austretenden Giessstranges durch Aufbringen von Kühlmittel unmittelbar auf die Strangoberfläche,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Kühlmittel zumindest während des Anfahrvorganges Polymere mit einem Molekulargewicht von 10⁴ bis 10⁸ beigemischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser und als Polymere nicht-ionogene Polyäthylenoxide mit einem Molekulargewicht von 10⁵ bis 5 x 10⁶ in gelöster Form eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Wasser und als Polymere partiell hydrolysierte anionische Polyacrylamide mit einem Molekulargewicht von 10⁶ bis 5 x 10⁷ eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Polyacrylamide mit einem Hydrolysierungsgrad von 10 bis 20% und einem Molekulargewicht von etwa 1,5 x 10⁷ eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere dem Kühlmittel in einer Konzentration von 1 bis 100 mg/Liter beigemischt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere dem Kühlmittel in der Form einer konzentrierten Lösung mit 10 bis 50 g/Liter zudosiert werden.