DE1508931A1 - Device for cooling and supporting the cast strand in continuous casting plants for heavy metals or their alloys, especially steel - Google Patents
Device for cooling and supporting the cast strand in continuous casting plants for heavy metals or their alloys, especially steelInfo
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Description
DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-INQ. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANNDR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-INQ. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN
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Vorrichtung zum Kühlen und Stützen des Gußstranges bei Strang- -gießanlagen für Schwermetalle oder deren Legierungen, insbeson- ™ dere Stahl Device for cooling and supporting the cast strand in continuous - casting plants for heavy metals or their alloys, in particular steel
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen und Stützen des Gußstranges bei Stranggießanlagen für Schwermetalle oder deren Legierungen, insbesondere Stahl, wobei unter "Schwermetalle" Metalle mit einem höheren spezifischen Ge· wicht als 5 verstanden werden.The invention is directed to an apparatus for Cooling and supporting of the cast strand in continuous casting plants for heavy metals or their alloys, in particular steel, whereby under "heavy metals" metals with a specific weight higher than 5 are understood.
Zum Kühlen und Stützen des Gußstranges ist es bei solchen Anlagen bekannt, eine zugleich als Durchlaufgießform dienende Gleitkokille aus Kupfer zu verwenden, die entweder aus einem Kupferblock herausgearbeitet oder aus Kupferplatten bzw. Kupferröhren zusammengesetzt und innenseitig mit einem strömenden flüssigen Kühlmittel beaufschlagt ist. Je nach dem Durchmesser bzw. der Seitenlange des Gußstranges sind diese Gleitkokillen etwa 600 bis 1000 mm lang, wobei sie den Gußstrang über diese Länge mit ihren innenseitig gekühlten glatten Kupferflächen umgeben und ihn dadurch indirekt kühlen.For cooling and supporting the cast strand, it is known in such systems, one at the same time as a continuous casting mold Serving sliding mold made of copper to be used, which is either machined from a copper block or from copper plates or copper tubes and is acted upon on the inside with a flowing liquid coolant. Depending on Diameter or the length of the side of the cast strand, these sliding molds are about 600 to 1000 mm long, and they smooth the cast strand over this length with their internally cooled ones Surround copper surfaces and thereby indirectly cool it.
Bei Verwendung dieser kupfernen Gleitkokillon hat sich der Nachteil gezeigt, daß sich die Strangschcle bereits kurz nach ihrer Bildung iiifolge Schrumpfung von der Kupferwandung der Kokille abhebt und infolgedessen in unteren Längenbe-When using this copper sliding cocillon has showed the disadvantage that the Strangschcle already shortly after its formation, as a result of shrinkage, it lifts off the copper wall of the mold and
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reich der Kokille keine gleichmaßige Kühlung mehr stattfindet. Es ist versucht worden, dieser Schrumpfung dadurch Rechnung zu tragen, daß man die Kokille konisch ausbildet, so daß die den Strang formenden Innenflächen der Kokille der Schrumpfung folgen und auf diese Weise infolge des festeren Anliegens der Str*ngschale eine bessere und gleichmäßigere Kühlung gewährleisten. Da jedoch auch bei einer auf ganzer Länge an der Kokillenwandung anliegenden Strangschale wegen ihrer natürlichen Oberflächenrauhigkeit keine günstigen WärmeübergangsVerhältnisse bestehen, zumal das Wärmeableitungsvermögen auch noch durch die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Kupfermaterials begrenzt ist, ist es auch bereits bekannt, die Strangschale entweder innerhalb der Kupferkokille oder im Bereich einer sich an diese nach unten anschließenden« aus Sprühdüsen gebildeten Kühlstrecke unmittelbar mit dem Kühlmittel, insbesondere Wasser, zu beaufschlagen» um sie auf diese Weise zusätzlich direkt zu kühlen.There is no longer any uniform cooling in the area of the mold. Attempts have been made to take this shrinkage into account by conical design of the mold so that the Strand-forming inner surfaces of the mold follow the shrinkage and in this way as a result of the tighter fit of the Str * ngschale ensure better and more even cooling. However, there are no favorable heat transfer conditions due to its natural surface roughness even with a strand shell lying against the mold wall over its entire length exist, especially since the heat dissipation capacity is also limited by the thermal conductivity of the copper material used, it is also already known that the strand shell either inside the copper mold or in the area of a down to this subsequent “cooling section formed from spray nozzles to apply the coolant, in particular water, directly” to it in this way also to cool directly.
Die hierzu bekannten Vorrichtungen können jedoch nicht befriedigen, weil das Besprühen der Gußstrangoberfläche mit Wasser durch Düsen ebenfalls eine ungleichmäßige Kühlung der Strangschale begünstigt und eine ungleichmäßige Kühlung sowohl zu Durchbrüchen der Strangschale als auch zu Spannungsrissen führen kann. Darüber hinaus besteht bei innerhalb der Gleitkokille austretendem Kühlwasser die Gefahr, daß das Kühlwasser bei zu hohem Wasserdruck in die Nähe des Gießspiegels gelangt und dort ein Aufkochen des Stahls hervorruft.The devices known for this purpose, however, are unsatisfactory because the cast strand surface is sprayed with Water through nozzles also favors uneven cooling of the strand shell and uneven cooling both can lead to breakthroughs in the strand shell as well as stress cracks. In addition, when cooling water escaping inside the sliding mold, there is the risk that the cooling water will at If the water pressure is too high, it comes close to the meniscus and causes the steel to boil.
Nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindesg kommt die ungleichmäßige und meist auch ungenügende Kühlung der Strengschale beim direkten Kühlen mittels Wasser od. dgl. durch Sprühdüsen dadurch zustande, daß das unter der Auftreffstelle an der Außenfläche der Strangschale ablaufende Kühlwasser infolge des bekannten Leidenfrost'sehen Phänomens durch Bildung einer Dampfschicht isoliert wird, so daß in diesam Bereich - bis zur HöheAccording to the findings of the present invention comes the uneven and mostly inadequate cooling of the stricture shell with direct cooling by means of water od Cooling water running off the outer surface of the strand shell is isolated as a result of the well-known Leidenfrost phenomenon by the formation of a vapor layer, so that in this area - up to the height
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der nächstfolgenden Düse - unter Umständen sogar eine Wiederaufwärmunß der Strangschale von innen her eintritt.the next following nozzle - possibly even a reheating the strand shell enters from the inside.
Diesen Nachteil hat auch eine bekannte Gleitkokille, die in ihrem unteren Längenbereich mit Längsnuten versehen ist, durch welche das im Bereich der Nuten auf den Gußstrang gesprühte Kühlwasser an dessen Oberfläche entlang nach unten abgeführt werden soll. Während hierbei im Auftreffbereich des Sprühstrahls ein starker Kühleffekt auftritt, ist die Kühlwirkung in dem I darunter befindlichen Bereich deswegen unzureichend, weil das von der Gußstrangoberfläche zurückprallende Wasser innerhalb der Nuten nicht mehr zu einer weiteren Kühlung beiträgt, sondern teilweise infolpe des Leidenfrost'sehen Phänomens und teilweise infolge des Rückpralls auf der dem Strang abgekehrten Innenseite der Nuten nach unten ins Freie strömt. Dies bedeutet, daß nach einem Kühlstoß in Höhe des Düsenringes eine mehr oder weniger große Zone folgt, in welcher die Gußstrangschale nur unvollkommen gekühlt wird. Daß hierbei sogar eine Wiederaufwärmung der Schale eintreten kann, konnte an mit heißer Salzsäure gebeizten Strangscheiben beobachtet werden, bei denen sich dicht unterhalb der Oberfläche jahresringartig wechselnde Zonen unterschiedlich dichter Struktur zeigten. Im Bereich der Strangkanten ( wiesen die Zonen weniger dichter Struktur Risse auf.A known sliding mold also has this disadvantage, which is provided in its lower length area with longitudinal grooves through which the sprayed onto the cast strand in the area of the grooves Cooling water is to be discharged downwards along its surface. While doing so in the area of impact of the spray jet When a strong cooling effect occurs, the cooling effect in the area below is insufficient because that of The water rebounding from the cast strand surface within the grooves no longer contributes to further cooling, but rather partly as a result of the Leidenfrost phenomenon and partly as a result of the rebound on the inside of the grooves facing away from the strand flows downwards into the open air. This means that after a cooling surge at the level of the nozzle ring, a more or less large zone follows, in which the cast strand shell is only imperfect is cooled. That even a rewarming The shell can enter, could be observed on strand disks stained with hot hydrochloric acid, which become tight underneath the surface showed alternating zones of different densities in structure like annual rings. In the area of the strand edges ( the zones of less dense structure showed cracks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Kühlvorrichtungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige und zugleich intensive Kühlung des Gußstranges ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, daß sich an eine in der Länge verkürzte Kupferkokille ein feststehender, aus Platten bestehender Rost anschließt , dessen mit den Stirnkanten am Gußstrang anliegenden und sich in dessen Längsrichtung erstreckenden schmalen, in derThe invention is based on the object of avoiding the above-described disadvantages of the known cooling devices and to create a device that enables uniform and at the same time intensive cooling of the cast strand. To the The device according to the invention is characterized by solving this problem in that a fixed grate consisting of plates is connected to a copper mold that is shortened in length , the narrow ones of which lie against the cast strand with the front edges and extend in the longitudinal direction thereof, in the
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Vertikalen zueinander parallelen Platten in einem mindestens ihrer Breite entsprechenden Abstand zueinander angeordnet sind, und daß an eine den Rost umgebende Wasserkammer in den Spaltbereichen zwischen den zueinander benachbarten Platten Strahldüsen derart angeordnet und mit dem Kühlmittel unter solchem Druck beaufschlagt sind, daß auf die Gußstrangoberfläche sich durchgehend über die Länge des Stützrostes erstreckende Flachstrahlen in einer kleineren Breite als die Spaltweite und mit einer hohen kinetischen Energie von mindestens etwa 5 bis zu etwa 20 kp · m/min · cm auftreffen. Es hat sich bei Versuchen gezeigt, daß es mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung möglich ist, den Gußstrang auf einer verhältnismäßig kurzen direkten Kühlstrecke so intensiv und gleichmäßig zu kühlen, daß die weiter oben beschriebenen Nachteile und Erscheinungen nicht mehr beobachtet werden konnten. Da die Oberfläche des Gußstranges in den dicht nebeneinanderliegenden Spaltbereichen des Rostes mit sich durchgehend über die ganze Länge der Kühlstrecke erstreckenden Flachstrahlen hoher kinetischer Energie unmittelbar beaufschlagt wird, kann sich an keiner Stelle der Kühlstrecke eine isolierende Dampfschicht bilden, wobei durch die gegenüber der Spaltweite geringere Breite der Flachstrahlen erreicht wird, daß diese einerseits mit voller Energie auf der Gußstrangoberfläche auftreffen und andererseits das von der Gußstrangoberfläche abprallende bzw. von dieser umgelenkte Wasser aufgrund Adhäsionswirkung am Flachstrahl vorbei entlang den Plattenwänden abläuft. Es hat sich gezeigt, daß eine in diesem Sinne optimale Kühlwirkung dann sichergestellt werden kann, wenn die kinetische Auftreffenergie der Flachstrahlen mindestens 5, bevorzugt jedoch bis zuVertical plates parallel to one another are arranged at a distance from one another at least corresponding to their width, and that jet nozzles are attached to a water chamber surrounding the grate in the gap areas between the mutually adjacent plates are arranged and acted upon with the coolant under such pressure that the cast strand surface is continuous Flat rays extending over the length of the support grate with a width smaller than the gap width and a high one kinetic energy of at least about 5 up to about 20 kp · m / min · cm. Tests have shown that it is possible with the cooling device according to the invention, to cool the cast strand so intensively and evenly on a relatively short direct cooling section that the further The disadvantages and phenomena described above could no longer be observed. Since the surface of the cast strand in the closely adjacent gap areas of the grate with continuously extending over the entire length of the cooling section Flat jets of high kinetic energy are directly applied, there can be no isolating point at any point in the cooling section Form vapor layer, which is achieved by the smaller compared to the gap width of the flat jets that this on the one hand strike with full energy on the cast strand surface and on the other hand that bouncing off the cast strand surface or water deflected by this runs off along the panel walls due to the adhesive effect on the flat jet. It has it has been shown that an optimal cooling effect in this sense can be ensured if the kinetic impact energy of the flat jets at least 5, but preferably up to
2
etwa 20 kp * m/min · cm beträgt.2
is about 20 kp * m / min · cm.
Die den Gußstrang indirekt kühlende Kupferkokille und der der direkten Kühlung dienende Kühlrost sind zweckmäßig lösbar miteinander verbunden. Dabei kann die Kupferkokille so weit verkürzt werden, daß sie kürzer als oder vorzugsweise etwaThe copper mold, which indirectly cools the cast strand, and the cooling grate used for direct cooling are expedient releasably connected to each other. The copper mold can be shortened so far that it is shorter than or preferably about
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gleich groß wie der doppelte Durchmesser bzw. die doppelte Seitenlänge des Gußstranges bemessen ist. Im allgemeinen genügt es, den sich an diese anschließenden Rost etwa angenähert gleich lang wie die Kupferkokille auszubilden.the same size as twice the diameter or twice the side length of the cast strand is dimensioned. In general it is sufficient to form the grate adjoining this approximately as long as the copper mold.
Ober die Länge der Spalte zwischen den Platten des Rostes können mehrere Flach- oder RundstrahldUsen verteilt angeordnet sein, deren Strahlen im Auftreffbereich des Gußstranges einen in der Vertikalen zusammenhängenden Flachstrahl bilden. ι Im Falle von Rundstrahldüsen ist es zweckmäßig, solche mit Punktstrahlwirkung zu verwenden.Several flat or round jet nozzles can be arranged distributed over the length of the gap between the plates of the grate, the jets of which form a vertical flat jet in the area of impact of the cast strand. ι In the case of round jet nozzles, it is advisable to use those with a point jet effect.
Bevorzugt ist jedoch im oberen Längenabschnitt des Rostes im Bereich der Spalte zwischen den Platten je eine Flachstrahldüse angeordnet und in der Bewegungsrichtung des Gußstranges derart schräggestellt, daß bei einem in der Vertikalen gemessenen Sprühwinkel von mindestens angenähert 90° ein sich im Auftreffbereich durchgehend über die ganze Länge der Kühlstrecke erstreckender Flachstrahl erzeugt wird.Preferably, however, a flat jet nozzle is arranged in the upper longitudinal section of the grate in the region of the gaps between the plates and is inclined in the direction of movement of the cast strand such that at a spray angle of at least approximately 90 ° measured in the vertical, a The area of impact is generated continuously over the entire length of the cooling section extending flat jet.
die jedem Spalt zugeordneten Düsen so ausgebildet und einge- { stellt sind, daß die Dichte und/oder kinetische Auftreffenergie des sich über die ganze Länge der Kühlstrecke erstreckenden Flachstrahls vom oberen zum unteren Ende der Kühlstrecke hin, vorzugsweise progressiv, abnehmen. Dabei sind die Öffnungsquerschnitte der Düsen vorteilhaft so gewählt, daß die Gußstrangoberfläche bei der gegebenen Gießgeschwindigkeit in einem Temperaturbereich zwischen etwa 700 und maximal 125O°C gehalten wird.are each gap associated nozzles so designed and einge- {assumed that the density and / or kinetic impact energy of the extending over the entire length of the cooling section flat beam from the top towards the lower end of the cooling zone, preferably progressively decrease. The opening cross-sections of the nozzles are advantageously chosen so that the cast strand surface is kept in a temperature range between about 700 and a maximum of 125O ° C. at the given casting speed.
Bei Versuchen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde ermittelt, daß zweckmäßig auf je 100 mm Umfangslänge des Gußstranges 3 bis 9, vorzugsweise .S, Flachstrahlen gerichtet werden.During experiments with the device according to the invention it has been determined that it is expedient for each 100 mm circumferential length of the Cast strand 3 to 9, preferably .S, flat jets are directed.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Platten des Rostes aus gehärtetem Stahl, z.B. St.60, gebildet, wobei die Platten eine Wandstärke von etwa 5 bis 10 mm, vorzugsweise 6 mm, besitzen, während die durch deren Abstand bestimmte Spaltweite 7,5 bis 15 mm, vorzugsweise 10 mm, beträgt. Bei Verwendung von nur je einer im oberen Längenabschnitt des Rostes jedem Spalt zugeordneten, in der Bewegungsrichtung des Gußstranges schräggestellten Flachstrahldüse mit einem Sprühwinkel von etwa 90° sind die Platten in der Tiefe des Rostes so breit bemessen, daß die Länge des Flachstrahls im Auftreffbereich auf der Gußstrangoberfläche etwa der Länge des Kühlrostes entspricht.According to a preferred embodiment, the plates of the grate are made of hardened steel, e.g. St.60, wherein the panels have a wall thickness of about 5 to 10 mm, preferably 6 mm, while the gap width determined by their spacing is 7.5 to 15 mm, preferably 10 mm. Using of only one flat jet nozzle with a spray angle of about 90 ° assigned to each gap in the upper longitudinal section of the grate and inclined in the direction of movement of the cast strand the plates are dimensioned so wide in the depth of the grate that the length of the flat jet in the area of impact on the cast strand surface corresponds approximately to the length of the cooling grate.
Bei Versuchen hat sich in Verbindung mit einem Gußstrang von etwa 160 mm Kantenlänge und unter Verwendung von je Kante neun 6 mm dicken Platten mit einem Zwischenraum von 10 mm und insgesamt vierzig Flachstrahldüsen mit einem Wasserverbrauch von 8 m /h ergeben, daß selbst bei sehr hohen Gießgeschwindigkeiten eine völlig gleichmäßige und intensive Kühlung eintritt. Hierbei konnte mit Gießgeschwindigkeiten bis zu 2,8 m/min gefahren werden, wobei die Strangschale unterhalb des Kühlrostes an keiner Stelle eine Temperatur über 10000C aufwies.Tests have shown in connection with a cast strand with an edge length of about 160 mm and using nine 6 mm thick plates with a gap of 10 mm and a total of forty flat jet nozzles with a water consumption of 8 m / h for each edge, even with very high Casting speeds a completely uniform and intensive cooling occurs. It could be driven with casting speeds up to 2.8 m / min, wherein the strand shell underneath the cooling grate at no point has a temperature over 1000 0 C.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:In the drawing, the invention is explained using a preferred exemplary embodiment. Show it:
anschließenden Rost schematisch im Längsschnitt undsubsequent grate schematically in longitudinal section and
Fig. 1.Fig. 1.
In der Zeichnung sind der Gußstrang mit 1, die Kupfergleitkokille mit 2 und der an deren unterem Ende lösbar angebrachte Rost mit 3 bezeichnet.In the drawing, the cast strand is denoted by 1, the copper sliding mold with 2 and the grate detachably attached to its lower end with 3.
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Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, weist die aus Kupfer bestehende Gleitkokille 2 in ihrem Inneren ein Netz von miteinander verbundenen Kühlmittelkanälen 4 auf, die einerseits mit einem Anschlußstutzen 5 und andererseits mit einem Ableitungsstutzen 6 für das Kühlmittel, insbesondere Wasser, verbunden sind.As indicated schematically in FIG. 1, the sliding mold 2 made of copper has a network of in its interior interconnected coolant channels 4, on the one hand with a connection piece 5 and on the other hand with a discharge nozzle 6 for the coolant, in particular water, are connected.
7 bilden die der Profilform des Gußstranges 1 angepaßten und dadurch flächig an dessen Oberfläche anliegenden, ä von innen her gekühlten kupfernen Gleitflächen.7, the form of the profile shape of the cast strand 1 and characterized matched abutting surface on its surface, etc. of her internally cooled copper sliding surfaces.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, besteht der Rost 3 aus Stahlplatten 8, die mittels Ankerstäben 9 und auf diese aufgeschobener Distanzhülsen 10 in der Vertikalen im Abstand zueinander parallel verankert sind. Die Platten 8 bestehen aus gehärtetem Stahl. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Platten 8 eine Wandstärke von 6 mm, während der Abstand zwischen je zwei zueinander benachbarten Platten, d.h. die Spaltweite, 10 mm beträgt. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen, dient die vordere Stirnkante 8a der Platten 8 der bereits festen Gußstrangschale als Stütze bzw. Führungskante.As can be seen from Fig. 1 and 2, the grate 3 consists of steel plates 8, which by means of anchor rods 9 and on this pushed-on spacer sleeves 10 are anchored in the vertical at a distance from one another in parallel. The plates 8 consist of hardened steel. In the illustrated embodiment, the plates 8 have a wall thickness of 6 mm, while the distance between every two adjacent panels, i.e. the gap width, is 10 mm. As can be seen from Fig. 2, the front serves Front edge 8a of the plates 8 of the already solid cast strand shell as a support or guide edge.
Mit 11 ist eine den Rost 3 im oberen Längenbereich außenseitig umgebende, als Ringleitung ausgebildete Wasserkammer bezeichnet, der das unter hohem Druck stehende Kühlmittel über den Anschlußstutzen 11a zugeleitet wird. An der Innenseite der Wasserkammer sind unter einem Winkel in der Bewegungsrichtung des Gußstranges 1 schräggestellte Flachstrahldüsen 12 so angeordnet, daß sie mit einem in der Vertikalen gemessenen Sprühwinkel von etwa 90° einen sich im Auftreffbereich auf der Oberfläche des Gußstranges über die ganze Länge des Rostes erstreckenden Flachstrahl 13 erzeugen, dessen Breite - wie aus Fig. 2 ersichtlich - auch im Auftreffbereich auf der Oberfläche des GußstrangesWith 11 is a grate 3 in the upper length area surrounding the outside, designed as a ring line water chamber denotes, to which the coolant under high pressure is fed through the connecting piece 11a. On the inside of the Water chambers are arranged at an angle in the direction of movement of the cast strand 1 inclined flat jet nozzles 12 so that that they have a spray angle of about 90 °, measured in the vertical, in the area of impact on the surface of the cast strand over the entire length of the grate producing flat jet 13, the width of which - as can be seen from FIG - also in the area of impact on the surface of the cast strand
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schmaler als die Spaltweite bemessen ist. Durch die Neigung der Flachstrahldüsen 12 in Bewegungsrichtung des Gußstranges bewirkt der Sprühwinkel von 90°, daß die am oberen Ende des Rostes innerhalb der Spalte auf die Gußstrangoberfläche auftreffenden Strahlen eine größere Dichte und kinetische Auftreffenergie besitzen als im unteren Bereich. Dabei sind die Düsen mit dem Kühlmittel unter solchem Druck beaufschlagt, daß die Flachstrahlen mit einer kinetischen Energie von mindestens 5 kp · m/min ·is narrower than the gap width. By the inclination of the Flat jet nozzles 12 in the direction of movement of the cast strand causes the spray angle of 90 ° that the at the top of the grate rays impinging on the cast strand surface within the gaps have a greater density and kinetic energy of impact than in the lower area. The nozzles are with the Coolant applied under such pressure that the flat jets with a kinetic energy of at least 5 kp m / min
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cm auf der Gußstrangoberflache auftreffen. 2
cm hit the surface of the cast strand.
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