AT13318U1 - Düsenvorrichtung und Strangführungsvorrichtung mit der Düsenvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenvorrichtung mit einem Düsenkopf zur Verdüsung eines Fluids und mit einer Rohrleitung zum Zuführen des Fluids zu dem Düsenkopf. Zur kostengünstigen und wartungsarmen Erzeugung einer Pulsation des strömenden Fluids weist die Rohrleitung in ihrem Inneren eine Mehrzahl von Querschnittsverengungen auf, die über die Länge der Rohrleitung verteilt angeordnet sind.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strangführungsvorrichtung mit der Düsenvorrichtung.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 318 Ul 2013-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Düsenvorrichtung mit einem Düsenkopf zur Verdüsung eines Fluids und mit einer Rohrleitung zum Zuführen des Fluids zu dem Düsenkopf. Die Erfindung betrifft außerdem eine Strangführungsvorrichtung mit der Düsenvorrichtung.

[0002] In der Strangführungsvorrichtung einer Brammen- oder Dünnbrammenstranggießanlage kommen Einstoff- und/oder Mehrstoffdüsen, insbesondere Zweistoffdüsen, zur Kühlung des Strangs zum Einsatz. Die Strangführungsvorrichtung besteht aus einer Reihe von Segmenten, deren Anzahl von den jeweiligen Anforderungen an den Strang bestimmt wird. Sie kann aus bis zu 20 Segmenten (mit entsprechenden Rollenbahn) bestehen. In einem Segment der Strangführungsvorrichtung sind zwischen 2 bis 10 Rollen, bzw. Teilrollen (Rollen mit entsprechender Teilung) je Segmentrahmen (Ober- und Unterseite) vorhanden. Zwischen jedem Segment und jeder Rolle, also in jedem Zwischenraum, werden die Düsen zur Kühlung des Strangs eingesetzt. In der Regel werden Einstoffdüsen mit Wasser und Zweistoffdüsen mit einem Gemisch aus komprimierter Luft und Wasser betrieben. Je nach Breite der Strangführungsvorrichtung kommen bis zu 12 Düsen je Zwischenraum zum Einsatz. Es kommen somit je nach Anlagentyp bis zu 10 Rollen x 20 Segmente x 12 Düsen = 2.400 Düsen zum Einsatz.

[0003] Bei einem angenommenen Durchsatz je Düse von 151/min Wasser summiert sich die Gesamtwassermenge auf bis zu 36.0001/min (2.160 m3/h). Der Luftdurchsatz beläuft sich je Düse auf bis zu 25Nm3/h, was zu einem Gesamtverbrauch von bis zu 60.000Nm3/h führt. Die Höhe des möglichen Einsparpotentials wird bei diesen Verbrauchswerten sehr deutlich.

[0004] Aus der Druckschrift DE 10333477 A1 ist ein Strömungskanal für Flüssigkeiten bekannt, bei dem eine den Strömungskanal begrenzende Wand derart ausgebildet ist, dass sich bei Durchströmen einer Flüssigkeit mindestens ein Strömungsbereich ausbildet, der eine axiale und gleichzeitig tangentiale Strömungskomponente hat. Es wird ein Strömungskanal für Flüssigkeiten oder auch Gase bereitgestellt, der so gestaltet ist, dass möglichst geringe Verluste bei der Strömung, insbesondere geringe Reibungsverluste auftreten.

[0005] Aus der Druckschrift DE 1261634 B ist ein Verfahren zum Kühlen beim Stranggießen durch unmittelbares Aufbringen von Kühlmittel auf den aus der Stranggießkokille austretenden Strang, bei dem der Kühlmittelstrom in seiner Stärke verändert wird, bekannt. Die Veränderung der Stärke, das Pulsieren, erfolgt derart, dass der Kühlmittelstrom in bestimmten, verhältnismäßig kurzen Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet wird, jedoch auch dadurch, dass die Intensität des Kühlmittelstroms periodisch verändert wird. Das Kühlwasser wird dabei durch Öffnen und Schließen eines Ventils in der Zuleitung oder durch bewegliche Ablenkbleche, die den Wasserstrahl je nach ihrer Stellung auf die Oberfläche des Stranges auftreffen lassen, oder davon ablenken. In den Zuleitungen müssen für dieses Verfahren Ventile oder bewegliche Ablenkbleche, also aktive Elemente, eingebracht werden.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, für eine bekannte Düsenvorrichtung und für eine Strangführungsvorrichtung mit einer solchen bekannten Düsenvorrichtung eine kostengünstige und wartungsarme Alternative zur Erzeugung einer Pulsation des strömenden Fluids bereit zu stellen.

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Dieser Gegenstand ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung in ihrem Inneren eine Mehrzahl von Querschnittsverengungen, die über die Länge der Rohrleitung verteilt angeordnet sind, aufweist.

[0008] Die Geometrie der Querschnittsverengungen bewirkt, dass der Fluidstrom in Pulsation versetzt wird. Aufgrund der Pulsation werden die strömungsmechanischen Gesamteigenschaften der Düsenvorrichtung und die Düsenkennwerte verbessert. Es ergibt sich eine Steigerung der Kühlungseffektivität und somit ergibt sich ein hohes Einsparpotenzial der Verbrauchswerte von Wasser und Luft. Da die Querschnittsverengungen rein passive Elemente sind, kann erfindungsgemäß auf den Einsatz von aktiven Elementen, wie zum Beispiel angesteuerte Ventile, verzichtet werden. Der Verzicht auf aktive Elemente, also bewegte Bauteile, minimiert die Kos- 1 /12 österreichisches Patentamt AT13 318U1 2013-10-15 ten, führt zu einer erheblichen Verschleißminderung, erhöht die Abstände der Wartungsintervalle und führt somit zu höheren Standzeiten der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung.

[0009] Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Düsenvorrichtung ist dieses dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengungen vorzugsweise äquidistant angeordnet sind. Durch diese äquidistante Anordnung kann vorteilhaftenweise die Pulsationsfrequenz eingestellt werden, über die die Kühlwirkung beeinflussbar ist. Die Pulsationsfrequenz muss dabei einen so hohen Wert erreichen, dass Kühlungsunterbrechungen auszuschließen sind.

[0010] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Düsenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung über ihre Länge verteilt eine Mehrzahl verjüngender Abschnitte aufweist, deren verjüngte Enden jeweils die Querschnittsverengungen repräsentieren. Durch die Verjüngung erfährt das Fluid in Strömungsrichtung vorteilhafterweise eine laminare widerstandsarme Hinführung zu den Querschnittsverengungen, ohne das die strömungsmechanischen Gesamteigenschaften des Systems negativ beeinflusst werden.

[0011] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Düsenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die verjüngenden Abschnitte jeweils ein individuelles Teilstück der Rohrleitung repräsentieren und miteinander verbindbar sind zur Ausbildung der Rohrleitung. Dadurch, dass die individuellen Teilstücke der Rohrleitung ineinander gesteckt sind, ergibt sich vorteilhafterweise eine Geometrie, die sich flexibel an örtliche Gegebenheiten anpassen lässt.

[0012] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Düsenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Teilstücke der Rohrleitung derart miteinander verbindbar sind, dass die Austrittsöffnung eines in Strömungsrichtung des Fluids vorgelagerten Teilstücks in die Eintrittsöffnung eines in Strömungsrichtung des Fluids nachgelagerten Teilstücks eingesteckt ist, wobei die Austrittsöffnung durch das verjüngte Ende und die Eintrittsöffnung durch das aufgeweitete Ende bei dem jeweiligen Teilstücken repräsentiert sind. Vorteilhaftenweise können durch diese Maßnahme bestehende Anlagen problemlos angepasst werden, ohne dass Änderungen an sonstigen Anlagenteilen, wie messtechnische Ausrüstungen und Regel- und Stellorgane, vorgenommen werden müssen.

[0013] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Düsenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengungen zumindest teilweise auf ihrer der Strömungsrichtung des Fluids abgewandten Seite eine Abrisskante aufweisen. An der Abrisskante stellt sich eine Randverwirbelung, die sogenannte Strömungswalze, ein, die vorteilhafterweise dafür sorgt, dass der Hauptfluidstrom nicht mehr direkt mit der Innenseite der Rohrwandung in Kontakt kommt. Somit erfährt der Hauptfluidstrom eine geringere Reibung, was zu einer Laminarisierung führt und die Effektivität der Düsenvorrichtung erhöht.

[0014] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0015] Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Strangführungsvorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben, mit Bezug auf die Düsenvorrichtung, genannten Vorteilen.

[0016] Der Beschreibung sind insgesamt sechs Figuren beigefügt, wobei [0017] Figur 1 eine Düsenvorrichtung mit Ausschnittsvergrößerung gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel, [0018] Figur 2 [0019] Figur 3 [0020] Figur 4 [0021] Figur 5 einen verjüngenden Abschnitt der Rohrleitung, eine Düsenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Form einer Mehrstoffdüse mit abgesetztem Mischkörper, eine Düsenvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in Form einer Mehrstoffdüse mit aufgesetztem Mischkörper, eine Stranggießanlage, und 2/12 österreichisches Patentamt AT13 318U1 2013-10-15 [0022] Figur 6 eine Anordnung der Düsenvorrichtung in einem Segment zeigt.

[0023] Die erfindungsgemäße Düsenvorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

[0024] In Figur 1 ist eine Düsenvorrichtung 100 mit einer Rohrleitung 120, in der eine Mehrzahl verjüngender Querschnittsverengungen 240' ausgebildet sind und einem Düsenkopf 110, aus dem ein Fluid 220 austritt, als Emstoffdüse dargestellt. Eine Ausschnittsvergrößerung in Figur 1 zeigt einen Fluidstrom 200 an einer Abrisskante 250 und eine daraus entstehende Randverwirbelung, die sogenannte Strömungswalze 260. Die Rohrleitung 120 ist in einzelne sich in Strömungsrichtung verjüngende Abschnitte 125, sogenannte individuelle Teilstücke, unterteilt. Diese individuellen Teilstücke sind unter anderem durch eine in Strömungsrichtung vorgelagerte Eintrittsöffnung 230 und eine in Strömungsrichtung nachfolgende Austrittsöffnung 240 gekennzeichnet. Ein weiteres Kennzeichen der individuellen Teilstücke ist, dass sie in Strömungsrichtung verjüngend ausgebildet sind. Dadurch lässt sich die Austrittsöffnung 240 eines Teilstücks in die Eintrittsöffnung 230 des darauffolgenden Teilstücks stecken. Die so ineinander gesteckten Teilstücke bilden die Rohrleitung 120.

[0025] Durch diesen konstruktiven Aufbau der Rohrleitung 120 wird der Fluidstrom 200 zum Düsenkopf 110 geleitet. Der Fluidstrom 200 unterliegt durch die Querschnittsverengungen 240' einer, in gewissen Abständen erfolgenden, Rohrverengung (Austrittsöffnung 240) und einer Rohraufweitung (Eintrittsöffnung 230). Dadurch ergibt sich eine wiederholende Geschwindigkeitsänderung des Fluidstroms, die zu einem Pulsieren des Fluidstroms führt. Die Realisierung der Pulsation des Fluids erfolgt durch die mechanischen Eigenschaften der Rohrleitung und bedarf keiner bewegten oder ansteuerbaren Bauteile. Die Pulsationsfrequenz lässt sich mit Hilfe der Anzahl und der jeweiligen Länge der sich verjüngenden Abschnitte 125 einstellen. Um Kühlungsunterbrechungen auszuschließen, muss die Pulsationsfrequenz einen entsprechend hohen Wert besitzen.

[0026] Am Ende eines jeden verjüngten Abschnitts 125 ist die Abrisskante 250 ausgebildet, die, wie in der Ausschnittsvergrößerung gezeigt, die Bildung einer Strömungswalze 260 bewirkt. Die Geschwindigkeit des Fluidstroms wird so eingestellt, dass die Strömungswalze erhalten bleibt und nicht in den Fluidstrom eindringen kann. Damit wird erreicht, dass der Hauptfluidstrom, der durch die sich verjüngenden Abschnitte 125 zentralisiert wird, nicht mit der Innenseite der Rohrwandung in Kontakt treten kann, somit keine Reibung entsteht und somit auch keine turbulente Strömung des Fluids.

[0027] Die Pulsation in Verbindung mit der Laminarisierung des Fluidstroms bewirkt eine Verbesserung der Düsenkennwerte und somit eine Steigerung der Kühlungseffektivität. Diese Effektivitätserhöhung ermöglicht, ohne Einschränkung der Kühlwirkung, eine Einsparung der einzusetzenden Fluide. Da die Verbrauchswerte in einer Strangführungsvorrichtung sehr hoch sein können, ist dadurch ein enormes Einsparpotential gegeben. In Figur 2 ist der verjüngte Abschnitt 125 mit seiner Eintrittsöffnung 230 und der Austrittsöffnung 240 dargestellt. Das verjüngte Ende ragt in die Eintrittsöffnung 230 des nächsten Teilstücks und zeigt die Querschnittsverengung 240'. Am Ende des Teilstücks ist die Abrisskante 250 ausgebildet.

[0028] Figur 3 zeigt eine Düsenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Form einer Mehrstoffdüse 100' mit abgesetztem Mischkörper, in diesem Fall eine Zweistoffdüse, bei welcher die erfindungsmäßige Rohrleitung 120 zwischen Düsenkopf 110 und Mischkörper 140' angeordnet ist.

[0029] Eine erste Zuleitung 150 führt eine erste Stoffkomponente und eine zweite Zuleitung 160 führt eine zweite Stoffkomponente zu dem Mischkörper 140'. Anschließend wird dem Gemisch aus erster und zweiter Stoffkomponente durch die Geometrie der Rohrleitung 120 eine Pulsation und eine Laminarisierung aufgezwungen und das pulsierende Fluid wird über den Düsenkopf 110 auf das zu kühlende Element aufgebracht. Die erste und die zweite Zuleitung können in Form der erfindungsgemäßen Rohrleitung mit den Querschnittsverengungen ausgebildet 3/12 österreichisches Patentamt AT13318U1 2013-10-15 sein.

[0030] In Figur 4 ist die Mehrstoffdüse 100" derart ausgebildet, dass der Mischkörper 140' direkt auf dem Düsenkopf aufgesetzt ist. Zumindest eine der Zuleitungen 170, 180 zu dem Mischkörper 140' ist in Form der erfindungsgemäßen Rohrleitung 120 ausgebildet. Das Fluid 220 wird jeweils in der erfindungsgemäßen Rohrleitung 120 in Pulsation versetzt und es stellt sich eine laminare/reibungsarme Fluidströmung ein.

[0031] Figur 5 stellt eine Strangführungsvorrichtung 400 in einer Brammen- oder Dünnbram-menstranggießanlage dar, die aus einer Reihe von Segmenten 410, deren Anzahl von den jeweiligen Anforderungen an den gegossenen Strang bestimmt wird, zusammengesetzt ist. Zwischen den Rollen werden zur Kühlung des Strangs 430 die erfindungsgemäßen Düsenvorrichtungen als Ein- und/oder Zweistoffdüsen optional mit allen Ausführungsbeispielen eingesetzt, siehe Figur 6. BEZUGSZEICHEN: 100 Düsenvorrichtung 110 Düsenkopf 120 Rohrleitung 125 verjüngender Abschnitt 100' Mehrstoffdüse mit von dem Düsenkopf abgesetzten Mischkörper 100" Mehrstoffdüse mit auf den Düsenkopf aufgesetzten Mischkörper 140' Mischkörper 150 Zuleitung 1 160 Zuleitung 2 170 Zuleitung 3 180 Zuleitung 4 200 Fluidstrom 210 Strömungsrichtung des Fluids 220 Fluid 230 Eintrittsöffnung 240 Austrittsöffnung 240' Querschnittsverengung 250 Abrisskante 260 Strömungswalze 400 Strangführungsvorrichtung 410 Segment 420 Kokille 430 Strang 440 Strangführungsrollen 450 Oberseite 460 Unterseite 4/12

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT13 318U1 2013-10-15 Ansprüche 1. Düsenvorrichtung (100) mit einem Düsenkopf (110) zur Verdüsung eines Fluids (220); und mit mindestens einer Rohrleitung (120) zum Zuführen des Fluids (220) zu dem Düsenkopf (110) dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (120) in ihrem Inneren eine Mehrzahl von Querschnittsverengungen (240'), die über die Länge der Rohrleitung (120) verteilt angeordnete sind, aufweist.
2. 2. Düsenvorrichtung (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengungen (240') vorzugsweise äquidistant angeordnet sind.
3. 3. Düsenvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (120) über ihre Länge verteilt eine Mehrzahl verjüngender Abschnitte (125) aufweist, deren verjüngte Enden jeweils die Querschnittsverengungen (240') repräsentieren.
4. 4. Düsenvorrichtung (100) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die verjüngenden Abschnitte (125) jeweils ein individuelles Teilstück der Rohrleitung (120) repräsentieren und miteinander verbindbar sind zur Ausbildung der Rohrleitung (120).
5. 5. Düsenvorrichtung (100) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Teilstücke der Rohrleitung (120) derart miteinander verbindbar sind, dass die Austrittsöffnung (240) eines in Strömungsrichtung des Fluids (210) vorgelagerten Teilstücks in die Eintrittsöffnung eines in Strömungsrichtung des Fluids (210) nachgelagerten Teilstücks eingesteckt ist, wobei die Austrittsöffnung (240) durch das verjüngte Ende und die Eintrittsöffnung durch ein aufgeweitetes Ende bei dem jeweiligen Teilstück repräsentiert sind.
6. 6. Düsenvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengungen (240') zumindest teilweise auf ihrer der Strömungsrichtung des Fluids (210) abgewandten Seite eine Abrisskante (250) aufweisen.
7. 7. Düsenvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenvorrichtung (100) als Mehrstoffdüse (100'), insbesondere Zweistoffdüse, mit einem abgesetzten Mischkörper (140') ausgebildet ist, wobei der Mischkörper (140') durch die Rohrleitung (120) mit dem Düsenkopf (110) verbunden ist.
8. 8. Düsenvorrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenvorrichtung (100) als Mehrstoffdüse (100"), insbesondere Zweistoffdüse, ausgebildet ist, wobei zwischen dem düsenkopfseitigen Ende der Rohrleitung (120) und dem Düsenkopf (110) ein Mischkörper (140') angeordnet ist, wobei an dem Mischkörper (140') neben der Rohrleitung (120) zum Zuführen eines ersten Fluids mindestens eine weitere Zuleitung zum Zuführen mindestens eines zweiten Fluids angeschlossen ist.
9. 9. Düsenvorrichtung (100) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung gemäß der Rohrleitung (120) ausgebildet ist. 5/12 österreichisches Patentamt AT 13 318 Ul 2013-10-15
10. 10. Strangführungsvorrichtung (400) in einer Stranggießanlage zum Führen eines gegossenen Strangs nach Verlassen einer Kokille, mit oberen und unteren Strangführungsrollen (440) zwischen welchen der Strang geführt ist; und einer Kühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Düsenvorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche zwischen den Strangführungsrollen (440) angeordnet sind zum Kühlen des Strangs während seiner Führung durch die Strangführungsvorrichtung (400) dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (120) der Düsenvorrichtungen (100) in ihrem Inneren eine Mehrzahl von über die Länge der Rohrleitung (120) verteilt angeordnete Querschnittsverengungen aufweisen. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 6/12