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Kühlvorrichtung für eine Stranggiessmaschine
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stützen undKühlwirkung über die zu kühlende Oberfläche gewährleistet wird, als sie zu erreichen wäre, wenn das
Kühlmittel direkt aus den Düsen aufgespritzt wird.
Ein weiterer Vorzug ergibt sich aus dem Umstande, dass eine Zufuhrfläche verwendet wird, um das
Kühlmittel zu einem dünnen, gleichmässigen und ununterbrochenen Film zu formen, wodurch die Ver- wendung schmaler schlitzförmiger Düsenöffnungen vermieden werden kann.
Die verschiedenen Kennzeichen, Formen und Vorzüge der Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung einer Stranggiessmaschine, bei der die erfindungsgemässe Einrichtung eingebaut ist, ausführ- licher erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen
Aufriss einer Stranggiessmaschine, die mit dieser Vorrichtung versehen ist und welche sich der erfindungs- gemässen Kühlmethode bedient. Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 3 ist eine perspektivische Teilansicht einer kombinierten Kühlmittel-Führungs-und Schöpfvorrichtung, wobei be- stimmte Betriebsvorgänge erläutert sind.
Fig. 4 ist ein Schnitt in grösserem Massstabe durch eine kombi- nierte Kühlmittel-Führungs-und Schöpfvorrichtung ; sie zeigt weitere Einzelheiten der Konstruktion und des Betriebes.
Bei der Stranggiessvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 wird das geschmolzene Metall 10, das zu einem durchlaufenden Streifen oder Strang 11 erstarren soll, in der Richtung des Pfeiles 13 in einen Giessraum C zwischen einem Paar dünner, breiter, biegsamer Bänder 12 und 14 eingeführt. Der Giessraum wird bestimmt durch ebene Teile dieser Bänder, die sich im gegenseitigen Abstand voneinander mit praktisch dergleichen
Geschwindigkeit vorwärts bewegen, wie es in der Fig. 1 durch Pfeile an den Teilen der betreffenden Bänder an- gedeutet ist.
Die Dicke des zu giessenden Metallstreifens wird bestimmt durch den Abstand zwischen den
Giessbändern 12 und 14, während die Breite des gegossenen Streifens geregelt wird durch den seitlichen
Abstand zwischen einem Paar im Abstand voneinander befindlicher, beweglicher Kantendämmvorrichtungen
15, von denen in der Fig. 2 nur eine dargestellt ist. Diese beweglichen Kantendämmvorrichtungen 15 passen zwischen die Ränder der Giessbänder.
Die Giessbänder 12 und 14 bestehen aus elastischen und hitzebeständigen Blechen von verhältnismässig hoher Zugfestigkeit, beispielsweise aus einem üblichen kaltgewalzten, niedrig gekohlten Stahlblech, wobei die einzelnen Bleche mit den Enden zusammengeschweisst sind. Beide Oberflächen der Schweissstelle werden glatt und eben geschliffen, so dass sie in einer Ebene mit den aneinander anstossenden Blechen liegen, mit denen sie ein durchlaufendes breites Band bilden. Diese Bänder sind verhältnismässig breit und dünn ; beispielsweise ist die Breite in der Grössenordnung von 1170 mm, während die Dicke sich im Bereich von 0, 38 bis 0, 89 mm hält.
Um die Giessbänder 12 und 14 zu stützen und zu führen, ist eine grosse Anzahl rippenförmiger Tragwalzen 16 so angeordnet, dass die letzteren die Aussenflächen der beiden Giessbänder berühren. Wie in den Zeichnungen ersichtlich ist, bestehen diese Tragwalzen aus Rippen, die auf mehreren in engem Abstand voneinander angeordneten parallelen Stützwalzen 18, die sich quer über die Aussenflächen der Giessbänder erstrecken und an den Enden in den Lagern 19 auf den Hauptseitenrahmen 21 drehbar gelagert sind.
Es werden nun sich rasch bewegende Schichten eines Kühlmittels 20 und 22 (Fig. l) erzeugt, die längs der Aussenflächen der Giessbänder 12 und 14 dahinströmen, wobei sie zwischen den Stützrippen 16 der Walzen 18 hindurchfliessen. Diese Schichten des Kühlmittels führen je Zeiteinheit grosse Wärmemengen von den Giessbändern ab, wodurch das zwischen den letzteren befindliche geschmolzene Metall 10, beispielsweise Aluminium, gekühlt wird und erstarrt.
Diese Schichten des Kühlmittels werden aufgebracht und genau geregelt durch eine Anzahl kombinierter Kühlmittel-Führungs- und Schöpfvorrichtungen 24, die sich-in der Bewegungsrichtung der Giessbänder gesehen-quer über dieselben erstrecken. Zu jeder dieser Vorrichtungen bzw. Aggregate 24 gehören eine Zuleitung 26, ein starrer Träger 28 von der in dem Schnitt der Fig. 4 dargestellten Form eines Unterschenkels mit einem erweiterten Fuss 30 und eine Kühlmittel-Sammelrinne 32. Die Rückseite 34 des starren Trägers 28 bildet eine Führungsfläche für das Kühlmittel, wogegen die Vorderseite 36 desselben eine Kühlmittel- Schöpf- und Ablenkfläche bildet. Das Kühlmittel wird von einem grossen Behälter aus zugeführt und unter. erheblichem Druck in jede der Rohrleitungen 26 grossen Durchmessers gepumpt.
Jede dieser Rohrleitungen 26 ist mit mehreren Düsen 38 besetzt, aus denen die Strahlen 39 des Kühlmittels austreten.
Im gezeigten Beispiel ist das Kühlmittel Wasser, das einen geeigneten Hemmstoff gegen das Rosten enthält, beispielsweise. Natriumchromat in einer Konzentration von 500 g je 1000 l Wasser. Aus der Fig. l ist ersichtlich, dass die Kühlmittelschichten 20 und 22 längs der äusseren Oberflächen der Giessbänder 12 und 14 in der Längsrichtung nach rechts dahinströmen, also in der gleichen Richtung, in der sich auch die Giessbänder bewegen, wobei sich aber die Kühlmittelschichten wesentlich schneller als die Giessbänder
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bewegen.
Durch den Reibungswiderstand wird die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlmittelschichten verlangsamt, weshalb man dieselben von Zeit zu Zeit wieder auf ihre anfängliche Geschwindigkeit beschleunigen muss, um den gewünschten ununterbrochenen Kühlmittelfilm hoher Geschwindigkeit an der Oberfläche jedes Giessbandes zu bekommen.
Die kombinierten Kühlmittel-Führungs-und Schöpfaggregate 24 beschleunigen diese Kühlmittelschichten ; ebenso dienen sie dazu, überschüssiges Kühlmittel von den Schichten 20 und 22 zu entfernen, bevor frisches Kühlmittel zur Wiederbeschleunigung zugeführt wird. Wenn die Kühlmittelschichten auf die
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Dicke, die weiterhin an der Giessbandoberfläche entlangfliesst, wie z. B. die dünnere Schicht 20', die am deutlichsten in Fig. 4 zu sehen ist. Diese scharfe Vorderkante 40 bildet den Zehenteil des Fusses 30 des starren Trägers 28. Die dünnere Kühlmittelschicht, die unter dem Fuss hindurchströmt, besitzt weniger
Trägheit als die ursprünglich dickere Schicht und ist daher leichter erneut zu beschleunigen.
Die Vorderkante 40 jeder Schöpfvorrichtung erstreckt sich praktisch quer über die gesamte Breite des
Giessbandes in einem gleichmässigen Abstand von der äusseren Oberfläche desselben. Beispielsweise beläuft sich bei der vorliegenden Ausführungsform der Abstand zwischen der äusseren Oberfläche des Giessbandes und der Kante des Schöpfers auf genau 3, 175 mm.
Es muss hiebei bemerkt werden, dass die Unterseite des Fussteiles 30 kurz hinter der Schöpfkante 40 in der Art einer Stufe 41 abrupt unterbrochen wird.
Diese abrupte Änderung des Abstandes bei 41 hat die Aufgabe, die Saugwirkung zwischen dem sich schnell bewegenden Kühlmittel und der Unterseite des Fussteiles 30 zu beseitigen. Dadurch soll sich die fortlaufende Schicht 20' hoher Geschwindigkeit plötzlich und vollständig von der unteren Fläche des Fussteiles 30 lösen.
Zum Zwecke der Wiederbeschleunigung der Kühlmittelschicht wird ein praktisch kontinuierlicher, sich frei bewegender Flüssigkeitsfilm 42 (Fig. 3 und 4) des Kühlmittels unter einem kleinen Winkel"A"direkt auf die äussere Oberfläche jedes Giessbandes gerichtet. Dieser sich frei bewegende Flüssigkeitsfilm trifft auf die erwähnte dünnere Kühlmittelschicht 20'oder 22', vermischt sich mit derselben und erzeugt damit eine Kühlmittelschicht, die wieder. auf die gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt ist. Es ist dabei zu beachten, dass jeder sich frei bewegende Kühlmittelfilm praktisch die ganze Breite der Kühlmittelschicht einnimmt. Infolgedessen erhält man auf die ganze Breite des Giessbereiches eine gleichmässige Beschleunigung für die Kühlmittelschicht 20'bzw. 22'.
Um nun den dünnen, gleichmässigen, sich frei bewegenden Kühlmittelfilm 42 zu erzeugen, wie er am deutlichsten in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, werden untereinander gleiche Düsen 38 parallel und in gleichem Abstand voneinander über die ganze Länge der Rohrleitung verteilt. Die Achsen der Düsen bilden mit der Führungsfläche 34 für das Kühlmittel einen kleinen Winkel"B", so dass die Strahlen 39 der Flüssigkeit schräg auf diese Führungsfläche auftreffen, sich darauf ausbreiten und an dem oberen Teil der Führungsfläche eine sich anfänglich rasch bewegende flache Schicht 43 bilden. Dieser obere Teil der Führungsfläche 34 ist eben, so dass eine praktisch gleichmässige Schicht 43 erzeugt wird.
Nachdem die Strahlen des Kühlmittels die anfängliche flache Schicht 43 gebildet haben wird dieselbe an der Ferse des Fussteiles 30 in einem Kurvenstück 44 entlang geführt, die in einen geraden Randteil 46 ausläuft, der mit
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kleinen Winkel"A"zusammen.
Der sich frei bewegende Kühlmittelfilm 42 ist im wesentlichen über die ganze Breite der Kühlmittelschicht 20'gleichmässig dick und schnell. Der Film 42 trifft auf die dünnere Schicht 20'des Kühlmit- tels, die unter dem Fuss 30 des Trägers 28 vorbeigeführt ist, und beschleunigt diese Schicht wieder auf die gewünschte Geschwindigkeit und Dicke, so dass man wieder die sich rasch bewegende Schicht 20 bekommt.
Wichtig ist, dass die Strahlen 39 auf den oberen ebenen Teil der Führungsfläche 34 in einer solchen
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aus der Fig. 2 zu erkennen ist, werden die Strahlen 39 seitlich abgelenkt, so dass sie die volle Breite der Führungsfläche 34 bedecken, bevor sie das Kurvenstück 44 erreichen. Dieses Erfordernis der gleichmässigen Dicke, bevor die Kühlmittelschicht 43 das Kurvenstück 44 erreicht, ist bedingt durch die Fliehkraft, die auf die Schicht 43 einwirkt, wenn dieselbe das Kurvenstück 44 durchläuft.
Wenn nämlich in dieser Schicht 43 dickere Stellen vorhanden sind, werden diese durch die Fliehkraft nach auswärts gedrängt, wodurch in
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dem frei beweglichen Flüssigkeitsfilm leere Stellen oder ungewöhnlich dünne Flächen auftreten, und die gewünschte gleichmässige Dicke beeinträchtigt wird.
Um Störungen zwischen den benachbarten, durch die Strahlen gebildeten Bereichen 48 zu verhindern, an denen die Flüssigkeiten auseinanderlaufen, hat man die Anordnung einer Reihe paralleler segmentförmiger Leitbleche 50 für vorteilhaft befunden. Diese Leitbleche befinden sich zwischen den Achsen der Düsen 38 ; sie haben die Aufgabe, die Bildung dickerer Bereiche in der Schicht 43 zu verhindern. Diese Leitbleche erstrecken sich über die Kurve 44, über den Randteil 46 und auch aufwärts längs der ebenen Führungsfläche 34 bis über jene Ebene, in der die sich ausbreitenden Flächen der benachbarten Bereiche 48 zusammenlaufen würden.
Für den guten Betrieb der Vorrichtung sind solche Ausgleichsschaufeln nicht immer wesentlich, dann nämlich, wenn die Düsen einen solchen Abstand voneinander haben und so gerichtet sind, dass die Ränder der divergierenden Bereiche 48 ineinander übergehen, um eine praktisch gleichmässige Schicht 43 zu bilden. Bei zunehmender Geschwindigkeit des Kühlmittels erhalten jedoch diese Ausgleichsschaufeln wachsende Bedeutung.
Man hat festgestellt, dass die kleinen Winkel A und B für das Auftreffen des Kühlmittels von ziem-
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wirkung vermindert, weil der Flüssigkeitsfilm 42 einen zu weiten Weg zurücklegt, bevor er sich mit der Kühlmittelschicht 20'vereinigt. Die besten Ergebnisse hat man mit einem Winkel A von etwa 60, d. h. im Bereich von 5 bis 70 erreicht. Im gezeigten Beispiel hat der dargestellte Winkel A eine Grösse von 60.
Ebenso soll auch der Winkel B, unter dem die Strahlen 39 auf die ebene Führungsfläche 34 auftreffen, nicht grösser sein als 100, um ein Abprallen der Kühlmittelstrahlen zu verhindern. Der Winkel B muss jedoch genügend gross sein, um die völlige Ausbreitung der Strahlen über die ganze wirksame Breite der Führungsfläche 34 zu gewährleisten, bevor das Kühlmittel zum Kurvenstück 44 gelangt. Die Gründe hiefür wurden bereits weiter oben erwähnt. Man hat gefunden, dass der optimale Wert für den Winkel B sehr nahe an dem des Winkels A liegt. Bei den Aggregaten der in diesem Beispiel gezeigten Konstruktion beläuft sich die Grösse des Winkels B auf etwa 60, hält sich also im Bereich von 5 bis 70.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht es, die Reihen der drehbaren Stützrippen 16 so dicht aneinander anzuordnen, dass jedes Durchbiegen oder Durchhängen des Giessbandes unter dem Druck des geschmolzenen Metalls vollkommen vermieden wird. Der freie Raum zwischen den in der Längsrichtung aufeinanderfolgenden Stützrippen wird. vorteilhafterweise auf einen Wert von weniger als 60% des Durchmessers der Stützrippen 16 herabgesetzt. In dem vorliegenden Beispiel beläuft sich der Durchmesser der Rippen 16 auf rund 57 mm und der freie Raum zwischen den letzteren auf nur rund 32 mm, also 560/0 des Durchmessers.
Demzufolge beläuft sich der Abstand zwischen den Berührungsstellen 51 zwischen den Stützrippen 16 und dem Giessband in der Längsrichtung des letzteren auf nicht mehr als zirka 89 mm, so dass die Stellen 51, an denen das Giessband abgestützt wird, ziemlich dicht aneinander gelegen sind.
Wie bereits erwähntwurde, wird der aussen fliessende Teil der Kühlmittelschicht 20'durch die scharfe Vorderkante 40 des Schöpfers abgelenkt und wandert längs der Schöpffläche 36 aufwärts. Um den auf dieses abgelenkte Kühlmittel 52 ausgeübten Reibungswiderstand zu vermindern, sind in der Schöpffläche 36 mehrere abrupte stufenförmige Absätze 53,54 und 55 vorgesehen (Fig. 4). Demzufolge wird das Ausmass der benetzten Fläche vermindert, wenn sich das abgelenkte Kühlmittel 52 von der Schöpffläche löst und in die konvergierende Mündung 56 der Sammelrinne 32 hineinschiesst (Fig. 1).
Das Kühlmittel wird beim Eintritt in die Rinne durch mehrere schräg gestellte Ablenkschaufeln 58 zu einer Richtungsän- derung veranlasst und strömt dann die Rinne entlang zu der Pumpvorrichtung, welche es wieder in die Rohrleitungen 26 fördert.
Um eine genaue Ausrichtungder Düsen 38 zu bekommen, deren Achsen einen gleichmässigen Abstand von zirka 13 mm voneinander haben sollen, ist es vorteilhaft, die insbesondere in Fig. 4 dargestellte Konstruktion zu verwenden. Ein Düsenblock 60 wird am oberen Ende des Trägers 28 mittels mehrerer Schrauben 61 starr befestigt. Dieser Träger 28 ist mit einer Schulter 62 zum Ausrichten und einer Montierfläche 63 versehen, welch letztere senkrecht zu der Oberfläche des Giessbandes 12 steht und an die die Düsenträger angeordnet werden. An der Seite des Düsenträgers neben der Montierfläche 63 befindet sich eine Aussparung 64, durchdie der Sitz bzw. die Passung zwischen dem Block 60 und dieser Anbaufläche 63 verbessert wird.
Die Einsätze aus rostfreiem Stahl der Düsen tragen einen Flansch 66, der sich an die obere Fläche
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des Düsenblockes anlegt. Jeder dieser Flanschen 66 ist mit einem Sitz für einen Dichtungsring 68 versehen, der sich mit seiner andern Seite an eine abgeflachte Stelle der Rohrleitung 26 anlegt, u. zw. unter dem
Druck einer Reihe von Klemmschrauben 72, die durch den Düsenblock hindurchgehen. Eine Leiste 74 längs der hinteren Kante des Düsenblockes erfasst die Rohrleitung 26 längs einer Linie an der den Dich- tungsringen 68 abgewendeten Seite der Schrauben 72, damit der Klemmdruck auf die ganze Fläche der
Dichtungsringe gleichmässig verteilt wird. In der Rohrleitung befindet sich eine Reihe von Öffnungen 76, denen Düsenbohrungen zugeordnet sind.
In dem vorliegenden Beispiel haben diese Öffnungen einen Durch- messer von zirka 7 mm, die Bohrungen der Düsen haben eine Länge von zirka 22 mm, auf der sich der
Durchmesser der Bohrung 6, 4 mm auf 3, 2 mm verjüngt. Die hier dargestellte Rohrleitung 26 hat einen
Innendurchmesser von 63, 5 mm und ist ein Strangpressteil aus Aluminium ; ebenso sind der Düsenblock 60 und der Träger 28 Strangpressteile aus Aluminium.
Um den gewünschten Winkel B für das Auftreffen der Strahlen 39 auf die ebene Führungsfläche 34 zu bekommen, ist diese ebene Fläche nach hinten geneigt, u. zw. um den Winkel (D - B) zu der Senkrechten auf die Giessbandoberfläche, wogegen die Strahlen 39 einen Winkel D mit der Senkrechten bilden. In dem vorliegenden Beispiel beläuft sich die Grösse des Winkels D auf etwa 170 ; demzufolge ist der Überhangwin- kel (D - B) gleich etwa 110.
Die ebene Fläche der Führungsoberfläche erstreckt sich abwärts bis zu einer Entfernung von zirka
70 mm unter der Schulter 62 für den Anbau des Düsenblocks ; der Krümmungsradius der Kurve 44 beträgt
19, 0 mm. Der Randteil 46 für den Ablauf des Kühlmittels befindet sich vorteilhafterweise knapp ober der
Oberfläche des Giessbandes, damit der Kühlmittelfilm 42 nur einen kurzen freien Weg hat, bevor er sich mit der Kühlmittelschicht auf dem Giessband vereinigt. In dem vorliegenden Beispiel hat dieses Ablaufende
46 nur einen Abstand von knapp 5 mm von der Oberfläche des Giessbandes.
Diese Lage der Ablaufkante knapp ober der Oberfläche des Giessbandes gewährleistet, dass der frei bewegliche Flüssigkeitsfilm 42 auf die auf dem Giessband befindliche Kühlmittelschicht ohne wesentliche Änderung der gleichmässigen Dicke nach Verlassen der Ablaufkante auftrifft.
Um einen Zugang zum Reinigen der Rohrleitungen 26 zu bekommen, ist ein herausnehmbarer Stopfen 78 (Fig. 2) in ein Ende jeder Rohrleitung eingepasst. Jeder Stopfen ist von einem Ringkanal 79 umgeben, in dem ein Dichtungsring 80 sitzt, um das Ende der Rohrleitung abzudichten ; Stellschrauben 82 halten den Stopfen an Ort und Stelle. Eine Gewindebohrung 83 an dem freiliegenden Ende des Stopfens dient zum Einschrauben eines Schraubenbolzens oder einer Gewindespindel, wodurch man einen Handgriff bekommt, um den Stopfen herausziehen zu können, falls die Rohrleitung gereinigt werden soll. Das entgegengesetzte Ende jeder Rohrleitung ist durch einen Kanal mit der Pumpvorrichtung verbunden, die das flüssige Kühlmittel fördert.
Die Kühlmittel-Führungs- und Schöpfaggregate 24 sind mittels je eines Paares von Schrauben 84 an den Seitenrahmenständern 21 befestigt ; ein gleicher Einbau ist am entgegengesetzten Ende jedes Aggregates vorgesehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kühlvorrichtung für eine Stranggiessmaschine, bei der geschmolzenes Metall zum Erstarren gebracht wird, während es sich zwischen einem Paar beweglicher Giessbänder befindet, die zwischen mit schmalen Rippen versehenen Walzen hindurchlaufen, wobei sie durch die Rippen abgestützt werden und mittels einer sich rasch bewegenden Schicht eines Kühlmittels, das über die äussere Oberfläche der Bänder gefördert wird, gekühlt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittel-Führungskörper (28) vorgesehen sind, die je mit einer Kühlmittelzuleitung (26) versehen sind, aus der das Kühlmittel auf die Oberfläche des Führungskörpers aufgebracht und darauf zu einer im wesentlichen gleichmässigen Schicht auf einer Führungsfläche (34) ausgebreitet wird, die mit einer Ablaufkante (46) für das Kühlmittel endet,
die unter einem kleinen Winkel zu der Oberfläche des Giessbandes (12 oder 14) ausgerichtet ist.