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Die Erfindung betrifft eine Zweistoff-Schaftdüse bestehend aus einem Anbaublock mit An- schlüssen und getrennten Transportkanälen für ein Kühlmedium und ein Zerstäubermedium, einem mit dem Anbaublock verbundenen und getrennte Transportkanäle für das Kühlmedium und das Zerstäubermedium aufweisenden Düsenschaft, einem Mischkopf zur Bildung eines Zweistoffgemi- sches aus Kühlmedium und Zerstäubermedium und einem Mundstück zur Ausbildung eines ge- wünschten Spritzbildes, sowie weiters eine Stranggiessanlage mit einer Anordnung von Zweistoff- Schaftdüsen
In Stranggiessanlagen zur Erzeugung eines Gussstranges beliebigen Querschnitts wird die Oberflache des Gussstranges mit einem Kühlmedium, vorzugsweise mit Kühlwasser, gekühlt. Das Kühlwasser wird hierbei mit Überdruck auf den heissen Strang gesprüht.
Um eine gleichmässige Kühlwasserbeaufschlagung und Abkühlung des Gussstranges zu erreichen, werden Spritzdüsen verwendet, die das Kühlwasser zerstauben. Je nach Giessbreite werden eine oder mehrere Düsen über die Breite des Gussstranges in mehreren Reihen hintereinander entlang der Kühlzone im Strangführungsgerüst der Stranggiessanlage angeordnet.
Zum feinen Verteilen einer Flüssigkeit hat sich das sogenannte Zweistoffversprühen bewährt, bei dem mit einem Gas vermischte Flüssigkeit über eine Düse versprüht wird.
Es sind Spritzdüsen bekannt ( DE 34 25 092 A1, DE 35 29 337 A1, DE 39 15 210 A1), die eine Mischkammer aufweisen, in der Kühlflüssigkeit mit Luft vorgemischt wird, anschliessend dieses Kühlflüssigkeit-Wasser-Gemisch über eine mehr oder weniger lange Transportleitung zu Mund- stücken gefördert wird, wo dieses Kühlflüssigkeit-Wasser-Gemisch durch Düsenöffnungen austritt und eine gewünschte Kühlmittelapplikation auf dem Gussstrang erzeugt. Die Transportleitung wird von einem Rohr gebildet, dessen Innendurchmesser genau auf die Kühlmitteldurchsatzmenge abgestimmt sein muss, damit es nicht zu einer Entmischung des Kühlmittel-Wasser-Gemisches kommt. Wegen der vorherrschenden Zweiphasenströmung in dieser Transportleitung ändert sich das Druck/Durchsatz-Kennfeld der Düse merklich bei einer Änderung der Transportleitungslänge.
Bei den beengten Platzverhältnissen in Strangführungsgerüsten sind unterschiedliche Transportlei- tungslängen jedoch unvermeidlich.
Derartige Entmischungsprobleme treten bei bekanten Düsen nicht auf, wenn das Kühlflüssig- keit-Wasser-Gemisch zwischen Mischkammer und Mundstück nur eine sehr kurze Wegstrecke zurückzulegen hat (US-A 4,349,156 und DE 198 41 401). Der Einsatz derartiger Düsen erfordert jedoch einen hohen Verrohrungsaufwand mit getrennten Zuleitungen für Kühlmittel und Luft und ist bei hoher Bestückung in eng verbauten Einsatzzonen, wie beispielsweise einem Strangführungs- gerüst mit hohen Investitions- und Erhaltungskosten behaftet.
Eine Zweistoff-Schaftdüse der eingangs beschriebenen Art ist aus der DE 44 34 944 C2 be- kannt. Mit einem langen in einem Kugelgelenk abgestützten Düsenschaft ragt diese räumlich schwenkbare Düse in den Innenraum eines Abgas- bzw. Rauchkanals und ermöglicht durch die besondere Ausbildung der Mischkammer und der Austrittsdüse nach Art einer Lavaldüse den Eintrag einer verdüsten Flüssigkeit mit Überschallgeschwindigkeit in beliebiger Richtung. Diese Zweistoff-Schaftduse ist jedoch aufgrund ihrer spezifischen Ausgestaltung und ihres abweichenden Einsatzgebietes nicht geeignet, einen gleichmässigen Kühlmittelauftrag und Anpassungen an ge- wünschte Spritzbilder auf beispielsweise einem Gussstrang in einer Stranggiessanlage zu ermögli- chen.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, welche einen weiten Variationsspielraum hinsichtlich Durchsatz und Schaftlänge der Düsen ermöglicht, ohne dass es zu gravierenden Abweichungen im Druck/Durchsatzkennfeld der Düsen kommt. Weiters ist es Ziel der Erfindung, eine Stranggiessan- lage unter Verwendung der erfindungsgemässen Zweistoff-Schaftdüsen vorzuschlagen, bei der der Abstand des Düsenmundstückes zur Gussstrangoberfläche konstant gehalten und trotz der beeng- ten Platzverhältnisse gleiche Spritzbedingungen an allen Düsen bei Minimierung des Verrohrung- saufwandes erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird bei einer Zweistoff-Schaftdüse der eingangs beschriebenen Art dadurch ge- lost, dass im Transportkanal für das Zerstäubermedium eine auswechselbare Mengenregulierein- richtung angeordnet ist und die Mengenreguliereinrichtung, der Düsenschaft, der Mischkopf und das Mundstück als voneinander getrennt auswechselbare Bauteile eines Modulsystems ausgebil- det sind
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Vorzugsweise ist die Mengenreguliereinrichtung von einer Lochblende gebildet. Durch Wahl der Blendenöffnung im Transportkanal des Zerstäubermediums können der Durchsatz und das Mischungsverhältnis des Zweistoffgemisches (Kühlmittels) beliebig aufeinander abgestimmt wer- den.
Eine die Montage begünstigende Ausführungsform ist gegeben, wenn die Mengenregulierein- nchtung im Anbaublock eingangsseitig im Transportkanal für das Zerstäubungsmedium angeord- net ist.
Günstige Mischungsbedmgungen für Kühlmedium und Zerstaubermedium ergeben sich, wenn der Mischkopf in den Transportkanal des Zerstäubermediums ragt und einen Eintrittskanal und mindestens zwei Austrittskanäle für das Kühlmedium aufweist, wobei die Austrittskanäle so ange- ordnet sind, dass die Strömungsrichtung des austretenden Kühlmittels schrag, vorzugsweise quer zur Hauptströmrichtung des Zerstäubermediums orientiert ist. Eine möglichst radialsymmetrische Verteilung der Austrittskanäle gewährleistet beste Mischungsbedingungen.
Geringe Reibungsverluste für Kühlmedium und Zerstäubermedium und damit minimierte Ein- flüsse auf das Druck/Durchsatz-Kennfeld stellen sich in der Düse ein, wenn der Düsenschaft von zwei konzentrisch angeordneten Rohren gebildet ist, wobei das Innenrohr als Transportkanal für das Kühlmedium austrittsseitig mit dem Mischkopf lösbar verbunden ist und der Ringraum zwi- schen dem Innenrohr und dem Aussenrohr als Transportkanal für das Zerstäubungsmedium aus- gebildet ist. Die Durchmesser der Rohre werden bevorzugt so gewählt, dass die Druckverluste bei maximalem Durchsatz zu vernachlassigen sind. Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn vom Mischkopf und dem ihn im Abstand umgebenden Aussenrohr eine Mischkammer zur Erzeugung eines Zweistoffgemisches gebildet wird.
Hierbei bildet die Innenwand des Aussen- rohres an den den Austrittskanälen des Mischkopfes für das Kühlmedium gegenüber liegenden Bereichen Prallflächen für die Zerstäubung des Kühlmediums.
Zur Verwirklichung der modularen Strukturierung ist das spritzbildbildende Mundstück der Düse lösbar am Aussenrohr befestigt und es weist eine schlitzförmige Austrittsöffnung für das Zweistoff- gemisch auf, die in Richtung der Längsachse der Zweistoff-Schaftdüse offen ist.
Einen wesentlichen Beitrag zur Minimierung der Reibungsverluste ergibt sich, wenn der Trans- portkanal des Zerstäubermediums und damit dessen Hauptströmungsnchtung vom Austritt aus dem Anbaublock bis zum Austritt aus dem Mundstück der Längsachse der Zweistoff-Schaftdüse folgt. Da nach einer vorteilhaften Ausgestaltung die Aussenwand der Mischkammer von der Innen- wand des Aussenrohres gebildet ist, wird so ein durchgehend glatter Strömungskanal für das Zer- stäubermedium geschaffen.
Um kurze Montagezeiten der Zweistoff-Schaftdüse zu gewährleisten weist der Anbaublock eine ebene Anschlussfläche auf, in der die Transportkanäle für Kühlmedium und Zerstäubungsmedium Eintnttsöffnungen bilden und in der konzentrisch zu den Eintrittsöffnungen Ringnuten für die Auf- nahme von Dichtringen angeordnet sind. Andockelementen für Zweistoff-Schaftdüsen in einer zentralen Medienversorgung einer Anlage weisen deckungsgleiche Anschlussflächen mit spiegel- bildlich angeordneten Austrittsoffnungen für Kuhlmedium und Zerstäubermedium auf. Beide An- schlussflächen sind durch Schnellverschlüsse dichtend aneinander gepresst.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die eine besonders schnelle Montage und Aus- wechslung einer Zweistoff-Schaftdüse ermöglicht, ist der Schnellverschluss von Befestigungs- schrauben oder Klemmbügel gebildet, die an einem der beiden Bauteile, Anbaublock oder An- dockelement, schwenkbar angeordnet sind und am jeweils anderen Bauteil in U-formige Ausneh- mungen dieses Bauteils einschiebbar und klemmbar ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Schnell- verschluss am Andockelement, d. h. auf Seiten der Medienversorgungsleitung schwenkbar ange- lenkt.
Einen besonderer Anwendungsbereich für diese erfindungsgemässen Zweistoff-Schaftdüsen bietet eine Stranggiessanlage, die zur Stützung des heissen Stranges mit einem dichten Stützrollen- korsett in einem Strangführungsgerust ausgerüstet ist. Dieses Strangführungsgerüst bildet gleich- zeitig eine Kühlzone für den heissen Metallstrang, in der mit einer Vielzahl von Spritzdüsen Kühlmit- tel zwischen den Strangführungsrollen auf den Gussstrang gesprüht wird.
Dies bedingt eine un- fangreiche Rohrleitungstechnik Damit der Abstand der Düsen zur Gussstrangoberfläche konstant gehalten werden kann und trotz der beengten Platzverhältnisse gleiche Spritzbedingungen an allen Düsen bei Minimierung des Verrohrungsaufwandes erreicht werden kann, wird eine Stranggiessan-
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lage zur Erzeugung gegossener Metallstrange mit einer von Strangführungsrollen gebildeten Kühl- zone fur den heissen Metallstrang und zentralen Versorgungsleitungen für Kühlmedium und Zer- staubermedium vorgeschlagen, die mit Andockelementen fur Zweistoff-Schaftdüsen bestückt sind und mit Anbaublöcken der Zweistoff-Schaftdüsen nach einem der Ansprüche 1 bis 12 verbunden sind.
Vorteilhaft weist jedes Andockelement in der Stranggiessanlage eine Gegenanschlussflache auf, in der die Transportkanäle für Kühlmedium und Zerstäubermedium Austrittsöffnungen bilden und in der konzentnsch zu den Austnttsoffnungen Ringnuten für die Aufnahme von Dichtringen angeordnet sind, welche Gegenanschlussflache mit einer Anschlussfläche des Anbaublockes der Zweistoff-Schaftdüse mit Verbindungselementen dichtend aneinander pressbar ausgebildet ist.
Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend anhand mehrerer Ausführungs- beispiele näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 eine erfindungsgemässe Zweistoff-Schaftdüse in einem Längsschnitt, die Fig. 2 und 3 die erfindungsgemässe Zweistoff-Schaftdüse in Verbindung mit der zentralen Medienversorgung einer Stranggiessanlage, die Fig. 4 die Anwendung der erfindungsgemässen Zweistoff-Schaftdüsen in der Strangführung einer Stranggiessanlage, die Fig. 5a, 5b, 5c eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Verbindung von Zweistoff-Schaftduse und zentraler Medienversorgung, die Fig. 6 bis 9 Druck/Durchsatz-Kennfelder der erfindungsgemässen Zweistoff-Schaftduse bei unterschiedlichen Düsenlängen.
Die Figur 1 zeigt eine Zweistoff-Schaftdüse der erfindungsgemässen Art, wie sie in Stranggiess- anlagen zur Temperaturfuhrung an einem stranggegossenen Produkt eingesetzt wird Sie besteht aus einem Anbaublock 10, einem Düsenschaft 20, einem Mischkopf 30 und einem Mundstück 40.
Diese Elemente der Zweistoff-Schaftdüse sind als voneinander getrennt auswechselbare Bauteile eines Modulsystems konzipiert und erlauben eine schnelle Montage der Düse und deren Anpas- sung an unterschiedliche geometrische Bedingungen in der Stranggiessanlage und metallurgische Anforderungen an das erzeugte Produkt.
Der Anbaublock 10 weist eine ebene Anschlussfläche 11auf, in die getrennte Transportkanäle für ein Kühlmedium 12, wie vorwiegend Kühlwasser, und ein Zerstäubungsmedium 13 münden.
Die jeweiligen Eintrittsöffnungen sind im Abstand von konzentrischen Ringnuten 14,15 umgeben, in die Dichtringe 16,17 eingelegt sind, Mit dem Anbaublock 10 ist die Zweistoff-Schaftdüse an Medien-Versorgungsleitungen der Stranggiessanlage dichtend angeschlossen (Fig. 2 und 3). Eine als Lochblende ausgebildete Mengenreguliereinrichtung 18 ist in den Transportkanal für das Zer- staubermedium 13 eingesetzt und wird entsprechend den örtlichen Anforderungen an den Men- gendurchsatz bei der Montage ausgewählt.
An den Anbaublock 10 schliesst ein Düsenschaft 20 an, der von zwei konzentrischen Rohren gebildet ist, wobei das Innenrohr 21 den Transportkanal 12 für das Kühlmedium und der Ringraum 22 zwischen dem Innenrohr 21 und dem Aussenrohr 23 den Transportkanal 13 für das Zerstäuber- medium bildet und weiterführt. Beide Rohre sind mit einer Schraubverbindung leicht losbar im Anbaublock 10 fixiert.
Die Länge der beiden Rohre richtet sich nach den geometrischen Bedingun- gen in der Stranggiessanlage und liegt im Strangführungsgerüst zwischen 50 und 1200 mm Der Düsenschaft kann mehrfach gekröpft geformt sein, wobei hier Kropfungen bis zu 15 zulässig sind
Der im Zentrum des Düsenschaftes 20 geführte und vom Innenrohr 21 gebildete Transportka- nal 12 für das Kühlmedium endet innerhalb des Aussenrohres 23 mit einem in das Innenrohr 21 eingeschraubten Mischkopf 30 Der Ringraum 22 wird im Bereich des Mischkopfes 30 von diesem und der Innenwand des Aussenrohres 23 mit unverändertem Querschnitt aufrechterhalten und bildet hier eine Mischkammer 25 zur Erzeugung eines Zweistoffgemisches.
Innerhalb des Misch- kopfes 30 wird das entlang der Düsenlängsachse 24 strömende Kühlmedium radial nach aussen umgelenkt und verlässt den Mischkopf 30 durch mehrere radialsymmetrisch verteilte Austrittsöff- nungen 31. Das ausstromende Kühlmedium trifft hierbei auf die Innenwand des Aussenrohres 23, welches in diesem Bereich Prallflächen 32 für die Zerstäubung des Kühlmediums bildet. Das den Ringraum 22 mit hoher Geschwindigkeit durchströmende Zerstäubermedium transportiert das zerstäubte Kühlmedium im Innenraum des Aussenrohres 23 zum Mundstück 40 der Zweistoff- Schaftdüse, das entsprechend dem gewünschen Spritzbild eine Durchtrittsöffnung 41 aufweist, die
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im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Ausbildung eines Flachstrahls schlitzförmig und in Rich- tung der Düsenlängsachse 24 positioniert ist.
Zur Ausbildung anderer Spritzbilder und Kühlmittel- mengenverteilungen sind beliebig anders gestaltete Durchtrittsöffnungen ausführbar. Das Mund- stück 40 ist mit einer Überwurfmutter 42 am Aussenrohr 23 leicht auswechselbar befestigt.
Der Anbaublock 10 der Zweistoff-Schaftdüse ist mittels eines als Schraubverbindung ausgebil- deten Schnellverschlusses 44 mit einem Andockelement 45 der Medienversorgungsleitungen der Stranggiessanlage dichtend verbunden, wobei der Anbaublock mit seiner ebenen Anschlussflache 11an einer Gegenanschlussflache 46 des Andockelementes 45 anliegt (Fig. 2 und 3). Das An- dockelement 45 umfasst wiederum Transportkanäle für Kühlmedium und Zerstäubungsmedien und eine ebene Gegenanschlussfläche 46, die zur Anschlussfläche 11 korrespondiert.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Strangführung einer Stranggiessanlage und die Anordnung der Zweistoff-Schaftdüsen. Der Gussstrang 50 wird an seiner Ober- und Unterseite von hintereinander eng benachbart angeordneten Stützrollen 51,52 gestützt und geführt. Durch den engen Spalt zwischen benachbarten Stützrollen wird Kühlmittel in Form eines schmalen Fächers mittels der erfindungsgemässen Zweistoff-Schaftdüsen 1 auf den Gussstrang 50 dosiert aufgebracht. Die Zweistoff-Schaftdüse sind mit den Anbaublöcken 10 an den zentralen Medienversorgungsleitungen 53 angeschlossen, die in einem für die Monteure leicht zugänglichen Bereich der Stranggiessanlage liegen.
Die Fig. 5a bis 5c zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Anbindung der erfindungsge- mässen Zweistoff-Schaftdüse an die zentrale Medienversorgung einer Stranggiessanlage, mit einem von Befestigungsschrauben 60 gebildeten Schnellverschluss 44. Fig. 5a zeigt den Anbaublock 10 der Zweistoff-Schaftdüse 1 in Verbindung mit dem Andockelement 45 der Medienversorgungslei- tung 53. Der Anbaublock 10 und das Andockelement 45 und damit die Transportkanäle für das Kühlmittel 12 und das Zerstäubermedium 13 werden zueinander durch den Zentrierstift 61 justiert und mit den Befestigungsschrauben 60 dichtend aneinander gepresst.
Wie in Fig. 5c dargestellt, durchsetzen die Befestigungsschrauben 60 das Andockelement 45 in Durchgangsbohrungen 62, die einen gegenüber dem Durchmesser des Schaftes der Befestigungsschrauben soviel grösseren Durchmesser aufweisen, dass ein für die Montage und Demontage der Zweistoff-Schaftdüsen aus- reichendes Ausschwenken der Befestigungsschrauben aus U-förmigen Ausnehmungen 63 (siehe Fig. 5b) des Anbaublockes 10 gewährleistet ist. Damit entfällt das Manipulieren von Kleinteilen bei Montagearbeiten.
Die Minimierung des Einflusses der Düsenschaftlänge auf das Druck/Durchfluss-Kennfeld der Zweistoff-Schaftdüse wird in den Fig. 6 und 7 in einer Gegenüberstellung derartiger Düsen mit Schaftlängen von 1000 mm und 100 mm dargestellt, wobei in Fig. 6 zusätzlich die Abhängigkeit vom Durchsatz des Zerstaubermediums (Luft) und in Fig. 7 zusätzlich die Abhängigkeit vom Durch- satz des Kühlmediums (Wasser) dargestellt ist. Die Fig. 8 und 9 zeigen analoge Vergleichskurven bei Zweistoff-Schaftdüsen mit Schaftlängen von 500 mm und 1000 mm, wobei Fig. 8 zusätzlich die Abhängigkeit vom Luftdurchsatz und in Fig. 9 die Abhängigkeit vom Wasserdurchsatz berücksich- tigt ist. Es zeigt sich in allen möglichen Betnebszuständen, dass der Einfluss der Schaftlange auf das Druck/Durchfluss-Kennfeld äusserst gering und vernachlässigbar ist.
Mit dem erfindungsgemässen Anbaublock und dem dazugehörigen Dusenschaft kann ein sehr weites Einsatzfeld von Düsen abgedeckt werden, indem das Mundstück, der Mischkopf und die Blenden im Anbaublock variiert werden. Je nach gewünschtem Spritzbild wird der entsprechende Düsenmund eingesetzt. Der Durchsatz und das Mischverhältnis von Zerstäubermedium und Kühl- medium werden durch die Wahl des Mischkopfes und der Blenden im Anbaublock beliebig aufein- ander abgestimmt Die Länge des Düsenschaftes beeinflusst das Druck/Durchsatz-Kennfeld hier- bei kaum.
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