CH651487A5 - Vorrichtung zum aufspruehen eines kuehlmittels auf stahlbrammen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsprühen eines Kühlmittels auf Stahlbrammen, mit Düsenaustritten, denen eine Mischkammer mit getrennten Zuführungen für ein Treibmittel und das Kühlmittel vorgeschaltet ist, wobei die Düsenaustritte so ausgebildet sind,

dass das Treib- und Kühlmittelgemisch breitgefächert und unter spitzem Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen auf die Brammenoberfläche auftrifft, wobei ferner die Düsenaustritte von einem gemeinsamen Düsengehäuse ausgehen, in das die Mischkammer mündet, und wobei der Kühlmittelanschluss der Mischkammer durch ein auswechselbares Einsatzrohr gebildet wird, welches in die Mischkammer hineinragt.

Sprühvorrichtungen dieser Art werden insbesondere zum Kühlen eines aus einer Stranggiesskokille austretenden Giessstranges im Brammenformat verwendet, wobei dann die jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Führungsrollen des Giessstranges eingreifenden Düsenaustritte parallel zu den Führungsrollenachsen gerichtet sind und das Düsengehäuse jeweils zwischen der Ebene der Führungsrollenachsen und der Brammenoberfläche angeordnet ist.

Eine Vorrichtung, die wesentliche Merkmale der vorbezeichneten Art aufweist, ist in der DE-OS 2 816 441 beschrieben. Diese DE-OS befasst sich im wesentlichen mit folgender Problematik:

1. Es soll eine gleichmässige Verteilung des Wasser-Luft-oder -Dampf- oder -Gas-Gemisches auf die Bramme erzielt werden bei gleichmässiger Beschleunigung des Gemisches beim Sprühen über die Brammenbreite.

2. Ein Hineinspritzen in den Rollenschatten (dreieckiger Zwischenraum zwischen Brammenoberfläche und Rolle) soll möglich sein, wobei gleichzeitig durch die Abblaswirkung des Gemischstrahles ein Wegspritzen von stehendem Wasser und Zunderteilchen aus dem Rollenzwischenbereich angestrebt wird.

3. Die Wasserdurchsatzmenge soll regelbar sein, und zwar ohne Beeinträchtigung des Spritzbildes unter Beibehaltung einer bestimmten Düse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Wirkungsweise einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art dahingehend weiter zu verbessern, dass a) durch einen breiteren, fächerartigen Strahl eine grössere Wärmeaustauschfläche erreichbar ist,

b) durch kleinere Tropfen eine intensivere Kühlung erzielbar ist und die einzelnen Tropfen schneller verdampfen können, und c) die nicht verdampften Tropfen seitlich über die Bramme weggesprüht werden.

Ausserdem soll die Vorrichtung einfacher gestaltet werden.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens einen annähernd zylindrischen Abschnitt und eine zylindrische Zulaufbohrung aufweisende Düsengehäuse an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen als Düsenaustritte je eine prismenförmige Einfräsung aufweist, die jeweils annähernd radial in die Zulaufbohrung einmündet.

Durch die Erfindung wird die beim Gegenstand der DE-OS 2 816 441 praktizierte Konzeption entgegengesetzter, d.h. einander nahezu gegenüberliegender Düsenaustrittsöffnungen vermieden. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, die Strahltiefe auf die gewünschte Grösse zu verbreitern, ohne dass sich die Strahlen (was beim Gegenstand der DE-OS der Fall wäre) gegenseitig stören können.

Durch die Konzeption, die Düsenkonstruktion so auszuführen, dass die Strahlen nicht mehr gegeneinander gerichtet sind, ergibt sich gleichzeitig eine einfachere Gestaltung der

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Düse. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die zylindrische Zulaufbohrung des Düsengehäuses als Sacklochbohrung ausgebildet sein und einen kugelig geformten vorderen Abschluss aufweisen und können die die Düsenaustritte bildenden seitlichen Einfräsungen in den kugelig geformten Abschluss der sacklochförmigen Zulaufbohrung des Düsengehäuses einmünden.

Innerhalb der Zulaufbohrung des Düsengehäuses kann den Düsenaustritten eine Wirbelscheibe vorangeschaltet sein. Diese Wirbelscheibe kann dabei zweckmässigerweise so ausgebildet sein, dass sich das schon zuvor gebildete Wasser-Luft-Gemisch, das im Zentrum der Mischkammer (radial betrachtet) einen grösseren Wasseranteil hat als an den Randzonen, noch intensiver vermischt. Dadurch kann der mittlere Tropfendurchmesser vorteilhaft verkleinert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Draufsicht (Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2) einen Teil eines zwischen Führungsrollen hindurchgeführten Giessstranges,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 in gegenüber Fig. 1 und 2 vergrösserter Darstellung eine Ausführungsform einer Kühlvorrichtung (in Ansicht entsprechend Fig. 2 bzw. im teilweisen Vertikalschnitt), bei der die Einzelteile grösstenteils in demontierter Stellung dargestellt sind,

Fig. 4 das Düsengehäuse aus Fig. 3, in Pfeilrichtung A gesehen,

Fig. einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3 und Fig. 6 die in Fig. 3 hälftig in Seitenansicht dargestellte Wirbelscheibe des Düsengehäuses, in Draufsicht gesehen.

In Fig. 2 sind zwei einander gegenüberliegende Führungsrollen 10,11 einer Stahlbrammen-Stranggiessanlage dargestellt. Zwischen den Führungsrollen 10 und 11 ist eine Stahlbramme 12 geführt. Auf beiden Seiten der Stahlbramme 12 sind - jeweils in vergleichsweise geringen Abständen a - mehrere parallele Führungsrollen 10,11 in Giessrichtung 13 hintereinander angeordnet (vergi. Fig. 1). Zwischen je zwei Führungsrollen 10 auf der oberen Seite der Stahlbramme 12 greift jeweils eine Kühlvorrichtung ein, die insgesamt mit 14 bezeichnet ist.

Wie im einzelnen insbesondere aus Fig. 3 erkennbar ist, besteht die Kühlvorrichtung 14 im wesentlichen aus zwei Komplexen, nämlich einerseits einem Düsengehäuse 15 und andererseits einer Mischkammer 16. In die Mischkammer 16 mündet seitlich ein Anschluss 17 für ein Treibmittel, z.B. Luft. Ein Kühlmittel, z.B. Wasser, wird der Mischkammer 16 an einem Anschluss 18 zugeführt.

Wie Fig. 3 weiterhin zeigt, ist der Kühlflüssigkeitsan-schluss 18 im wesentlichen als Einsatzrohr 19 ausgebildet, welches koaxial in die ebenfalls rohrförmige Mischkammer 16 hineinragt. Am oberen Ende des Einsatzrohres 19 ist eine Befestigungsmutter 20 angeschweisst, die ein Innengewinde 21 aufweist. Mutter 20 und Gewinde 21 dienen zur Befestigung des Einsatzrohres 19 auf einem entsprechenden Gewinde 22 der Mischkammer 16. An dem oberen Ende der Mutter 20 ist ein Aussengewinde 23 angeformt, welches zur Befestigung einer Kühlflüssigkeitsleitung, z.B. in üblicher Weise mittels Überwurfmutter, vorgesehen ist.

Die Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, wird also bei 23 in das Einsatzrohr 19 und von dort in die Mischkammer 16 eingeleitet. Der Volumenstrom der Kühlflüssigkeit wird hierbei durch den Innendurchmesser des jeweils verwendeten Einsatzrohres 19 genau bestimmt. Durch Auswechseln des Einsatzrohres 19 und Ersetzen desselben durch ein anderes Einsatzrohr grösseren oder kleineren Durchmessers ist es somit in einfacher Weise möglich, den Volumenstrom des Kühlwassers unabhängig von dem Volumenstrom der bei 17 in die Mischkammer 16 eingeleiteten Luft und unabhängig von der Geometrie des Düsengehäuses 15 zu verändern. Da das Einsatzrohr 19 leicht auswechselbar ist, können in entsprechend einfacher Weise verschiedene Volumenstromverhältnisse Kühlflüssigkeit/Treibmittel gewählt werden, ohne an dem Düsengehäuse 15 selbst Veränderungen vornehmen zu müssen. Auch die Durckverhältnisse an der Kühlflüssig-keitszuführung einerseits und der Treibmittelzuführung andererseits brauchen hierzu in keiner Weise geändert zu werden.

Aufgrund des relativ grossen Querschnittes der Mischkammer 16 werden die Reibungsverluste des Gemisches auf dem Weg zu den Düsenaustritten gering gehalten, was sich in einer Erhöhung der Geschwindigkeit der aus den Düsenaustritten ausströmenden Sprühistrahlen vorteilhaft bemerkbar macht.

Im vorerwähnten Sinne wirkt es sich auch vorteilhaft aus, dass der Flüssigkeits-Treibmittel-Gemischstrom sich erst innerhalb des Düsengehäuses 15 in zwei Teilströme unterteilt.

Fig. 3 lässt weiterhin erkennen, dass das Düsengehäuse 15 eine zylindrische Zulaufbohrung 24 aufweist, die als Sacklochbohrung ausgebildet ist. Die Zulaufbohrung 24 ist zweifach abgesetzt und besitzt an ihrem oberen Ende ein Innengewinde 25, das mit einem entsprechenden Aussengewinde 26 der Mischkammer 16 zusammenwirkt. In die Sacklochbohrung 24 ist eine Wirbelscheibe 27 eingesetzt, die sich dabei axial an einem Absatz 28 der Sacklochbohrung 24 des Düsengehäuses 15 abstützt. Die Wirbelscheibe 27 ist - in Draufsicht - auch aus Fig. 6 erkennbar. Sie besitzt an ihrer kreisförmigen Umfangsfläche vier in Winkelabständen von jeweils 90° zueinander angeordnete radiale Einfräsungen 29. Durch die Wirbelscheibe 27 bzw. die beschriebene Anordnung und Gestaltung derselben wird eine noch intensivere Vermischung des bereits in der Mischkammer 16 vorhandenen Wasser-Luft-Gemisches erreicht, wodurch in vorteilhafter Weise eine weitere Verkleinerung des mittleren Tropfendurchmessers der aus dem Düsengehäuse 15 austretenden Strahlen erzielt werden kann.

Wie weiterhin aus Fig. 3,4 und 5 hervorgeht, sind in das Düsengehäuse 15, an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen desselben, als Düsenaustritte zwei prismenförmige Einfräsungen 30, 31 eingearbeitet. Die Einfräsungen 30, 31 (Düsenaustritte) sind so vorgenommen, dass eine Durchdringung derselben mit der sacklochförmigen Zulaufbohrung 24 des Düsengehäuses 15 im kugelförmigen Endbereich 32 der Zulaufbohrung 24 stattfindet. Die Form der sich hierdurch bildenden Austrittsöffnungen 33 ist besonders gut aus Fig. 4 erkennbar. Die prismenförmigen Einfräsungen 30, 31 haben - mit Bezug auf ihe jeweilige Symmetrieebene (z. B. 34) gegenüber der Horizontalebene der Brammenoberfläche einen Neigungswinkel von y = 5° (vgl. hierzu Fig. 3). Durch die prismenförmigen Einfräsungen 30, 31 bzw. die sich hierdurch ergebenden Düsenaustrittsöffnungen 33 werden zwei in entgegengesetzte Richtungen gerichtete breite Flachstrahlen erzeugt (vgl. hierzu Fig. 1 und 2). Die beiden Flachstrahlen breiten sich - in Draufsicht gesehen (Fig. 1) - jeweils unter einem grösseren Winkel a und - in senkrechter Richtung hierzu (Fig. 2) - unter einem kleineren Winkel ß aus. Der Vorteil der Strahlausbreitung unter dem Winkel a ist darin zu sehen, dass in kurzer Entfernung vom Düsenaustritt die gesamte Breite - in Giessrichtung 13 gesehen - der freien Brammenoberfläche besprüht wird. Der Vorteil der Strahlausbreitung unter dem Winkel ß besteht darin, dass der Auftreffbereich - in Strahlrichtung 34 gesehen - des Sprühstrahles auf der Brammenoberfläche vergrössert wird. Abgesehen von dem Neigungswinkel y = 2—10°, vorzugsweise 5°

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(vgl. hierzu die obigen Ausführungen bzw. Fig. 3), liegt die Ebene der sich unter dem Winkel a ausbreitenden Flachstrahlen parallel zur Brammenoberfläche. Dies bedeutet,

dass die zwischen den Führungsrollen 10 freiliegende Brammenoberfläche - in Fig. 1 gekennzeichnet durch das Mass c - in kürzerem Abstand von dem Düsengehäuse 15 in grösserem Masse besprüht wird, als dies beim Gegenstand der DE-OS 2 816 441 möglich ist. Durch diese, in den Winkeln a, ß und y begründeten Vorteile wird die Gleichmässigkeit der Brammenkühlung wesentlich verbessert. Die vorstehend beschriebenen Vorteile sind jeweils auf den einzelnen Flachstrahl zu beziehen. Die Andersartigkeit der durch die erfin-dungsgemässe Vorrichtung erzeugten Flachstrahlen gegenüber der älteren Ausführung nach der DE-OS 2 816 441 ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass einzelne flache Strahlen mit breitem Strahlwinkel a mit geringerer Strahlausbreitung senkrecht dazu (Winkel ß) gebildet werden, wohingegen beim Gegenstand der DE-OS 2 816 441 jeweils aus einem annähernd runden Strahl ein etwas abgeflachter ovaler Strahl entsteht.

Ein weiterer Unterschied gegenüber der DE-OS 2 816 441 besteht darin, dass das Düsengehäuse 15 in einem Abstand von maximal 150 mm vom düsenseitigen Ende des Einsatzrohres 19 der Mischkammer 16 angeordnet sein kann. Dieses mit b bezeichnete Mass ist aus Fig. 3 ersichtlich. Es gilt allerdings für den zusammengebauten Zustand der in Fig. 3 in demontierter Stellung gezeigten Einzelteile.

Fig. 1 und 2 zeigen ausserdem ein weiteres zweckmässiges Merkmal. Dieses besteht darin, dass die in Giessrichtung 13 aufeinanderfolgenden einzelnen Spritzvorrichtungen 14 jeweils abwechselnd nach links bzw. rechts um das Mass d aus der Mittelachse 35 des Giessstranges heraus seitlich versetzt sind. Die Spritzvorrichtungen 14 sind hierbei jeweils zwischen den einzelnen Führungsrollen 10 befestigt. Je nach dem durch das Mass e gekennzeichneten Spritzabstand ist das Mass d der seitlichen Versetzung der Spritzvorrichtung 14 zu wählen. Und zwar beträgt es, wie Fig. 2 verdeutlicht, jeweils etwa die Hälfte der Breite f der nicht besprühten Brammenoberfläche. Dadurch, dass die Spritzvorrichtung im benachbarten Führungsrollenzwischenraum um das gleiche Mass d nach der anderen Seite der Mittelachse 35 versetzt wird, erreicht man - bei Betrachtung eines Führungsrollenpaares - wiederum eine gleichmässige Flüssigkeitsver-teilung auf der gesamten Breite der zu besprühenden Bramme 12.

Zusammengefasst lassen sich durch die beschriebene Vorrichtung im wesentlichen folgende Vorteile erzielen: Durch die prismenförmigen Austrittsöffnungen 30, 31 bzw. 33, die von der Mittelachse der Mischkammer 16 gesehen nach aussen sprühen, lassen sich Flachstrahlen erzeugen, die in ihren Sprühwinkeln (a und ß), je nach Geometrie der Zulaufbohrung 24 und der Düsenaustritte 30, 31,33, variabel gestaltet werden können. Dadurch ist eine gleichmässigere Besprühung der zu kühlenden Brammenoberfläche möglich. Durch die Mischkammer 16 mit anschUessender Wirbelscheibe 27 im Düsengehäuse 15 lässt sich eine bessere Vermischung von Wasser und Luft und damit kleinere Tropfen der Sprühstrahlen erzielen. Durch die kleineren Tropfen der Sprühstrahlen ist eine intensivere Kühlung der Brammenoberfläche gewährleistet, da die einzelnen Tropfen schneller verdampfen. Schliesslich liegt ein besonderer Vorteil darin, dass die beiden Sprühstrahlen sich nicht überschneiden, sondern nach aussen sprühen. Hierdurch ist eine sehr einfache Gestaltung des Düsengehäuses möglich.

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3 Blatt Zeichnungen

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651 487 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Aufsprühen eines Kühlmittels auf Stahlbrammen, mit Düsenaustritten (30, 31), denen eine Mischkammer (16) mit getrennten Zuführungen für ein Treibmittel und das Kühlmittel vorgeschaltet ist, wobei die Düsenaustritte (30, 31) so ausgebildet sind, dass das Treib-und Kühlmittelgemisch breitgefächert und unter spitzem Winkel in zueinander entgegengesetzten Richtungen auf die Brammenoberfläche auftrifft, wobei ferner die Düsenaustritte (30, 31) von einem gemeinsamen Düsengehäuse (15) ausgehen, in das die Mischkammer (16) mündet, und wobei der Kühlmittelanschluss der Mischkammer durch ein auswechselbares Einsatzrohr (19) gebildet ist, welches in die Mischkammer (16) hineintragt, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens einen annähernd zylindrischen Abschnitt und eine zylindrische Zulaufbohrung (24) aufweisende Düsengehäuse (15) an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen als Düsenaustritte je eine prismenförmige Einfräsung (30, 31) aufweist, die jeweils annähernd radial in die Zulaufbohrung (24) einmündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenaustritte (30, 31) mit Bezug auf die Brammenoberfläche jeweils unter einem Winkel (y) von 2-10° in die Zulaufbohrung (24) des Düsengehäuses (15) einmündend eingefräst sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Winkel (y) etwa 5° beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Zulaufbohrung (24) des Düsengehäuses (15) als Sacklochbohrung ausgebildet ist und einen kugelig geformten vorderen Abschluss (32) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Düsenaustritte bildenden seitlichen Einfrä-sungen (30, 31) in den kugelig geformten Abschluss (32) der sacklochförmigen Zulaufbohrung (24) des Düsengehäuses (15) einmünden.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Zulaufbohrung (24) des Düsengehäuses (15) den Düsenaustritten (30, 31) eine Wirbelscheibe (27) vorangeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsengehäuse (15) in einem Abstand (b) von maximal 150 mm vom düsenseitigen Ende des Einsatzrohres (19) der Mischkammer (16) angeordnet ist.

8. Stranggiessanlage mit mehreren Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Kühlen des aus einer Stranggiesskokille austretenden Giessstranges im Brammenformat, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Führungsrollen des Giessstranges eingreifenden Düsenaustritte parallel zu den Führungsrollenachsen gerichtet sind, wobei das Düsengehäuse jeweils zwischen der Ebene der Führungsrollenachsen und der Brammenoberfläche angeordnet ist.

9. Stranggiessanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Giessrichtung (13) aufeinanderfolgenden einzelnen Sprühvorrichtungen (14) jeweils abwechselnd in entgegengesetzter Richtung um einen vorbestimmten Betrag (d), bezogen auf die Mittenachse (35) des Giessstranges (12), seitlich zueinander versetzt angeordnet sind.

10. Stranggiessanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mass (d) des seitlichen Versatzes der Sprühvorrichtungen (14) etwa gleich der Hälfte der Breite (f) der jeweils nicht benetzten Brammenoberfläche ist.