DE10015832A1 - Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit sowie Einrichtung hierzu - Google Patents

Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit sowie Einrichtung hierzu

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit wird Flüssigkeit in einer Mischkammer (1) mit einem Gas vermischt und einer Düse zugeleitet. DOLLAR A Zur Vereinfachung der Konstruktion der zum Verteilen der Flüssigkeit dienenden Einrichtung und Erhöhung der Betriebssicherheit wird in der Mischkammer (1) eine intensive Mischung der Flüssigkeit mit dem Gas zu einem Zweistoffgemisch durchgeführt, und das Zweistoffgemisch über eine, vorzugsweise eine einzige, von der Mischkammer (1) ausgehende Versorgungsleitung (6) in Form einer Zweistoffströmung unter Einhaltung einer turbulenten Strömung einem Verteilersystem (7) zugeführt, wobei eine einzelne Versorgungsleitung (6) mindestens zwei Düsen (8) mit dem Zweistoffgemisch versorgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit in einer Mischkammer mit einem Gas vermischt und einer Düse zugeleitet wird und dort als Zweistoffgemisch austritt, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beim Stranggießen wird die Oberfläche des Gießproduktes mit Wasser gekühlt. Das Wasser wird mit Überdruck auf den Strang gesprüht. Um eine möglichst gleichmäßige Wasserbeaufschlagung über die Oberfläche zu erreichen, werden Düsen verwendet, die das Wasser zerstäuben. Je nach Gießbreite werden eine oder mehrere Düsen über die Breite angeordnet. Zur besseren Regelbarkeit werden mehrere solcher Düsenreihen zu einer Zone zusammengefasst. Jede dieser Zonen kann individuell geregelt werden, wobei eine gewisse Gleichmäßigkeit der Kühlung erreicht wird.
Zum feinen Verteilen einer Flüssigkeit hat sich ein sogenanntes Zweistoffversprühen bewährt, bei dem mit einem Gas vermischte Flüssigkeit über eine Düse versprüht wird.
Es ist bekannt (DE 35 29 337 A1, DE 32 07 668 A1, DE 30 04 864 C2 und DE 28 16 441 A1) Kühlflüssigkeit zum Kühlen einer Strangoberfläche in einer Mischkammer mit Luft vorzumischen, wobei die Mischkammer als Mischrohr gestaltet ist, in das die Kühlflüssigkeit über eine im Rohr vorgesehene Einschnürung in Form eines Ringes (DE 35 29 337 A1) einströmt, und wobei Luft über eine Seitenöffnung des Mischrohres durch den Unterdruck, der im Inneren des Mischrohres durch den gebündelten dünnen Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird, eingesaugt wird. Die eingesaugte Luft und das Kühlmittel werden über das Mischrohr einer einzigen Düse zugeführt, die eine Prallplatte aufweist, an der eine intensive Vermischung der Luft mit der Kühlflüssigkeit und damit die eigentliche Bildung eines Zweistoffgemisches erfolgt.
Nachteilig ist hierbei, dass für jede Düse eine eigene Mischkammer erforderlich ist, und diese Mischkammer von der Düse nicht allzu weit entfernt angeordnet werden kann. So ist zum Beispiel gemäß der DE 30 04 864 C2 ein maximaler Abstand der Düse von der Einmündung des Wasserstrahles in die Mischkammer von 150 mm angegeben. Hierdurch bedingt ist die Mischkammer selbst der Wärmestrahlung von der zu kühlenden Metalloberfläche gemäß der DE 30 04 864 C2 der Strangoberfläche ausgehenden Strahlungshitze ausgesetzt. Weiters ist es erforderlich, bis nahe zur Düse getrennte Leitungen für die Kühlflüssigkeit und das Gas (Luft) zu führen, sodass diese Zuführungsleitungen ebenfalls der Strahlungshitze ausgesetzt sind. Ein weiterer hiermit verbundener Nachteil ist darin zu sehen, dass infolge der Vielzahl von Zuführungsleitungen die Einrichtung teuer ist und in ohnehin räumlich beengten Bereichen nur schwierig unterzubringen ist, wie zum Beispiel zwischen Strangführungsrollen, die in der Regel sehr eng benachbart angeordnet sind.
Gemäß der DE 28 16 441 A1 sind zwar von einer rohrförmigen Mischkammer zwei Düsen versorgt, die jedoch unmittelbar benachbart angeordnet sind und wobei in die Mischkammer zwei Zuführleitungen münden. Zwischen der Mischkammer und den Düsen ist nahezu keine Distanz vorhanden, und auch hier müssen die Zuführleitungen sowohl für die Kühlflüssigkeit als auch für das Gas, d. h. die Luft, bis unmittelbar zu den Düsen geführt sein und sind somit ebenfalls der Strahlungshitze des Stranges ausgesetzt.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche es ermöglichen, die Mischkammer und damit die getrennten Zuführleitungen für das Gas und die Flüssigkeiten in größerer Entfernung der Düsen anzuordnen, so dass erstens eine kostengünstigere Konstruktion verwirklichbar ist und zweitens im Falle der Anwendung zur Kühlung die Mischkammer und die Zuführleitungen keiner Hitzebelastung ausgesetzt sind. Weiters soll mit einer einzigen Mischkammer ein größerer Bereich mit zerstäubter Flüssigkeit versorgt werden können, beispielsweise ein größerer Flächenbereich eines heißen Metallkörpers gleichmäßig mit feinzerstäubter Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden können.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass in der Mischkammer eine intensive Mischung der Flüssigkeit mit dem Gas zu einem Zweistoffgemisch durchgeführt wird, und das Zweistoffgemisch über eine, vorzugsweise eine einzige, von der Mischkammer ausgehende Versorgungsleitung in Form einer Zweistoffströmung unter Einhaltung einer turbulenten Strömung einem Verteilsystem zugeführt wird, wobei eine einzelne Versorgungsleitung mindestens zwei Düsen mit dem Zweistoffgemisch versorgt.
Der Kern der Erfindung liegt darin, ein Zweistoffgemisch unter Aufrechterhaltung der hohen Turbulenz, die in der Mischkammer entsteht, über Rohrleitungen weiterzuleiten. Hierbei kommt es darauf an, die Turbulenz in den der Mischkammer nachgeordneten Leitungen aufrecht zu erhalten, was jedoch nur durch Inkaufnehmen von Druckverlusten möglich ist. Bisher hat man getrachtet, Druckverluste gering zu halten, d. h. große Rohrdurchmesser für turbulente Strömungen zu verwenden. Hierbei kommt es jedoch zu einer Entmischung der Strömung und zu einer ungleichmäßigen Aufteilung der Kühlmittelmenge. Aus diesem Grund wurde bisher für eine Mischkammer stets nur eine einzelne Düse oder wurden maximal zwei unmittelbar der Mischkammer benachbart angeordnete Düsen vorgesehen. Erfindungsgemäß hingegen werden in dem der Mischkammer nachgeordneten Verteilsystem Rohrleitungen mit kleinem Rohrdurchmesser verwendet, um eine hohe Reynoldszahl sicherzustellen, wobei die Zweistoffströmung annähernd gleich einer Einstoffströmung über längere Wege aufrechterhalten werden kann. Abzweigleitungen haben vorzugsweise kleinere Durchmesser als die Leitungen, von denen sie abzweigen, es sei denn, dass die Reynoldszahl in der der Abzweigleitung vorhergehenden Leitung sehr hoch liegt, z. B. bei 15000 oder darüber.
Die DE 24 44 794 A1 betrifft das Kühlen eines Stranges mittels Nassdampf, wobei gesättigter Dampf einem Verdichter zugeführt wird und in verdichtetem Zustand in einen Mischer mit Wasser versetzt wird, sodass Nassdampf gebildet wird. Dieser Nassdampf wird über ein Verteilersystem Düsen zugeführt.
Bei Nassdampf handelt es sich um ein Zweiphasensystem, wobei kleine Wassertröpfchen in einem aus Molekülen bestehenden Dampf fein verteilt sind. Nachteilig ist hierbei die Abhängigkeit des Flüssigkeitsanteils von der Temperatur des Zweiphasensystems, die nur durch eine aufwendige Temperaturregelung der Anlage behoben werden könnte. Zusätzlich nachteilig ist das Fehlen einer Möglichkeit einer Regelbarkeit, d. h. Einstellung von unterschiedlichen Spritzbildern an den Düsen, denn um eine bestimmte Kühlwirkung zu erzielen, müssen der Druck und die Temperatur des Zweiphasensystems in einem ganz bestimmten Bereich liegen. Infolge des Druckgradienten und Temperaturgradienten von der Mischkammer bis zur Düse, die eine Änderung des Sättigungsdruckes bewirken, ergeben sich Nachteile bei der Kühlung des Stranges.
Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Mischungsverhältnisses von Flüssigkeit und Gas über den Druck der Flüssigkeit und/oder des Gases.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das Mischungsverhältnis von Flüssigkeit und Gas über die Menge der Flüssigkeit und/oder des Gases eingestellt.
Wird das Mischungsverhältnis des Gases mit der Flüssigkeit über den Druck geregelt, wird zweckmäßig der Druck des Gases über den gesamten Einstellbereich des Mischungsverhältnisses konstant gehalten.
Es ist auch möglich, den Druck des Gases über eine vorgegebene Funktion einzustellen, d. h. zu regeln.
Bevorzugt wird die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verteilte feinzerstäubte Flüssigkeit zum Kühlen eines heißen Metallkörpers verwendet, insbesondere eines Gussstranges in einer Stranggießanlage.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer mit Zuleitungen für Gas und Flüssigkeit versehenen Mischkammer und einer leitungsmäßig mit dieser verbundenen Düse ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Mischkammer eine, vorzugsweise eine einzige, Versorgungsleitung ausgeht, von der zwei oder mehrere Zweigleitungen zu jeweils einer Düse führen.
Um hinter der Mischkammer eine hohe Turbulenz und damit ein Zweistoffgemisch aufrecht erhalten zu können, sind zweckmäßig in der Mischkammer eine Blende für die Flüssigkeit vorgesehen, die derart bemessen ist, dass eine Reynoldszahl für Luft von <1800, vorzugsweise <4000, insbesondere <10000, eingehalten ist (Leerrohrgeschwindigkeit), sowie weiters vorteilhaft sowohl die Versorgungsleitung als auch die Zweigleitungen im Durchmesser derart bemessen sind, dass eine Reynoldszahl für Luft von <1800, vorzugsweise <4000, insbesondere <10000, eingehalten ist.
Für das Stranggießen ist eine Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung eines Stranges in einer Stranggießanlage zwei oder mehrere Zweigleitungen von einer Versorgungsleitung ausgehen und die Mischkammer in einem wärmegeschützten Bereich vorgesehen ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei . die Fig. 1 bis 4 in schematischer Darstellung eine Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung für eine Stranggießanlage im Schrägriss zeigen. Fig. 5 stellt eine Mischkammer, teilweise geschnitten, dar.
In den Fig. 1 bis 4 sind jeweils Anordnungen der erfindungsgemäßen Einrichtung für die Anwendung beim Stranggießen zum Kühlen eines heißen Gussstranges veranschaulicht. Mit 1 sind Mischkammern bezeichnet, zu denen jeweils zwei Leitungen 2, 3 führen, und zwar jeweils eine Gaszuleitung 2 und eine Flüssigkeitszuleitung 3. Diese zweigen von zentralen Zuleitungen 4, 5 ab. Als Gas wird Druckluft eingesetzt, als Kühlflüssigkeit Wasser.
In den Mischkammern 1 erfolgt die Ausbildung des Zweistoffgemisches aus Druckluft und Wasser, und zwar unter starker Verwirbelung. Vorzugsweise wird eine Reynoldszahl von über 4000 eingehalten. Das so gebildete Zweistoffgemisch wird über eine von jede der Mischkammern 1 ausgehende Versorgungsleitung 6 einem Verteilsystem zugeführt. Gemäß den Fig. 1 und 2 zweigen von jeder Versorgungsleitung 6 Zweigleitungen 7 zu jeweils einer Düse 8 ab. Die Düsen 8 sind durch eine Pfeilspitze charakterisiert. Aus der Düse 8 tritt die Flüssigkeit, also das Wasser, feinzerstäubt aus, und es wird ein Sprühfächer 9 gebildet. Da jede Düse 8 nur mit einer einzigen Zweigleitung 7 zu versorgen ist, genügt die Verwendung von Einstoffdüsen.
Die Anordnung der Düsen 8 ist so getroffen, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Rollen drei von einer Versorgungsleitung 6 versorgte Düsen 8 zu liegen kommen, die den Strang 10 über seine gesamte Breite kühlen. Die Anordnung der Strangführungsrollen, die in der Zeichnung nur durch ihre Mittelachsen 11 veranschaulicht sind, ist so getroffen, dass die Mittelachsen 11 parallel zu den Versorgungsleitungen 6, jedoch näher zur Strangoberfläche 12 gerückt, d. h., dass die Versorgungsleitungen um mindestens die Distanz eines Rollendurchmessers von der Strangoberfläche 12 weggerückt angeordnet sind.
Es ist zu erkennen, dass die Luft- und Wasserzuleitungen 2, 3 selbst und die Mischkammer 1 sowie die zentralen Zuleitungen 4, 5 von der Strangoberfläche 12 weit abgerückt angeordnet werden können, wodurch sich eine wesentliche Einsparung an Leitungen ergibt. Bisher war es nämlich erforderlich, sowohl die Wasserzuleitung 2 als auch die Luftzuleitung 3 getrennt zur Düse 8 oder in unmittelbare Nähe derselben zu führen. Erfindungsgemäß führt zu jeder der Düsen lediglich eine einzige Zweigleitung 7, in der das Zweistoffgemisch von der Mischkammer 1 bis zur Düse 8 geführt wird. Um das Zweistoffgemisch bis zur Düse 8 leiten zu können, ist es erforderlich, eine hohe Reynoldszahl von der Mischkammer 1 bis zur Düse 8 sicherzustellen, was auf zweierlei Arten erreicht werden kann: einerseits allein durch Erzielen einer sehr hohen Reynoldszahl in der Mischkammer 1 oder andererseits durch Verringerung der Innendurchmesser der Zweigleitung 7 gegenüber den Versorgungsleitungen 6.
Eine Steuerung bzw. Regelung der Kühlung kann bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung und bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher Weise durch Steuerung oder Regelung des Druckes oder der Menge der Einzelkomponenten, also des Wassers oder der Druckluft, erfolgen, wofür in den Zuführungsleitungen eigens Ventile 13 vorgesehen sind. Das Mischungsverhältnis von Luft und Wasser wird typischerweise über den Druck geregelt. Beispiele für die Regelkurven sind:
  • - Der Luftdruck wird für den gesamten Regelbereich konstant gehalten.
  • - Die Regelung des Luftdrucks erfolgt über vorgegebene Funktionen.
Gemäß den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen werden mehrere Düsengruppen I, II, III, von denen jeweils eine Düsengruppe zwischen benachbarten Strangführungsrollen angeordnet ist, von einer einzigen Mischkammer 1 versorgt, was in einfacher Weise bei Einhaltung einer sehr hohen Reynoldszahl, beispielsweise von 15000, möglich ist.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt es, die von der Versorgungsleitung 6 ausgehenden Zweigleitungen 7 auch geometrisch unsymmetrisch anzuordnen. Die Anzahl der einer Mischkammer 1 zugeordneten Düsen kann in weiten Bereichen variieren.
In der Mischkammer 1 werden die beiden Einstoffströmungen (Wasser, Druckluft) in eine Zweistoffströmung überführt. In der Mischkammer 1 ist eine Blende 14 für die Flüssigkeit vorgesehen, die eine ausreichende Turbulenz sicherstellt, um eine hohe Reynoldszahl zu erzielen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit in einer Mischkammer (1) mit einem Gas vermischt und einer Düse (8) zugeleitet wird und dort als Zweistoffgemisch austritt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) eine intensive Mischung der Flüssigkeit mit dem Gas zu einem Zweistoffgemisch durchgeführt wird, und das Zweistoffgemisch über eine, vorzugsweise eine einzige, von der Mischkammer (1) ausgehende Versorgungsleitung (6) in Form einer Zweistoffströmung unter Einhaltung einer turbulenten Strömung einem Verteilersystem (7) zugeführt wird, wobei eine einzelne Versorgungsleitung (6) mindestens zwei Düsen (8) mit dem Zweistoffgemisch versorgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Flüssigkeit und Gas über den Druck der Flüssigkeit und/oder des Gases eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Flüssigkeit und Gas über die Menge der Flüssigkeit und/oder des Gases eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases über den gesamten Einstellbereich des Mischungsverhältnisses konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases über eine vorgegebene Funktion eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass feinzerstäubte Flüssigkeit zum Kühlen eines heißen Metallkörpers, insbesondere eines Gussstranges (10), in einer Stranggießanlage verteilt wird.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit einer mit Zuleitungen (2, 3, 4, 5) für ein Gas und Flüssigkeit versehenen Mischkammer (1) und einer leitungsmäßig mit dieser verbundenen Düse (8), dadurch gekennzeichnet, dass von der Mischkammer (1) eine, vorzugsweise eine einzige, Versorgungsleitung (6) ausgeht, von der zwei oder mehrere Zweigleitungen (7) zu jeweils einer Düse (8) führen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) eine Blende (14) für die Flüssigkeit vorgesehen ist, die derart bemessen ist, dass eine Reynoldszahl für Luft von <1800, vorzugsweise <4000, insbesondere <10000, eingehalten ist (Leerrohrgeschwindigkeit).
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Versorgungsleitung (6) als auch die Zweigleitungen (7) im Durchmesser derart bemessen sind, dass eine Reynoldszahl für Luft von <1800, vorzugsweise <4000, insbesondere <10000, eingehalten ist.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung eines Stranges (10) in einer Stranggießanlage zwei oder mehrere Zweigleitungen (7) von einer Versorgungsleitung (6) ausgehen und die Mischkammer (1) in einem wärmegeschützten Bereich vorgesehen ist.
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