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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
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Eine Stranggießanlage arbeitet herkömmlicher Weise wie in 1 dargestellt. Dabei fließt ein noch flüssiges Metall in eine Form, die Kokille, wo es abgekühlt wird. Kokillen sind wieder verwendbare Formen zum Gießen von Metallen und Legierungen. Eine Kokille beim Stranggießen ist unten offen.
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Während des Abkühlvorgangs bildet sich äußerlich eine Strangschale. Die Liquidus (Beginn der Erstarrung) bzw. Solidus (vollständige Erstarrung) Temperatur von beispielsweise Stahl hängt stark von der chemischen Analyse (enthaltene Legierungselemente und zu welchem Prozentsatz) ab. Nach der Primärkühlung in der Kokille folgt nach verlassen der Kokille die sekundäre Kühlung durch Sprühdüsen. Dabei verdampfen bei Wasserdüsen lediglich ca. 5% des eingesetzten Wassers. Der Rest läuft ab und wird wieder abgekühlt. Der vollständig erstarrte Metallstrang wird beim Verlassen der Anlage in Stücke, die sogenannten Brammen, Vorblöcke, Knüppel oder Billets, geschnitten. Dabei beträgt die Außentemperatur des Strangs bei Stahl ca. 900°C und die Kerntemperatur etwas weniger als Solidus Temperatur. Der Energiegehalt dieser Strangstücke entspricht immer noch ca. 50% der Energie des flüssigen Metalls. Den Energiefluss einer Stranggießanlage stellt 2 dar.
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Das zunächst flüssige Metall muss während der Erstarrung beispielsweise für einen Kohlenstoff Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0.05 wt% von ca. 1550°C auf ca. 1500°C abgekühlt werden. Die dabei freiwerdende Energie kann in der Regel nicht genutzt werden.
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Eine weitere Schwierigkeit stellt die Überhitzung des Stahls beim Gießen dar. Um ein Einfrieren des Stahls im Gießrohr beim Befüllen der Kokille zu verhindern, wird der Stahl mit einer Temperatur von ca. 20°C–50°C oberhalb der Liquidus Temperatur vergossen. Diese führt aufgrund der z. B. daraus resultierenden verstärkten Seigerung, dem ungleichmäßigen Schalen/Dendritenwachstum, der Gefahr der Bildung von Oberflächenrissen und der Gefahr von Durchbrüchen zu Qualitäts- und Produktionsproblemen. Den Stahl ohne bzw. mit geringer Überhitzung zu gießen, erweist sich jedoch aufgrund der Gefahr des Einfrierens des Stahls im Verteiler bzw. Gießrohr als schwierig.
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Der Wärmeinhalt des flüssigen Stahls wird derzeit in einer Stranggießanlage durch Primärkühlung in der Kokille und später im Prozess durch eine Sekundärkühlung, sowie durch thermische Strahlung und Maschinenkühlung abgeführt. Alle diese Wärmeabfuhrkonzepte wirken jedoch lediglich an der Oberfläche des Strangs und nicht im Zentrum des noch flüssigen Strangs. Auf diese Weise kann die Wärme nur sehr langsam abgeführt werden, da Stahl eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt. Um den negativen Auswirkungen auf die Qualität der Produkte entgegen zu wirken, werden z. B. elektromagnetische Rührer eingesetzt, die während des langsamen Erstarrens des flüssigen Stahls für ständige Durchmischung sorgen sollen, um so z. B. Seigerungseffekte zu reduzieren oder z. B. eine Homogenisierung der Temperaturverteilung zu erreichen. Die Energie der in einem Primärkreislauf abgeführten Wärme geht praktisch vollständig verloren, obwohl Wärmestromdichten bis zu 2 MW/m2 erreicht werden, in Sonderfällen auch darüber. Dies stellt 2 dar.
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Die
DE 103 55 430 A1 offenbart ein Verfahren zur Temperaturführung einer Schmelze in einer gekühlten Stranggießkokille, wobei der Schmelze Wärme durch die gekühlten Kokillenwände kontinuierlich entzogen und der Wärmeinhalt der Schmelze zusätzlich an mehreren über den Kokillenquerschnitt verteilten Stellen beeinflusst wird, wobei der Wärmeinhalt der Schmelze durch Wärmetausch mit einem ein Wärmetauscherelement durchströmendes Kühlmittel verringert wird. Um in der mit einer vorbestimmten Überhitzungstemperatur in die Stranggießkokille eingebrachten Schmelze möglichst schnell und großräumig Bedingungen für die Ausbildung einer ungerichteten Erstarrungsstruktur zu schaffen wird vorgeschlagen, dass an Stellen, an denen der Wärmeinhalt der Schmelze beeinflusst wird, in die Schmelze ragende Erstarrungszungen ausgebildet werden, die mit den an den Kokillenwände gebildeten Strangschalen zusammenwachsen, bei der Ausförderung des teilerstarrten Stranges zumindest teilweise wieder aufschmelzen und die Temperatur der Schmelze absenken. Weiter wird eine Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens offenbart.
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Die
EP 1 149 648 A1 offenbart ein Verfahren zur thermischen Kontrolle der dem Stahl zugewandten Kupferplatte einer Stranggießkokille, für unterschiedliche Gießgeschwindigkeiten, Kupferplattendicken, Gießformate, Wassermengen und Wasserdrücke offenbart. Es ist vorgesehen, dass eine wählbare Kokillenkühlwassertemperatur am Kokillenauslauf, unabhängig von der Gießgeschwindigkeit konstant gehalten wird, die Kokillenauslauftemperatur mit Hilfe einer Kurzverrohrung zwischen dem Kokillenauslauf und dem Kokilleneinlauf und eines Zwei-Wege-Ventils mit Abzweigverrohrung für eine Teilmenge des Kokillenauslaufwassers auf einen Wärmetauscher gemessen und geregelt wird, und das heiße Kokillenauslaufwasser mit dem gekühlten Kokillenauslaufwasser gemischt wird und in Abhängigkeit von den Gießbedingungen temperaturkontrolliertes Kokilleneinlaufwasser, geregelt in Wassermenge und Wasserdruck mittels Pumpstation so durch die Kokille getrieben wird, dass das Kokillenwasser am Kokillenausgang eine konstante Temperatur aufweist.
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Die
DE 35 05 417 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strangguss von Rohren oder Hohlknüppeln aus Metall sowie zur Energierückgewinnung. Beim Stranggießen von Rohren oder Hohlknüppeln wird die Schmelze aus dem Verteiler in die Kokille mit konzentrisch angeordnetem Innendorn geleitet. Durch die hier stattfindende Primärkühlung befindet sich unterhalb des Gießspiegels die innere und äußere Strangschale, die den noch flüssigen Kern umgibt. Es wird vorgeschlagen, den Innendorn durch Wärmerohre zu kühlen oder ihn als solches auszuführen. Damit ist es möglich, bei geringen Abmessungen die hier abzuführende hohe Energiestromdichte zu transportieren. Weiterhin wird vorgeschlagen, generell beim Strangguss von Hohl- und Vollsträngen im Bereich der Primär- und Sekundärkühlung dem Energietransport mittels des Prinzips des Wärmerohres durchzuführen. Dies gestattet es, die anfallende Energie auf hohem Temperaturniveau rück zu gewinnen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung beim Stranggießverfahren die in der Metallschmelze enthaltene Wärme weiter zu nutzen. Es soll zudem die Temperaturverteilung in der Metallschmelze homogenisiert werden, was sich positiv auf die Innenqualität der Produkte auswirken wird. Des Weiteren soll die Überhitzung der Metallschmelze abgebaut werden. Qualitätsprobleme wie z. B. Seigerungen und Rissbildung sollen vermindert werden.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und einem Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Nutzung von Abwärme der Metallschmelze in einer Stranggießanlage bereitgestellt, mit einem Zwischenbehälter, dem Verteiler, zur Aufnahme des flüssigen Metalls bzw. der Legierung, eines Gießrohres zum Leiten der Metallschmelze vom Verteiler in die Kokille. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine in der Metallschmelze im Verteiler und/oder in der Metallschmelze in der Kokille angeordnete Kühleinrichtung bereitgestellt wird, wobei ein Kühlmittel durch die Kühleinrichtung geleitet wird und der Metallschmelze Wärme entzieht. Das dabei erwärmte Kühlmittel transportiert die Wärme aus dem Verteiler und/oder der Kokille und stellt diese an anderer Stelle für eine weitere Nutzung bereit.
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Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus der beim Abkühlen von Metallschmelzen auf einer Stranggießanlage frei werdenden Wärme vorgeschlagen. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren können darüber hinaus die Temperaturverteilung innerhalb des flüssigen Metalls vergleichmäßigen. Die Bezeichnung flüssiges Metall umfasst beispielsweise Aluminium und Aluminium Legierungen sowie alle vergießbaren Stahlgüten und andere Legierungen. Die Vorrichtung und das Verfahren sehen vor, die Abwärme des flüssigen Metalls gleichmäßig mit Hilfe einer Kühleinrichtung bis zu einer gewissen Grenze abzuführen und diese Wärme zur weiteren Nutzung zur Verfügung zu stellen. Der Schmelze kann an dieser Stelle nur die Wärme bis kurz vor dem Erstarrungspunkt entzogen werden. Die Schmelze weist dabei bei Stahl Temperaturen von maximal ca. 1600°C auf. Es ist also möglich, das flüssige Metall um die Temperaturdifferenz zwischen aktueller Temperatur des flüssigen Metalls bis kurz oberhalb der Liquidus Temperatur abzukühlen. Für das Vergießen von Stahl bewegt sich diese Temperaturdifferenz im Bereich von ca. 30°C bis max. 70°C. Die beim Abkühlen freiwerdende Wärme kann in verschiedenen Arten verwendet werden.
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Mit Hilfe der vorgeschlagenen Vorrichtung und des Verfahrens ist es möglich, den Wärmeinhalt der Metallschmelze auszunutzen. Dadurch ist es möglich, die Energieeffizienz eines Gesamtproduktionsprozesses einer Stranggießanlage zu erhöhen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Lösung vorgeschlagen, die Überhitzung der Metallschmelze direkt in der Kokille bzw. im Verteiler einer Stranggießanlage abzubauen. Durch diesen Überhitzungsabbau können Qualitätsprobleme wie z. B. Seigerung und ungleichmäßigen Schalen/Dendritenwachstum minimiert werden. Außerdem kann die Prozesssicherheit erhöht werden, da z. B. die Gefahr von Durchbrüchen reduziert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kühleinrichtung ein Thermosiphon, eine Heatpipe, ein Stab oder eine Sprühkühleinrichtung sein. Dabei unterscheiden sich Thermosiphon und Heatpipe lediglich darin, dass die Rückführung des Kühlmittels zur Kühleinrichtung in der Metallschmelze durch Wirkung der Schwerkraft oder aufgrund des Kapillareffekts erfolgt. Grundsätzlich kann eine Sprühkühleinrichtung ebenso den Thermosiphons zugeordnet werden.
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Durch die Verwendung einer Sprühkühleinrichtung ergeben sich folgende Vorteile. Die Sprühkühleinrichtung kann besonders vorteilhaft in einer Kokille oder einem Verteiler einer Stranggießanlage positioniert werden. Auf diese Weise kann z. B. eine starke Verringerung der Zentrumsseigerung oder ein feineres und globulares Korn im Gefüge erzeugt werden. Eine vorgeschlagene Sprühkühleinrichtung ist wesentlich effektiver und kostengünstiger als eine herkömmliche Rühreinrichtung. Mittels eines geringen Investitionsaufwandes kann eine große Wirkung erzielt werden. Eine Sprühkühleinrichtung ist einfach implementierbar und kann ebenso durch eine Nachrüstung in ein bestehendes System integriert werden. Die Betriebskosten sind sehr niedrig. Mittels Verwendung einer Sprühkühleinrichtung kann besonders vorteilhaft eine Wärmerückgewinnung erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sprühkühleinrichtung aus mehreren in die Metallschmelze eingetauchte Hohlkörper aufgebaut sein, in die jeweils eine Sprühdose mit einer geschlossenen Umhüllung ohne Kontakt zum umgebenden Hohlkörper und zur Metallschmelze eingebracht sein kann.
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Eine Sprühdose ist allgemein eine Dose zum Versprühen von Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeiten unter Druck stehen. Durch feine Öffnungen oder Düsen kann das Kühlmittel der Sprühdose herausgesprüht, zerstäubt und aufgetragen werden.
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Dose kann allgemein ein Behälter, insbesondere mit einem Deckel oder Verschluss, sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Hohlkörper mit Luft gefüllte zylindrische Keramikhohlkörper sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sprühdose eine innere, Öffnungen in einer Oberfläche aufweisende, beispielsweise gelöcherte, Leitung besitzt, durch die das Kühlmittel durch die Öffnungen der Leitung auf die Innenwand der äußeren Umhüllung der Sprühdose gesprüht und somit Kühlmitteldampf erzeugt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mindestens eine Abführleitung bereitgestellt werden zum Abführen überschüssigen Kühlmittels und Kühlmitteldampfs aus der Umhüllung der Sprühdose heraus.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Dampfabführleitungen an einer der Metallschmelze abgewandten oberen Seite der Sprühdose zum Abführen des Kühlmitteldampfs aus der Umhüllung der Sprühdose heraus angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zur Erzeugung eines rotierenden Stroms des Kühlmitteldampfs ein spiralförmig angeordnetes Leitblech an einer Außenwand der inneren gelöcherten Leitung und/oder an einer Innenwand der äußeren Umhüllung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Rauhigkeiten oder eine Rillung in Richtung der Spiralform an der Innenwand der äußeren Umhüllung zur Erhöhung des Wärmeübergangs bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mehrere parallel arbeitende Thermosiphons oder Heatpipes z. B. aus Metallen wie z. B. Stahl bestehen und mit Kacheln oder einer Keramik beschichtet sein. Im Falle der Verwendung von Stäben können diese aus gut leitenden Komposite-Werkstoffen bestehen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kühlmittel Wasser sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erzeugte Kühlmitteldampf in ein Dampfnetzwerk eingespeist werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erzeugte Kühlmitteldampf mit Hilfe eines Wärmetauschers wieder kondensiert und als Kühlmittel wieder der Kühleinrichtung zugeführt werden, wobei die Wärme am Wärmetauscher zur weiteren Verwendung freiwerden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Wärme am Wärmetauscher zum Erzeugen von elektrischer Energie, beispielsweise mittels eines organischen Rankinekreislaufs, verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Wärme am Wärmetauscher für die Stranggießanlage verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vor einer weiteren Nutzung, die Wärme am Wärmetauscher mittels einer Batch-Einrichtung zwischengespeichert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Wärme am Wärmetauscher von einem thermoakustischen Generator oder Kompressor, einem thermokinetischem Kompressor oder einem Stirlingantrieb genutzt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Stranggießanlage;
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2 eine Enthalpieaufteilung der Metallschmelze;
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3 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung;
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4 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung;
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5 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung,
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6 eine Detailansicht des dritten Ausführungsbeispiels einer Kühleinrichtung.
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7 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine Stranggießanlage arbeitet herkömmlicher Weise wie in 1 dargestellt. Bezugszeichen 1 kennzeichnet einen Verteiler, in dem eine Metallschmelze 8 enthalten ist. Die Metallschmelze 8 wird von dem Verteiler 1 durch ein Gießrohr 1a in eine Kokille 2 (Stranggießform) eingeleitet. In der Kokille 2 bildet sich aufgrund einer Primärkühlung 7 eine Strangschale aus, so dass der Strang 3 sich nach verlassen der Kokille 2 durch ein Rollengerüst gestützt selber trägt. Im Inneren des Strangs 3 befindet sich immer noch Metallschmelze 8. Nach Verlassen der Kokille 2 folgt eine sekundäre Kühlung durch Sprühkühlung 8a mit Wasser. Dabei verdampfen nur ca. 5% des eingesetzten Wassers. Der Rest wird flüssig abgeführt und abgekühlt. Bezugszeichen 5 bezeichnet das Ende eines flüssigen Kerns der Metallschmelze 8. Bezugszeichen 6 kennzeichnet einen primären Kühlbereich, in dem ein geschlossener Wasserkühlkreislauf genutzt wird. Bezugszeichen 7 kennzeichnet einen sekundären Kühlbereich. Bezugszeichen 4 kennzeichnet den in Stücke geschnittenen Strang.
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2 zeigt den Enthalpiegehalt 20 eines Strangstücks 4, der immer noch 50% der Enthalpie der Metallschmelze 8 beträgt. Die Energie der im Primärkühlkreislauf abgeführten Wärme geht praktisch vollständig verloren, obwohl für Stahl Wärmestromdichten bis zu 2 MW/m2 erreicht werden. Die Gesamtenthalpie 9 von flüssigem Stahl mit z. B. 1332 MJ/t teilt sich auf in einen durch die Primärkühlung in der Kokille abgeführte Wärmemenge 10 in Höhe von ca. 6%. In einen Anteil durch interne Maschinenkühlung abgeführte Wärmemenge 12 in Höhe von ca. 9% und in einen durch Erwärmung des Wassers der sekundären Sprühkühlung abgeführten Anteil 14 in Höhe von ca. 9%. Durch sekundäres Spraykühlen und Verdampfen des Kühlwassers 16 werden insgesamt ca. 22% der Energie freigesetzt. Durch Strahlung 18 werden ca. 3% freigesetzt. Im Strangstück 4 verbleibt eine Enthalpie 20 mit einem Anteil von ca. 53% der Gesamtenthalpie 9.
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3 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, einer Metallschmelze 8 gleichmäßig mit Hilfe von Heatpipes oder Thermosiphons 22 bis zu einer gewissen Grenze Wärme zu entziehen und diese Wärme dann zur weiteren Nutzung, zur Verfügung zu stellen. Es werden viele parallel arbeitende Thermosiphons, Heatpipes 22 oder aus Komposite-Werkstoff bestehende Stäbe direkt in den mit Metallschmelze 8 gefüllten Verteiler 1 (oder in der Kokille 2) angeordnet. Thermosiphons 22 können aus z. B. mit Kacheln oder Keramik beschichteten Metallrohren gefertigt sein. Auf diese Weise entsteht ein starkes Temperaturgefälle von der Metallschmelze 8 zum Metallgehäuse des Thermosiphons 22. Dadurch wird die Wärme von der Metallschmelze 8 auf einem hohen Temperaturniveau abgeführt. Der Thermosiphon 22 an sich arbeitet bei einer sehr viel niedrigeren Temperatur. Am anderen Ende des Thermosiphons 22 wird entweder Wasser verdampft oder die Wärme an einen anderen Wärmeträger übergeben und mit Hilfe eines Wärmetauschers 24 weitergeleitet. Ein Kühlmittel weist das Bezugszeichen 26 auf. Das Kühlmittel kann z. B. Wasser sein und es wird ein entsprechender Wasserdampf 28 aus einer Kühleinrichtung abgeleitet. Eine Ausführung mit Metallstäben oder Stäben aus einem wirksam wärmeleitenden Material, insbesondere Komposite-Werkstoffe, sind anstelle der Thermosiphons 22 ebenso möglich.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung. Diese Ausführungsform ist ebenso als Nachrüstungsmöglichkeit gedacht. Dabei wird eine Art Kühleinrichtung für die Metallschmelze 8 bereitgestellt. Diese Rühreinrichtung kann mittels Thermosiphons, wie dies in Verbindung mit 3 bereits beschrieben worden ist, ein Teil der in der Metallschmelze 8 enthaltenen Wärme abführen. Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Verteiler, in dem eine Metallschmelze 8 enthalten ist. Des Weiteren sind Heatpipes oder ein Thermosiphons 22 dargestellt. 24 bezeichnet einen Wärmetauscher.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 kann Dampf hergestellt werden, um entweder elektrische Energie zu erzeugen oder diesen Dampf in ein bestehendes Dampfnetzwerk einspeisen. Die Wärme kann aber auch mit Hilfe des Batch-Verfahrens zwischengespeichert werden und später weiterverwendet werden. Diese Wärme kann z. B. mit Hilfe von einem thermoakustischen Generator oder thermoakustischen Kompressor einen thermokinetischen Kompressor, einem Stirlingantrieb, einem Organikrankinekreislauf oder anderen Verfahren genutzt werden.
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3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele wie die Wärme aus einer Metallschmelze 8 entzogen werden kann. Es kann entweder Dampf hergestellt oder über einen Wärmeträger bzw. ein Kühlmittel und einen Wärmetauscher 24 die Wärme für einen weiteren Prozess zur Verfügung gestellt werden. Eine Ausführung mit Metallstäben oder Stäben aus einem anderen sehr gut leitenden Material, wie beispielsweise Komposite-Werkstoffe, sind ebenso möglich. Es sind weitere Ausführungsformen möglich. Es können (Hochtemperatur)-Thermosiphons 22 oder Stäbe sehr gut leitenden Materials zum Abtransport von Abwärme und zur Abwärmenutzung von der Metallschmelze 8 vorteilhaft genutzt werden.
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5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung. Die linke Seite der zeigt die Draufsicht einer Kokille 31. Die rechte Seite der 5 zeigt eine Seitenansicht der Kokille 31. Bezugszeichen 31 kennzeichnet die Kokille. Bezugszeichen 33 kennzeichnet eine Spraykühlung. Bezugszeichen 35 kennzeichnet ein Gießrohr. Bezugszeichen 37 kennzeichnet eine Einheit zur Wärmerückgewinnung aus Wasserdampf. Es wird eine Kühlung mittels Sprühkühlung vorgeschlagen, welche besonders vorteilhaft mit Wasser als Kühlmittel bzw. Kältemittel arbeitet. Die Wärmeentkopplung soll über mehrere zylindrische Keramikkörper, die beispielsweise in flüssigen Stahl eingetaucht werden, erfolgen. Als Metallschmelze 8 sind ebenso andere Metalle oder Legierungen möglich.
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6 zeigt eine detaillierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Spraykühleinrichtung. In ein Keramikrohr 40 oder einen Keramikkörper sollen geschlossene Sprühdosen 42 eingefügt werden, wobei beide unabhängig voneinander bewegbar sind und nicht im mechanischen Kontakt miteinander stehen. Zwischen dem Keramikrohr 40 und der Sprühdose 42 ist der Raum mit einem Gas beispielsweise mit Luft 44 gefüllt. Die Sprühdose 42 kommt damit nicht in Kontakt mit einer Metallschmelze 8. Ein Wärmeaustausch zwischen Keramikrohr 40 und der Sprühdose 42 erfolgt hauptsächlich durch Wärmestrahlung im Bereich 50. Durch den mehrschichtigen Aufbau ergibt sich ein starker Temperaturgradient, so dass an einem Verdampfer maximale Temperaturen von ca. 200 bis 300°C vorliegen. Die geschlossene Sprühdose 42 soll durch ein innen liegendes gelöchertes oder durchlässiges Rohr 45 auf ein äußeres strukturiertes Rohr 47 sprühen, wobei dieses die äußere Ummantelung der Sprühdose 42 ist. Durch ein weiteres Rohr 49 werden überschüssiges Wasser 46 und Dampf 48 abgeführt. Vorteilhafter Weise erfolgt die Abfuhr von Dampf 48 am in Schwerkraftrichtung oberen Ende der äußeren Umhüllung der Spraydose 42 bzw. eines sogenannten Verdampferrohres wegen des wesentlich größeren Austrittquerschnitts. Durch ein nicht dargestelltes spiralig angeordnetes Leitblech an einer Sprührohraußenseite oder einer Verdampferrohrinnenseite kann ein Dampfstrom in Rotation versetzt werden. Auf diese Weise entsteht eine hohe Fliehkraft, die die Sprühtröpfchen an eine Verdampferwandung schleudert. Die notwendige Anzahl der Sprühdosen kann auf diese Weise reduziert werden. Durch eine hohe Zentrifugalkraft von einem Vielfachen der Erdbeschleunigung im vom Dampfstrom mitgerissenen Wasserfilm wird gleichzeitig das Einsetzen eines Leidenfrosts-Phänomens zu wesentlich größerer Überhitzung verschoben. Das heißt es können wesentlich höhere Wärmeströme sicher beherrscht werden, als im Falle eines geradlinigen Dampfstromes. Rauhigkeiten oder eine Rillung des Verdampferrohres in derselben Spiralrichtung können den Wärmeübergang weiter erhöhen.
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Die in dem entstehenden Wasserdampf 48 enthaltene Wärme kann mit Hilfe von einem Wärmetauscher weitergeleitet werden und somit zur Wärmerückgewinnung nutzbar gemacht werden. Die Wärme kann kontinuierlich oder diskontinuierlich bereitgestellt sein. Wird die Wärme zunächst diskontinuierlich bereitgestellt, kann durch Einsatz eines sogenannten Batch- oder Chargen-Verfahrens die Wärme zuerst in einem Wärmespeicher zwischengespeichert und anschließend kontinuierlich weitergeleitet werden. Die Wärme kann beispielsweise mit Hilfe von einem thermoakustischen Generator oder thermoakustischem Kompressor, einem thermokinetischen Kompressor, einem Stirlingantrieb, einem Organikrankinekreislauf oder anderen Verfahren genutzt werden.
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7 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß einem Verfahren erfolgt eine Nutzung von Abwärme und ein Abbau einer Überhitzung einer Metallschmelze in einer Stranggießanlage mit den Schritten S1: Aufnehmen der Metallschmelze 8 in einem Verteiler 1; S2: Leiten der Metallschmelze 8 von dem Verteiler 1 in eine Kokille 2, d. h. die Metallschmelze 8 wird in eine Strangform gegossen, wobei die Metallschmelze 8 zunächst eine Strangschale ausbildet und mit zunehmender Entfernung von der Kokille 2 vollständig erstarrt; S3: Kühlen mittels mindestens einer in der Metallschmelze 8 in dem Verteiler 1 und/oder in der Metallschmelze 8 in der Kokille 2 angeordneten Kühleinrichtung, wobei ein Kühlmittel 46 durch die Kühleinrichtung geleitet wird und die Wärme des durch die Metallschmelze 8 erwärmten Kühlmittels 46 für eine weitere Verwendung nutzbar macht.
