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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen und Führen eines aus einer Kokille austretenden Metallstrangs, aufweisend wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs anordbare Führungsgitter, die unter Ausbildung eines Führungsspalts, durch den der Metallstrang kontinuierlich hindurchführbar ist, beabstandet zueinander angeordnet sind, und wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs anordbare Kühleinrichtungen, die jeweils mehrere über eine quer zu einer Strangförderrichtung gegebene Breite des jeweiligen Führungsgitters angeordnete Sprühdüsen aufweisen, mittels denen eine Kühlflüssigkeit durch das jeweilige Führungsgitter hindurch auf die Breitseiten des Metallstrangs aufsprühbar ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Stranggießanlage mit wenigstens einer Kokille und wenigstens einer Vorrichtung zum Kühlen und Führen eines aus der Kokille austretenden Metallstrangs.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen und Führen eines aus einer Kokille austretenden Metallstrangs, wobei der Metallstrang kontinuierlich durch einen Führungsspalt zwischen wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs angeordneten Führungsgittern hindurchgeführt und hierbei Breitseiten des Metallstrangs mittels zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs angeordnete Kühleinrichtungen, die jeweils mehreren über eine quer zu einer Strangförderrichtung gegebene Breite des jeweiligen Führungsgitters angeordnete Sprühdüsen aufweisen, durch das jeweilige Führungsgitter hindurch mit einer Kühlflüssigkeit besprüht werden.
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Ein aus einer Kokille einer Stranggießanlage austretender Metallstrang wird zur Ausbildung einer Strangschale gewünschter Dicke gekühlt und hierbei gleichzeitig geführt, wozu aus dem Stand der Technik verschieden ausgebildete Vorrichtungen bekannt sind. An eine solche Vorrichtung schließen sich in Strangförderrichtung Rollensegmente mit Strangführungsrollen an. Die Rollensegmente führen den Metallstrang zu einem Walzwerk der Stranggießanlage und kühlen hierbei den Metallstrang, indem mittels Sprühdüsen eine Kühlflüssigkeit auf Breitseiten des Metallstrangs aufgesprüht wird.
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Bekannt ist es, an einem Rollensegment über die Breite des Metallstrangs mehrere in Reihe angeordnete Kühlzonen vorzusehen, deren Kühlflüssigkeitsversorgung in Abhängigkeit der jeweiligen Breite des Metallstrangs variiert werden kann. Insbesondere kann die Versorgung von randseitigen Kühlzonen verringert werden, wenn der Metallstrang eine geringere Breite aufweist.
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Entsprechende Kühlzonen sind bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum Kühlen und Führen eines aus einer Kokille austretenden Metallstrangs nicht vorhanden. Hierdurch trifft ein Sprühkegel einer Sprühdüse, die außerhalb der jeweiligen Strangbreite liegt, auf die jeweiligen Kanten und die jeweilige Schmalseite des Metallstrangs. Hierdurch werden die Kanten und die Schmalseite stärker abgekühlt als bei breiteren Metallsträngen. Dadurch wird bei schmaleren Metallsträngen an den Schmalseiten eine dickere Strangschale ausgebildet als bei breiteren Metallsträngen.
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In den oben genannten Rollensegmenten wird der Metallstrang in der Regel durch das LCR (Liquid Core Reduction) in seiner Dicke reduziert, beispielsweise von 62 mm Strangdicke nach der Kokille auf eine Strangdicke bis minimal 48 mm. Bei dem Vorhandensein von kälteren Kanten und/oder einer größeren Strangschalendicke an den Schmalseiten des Metallstrangs werden in diesen Bereichen höhere Kräfte für das LCR benötigt, wodurch die Strangführungsrollen in diesen Bereichen schneller verschleißen.
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Durch eine Verminderung der gesamten von einer Vorrichtung zum Kühlen und Führen eines aus einer Kokille austretenden Metallstrangs abgegebenen Kühlflüssigkeitsmenge bei schmaleren Strangbreiten werden die Schmalseiten eines Metallstrangs weniger stark gekühlt. Dies hat aber den Nachteil, dass auch auf den Breitseiten des Metallstrangs die spezifische Kühlflüssigkeitsbeaufschlagung vermindert wird. Hierdurch wird die Strangschalendicke an den Breitseiten des Metallstrangs verringert. Dies kann durch Ausbauchungen zwischen den Strangführungsrollen der Rollensegmente und damit zu Gießspiegelschwankungen führen. Zudem wird eine längere Sumpfspitze erzeugt, wodurch die maximale Gießgeschwindigkeit kleiner und damit die Produktion vermindert wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rollenverschleiß in Stranggießanlagen zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung, den abhängigen Patentansprüchen und den Figuren wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden, insbesondere auch bevorzugten oder vorteilhaften, Aspekt der Erfindung darstellen können. Ausgestaltungen der Vorrichtung können dabei Ausgestaltungen des Verfahrens entsprechen, und umgekehrt, selbst wenn im Folgenden hierauf im Einzelfall nicht explizit hingewiesen wird.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen und Führen eines aus einer Kokille austretenden Metallstrangs weist wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs anordbare Führungsgitter, die unter Ausbildung eines Führungsspalts, durch den der Metallstrang kontinuierlich hindurchführbar ist, beabstandet zueinander angeordnet sind, und wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs anordbare Kühleinrichtungen, die jeweils mehrere über eine quer zu einer Strangförderrichtung gegebene Breite des jeweiligen Führungsgitters angeordnete Sprühdüsen aufweisen, mittels denen eine Kühlflüssigkeit durch das jeweilige Führungsgitter hindurch auf die Breitseiten des Metallstrangs aufsprühbar ist, auf. Jede Kühleinrichtung weist wenigstens drei in Breitenrichtung der jeweiligen Kühleinrichtung in Reihe angeordnete Kühlzonen auf, die jeweils mehrere Sprühdüsen und eine diesen Sprühdüsen gemeinsame, separat ansteuerbare, eine Flüssigkeitszufuhr zu diesen Sprühdüsen steuernde Ventileinheit aufweisen.
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Erfindungsgemäß kann eine in Strangquerrichtung gegebene Breite einer Beaufschlagung des zu kühlenden Metallstrangs mit der Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung variiert werden, so dass bei schmaleren Strangbreiten zuverlässig verhindert werden kann, dass die randseitigen Schmalseiten und Kanten des Metallstrangs zu stark abgekühlt und in diesen Bereichen zu große Strangschalendicken ausgebildet werden. Hierdurch wird eine höhere Lebensdauer der Strangführungsrollen in den der Vorrichtung in Strangförderrichtung nachgeschalteten Rollensegmenten erreicht.
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Wenn beispielsweise ein schmalerer Metallstrang gekühlt werden soll, kann eine Versorgung der Sprühdüsen in den äußeren Kühlzonen mittels der jeweiligen Ventileinheiten stark verringert oder vollständig abgeschaltet werden. Die hierbei eingesparte Kühlflüssigkeitsmenge muss daher nicht zur Stranggießanlage befördert, wieder aufgefangen, gereinigt und abgekühlt werden, was mit einer erheblichen Kostenersparnis einhergeht. Zudem bleiben die seitlichen Kanten des schmaleren Metallstrangs wärmer, was die Gefahr von Kantenrissen bei kleineren Strangbreiten verringert. Wenn die Vorrichtung beispielsweise insgesamt achtundsechzig Sprühdüsen aufweist und an jeder Kühleinrichtung zur Kühlung eines Metallstrangs mit geringerer Breite sechzehn Sprühdüsen in den äußeren Kühlzonen abgeschaltet werden, kann die von der Vorrichtung abgegebene Kühlflüssigkeitsmenge bei gleichbleibender spezifischer Beaufschlagung des Metallstrangs mit der Kühlflüssigkeit verringert werden. Dies ergibt im genannten Beispiel eine Kühlflüssigkeitsreduzierung von 32/68 = 47%. Bei einer gesamten Kühlflüssigkeitsmenge von beispielsweise etwa 2700 l/min können etwa 76 m3/h Kühlflüssigkeit eingespart werden. Um ein Verstopfen der Sprühdüsen der äußeren Kühlzonen zu verhindern, kann statt einer Abschaltung der jeweiligen Kühlzone eine Versorgung der jeweiligen Kühlzone mit einem minimalen Kühlflüssigkeitsvolumenstrom von Vorteil sein.
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Jede Kühleinrichtung kann auch mehr als drei in Breitenrichtung der jeweiligen Kühleinrichtung in Reihe angeordnete Kühlzonen aufweisen, wobei insbesondere eine ungerade Anzahl an Kühlzonen vorhanden sein kann. Die Sprühdüsen der Kühleinrichtungen können zur Abgabe von Sprühkegeln aus Kühlflüssigkeit ausgebildet sein. Jede Kühleinrichtung weist pro Kühlzone eine eigene Ventileinheit auf, die den Sprühdüsen der mit der Ventileinheit versehenen Kühlzone gemeinsam ist, was bedeutet, dass alle Sprühdüsen der Kühlzone mittels der einen Ventileinheit mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagbar sind. Durch die separate Ansteuerbarkeit der Ventileinheiten der verschiedenen Kühlzonen, ist die Variation der Breite der Beaufschlagung des Metallstrangs mit der Kühlflüssigkeit möglich.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise Metallstränge aus Stahl oder Aluminium gekühlt und geführt werden. Die Vorrichtung wird zwischen einer Kokille einer Stranggießanlage und einem ersten Rollensegment der Stranggießanlage angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung wenigstens eine die Ventileinheiten ansteuernde elektronische Ansteuereinheit und wenigstens eine mit der Ansteuereinheit verbundene Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Breite des zu kühlenden und zu führenden Metallstrangs auf, wobei die Ansteuereinheit eingerichtet ist, die Ventileinheiten in Abhängigkeit der jeweilig erfassten Breite des Metallstrangs anzusteuern. Die Erfassungseinrichtung kann eine bereits vorhandene Baueinheit einer Stranggießanlage sein, wodurch Kosten eingespart werden. Die Erfassungseinrichtung kann die Breite des jeweiligen Metallstrangs sensorisch erfassen oder aus vorgegebenen Daten ableiten. Die Ansteuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, die Versorgung von Sprühdüsen von randseitigen Kühlzonen teilweise zu reduzieren oder vollständig abzuschalten, wenn ein schmalerer Metallstrang zu kühlen ist, dessen Breite einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
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Eine erfindungsgemäße Stranggießanlage weist wenigstens eine Kokille und wenigstens eine Vorrichtung zum Kühlen und Führen eines aus der Kokille austretenden Metallstrangs auf, die gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander ausgebildet ist.
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Mit der Stranggießanlage sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Stranggießanlage kann insbesondere als CSP-Anlage (Compact Strip Production) ausgebildet sein.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kühlen und Führen eines aus einer Kokille austretenden Metallstrangs wird der Metallstrang kontinuierlich durch einen Führungsspalt zwischen wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs angeordneten Führungsgittern hindurchgeführt und hierbei werden Breitseiten des Metallstrangs mittels zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs angeordnete Kühleinrichtungen, die jeweils mehreren über eine quer zu einer Strangförderrichtung gegebene Breite des jeweiligen Führungsgitters angeordnete Sprühdüsen aufweisen, durch das jeweilige Führungsgitter hindurch mit einer Kühlflüssigkeit besprüht. Es wird eine Breite des zu kühlenden und zu führenden Metallstrangs erfasst, wobei bezüglich der Breite der Führungsgitter in einander gegenüberliegenden, voneinander über einen Mittelbereich getrennten Randbereichen der jeweiligen Kühleinrichtung angeordnete Sprühdüsen in Abhängigkeit der jeweilig erfassten Breite des Metallstrangs mit der Kühlflüssigkeit versorgt werden.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann die Vorrichtung gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die in den Randbereichen angeordneten Sprühdüsen mit einem Mindestvolumenstrom oder nicht mit der Kühlflüssigkeit versorgt, wenn die Breite des Metallstrangs einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Eine Versorgung der in den Randbereichen angeordneten Sprühdüsen mit dem Mindestvolumenstrom hat gegenüber dem vollständigen Abschalten der Kühlflüssigkeitsversorgung den Vorteil, dass ein Verstopfen der Sprühdüsen verhindert wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in Kombination von wenigstens zwei dieser Merkmale miteinander einen vorteilhaften oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Stranggießanlage; und
- 2: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Stranggießanlage.
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In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine wiederholte Beschreibung dieser Bauteile kann weggelassen sein.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Stranggießanlage 1 mit einer Kokille 2, einer Vorrichtung 3 zum Kühlen und Führen eines aus der Kokille 2 austretenden Metallstrangs 4 und mehrere sich an die Vorrichtung 3 anschließende Rollensegmente 5, von denen in 1 lediglich ein Rollensegment 5 teilweise gezeigt ist.
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Die Vorrichtung 3 weist zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten 6 des Metallstrangs 4 angeordnete Führungsgitter 7 auf, von denen in 1 lediglich ein Führungsgitter 7 gezeigt ist und die unter Ausbildung eines nicht gezeigten Führungsspalts, durch den der Metallstrang 4 kontinuierlich hindurchführbar ist, beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 3 zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten 6 des Metallstrangs 4 angeordnete Kühleinrichtungen 8 auf, von denen in 1 lediglich eine Kühleinrichtung 8 gezeigt ist und die jeweils mehrere über eine quer zu einer durch einen Pfeil 9 angedeuteten Strangförderrichtung gegebene Breite des jeweiligen Führungsgitters 7 angeordnete Sprühdüsen 10 aufweisen, mittels denen eine Kühlflüssigkeit durch das jeweilige Führungsgitter 7 hindurch auf die Breitseiten 6 des Metallstrangs 4 aufsprühbar ist.
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Jede Kühleinrichtung 8 weist fünf in Breitenrichtung der jeweiligen Kühleinrichtung 8 in Reihe angeordnete Kühlzonen 8.1, 8.2 und 8.3 auf, die jeweils mehrere Sprühdüsen 10 und eine diesen Sprühdüsen 10 gemeinsame, separat ansteuerbare, eine Kühlflüssigkeitszufuhr zu diesen Sprühdüsen 10 steuernde, nicht gezeigte Ventileinheit aufweisen. Insbesondere weist jede Kühleinrichtung 8 eine mittlere Kühlzone 8.1 und zwei daran angrenzende Kühlzonen 8.2 und zwei randseitige äußere Kühlzonen 8.3 auf. Die äußeren Kühlzonen 8.3 können mittels eines nicht gezeigten Flüssigkeitsregelkreises gemeinsam mit der Kühlflüssigkeit versorgt werden. Gleiches kann für die Kühlzonen 8.2 gelten. Somit kann vorgesehen sein, dass die Kühlzonen 8.1, 8.2 und 8.3 mit drei separaten Flüssigkeitsregelkreisen betrieben werden. Vorzugsweise sind die Kühlzonen 8.1, 8.2 und 8.3 derart angeordnet und aufgeteilt wie in 1 nicht gezeigte Kühlzonen der Rollensegmente 5.
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Ferner weist die Vorrichtung 3 eine die Ventileinheiten ansteuernde, nicht gezeigte elektronische Ansteuereinheit und eine mit der Ansteuereinheit verbundene, nicht gezeigte Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Breite des zu kühlenden und zu führenden Metallstrangs 4 auf. Die Ansteuereinheit ist eingerichtet, die Ventileinheiten in Abhängigkeit der jeweilig erfassten Breite des Metallstrangs 4 anzusteuern.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Stranggießanlage 11 mit einer nicht gezeigten Kokille, einer der Stranggießanlage 11 nachgeschalteten Vorrichtung 3 zum Kühlen und Führen eines aus der Kokille 2 austretenden, nicht gezeigten Metallstrangs und drei sich an die Vorrichtung 3 anschließende Rollensegmente 12, 13 und 14.
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Die Vorrichtung 3 weist zwei auf einander gegenüberliegenden, nicht gezeigten Breitseiten des Metallstrangs angeordnete, nicht gezeigte Führungsgitter auf, die unter Ausbildung eines nicht gezeigten Führungsspalts, durch den der Metallstrang kontinuierlich hindurchführbar ist, beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Führungsgitter können entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung 3 zwei auf einander gegenüberliegenden Breitseiten des Metallstrangs angeordnete Kühleinrichtungen 8 auf, die jeweils mehrere über eine quer zu einer nicht gezeigten Strangförderrichtung gegebene Breite des jeweiligen Führungsgitters angeordnete, nicht gezeigte Sprühdüsen aufweisen, mittels denen eine Kühlflüssigkeit durch das jeweilige Führungsgitter hindurch auf die Breitseiten des Metallstrangs aufsprühbar ist. Die Kühleinrichtungen können entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.
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Jede Kühleinrichtung 8 weist fünf in Breitenrichtung der jeweiligen Kühleinrichtung 8 in Reihe angeordnete Kühlzonen 8.1, 8.2 und 8.3 auf, die jeweils mehrere Sprühdüsen und eine diesen Sprühdüsen gemeinsame, separat ansteuerbare, eine Flüssigkeitszufuhr zu diesen Sprühdüsen steuernde, nicht gezeigte Ventileinheit aufweisen. Insbesondere weist jede Kühleinrichtung 8 eine mittlere Kühlzone 8.1 und zwei daran angrenzende Kühlzonen 8.2 und zwei randseitige äußere Kühlzonen 8.3 auf. Die äußeren Kühlzonen 8.3 können mittels eines nicht gezeigten Flüssigkeitsregelkreises gemeinsam mit der Kühlflüssigkeit versorgt werden. Gleiches kann für die Kühlzonen 8.2 gelten. Somit kann vorgesehen sein, dass die Kühlzonen 8.1, 8.2 und 8.3 mit drei separaten Flüssigkeitsregelkreisen betrieben werden.
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Jedes Rollensegment 12 bzw. 13 bzw. 14 weist fünf Kühlzonen 12.1, 12.2 und 12.3 bzw. 13.1, 13.2 und 13.3 bzw. 14.1, 14.2 und 14.3 auf, die in Abhängigkeit der Breite des jeweiligen Metallstrangs separat ansteuerbar sind und mittels denen ebenfalls Metallstränge unterschiedlicher Breite unter Verwendung der Kühlflüssigkeit kühlbar sind. Vorzugsweise sind die Kühlzonen 8.1, 8.2 und 8.3 wie die Kühlzonen 12.1, 12.2 und 12.3 bzw. 13.1, 13.2 und 13.3 bzw. 14.1, 14.2 und 14.3 der Rollensegmente 12 bzw. 13 bzw. 14 angeordnet und aufgeteilt.
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Ferner weist die Vorrichtung 3 eine die Ventileinheiten ansteuernde, nicht gezeigte elektronische Ansteuereinheit 15 und eine mit der Ansteuereinheit 15 verbundene, nicht gezeigte Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Breite des zu kühlenden und zu führenden Metallstrangs auf. Die Ansteuereinheit 15 ist eingerichtet, die Ventileinheiten in Abhängigkeit der jeweilig erfassten Breite des Metallstrangs anzusteuern. Zudem ist die Ansteuereinheit 15 eingerichtet, die Kühlzonen 12.1, 12.2 und 12.3 bzw. 13.1, 13.2 und 13.3 bzw. 14.1, 14.2 und 14.3 der Rollensegmente 12 bzw. 13 bzw. 14 entsprechend anzusteuern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stranggießanlage
- 2
- Kokille
- 3
- Vorrichtung
- 4
- Metallstrang
- 5
- Rollensegment
- 6
- Breitseite von 4
- 7
- Führungsgitter
- 8
- Kühleinrichtung
- 8.1
- Kühlzone von 8
- 8.2
- Kühlzone von 8
- 8.3
- Kühlzone von 8
- 9
- Pfeil (Strangförderrichtung)
- 10
- Sprühdüse
- 11
- Stranggießanlage
- 12
- Rollensegment
- 12.1
- Kühlzone von 13
- 12.2
- Kühlzone von 13
- 12.3
- Kühlzone von 13
- 13
- Rollensegment
- 13.1
- Kühlzone von 14
- 13.2
- Kühlzone von 14
- 13.3
- Kühlzone von 14
- 14
- Rollensegment
- 14.1
- Kühlzone von 15
- 14.2
- Kühlzone von 15
- 14.3
- Kühlzone von 15
- 15
- Ansteuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2509872 A1 [0003]
- DE 2616487 A1 [0003]
- DE 2007587 A [0003]
- DE 2143962 A [0003]
- JP 2007111772 A [0003]
