DE1235514B - Vorrichtung zum Kuehlen der Oberflaechen von Giessbaendern an Stranggiessmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B22d

Deutsche Kl.: 31 b2-11/06

Nummer: 1235 514

Aktenzeichen: H 28911VI a/31 b2

Anmeldetag: 27. Dezember 1956

Auslegetag: 2. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen der Oberflächen von Gießbändern an Stranggießmaschinen mit zwei endlos umlaufenden, biegsamen Gießbändern, zwischen denen geschmolzenes Metall erstarrt und denen mehrere, über jeweils im wesentlichen die ganze Breite der Oberfläche reichende Kühlmitteleinrichtungen zugeordnet sind.

Die Kühleinrichtung besteht bei einer derartigen Vorrichtung aus einer jedem Gießband im Gießbereich zugeordneten Kammer, deren eine Wand das sich bewegende Gießband ist. In die Kammer wird Kühlflüssigkeit eingespeist. Die Rückseite des Gießbandes wird somit von im wesentlichen in Ruhe befindlichem Kühlwasser gekühlt. Der Wärmeübergang ist jedoch relativ gering. Die Kühlwirkung ist also insbesondere bei hoher Wärmebelastung nicht ausreichend.

Bei einer anderen Vorrichtung, bei der auf ein bewegtes Metallband eine Aluminiumschicht kontinuierlich aufgegossen wird, dieses Metallband aber nicht endlos umläuft, sind auf der Rückseite des Metallbandes zwei Zonen vorgesehen, zwischen denen sich eine mit Umfangsnuten ausgerüstete Stützwalze befindet, die ein Hindurchströmen von Kühlflüssigkeit ermöglicht. Die Kühlflüssigkeitsstrahlen werden unter einem Winkel von etwa 45° gegen die ebene Oberfläche des Gießbandes gerichtet. Wegen der starken Turbulenz in der Aufsprühzone ergeben sich örtlich recht hohe Wärmeübergangszahlen. Jedoch prallt der Wasserstrahl mit derart hoher kinetischer Energie gegen das Band, daß er zurückgeworfen wird. Die Kühlflüssigkeit benetzt also das Band nicht gleichmäßig, sondern es bilden sich im Gegenteil örtliche Bereiche aus, die Luft oder Kühlmitteldampf oder ein Gemisch aus beiden zwischen der Kühlflüssigkeit und dem Band aufweisen. An diesen Stellen wird der Wärmeübergang außerordentlich erschwert, weswegen das Band hier unzulässig hohe Temperaturen annimmt. Auch kann kein zusammenhängender Kühlfilm erreicht werden, da die unter 45° aufgespritzte Flüssigkeit dazu neigt, unter einem dem Einfallswinkel entsprechenden Ausfallswinkel wieder abgeschleudert zu werden. Da die Rückseite des Metallbandes die Unterseite ist, wird diese Wirkung noch durch die Schwerkraft unterstützt. Die Kühlwirkung der bekannten Vorrichtung ist somit im wesentlichen nur auf den Bereich beschränkt, wo die Kühlflüssigkeit aufgesprüht wird. Auch hier ist sie jedoch nur unvollkommen, da lokale Wärmedämmpolster nicht zu vermeiden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile zu vermeiden, Vorrichtung zum Kühlen der Oberflächen
von Gießbändern an Stranggießmaschinen

Anmelder:

Hazelett Strip-Casting Corporation,

Burlington, Vt. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:
Clarence William Hazelett,
Greenwich, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 27. Dezember 1955
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d. h., bei der Vorrichtung der eingangs geschilderten Art die Wärmeübertragungsverhältnisse zu verbessern, insbesondere die Bildung von Wärmedämmpolstern zwischen Band und Kühlflüssigkeit zu vermeiden und die Kühlwirkung zu vergleichmäßigen. Außerdem soll die Kühlvorrichtung vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlmitteleinrichtungen zur Erzielung eines zusammenhängenden, rasch fließenden, freien, an der dem Band abgewandten Seite der Atmosphäre ausgesetzten Kühlmittelfilms auf der zu kühlenden Oberfläche Kühlmittelzufuhrdüsen aufweisen, deren Düsenachsen nur geringe, jedoch untereinander im wesentlichen gleiche Winkel mit der Gießbandoberfläche bilden, das Kühlmittel in allen Zufuhreinrichtungen unter ausreichend hohem Druck steht, um den Film im Bereich jeder Beaufschlagungsstelle mengenmäßig zu ergänzen, ihn zu kühlen und ihn durch Mitteilung von kinetischer Energie zu beschleunigen, und im Bereich jeder Beaufschlagungsstelle eine Abstreifeinrichtung vorgesehen ist, die von dem zusammenhängenden Film an der der Atmosphäre zugewandten Seite eine überschüssige Flüssigkeitsschicht abstreift.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin- daß mindestens eine der an den Enden des ebenen dungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß das Teilbereiches vorgesehenen Leit- und Antriebswal-Abstreifen der Flüssigkeit vor der Zufuhr neuer zen mindestens eines Gießbandes mit Umfangsnuten Flüssigkeit erfolgt und daß an den stärker wärme- begrenzenden, das Gießband führenden Umfangsripbeanspruchten Bereichen des Bandes die Kühlflüs- 5 pen versehen ist und daß zur Beaufschlagung des sigkeitszufuhr mit höherem Druck erfolgt. konkaven Bereiches des Gießbandes mit Kühlflüssig-Gemäß der Erfindung wird die Kühlflüssigkeit keit Düsen vorgesehen sind, deren aufgesprühte beinahe tangential, d, h. mit einem nur sehr kleinen Flüssigkeit anschließend, unterstützt durch Zentri-Anstellwinkel auf die zu kühlende Oberfläche auf- fugalwirkung, als Film in enger Anlage an der Gießgebracht. Dadurch wird erreicht, daß der Wärme- io bandoberfläche durch die Umfangsnuten der Walzen übergang über die gesamte Oberfläche konstant ist. geführt wird.

Insbesondere tritt keine Ablösung der Flüssigkeit Besondere Bedeutung hat das erfindungsgemäße von der zu kühlenden Oberfläche auf. Daraus- folgt, Kühlprinzip bei der Kühlung dünner Gießbänder, daß die Temperatur des Bandes in dem gesamten Denn gerade derartige Gießbänder dürfen keine er-Kühlbereich über die Breite und auch die Länge 15 heblichen örtlichen Temperaturunterschiede aufkonstant ist. Darüber hinaus besitzt die aufgesprühte weisen, da sie sich sonst werfen wurden.
Flüssigkeit wegen ihrer hohen kinetischen Energie Es sind zwar auch andere Kühlvorrichtungen beeine Richtungsstabilität, die ein Anhaften der Flüs- kannt, bei denen geschlossene Kühlkanäle vorsigkeit an der zu kühlenden Oberfläche auch noch gesehen sind, in denen Kühlflüssigkeit hindurchim Abstand von der Aufspriihzone sicherstellt. Ge- 20 gedrückt wird, jedoch bedingen derartige Kühlvornau genommen erwärmt sich der benachbart dem richtungen einen erheblich größeren Flüssigkeitsum-Band fließende Kühlmittelstrom etwas, so daß die lauf und wesentlich größere Pumpleistungen. Außerfür den Wärmeübergang maßgebende Temperatur- dem ist die Kühlwirkung geringer, da sich am heißen differenz abnimmt, wodurch es zu einer leichten Er- Gießband nach einer kurzen Anlaufstrecke eine höhung der Temperatur des Gießbandes im Abstand 25 Wasserdampf- bzw. Kühlmitteldampfgrenzschicht von der Aufspriihzone kommt. Dieser leichte Tem- ausbildet, deren Dicke in Strömungsrichtung peraturanstieg erfolgt jedoch stetig. Er ist zu be- anwächst.

herrschen, weswegen sich lokale Stellen mit un- An Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbei-

zulässig hohen Temperaturen vollkommen vermeiden spiel darstellt, sei die Erfindung näher erläutert. Es

lassen. Der am Gießband entlangströmende Film be- 30 zeigt

sitzt an der zu kühlenden Oberfläche eine Reibung, F i g. 1 eine Seitenansicht der Stranggießmaschine,

die sich in einer Geschwindigkeitsverminderung aus- teilweise im Schnitt,

wirkt. Zwar ist die prozentuale Geschwindgikeits- F i g. 2 eine Teilschnittansicht längs 2-2 der

verringerung niedrig, doch ist das absolute Maß F i g. 1,

groß genug, um zu einer merklichen Vergrößerung 35 Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Maschider Filmdicke zu führen. Des weiteren wird kineti- nenteils, die die Kühlwasserzuführung erläutert, und sehe Energie durch Verdampfung der unmittelbar F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichbenachbart den Gießbändern strömenden Schichten tung zur Kühlung der Gießbänder,
verbraucht. Beide Wirkungen resultieren in einer Die Gießmaschine dient besonders zum Gießen Verlangsamung der Kühlflüssigkeitsströmung, wes- 40 von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Das wegen die dem Gießband unmittelbar benachbart flüssige Metall wird über den Verteiler 18 in den strömenden Flüssigkeitsteilchen pro Zeiteinheit eine Gießspalt eingegeben, der vom oberen Band 14 und größere Wärmemenge aufnehmen müssen. Sie er- vom unteren Band 16 begrenzt wird. Im Gießbereich wärmen sich somit über das normale Maß hinaus. erstrecken sich die beiden Bänder parallel. Das un-Die Folge wäre, daß in gewissem Abstand von der 45 tere Gießband 16 ist im Gießbereich von einer An-Aufsprühzone die Temperatur des Gießbandes an- zahl Stützwalzen 72 abgestützt. Entsprechende Walsteigen würde. Dies wird jedoch dadurch vermieden, zen 80 sind im Gießbereich dem oberen Gießband daß der sich erwärmende, teilweise verdampfende 14 zugeordnet. Beide Walzen 72 und 80 sind mit und verlangsamende Film in der nächsten Zone Umfangsrippen 78 bzw. 82 versehen. Die Bänder 14 rückgekühlt, ergänzt und erneut beschleunigt wird. 50 und 16 werden von den Umfangsrippen abgestützt. Der Abstand der beiden Sprühzonen ist somit ab- Die Rippen sind schmal. Zwischen den Rippen hängig von den Strömungseigenschaften des Films. werden Durchgänge für die Kühlflüssigkeit gebildet. Bei der Kühleinrichtung der bekannten Vorrich- Die Kühlvorrichtung umfaßt untere Düsenbalken 88 tung mischt sich die aus der ersten Aufspriihzone und obere Düsenbalken 96. Diese Balken sind mit kommende Flüssigkeit, die ja nicht in Form eines 55 Sprühöffnungen 90 bzw. 98 versehen, aus denen die Films längs des Gießbandes wandert, mit der auf- Kühlflüssigkeit mit sehr geringem Anstellwinkel gegesprühten Flüssigkeit der zweiten Zone, und zwar gen die heiße Bandoberfläche gesprüht wird. Eine derart, daß es zu einer unerwünschten Turbulenz mit von einem Motor 114 angetriebene Förderpumpe örtlich sehr verschiedenen Oberflächentemperaturen 112 drückt die Kühlflüssigkeit über das Rohr 116 in kommt. Demgegenüber bleibt der gemäß der Erfin- 60 ein Verteilerrohr 94, von dem die Verbindungsdung erzeugte laminare Flüssigkeitsfilm voll erhal- leitungen 92 für die unteren Düsenbalken 88 und die ten. Die Zuführung von frischer Kühlflüssigkeit Leitungen 100 für die oberen Düsenbalken 96 dient lediglich dazu, seine Geschwindigkeit auf den abzweigen.

Anfangswert zu erhöhen, seine verdampfte Menge Die sich quer zur Bewegungsrichtung der Bänder

zu ergänzen und seine Temperatur auf den Ur- 65 erstreckenden Düsenbalken bewirken einen hinsicht-

sprungswert zurückzubringen. lieh Geschwindigkeit, Dicke und Temperatur prak-

Des weiteren besteht noch eine vorteilhafte Aus- tisch gleichmäßigen, in Bewegungsrichtung der Bän-

gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, der fließenden Kühlmittelstrom, der sich wegen der

Claims (1)

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   praktisch tangentialen Kühlflüssigkeitszufuhr nicht Das Abstreifen von zu einer Filmverdickung füh-

   von der zu kühlenden Bandoberfläche abhebt. Der renden Flüssigkeitsmengen erfolgt durch Abstreif-Wärmeübergang zwischen der Bandoberfläche und lippen, die sich in geringer Entfernung vom jeweilidem Kühlmittelstrom ist somit über die gesamte gen Band befinden. Die oberen Abstreiflippen 104 Fläche des Gießbereiches hinsichtlich Breite und 5 sind je an einer Querwand einer sich quer erLänge konstant, und es tritt keine Ablösung der streckenden Kühlmittelauffangrinne 106 angeordnet. Flüssigkeit von der zu kühlenden Oberfläche auf. Die Kühlmittelauffangrinne ist U-förmig ausgebildet, Genaugenommen erwärmt sich das Kühlmittel zwi- wobei die Querwand außerhalb des einen Schenkels sehen zwei Düsenbalken etwas, so daß die für den des U in geringem Abstand von diesem angeordnet Wärmeübergang maßgebende Temperaturdifferenz io ist und mittels einer etwa halbzylindrischen Biegung abnimmt, wodurch es zu einer leichten Erhöhung der mit dem Ende des anderen Schenkels verbunden ist. Temperatur des Gießbandes mit zunehmendem Ab- In der Ablaufrinne 106 sind Ablenkwände 108 anstand von der Aufsprühzone kommt. Dieser leichte geordnet, die ein Herausspritzen von Kühlflüssigkeit Temperaturanstieg erfolgt stetig. Wenn also der aus der Rinne verhindern sollen. Die von der Abnächste Düsenbalken mit einem nicht zu großen Ab- 15 streiflippe 104 abgestreifte Flüssigkeit strömt infolge stand vom vorangehenden Balken angeordnet wird, ihrer kinetischen Energie an der Querwand nach so macht sich der Temperaturanstieg der Kühlflüssig- oben und läuft dann in die Rinne 106 hinein. Der keit praktisch nicht bemerkbar. Jedenfalls wird ver- Abstand der Abstreiflippe 104 von der zu kühlenden mieden, daß sich lokale Stellen mit unzulässig hohen Oberfläche des Bandes 14 beträgt etwa 1,5 mm. Die Temperaturen der Gießbänder 14 und 16 bilden. 20 Lippe ist entgegengesetzt der Strömungsrichtung ge-

   Der an den Gießbändern 14 und 16 entlang- krümmt. Die Ablenkwände 108 erteilen dem in der strömende Flüssigkeitsfilm besitzt an den zu kühlen- Ablaufrinne 106 befindlichen Wasser eine schraubenden Oberflächen der Gießbänder eine Reibung, die förmige Bewegung, so daß das Wasser schnell zum sich in einer Geschwindigkeitsvenninderung aus- offenen Ende der Rinne hin abfließt. Aus den offenen wirkt. Zwar ist die prozentuale Geschwindigkeitsver- 25 Enden der Rinnen 106 gelangt das Wasser in einen ringerung niedrig, doch ist das absolute Maß groß Speicherbehälter 110 (Fig. 3), von wo es über die genug, um zu einer merklichen Vergrößerung der Pumpe 112 wieder angesaugt und erneut umgewälzt Filmdicke zu führen. Des weiteren wird kinetische wird. Gegebenenfalls wird eine Rückkühlanlage Energie durch Verdampfung der unmittelbar be- zwischengeschaltet.

   nachbart der Gießbänder 14 und 16 strömenden 30 Dem unteren Band 16 sind ebenfalls Abstreiflip-Schichten verbraucht. Beide Wirkungen resultieren pen 111 zugeordnet, die jedoch eine etwas andere in einer Verlangsamung der Kühlflüssigkeitsströ- Ausbildung besitzen als die Abstreiflippen 104. Und mung, weswegen die dem Gießband 14 bzw. 16 un- zwar sind die Abstreiflippen 111 unmittelbar an den mittelbar benachbart strömenden Flüssigkeitsteilchen Düsenbalken 88 befestigt.

   pro Zeiteinheit eine größere Wärmemenge auf- 35 Die von der Pumpe 112 geförderte Kühlflüssigkeit nehmen müssen. Sie würden sich somit über das- nor- gelangt am vorderen Ende der Gießmaschine in den male Maß hinaus erwärmen, wenn der nächste Verteiler 94, so daß die dem Einlaufbereich benach-Düsenbalken in zu großem Abstand vom vorher- barten Düsenbalken, wenn nötig, mit kühlerer Flüsgehenden Balken angeordnet werden würde. Der sigkeit beschickt werden können als die folgenden Abstand der einzelnen Düsenbalken ist von den 40 Balken. Am Beginn des Gießbereiches läuft das Strömungseigenschaften des Films abhängig. Der obere Band 14 um eine Walze 134, die Umfangs-Abstand wird so gewählt, daß die in dem Bereich nuten oder -rippen ähnlich wie die Stützwalzen 80 zwischen zwei Balken stattfindende Temperatur- aufweist. Düsen 138 besprühen das Band 14 vor der erhöhung der Kühlflüssigkeit durch Neuzufuhr durch die Walze 134 bewirkten Krümmung. Die aus kühlerer Flüssigkeit im nächsten Balken wieder ab- 45 den Düsen 138 kommende Flüssigkeit strömt durch gebaut wird. die zwischen den Rippen der Walze 134 gebildeten

   Die aus dem folgenden Balken ausgegebene Kühl- Durchgänge in enger Anlage an der zu kühlenden flüssigkeitsmenge bestimmt sich nach dem Be- Bandoberfläche hindurch und wird infolge Zentrischleunigungsimpuls, der notwendig ist, um den fugalwirkung an der Bandoberfläche gehalten, so daß Film auf die ursprüngliche Geschwindigkeit zu be- 50 dieser Bereich, der den höchsten Gießtemperaturen schleunigen sowie nach der Rückkühlkapazität. Die ausgesetzt ist, besonders gut gekühlt wird. Die Münnotwendige Flüssigkeitszufuhr ist im allgemeinen düngen der Düsen 138 sind etwa mit den durch die höher als sie mit Rücksicht auf die Ergänzung der Rippen der Walze 134 gebildeten Durchgängen ausverdampften Flüssigkeitsmenge notwendig wäre. In- gefluchtet. An Stelle der Walze 134 läßt sich auch folgedessen würde von Balken zu Balken eine Ver- 55 eine ortsfeste, allerdings ebenfalls mit Rippen bzw. dickung des Films erfolgen. Erfindungsgemäß wird Nuten versehene Umlenkeinrichtung verwenden, die nunmehr die überschüssige, zu einer Verdickung des aus Metall oder einem temperaturbeständigen Kunst-Films führende Flüssigkeitsmenge abgestreift. Da- stoff bestehen kann, jedoch geschmiert und wie auch durch wird erreicht, daß die Filmdicke unabhängig die Walze gekühlt werden muß. von der Länge des zu kühlenden Gießbandes voll- 60
   kommen konstant bleibt. Gleichzeitig wird erreicht,

   daß die Temperatur des Films am Eintritt und Aus- Patentansprüche:

   tritt des Kühlbereiches praktisch konstant ist. Die

   sich zwischen je zwei Düsenbalken ergebenden diffe- 1. Vorrichtung zum Kühlen der Oberflächen

   rentiellen Änderungen von Filmdicke, Temperatur 65 von Gießbändern an Stranggießmaschinen mit des Films und Filmgeschwindigkeit addieren sich zwei endlos umlaufenden, biegsamen Gießbän-

   über den gesamten Kühlbereich nicht, sondern wer- dem, zwischen denen geschmolzenes Metall ge-

   den in jeder Zone wieder auskorrigiert. halten wird und denen mehrere, über jeweils im