DE2513174A1 - Vorrichtung zum kuehlen von metalldraht - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Kühlen von Metalldraht

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Metalldraht mit einem Kühlrohr, einem Einlaß für ein Kühlfluid und einem Auslaß für aus dem Kühlrohr austretendes Fluid.

Ein Metalldraht, der eine Drahtziehbank oder eine Walzenmaschine verläßt, befindet sich auf erhöhter Temperatur. Innerhalb einer kurzen Strecke muß eine Abkühlung um mehrere hundert Grad erfolgen, die einem Abschreckhärten entsprechen kann.

Bekannt ist, diese Abkühlung durchzuführen, indem der Draht sich längs der Achse eines Rohres bewegt, das meistens im Gegen-, strom von einem Kühlfluid durchströmt wird. Meistens jedoch erhält man dabei nur einen ungenügenden, thermischen Fluß.

Der zu verwirklichende Fluß, der immer in der Größenordnung von mehreren Megawatt/m liegt, hängt vom Durchmesser des Drahtes und der Abspulgeschwindigkeit sowie von der erwünschten Abkühlgeschwindigkeit ab. Beispielsweise ist, um einen Aluminiumdraht mit 7,5 mm Durchmesser, der mit 10 m/Sekunde abgespult wird, auf einen Meter um 200°C abzukühlen, eine mittlere thermische Flußdichte von 10 Megawatt/m nötig. Für einen Draht von 9,5 mm Durchmesser, der sich mit 5 m/Sekunde abkühlt, ist eine Flußdichte von 6,5 Megawatt/m nötig.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abkühlen eines I-Ictalldrahtes zu schaffen, mit der ausreichend hohe thermische Flußdichten erzielt v/erden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Einlaß vor dem Kühlrohr einen in Strömungsrichtung des Kühlfluids schrägliegenden Ringspa.lt, der mit unter erhöhtem Druck stehendem Kühlfluid beschickt wird, und wenigstens einen vor dem Ringspalt angeordneten Injektor für unter geringem Druck stehendes Kühlfluid aufweist. Der Auslaß bewirkt die Ablenkung der Kühlfluidströmung; er ist von einem offenen Krümmer gebildet, der das Kühlrohr verlängert.

Vorzugsweise v/ird dieser Krümmer von einem zweiten Krümmer umgekehrter Krümmung und mit kleinerem Krümmungsradius verlängert, dessen Innenseite offen ist und der in zum Metalldraht senkrechter Richtung endet. _________

Die Erfindung ist für die Kühlung eines heißen Ketalldrahtes mit und ohne Abschreckhärten verwendbar.

Die Erfindung wird iai folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit v/eiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung, Fig. 2 im Schnitt den Einlaß für Kühlfluid, Fig. 3 eine Seitenansicht und

Fig. 4 eine Aufsicht des Auslasses für Kühlfluid, der die Kühlfluidströmung ablenkt.

In der Vorrichtung, deren grundsätzlicher Aufbau in Fig. 1 dargestellt ist, läuft ein Draht ständig ab. Er muß sich erforderlichenfalls bei einem Bruch selbst einführen können. Er durchquert die Vorrichtung zum Abkühlen und bleibt dabei ständig geradlinig und hat keine Möglichkeit, auf ein festes Hindernis zu treffen.

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Die Vorrichtung v/eist drei Teile auf: ein Kühlrohr 2, einen Einlaß 3 für das Kühlfluid und einen Auslaß 4 für das Kühlfluid, der die Ablenkung der das Kühlrohr 2 verlassenden Strömung bewirkt .

Das Kühlrohr 2 ist geradlinig, die Kühlflüssigkeit, im allgemeinen Wasser, zirkuliert dort im Gleichstrom, d.h. in der Richtung des Ablaufens des Drahtes 1, oder im Gegenstrom, d.h. in entgegengesetzter Richtung. In diesem Kühlrohr 2 findet die hauptsächliche Abkühlung statt.

Wenn die Oberflächentemperatur des Drahtes höher als etwa 200⁰C ist, bildet sich ein Dampffilm zwischen dem Draht und dem Wasser. Der thermische Fluß bezüglich der Abkühlung ist in erster Annäherung umgekehrt proportional zur Dicke dieses Films. Diese letztere hängt von der Relativgeschwindigkeit des Kühlfluids gegenüber dem Draht, der Temperatur des Kühlfluids und der Entfernung zwischen der betrachteten Stelle und der Stelle, an der das Kühlfluid eingeleitet wird, ab. Die Dichte des abgeführten Wärmeflusses ist an der Einleitstelle sehr groß und nimmt längs des Drahtes ab.

Wenn die Oberflächentemperatur des Drahtes etwa 200° unterschreitet und d.as Kühlfluid Wasser ist, benetzt dieses letztere den Draht. Die Dichte des Abkühlflusses ist wesentlich größer als im vorherigen Fall und die Oberflächentemperatur des Drahtes sinkt sehr schnell auf einen Wert in der Nähe der Wassertemperatur .

Die Geschwindigkeit des Kühlfluids wird unter der Annahme berechnet, daß die Abkühlung des Drahtes einheitlich auf die ersterwähnte Art stattfindet. Die theoretische Geschwindigkeit des Wassers im Kühlrohr 2 ist entsprechend eine Funktion der mittleren Dichte des abzuführenden thermischen Flusses, der Temperatur des Wassers, der Länge des Kühlrohrs 2, der Durchmesser des Kühlrohrs und des Drahtes, der Geschwindigkeit des Drahtes und seiner Ablaufrichtung.

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Beispielsweise beträgt die theoretische Relativgeschwindigkeit des Wassers zum Draht, die nötig ist, um einen Aluminiumdraht von 200 C und 7,5 mm Durchmesser, der sich mit 10 m/Sekunde in einem Rohr mit einem Durchmesser von 25 mm längs 750 mm in Wasser mit 30°C bewegt, abzukühlen, etwa 22 m/Sekunde.

Für einen Draht von 7,5 mm Durchmesser, der sich mit 5 m/Sekunde bewegt, beträgt die theoretische Relativgeschwindigkeit etwa 13,5 m/Sekunde.

Zu diesen Geschwindigkeiten braucht diejenige des Drahtes, je nachdem, ob sich dieser im Gegen- oder Gleichstrom bewegt, nur hinzugefügt oder abgezogen zu werden, um die Absolutgeschwindigkeit des Wassers im Kühlrohr zu erhalten.

Tatsächlich kann die Geschwindigkeit des Wassers bei Gleichströmung etwas kleiner als der entsprechend den vorangegangenen Ausführungen theoretisch berechnete Viert sein, vreil die sehr großen Flußdichten an der Einlaßstelle an Stellen liegen, an denen der Draht am wärmsten ist.

Der Durchmesser des Kühlrohrs 2 ist derart, daß der Draht 1 es möglichst leicht durchqueren kann und daß der Durchlaßquerschnitt für das Kühlfluid genügend groß ist. Beispielsweise genügt für Drähte mit einem Durchmesser zwischen 5 und 12 mm ein Rohr mit einem Innen-Durchmesser von 25 mm.

Der Einlaß 3 für das Kühlfluid ist in der Fig. 2 dargestellt. Er v/eist vor dem Kühlrohr 2 einen in Richtung der Bewegung des Kühlfluids schrägen Ringspalt 5 auf, dessen Durchlaßquerschnitt kleiner als der Querschnitt des Kühlrohrs 2 ist. Dieser Ringspalt 5 wird über einen ringförmigen Beschickungsraum 6 beschickt, der an eine oder mehrere Leitungen 7 angeschlossen ist, die selbst wiederum an eine Quelle von unter hohem Druck stehendem Kühlfluid angeschlossen sind. Das Wasser muß sich, um das Kühlrohr zu füllen, verlangsamen, wodurch es einen Teil seines dynamischen Druckes als statischen Druck verwenden kann, um den Strömungswiderstand des Rohrs zu überwinden. Dieser Einlaß verhält sich wie ein Staurohr, das derart gesteuert ist, daß es

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niemals ansaugt oder sogar staut. Die Breite des Ringspaltes 5 und der Beschickungsdruck hängen von der in dem Kühlrohr zu erreichenden Geschwindigkeit und von dessen Strömungswiderstand ab. Beispielsweise muß, um in einem Rohr mit 25 mm Durchmesser und 1 m Länge eine Geschwindigkeit von 30 m/Sekunde aufrechtzuerhalten, ein Spalt etwa 3 mm breit sein und der Beschickungsdruck mit Wasser etwa 10 bar betragen.

Um das Ansaugen von Luft am Ringspalt 5 zu vermeiden und jegliches Austreten von Fluid nach hinten zu unterdrücken, wird an der Rückseite des Ringspaltes Kühlfluid mit niederer Geschwindigkeit eingeleitet. Zu diesem Zweck sind auf der Rückseite des Ringspaltes 5 Injektoren 8 für Fluid in einem Ringraum 9 angebracht, der von einer Ringlippe 10 begrenzt ist, die nicht in Berührung mit dem Draht 1 kommt. Dieser Ringraum 9 ist an ein Rohr 11 zum Abführen überschüssigen Fluids angeschlossen. Dieses letztere strömt nach rückwärts und kann mit dem Rohr 11 in einfacher Weise rückgewonnen werden.

Der Auslaß 4 (Fig. 3 und 4)ist durch einen offenen Krümmer 12 gebildet, der das Kühlrohr 2 verlängert. Die Außenseite dieses Krümmers ist bei 13 einige Zentimeter nach seinem Beginn offen, so daß die Ablenkung des Kühlfluids ausgelöst wird und ein Durchlaß für den Draht 1 freibleibt.

Der größte Teil, etwa zwei Drittel, der aus dem Kühlrohr austretenden Strömung bleibt in Anlage an der Innenseite des Krümmers 12 und wird normal abgelenkt. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius dieses Krümmers derart, d.aß das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius und dem Durchmesser des Rohrs wenigstens gleich 10 ist und dass der Unterschied zwischen den statischen Drucken an der Außenseite 14 und der Innenseite 15 des Krümmers höchstens 0,5 bar beträgt. Beispielsweise beträgt der Krümmungsradius des Krümmers bei einem Rohr von 25 mm Durchmesser und einer Wassergeschwindigkeit von 30 m/Sekunde mindestens 400 mm; bei kleineren Krümmungsradien besteht die Gefahr, daß sich die Strömung ablöst. Der Biegeradius soll längs der ganzen Länge des Krümmers 12 konstant sein.

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Ein Teil des Volumens des Kühlfluids, in dem vorhergehenden, sich auf Wasser "beziehenden Beispiel etwa ein Drittel, folgt weiter dem Draht. Um dieses Fluid abzutrennen, wird der Krümmer 12 mit einem zweiten Krümmer 16 entgegengesetzter Krümmung und mit wesentlich kleinerem Krümmungsradius (vorzugsweise etwa ein Viertel) verlängert , dessen Innenseite offen ist. Dieser zweite Krümmer 16 lenkt die vom ersten Krümmer abgelenkte Flüssigkeit in entgegengesetzte Richtung um, um sie senkrecht auf den Draht zu richten, wodurch möglich ist, mit ihr das Fluid, das dem Draht weiter folgt, abzutrennen. Das Ende 17 des zweiten Krümmers befindet sich deutlich außerhalb der Achse 18 des Drahtes 1, so daß dor Auslaß kein Hindernis für den Durchtritt des Drahtes 1 bildet. Um zu vermeiden, daß Fluid seitlich austritt, und um das Abtrennen von nicht abgelenktem Fluid zu verbessern, ist es vorteilhaft, die beiden Krümmer mit Seitenwänden zu versehen, die an den Seiten oar Vorrichtung angebracht sind und von zv/ei Schutzplatten gebildet werden, deren Abmessungen etwas größer als die der Baugruppe aus dem Draht 1 und dem Kühlrohr 2 sind.

Die Baugruppe mit den beiden Krümmern 12 und 16 ist in einem Gehäuse 20 untergebracht, das am Rohr 2 festgeschweißt ist und mit einem Auslaßrohr 21 für Fluid versehen ist.

Ansprüche:

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Claims (5)

Ansprüche

1. Vorrichtung sum Kühlen von Metalldraht mit einem Kühlrohr. einem Einlaß für ein Kühlfluid, der einen in Strömungrichtung des Kühlfluids scnrc.gliegenden Ring-spalt aufweist und mit unter erhöhtem Druck stehendem Kühlfluid beschickt v/ird, sov;ie einem Auslaß für aus dem Kühlrohr austretendes Kühlfluid, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Ringspalt (5) ein Injektor (8) für unter geringem Druck stehendes Kühlfluid angeordnet ist, land der Auslaß (4) von einem offenen Krümmer (12) gebildet ist, der das Kühlrohr (2) verlängert.

g e κ e η η -

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch zeichnet , daß der offene Krümmer (12) von einem zweiten Krümmer (16) umgekehrter Krümmung, und mit kleinerem Krümmungsradius verlängert vrird, dessen Innenseite offen ist und der in einer zur Richtung des Drahtes (1) senkrechten Richtung endet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius des Krümmers (12) und dem Durchmesser des Kühlrohrs (2) wenigstens gleich 10 ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterschied zwischen den statischen Drucken auf der Außenseite (14) und der Innenseite (15) des Krümmers (12) höchstens gleich 0,5 bar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeic hnet, daß das Verhältnis zwischen den Krümmungsradien des ersten Krümmers (12) und des zweiten Krümmers (16) etwa 4 beträgt.

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