DE2513174B2 - Vorrichtung zum kuehlen von metalldraht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (DT-Gbm 71 34676) ist der Ringspalt am Einlaß des Kühlrohres zwischen der Innenwand des Kühlrohres und einem in das Kühlrohr einragenden Drahtführungsrohr ausgebildet Der Ringspalt wird durch mehr oder weniger weites Einschrauben des Drahtführungsrohres so eingestellt daß das Kühlfluid den Ringspalt mit etwa der Drahtdurchlaufgeschwindigkeit verläßt An seinem Ende weist das Kühlrohr einen sich trichterförmig erweiternden Abschnitt auf, an den sich ein zylindrischer Abschnitt anschließt der in einem verengten Auslauftrichter endet dessen Durchmesser dem Drahtquerschnitt angepaßt ist. Im zylindrischen Abschnitt des Kühlrohrendes sind Abflußlöcher vorgesehen, aus denen der größte Teil des Kühlfiuids austritt während ein kleiner Rest durch den Auslauftrichter zusammen mit dem Metalldraht abläuft Dieser kleine Rest an Kühlfluid wird in einer Wasserabscheidevorrichtung von dem Metalldraht getrennt die in kurzem Abstand hinter dem Auslauftrichter des Kühlrohres angeordnet ist Sie weist einen Einlauftrichter mit nachfolgendem ,Trockenrohr auf, das mn dem rückwärtigen Teil des 4Einlaü|trichters eihe^gegen die Bewegungsrichtung des ^lgRarafalrie ggfiefitete Ringsfchüßciüse bildet. Die .„„Ringschlitzdüse ist durch Verändern der Lage des .JTrockenrohres derart einstellbar, daß durch die !Ringschlitzdüse gegen den durchlaufenden Draht "gerichtetes Wasser den aus dem Auslauftrichter des ,Kühirohres austretenden Strahl bricht und auf dem

Draht anhaftendes Kflhlfluid abscheidet. Die bekannte Vorrichtung ist somit aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt und relativ komplajeit

aufgebaut Beim Einlauf eines Drahtanfanges besteh!

S die Gefahr, daß sich der Draht an der dem Kühlrohr

nachgeschafceten Abscheidevorrichtung fesftängt, vm

zs Funktionsstörungen führen kann. Des weheres is

der zur Abkühlung eines Drahtes mögliche thenaische

Fluß insbesondere wegen der geringen Stromungsge-

schwindigkeit des Kühlfluids im Kühlrohr begrenzt mi

daher zum Teil unzureichend.

Wenn ein heißer Metalldraht, der eine Drahtziehbank oder eine Walzenmaschine verläßt, innerhalb einer kurzen Strecke derart um mehrere 100° abgekühfc is werden sol daß diese Abkühlung einem Abschreckhärten entspricht, sind thermische Flüsse von mehreren Megawatt/m² nötig. Der tatsächliche thermische Fluß hängt vom Durchmesser des Drahtes und der Abspulgeschwindigkeit sowie von der erwünschten Abkühlgeschwindigkeit ab. Beispielsweise ist für eine Abkühlung eines Aluminiumdrahtes von 7,5 nun Durehmesser, der mit 10 m/sec abgespult wird, längs 1 m um 200° C eine mittlere thermische Flußdichte von 10 Megawatt/m² nötig. Für einen Draht von 93 mm Durchmesser, der mit 5 m/sec abläuft ist eine Flußdichte von 63 Megawatt/m² nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

derart weiterzubilden, daß sie bei einfachem Aufbau thermische Flußdichten von mehreren Megawatt/m' zuläßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichendes Anspruchs 1 Erfaßte gelöst Vorteilhafte Ausgestattungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt

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

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Figuren beispielsweise und mit weiteren Einzel heiten erläutert Es zeigt

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

F i g. 4 eine Aufsicht des Auslasses für Kühlfluid, der die Kühlfluidströmung ablenkt

Durch die Vorrichtung, deren grundsätzlicher Aufbau in F i g. 1 dargestellt ist, läuft ständig ein Draht Er durchquert die Vorrichtung zum Abkühlen, bleibt dabei ständig geradlinig und trifft auf kein festes Hindernis.

Die Vorrichtung weist 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 200° C ist, bildet sich ein Dampf film zWischcj dem Dtaht und deni Wasser; Der th^rmisclie^ bezüglich der Abkühlung ist in erster Annabel ^ „ umgekehrt proportional zur Dicke dieses Films i>iesll letztere hängt von der Relativgeschwindigk'cit / Kühlfluids gegenüber dem Draht, der Temperatur Kühlfluids und der Entferfmng zwischen der betrachte

ten Stelle und der Stelle, an der das Kühlfluid eingeleitet wird, ab. Die Dichte des abgeführten Wärmeflusses ist an der EinleitsteUe sehr groß und nimmt längs des Drakes ab.

Wenn die Oberflächentemperatur des Drahtes etwa s 2ÖS° unterschreitet und das KOhiädd Wasser ist, benetzt dieses letztere den Draht Die Dichte des Abkühlflusses ist wesentlich gröeer als im vorherigen FaU und die Oberflächentemperatur des Drahtes sinkt sehr schnell atf einen Weit in der Nähe der Wassertemperatur.

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

Beispielsweise beträgt die theoretische Relativgeschwindigkeit des Wassers mm Draht, die nötig ist, um einen Aluminiumdraht von 200" C und 74 mm Duichmesser, 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 74 mm Durchmesser, der sich mit 5 m/Sekunde bewegt, beträgt die theoretische Relativgeschwindigkeit etwa 134 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 Wert sein, weil die sehr großen Flußdichten an der Einlaßstelle an Stellen liegen, an denen der Draht am wärmsten ist

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

Der Einlsß 3 für das Kühlfluid ist in der Fig.2 dargestellt Er weist vor dem Kühlrohr 2 einen in Richtung der Bewegung des Kühlfluids schrägen Ringspalt S auf, dessen Durchlaßquerschnitt kleiner als der Querschnitt des Kühlrohres 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 Rohres zu fiberwinden. Dieser Einlaß verhält sich wie ein Staurohr, das derart gesteuert ist daß es niemals ansaugt oder sogar staut Die Breite des Ringspaltes 5 und der Beschickungsdnick 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 Ltnge eine Geschwindigkeit von 3Q m/Sekunde aufrechtzuerhalten, ein Spalt etwa 3 mm breit «ein und der Befchickungjdruck mit Wasser etwa 10 bar betragen.

Um das Ansaugen von Luft tun Ringspalt S zu vermeiden und jegliches Austreten von Fluid nach hinten zn unterdrücken,, wird an der Rückseite des Ringspaltes Kühlfluid mit niederer Geschwindigkeit eingeleitet Zu diesem Zwack «nci auf der Rückseite des Ringspaltes S Injektoren t fur Fluid in einem Ringraum 9 angebracht, der von emer RingUppe 10 begrenzt ist die nicht in Berührung mit dem Draht t 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 (F i g. 3 und 4) ist durch einen offene» 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 daß das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius und dem Durchmesser des Rohres wenigstens gleich 10 ist und daß der Unterschied zwischen den statischen Drucken an der Außenseite 14 und der Innenseite 15 des Krümmers höchstens 04 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.

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 zweiter 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 da3 der 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 Seitenwinden zu versehen, die an den Seiten der Vorrichtung angebracht sind und von zwei 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 211 für Fluid versehen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   t Vorrichtung zum Kfibten wn Metalldrant mit «nem Kühlrohr, das einen SnIaS für ein unter erhöhtem Quick stehende* KPWfNd mit einem in lessen Strömungsrichtung schragBegenden Ringspalt und einen Auslaß für aus dem Kühlrohr austretendes Küaifluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dicht vor dem Ringspalt (5) ein injektor (g) für unter geringem Druck stehendes Kühlfluid angeordnet ist und der Auslaß (4) von einem oßenen Krümmer (12) gebildet ist, der das Kühlrohr (2) verBngert
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Krümmer (12) von einem zweiten Krümmer (16) umgekehrter Krümmung und mit kleinerem Krümmungsradius verlängert wird, dessen Innenseite offen ist und der in einer zur Richtung des Drahtes (J) senkrechten Richtung endet
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius des Krümmers (12) und dem Durchmesser des Kühlrohres (2) wenigstens gleich 10 ist
4. 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 03 bar ist
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis zwischen den Krümmungsradien des ersten Krümmers (12) und des zweiten Krümmers(16) etwa4 beträgt