DE2513174C3 - Vorrichtung zum Kühlen 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 34 676) 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 Kühlfluids austritt, während ein kleiner Rest durch den Auslauftrichter zusammen mit dem Metalldraht abläuft. Dieser kleine Rest an Kühlfluid wird in einer Wasserabscheidevorrichtung vor: dem Metalldraht getrennt, die in kurzem Abstand hiiv:er dem Auslauftrichter des Kühlrohres angeordnet ist. Sie weist einen Einlauftrichter mit nachfolgendem Trcckenrohr auf, das mit dem rückwärtigen Teil des Einlauftrichters eine gegen die Bewegungsrichtung des Metalldrahtes gerichtete Ringschlitzdüse bildet. [Die Ringschlitzdüse ist durch Verandern der Lage des Trockenrohres derart einstellbar, daß durch die Ringschlitzdüse gegen den durchlaufenden Draht gerichtetes Wasser den aus dem Auslauftrichter des Kühlrohres austretenden Strahl bricht und auf dem

Draht anhaftendes Kühlfluid abscheidet.

Die bekannte Vorrichtung ist somit aus mehreren

Bauteilen zusammengesetzt und relativ kompliziert

aufgebaut. Heim Einlauf eines Drahianfanges besteht

die Gefahr, daß sich der Draht an der dem Kühlrohr

nachgeschalteten Abscheidevorrichtung festhängt, was

zu Funktionsstörungen führen kann. Des weiteren ist

der zur Abkühlung eines Drahtes mögliche thermische

Fluß insbesondere wegen der geringen Slrömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids im Kühlrohr begrenzt und

daher zum Teil unzureichend.

Wenn ein heißer Metalldraht, der eine Drahtziehbank oder eine Walzenmaschine verläßt, innerhalb einer kurzen Strecke derart um mehrere 100° abgekühlt werden soll, daß diese Abkühlung einem Abschreckhärten entspricht, sir.d 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 mm Durchmesser, 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 9,5 mm 2s Durchmesser, der mit 5 m/sec. abiäuft, ist eine Flußdichte von 6,5 Megawatt/m- nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sic bei einfachem Aufbau thermische Flußdichten von mehreren Megawatt/m-' zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 Erfaßte gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen 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 Einzelheiten 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

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

Durch die Vorrichtung, deren grundsätzlicher Aufbau in Fig. 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 hu statt.

Wenn die Oberflächentemperaiur des Drahtes höher als etwa 200' (.' ist, bildet sich ein Dampffilm zwischen dem Draht und dem Wasser. Der thermische Fluß bezüglich der Abkühlung is> in erster Annäherung '<-- umgekehrt proportional zur Dicke dieses Films. Diese letztere hiingt von der Relativgeschwindigkeit des Kühlfluids gegenüber dem Draht, der Temperatur des Kühlfluids und der Entfernung /wischen der betrachte-

ten Stelle und der Stelle, an der das Kühlfluid eingeleilet wird, ab. Die Dichte des abgeführten Würmeflusses ist i>.n der Einleitstelle sehr groll und nimmt längs des Drahtes ab.

Wenn die Oberflachentemperauir des Drahtes etwa 200" unterschreitet und das Kühlfiuid Wasser ist, benetzt dieses letztere den Drahi. Die Dichte des Abkühlflusses ist wesentlich größer als im vorherigen Fall und die Oberfläehenicmperatur des Drahtes sinkt sehr schnell auf einen Wert in der Nähe der Wassertemperatur.

Die Geschwindigkeit des Kühliluids wird unier 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, dei Temperatur des Wassers, der Lange des Kühlrohres 2, der Durchmesser des Kühlrohres und des Drahtes, der Geschwindigkeit des Drahtes und seiner Ablauf'riehtung.

Beispielsweise betragt die theoretische Relativgeschwindigkeit des Wassers /um 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 bewegl, 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 Wert sein, weil die sehr großen Flußdichten an der Einlaßstelle an Stellen liegen, an denen i\cv Draht am wärmsten ist.

Der Durchmesser des Kühlrohres 2 ist derart, daß der Draht 1 es möglichst leicht durchqueren kann und daß der Durchlaßqiierschnitt 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 Hiiilaß 3 für das Kühlfluid ist in der F i g. 2 dargestellt. Er weist vor dem Kuhlrohr 2 einen in Richtung der Bewegung des Kühlfluids schrägen Ringspalt 5 auf, dessen Durchlaßquerschnitt kleiner als der Querschnitt des Kühlrohrcs 2 ist. Dieser Ringspalt 5 wird über einen ringförmigen Beschickiingsraum 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 Kiihlrohr zu füllen, verlangsamen, wodurch es einen Feil seines dynamischen Druckes als statischen Druck verwenden kann, um den Sti'ömup.gswid'.Tsiand des Rohres /1.· überwinden. Dieser Einlaß \ erhalt sich wie ein Staurohr. lias derart gesteuert ist, daß ο. niemals ansaugt oder sogar staut. Die Breite des Ringspahes ϊ und der BeschickungsdriK'k hängen von der in dem Kuhlrohr /v erreichenden Gesehwindigkeil ίιηΙ von dessen Siro muiigswtderstand ab. Beispielsweise muli, um in einem Rohr mit 25 mm Durchmesser und 1 m Länge eine Geschwindigkeit von K) m/Sekunde aufrechtzuerhalten, ein Spalt etwa 3 mm breit sein und der Beschickungss druck mit Wasser etwa IO bar beiragen.

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 U 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 (3 einige Zentimeter nach seinem Beginn offen, so daß die Ablenkung des Kühlfluids ausgelöst wird und ein Durchlaß für den Draht I 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

ίο Rohres wenigstens gleich 10 ist und daß der Unterschied zwischen den statischen Drucken an det 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 Wassergesehw indigkeit 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 zweiten Krümmer 16 entgegengesetzter Krümmung und mit w -sentlich 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

so richten, wodurch möglich ist, mit ihr das Fluid, das dem Draht weiter folgt, abzutrennen. Das Ende 17 des /weiten Krümmers befindet sich deutlich außerhalb der Achse 18 des Drahtes 1, so daß 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, is! es vorteilhaft, die beiden Krummer mit Seitenwänden zu versehen, die an den Seiten der Vorrichtung angebracht sind und von zwei .Schutzplatten gebildet

ο. wc ".!cn, deren Abmessungen -.Mw as großer als die der Hangt lippe aus dem Πι ah; I up,! dein Kuhlrohr 2 siiuI

Die Baugruppe mit den 'pci.icp Krummem \2 und lh "■t in einem Gehäuse 20 ■.liitergebr.ieht, das am Rohr 2 lestj.:esc;.\\ eißl ist liiul mn einem Λ usiaßrohr 21 für Fluid

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Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Kühlen von Metalldraht mit einem Kühlrohr, das einen Einlaß für ein unter erhöhtem Druck stehendes Kühlfluid mit einem in dessen Strömungsrichtung schrägliegenden Ringspall und einen Auslaß für aus dem Kühlrohr austretendes Kühlfluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dicht vor dem Ringspalt (5) ein Injektor (8) für unter geringem Druck stehendes Kühlfluid angeordnet ist und der Auslaß (4) von einem offenen Krümmer (12) gebildet ist, der das Kühlrohr (2) verlängert.

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

3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis /wischen dem Krümmungsradius des Krümmers (12) und dem Durchmesser des Kühlrohres (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 gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Krümmungsradien des ersten Krümmers (12) und des zweiten Krümmers (16) etwa 4 beträgt.