DE2816441C2

DE2816441C2 - Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittels auf eine Strangguß-Stahlbramme

Info

Publication number: DE2816441C2
Application number: DE2816441A
Authority: DE
Inventors: Werner 7425 Hohenstein Christner; Kurt Ing.(grad.) 4000 Düsseldorf Lerch; Sepp 7412 Eningen Mezger; Fritz-Peter Dr.-Ing. Pleschiutschnigg; Hans Ing.(Grad.) 4100 Duisburg Schrewe
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-04-15
Filing date: 1978-04-15
Publication date: 1982-01-14
Also published as: FR2432356B1; DE2816441A1; CA1141938A; GB2018608B; IT7921025A0; FR2432356A1; CH637045A5; GB2018608A; IT1112378B; JPS54138824A; ATA68479A; AT376593B; BE873830A; US4250951A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittelgemisches auf aus einer Stranggießkokille austretende Stahlbrammen, mit einer Mischkammer, die getrennte Zuführungen für dai Treibmittel einerseits und für das Kühlmittel andererseits aufweist, und mit Düsen, die jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Führungsrollen des Gießstranges eingreifen, wobei die Düsen seitlich zueinander versetzt, in entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet und so ausgebildet sind, daß das Treib- und Kühlmittelgemisch in breitem Fächer und unter spitzem Winkel auf die Brammenoberfläche auftrifft, und wobei die Düsen zwischen einer durch die Führungsrollen-Achsen gebildeten Ebene und der Brammenoberfläche angeordnet sind.

Eine Vorrichtung der vorbezeichneten Art ist durch die DE-AS 24 44 613 bekanntgeworden. Durch eine derartige Kühlvorrichtung soll erreicht werden, daß das Kühlmittel in genau bestimmbarer Weise unter weitestgehender Ausschaltung des Leidenfrostschen Phänomens und unter Vermeidung eines Wasserstaues zwischen Rolle und Strangoberfläche sowie von vagabundierendem Wasser ohne zusätzliche Mittel gleichmäßig verteilt auf die Stranggußbramme aufgebracht wird.

Die bekannte Kühlvorrichtung nach DE-AS 24 44 613 besteht aus einem sich in Richtung auf die Brammenoberfläche hin mehrfach verzweigenden Rohrleitungssystem, dem am oberen Ende das Kühlmittel (z. B. Wasser) zugeführt wird. Unterhalb der Kühlmittelzuführung mündet in das vom Kühlmittel durchströmte Rohr die Treibmittelzuführung (z. B. Druckluftzuführung) nach Art eines einfachen Rohr-T-Stückes ein.

Das sich anschließend bildende, mehr oder weniger durchmischte Treib-Kühlmittelgemisch strömt zunächst in vertikaler Richtung in der gemeinsamen Rohrleitung nach unten und gelangt dann in ein sich an die vertikale Rohrleitung nach Art eines T-Querbalkens anschließendes horizontal gerichtetes Rohr gleichen Durchmessers. Von dem horizontal gerichteten Rohr gehen mehrere dünne Röhrchen aus, die wieder vertikal nach unten gerichtet und an ihren Enden unmittelbar oberhalb der Brammenoberfläche in Horizontalrichtung abgebogen sind. Die schräg abgeschnittenen Enden der Röhrchen werden zwar in der DE-AS 24 44 613 als »Düsen« bezeichnet. Tatsächlich handelt es sich jedoch nicht um Düsen im physikalischen Sinne, da auf der gesamten Länge der Röhrchen keinerlei Querschnittsveränderung gegeben ist und somit eine Umsetzung des Drucks des geförderten Mediums in Beschleunigung desselben nicht s'attfinden kann.

Die im Vorstehenden beschriebene, bekannte Kühlvorrichtung nach DE-AS 24 44 613 weist wesentliche Nachteile auf. So wird einmal bereits beim Zusammentritt der Komponenten Treibmittel und Kühlmittel nicht für eine intensive Mischung derselben gesorgt. Da eine Beschleunigung des Treib-Kühlmittelgemisches schon beim Übergang vom horizontal gerichteten Rohr in die dünnen, vertikal gerichteten Röhrchen, also weit oberhalb der Brammenoberfläche, erfolgt ist die bekannte Vorrichtung durch hohe Reibungsverluste gekennzeichnet. Schließlich sind — wie oben ausgeführt — die Enden der Röhrchen nicht als Düsen im eigentlichen Sinne ausgebildet. Die Folge hiervon ist eine ungleichmäßige unkontrollierte Versprühung des Kühlmittels mit großen Tröpfchenabmessungen, die einen guten Wirkungsgrad des Brammen-Kühlvorgangs nicht zulassen.

Gegenüber der bekannten Konstruktion nach DE-AS 24 44 613 besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in folgenden Forderungen:

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1. Es soll eine gleichmäßige Verteilung des Treib- und Kühlmittelgemisches (ζ. B. Wasser-/Luft- oder -/Dampf- oder -/Gasgemisches) auf die Bramme erzielt werden, bei gleichmäßiger Beschleunigung des Gemisches beim Sprühen über die Brammenbreite. Hierbei soll eine hohe Feinheit der Kühlmitteltröpfchen erreicht werden und erhalten bleiben.

2. Beim Hineinspritzen in den Rollenschatten (dreiekkiger Zwischenraum zwischen Brammenoberfläche und Führungsrolle) soll gleichzeitig durch die Abblaswirkung des Gemischstrahls ein Wegspritzen von stehendem Wasser und Zunderteilchen aus dem Rollenzwischenbereich erreicht werden.
3. Die Kühlvorrichtung soll an verschiedene Kühlmitteldurchsatzmengen anpaßbar sein, und zwar ohne Beeinträchtigung des Sprühbildes und unter Beibehaltung einer bestimmten Düse.

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Gemäß der Erfindung wird das Problem bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in die Mischkammer ein mit der Kühlmittelzuleitung verbundenes auswechselbares Einsatzrohr hineinragt und daß die Düsen in einem gemeinsamen Düsengehäuse angeordnet sind.

Durch das erfindungsgemäße auswechselbare Einsatzrohr ist es möglich, bei gleichem Düsengehäuse bzw. gleichartigen Düsen beliebige Volumenstromverhältnisse Kühlmittel/Treibmittel zu wählen, ohne daß an der Düse seibst Veränderungen vorgenommen werden müssen. Außerdem ist es möglich, eine Reguliereinrichtung für Treibmittel und Kühlmittel an dem Einsatzrohr anzubringen, die es gestattet, während des Sprühens das Kühlmittel/Treibmittel-Verhältnis zu variieren, ohne daß es hierzu einer entsprechenden Änderung des Kühlmittel- oder Treibmitteldruckes bedarf.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist in dem gemeinsamen Düsengehäuse für die Düsen zu sehen. Hierdurch ist es möglich, den Weg zwischen der Aufteilung des Treib- und Kühlmittelgemisches in mindestens zwei Ströme und den Düsenaustritten wesentlich zu verkürzen. Außerdem ermöglicht die Zwischenschaltung eines gemeinsamen Düsengehäuses große Zuführquerschnitte, wodurch der Strömungs-Widerstandsverlust herabgemindert und entsprechend die Strahlkraft an den Düsenaustritten erhöht wird. Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung befindet sich der engste Querschnitt des gesamten Systems unmittelbar am Düsenaustritt. Die Beschleunigung erfolgt hier erst in den Düsen, d. h. erst unmittelbar vor dem Austritt des Treib- und Kühlmittelgemisches aus der Vorrichtung. Die Beschleunigung erfolgt also nicht auf einer davorliegenden längeren Strecke. Hierdurch werden vorteilhafterweise erhebliche Reibungsverluste vermieden.

Die Einarbeitung der Düsen in das erfindungsgemäße Düsengehäuse erlaubt des weiteren eine nahezu beliebige Gestaltung der Düsenaustrittsgeometrie. In Weiterbildung der Erfindung wird eine quadratische, rechteckige, elliptische oder dreieckige Austrittsform, die durch Gestaltung des Querschnitts der Düsenkanäle oder der Austrittsflächen erzielt wird, bevorzugt. Hierdurch läßt sich eine große Strahltiefe sowie eine gezielte gleichmäßige Gemischmenge aus jeder öffnung und eine gezielte gleichmäßige Verteilung des Treib- und Kühlmittelgemisches über den zu kühlenden Strang erzielen.

Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung genau definierte Volumenströme gewährleistet sowie die Anwendung unterschiedlicher Drücke des Treibmittels und des Kühlmittels in einem großen Bereich erlaubt. Hierbei sind Druckbereiche mindestens zwischen 1 bis 10 bar für zum Beispiel Gas/Luft und Wasser erreichbar. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zeichnet sich ferner durch eine sichere Funktion sowie eine hohe Genauigkeit bei der geforderten, zum Beispiel symmetrischen Flüssigkeitsverteilung aus. Durch die Austauschbarkeit des den Kühlmittelanschluß der Mischkammer bilden- eo den Einsatzrohres wird die Variationsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung stark erhöht und die Anpassungsfähigkeit der Treibmittel- und Kühlmittelmengen an den jeweils zu kühlenden Strang erheblich verbessert. Durch das erfindungsgemäß auswechselbare Einsatzrohr wird nämlich der wesentliche Vorteil erzielt, daß eine Veränderung des Treib- und Kühlmittelgemisch-Durchsatzes in weiten Grenzen zur AnDassung an bestimmte, gewünschte Knhlverhältnisse möglich ist, und zwar ohne — wie bisher — die Düsen selbst in umständlicher Weise ausbauen und durch andere Düsen ersetzen zu müssen.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zeichnet sich somit nicht nur durch die Vermeidung der oben geschilderten Nachteile der bekannten Kühlvorrichtung nach DE-AS 24 44 613 aus, sondern besitzt darüber hinaus gegenüber der bekannten Kühlvorrichtung einen wesentlich vergrößerten Anwendungsbereich und die Möglichkeiten einer gezielten Brammenkühlung.

Eine für die Zwecke der Erfindung besonders günstige Beschleunigung des Treib- und Kühlmittelgemisches innerhalb der Düsen ergibt sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung durch ein Verhältnis des Querschnitts eines Kanals im Düsengehäuse zum Querschnitt eines Austritts der Düsen von 3:1 bis 1,5 : !,vorzugsweisevon2:1.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung und der nachstehenden Beschreibung erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Gesamtansicht (teilweise aufgebrochen gezeichnet) einer Kühlvorrichtung für Strangguß-Stahlbrammen, in Gießrichtung gesehen,

Fig.2 die Kühlvorrichtung nach Fig. 1, in Pfeilrichtung A gesehen, wobei die Spritzrichtungen 29, 30 parallel zur Rollenachse (Ziff. 9 in F i g. 1) verlaufen,

F i g. 3 eine Ausführungsform einer Kühlvorrichtung, einschließlich einer Montagekonstruktion, in Seitenansicht,

Fig.4 den Gegenstand von Fig.3, in Draufsicht betrachtet, und

Fig.5 die Kühlvorrichtung nach Fig. 1, in Pfeilrichtung C gesehen, unter Berücksichtigung der tatsächlichen Einbausituation in wahren Größenverhältnissen.

Nach Fi g. 1 bezeichnet 10,11 zwei gegenüberliegende Führungsrollen einer Stahlbrammen-Stranggießanlage. Die zwischen den Führungsrollen 10, 11 geführte Stahlbramme ist mit 12 beziffert.

Zwischen jeweils zwei Führungsrollen (z. B. 10) auf einer Seite der Stahlbramme 12 (vgl. hierzu auch F i g. 5) greift eine Kühlvorrichtung ein, die insgesamt mit 14 bezeichnet ist. Die Kühlvorrichtung 14 besteht im wesentlichen aus zwei Komplexen, nämlich einerseits einem Düsengehäuse 15 und andererseits einer Mischkammer 16. In die Mischkammer 16 mündet seitlich ein Anschluß 17 für das Treibmittel, z. B. Luft. Das Kühlmittel, z. B. Wasser, wird der Mischkammer 16 an einem Anschluß 18 zugeführt.

Wie F i g. 1 weiterhin zeigt, ist der Kühlmittelanschluß 18 mit einem Einsatzrohr 19 verbunden, welches koaxial in die ebenfalls rohrförmige Mischkammer 16 hineinragt. Am oberen Ende des Einsatzrohres 19 ist eine Befestigungsmutter 21 angeschweißt, die ein Innengewinde 20 aufweist. Die Befestigungsmutter 21 dient zur Befestigung des Einsatzrohres 19 auf einem entsprechenden Gewinde 22 der Mischkammer 16. An dem oberen Ende der Mutter 21 ist ein Außengewinde 23 angeformt, welches zur Befestigung einer Kühlmittel-Leitung, z. B. in üblicher Weise mittels Überwurfmutter (nicht gezeigt), vorgesehen ist.

Das Kühlmittel, z. B. Wasser, wird also bei 23 in das Einsatzrohr 19 und von dort in die Mischkammer 16 eingeleitet. Der Volumenstrom des Kühlmittels wird hierbei durch den Innendurchmesser des jeweils verwendeten Einsatzrohres 19 genau bestimmt. Durch Auswechseln des Einsatzrohres 19 und Ersetzen

desselben durch ein anderes Einsatzrohr größeren oder kleineren Durchmessers ist es somit in einfacher Weise möglich, den Volumenstrom des Kühlmittels unabhängig von dem Volumenstrom des bei 17 in die Mischkammer 16 eingeleiteten Treibmittels (z. B. Luft) und unabhängig von der Geometrie des Düsengehäuses 15 zu verändern. Da das Einsatzrohr 19 leicht auswechselbar ist, können in entsprechend einfacher Weise verschiedene Volumenstromverhältnisse Kühlmittel/Treibmittel gewählt werden, ohne an dem Düsengehäuse 15 selbst Veränderungen vornehmen zu müssen. Auch die Druckverhältnisse an der Kühlmittelzuführung 18 einerseits und der Treibmittelzuführung 17 andererseits brauchen hierzu in keiner Weise geändert zu werden.

Das Einsatzrohr 19 hat — in Strömungsrichtung gesehen — zweckmäßigerweise eine Mindestlänge von a = 48 mm, gerechnet von der Mittenachse 24 der Treibmittelzuführung 17 bis zum unteren Ende des Einsatzrohres 19. Diese Länge ist notwendig, um die Drücke von Kühlmittel und Treibmittel zu variieren, woraus sich eine weitere Reguliermöglichkeit für das Treib- und Kühlmittelgemisch ergibt. Aufgrund des relativ großen Querschnittes der Mischkammer 16 werden die Reibungsverluste des Gtmischs auf dem Weg zu den Austritten der Düsen 27,28 gering gehalten, was sich in einer Erhöhung der Strahlkraft der aus den Düsenaustritten ausströmenden Sprühstrahlen vorteilhaft bemerkbar macht

Im vorerwähnten Sinne wirkt es sich auch vorteilhaft aus, daß der Treib- und Kühlmittel-Gemischstrom sich erst innerhalb des Düsengehäuses 15 in zwei Teilströme aufteilt Diese Aufteilung ist in F i g. 1 durch zwei strichpunktierte Kanäle 25,26 angedeutet

Die Anordnung und Ausbildung der in das Düsengehäuse 15 eingearbeiteten und mit 27, 28 bezifferten Düsen ist besonders gut aus F i g. 2 zu erkennen. Die Austritte der Düsen 27,28 sind hierbei — als bevorzugte Ausführungsform — quadratisch gestaltet. Die Sprührichtung ist durch Pfeile 29, 30 gekennzeichnet. Durch Verdrehung der Sprührichtungen 29, 30 gegenüber der mit 31 bezifferten Längsachse des Düsengehäuses 15 um jeweils zum Beispiel 15° wird erreicht daß sich die aus den Düsen 27, 28 austretenden Sprühstrahlen nicht gegenseitig behindern.

Durch die aus den Düsen 27, 28 austretenden breit gefächerten und minimale Tröpfchengrößen aufweisenden Sprühstrahlen wird der Strang auf seiner gesamten Breite erfaßt Fig.5 zeigt daß der Strang auch im Bereich des sogenannten Rollenschattens, also nahe der Berührungsflächen zwischen Rollen 10 und Strangguß-Siahibramnie 12, besprüht und somit gekühlt wird.

Aus der Darstellung von Fig. 1, in der das von den Sprühstrahlen erzeugte Sprühbild mit 32,33 bezeichnet ist, geht weiterhin hervor, daß das Treib- und Kühlmittelgemisch unter einem spitzen Winkel auf die Strangoberfläche auftrifft. Dieser Winkel ist im äußersten Grenzbereich des Sprühbildes 32, 33 mit <x bezeichnet, und liegt dort — je nach Breite der zu kühlenden Bramme 12 bzw. je nach Höhe des Düsengehäuses 15 oberhalb der Brammenoberfläche — zwischen 2° und 10°.

Die Verbindung des Düsengehäuses 15 mit der Mischkammer 16 bei 34 kann durch eine Schraubverbindung erfolgen, damit ein leichtes Auswechseln des Düsengehäuses 15 (z.B. bei Verschleiß desselben) möglich ist. Wie Fig.2 zeigt, ist hierbei das Dusengehäuse i5 so auf die Treibmittelzuführung 17 ausgerichtet, daß die Spritzrichtungen 29, 30 der Düsen 27, 28 genau parallel zu der Treibmittelzuführung 17 liegen. In dieser Stellung ist das DUsengehäuse 15 mittels angeschweißter Rippen 35, 36 gegenüber der Mischkammer 16 fixiert. Da das Düsengehäuse 15 in der Praxis weit in den verhältnismäßig engen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Führungsrollen (z. B. 10) der Stranggießanlage hineinragt und von außen nicht eingesehen werden kann, vermag man anhand der Ausrichtung der Treibmittelzuführung 17 von außen genau die Ausrichtung der Düsen 27,28 zu bestimmen. Zur weiteren Sicherung und Fixierung der geforderten Stellung des Düsengehäuses 15 und zur Erleichterung der Montage ist — wie Fig.3 und 4 deutlich machen — vorgesehen, die Vorrichtung fest mit einer Montageplatte 37 zu verbinden, durch deren Verbindung mit einer anlagenseitig vorbereiteten Aufnahmevorrichtung die Stellung des Düsengehäuses 15 und dadurch die Sprühstrahlrichtungen automatisch bestimmt sind.

Zu der Darstellung von F i g. 1 muß noch bemerkt werden, daß hier die Kühlvorrichtung 14 stark vergrößert im Verhältnis zu den Führungsrollen 10,11 und der Stahlbramme 12 gezeichnet worden ist um die Einzelheiten der Kühlvorrichtung besser sichtbar zu machen.

In der Praxis ist allerdings die Kühlvorrichtung 14 im Verhältnis zu den übrigen gezeigten Teilen der Stranggießanlage wesentlich kleiner. Die wahren Größenverhältnisse macht in etwa F i g. 5 deutlich.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung können so gestaltet sein, daß die Zuführungen (17 bzw. 18) für Treib- bzw. Kühlmittel

so seitlich herangeführt und parallel zu den Führungsrollenachsen 9 im Bereich zwischen den Führungsrollenachsen 9 und der Strangoberfläche angeordnet sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kiihlmittelgemisches auf aus einer Stranggieß-Kokille austretende Stahlbrammen, mit einer Mischkammer (16), die getrennte Zuführungen (17,18) für das Treibmittel einerseits und das Kühlmittel andererseits aufweist, und mit Düsen (27, 28), die jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Führungsrollen (10) des Gießstranges eingreifen, wobei die Düsen (27, 28) seitlich zueinander versetzt, in entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet und so ausgebildet sind, daß das Treib- und Kühlmittelgemisch in breitem Fächer und unter spitzem Winkel auf die Brammenoberfläche auftrifft, und wobei die Düsen (27,28) z-.vischen einer durch die Führungsroller.-Achsen (9) gebildeten Ebene und der Brammenoberfläche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mischkammer (16) ein mit der Kühlmittelzuleitung (18) verbundenes, auswechselbares Einsatzrohr (19) hineinragt und daß die Düsen (27, 28) in einem gemeinsamen Düsengehäuse (15) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verhältnis des Querschnitts eines Kanals (25 bzw. 26) im Düsengehäuse (15) zum Querschnitt eines Austritts der Düsen (27 bzw. 28) von 3 :1 bis 1,5 : !,vorzugsweise von2:1.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzrohr (19) eine Mindestlänge (a) von 48 mm, gerechnet von der Mittenachse (24) der Treibmittelzuführungsbohrung (17) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritte der Düsen (27,28) des Düsengehäuses (15) quadratisch gestaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine anlagenseitig vorgesehene Aufnahmevorrichtung für eine Montageplatte (37), die mit der Aufsprühvorrichtung fest verbunden ist.