DE2829172C2

DE2829172C2 - Kühlvorrichtung für Gegenstände aus Stahl

Info

Publication number: DE2829172C2
Application number: DE2829172A
Authority: DE
Inventors: Seiji Bando; Sadao Okayama Ebata
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1977-07-04
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE2829172A1; US4232853A

Description

Die Erfindung seht aus von einer Kühlvorrichtung für Gegenstände aus Stahl der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung, iline solche Kühlvorrichtung ist bereits aus der DE-OS 21 65 049 bekannt Bei dieser bekannten KühlvorrichtL ig wird Wasser zusammen mit Druckluft in den Düsenhals eines Sprührohres gefördert wobei der Düsenhaisdurchmesser in Richtung auf die Spritzdüse abnimmt Der bekannten Kühleinrichtung liegt das Prinzip der Wasserstrahlpumpe zugrunde.

Diese bekannte Kühlvorrichtung ist insofern nachteilig, als sie keine einfache Regelung der Kühlleistung gestattet und zudem die Form des austretenden Kühlnebels nicht verändert werden kann. So muß bei der bekannten Vorrichtung zur Veränderung der Kühlleistung die Strömungsmenge und/oder der Druck des der Düse zugeführten Wassers und/oder der zugeführten Luft verändert werden. Wird bei der bekannten Kühlvorrichtung allein die Wasser- oder die Luftzufuhr verändert, so ergibt sich der Nachteil, daß dann das jeweils andere Strömungsmittel so im Überschuß vorhanden ist daß störende Nebeneffekte erzielt und Energie nutzlos vergeudet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß lediglich durch Änderung des Wasserdruckes die Kühlleistung gesteuert werden kann und daß ein ellipsenförmiger Sprühstrahlnebel erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß es /um Einstellen der Kühlleistung lediglich erforderlich ist, den Durchfluß des zugeführten Kühlwassers einzustellen, jedoch unter Konstanthaltung der Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Luft.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in

dem Unteranspruch beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines AusfChrungsbeispiels sowie eines Vergleichsbeispieles anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine nicht erfindungsgemäße Kühlungsdüse (Vergleichsbeispiel),

Fig.2 ein Blockdiagramm einer Kühlvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 3 eine Schnittansicht eines Düsenkörpers.
F ig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, F i g. 5A eine schematisierte Darstellung der mit den in F i g. 1 dargestellten Kühldüse erzielten Kühlstrahlform,

F i g. 5B eine Darstellung der mit der erfindungsgcmäßen Kühlvorrichtung erzielten Kühlstrahlform,

Fig.6A bis 6C schematisierte Darstellungen von Kühlmustern in verschiedenen Ausführungsfonnen der Erfindung und

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der zugeführten Wassermenge und dem Druck der zugeführten Luft in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt als Vergleichsbeispiel eine Kühldüse, deren Kühlleistung über einen weiten Bereich steuerbar ist Die dargestellte Düse hat einen Dfjsenkörper 10, welcher zwei damit einstückige, unter Einschaltung eines gewissen Zwischenraums miteinander fluchtende Spritzdurchlässe 12, 14 und eine die einander zugewandten Enden der Durchlässe umgebende Luftkammer 16 aufweist Bei dieser Anordnung werden der Druck des über den ersten Durchlaß 12 zugeführten Wassers sowie der Druck der über die Luftkammer 16 zugeführten Luft gesteuert, um die Kühlleistung des durch den zweiten Durchlaß 14 austretenden Spritz-Strahls über einen weiten Bereich zu steuern.

Die vorstehend beschriebene Kühldüse hat einen

komplizierten Aufbau, und ihre Kühlstrahlform ist auf eine kreisförmige Fläche beschränkt Die Steuerung der Kühlleistung der Düse erfolgt darüber hinaus noch mittels herkömmlicher Steuereinrichtungen.

Eine in F i g. 2 dargestellte Stahl-Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung hat einen Düsenkörper 20, eine an diesem angeschlossene Luft-Zufuhrleitung 22 mit einer darin angeordneten Einrichtung 24 zum Aufrechtcrhalten einer konstanten Strömung, eine am Düsenkörper 20 angeschlossene Wasser-Zufuhrleitung 26 und ein in dieser angeordnete: Strömungs-Steuerventil 28.

Wie man in F i g. 2 und 3 erkennt, umfaßt der Düsenkörper 20 eine sich von einer Stirnseite 32 eines Körpers 30 in ihn hinein erstreckende, eine Wasserkammer 34 darstellende Blindbohrung und eine in gewissem Abstand parallel dazu verlaufende, eine Luftkammer 36 darstellende Blindbohrung. Die Wasserkammer 34 und die Luftkammer 36 sind durch eine Zwischenwand 38 voneinander getrennt. An ihrer Ausmündung in der Stirnseite 32 haben die Kammern 34, 36 jeweils ein Innengewinde 344 bzw. 36/4 für den Anschluß der Wasser- bzw. Luft-Zufuhrleitung 26 bzw. 22.

In den Düsenkörper 20 sind in gegenseitigen Abstänbo den mehrere Spritzrohre 40 lotrecht zu den Achsen der Wasser- und Luftkammern 34 bzw. 36 eingesetzt.

Die Spritzrohre 40 durchsetzen mit jeweils einem Ende die Zwischenwand 38, so daß sie mit der Wasserkammer 34 strömungsverbunden sind, und münden um anb5 deren Ende jeweils in einer Spritzöffnung 42 an der Außenseite des Körpers 30. Die Spriizrohre 40 durchsetzen die Luftkammer 36 lotrecht zur Achse derselben und weisen Durchgangsbohrungen 44 auf, über welche

ier Innenraum der einzelnen Spritzrohre mit der Luftcammer 34 verbunden ist. Die Achsen der Durchgangsjohrungen 44 verlaufen senkrecht zu den Achsen der Spritzrohre 40 und parallel zur Achse der Luftkammer Ϊ4.

Die Wasserkammer 34 wird über die Leitung 26 mit Wasser und die Luftkammer 36 über die Leitung 22 mit Druckluft gespeirt. Das die Spritzrohre 40 von der Wasserkammer 34 aus durchströmende Wasser wird mit über die Bohrungen 44 zuströmender Luft vermischt, so daß an der Spritzöffhung 42 ein aus Tröpfchen bestehender Strahl austritt mittels dessen eine wirksame Kühlung erzielbat ist Die der Wasserkammer 34 des Düsenkörpers 20 über die Leitung 26 zugeführte Wassermenge ist steuerbar, wovon wiederum die von der Luftkamnr.er 36 in die Spritzrohre 40 einströmende Luftmenge abhängig ist, so daß die Menge des ausgespritzten Wassers sowie die Ajstrittsgeschwindigkeit der beiden Strömungsmittel aus der Spritzöffnung verändert werden können, um damit eine Änderung der Kühlleistung zu ermöglichen.

Der Spritzstrahl hat die Querschnittsform einer Ellipse, deren längere Achse in der Richtung der Durchgangsbohrungen 44 verläuft (F i g. 5B). Durch Änderung des Abstands L 1 zwischen der Bohrung 44 und der Spritzöffnung 42 und des Durchmessers D der Durchgangsbohrung 44 läßt sich das Spritzmuster verändern.

Beträgt der Abstand L 1 zwischen dem Lufteinlaß 44 und der Spritzöffnung 42 beispielsweise 9 mm, der Innendurchmesser der Spritzrohre 2,5 mm und der Durchmesser D der Lufteinlässe 44 ebenfalls 2,5 mm, so hat der Spritzstrahl in einer Entfernung von 500 mm von der Spritzöffnung 42 die Querschnittsform einer Ellipse, deren längere Achse 150 mm und deren kürzere Achse 75 mm mißt.

Soll die von dem elliptischen Spritzstrahl bestrichene Fläche vergrößert werden, so braucht lediglich der Abstand L 1 zwischen der Durchgangsbohrung 44 und der Spritzöffnung 42 verkleinert zu werden.

Gemäß der Erfindung ist es außerdem nicht notwendig, den Wasserdruck und den Luftdruck ipezicl! zu begrenzen. Mit der beschriebenen Ausführungsform wurden Versuche bei einem Wasserdruck von 5 kp/cm² durchgeführt.

Zur wirksamen Kühlung von Siahlp'.aUen kann eine Vielzahl von Spritzrohren 40 so angeordnet sein, daß ihre Spritzstrahlen sich gegenseitig überlappen. F i g. 6A bis 6C zeigen verschiedene Kombinationen von Kühlmustern, wie sie durch entsprechend gewählte Anzahlen und Anordnungen von Spritzrohren 40 sowie Anzahlen und Anordnungen der Durchgangsbohrungen 44 erzielbar sind.

Die an einem Ende mit der Luftki'tnmer 36 verbundene Luftzufuhrleitung 22 ist mit dem anderen Ende an eine Druckluftquelle 46 angeschlossen, und die Einrichtung 24 zum Konstanthalten der Strömungsgeschwindigkeit ist in der Leitung angeordnet. Zwischen der Einrichtung 24 und dem Düsenkörper 20 ist ein Druckmesser 48 vorgesehen. Die Luftkummer 36 des Düsenkörpeis 20 wird also von der Druckluflquclle 46 aus über die Einrichtung 24 mit einer gegebenen konstanten Luftströmung gespeist.

Die Wasserzufuhrleitung 26 ist mit einem Ende an der Wasserkammer 34 J^s Düsenkörpers 20 und mit dem anderen Ende an einer Zapfstelle 50 angeschlossen und enthalt das Durchfluß-SWiierventil 28. Die der Wasserkammer 34 des Düsenkörpers 20 zugeführie Wasserläßt sich also durch entsprechende Einstellung des Steuerventils 28 variieren.

Zur Steigerung der durch den Ausstoß der beiden Strömungsmittel erzielbaren Kühlleistung müssen der Luftdruck sowie die dem Düsenkörper 20 zugeführte Wassermenge erhöht werden. Dies ist auf einfache Weise möglich, indem die Menge und damit der Druck des dem Düsenkörper 20 zugeführten Wassers durch Betätigung des Steuerventils 28 erhöht wird, während die Luftströmung konstant bleibt Durch die Erhöhung der ίο die Spritzrohre 40 durchströmenden Wassermenge wird nämlich die zugeführte Luft innerhalb der Spritzrohre verdichtet und in ihrem Volumen verringert so daß sich ihr Druck also erhöht Eine Vergrößerung der zugeführten Wassermenge bewirkt aiso automatisch eine Erhöhung des Drucks der zugeführten Luft

Soll die Kühlleistung dagegen verringert werden, so braucht lediglich das Steuerventil 28 betätigt zu werden, um die zugeführte Wassermenge und damit den Wasserdruck innerhalb der Spritzrohre 40 zu verringern.

Die Kühlleistung ist somit also allein .!,Arch Betätigung des Steuerventils 28 steuerbar. Bei den he-kömmiiehen Steuerungsverfahren sind demgegenüber Ventile für die Steuerung der Zufuhr sowohl von Wasser als aucb von Luft und demgemäß eine sehr umständliche Betätigung dieser Ventile notwendig.

F i g. 7 zeigt die Beziehungen zwischen der zugeführten Wassermenge V(Nl/min) und dem Druck der zugeführten Luft P (kg/cm² · G) bei einem Düsenkörper 20 mit neun Spritzrohren 40 von 2,5 mm Inneudurchmesser, wobei von der Steuereinrichtung 24 eine konstante Luftströmung von 500 Nl/min aufrecht erhalten wird. Da hier eine Änderung der Zufuhrmenge des Wassers eine proportionale Änderung des Luftdrucks bewirkt, läßt sich die entlang der Abszisse aufgetragene Wasser-Zufuhrmenge anhand des vom Druckmesser 48 angezeigten Luftdrucks ermitteln, so daß die Kühlleistung über einen weiten Bereich genau steuerbar ist.

Ein die Beziehungen zwischen der Zufuhrmengt- des Wassers und dem Luftdruck darstellendes Diagramm der vorstehend beschriebenen Art läßt sich für eine gegebene Kühlvorrichtung bzw. für einzelne Spritzdüsen im Vorhinein aufstellen, wobei dann die jeweils zugeführte Wassermenge durch Messung des Drucks der den Düsen zugeführten Luft ermittelt we^rden kann, so daß die jeweilige Kühlleistung bei einer gewünschten Wasser-Zufuhrmenge oder einem gewünschten Luftdruck mühelos und genau feststellbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung für Gegenstände aus Stahl zum Aufspritzen eines Wasser-Luft-Gemisches mit einer Wasser- und einer Luftzuleitung zu einem Düsenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (20) eine Wasserkammer (34), eine dazu parallele Luftkammer (34) sowie Spritzrohre (40) enthält, die die Wasserkammer (34) durch die Luftkammer (36) hindurch mit den Spritzdüsen (42) verbinden, wobei die Spritzrohre (40) die Achse der Luftkammer (36) senkrecht schneiden und innerhalb der Luftkammer mit einer senkrecht zur Spritzrohrachse verlaufenden Durchgangsbohrung (44) versehen sind, sowie daß in der Wasserzuleitung (26) ein Durchflußsteuerventil (28) und in der Luftzuleitung (22) eine Errichtung (24) zum Konstanthalten der Luftströmu&g· angeordnet ist

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß durch Änderung des Abstandes (L 1) zwischen der Durchgangsbohrung (44) und der Spritzdüse (42) die Größe der vom Spritzstrahl bestrichenen Fläche veränderbar ist