DE2947163C2

DE2947163C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Abkühlen von auf hohe Temperaturen erwärmten Drähten

Info

Publication number: DE2947163C2
Application number: DE19792947163
Authority: DE
Inventors: Marc Asnieres Moreau
Original assignee: TREFIMETAUX CLICHY FR
Current assignee: TREFIMETAUX CLICHY FR
Priority date: 1978-11-22
Filing date: 1979-11-22
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE7933010U1; JPS5573829A; FR2442418A1; FR2442418B3; JPS5927366B2; DE2947163A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen raschen Abkühlen von auf hohe Temperaturen erwärmtem Draht aus Metall, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 3.

Ein solches Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung sind aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 20 995 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung durchläuft der Draht eine rohrförmige Leitung, die h5 sich axial durch einen ebenfalls rohrförmigen, an seinen Stirnseiten abgeschlossenen Kasten hindurcherstreekt. Das in den Kasten eingeleitete Kühlwasser strömt durch Gruppen von Löchern hindurch in dünnen Strahlen sternförmig gegen den Draht und fließt dann innerhalb der Leitung im wesentlichen axial, also längs des Drahtes, zu einer Ausleitkammer. Dabei kann das Kühlwasser den Innenraum der Leitung nicht annähernd füllen, da der Gesamtquerschnitt der Löcher erheblich kleiner ist als die Summe der Querschnitte, in dener sich die Ausleitkammern an die Leitung anschließen. In Dampfblasen, die sich innerhalb der Leitung rings um den Draht bilden, ist der Wärmeübergang vom Draht auf das Kühlwasser schlecht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Gattung sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 3 derart weiterzubilden, daß eine erheblich größere spezifische Kühlleistung erreichbar ist.

Das erfindungsgemäß zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagene Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind in den Patentansprüchen ] bzw. 3 gekennzeichnet

Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielte rasche Abkühlung des Metall-Drahtes reicht aus, um die Ausscheidung bestimmter intermetallischer Verbindungen zu verhindern.

Bei einem Messingdraht von 5,5 mm Durchmesser, der mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s einen kontinuierlichen Glühofen durchläuft, in dem er bei einer Spannung von 70 V und einer Stromstärke von 6000 Ä, also mit 0,42 MW, induktiv erwärmt wird, und in einer Vorrichtung mit einer Länge von 0,5 m abgekühlt wird, errechnet sich der abzuleitende Wärmefluß zu

0,42/(0,5 ■ 3,14 · 5,5 · 10-^J) = 48,5 MW/m².

Ein solcher Wärmefluß ist etwa das Zehnfache von 5 MW/m², dem Wert, der mit bekannten Vorrichtungen theorethisch erreicht wird und überdies im Vergleich zur Wirklichkeit zu hoch angesetzt ist, denn er setzt eine gleichmäßige Wasserbesprühung am Drahtumfang voraus. Der geforderte Wärmefluß wird aber mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vorrichtung erreicht.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung geschieht die Abkühlung mit zwei Wasserstrahlen gleicher Abmessungen, die mit ungefähr gleichen Geschwindigkeiten strömen aber entgegengesetzt gerichtet sind und von denen der eine auf einen ersten und der andere auf einen zweiten Abschnitt des Drahtes wirkt, wobei diese Abschnitte ungefähr gleiche Länge haben, um die Schubkräfte auf den Draht auszugleichen und seine Bewegungsbahn nicht abzulenken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Kasten durch Trennelemente in zwei ungefähr gleich große Räume geteilt, von denen jeder eine Einleitkammer und eine Ausleitkammer aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Kühlkasten mit zentraler Trennwand.

F i g. 2 einen Querschnitt durch denselben Kühlkasten.

F i g. 3 und 4 Querschnitte durch je einen anderen Kühlkas'.cn, bei dem Einleit- und Auslciikammcrn mit einem sich stetig verändernden Profil ausgebildet sind.

Der dargestellte Kühlkasten 1 ist von zylindrischer

Gestalt und hat eine Einlauföffnung 2 und eine Auslauföffnung 3 für einen Draht 4 sowie zwei Einlaßöffnungen ^r und 6 und zwei Auslaßöffnungen 7 und 8 für Kühlwasser. Die Ein- und Auslaßöffnungen 5 bis 8 haben einen großen Querschnitt, sind an je eine Einleitkammer 10 bzw. Ausleitkammer 9 angeschlossen und sind so bemessen, daß die Durchsatzleistung jeder Ausleitkammer 9 dem Durchsatz der zugehörigen Einleitkammer 10 zumindest gleich ist, um jede Gefahr einer Stauung zu vermeiden. Der Kasten 1 ist durch beim gezeigten Beispiel als Zwischenwände ausgebildete Trennelemente 11 und 12 in zwei Abschnitte geteilt. Die Trennelemente 11 und 12 sind etwas gegeneinander versetzt, um gegenseitige Störungen der Wasserströmung zu vermeiden.

Der Draht 4 durchläuft nacheinander zwei enge Leitungen 13, in denen das durch die Einlaßöffnungen 5 und 6 unter Druck zugeführte Wasser eine hohe Geschwindigkeit gewinnt, jede dieser Leitungen 13 hat — vom strömenden Wasser aus betrachtet — die Breite b, die Dicke d und die Länge /. Das Wasser wird vow einem in der einen Ausleilkammer 9 angeordneten Ablenkelement 14, dessen symmetrisches Gegenstück in der Ausleitkammer des anderen Abschnittes angeordnet ist, durch die Auslaßö'fnung 7 hindurch zu einem nicht gezeichneten Behäisßi und einer ebenfalls nicht gezeichneten Umwälzanlage umgelenkt

Ablenkelemente 15 und 16 verhindern, daß das Wasser in die Bewegungsbahn des Drahtes 4 abläuft. Zum Kanalisieren von eventuellem Spritzwasser können am Ein- und Auslauf der Kühlvorrichtung ferner Luftstrahlen 17 und 18 vorgesehen sein, die in Leitungen 19 un^ 20 radial gegen den Draht 4 gerichtet werden.

Um das Einführen des Drahtes 4 zu erleichtern, ist wenigstens ein Abschnitt einer Wand des Kastens 1, beispielsweise der Wandabschnitt 21, wegnehmbar ausgebildet.

Insbesondere mit dem Ziel, Formen mit zu vielen Winkeln, Kanten oder Ecken zu vermeiden, können die Wasser-Einleit- und -Ausleitkammern 10 und 9 hinsichtlich ihrer Gestalt abgewandelt werden; insbesondere läßt sich die Einleitkammer 10 mit einem sich stetig verändernden Profil 22 ausbilden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Einleit- und Ausleitkammern 10 und 9 mit einem in bezug auf den Draht 4 ungefähr symmetrischen Profil 23, kreisrunden, parabolischen oder hyperbolischen Profil auszubilden, das zugleich das Zusammenströmen des Wassers am Draht 4 zum Beschleunigen des Kühlwasserstrahles und das Auseinanderströmen am Auslauf zur Verbesserung der Ableitung erleichtert.

Beispiele

48,5 MW/m².

Beim Auslaufen aus dem Kühlkasten war der Draht vollständig kalt, und der Temperaturunterschied zwischen zulaufendem und ablaufendem Wasser betrug 2°C.

Bei einem zweiten Versuch mit einer auf 3 mm Breite verkleinerten Leitung 13 wurde aus einem kontinuierlichen Glühofen mit einer Leistung von 72 kW ein Draht aus Kupfer von 1 mm Durchmesser mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 30 m/s eingeführt Der auf gleiche Weise errechnete abzuführende Wärmefluß betrug in diesem Falle 45,8 MW/m².

Der mit etwa 600⁰C in die Kühlvorrichtung eingeführte Draht trat vollständig kalt aus.

Bei einem dritten Versuch wurde in den Kasten ein Draht von 1 mm Durchmesser aus rostfreiem Stahl mit 18% Chrom- und 10% Nickelanteil eingeführt der aus einem kontinuierlichen Glühofen mit einer Leistung von 22 kW mit 8 m/s und bei etwa 1000⁰C austrat In diesem Falle war ein Wärmefluß von 14 MW/m² abzuführen.

Auch in diesem Falle trat der Draht vollständig kalt aus, und der gemessene Temperaturunterschied zwischen dem zulaufenden und dem ablaufenden Wasser betrug 0,2⁰C. Bei diesem letzten Versuch wurde die Geschwindigkeit des Wasserstrahls mit 18 m/s ermittelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Es wurde ein Kühlkasten gemäß der vorstehenden Beschreibung hergestellt mit einem Durchmesser von 0,5 m, einer Dicke von 0,2 m und mit einer Kühlleitung 13 von 7 mm Dicke und 0,5 m Breite.

Den beiden Einleitkammern 10 wurde Wasser mit einem Druck von 2 Bar und einem Gesarmdurchsatz von 50 l/s zugeführt. Die Geschwindigkeit jedes der beiden Wasserstrahlen betrug etwa 15 m/s.

Bei einem ersten Versuch wurde ein Draht aus Messing von 5,5 mm Durchmesser, der in einem kontinuierlichen Glühofen bei 70 V und 6000 Ä induktiv erwärmt worden war, mit einer Temperatur von etwa 650⁰C und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 5 m/s in den Kühlkasten eingeführt. Der abzuführende Wärmefluß, nach der weiter oben angegebenen Formel berechnet, betrug

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen raschen Abkühlen von auf hohe Temperatur erwärmtem Draht s aus Metall, bei dem der Draht eine enge Leitung durchläuft, in der mindestens ein Wasserstrahl im wesentlichen rechtwinklig zur Laufrichtung des Drahtes diesen anströmt und ebenfalls im wesentlichen rechtwinklig zur Laufrichtung wieder abströmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserstrahl in der engen Leitung, deren Breite (b) in Laufrichtung des Drahtes (4) wenigstens das Vierfache und deren Dicke (d) quer zur Laufrichtung des Drahtes wenigstens das Doppelte des Drahtdurch- is messers beträgt, den Drahtquerschnitt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens 10 m/s umsirömt und in Fortsetzung seiner Anströmrichtung abströmt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Wasserstrahl in Laufrichtung des Drahtes (4) gegen den ersten Wasserstrahl versetzt gegenläufig zu diesem diametral in bezug auf den Draht an- und abströmt.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Kasten, der eine Einlauföffnung und eine Auslauföffnung für den Draht sowie wenigstens je eine Einleit- und Ausleitkammer für das Kühlwasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Einleitkammer (10) mit der zugehörigen Ausleitkammer (9) durch einen Schlitz (13) verbunden ist, dessen Breite (b) wenigstens das Vierfache und dessen Dicke (d) wenigstens das Doppelte des Drahtdurchmessers beträgt, und durch den der Draht (4) in Breitenrichtung des Schlitzes (13) hindurchgeführt ist, und daß die bzw. jede Ausleitkammer (9) in bezug auf den Draht (4) diametral gegenüber der zugehörigen Einleitkammer (9) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (1) durch Trenneiemente (11,12) in zwei ungefähr gleichgroße Räume geteilt ist, von denen jeder eine Einleitkammer (10), einen Schlitz (13) und eine Ausleitkammer (9) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Einleitkammer (10) ein sich zum Schlitz (13) hin trompetenartig verjüngendes Profil (22) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede Ausleitkammer ein sich vom Schlitz (13) aus trompetenartig erweiterndes Profil (23) aufweist.