DE3004864C2

DE3004864C2 - Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühl-Mittelgemisches auf Gußstränge

Info

Publication number: DE3004864C2
Application number: DE3004864A
Authority: DE
Inventors: Kurt Ing.(grad.) 4000 Düsseldorf Lerch; Sepp 7412 Eningen Mezger; Fritz-Peter Dr.-Ing. 4600 Dortmund Pleschiutschnigg; Hans 4000 Düsseldorf Schrewe
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1980-02-09
Filing date: 1980-02-09
Publication date: 1983-12-29
Also published as: FR2475435B1; AU539792B2; AU6681281A; DE3004864A1; GB2068779A; FR2475435A1; BR8100478A; BE886955A; IT8119444A0; GB2068779B; JPS56122654A; CH651487A5; CA1165971A; AT381881B; IT1135251B; ATA571680A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf <?ine Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittelgemisches auf Gußstränge in einem Strangiähiw*sgerüst, mit einer Sprühdüse, der eine Mischkammer mit getrennter Zuführung für das Treib- und das Kühlmittel vorgeschaltet ist, wobei die Sprühdüse Düsenaustritte aufweist, die in den Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Führungsrollen quer zur Gießrichtung und im wesentlichen parallel zu den Führungsrollenachsen gerichtet sind und die Sprühdüse zwischen der Ebene der Führungsrollenachsen und der Strangoberfläche angeordnet ist.

Eine Vorrichtung der vorbezeichneten Art ist durch die BE-PS 8 73 830 bekanntgeworden. Die vorgenannte Druckschrift befaßt sich im wesentlichen mit folgender Problematik:

1. Es soll eine gleichmäßige Verteilung des Wasser-Luft- oder -Dampf- oder -Gas-Gemisches auf den Gußstrang erzielt werden bei gleichmäßiger Beschleunigung des Gemisches beim Sprühen über die Strangbreite.

2. Ein Hineinspritzen in den Rollenschatten (dreieckiger Zwischenraum zwischen Strangoberfläche und Rolle) soll möglich sein, wobei gleichzeitig durch die Abblaswirkung des Gemischstrahles ein Wegspritzen von stehendem Wasser und Zunderteilchen aus dem Rollenzwischenbereich angestrebt wird.

3. Die Wasserdurchsatzmenge soll regelbar sein, und zwar ohne Beeinträchtigung des Spritzbildes unter Beibehaltung einer bestimmten Spritzdüse.

Ferner ist eine Sprühdüse mit zentraler Flüssigkeitszuführungsbohrung und zwei davon seitlich abzweigenden Austrittsbohrungen durch die US-PS 27 46 795 bekanntgeworden. Der bekannte Gegenstand nach US-PS weicht aber schon gattungsmäßig wesentlich von der vorliegenden Erfindung ab. Die US-PS befaßt sich nämlich mit einem rotierenden Sprühapparat, der bewußt so konstruiert worden ist, daß durch die bei der Zuführung der Flüssigkeit erzeugte Turbulenz eine Rotation des Sprühkopfes bewirkt wird. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß ein rotierender Sprühapparat für die Zwecke der vorliegenden Erfindung (Kühlung von

ίο Gußsträngen in Stranggießanlagen) völlig ungeeignet ist

Außerdem arbeitet der bekannte rotierende Sprühapparat nach US-PS 27 46 795 nicht mit einem Treib- und Kühlmittel-Gemisch, sondern lediglich mit Flüssigkeit.

Auch hierin liegt ein wesentlicher gattungsgemäßiger Unterschied zur Vorrichtung gemäß vorliegender Anmeldung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß ein breiterer fächerartiger Strahl und damit eine größere Wärmeaustauschfläche, ferner kleinere Tropfen und damit eine intensivere Kühlung erzielt werden, nämlich dahingehend, daß die einzelnen (kleineren) Tropfen schnell verdampfen können und die nichtverdampften Tropfen seitlich über den Strang hinweggesprüht werden, und daß schließlich eine einfachere Herstellung der Sprühdüse ermöglicht wird.

Ausgehend von eier bekannten Vorrichtung nach

BE-PS 8 73 830 wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sprühdüse eine als Sackloch mit kugeligem Boden ausgebildete Zulaufbohrung und an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen als Düsenaustritte je eine prismenförmige Einfräsung aufweist, wobei die Einfräsungen in den Radius des kugeligen Bodens einmünden, und daß den Düsenaustritten innerhalb der Zulaufbohrung eine Wirbelscheibe vorgeschaltet ist.

Durch die Erfindung wird die beim Gegenstand der BE-PS 8 73 830 praktizierte Konzeption entgegengesetzter, d.h. einander nahszu &egsnüberliegender Düsenaustrittsöffnungen vermieden. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, die Strahltiefe auf die gewünschte Größe zu verbreitern, ohne daß sich die Strahlen gegenseitig stören können. Dadurch, daß die Strahlen

■»5 nicht mehr gegeneinander gerichtet sind, ergibt sich gleichzeitig eine einfachere Gestaltung der Düse.

Das erfindungsgemäße Merkmal einer Sacklochbohrung mit kugeligem Boden trägt wesentlich dazu bei, daß die seitlich austretenden Sprühstrahlen praktisch auf ihrer gesamten Länge eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung (bezogen auf die besprühte Fläche) aufweisen.

Oie erfindungsgemäße Wirbelscheibe ist zweckrnäßigerweise so ausgebildet, daß sich das schon zuvor (d. h.

in der Mischkammer) gebildete Wasser-Luft-Gemisch. das im Zentrum der Mischkammer (radial betrachtet) einen größeren Wasseranteil hat als an den Randzonen, noch intensiver vermischt. Dadurch kann der mittlere Tropfendurchmesser in vorteilhafter Weise verkleinert werden. Die den Düsenaustritten vorgeschaltete Wirbelscheibe sorgt also für die Bildung minimaler Tröpfchengrößen des aufzusprühenden Kühlmittels. Die geringe Tröpfchengröße begünstigt eine nabo/u vollständige Verdampfung des Kühlmittels auf der Oberfläche des zu kühlenden Gußstranges und bewirkt durch Einbeziehung der Verdampfungskiilte eine erhebliche Steigerung der Kühlleistung gegenüber bekannten Vorrichtungen, bei denen die Kühlnm: im

wesentlichen nur durch Konvektion erfolgt

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die die Auftrefffläche bildende Strangoberfläche mit der Mittelebene des Düsenaustritts jeweils einen Winke! (y) von 2 bis 10°, vorzugsweise 5°, bildet

Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung Veranschaulicht und nachstehend näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht (Schnitt längs der Linie I-I in Fig.2) einen Teil eines zwischen Führungsrollen hindurchgeführten Gußstranges,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in F i g. 1,

Fig.3 in gegenüber Fig. 1 und 2 vergrößerter Darstellung eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittel-Gemisches auf Gußstränge (in Ansicht entsprechend F i g. 2 bzw. im teilweisen Vertikalschnitt), bei der die Einzelteile größtenteils in demontierter Stellung dargestellt sind,

F i g. 4 eine Sprühdüse aus F i g. 3, in Pfeilrichtung A gesehen,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in b i g. 3, und

Fig.6 die aus Fig.3 hälftig in Seitenansicht dargestellte Wirbelscheibe der Sprühdüse, in Draufsicht gesehen.

Nach F i g. 2 bezeichnet 10,11 zwei gegenüberliegende Führungsrollen in einem Strangführungsgerüst einer Stranggießanlage. Ein zwischen den Führungsrollen 10, 11 geführter Strahlstrang ist mit 12 beziffert Auf beiden Seiten des Strahlstrangs 12 sind — jeweils in vergleichsweise geringen Abständen a — mehrere parallele Führungsrollen 10, 11 in Gießrichtung 13 hintereinander angeordnet (vgl. Fig. 1). Zwischen je zwei Führungsrollen 10 auf der oberen Seite des Stahlstrangs 12 greift jeweils eine Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittel-Gemisches ein, die insgesamt mit 14 bezeichnet ist

Wie im einzelnen insbesondere aus F i g. 3 erkennbar ist, besteht die Vorrichtung 14 im wesentlichen aus zwei Komplexen, nämlich einerseits einer Sprühdüse 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 dem Anschluß 18 zugeführt

Wie Fig. 3 weiterhin zeigt ist der Kühlflüssigkeitsanschluß 18 im wesentlichen als Einsatzrohr 19 ausgebildet, welches koaxial in die ebenfalls rohrförmige Mischkammer 16 hineinragt Am oberen Enüe des Einsatzrohres 19 ist eine Befestigungsmutter 20 angeschweißt, die ein Innengewinde 21 aufweist. Mutter 20 und Gewinde 21 dienen zur Befestigung des Einsatzrohres 19 auf einem entsprechenden Gewinde 22 der Mischkammer 16. An dem oberen Ende der Mutter 20 ist ein Außengewinde 23 angeformt, welches zur Befestigung einer Kühlflüssigkeitsleitung, z. B. in üblicher Weise mittels Überwurfmutter, vorgesehen ist.

Die Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, wird also bei 23 in das Einsatzrohr 19 und von.dort in die Mischkammer 16 eingeleitet Der Volumenstrom der Kühlflüssigkeit 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 s;omit in einfacher Weise möglich, den Volumanstrom des Kühlwassers unabhän gig von dem Volumenstrüm der bei 17 in die Mischkammer 16 eingeleiteten Luft und unabhängig von der Geometrie der Sprühdüse 15 zu verändern. Da das Einsatzrohr 19 leicht auswechselbar ist können in entsprechend einfacher Weise verschiedene Volumeiistromverhältnisse Kühlflüssigkeit/Treibmittel gewählt ϊ werden, ohne an der Sprühdüse 15 selbst Veränderungen vornehmen zu müssen. Auch die Druckverhältnisse an der Kühlflüssigkeitszuführung einerseits und der Treibmittelzuführung andererseits brauchen hierzu in keiner Weise geändert zu werden.

i<> Aufgrund des relativ großen Querschnittes der Mischkammer 16 werden die Reibungsverluste des Gemisches auf dem Weg zu den Düsenaustritten gering gehalten, was sich in einer Erhöhung der Geschwindigkeit der aus der Sprühdüse 15 ausströmenden Sprühstrahlen vorteilhaft bemerkbar macht

Im vorerwähnten Sinne wirkt es sich auch vorteilhaft aus, daß der Treib- und Kühlmittel-Gemisch-Strom sich erst innerhalb der Sprühdüse 15 in zwei Teilströme unterteilt

M F i g. 3 läßt weiterhin erkennen, daß die Sprühdüse 15 eine Zulaufbohrung 24 aufweist ';e als Sackloch ausgebildet ist Die Zuiaufbohrung 24 ist zweifach abgesetzt und besitzt an ihrem oberen Ende ein Innengewinde 25, das mit einem entsprechenden Außengewinde 26 der Mischkammer 16 zusammenwirkt Ik die Zulaufbohrung 24 ist eine Wirbelscheibe 27 eingesetzt, die sich dabei axial an einem Absatz 28 der Zulaufbohrung 24 abstützt Die Wirbelscheibe 27 ist — in Draufsicht — auch aus F i g. 6 erkennbar. Sie besitzt an ihrer kreisförmigen Umfangsfläche 4 in Winkelabständen von jeweils 90° zueinander angeordnete radiale Einfräsungen 29. Durch die Wirbelscheibe 27 bzw. durch die beschriebene Anordnung und Gestaltung derselben wird eine noch intensivere Vermischung des bereits in der Mischkammer 16 vorhandenen Wasser-Luft-Gemisches erreicht wodurch in vorteilhafter Weise eine weitere Verkleinerung des mittleren Tropfendurchmessers der aus der Sprühdüse 15 austretenden Strahlen erzielt werden kann.

Wie weiterhin aus F i g. 3,4 und 5 hervorgeht, sind in das Gehäuse der Sprühdüse 15, an zwei diametral geg.-nüberliegenden Stellen derselben, als Düsenaustritte zwei prismenförmige Einfräsungen 30,31 eingearbeitet. Die Einfräsungen 30, 31 (Düsenaustriite) sind so vorgenommen, daß eine Durchdringung derselben mit der als Sackloch ausgebildeten Zulaufbohrung 24 der Sprühdüse 15 im kugeligen Boden 32 der Zulaufbohrung 24 stattfindet. Die Form der sich hierdurch bildenden Austrittsöffnungen 33 ist besonders gut aus Fig.4 erkennbar. Die prismenförmigen Einfräsungen 30, 31 sind — mit Bezug auf ihre jeweilige Symmetrieebene (z. B. 34) — gegenüber der Hoirzontalebene der Strangoberfläche derart geneigt angeordnet, daß die Auftnf?fläche (der Sprühstrahlen) mit der Mittelebene des Düsenaustritts 33 jeweils einen Winkel (y) von 2 bis 10°, vorzugsweise 5", bildet (vgl. hierzu F i g. 3).

Durch die prismenförmigen Einfräsungen 30,31 bzw. die sich hierdurch ergebenden Düsenaustritte 33 werden zwei in entgegengesetzte Richtungen gerichtete breite Flachstrahlcn erzeugt (vgl. hierzu F i g. 1 und 2). Die beiden Flaghstrahlen breiten sich — in Draufsicht gesehen (Fig. 1) — jeweils unter einem größeren Winkel α. und — in senkrechter Richtung hierzu (F i g. 2) — unter einem kleineren Winkel β aus. Der Vorteil der Strahlausbreitung unter dem Winkel « ist darin zu sehen, daß in kurzer Entfernung vom Düsenaustritt die gesamte Breite — in Gießrichtung 13 gesehen — der freien Strangoberfläche besprüht wird. Der Vorteil der

Strahlausbreitung unter dem Winkel β besteht darin, daß der Auftreffbereich — in Strahlrichtung 34 gesehen — des Sprühstrahles auf der Strangoberfläche vergrößert wird. Abgesehen von dem Neigungswinkel y = 2—10°. vorzugsweise 5° (vgl. hierzu die obigen Ausführungen bzw. F i g. 3), liegt die Ebene der sich unter dem Winkel α ausbreitenden Flachstrahlen parallel zur Strangoberfläche. Dies bedeutet, daß die zwischen den Führungsrollen 10 freiliegende Strangoberfläche — in Fig. I gekennzeichnet,durch das Maß c — in kürzerem Abstand von der Sprühdüse 15 in größerem Maße besprüht wird als dies z. B. beim Gegenstand der BE-PS 8 73 830 möglich ist. Durch diese, in den Winkeln α, β und γ begründeten Vorteile wird die Gleichmäßigkeit der Strangkühlung wesentlich verbessert. Die vorstehend beschriebenen Vorteile sind jeweils auf den einzelnen Flachstrahl zu beziehen. Hierbei werden einzelne flache Strahlen mit breitem Strahlwinkel α mit geringerer Strahlausbreitung senkrecht dazu (Winkel ß) gebildet, wohingegerT beim Gegenstand der BE-PS jeweils aus einem annähernd runden Strahl ein etwas abgeflachter ovaler Strahl entsteht.

Im weiteren Unterschied gegenüber dem Gegenstand der BE-PS 8 73 830 ist die Sprühdüse 15 nach vorliegender Anmeldung in einem Abstand von max. 150 mm vom düsenseitigen Ende des Einsatzrohres 19 der Mischkammer 16 angeordnet. Dieses mit b bezeichnete Maß ist aus Fig.3 ersichtlich. Es gilt allerdings für den zusammengebauten Zustand der in F i g. 3 in demontierter Stellung gezeigten Einzelteile.

Fig.] und 2 zeigen eine vorteilhafte Anordnung mehrerer Vorrichtungen zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittel-Gemisches auf Gußstränge. Diese Anordnung besteht darin, daß die in Gießrichtung 13 aufeinanderfolgenden einzelnen Vorrichtungen 14 jeweils abwechselnd nach links bzw. rechts um das Maß d aus der Mittelachse 35 des Gußstranges heraus seitlich versetzt sind. Die Vorrichtungen 14 sind hierbei jeweils zwischen den einzelnen Führungsrollen 10 befestigt. Je nachdem durch das Maß e gekennzeichneten Spritzabstand ist das Maß d der seitlichen Versetzung der Vorrichtung 14 zu wählen. Und zwar beträgt es, wie Fig. 2 verdeutlicht, jeweils etwa die Hälfte der Breite f der nicht besprühten Strangoberfläche. Dadurch, daß die Vorrichtung 14 im benachbarten Führungsrollenzwi-

schenraum um das gleiche Maß d nach der anderen Seite der Mittelachse 35 versetzt wird, erreicht man — bei Betrachtung eines Führungsrollenpaares — wiederum eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung auf der gesamten Breite des zu besprühenden Stranges 12.

i> Zusammengefaßt lassen sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 14 im wesentlichen folgende Vorteile erzielen:

Durch die prismenförmigen Einfräsungen 30, 31 bzw. Düsenaustritte 3.3. die von der MiitH;irhv? eier Mischkammer 16 gesehen nach außen sprühen, lassen sich Flachstrahlen erzeugen, die in ihren Sprühwinkeln (λ und ß), je nach Geometrie der Zulaufbohrung 24 und der Düsenaustritte 33 (Einfräsungen 30, 31). variabel gestaltet werden können. Dadurch ist eine gleichmiißigere Besprühung der zu kühlenden Strangoberfläche möglich. Durch die Mischkammer 16 mit anschließender Wirbelscheibe 27 in der Zulaufbohrung 24 der Sprühdü's 15 läßt sich eine bessere Vermischung von Wasser und Luft, und damit kleinere Tropfen der

Jf) Sprühstrahlen erzielen. Durch die kleineren Tropfen der Sprühstrahlen ist eine intensivere Kühlung der Strangoberfläche gewährleistet, da dL? einzelnen Tropfen schneller verdampfen. Schließlich liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die beiden Sprühstrah-

J5 len sich nicht überschneiden, sondern nach außen sprühen. Hierdurch ist eine sehr einfache Gestaltung der Sprühdüse möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufsprühen eines Treib- und Kühlmittelgemisches auf Gußstränge in einem Strangführungsgerüst, mit einer Sprühdüse, der eine Mischkammer mit getrennter Zuführung für das Treib- und das Kühlmittel vorgeschaltet ist, wobei die Sprühdüse Düsenaustritte aufweist, die in den Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Führungsrollen quer zur Gießrichtung und im wesentlichen parallel zu den Führungsrollenachsen gerichtet sind und die Sprühdüse zwischen der Ebene der Führungsrollenachsen und der Strangoberfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüse (15) eine als Sackloch mit kugeligem Boden (32) ausgebildete Zulaufbohrung (24) und an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen als Düsenaustritte (33) je eine prismenförmige Einfräsung (30,31) aufweist, wobei die Einfräsungen (30,31) in den Radius des kugeligen Bodens (32) einmünden, und daß den Düsenaustritten innerhalb der Zulaufbohrüng eine Wirbelscheibe (27) vorgeschaltet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auftrefffläche bildende Strangoberfläche mit der Mitteiebene des Düsenaustritts (33) jeweils einen Winkel (y) von 2 bis 10°, vorzugsweise 5°, bildet.