DE3435501A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen kuehlen einer erwaermten, waagerecht liegenden metallplatte - Google Patents
Vorrichtung zum kontinuierlichen kuehlen einer erwaermten, waagerecht liegenden metallplatteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Kühlen einer erwärmten, waagerecht liegenden
Metallplatte, z.B. einer "Stahlplatte ο.dgl., unmittelbar nach dem Warmwalzen zwecks fortlaufenden
und gleichmäßigen Abkühlens unter Vermeidung einer Entstehung von Spannungen und unter Erzielung gewünschter
Eigenschaften.
Zwecke der Verbesserung von Festigkeit und Zähigkeit einer warmgewalzten Stahl- o.dgl. erwärmten Metall
platte ist es üblich, Kühlwasser auf Ober- und Unterseite der sich in ihrer Längsrichtung bewegenden Metall
platte aufzuspritzen, um sie.auf eine vorgeschriebene
1^ Temperatur abzukühlen.
Die bisherige einschlägige Vorrichtung umfaßt obere und untere Kühlwasser-Düsen zum Ausstoßen von Kühlwasser
praktisch senkrecht auf die Oberseite der Metall platte, einen oberen Düsen-Verteiler für die Zufuhr
von Kühlwasser zu den oberen Düsen, untere Kühlwasser-Düsen
zum Aufspritzen von Kühlwasser auf die Unterseite
der Metallplatte sowie einen unteren Düsen-Verteiler zur Lieferung.von Kühlwasser zu den unteren Düsen.
■'■·-.
Gemäß Fig. 1 sind dabei die oberen Kühlwasser-Düsen 2 in vorbestimmten gegenseitigen Abständen über der
nicht dargestellten erwärmten Metallplatte in Richtung von deren Breite (Querrichtung) angeordnet, um das vom
oberen Verteiler 1 zugeführte Kühlwasser in Form eines Vorhangs auf die Oberseite der Metallplatte aufzuspritzen.
Die nicht dargestellten unteren Kühlwasser-Düsen sind auf entsprechende Weise unterhalb der Metallplatte angeordnet,
um das von dem nicht dargestellten unteren Verteiler gelieferte Kühlwasser praktisch in senk-
rechter Richtung in Form eines Sprühnebels auf die MetalIpIatten-Unterseite aufzuspritzen.
Bei dieser Vorrichtung ist es im Hinblick auf eine Verringerung
von Spannung und anderer ungünstiger Eigenschaften der Metallplatte sehr wichtig, daß obere und
untere Kühlwasser-Düsen jeweils im wesentlichen dieselbe Kühlleistung gewährleisten. ! ■
.
Aus diesem Grund ist es bei der beschriebenen bisherigen Vorrichtung üblich, die Strömungsmenge des vom
unteren Verteiler den unteren Düsen zugeführten Kühlwassers auf das 2,0- bis 2,5-fache derjenigen des vom
oberen Verteiler 1 den oberen Düsen 2 zugelieferten Kühlwassers zu erhöhen.
Der Grund für eine solche Einstellung ist folgender: Das durch die unteren Düsen auf die Unterseite der erwärmten
Metallplatte aufgespritzte Kühlwasser fließt sofort wieder von dieser Unterseite herab, während das
durch die oberen Düsen auf die Oberseite der Metallplatte aufgespritzte Kühlwasser für eine gewisse Zeit
auf dieser Oberseite verbleibt und damit eine sekundäre Kühlwirkung hervorruft. Wenn somit das Kühlwasser auf
die Metallplatten-Oberseite mit' de-rselben Strömungsmenge
wie auf die -Unterseite aufgebracht werden würde, würde die Oberseite in stärkerem Maße gekühlt werden
als die Unterseite.
■ . .
Das beschriebene Aufspritzen einer größeren Kühlwassermenge auf die Metallplatten-Unterseite ist jedoch vom
Standpunkt der Wassereinsparung unerwünscht.
Eine das vorstehend angeschnittene Problem lösende
Kühlvorrichtung ist in der JP-OS 55-156,612 beschrieben Das Arbeitsprinzip dieser bisherigen Vorrichtung ist
nachstehend anhand von Fig. 2 erläutert.
Gemäß Fig. 2 befindet sich eine erwärmte Metallplatte 3 in waagerechter Lage. Ein Wasser-Behälter 4 mit Boden
4a und Seitenwänden 4b enthält Kühlwasser und ist unter der Metallplatte 3 angeordnet; er besitzt ein aus- '
reichendes Fassungsvermögen, um die'Gesamtmenge des
auf zu beschreibende Weise in einem Strahl oder Vorhang (jet stream) verspritzten Wassers aufzufangen.
In den Boden 4a des Behälters 4 sind zahlreiche untere Kühlwasser-Düsen 5 in im wesentlichen lotrechter Lage
und- in vorbestimmten gegenseitigen Abständen über die
Breite der erwärmten Metallplatte 3 hinweg eingebaut. Das oberste Ende (Mündung) jeder dieser Düsen 5 be-.
findet sich dabei unter der Oberfläche des im Behälter 4 enthaltenen Kühlwassers. An die Düsen 5 ist zu deren
Beschickung mit Kühlwasser ein. unterer Düsen-Verteiler
6 angeschlossen.· Eine Anzahl nicht dargestellter oberer Kühlwasser-Düsen sind oberhalb der Metallplatte 3 in
vorbestimmten gegenseitigen Abständen über die Breite der Metallplatte 3 hinweg angeordnet, um Kühlwasser
praktisch lotrecht auf die Oberseite der Metallplatte 3 aufzuspritzen.
Wenn bei dieser bisherigen Vorrichtung bei mit Kühlwasser
gefülltem Behälter 4 das Kühlwasser über den unteren Verteiler 6 den unteren Düsen 5 zugeführt wird,
werden sowohl das Kühlwasser aus den unteren Düsen 5 als auch das Kühlwasser aus dem Behälter 4 in Form
eines Wasserstrahls oder -Vorhangs 7 praktisch senkrecht auf die Unterseite der Metallplatte 3 getrieben
und letztere damit auf eine vorgeschriebene Temperatur abgekühlt. Nach der Beaufschlagung der Unterseite der
Metallplatte 3 wird das- gesamte, aus dem Wasserstrahl
7 stammende Kühlwasser vom Behälter 4 aufgefangen.
Dabei fließt Kühlwasser in einer Menge praktisch entsprechend der vom unteren Verteiler 6 zu den Düsen 5
gelieferten Kühlwassermenge aus dem Behälter 4 über.
Mit dieser bisherigen Vorrichtung kann die Unterseite der erwärmten Metallplatte mit Kühlwasser in einer ein
Mehrfaches der von den unteren Düsen 5 gelieferten Kühlwassermenge betragenden Strömungsmenge gekühlt und
damit die Kühlleistung der Kühlvorrichtung deutlich verbessert werden. Da zudem der Wasserstrahl 7 nach
der Beaufschlagung der Unterseite der Metallplatte vollständig vom Wasser-Behälter 4 aufgefangen wird,
wird nur die vom unteren Verteiler 6 zu den Düsen 5 gelieferte Kühlwassermenge als Überlauf aus dem Behälter
4 verbraucht. Auf diese Weise wird der Kühlwasserverbrauch stark eingeschränkt.
Die beschriebene bisherige Vorrichtung ist jedoch mit den folgenden Problemen behaftet:
1. Wenn die Lage der Mündungen der unteren Düsen 5 und die Strömungsmenge des ihnen zugeführten Kühlwassers
konstant gehalten werden, variiert die Strömungsmenge im Wasserstrahl oder Vorhang 7 in Abhängigkeit
vom Kühlwasserspiegel im Behälter 4. Wenn insbesondere der Abstand zwischen der Unterseite der erwärmten
Metallplatte 3 und dem Kühlwasserspiegel im Behälter 4 konstant bleibt, hängt die Kühlleistung
(an der Metallplatte 3) von der Durchsatz- oder Strömungsmenge in den Wasserstrahlen 7 ab. Es ist daher
nötig, den Kühlwasserspiegel im Behälter 4 ständig konstant zu halten, um die Metallplatte 3 gleichmäßig
zu kühlen. Durch den nach der Beaufschlagung der Unterseite
der erwärmten Metallplatte 3 in den Behälter zurückfallenden Wasserstrahl 7 wird jedoch eine beträchtliche
Wellenbewegung des Kühlwassers im Behälter 4 hervorgerufen, so daß manchmal sogar die Mündungen
der unteren Düsen 5 über den Kühlwasserspiegel (im Behälter 4) hinausragen. Beim Zurückfallen des Wasser-.
Strahls 7 in den Wasser-Behälter 4 entstehen zudem auf der Oberfläche des in ihm enthaltenen Kühlwassers zahl-
lose Blasen, die vom Wasserstrahl 7 mitgerissen werden und die Kühlleistung beeinträchtigen. Mit der beschriebenen
bisherigen Vorrichtung kann mithin die Metallplatte nicht gleichmäßig und wirkungsvoll gekühlt
werden.
2. In neuerer Zeit ist ein anderes Verfahren entwickelt worden, bei dem eine erwärmte Stahlplatte
unmittelbar nach dem Warmwalzen einer direkt gesteuerten (online controlled) Kühlung unterworfen wird,
um Legierungselemente zu minimieren und damit eine hochfeste Stahlplatte ausgezeichneter Zähigkeit zu erhalten.
Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, die Kühlgeschwindigkeit der Stahlplatte in Abhängigkeit
von ihrer Dicke und anderen Einflußgrößen zu steuern oder zu regeln, um eine Stahlplatte einer gewünschten
Güte zu erhalten; ein weiterer Kühlgeschwindigkeits-Regelbereich ermöglicht dabei die Erzielung von Stahlplatten
verschiedener Eigenschaften. Wenn jedoch die Kühlwasser-Strömungsmenge aus den unteren Kühlwasser-Düsen
5 zur Senkung der Kühlgeschwindigkeit verringert wird, kann der Wasserstrahl oder -vorhang 7 möglicherweise
die Unterseite der Stahlplatte nicht erreichen; wenn dagegen diese Kühlwasser-Strömungsmenge vergrößert
wird, um die Kühlgeschwindigkeit zu erhöhen, wird der die Unterseite der Stahlplatte erreichende Wasserstrahl
7 in einem nahezu einem Wasser-Nebel entsprechenden Zustand auf die Unterseite der Stahlplatte aufgespritzt,
so daß die Kühlgeschwindigkeit oder -leistung nicht erhöht werden kann. Mit dieser bisherigen Kühlvorrichtung
kann mithin die Kühlgeschwindigkeit für die erwärmte Metallplatte nicht innerhalb eines weiten Bereichs
eingestellt werden.
·
Im Hinblick auf diese Gegebenheiten besteht somit ein Bedarf nach der Entwicklung einer Vorrichtung, die beim
Kühlen einer erwärmten, waagerecht über einem Wasserbehälter
liegenden Metallplatte auf eine vorgeschriebene Temperatur mittels eines Wasserstrahls oder -vorhangs
aus dem von unteren, im Wasser-Behälter angeordneten Kühlwasserdüsen ausgestoßenen Kühlwasser und
dem im Behälter enthaltenen Kühlwasser ein gleichmäßiges und wirkungsvolles (wirtschaftliches) Kühlen
der erwärmten Metallplatte sowie eine Einstellung der Kühlgeschwindigkeit oder -leistung innerhalb eines
weiten Bereichs ermöglicht. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen worden.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Kühlvorrichtung, die beim Kühlen einer erwärmten, waage
recht über einen Wasserbehälter liegenden Metallplatte auf eine vorgeschriebene Temperatur mittels eines
Wasserstrahls oder -Vorhangs aus dem von unteren, im Wasser-Behälter angeordneten Kühlwasserdüsen ausgestoßenen
Kühlwasser und dem im Behälter enthaltenen Kühlwasser ein gleichmäßiges und wirkungsvolles (wirtschaftliches)
Kühlen der erwärmten Metallplatte gewährleistet.
Diese Vorrichtung soll dabei auch eine Einstellung (oder Regelung) der Kühlgeschwindigkeit oder -leistung
innerhalb eines weiten Bereichs zulassen.
Gegenstand der Erfindung ist damit eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Kühlen einer erwärmten, waagerecht
liegenden Metallplatte, mit einer oberen, über der Metallplatte längs mindestens einer geraden,
. ■ parallel zur Breiten- oder Querrichtung der Metallplatte verlaufenden Linie angeordneten Kühlwasser-Spritzeinrichtung,
die Kühlwasser praktisch in lotrechter Richtung auf die Oberseite der Metallplatte
aufspritzt, einem oberen Düsen-Verteiler für die Zufuhr von Kühlwasser zur oberen Kühlwasser-Spritzeinrichtung,
A "
3U5501
mindestens einem unter der Metallplatte angeordneten Wasser-Behälter zur Aufnahme von Kühlwasser, einer
unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung mit einer unteren Kühlwasser-Äusstoßbohrung, die im Wasser-Behälter längs
einer geraden, parallel zur Querrichtung der Metallplatte verlaufenden Linie und unter dem Kühlwasserspiegel
im Behälter angeordnet ist, wobei die Kühlwasser-Spritzeinrichtung die Unterseite der Metallplatte
praktisch senkrecht dazu mit aus der unteren Ausstoßbohrung ausströmendem Kühlwasser in Verbindung
mit Kühlwasser aus dem Behälter in Form eines Wasserstrahls oder -Vorhangs beaufschlagt, wobei der Wasserstrahl
oder -vorhang nach der Beaufschlagung· der Metallplatten-Unterseite
vollständig vom Wasser-Behälter auf-, gefangen wird, sowie einem unteren Düsen-Verteiler zur
Zufuhr von Kühlwasser zur unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung,
die gekennzeichnet ist durch eine im wesentlichen lotrecht zwischen der unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung
und der Unterseite der Metallplatte angeordnete, den Wasserstrahl oder -vorhang umschließende
bzw. einschließende Wasserstrahl-Führung,· deren unterer
Abschnitt in das im Wasser-Behälter enthaltene Kühlwasser eintaucht, deren unterstes Ende sich dicht an
der Kühlwasser-Ausstoßbohrung der unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung
befindet und deren oberstes Ende von der Unterseite der Metallplatte beabstandet ist.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung von oberen, an einem oberen Düsen-Verteiler
angebrachten Kühlwasser-Düsen bei
einer bisherigen Kühlvorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Darstellung des Arbeitsprinzips der bisherigen Kühlvorrichtung,
Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des
Arbeitsprinzips einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 eine teilweise weggebrochene perspektivische 1^ Darstellung einer Ausführungsform einer
Kombination aus an einem unteren Düsen-Verteiler angebrachten unteren Kühlwasser-Düsen
und Wasserstrahl-Führungen (guide duct) bei
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, 15
Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß verwendete
Wasserstrahl-Führung,
Fig. 6 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Längsschnitt durch eine Wasserstrahl-Führung gemäß
einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7A bis 7C Teillängsschnitte durch Wasserstrahl-Führungen gemäß anderen Ausführungsformen
der Erfindung,
Fig. 8 eine teilweise weggebrochene perspektivische
'Darstellung einer anderen Ausführungsform
einer Kombination aus an einem unteren Ver
teiler angebrachten unteren Kühlwasser-Düsen und einer Wasserstrahl-Führung bei der erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung,
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Strömungsmenge (Q) des von den unteren Kühlwasser-Düsen gelieferten Kühlwassers
und der Höhe (h) des Wasserstrahls
oder -Vorhangs (jet stream) von der Kühlwasseroberfläche im Wasser-Behälter für die
erfindungsgemäße Vorrichtung und eine bisherige Vorrichtung,
Fig. 10 eine der Darstellung von Fig. 9 entsprechende graphische Darstellung für die erf in'dungsgemäße
Vorrichtung mit .einer Wasserstrahl-Führung mit unterschiedlichen Innendurchmessern an
Ober- und Unterseite,
Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Kühlwasser-Strömungsmenge (Q)
aus den unteren Düsen und dem Radius (X) der
benetzten Fläche der erwärmten Metallplatte bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einer an Ober- und Unterseite verschiedene Innendurchmesser besitzenden Wasserstrahl-Führung
sowie bei einer bisherigen Vorrich
tung,
Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Kühlwasser-Strömungsmenge (Q)
von den unteren Düsen einerseits und dem Ver
hältnis (Q'/Q) der Strömungsmenge (Q') des Wasserstrahls (jet stream) von der entsprechenden
Führung zur Kühlwasser-Strömungsmenge (Q) von den unteren Düsen andererseits bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer
an Ober- und Unterseite verschiedene Innendurchmesser besitzenden Wasserstrahl-Führung
sowie bei einer bisherigen Vorrichtung,
Fig. 13 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Unterwasserlänge (Δ) der Wasserstrahl-Führung
von der Kühlwasseroberfläche
im Wasserbehälter und der Höhe (h) des Wasserstrahls von der Kühlwasseroberfläche bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Kühlwasser-Strömungsmenge (Q)
von den unteren Kühlwasser-Düsen und der durchschnittlichen Kühlgeschwindigkeit (V)
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
einer bisherigen Vorrichtung,
Fig. 15 eine Schnittansicht zur Darstellung des Vorgangs
beim Kühlen einer erwärmten Metallplatte mittels einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.und
Fig. 16 eine Fig. 15 ähnelnde Darstellung für eine •andere Ausführungsform der Erfindung.
Im Hinblick auf die eingangs geschilderten Gegebenheiten wurden ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt
mit dem Ziel der Entwicklung einer Vorrichtung, die beim Kühlen einer erwärmten, waagerecht über einem
Wasserbehälter liegenden Metallplatte auf eine vorgeschriebene Temperatur mittels eines Wasserstrahls oder
-Vorhangs aus dem von unteren, im Wasser-Behälter angeordneten Kühlwasserdüsen ausgestoßenen Kühlwasser und
dem im Behälter enthaltenen Kühlwasser ein gleichmäßiges und wirkungsvolles (wirtschaftliches) Kühlen
der erwärmten Metallplatte sowie eine Einstellung der Kühlgeschwindigkeit oder -leistung innerhalb eines
weiten Bereichs ermöglicht. Als Ergebnis wurde folgendes gefunden: Die Strömungsmenge des Wasserstrahls oder
-Vorhangs (jet stream) hängt von der Strömungsmenge des aus dem Wasser-Behälter stammenden Kühlwassers ab,
das von dem aus den Kühlwasser-Düsen öusströmenden Kühlwasser mitgerissen werden soll, und diese letztere
Strömungsmenge hängt wiederum vom Abstand zwischen der Kühlwasseroberfläche (Kühlwasserspiegel) im Behälter
und dem obersten Ende (Mündung) der unteren Kühlwasser-Düse ab. Es ist somit möglich, die Strömungsmenge des
Wasserstrahls konstant auf einer vorgegebenen oder vorgeschriebenen Größe zu halten, auch wenn sich der
Abstand zwischen der Kühlwasseroberfläche im Behälter und der Mündung der unteren Düse ändert, indem zwischen
der unteren Düse und der erwärmten Metallplatte eine praktisch lotrechte, den Wasserstrahl umschließende
Wasserstrahl-Führung angeordnet und der Wasserstrahl durch diese Führung hindurch ausgestoßen wird. Die
Erfindung stützt sich nun auf die obige Feststellung.
Nachdem die Fig. 1 und 2 eingangs bereits erläutert worden sind, ist im folgenden eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung näher erläutert.
Gemäß Fig. 3 befindet sich eine erwärmte Metallplatte 3 in waagerechter Lage. Unter der Metallplatte 3 ist
ein Kühlwasser enthaltender Wasser-Behälter 4 mit einem Boden 4a und Seitenwänden 4b angeordnet, der ein solches
Fassungsvermögen besitzt, daß er die Gesamtmenge eines noch zu beschreibenden Wasserstrahls oder -Vorhangs
nach dessen Beaufschlagung der Unterseite der Metallplatte 3 aufzufangen vermag. Gemäß Fig. 3 sind me;hrere
untere Kühlwasser(ausstoß)-Düsen 5 in praktisch lotrechter Stellung und in vorgegebenem gegenseitigen
Abstand in den Boden 4a des Behälters 4 längs mindestens einer parallel zur Breite bzw. Querrichtung der Metallplatte3
verlaufenden Linie eingebaut. Das oberste Ende, d.h. die Mündung, jeder Düse 5 befindet sich
unter dem Kühlwasserspiegel im Behälter 4. Jede untere Düse 5 spritzt das ihr über einen unteren Düsen-Verteiler
6 zugeführte Kühlwasser zusammen mit dem Kühlwasser aus dem Behälter 4 in Form eines Wasserstrahls
oder -Vorhangs (jet stream) 7 praktisch lotrecht auf
y{
die Unterseite der erwärmten, d.h. zu kühlenden Metallplatte 3. Zwischen jeder Düse 5 und der Unterseite
der Metallplatte 3 ist eine den Wasserstrahl 7 umschließende oder einschließende Was.serstrahl-Führung
8 praktisch lotrecht angeordnet. Der Querschnitt der Führung 8 ist größer als derjenige der betreffenden
unteren Düse 5. Der untere Abschnitt der Führung 8 taucht in das Kühlwasser im Behälter 4 ein; ihr unterstes
Ende befindet sich dicht am obersten Ende der Düse 5, während ihr oberstes Ende von der Unterseite der Metallplatte
3 beabstandet ist. Der untere Verteiler 6 ist für die Kühlwasserzufuhr zu den Düsen 5 an diese angeschlossen.
Oberhalb der Metallplatte 3 sind mehrere nicht dargestellte, den Düsen gemäß Fig. 1 ähnelnde
Kühlwasser-Düsen in vorgegebenen gegenseitigen Abständen längs mindestens einer in Querrichtung der
Metallplatte 3 verlaufenden Linie angeordnet, um Kühlwasser praktisch lotrecht auf die Oberseite der Metallplatte
3 zu richten.
Wenn bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung bei mit Kühlwasser gefülltem Behälter 4 über den unteren
Düsen-Verteiler 6 Kühlwasser zu den unteren Kühlwasser-Düsen 5 geleitet wird, wird sowohl das Kühlwasser aus
den Düsen 5 als auch das Kühlwasser aus dem Behälter 4 in Form eines Wasserstrahls oder -Vorhangs 7 über
die praktisch lotrecht zur Unterseite der erwärmten Metallplatte 3 angeordnete Wasserstrahl-Führung 8 ausgetrieben.
Gleichzeitig wird die Oberseite der Metallplatte 3 praktisch senkrecht dazu mit dem Kühlwasser
beaufschlagt, das den oberen Kühlwasser-Düsen 2 (Fig. 1)
von dem in Fig. 1 dargestellten oberen Düsen-Verteiler 1 zugeführt wird. Die erwärmte Metallplatte 3 wird auf
diese Weise gleichmäßig auf eine vorgeschriebene Temperatür abgekühlt. Nach der Beaufschlagung der Unterseite
der Metallplatte 3 wird der gesamte Wasserstrahl 7 vom Wasser-Behälter 4 aufgefangen. Am Behälter 4 findet
ein Kühlwasserüberlauf in einer Menge praktisch ent-
sprechend der vom Verteiler 6 den unteren Düsen 5 zugeführten
Kühlwassermenge statt.
Die Wasserstrahl-Führung 8 kann, wie erwähnt, einen in Axialrichtung gleichbleibenden Querschnitt besitzen,
sie kann aber auch gemäß Fig. 5 so ausgebildet sein, daß die Querschnittsfläche im oberen Bereich kleiner
ist als im unteren. Bei Verwendung einer Führung 8 mit der in Fig. 5 dargestellten Form wird die Kühlleistung
durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstrahls 7 verbessert.
Wenn die Wasserstrahl-Führung 8 gemäß Fig. 6 in einen ° oberen Abschnitt 8a und einen unteren Abschnitt 8b
unterteilt ist, die trennbar miteinander verbunden sind, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstrahls
7 durch Einbau von oberen Führungsabschnitten 8a der verschiedenen, in den Fig. 7A bis 7C darge-
*O stellten Formen ohne weiteres variiert werden.
Die erwähnte Kühlwasser-Düse kann die vorstehend beschriebene Gestalt besitzen oder eine Schlitzdüse 5'
sein, die eine praktisch der Breite der erwärmten
*° Metallplatte 3 entsprechende Länge besitzt und sich
parallel zur Breitenrichtung, d.h. quer über die Metallplatte 3 erstreckt (vgl. Fig. 8). Bei Verwendung einer
solchen Schlitzdüse 5" wird als Wasserstrahl-Führung eine ebenfalls schlitzdüsenartige Führung 8' gemäß
Fig. 8 verwendet.
Die Wirkung des aus der unteren Kühlwasser-Düse 5 austretenden
Kühlwassers auf den erwähnten Wasserstrahl oder -vorhang 7 'wurde untersucht, und die Ergebnisse
sind nachstehend zusammengefaßt.
Zunächst wurde die Beziehung zwischen der Strömungsmenge
. (Q) des Kühlwassers von der unteren Kühlwasser-Düse 5 unter Höhe (h) des Wasserstrahls 7 über dem
Kühlwasserspiegel im Behälter 4 untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 veranschaulicht, in welcher
bei (I) der Änderungsbereich der Höhe (h) des Wasserstrahls 7 für die mit der Führung 8, 81 versehene erfindungsgemäße
Vorrichtung und bei (II) der entsprechen- ^ de Änderungsbereich für eine bisherige Kühlvorrichtung
ohne solche Wcisserstrahl-Führung angegeben sind. Die
Untersuchungen erfolgten unter folgenden Prüfbedingungen
(1) Innendurchmesser (D) der unteren Kühlwasser-Düse
5 = 9 mm
(2) Unterwasserabstand (H) zwischen dem obersten Ende der unteren Düse 5 und dem Kühlwasserspiegel im
Behälter 4 = 100 mm
(3) Innendurchmesser (D1) der Wasserstrahl-Führung
8 = 27 mm
(4). Länge (/,) der Führung 8 über dem Kühlwasserspiegel = 250 mm
(5) Länge {£~) der Führung 8 unter dem Kühlwasserspiegel
= ' . 100 mm.
wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung der Änderungsbereich der Höhe (h) des Wasserstrahls 7 vom Kühlwasserspiegel wesentlich
kleiner als bei der·bisherigen Vorrichtung, unabhängig
davon, daß der ns.ch der Beaufschlagung der Unterseite
der Metallplatte 3 in den Behälter 4 zurückfallende Wasserstrahl 7 eine beträchtliche Wellenbewegung an
der Wasseroberfläche hervorruft. Dieses Ergebnis ist
darauf zurückzuführen, daß der untere Abschnitt der
Wasserstrahl-Führung 8 in das Kühlwasser im Behälter
4 eintaucht.
Unter denselben Versuchsbedingungen, wie für Fig. 9 angegeben, wurde sodann die Beziehung zwischen der
Strömungsmenge (Q) des Kühlwassers von der unteren Kühlwasser-Düse 5 und der Höhe (h) des Wasserstrahls
7 vom Kühlwasserspiegel im Behälter. 4 mit verschiedenen
Innendurchmessern (D1) der Wasserstrahl-Führung 8 untersucht.
Die Ergebnisse sind in Fig. 10 zusammengefaßt. In Fig. 10 stehen das Symbol "o" für einen Innendurchmesser
(D1) der Führung 8 von 27 mm, das Symbol "Q"
für einen Innendurchmesser (D') von 36 mm und das Symbol "& " für einem Innendurchmesser (D1) von 50 mm.
Wie sich aus Fig. 10 ergibt, ergibt eine höhere Strömungsmenge (Q) des aus der Düse 5 ausströmenden Kühlwassers
eine größere Höhe (h) des Wasserstrahls 7 von der Wasseroberfläche; wenn diese Strömungsmenge (Q)
konstant gehalten wird, wird somit die Höhe (h) des Wasserstrahls' 7 über der Wasseroberfläche mit einem
kleineren Innendurchmesser (D") der Führung 8 größer.
Sodann wurde unter den in Verbindung mit Fig. 9 angegebenen Prüfbedingungen die Beziehung zwischen der
Strömungsmenge (Q) des aus der unteren Kühlwasser-Düse
5 ausströmenden Kühlwassers und dem Radius (x) der benetzten Fläche der erwärmten Metallplatte für den Fall
untersucht, daß. sich die Metallplatte 3 in einem vor-
QQ geschriebenen Abstand (B) vom Kühlwasserspiegel im
Behälter 4 in waagerechter Lage befand. Die Ergebnisse sind in Fig. 11 zusammengefaßt. In Fig. 11 besitzen
die Symbole "o", "q" und "λ " für die Wasserstrahl-Führung
8 gemäß der Erfindung bezüglich ihres Innen- -
gg durchmessers (D') dieselbe Bedeutung wie in Fig. 10,
während das Symbol "x" für die bisherige Vorrichtung steht.
a*
Der angegebene Radius (χ) der benetzten Fläche der erwärmten Metallplatte 3 bedeutet den Radius der kreisförmigen
Strömung des Wasserstrahls 7, der sich nach Beaufschlagung der Unterseite der Metallplatte 3 auf
dieser Unterseite in Form eines Kreises ausdehnt. Ein größerer Radius (X) dieser benetzten Fläche ermöglicht
die Kühlung eines größeren Bereichs der Metallplatte 3.
'
Wie aus Fig. 11 hervorgeht, wird der Benetzungsflächenradius
(X ) mit sich vergrößernder Strömungsmenge (Q) des aus der unteren Düse 5 ausströmenden Kühlwassers
größer. Wenn diese Strömungsmenge (Q) konstant gehalten wird, kann der Be^netzungsf lächenradius (χ ) bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in größerem Ausmaß vergrößert werden als bei der bisherigen Vorrichtung;
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dieser Radius (X.) durch Verkleinerung des. Innendurchmessers
(D1) der Wasserstrahl-Führung 8 vergrößert werden.
Anschließend wurde unter denselben Bedingungen wie für Fig. 9 die Beziehung zwischen der Strömungsmenge
(Q) des aus der unteren Kühlwasser-Düse 5 ausströmenden Kühlwassers einerseits und dem Verhältnis (Q'/Q)
der Strömungsmenge (Q"' ) des. aus der Wasserstrahl-Führung 8 ausströmenden Wasserstrahls 7 zur genannten Strömungsmenge
(Q) andererseits untersucht. Die Ergebnisse sind in Fig. 12'zusammengestellt, in welcher die Symbole
gO "ο", "Q" und "/\" wiederum dieselbe Bedeutung besitzen
wie in' Fig. 10 und das Symbol, "x" für die bisherige Vorrichtung steht.. Gemäß Fig. 12 wird das .
Strömungsmengenverhältnis (Q'/Q) mit zunehmender Kühlwasserströmungsmenge (Q) aus der unteren Düse 5 zu-
3g nehmend größer. Wenn die Strömungsmenge (Q) des. aus
der unteren Düse 5 ausströmenden Kühlwassers konstant gehalten wird, kann das Strömungsmengenverhältnis
(Q'/Q) bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stärker
vergrößert werden als bei der bisherigen Vorrichtung;
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dieses Verhältnis (Q'/Q) durch Vergrößerung des Innendurchmessers
(D1) der Wasserstrahl-Führung 8 vergrößert werden.
Zudem wurde die Beziehung zwischen der Unterwasserlänge (/») der Wasserstrahl-Führung 8 vom Kühlwässerspiegel
1^ im Wasser-Behälter 4 und der Höhe (h) des Wasserstrahls
7 über dem Kühlwasserspiegel untersucht. Die Ergebnisse
sind in Fig. 13 dargestellt. Die Untersuchung erfolgte unter folgenden Prüfbedingungen:
1^ (i) Innendurchmesser (D) der unteren Kühlwasser-Düse
5 = 9 mm
(2) Unterwasserabstand (H) zwischen dem obersten Ende der Düse 5 und dem Kühlwasserspiegel im
Behälter 4 = 100 mm
(3) Strömungsmenge (Q) des aus der unteren Düse 5 ausströmenden Kühlwassers = 40 ■£ /min
(4) innendurchmesser (D1) der Wasserstrahl-Führung
8 = 27 mm
(5) Länge (/, ) der Wasserstrahl-Führung 8 über dem Wasserspiegel = 250 mm.
· "
Wie aus Fig. 13 hervorgeht, hat eine kürzere Unterwasserlänge (^2) der Wasserstrahl-Führung 8 vom Kühlwasserspiegel,
im Behälter 4 aus große und instabile Änderungen der Höhe (h) des Wasserstrahls 7 über dem
Wasserspiegel zur Folge. Der Grund hierfür liegt darin, daß mit einer kürzeren Unterwasserlänge (/~) ^er Führung
8 der herabfallende Wasserstrahl 7 eine starke Wellen-
bewegung auf der Wasseroberfläche hervorruft und dabei das unterste Ende der Führung 8 über die Wasseroberfläche
austreten kann oder durch den herabfallenden Wasserstrahl 7 auf der Wasseroberfläche erzeugte Blasen
vom Wasserstrahl oder -vorhang 7 mitgerissen werden können. Wenn die genannte Unterwasserlänge (/,) anderer
seits zu groß ist, wird die Höhe (h) des Wasserstrahls 7 über dem Wasserspiegel kleiner. Dies beruht darauf,
1^ daß bei einer größeren Unterwasserlänge (Z2) der
Führung 8 das oberste Ende (Mündung) der unteren Kühlwasser-Düse 5 zu tief in die Wasserstrahl-Führung 8
hineinragt, so daß es für das im Behälter 4 enthaltene Kühlwasser schwierig wird, in die Führung 8 einzu-
1^ strömen. Aus diesen Gründen sollte die genannte Unterwasserlänge
(/p) der Wasserstrahl-Führung 8 unter
gebührender Berücksichtigung der oben angegebenen Faktoren bestimmt werden.
Schließlich wurde die Beziehung zwischen der Strömungsmenge (Q) des aus der unteren Kühlwasser-Düse 5 ausströmenden
Kühlwassers und der mittleren oder durchschnittlichen Kühlgeschwindigkeit'(V) beim Kühlen einer
32 mm dicken, auf etwa 9000C erwärmten Metallplatte 3 von 800° auf 5000C mittels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und der bisherigen Vorrichtung untersucht, wobei sich die erwärmte Metallplatte 3 in ihrer Längsrichtung
waagerecht mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min geradlinig bewegte. Die Ergebnisse sind in
Fig. 14 zusammengestellt. In Fig. 14 stehen das Symbol "o" für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Symbol
"x" für die bisherige Vorrichtung. Die Untersuchung erfolgte unter folgenden Prüfbedingungen:
(1) Innendurchmesser (D) der unteren Kühlwasser-Düse
5 = 9 mm
(2) Innendurchmesser (D1) der Wasserstrahl-Führung
8 = .27 mm
(3) Länge· (if, ) der Führung 8 über dem Wasserspiegel
= 250 mm
(4) Unterwasserlänge (Z2^ ^er Führung 8 = 100 mm
(5) Abstand (B) zwischen Wasserspiegel und Unterseite 'der erwärmten Metallplatte 3 = . 310 mm
(6) Unterwasserabstand (H) zwischen dem obersten Ende (Mündung) der Düse 5 und dem Kühlwasserspiegel
im Wasser-Behälter 4 = 100 rnm.
Aus Fig. 14 geht hervor, daß·bei gleichbleibender
Strömungsmenge (Q) des aus der unteren 'Kühlwasser-Düse 5 ausströmenden Kühlwassers die erwärmte Metallplatte
3 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung schneller
auf eine vorgeschriebene Temperatur abgekühlt werden kann als mit Hilfe der bisherigen Vorrichtung. Bei
gleichbleibender mittlerer Kühlgeschwindigkeit kann außerdem die Strömungsmenge (Q) des Kühlwassers aus
der unteren Düse 5 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stärker reduziert werden als bei der bisherigen
Vorrichtung.
Wie aus den vorstehend beschriebenen Versuchsergebnissen gO hervorgehen dürfte, ist es mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung beim Kühlen einer waagerecht über dem Wasser-Behälter 4 liegenden erwärmten Metallplatte 3
mittels der Wasserstrahlen oder .-vorhänge 7 aus dem von den unteren Kühlwasser-Düsen 5 im Behälter 4 ausgc
gestoßenen Kühlwasser und dem im Behälter 4 enthaltenen, aus ihm mitgerissenen Kühlwasser möglich, die Metallplatte
3 auch dann gleichmäßig zu kühlen, wenn die Oberfläche des Kühlwassers im Behälter 4 einer be-
trächtlichen Wellenbewegung unterworfen ist, und die Kühlgeschwindigkeit oder -leistung an der erwärmten
Metallplatte 3 durch Einstellung der Strömungsmenge des aus den unteren Düsen 5 ausströmenden Kühlwassers
ohne weiteres über einen weiten Bereich hinweg einzustellen.
Im folgenden ist eine konkrete Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung anhand von Fig.
beschrieben. Gemäß Fig. 15 bewegt sich eine erwärmte Metallplatte 3 in ihrer Längsrichtung waagerecht auf
Transportrollen 9. Unter der Metallplatte 3 ist in den Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Transportrollen
9 (jeweils) ein Wasser-Behälter 4 mit einem Boden 4a und Seitenwänden 4b angeordnet. Die Länge des
Wasser-Behälters 4 in Querrichtung der Metallplatte 3 ist etwas größer als deren.Breite, während die Länge
des Behälters 4 in Bewegungsrichtung der Metallplatte 3 praktisch dem Abstand zwischen den benachbarten
Transportrollen 9 entspricht. Infolgedessen wird die gesamte Wassermenge eines Wasserstrahls oder -Vorhangs
nach dessen Beaufschlagung der Unterseite der Metallplatte
3 vom Wasser-Behälter 4 aufgefangen. Am Boden 4a des Behälters 4 sind mehrere lotrecht angeordnete
auf vorbestimmte gegenseitige Abstände längs einer parallel zur Querrichtung der Metallplatte 3 verlaufenden
geraden Linie verteilte untere Kühlwasser-Düsen 5 vorgesehen. Bei der in Fig. 15 dargestellten Aus-
OQ führungsform sind die verschiedenen unteren Düsen 5
am Boden 4a des Behälters 4 längs dreier gerader, parallel zur Querrichtung der Metallplatte 3 verlaufender
Linien angeordnet. Das obere Ende bzw. die Mündung jeder dieser unteren Düsen 5 liegt unter dem Kühl-
gg wasserspiegel im Behälter -4. Zwischen jeder unteren
Düse 5 und der Unterseite der Metallplatte 3 ist je eine im wesentlichen lotrecht angeordnete Wasserstrahl-Führung
8 vorgesehen. Ein unterer Düsen-Verteiler 6
für die Beschickung der unteren Kühlwasserdüsen 5 mit Kühlwasser ist am Boden 4a des Wasser-Behälters 4 angebracht.
Über der erwärmten Metallplatte 3 sind mehrere nicht dargestellte obere Kühlwasser-Düsen, ähnlich
denen gemäß Fig. 1, in vorgegebenen gegenseitigen Abständen längs mindestens einer geraden, parallel zur
Querrichtung der Metallplatte 3 verlaufenden Linie angeordnet., um Kühlwasser praktisch in lotrechter Richtung
auf die Oberseite der Metallplatte 3 aufzuspritzen»
Wenn bei der beschriebenen Kühlvorrichtung bei mit Kühlwasser gefülltem Wasser-Behälter 4 vom unteren
Düsen-Verteiler 6 Kühlwasser zu den unteren Kühlwasser-Düsen 5 zugeführt wird, wird sowohl das aus jeder
unteren Düse 5. ausströmende Kühlwasser als auch das im Behälter 4 enthaltene und aus ihm mitgerissene Kühlwasser
in Form eines Wasserstrahls oder -Vorhangs 7 über die Wasserstrahl-Führung 8 praktisch lotrecht
oder senkrecht auf die Unterseite der erwärmten Metallplatte 3 während deren Bewegung aufgespritzt. Gleichzeitig
wird auch das vom oberen Düsen-Verteiler 1 (Fig. 1) den verschiedenen oberen Kühlwasser-Düsen 2
(vgl. Fig. 1) zugeführte Kühlwasser praktisch in lotrechter Richtung auf die Oberseite der erwärmten Metallplatte
3 aufgespritzt. Die Metallplatte 3 wird damit gleichmäßig auf eine vorgeschriebene Temperatur abgekühlt.
Nach der Beaufschlagung- der Unterseite der
Metallplatte 3 wird die gesamte Wasser-Menge aus dem Wasserstrahl 7 vom Behälter 4 aufgefangen. Am Behälter
4 findet ein Kühlwasserüberlauf in einer Menge praktisch entsprechend der vom unteren Verteiler 6 den unteren
Düsen 5 zugeführten Kühlwassermenge statt.
Gemäß Fig. 16 ist es möglich, die Wasserstrahlen 7 auch in die Eck- oder Randbereiche der erwärmten Metallplatte
3 zu richten, indem die oberen Abschnitte der
den Transportrollen 9 benachbarten Wasserstrahl-Führungen
8 in Richtung auf die Transportrollen 9 abgebogen werden. , '
5
5
Mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann nicht
nur eine sich waagerecht über den Wasser-Behälter 4 bewegende erwärmte Metallplatte gekühlt werden, sondern
waagerecht und lagenfest über dem Wasserbehälter 4 jbefindliche erwärmte Metallplatte.
Mit der beschriebenen Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung kann somit auf vorstehend erläuterte Weise
die erwärmte Metallplatte auch dann gleichmäßig abgekühlt werden, wenn die Oberfläche des Kühlwassers
im Wasser-Behälter einer erheblichen Wellenbewegung unterworfen ist; außerdem wird durch das Fehlen von
in den Wasserstrahlen eingeschlossenen Luft-Blasen eine Herabsetzung der Kühlfähigkeit oder -leistung
vermieden. Die Kühlgeschwindigkeit für die erwärmte Metallplatte kann weiterhin durch Einstellung der
Strömungsmenge des aus den unteren Kühlwasser-Düsen ausströmenden Kühlwassers ohne weiteres in einem weiten
Bereich eingestellt oder geregelt werden. Die Erfindung bietet damit zahlreiche industrielle Nutzeffekte.
- Leerseile
Claims (6)
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Kühlen einer erwärmten, waagerecht liegenden Metallplatte,
mit
einer oberen, über der .Metallplatte längs mindestens
einer geraden,·parallel zur Breiten- oder Querrichtung
der Metallplatte verlaufenden Linie angeordneten Kühlwasser-Spritzeinrichtung, die Kühlwasser
praktisch in lotrechter Richtung auf die Oberseite der Metallplatte aufspritzt, einem oberen Düsen-Verteiler
für die Zufuhr von Kühlwasser zur oberen Kühlwasser-Spritzeinrichtung,
mindestens einem unter der Metallplatte angeordneten Wasser-Behälter zur
Aufnahme von Kühlwasser, einer unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung
mit einer unteren Kühlwasser-Ausstoßbohrung, die im Wasser-Behälter längs einer geraden, parallel.zur Querrichtung der Metallplatte
verlaufenden Linie und unter dem Kühlwasserspieger im Behälter angeordnet ist, wobei die Kühlwasser-Spritzeinrichtung
die Unterseite der Metallplatte praktisch senkrecht dazu mit aus der unteren Ausstoßbohrung
ausströmenden Kühlwasser in·Verbindung mit Kühlwasser aus dem Behälter in Form eines Wasserstrahls
oder -Vorhangs beaufschlagt, wobei der Wasserstrahl, oder -vorhang nach der Beaufschlagung
der Metallplatten-Unterseite vollständig vom Wasser-Behälter
aufgefangen wird, sowie einem unteren Düsen-Verteiler zur Zufuhr von Kühlwasser zur unteren
Kühlwasser-Spritzeinrichtung,
gekennzeichnet durch · .
gekennzeichnet durch · .
eine im wesentlichen lotrecht zwischen der unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung und der Unterseite der
Metallplatte (3) angeordnete, den Wasserstrahl oder5
-vorhang (7) umschließende bzw. einschließende Wasserstrahl-Führung (8, 8'), deren unterer Abschnitt
in das im Wasser-Behälter (4) enthaltene Kühlwasser eintaucht, deren unterstes Ende sich dicht an der
Kühlwasser-Ausstoßbohrung der unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung befindet und deren oberstes Ende
von der Unterseite der Metallplatte (3) beabstandet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet,
daß' die untere 'Kühlwasser-Ausstoßbohrung der unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung eine Anzahl von unteren
Kühlwasser(ausstoß)-Düsen (5) umfaßt, die parallel
zur Querrichtung der Metallplatte (3) auf gegenseitige Abstände verteilt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Wasserstrahl-Führung
(8) für jede untere Kühlwasser-Düse (5) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Kühlwasser-Ausstoßbohrung der unteren Kühlwasser-Spritzeinrichtung eine schlitzförmige
untere Kühlwasser-Düse (5') aufweist, deren Schlitze
eine Länge praktisch entsprechend der Breite der Metallplatte (3) besitzt und parallel zur Querrichtung
der Metallplatte verläuft.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche
der Wasserstrahl-Führung (8, 8') in deren oberem Abschnitt kleiner ist als in ihrem unteren Abschnitt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,'
daß die Querschnittsfläche der Wasserstrahl-Führung
(81) in deren oberem Abschnitt kleiner ist.als in·
ihrem unteren Abschnitt.
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP58177097A JPS6070126A (ja) | 1983-09-27 | 1983-09-27 | 金属板の下面冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE3435501C2 DE3435501C2 (de) | 1986-04-17 |
Family
ID=16025081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| GB (1) | GB2147317B (de) |
| SE (1) | SE450467B (de) |
| ZA (1) | ZA847238B (de) |
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