DE535871C - Doppelwandige Kokille mit Zu- und Ableitungsstutzen fuer stroemende Kuehlfluessigkeit zum Giessen von Metallbloecken - Google Patents

Doppelwandige Kokille mit Zu- und Ableitungsstutzen fuer stroemende Kuehlfluessigkeit zum Giessen von Metallbloecken

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DE535871C
DE535871C DE1930535871D DE535871DD DE535871C DE 535871 C DE535871 C DE 535871C DE 1930535871 D DE1930535871 D DE 1930535871D DE 535871D D DE535871D D DE 535871DD DE 535871 C DE535871 C DE 535871C
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cooling
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coolant
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Doppelwandige Kokille mit Zu- und Ableitungsstutzen für strömende Kühlflüssigkeit zum Gießen von 1Vletallblöcken Kokillen, in welche hochschmelzende Metalle vergossen werden, werden an ihren inneren Wandungen leicht durch das flüssige, heiße Metall zerstört. Zur Vermeidung dieses Übelstandes sind bereits früher wassergekühlte Kokillenkonstruktionen durchgeführt worden, die teils auf eine gute Wärmeleitfähigkeit des Materials der Kokilleninnenwandung, teils auf eine Oberflächenvergrößerung der abgekühlten Seite der Kokilleninnenwandung durch Anbringung von Kühlrippen, teils auf eine besondere Wasserführung Bedacht nehmen: Die Innenwandungen der bekannten wassergekühlten Kokillen, speziell zum Gießen von runden Bolzen, bestehen bisher aus einem nahtlosen, glatten Innenrohr, das von einem Wasserbehälter umgeben ist. Die Wasserzuleitung erfolgt einseitig durch einen Rohrstutzen, der Ablauf in der gleichen Weise. Das Wasser ist im Innern der Kokille 'nicht zwangsläufig geführt, so daß keine Gewähr dafür gegeben wird, daß nicht jeder der abzukühlenden Punkte mit Sicherheit die erforderliche energische Abkühlung erhalten kann.
  • Demgegenüber bedeutet es bereits einen Fortschritt, wenn das Innenrohr mit einem aus dem Vollen des Rohres herausgearbeiteten oder ausgeschweißten Kühlrippensystem versehen wurde, welches einen zwangsläufigen schraubenförmigen Umlauf des Kühlstromes um das Kühlrohr bewirken soll, wobei durch Einbau von Propellerleitblechen der Kühlstrom einen Drall erhält, so daß der durchzuführende Wärmeentzug auf die gesamte Oberfläche des Kühlstromes verteilt wird.
  • Jedoch auch diesem letzteren Kühlverfahren haften Mängel an, insofern, als die Kühlung des jeweilig eingegossenen Niveaus an flüssigem, heißem Metall auf seinem Umfang nur so weit durchgeführt wird, als es von der umlaufenden Kühlwasserspirale überschnitten wird. Ferner ist die Menge des durchzutreibenden Wassers entsprechend dem Querschnitt des einzigen Kühlkanales begrenzt. Durch den Einbau der Leitbleche wird nur eine Torsion des Wasserfadenbündels bewerkstelligt, so. daß sich die Wärme lediglich auf die Oberfläche dieses Wasserfadenbündels und nicht bis in das Innere hinein verteilt. Dabei macht die so für den Wärmeentzug wirksame Oberfläche des Wasserstromes nur einen Bruchteil der gesamten, dem Wasserstrom zur Verfügung stehenden Kühlwassers aus.
  • Um die für die Kühlung praktisch erforderliche Größe des Querschnittes für den einzigen Kühlkanal zu bekommen, ist es nötig, den Rippen eine bestimmte Mindesthöhe zu geben. Dadurch wird praktisch die Kühlrippe so hoch, daß dieselbe in ihren äußeren Punkten bzw. bereits von der Mitte ab so niedrige Temperatur hat, daß ein zu energischer Wärmeabgabe ausreichendes Temperaturgefälle, wie z. B. es an den inneren Partien der Kühlrippen vorhanden ist, nicht mehr auftreten kann.
  • Beispielsweise: Eine Kokille mit Innenrohr mit Schraubenkühlkanäl hat bei einem lichten Durchmesser von _15o mm eine Minimalwandstärke von 8 mm. Die Gesamtrippentiefe von der Innenseite der Kokille bis zur Außenkante der Rippe beträgt dann etwa 38 mm, da der Querschnitt des Kühlkanals nicht niedriger als 3o qmm gewählt werden kann. Die Temperaturen beim Eingießen von hochschmelzenden Metallen verteilen sich nun etwa wie folgt.
  • Das flüssige Metall hat z. B. eine Gießtemperatur von etwa 165o°. Dann hat die innere Kokillenwandung etwa 25o° Temperatur infolge des Wärmeübergangswiderstandes: flüssiges Metall/Kokillenwand. Die Temperatur auf der Kühlwasserseite wird sich in dem 8 mm starken Teil der Kokillenwandung auf etwa 200° einstellen. Gleichzeitig geht dagegen an den äußeren Teilen der Kühlrippe die Temperatur bis auf ioo° C herunter wegen der hier vorhandenen Wandstärke von etwa 38 mm. Der Kühlwasserstrom hat eine Temperatur von 2o° C. In den inneren Teilen steht also zwischen der Temperatur von Kühlwasser und derjenigen der Kokillenwandung ein Temperaturgefälle von etwa 18o° C, während dieses nach außen hin bis zu 8o° Temperaturgefälle abnimmt. Der Wärmeübergang von der abzukühlenden Kokillenwandung an das Kühlwasser ist direkt proportional diesem Temperaturgefälle. Mithin nimmt der Kühlwasserstrom in der äußeren Wölbung seines Kanales nur etwa l12 der Wärmemenge auf, welche er in der nach innen liegenden Wölbung aufnimmt. Der angestrebte Erfolg der stärkeren Abkühlung wird also durch die notwendig ziemlich hohen Rippen nur mangelhaft erreicht.
  • Zu den vorstehend geschilderten, Nachteilen kommt als für die praktische Ausnutzbarkeit ausschlaggebendes Moment hinzu, daß die Konstruktion von Kokillen mit aus dem Vollen herausgearbeiteten oder aufgeschweißten Kühlrippen unverhältnismäßig teuer ist, zumal es sich bei dem Werkstoff der Innenwandung stets um hochwertiges Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, in der Hauptsache um Kupfer, handelt.
  • Die bekannten Kokillen mit nicht unterteiltem Kühlraum haben einen Wasserzu- und -abflußquerschnitt, der wesentlich geringer ist als der gesamte Durchflußquerschnitt der Kokille selbst. Bei der Kokille mit unterteilter Wasserführung, die durch S`tiitzrippen oder -bolzen, Durchführungsbleche oder Wirbelungsstifte erfolgt, entstehen gewisse Stauungen der Strömung, die im Interesse einer möglichst intensiven Abkühlung unerwünscht sind.
  • In der Kokille gemäß der Erfindung wird ein Maximum an Kühlwirkung dadurch erreicht, daß über die gesamte abzukühlende Oberfläche ein gleichmäßiger starker Strom von frischer Kühlflüssigkeit geleitet wird. Dies wird ohne Unterteilung des Kühlwasserraumes dadurch erreicht, daß i. der Kühlflüssigkeitsein-und-abführungsstutzen im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen eine sehr erhebliche lichte Weite hat. Beispielsweise ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel der Zu- und Ablaufquerschnitt gleich dem gesamten Durchflußquerschnitt der Kokille.
  • a. die Verteilerrohre an der Ein- und Ausführungsstelle der Kühlflüssigkeit den gesamten abzukühlenden Querschnitt möglichst allseitig ringförmig umschließen, wobei es gleichgültig ist, ob dieser umschließende Ring von einem einzigen Rohr mit gemeinsamem Zu- oder Abfluß oder von einzelnen Rohrstücken mit verschiedenen Zu- oder Ablaufstutzen gebildet wird. Der Öffnungsquerschnitt der Verteilerrohre besteht entweder aus einem der abzukühlenden Oberflächen angepaßten Schlitz oder einer entsprechend angeordneten Reihe zahlreicher Einzelöffnungen, deren lichte Weite je nach der Entfernung eines vollkommen gleichmäßigen Durchflusses proportioniert ist.
  • Die Gesamtöffnungsquerschnitte der Verteilerrohre entsprechen den Hauptzu- und-ableitungsquerschnitten. Es wird auf diese Weise eine dem Strom des aufsteigenden Metalles parallele Kühlflüssigkeitsbewegung erzielt, die den Gußblock möglichst allseitig mit einem Mantel von gleichmäßig stark strömender Kühlflüssigkeit umschließt. Eine weitere Steigerung der Kühlwirkung kann dadurch erreicht werden, daß die Bewegung dieses Kühlflüssigkeitsmantels der Richtung des aufsteigenden Metalls entgegengeführt wird, so daß die heißeste Kühlzone stets mit dem frischesten Kühlwasser in Berührung kommt.
  • Die beschriebene Art der gleichmäßigen mantelförmigen Kü hlflü ssigkeitsführung vermeidet zunächst den Nachteil, daß nur ein Teil des jeweils abzukühlenden Niveaus an flüssigem Metall in direktem Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit steht, vielmehr sind sämtliche Punkte der besonders kritischen Abkühlungszone absolut gleichen Abkühlungsbedingungen ausgesetzt; sie gestattet vor allem auch die Durchleitung einer erheblich größeren Menge wirksamer Kühlflüssigkeit gegenüber der oben beschriebenen schraubenförmigen Kühlflüssigkeitsführung.
  • Ohne Beeinträchtigung der Gleichmäßigkeit der Abkühlung gestattet die vorstehend beschriebene Anordnung in jedem Fall die größtmögliche Steigerung der Kühlwirkung durch gleichförmig turbulente Strömung. Da die bekannte starke Rippenvertiefung zur Vergrößerung der Kühloberfläche nicht zweckmäßig ist, wie oben nachgewiesen wurde, wird jetzt vorgeschlagen, die Oberfläche durch eine größere Zahl von verhältnismäßig niedrigen und dünnwandigen Kühlrippen zu vergrößern. Diese Kühlrippen verlaufen sämtlich in Richtung des Kühlflüssigkeitsstromes. Die Tiefe der Rippen ist im Verhältnis zur Wandstärke der Kokilleninnenwandung so bemessen, daß auf sämtlichen Oberflächenpunkten der Rippen eine nahezu gleich hohe Temperatur besteht. Dadurch wird gegenüber dem Kühlwasser in den Innenteilen ein zur energischen Abkühlung erforderlich hohes Temperaturgefälle unterhalten.
  • Hat z. B. die Kokillenwandung 8 mm Stärke, so ist es zweckmäßig, die Höhe der Rippen auf etwa 2 mm zu begrenzen, so daß unter den oben skizzierten Verhältnissen die Rippen an ihrem äußersten Punkt, der dann etwa io mm von der innersten Kokillenwand mit etwa 25o° Temperatur entfernt liegt, auch etwa 2oo° haben. Folglich hat die 2 mm hohe Rippe in ihrem äußeren Punkt gegenüber dem 2o° warmen Kühlwasser noch dasselbe Temperaturgefälle.
  • Durch dünne Gestaltung der Rippen kann erreicht werden, daß die gesamte Oberfläche, die durch die Rippen zusätzlich erzeugt wird, mindestens ebenso groß ist wie bei den obenerwähnten Kühlspiralen mit großer Rippentiefe.
  • Diese besondere Art der Ausführung der lamellaren Kühlrippen hat weiterhin den Vorteil einer wesentlich billigeren Herstellungsweise. Die oben beschriebene Kokille mit schraubenförmigen 30 X 3omm starken Kühlkanälen braucht für ihre Herstellung ein Kupferrohr mit 15omm Bohrung und 226 mm äußerem Durchmesser, wogegen das Vergleichsrohr gemäß Erfindung bei 15o mm Bohrung nur 170 mm Außendurchmesser braucht. Die Gewichte dieser Rohre verhalten sich wie 4: 1, was sich ganz entsprechend in den Herstellungskosten äußert. Die Anbringung der lamellaren Schlitze erfordert ihrerseits keine Schwierigkeiten, dä diese mit einer einfachen Säge eingeschnitten werden können.
  • Ein Ausführungsbeispiel für einen runden Bolzen i5o mm Bohrung und 1500 mm Länge zeigen die beiliegenden Zeichnungen. Es wird gezeigt in Abb. i ein senkrechter Schnitt, Abb. 2 der Grundriß und Abb. 3 der in größerem Maßstab dargestellte Querschnitt eines Kokilleninnenrohres gemäß der Erfindung.
  • Abb.4 zeigt den Grundriß der Wasserzuführung mit Verteilerrohr und proportionierten Öffnungen.
  • Abb. 5 stellt einen vertikalen Schnitt der Wasserabführung mit Verteilerrohr und proportionierten Öffnungen dar.
  • i bildet den lichten, ausnutzbaren Kokillen.. raum. Derselbe wird seitlich mantelförmig durch das Kupferrohr 2 und am Boden durch das Verschlußstück 3 begrenzt. Das Verschlußstück 3 ist gleichzeitig als Kokillenfuß ausgebildet. Das Rohr 2 sitzt im Stahlrohr 4, welches nach außen hin die äußere Umgrenzung der Kokille und nach innen, zusammen mit dem Kupferrohr 2, den kreisringförmigen Kühlwasserkanal 5 bildet.
  • Je am oberen Ende und am unteren des Rohres 4 ist eine ringförmige Erweiterung 6 und 7 mit den Flanschenanschlußstücken 8 und 9 zur Zu- und Ableitung des Kühlwassers zum Kühlkanal 5 angebracht. Die Abdichtung des Innenrohres 2 gegen das Außenrohr 4 erfolgt durch die Gummiringe i i, welche mittels der Stopfbüchsenringe io angezogen werden. Am unteren Ende ist das Innenrohr 2 durch den geteilten Ring 12 und entsprechende Aussparungen im Innen- und Außenrohre gegen axiale Verschiebungen gesichert. Das andere Ende des Innenrohres ist dagegen zur Ermöglichung einer freien Wärmeausdehnung in der oberen ringförmigen Erweiterung axial verschiebbar gelagert.
  • Der durch den Ringkanal 5 fließende Wasserstrahl umgibt das in den lichten Kokillenraum hineingebrachte abzukühlende Metall allseitig mantelförmig im Sinne des neuen Kühlverfahrens. Zur Unterstützung der Kühlwirkung der strömenden Kühlflüssigkeit ist das Kupferinnenrohr in der Längsrichtung mittels eines dünnen Sägeblattes in eine große Anzahl schmaler Rippen 13 aufgeschlitzt.
  • In Abb. 3 sind diese Rippen 13 in vergrößert gezeichnetem Querschnitt des Innenrohres 2 dargestellt.
  • In Abb. 4 und 5 sind die proportionierten Verteileröffnungen 14 im Zuflußrohr und 15 im Abflußrohr gezeigt.
  • Die vorgeschlagene Konstruktion ist ohne weiteres auch auf Blöcke von eckigem Querschnitt anwendbar, wobei es gleichgültig ist, ob die Kokille geteilt oder ungeteilt ausgeführt wird.
  • Die außerordentlich starke Kühlwirkung bei einer Kokille dieser Anordnung gestattet die Verwendung von gasförmigen Kühlmitteln.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Doppelwandige Kokille mit Zu- und Ableitungsstutzen für strömende Kühlflüssigkeit zum Gießen von Metallblöcken von rundem oder eckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Ouerschnitt der Zu- und Abführungsrohre dem Querschnitt des Mantelraumes nahe-oder gleichkommt oder diesen sogar übertrifft.
  2. 2. Kokille nach Anspruch r, gekennzeichnet durch Verteilerrohre für die Kühlflüssigkeit, die über den gesamten Umfang verteilte Öffnungen besitzen, welche in ihrem Gesamtquerschnitt dem Hauptzuflußquerschnitt entsprechen.
  3. 3. Kokille nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einführungsstutzen für die Kühlflüssigkeit so an der Kokille angeordnet ist, daß der Flüssigkeitsstrom entgegen dem aufsteigenden Metall geführt wird, wodurch stets der heißesten Zone die energischste Abkühlung gesichert wird. q..
  4. Kokille nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Innenkokille mit in der Richtung des Kühlflüssigkeitsstromes verlaufenden verhältnismäßig niedrigen und dünnwandigen Kühlrippen versehen ist.
  5. 5. Kühlmittel für Kokillen nach Anspruch i bis ¢, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel gasförmig ist.
DE1930535871D 1930-05-06 1930-05-06 Doppelwandige Kokille mit Zu- und Ableitungsstutzen fuer stroemende Kuehlfluessigkeit zum Giessen von Metallbloecken Expired DE535871C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE868212C (de) * 1941-10-22 1953-02-23 Eduard Hueck K G Giesskokille zum Herstellen von Barren od. dgl. aus Aluminium und aehnlichen Metallen mit seitlicher Laengsoeffnung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE868212C (de) * 1941-10-22 1953-02-23 Eduard Hueck K G Giesskokille zum Herstellen von Barren od. dgl. aus Aluminium und aehnlichen Metallen mit seitlicher Laengsoeffnung

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