DE60016479T2

DE60016479T2 - Vorrichtung zum Wärmetauschen mit einem flachen Produkt

Info

Publication number: DE60016479T2
Application number: DE60016479T
Authority: DE
Inventors: Philippe Paulus
Original assignee: Selas SA
Current assignee: ANDRITZ TECHNOLOGY AND ASSET MANAGEMENT GMBH, GRAZ
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: KR100640134B1; JP2000234830A; ATE284452T1; CA2298311C; DE60016479D1; FR2789757A1; AU1499500A; ES2234534T3; AU768922B2; US6358465B1; EP1029933B1; KR20000058044A; JP4417511B2; EP1029933A1; CA2298311A1; FR2789757B1; BR0000548A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme mit einem flachen Produkt.
Sie findet insbesondere auf jegliches flache Produkt aus einem Band oder aus Folien Anwendung, sogar auf ein Produkt, das aus einem Bündel paralleler Drähte gebildet ist.
Sie betrifft insbesondere das Gebiet der Wärmebehandlung von laminierten Produkten, wie eines laminierten Metalls, die auf Walzen vorbeilaufen und nacheinander Behandlungskammern durchqueren. Solche kontinuierlichen Temper- oder Galvanisierungslinien werden beispielsweise bei der Herstellung von Stahlblechen für eine Fahrzeugkarosserie verwendet. Der Stahl kann auf Temperaturen gebracht werden, die 600–900 °C erreichen können. Eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung dieser Produkte ist dann erforderlich, um die Temperatur des Produkts wieder auf eine Temperatur zu bringen, die gemäß der gewünschten Qualität geringer als 500 °C ist.
Es ist eine Wärmeaustauschvorrichtung bekannt, wie im französischen Patent FR 2 738 577 im Namen der Anmelderin beschrieben, die es ermöglicht, ein laminiertes Produkt, das vor einer Reihe von Plättchen vorbeiläuft, die Leitungen zum Ausstoßen eines Kühlgases bilden, kontinuierlich abzukühlen.
Diese Vorrichtung umfasst Mittel, um mindestens einen Kasten (im Englischen "plenum chamber") mit Gasdruck zu beaufschlagen, wobei der Kasten an einer vorderen Fläche mehrere Plättchen umfasst, die eine Leitung für das Ausstoßen von Gas in Richtung einer Oberfläche des laminierten Produkts bilden, wobei die Plättchen in der Vorbeibewegungsrichtung des laminierten Produkts einander überlagert sind und eine Gasausgangsmündung bilden, die sich in der Breite des laminierten Produkts erstreckt.
Jeder Raum, der zwei überlagerte Plättchen trennt, weist eine Tiefe in einer zur Oberfläche des laminierten Produkts senkrechten Richtung und eine Breite in der Längsrichtung des laminierten Produkts auf, die ausreichen, um die Abführung von Gasen zu ermöglichen, ohne den Gasaustritt von den benachbarten Plättchen zu stören.
Somit erleichtert der zwischen den Plättchen vorgesehene Raum die Abführung von Gas auf der Höhe der Oberfläche des laminierten Produkts und stört nicht die Emission von Gas an der Ausgangsmündung der Plättchen.
Wenn keine Vorsichtsmaßnahme getroffen wird, um die heißen Gase nach ihrer Einwirkung auf das Produkt abzuführen, je nachdem, wie die Gasdurchflussmenge gesteigert wird, hört nämlich der Wärmeübertragungskoeffizient, folglich die Abkühlgeschwindigkeit, auf, zu steigen und es wird ein "Sättigungs"-Effekt unterstützt. Dieses Phänomen ist beispielsweise im Artikel von C. Brugnera et al., Revue de Metallurgie, Dezember 1992, Seite 1098, 8, beschrieben, wo zu sehen ist, dass jenseits von 500 mm Wassersäulendruck (CE-Druck) an der Mündung die Abkühlgeschwindigkeit nicht mehr zunimmt, selbst wenn der Druck auf 800 mm CE erhöht wird.
Im Fall des französischen Patents FR2738577 muss, um die Bildung einer Schicht aus heißem Gas an der Oberfläche des laminierten Produkts vollständig zu vermeiden, der Raum zwischen den Plättchen derart bemessen werden, dass die Geschwindigkeit der Rückkehr der Gase geringer als 20 m/s ist, was verlangt, wenn das Gas seitlich über eine einzige Seite zurückgeführt wird, dass das Verhältnis der Summe der halben Durchflussmengen von zwei überlagerten Plättchen (d. h. die Durchflussmenge eines Plättchens) zum Durchgangsquerschnitt zwischen zwei Plättchen geringer ist als 20. Wenn das zu behandelnde Produkt breit ist und das einteilige Plättchen in der Richtung der Breite des Produkts liegt und außerdem der erforderliche Übertragungskoeffizient hoch ist, müssen übermäßige Tiefen von Plättchen, die schwierig zu installieren sind, vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine derartige Wärmeaustauschvorrichtung zu verbessern und insbesondere die Abführung von Gas aus der Vorrichtung nach seiner Einwirkung auf ein flaches Produkt zu erleichtern.
Die Erfindung zielt somit auf eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme mit einem flachen Produkt, wie in Anspruch 1 definiert, ab.
Aufgrund der verringerten Breite des Kastens zur Gasdruckbeaufschlagung kann die Abführung der Gase nach der Einwirkung auf die Oberfläche des flachen Produkts auf beiden Seiten des Kastens gegenüber den Plättchen, die eine Gasleitung auf der Vorderseite des Kastens bilden, verwirklicht werden.
Der austretende Gasfluss wird folglich zur Hinterseite des flachen Produkts gerichtet, ohne die Emission des Gases durch die Mündungen der Plättchen zu stören. Jegliches Risiko einer Gasstagnation an der Oberfläche des behandelten Produkts wird somit sorgfältig vermieden, ebenso wie jeglicher Gasstrom parallel zur zu behandelnden Oberfläche sowohl in der Richtung der Breite als auch in jener der Vorbeibewegung des Produkts.
Vorzugsweise weitet sich jedes Plättchen in der Richtung des flachen Produkts auf, so dass das Gas nach der Einwirkung auf das flache Produkt zur Hinterseite der Vorrichtung auf jeder Seite des Kastens zurückkehren kann.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst die Wärmeaustauschvorrichtung Mündungen für den Austritt des Gases nach dem Ausstoß, die in einer Ebene liegen, die durch eine Rückseite entgegengesetzt zur Vorderseite des Kastens definiert ist.
Die Abführung zur Hinterseite des Kastens ermöglicht es, jegliche Gasbewegung entlang der Oberfläche des flachen Produkts zu vermeiden, wie es in den klassischen Vorrichtungen stattfindet, in denen die Kästen kontinuierlich sind oder nebeneinander angeordnet sind und die Rückkehr der Kühlgase nach hinten verhindern. Im Gegensatz zu den früheren Vorrichtungen, bei denen die Abführung der Gase an den Seiten der Vorrichtung verwirklicht wird, kann das Gas aus der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung abgeführt werden, ohne eine bevorzugte Abkühlung der Kanten des flachen Produkts zu erzeugen.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Abführung umfasst die Wärmeaustauschvorrichtung mindestens zwei Kästen, die in der Breite des flachen Produkts angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Kästen derart ist, dass die Abführung des Gases zwischen den Kästen mit einer Geschwindigkeit ausgeführt wird, die geringer als oder gleich 20 m/s ist.
Somit wird eine regelmäßige Abführung des Gases zur Rückseite der Vorrichtung ohne das Risiko einer Bildung von Turbulenzen, die der Homogenität der Wärmeaustauschvorgänge schaden könnten, sichergestellt.
Gemäß einem vorteilhaften und praktischen Merkmal der Erfindung ist das Verhältnis der halben Gasdurchflussmenge in m³/s am Ausgang zweier benachbarter Plättchen in Richtung der Breite des Produkts zu dem Querschnitt in m² des Raums, der die Kästen trennt und die Plättchen enthält, kleiner als 20, wobei sich der Querschnitt in einer Ebene parallel zu dem flachen Produkt und zur Vorbeibewegungsrichtung des flachen Produkts erstreckt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist das Verhältnis der Gasgeschwindigkeit in einem Kasten zur Gasgeschwindigkeit am Ausgang der Plättchen, die mit dem Kasten fest verbunden sind, kleiner als 0,2.
Durch diese große Differenz der Gasgeschwindigkeiten im Kasten und am Ausgang der Plättchen bildet der Kasten einen Gasbehälter unter Druck fast ohne Zirkulation, der eine gleichmäßige Geschwindigkeit für den Ausstoß der Gase sicherstellt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfassen die Mittel zur Gasdruckbeaufschlagung mehrere Ventilatoren, die so beschaffen sind, dass sie einen oder mehrere Kästen mit Gas versorgen.
Der Druck jedes Kastens kann somit unabhängig oder nach Untergruppe von Kästen geregelt werden, was es ermöglicht, in der Breite des flachen Produkts das Verhältnis der Abkühlung in Abhängigkeit vom gewünschten Wärmeprofil einzustellen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung zeigen sich noch in der nachstehenden Beschreibung.
In den beigefügten Zeichnungen, die als nicht-begrenzende Beispiele gegeben werden:
– ist 1 eine schematische Ansicht einer Kühlanlage mit erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen;
– ist 2 eine schematische Seitenansicht von zwei überlagerten Plättchen einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung;
– ind die 3A und 3B schematische Schnitte von Beispielen von Plättchen entlang der Linie III-III in 2;
– ist 4 eine Rückansicht einer Wärmeaustauschvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
– ist 5 eine Ansicht analog zu 4 von einer Wärmeaustauschvorrichtung, die in einem gasdichten Behälter angeordnet ist;
– ist 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 5; und
– ist 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 5.
Nachstehend wird als Beispiel eine Vorrichtung zum Abkühlen eines flachen Produkts beschrieben, die aus einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung besteht.
Die Erfindung kann natürlich auch für eine Vorrichtung zum Erhitzen eines flachen Produkts gelten.
Mit Bezug zuallererst auf 1 kann eine Anlage zum kontinuierlichen Abkühlen eines flachen Produkts wie eines laminierten Produkts 1 mehrere Kühlvorrichtungen 10, hier in einer Anzahl von vier, umfassen, die auf der Strecke des laminierten Produkts verteilt sind, das zwischen Transportwalzen 2 vorbeiläuft. In einer nicht-begrenzenden Weise läuft das laminierte Produkt vertikal zwischen den Kühlvorrichtungen 10 vorbei, die im Allgemeinen paarweise auf jeder Seite des laminierten Produkts angeordnet sind, um das Produkt gleichzeitig über seine zwei Flächen abzukühlen.
Die Transportwalzen 2 ermöglichen es, das laminierte Produkt 1 zu stabilisieren. Sie können eine leichte Auslenkung am laminierten Produkt 1 hervorrufen, die geringer als oder gleich 15° ist, um die Schwingung des laminierten Produkts 1 zu begrenzen.
Eine derartige Kühlanlage kann beispielsweise in einer kontinuierlichen Temperlinie für die Behandlung von Stahlbändern verwendet werden, in welcher das laminierte Produkt mit vertikalen Durchläufen in verschiedenen Behandlungskammern vorbeiläuft.
Diese Stahlbänder weisen eine Dicke zwischen 0,15 und 2,3 mm auf und ihre Breite kann bis zu 2 m erreichen.
Es ist wichtig, bei der Wärmebehandlung des Stahls die Bänder sehr schnell in homogener Weise abzukühlen, um jegliche Verformung des Bandes zu vermeiden.
Dazu umfasst die Kühlvorrichtung 10 Kästen 11, die so beschaffen sind, dass sie ein Gas unter Druck enthalten.
Jeder Kasten 11 umfasst mehrere Plättchen 12, die Leitungen für den Ausstoß des Gases in der Richtung des abzukühlenden laminierten Produkts 1 bilden.
Die Plättchen 12 sind, wie in 1 dargestellt, in der Richtung der Vorbeibewegung des laminierten Produkts 1 einander überlagert, um die Oberfläche des Produkts bei seinem Verlauf in der Wärmeaustauschvorrichtung 10 abzukühlen.
Die Höhe des Stapels der Plättchen 12 auf der Höhe eines Kastens 11 ist vorzugsweise geringer als oder gleich 6 m.
Diese Plättchen 12 umfassen mindestens eine Ausgangsmündung 13, wie in 2 dargestellt, die sich in der Breite des laminierten Produkts 1 erstreckt. Diese Ausgangsmündung 13 mündet folglich am Ende der durch das Plättchen 12 gebildeten Leitung, die sich vom Kasten 11 in Richtung des laminierten Produkts 1 erstreckt.
Vorzugsweise nimmt der Querschnitt der Plättchen 12 in einer zum laminierten Produkt 1 senkrechten Ebene ausgehend vom Kasten 11 ab.
Die Ausgangsmündungen 13 können kreisförmige, rechteckige, längliche usw. Löcher oder kleine Schlitze sein, die am Ende jedes Plättchens 12 hergestellt sind. Das Plättchen 12 könnte auch nur eine einzige Ausgangsmündung 13 aufweisen, die einen Schlitz gegenüber dem laminierten Produkt 1 bildet.
Jeder Raum, der zwei überlagerte Plättchen 12 trennt (in 2 schraffiert), weist eine Tiefe in einer zum laminierten Produkt 1 senkrechten Richtung und eine Breite in der Längsrichtung des laminierten Produkts 1 auf, die ausreichen, um die Ansammlung von Kühlgas in der Nähe der Oberfläche des laminierten Produkts 1 zu vermeiden.
Somit ist die Tiefe der Trennräume der Plättchen 12 größer als 200 mm und vorzugsweise größer als 300 mm.
Die Anordnung dieser Plättchen 12 und ihrer Mündungen 13 ist insbesondere im französischen Patent FR 2738577 beschrieben.
In allgemeiner Weise sind die Anzahl von Plättchen 12 der Vorrichtung 10 und die Anzahl von Mündungen 13 derart, dass der gesamte Querschnitt, der von den Mündungen 13 gebildet wird, zwischen 1 % und 5 % der von der Gesamtheit der Plättchen 12 bedeckten Oberfläche und vorzugsweise zwischen 2 und 4 % dieser Oberfläche liegt.
Außerdem sind die Plättchen 12 eines Kastens 11 derart bemessen, dass die Abführung des Gases im Querschnitt S zwischen diesen Plättchen 12 mit einer Geschwindigkeit ausgeführt wird, die an jedem Punkt geringer als oder gleich 20 m/s ist.
Der Querschnitt entspricht dem Querschnitt des in der Ebene von 2 genommenen Raums senkrecht zum laminierten Produkt 1 und parallel zur Richtung der Vorbeibewegung des laminierten Produkts 1.
Die Geschwindigkeit des Gases nach seiner Einwirkung auf das Produkt wird somit in den Räumen zwischen den Plättchen 12 unter einem kritischen Wert von 20 m/s gehalten, um die Phänomene von Turbulenzen in diesen Räumen zu begrenzen, die die Abführung des Gases stören würden.
Genauer ist der Durchgangsquerschnitt zwischen zwei überlagerten Plättchen 12 gleich dem Produkt der Tiefe P dieses Raums zwischen zwei Plättchen 12 mal der mittleren freien Höhe W zwischen zwei Plättchen 12: W=(a+b)/2wobei a gleich dem Abstand ist, der die Plättchen 12 auf der Höhe der Vorderseite des Kastens 11 trennt, und
b gleich dem Abstand ist, der die Plättchen 12 auf der Höhe der Ausgangsmündungen 13 trennt.
Die Tiefe P kann in der Breite des Plättchens 12 konstant oder variabel sein, wie in den 3A und 3B dargestellt, wenn dem Rückkehrgasstrom eine Geschwindigkeit verliehen werden soll, die mehr zur Rückseite der Vorrichtung gerichtet ist.
Eine Trennwand 12a erstreckt sich folglich zwischen den überlagerten Plättchen 12 ausgehend vom Kasten 11, so dass die Tiefe P in der Mitte des Plättchens 12 geringer ist als an seinen Enden.
In allgemeiner Weise ist die Tiefe eine kontinuierliche Funktion P(x), die gemäß dem Abstand x ausgehend von der Symmetrieachse des Plättchens 12 (im Fall von 3A, in der eine symmetrische Rückkehr des Gases über die zwei Seiten verwirklicht ist), oder ausgehend von einem Ende des Plättchens 12 (im Fall von 3B, in der die Rückkehr des Gases nur über eine einzige Seite des Plättchens verwirklicht ist) variiert.
Im Fall von 3A ist die Durchflussmenge zwischen zwei Plättchen 12 in einem Abstand x von der Symmetrieachse gleich q·x/1, wobei q die Durchflussmenge pro Plättchen (m³/s) ist und 1 die Breite des Endes des Plättchens 12 parallel zur Breite des Produkts mit x≤1/2 ist. Der Durchgangsquerschnitt für das Rückkehrgas im gleichen Abstand x ist gleich w·P(x). Die Begrenzung der Rückkehrgeschwindigkeit auf 20 m/s impliziert folglich, dass für jeden Wert von x zwischen 0 und 1/2 gilt: P(x)≥q·x/20·l·w,wobei x, l und w in Metern ausgedrückt werden.
Ebenso ist im Fall von 3B die Bedingung auch:
P(x)≥q·x/20·l·w, wobei x diesmal zwischen 0 und 1 variiert.
So kann das zwischen den Plättchen entweichende Gas an den zwei Enden von diesen im Fall von 3A abgeführt werden, was veranlasst, dass die Extraktionsgrenzgeschwindigkeit nur erreicht wird, wenn die Durchflussmenge q/2 einer halben Breite des Plättchens, dividiert durch den Durchgangsquerschnitt S zwischen zwei Plättchen gleich 20 ist, nämlich q/S = 40.
Bezüglich des französischen Patents FR 2738577 ermöglicht die Tatsache, das Gas über die zwei Seiten des Plättchens zu extrahieren, folglich, den Querschnitt auf S = q/40 anstatt S = q/20 zu verringern.
Wie in 4 dargestellt und gemäß der Erfindung umfasst die Kühlvorrichtung mindestens einen Kasten 11, hier in der Anzahl von fünf. Diese Kästen 11 sind in der Breite des laminierten Produkts 1 verteilt und erstrecken sich in der Längsrichtung des sich vorbeibewegenden laminierten Produkts parallel zueinander.
Die Breite jedes Kastens 11 und der Abstand, der die Kästen 11 trennt, ermöglichen die Abführung des Gases zwischen den Kästen 11, ohne den Gasaustritt der Plättchen 12 zu stören.
Dieser Abstand, der mit D_1-2 oder D_2-3 in 4 bezeichnet ist, kann einen Wert aufweisen, der von einem Paar von Kästen 11 zu einem anderen Paar verschieden ist.
In diesem Beispiel weisen die Kästen 11 einen im Wesentlichen parallelepipedischen Querschnitt auf, wobei der Abstand zwischen den Kästen 11 dem Abstand entspricht, der ihre gegenüberliegenden Flanken trennt.
Ausgangsmündungen 14 für das Gas nach dem Ausstoß liegen somit zwischen den Kästen 11 in einer durch die Rückseiten definierten Ebene, die zu den Vorderseiten der Kästen 11 entgegengesetzt liegen.
Das Gas kann folglich an einer Rückseite der Wärmeaustauschvorrichtung 10 entgegengesetzt zum laminierten Produkt 1 wiedergewonnen werden, was es ermöglicht, die Zirkulation des Gases entlang der Oberfläche des laminierten Produkts 1 und eine stärkere Abkühlung der Kanten des laminierten Produkts 1 als seiner Mitte zu vermeiden.
Vorzugsweise ist das Verhältnis der halben Gasdurchflussmenge in m³/s am Ausgang von zwei benachbarten Plättchen 12 entlang der Breite des Produkts zum Querschnitt in m² des Raums, der die Kästen 11 mit diesen Plättchen 12 trennt, kleiner als 20.
Dieser Querschnitt in der Ebene der 3 genommen erstreckt sich in einer zum laminierten Produkt 1 und zur Vorbeibewegungsrichtung des laminierten Produkts 1 parallelen Ebene.
Er entspricht in der Ebene der Vorderseiten der Kästen 11 dem Produkt des Abstands L (Teilung oder Mittenabstand), der zwei überlagerte Plättchen 12 trennt, mit dem Abstand D_1-2 oder D_2-3, der zwei benachbarte Kästen 11 trennt.
In dem Beispiel von 6 gilt somit (q₁/2 + q₂/2) / L·D_1-2 ≤ 20 und (q₂/2 + q₃/2) / L·D_2-3 ≤ 20.
Wenn die Vorrichtung wie hier mehrere Kästen 11 umfasst, die parallel in der Breite des laminierten Produkts 1 angeordnet sind, ist der Querschnitt des Raums, der die Kästen 11 trennt, gleich der Summe der Querschnitte der Räume, die die Kästen 11 paarweise trennen.
Als nicht-begrenzendes Beispiel wäre hier dieser Querschnitt gleich der Summe der Querschnitte von links nach rechts in 4, L × (D_3-4 + D_2-3 + D_1-2 + D_1-2 + D_2-3 + D_3-4).
Als Beispiel ist der Abstand L kleiner als oder gleich 300 mm und vorzugsweise kleiner als oder gleich 150 mm.
In dem Fall, in dem die Plättchen in ihrer Ebene symmetrisch sind (3A), wird die Beziehung des Typs (q₁/2 + q₂/2) / D_1-2·L ≤ 20 oder (q₁ + q₂) /D_1-2·L ≤ 40 eingehalten, was es ermöglicht, die Räume zwischen den Kästen festzulegen: D_ij ≥ (q_i + q_j) / 40 L, wobei q_i und q_j die Durchflussmengen (m³/s) eines Plättchens des Kastens i bzw. des Kastens j, die benachbart sind, darstellen und D_ij die Breite (m) des freien Raums zwischen den Kästen i und j ist.
Die Plättchen 12 jedes Kastens 11 sind außerdem regelmäßig auf einer Vorderseite des Kastens 11 entlang der Richtung der Vorbeibewegung des laminierten Produkts verteilt, wobei jedes Plättchen 12 eines ersten Kastens 11 zu einem Plättchen 12 eines zweiten Kastens 11 in der Ebene, die durch die Gasausgangsmündungen 13 (siehe insbesondere 6) definiert ist, benachbart ist.
Obwohl die Kästen 11 voneinander beabstandet sind, um die Abführung der Kühlgase zu erleichtern, weisen die Plättchen 12 somit ein Profil auf, das in der zum laminierten Produkt quer liegenden Ebene im Wesentlichen auseinander läuft, um an ihren Enden ganz benachbart in dieser Querebene eine Gasausgangsmündung 13 zu bilden, die auf der ganzen Breite des laminierten Produkts 1 gleichmäßig ist. Diese Mündung 13 kann aus einem einzigen Schlitz oder einer Reihe von kleinen Öffnungen bestehen, die auf der ganzen Breite der Vorrichtung regelmäßig verteilt sind.
Die Breite der Gasausgangsmündung 13 in der Breite des laminierten Produkts ist folglich größer als die Breite des Kastens 11.
Außerdem ist es bevorzugt, dass das Verhältnis der Gasgeschwindigkeit in einem Kasten 11 zur Gasgeschwindigkeit am Ausgang der Plättchen 12, die mit dem Kasten 11 fest verbunden sind, unterhalb 0,2 bleibt.
Somit kann die Gasgeschwindigkeit in jedem Kasten 11 in der Größenordnung von 10 m/s liegen, während die Geschwindigkeit am Ausgang der Plättchen 12 150 m/s erreichen und überschreiten kann.
Die Kästen 11 bilden somit Behälter für Gas unter Druck praktisch ohne Zirkulation, was es ermöglicht, eine regelmäßige Gasströmung am Ausgang der Plättchen 12 zu erhalten.
Jeder Kasten 11 umfasst eine Öffnung 15 zur Versorgung mit Gas unter Druck, die mit Mitteln zur Gasdruckbeaufschlagung wie einem Ventilator 16 (siehe 1) oder einem Kompressor verbunden sein kann.
Der Ventilator 16 soll eine große Durchflussmenge von Kühlgas unter Druck in jeden Kasten 11 einführen.
Diese Versorgungsöffnungen 15 sind in diesem Beispiel im Zickzack in den Rückseiten der Kästen 11 angeordnet.
Die Mittel zur Gasdruckbeaufschlagung umfassen in diesem Beispiel mehrere Ventilatoren 16 (siehe 1), die dazu beschaffen sind, einen oder mehrere Kästen 11 mit Gas zu versorgen.
Wenn die Kühlvorrichtung wie hier eine ungerade Anzahl von Kästen 11 umfasst, umfassen die Mittel zur Gasdruckbeaufschlagung vorzugsweise einen Ventilator 16, der dazu beschaffen ist, den zentralen Kasten 11 zu versorgen, und mindestens einen weiteren Ventilator 16, der dazu beschaffen ist, Kästen 11 zu versorgen, die symmetrisch auf beiden Seiten des zentralen Kastens 11 angeordnet sind.
Hier kann die Kühlvorrichtung drei Ventilatoren umfassen, wobei ein erster Ventilator mit dem zentralen Kasten verbunden ist, ein zweiter Ventilator mit den zwischenliegenden Kästen verbunden ist und ein dritter Ventilator mit den Randkästen verbunden ist.
Vorzugsweise werden diese Ventilatoren durch Motoren mit variabler Geschwindigkeit angetrieben.
Somit kann der Druck in den Kästen unabhängig geregelt werden, um die Querhomogenität der Abkühlung sicherzustellen. Außerdem kann die Intensität der Abkühlung auf der Breite des laminierten Produkts 1 in Abhängigkeit vom gewünschten thermischen Profil geregelt werden.
Wenn die Breite des zu behandelnden Produkts beispielsweise geringer als oder gleich der gesamten Breite des zentralen Kastens und der zwei zwischenliegenden Kästen ist, kann ebenso der Ventilator, der die Randkästen versorgt, angehalten werden oder sich im Leerlauf drehen, um Energie zu sparen.
Wie außerdem in 6 dargestellt, ist die Kühlvorrichtung 10 in einen gasdichten Behälter 17 eingebaut, wobei eine Gasabführungsmündung 18 in einer Rückwand 17a des Behälters 17 entgegengesetzt zur Vorderseite der Kästen 11 vorgesehen ist.
Die Gasabführungsmündung 18 liegt vorzugsweise in der Mitte der Rückwand 17a des Behälters 17 auf mittlerer Höhe der Kühlvorrichtung 10 und weist im Wesentlichen dieselbe Breite wie diese auf (5).
Dieser dichte Behälter 17 kann in den Fällen verwendet werden, in denen, um es zu vermeiden, das laminierten Produkt 1 während seiner Abkühlung zu oxidieren, es erforderlich ist, die Abkühlung unter einer Schutzatmosphäre durchzuführen. Beispielsweise wird als Kühlgas anstelle von Luft ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff mit geringem Gehalt an Wasserstoff verwendet, um ein reduzierendes, aber nicht-explosives Gas zu verwenden. Der Wasserstoffanteil ist vorzugsweise geringer als oder gleich 5 %. Dieses Gas könnte auch reiner Stickstoff sein.
Das Gas kann eventuell am Ausgang der Abführungsmündung 18 wiedergewonnen werden, damit es kontinuierlich in den Mitteln zur Gasdruckbeaufschlagung zurückgeführt wird. Klassisch umfasst die Rückführung einen Gaswiedergewinnungsschritt, einen Schritt zur Abkühlung desselben und einen Schritt der Wiedereinleitung durch die Versorgungsöffnungen 15 in die Kästen 11.
Wie in 5, 6 und 7 dargestellt, umfasst die Kühlvorrichtung 10 vorzugsweise Einstellmittel 19, die dazu beschaffen sind, die Vorrichtung 10 in einer zum laminierten Produkt 1 senkrechten Richtung zu verlagern.
Somit kann die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit in eine in 7 dargestellte Arbeitsposition angenähert oder vom laminierten Produkt 1 entfernt werden, wie in 6 dargestellt.
Diese entfernte Position ermöglicht es insbesondere, die Kühlvorrichtung vom vorbeilaufenden Produkt 1 bei einem Zwischenfall, beispielsweise wenn das laminierte Produkt verformt wird und Überdicken bildet, die die Plättchen 12 der Kühlvorrichtung 10 beschädigen könnten, zu entfernen.
Somit kann der Abstand, der die Ausgangsmündungen 13 der Plättchen 12 von der Oberfläche des laminierten Produkts trennt, modifiziert werden, um die Kühlbedingungen zu regeln.
Die Einstellmittel 19 können Achsen 20 umfassen, die mit dem Gestell 21 der Vorrichtung, an dem die Kästen montiert sind, fest verbunden sind.
Als Beispiel umfasst die Kühlvorrichtung 10 hier vier Achsen 20, die paarweise oben und unten an der Vorrichtung 10 auf jeder Seite dieser Vorrichtung angeordnet sind.
Betätigungsmittel (nicht dargestellt) ermöglichen es klassisch, diese Achsen in einer zu diesen Achsen senkrechten Richtung zwischen den zwei vorher definierten Positionen hin und her zu verlagern. Diese Betätigungsmittel können als Beispiel vorzugsweise Schrittmotoren sein, die mit Codierern ausgestattet sind, die es ermöglichen, den Abstand Mündungen – laminiertes Produkt genau zu kennen, und Schraubenwinden betätigen.
Wenn die Kühlvorrichtung 10 in einen dichten Behälter 17 eingebaut ist, wie in 5 bis 7 dargestellt, sind außerdem nachgiebige dichte Faltenbalge 22, 23 um die Achsen 20, die aus dem Behälter 17 austreten, um mit den Betätigungsmitteln verbunden zu werden, und um die Versorgungsöffnungen 15 der Kästen 11, die mit den Mitteln 16 zur Gasdruckbeaufschlagung verbunden sind, vorgesehen.
Im Betrieb bewegt sich ein Stahlband 1 zwischen den Kühlvorrichtungen 10 vorbei, die paarweise auf jeder Seite des Stahlbandes angeordnet sind.
Durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus den Plättchen nahe 150 m/s, die durch die Wiedergewinnung des Gases nach Einwirkung auf das Band zur Rückseite der Vorrichtung zwischen den Kästen 11 möglich gemacht wird, kann ein Stahlband wirksam abgekühlt werden.
Als Beispiel wurde ein Stahlblech von 1300 mm Breite von 650 bis 400 °C mit einem Gas, das aus einem Gemisch von 95 % Stickstoff und 5 % Wasserstoff bestand, auf 45 °C abgekühlt.
Die Vorrichtung in diesem Versuch umfasst Plättchen 12, die mit Löchern mit einem Durchmesser gleich 9,2 mm durchbohrt sind, welche Ausgangsmündungen 13 bilden, die um 50 mm in der Breite des Plättchens 12 beabstandet sind.
Die Teilung der Plättchen 12 oder der Abstand L ist gleich 50 mm und der Abstand Mündungen – abzukühlendes Band wird auf 50 mm geregelt.
Ein zentraler Kasten weist Plättchen mit einer Breite gleich 750 mm auf der Höhe der Mündungen auf, wobei jedes Plättchen 15 Löcher umfasst.
Die seitlichen Kästen weisen Plättchen mit einer Breite gleich 300 mm und mit 6 Löchern auf.
Die Tiefe P der Plättchen ist gleichmäßig und gleich 0,35 m, wobei der Durchgangsquerschnitt S zwischen den Plättchen gleich 7,35 · 10^–3 m² ist.
Die Durchgangsbreite zwischen dem zentralen Kasten und den seitlichen Kästen D_1-2 ist gleich 150 mm.
Die Gasdurchflussmenge in m² der Austauschfläche auf dem abzukühlenden Blech erreicht 250 m³/m²·min.x Fläche.
Somit wird eine Gasentweichungsgeschwindigkeit zwischen den Plättchen, die gleich 10,63 m/s ist, und zwischen dem zentralen Kasten und den seitlichen Kästen, die gleich 14,6 m/s ist, erhalten.
Somit wird ein mittlerer Übertragungskoeffizient gleich 623 kcal/m²·h·°C mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit zwischen 650 und 400 °C von 120 °C/s für 1 mm Dicke erreicht.
Es ist folglich festzustellen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung es ermöglicht, Durchflussmengen pro Flächeneinheit zu erreichen, die deutlich höher sind als in den klassischen Vorrichtungen, ohne eine Sättigung zu beobachten, und mit höheren Wirkungsgraden.
Es ist angebracht zu bemerken, dass im Vorangehenden die Rückkehrgas-Durchflussmengen als gleich den Durchflussmengen von eingeleitetem Gas betrachtet werden, während sich das Gas, das sich durch Kontakt mit dem abzukühlenden Produkt erwärmt, ausdehnt.
Die Durchflussmengen sind jedoch groß und die Erwärmungen gering, so dass die Steigerung der Geschwindigkeit aufgrund der Erwärmung vernachlässigt werden kann.
Die Berechnung der Geschwindigkeiten kann folglich durch Dividieren der Durchflussmengen in m³/s bei der Rückkehr, die gleich den eingeleiteten Durchflussmengen in m³/s sind, durch den Querschnitt in m² erfolgen.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt und zahlreiche Modifikationen können an diesem vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Somit kann die Anzahl von Kästen, gleich fünf, verschieden sein, während sie vorzugsweise ungerade bleibt.
Außerdem könnte die Wärmeaustauschvorrichtung eine Heizvorrichtung anstelle einer Kühlvorrichtung sein.

Claims

Vorrichtung zum Austauschen von Wärme mit einem flachen Produkt (1), das sich vor der Vorrichtung (10) vorbeibewegt, mit Mitteln (16), die wenigstens einen Kasten (11) mit einem Gasdruck beaufschlagen, wobei der Kasten (11) an seiner vorderen Fläche mehrere Plättchen (12) aufweist, die eine Leitung zum Ausstoßen des Gases in Richtung zu einer Oberfläche des flachen Produkts (1) bilden, wobei die Plättchen (12) in der Vorbeibewegungsrichtung des flachen Produkts (1) einander überlagert sind und eine Ausgangsmündung (13) für das Gas bilden, die sich in Richtung der Breite des flachen Produkts (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Kastens (11) in Richtung der Breite des flachen Produkts (1) kleiner als die Breite der Ausgangsöffnung (13) des Gases ist, die sich längs der Breite des flachen Produkts (1) erstreckt, wobei die verringerte Breite des Kastens (11) die Abführung des Gases nach hinten auf beiden Seiten des Kastens (11) ermöglicht.
Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite jedes Plättchens (12) vom Kasten (11) bis zur Gasaustrittsöffnung (13) zunimmt.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Austrittsöffnungen (14) für das ausgestoßene Gas umfasst, die sich in einer Ebene befinden, die durch eine hintere Fläche gegenüber der vorderen Fläche des Kastens (11) definiert ist.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Kästen (11) umfasst, die in Breitenrichtung des flachen Produkts (1) angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Kästen (11) derart ist, dass die Abführung des Gases zwischen den Kästen (11) mit einer Geschwindigkeit, die kleiner oder gleich 20 m/s ist, erfolgt.
Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der halben Gasdurchflussmenge in m³/s am Ausgang zweiter benachbarter Plättchen (12) in Richtung der Breite des Produkts zu dem Querschnitt in m² des Raums, der die Kästen (11) trennt und die Plättchen (12) enthält, kleiner als 20 ist, wobei sich der Querschnitt in einer Ebene parallel zu dem flachen Produkt (1) und zur Vorbeibewegungsrichtung des flachen Produkts (1) erstreckt.
Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Kästen (11) umfasst, die parallel zur Breite des laminierten Produkts (1) angeordnet sind, wobei der Querschnitt des Raums, der die Kästen (11) trennt, gleich der Summe der Querschnitte der Räume ist, die jeweils zwei der Kästen (11) trennen.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchen (12) der Kästen (11) auf einer vorderen Fläche des Kastens (11) in Richtung der Vorbeibewegung des flachen Produkts regelmäßig verteilt sind, wobei jedes Plättchen (12) eines ersten Kastens (11) einem Plättchen (12) eines zweiten Kastens (11) in der durch die Gasaustrittsmündungen (1,3) definierten Ebene benachbart sind.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchen (12) eines Kastens (11) so bemessen sind, dass die Abführung von Gas in dem Querschnitt (S) zwischen dem Plättchen (12) mit einer Geschwindigkeit, die an jedem Punkt kleiner oder gleich 20 m/s ist, erfolgt.
Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass P(x) ≥ q · x/20· l · w gilt, wobei P(x) die Tiefe des Plättchens in einem Abstand x von der Symmetrieachse oder von einem Ende des Plättchens ist, w die mittlere freie Höhe zwischen zwei Plättchen ist, q der Durchsatz p_ro Plättchen ist und l die Breite des Endes des Plättchens ist, wobei x ≤ l/2 in dem Fall gilt, in dem die Rückkehr des Gases über die zwei Seiten erfolgt, und x ≤ l in dem Fall gilt, in dem die Rückkehr des Gases über eine einzige Seite erfolgt.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gasgeschwindigkeit in einem Kasten (11) zu der Gasgeschwindigkeit am Ausgang der Plättchen (12), die mit dem Kasten (11) fest verbunden sind, kleiner als 0,2 ist.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdruckbeaufschlagungsmittel mehrere Ventilatoren (16) umfassen, die so beschaffen sind, dass sie einen oder mehrere Kästen (11) mit Gas versorgen können.
Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ungerade Anzahl von Kästen (11) aufweist, wobei die Gasdruckbeaufschlagungsmittel einen Ventilator (16), der so beschaffen ist, dass er einen mittigen Kasten (11) versorgt, und wenigstens einen weiteren Ventilator (16), der so beschaffen ist, dass er die symmetrisch beiderseits des mittigen Kastens (11) angeordneten Kästen (11) versorgt, umfassen.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einen gasdichten Behälter (17) eingebaut ist, wobei in einer Rückwand (17a) des Behälters gegenüber der vorderen Fläche der Kästen (11) eine Gasabführungsöffnung (18) vorgesehen ist.
Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Einstellmittel (19) umfasst, die so beschaffen sind, dass sie die Vorrichtung (10) in einer zu dem flachen Produkt (1) senkrechten Richtung verlagern können.
Vorrichtung zum Kühlen eines flachen Produkts wie etwa eines laminierten Produkts aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gebildet ist.