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Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren und einen vorteilhaften
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Düsenstock zum Kühlen von Gußsträngen aus Metall, insbesondere von
Gußsträngen mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt, bei dem Spritz-bzw. Sprühstrahlen
quer zur Stranglaufrichtung auf den Gußstrang gerichtet werden.
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Derlei Kühlverfahren dienen der Wärmeabfuhr aus dem heißen Gußstrang
im Wege des Wärmeüberganges von der Oberfläche an das Kühlmittel. Dabei wird zwischen
dem Einstoff-Kühi verfahren (Spritzwasserkühlung) und dem Zweistoff-Kühiverfahren
(Flüssigkeitsnebelbildung aus Treibluft und Wasser) unterschieden. Beim Spritzwasserkühiverfahren
wird überwiegend die Verdampfungswärme des Kühlwassers ausgenutzt, um die Wärme
des Gußstrangs abzuführen. Grundlegende Nachteile der Spritzwasserkühlung sind eine
ungleichmäßige Kühlung der Strangoberfläche, ungleich hohe Wärmespannungen in der
Strangschale, Kantenunterkühlung, unkontrollierbare Mengen von Kühlwasser auf der
Strangoberfläche, eine erforderliche Spritzwasseraufbereitung, ein großer Abstand
zwischen zwei Stützelementen, um die Spritzwasserdüsen anordnen zu können, ferner
Thermoschockbeanspruchungen der Stützelemente (Wärmewechselspannungen) und ein Wärmeverzug
der Stützelemente. Diese Nachteile des Spritzwasserkühlverfahrens können durch das
Zweistoff-Kühiverfahren weitestgehend aufgehoben werden. Währenddem jedoch beim
Spritzwasserkühlverfahren genügend Kühlmittel - mehr als erwünscht - auf der Gußstrangoberfläche
verteilt wird, ist beim Zweistoff-Kühiverfahren wegen der Anordnung der Düsen nicht
immer gewährleistet, die gesamte Gußstrangoberfläche lückenlos zu beaufschlagen.
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Es ist bekannt (DE-Gbm-Schrift 72 07 112/B22D 11-12) ein Kühlmittel,
insbesondere Wasser, mit Flachstrahldüsen auf den Strang und die Rollen aufzuspritzen,
die parallel zur Oberfläche des Stranges, d.h. zur Breitseite der Bramme im Abstand
von dieser angeordnet sind. Die Längsachsen der Flachsstrahldüsen verlaufen dabei
parallel
zu den Achsen der Stützrollen. Im übrigen werden die Flachstrahldüsen nur senkrecht
oder leicht schräg auf die Gußstrangoberfläche gerichtet (DE-OS 20 53 947).
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Die parallele Zuführung von Kühlmitteln auf die Gußstrangoberfläche
vermag jedoch eine Auftrefffläche nur ungenau zu definieren, was beim senkrechten
Bespritzen bzw. Besprühen insofern ausgeschaltet ist. Beim senkrechten Bespritzen
treten andererseits Dampfblasen auf, die eine weitere Wärmeaufnahme wegen der isolierenden
Dampfschicht verhindern (Leidenfrost'sches Phänomen).
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlung von Gußsträngen
aus Metall, insbesondere von Gußsträngen mit Knüppel-oder Vorblockquerschnitt, hinsichtlich
der Regelmäßigkeit der mit bestimmten Kühlmittelmengen zu beaufschlagenden Flächen
zu verbessern und, gewissermaßen als Unteraufgabe, gleichzeitig mehrere Umfangs-Oberflächen
des Gußstrangquerschnittes zu kühlen.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von
zwei Düsen jeweils vom Eckbereich neben dem Gußstrang von einer Ppsition in einem
geringen Abstand von der zu kühlenden Oberfläche aus gleichzeitig gespritzt bzw.
gesprüht wird und daß die Länge der Spritz- bzw. Sprühstrahlen der Breite bzw. Dicke
des Gußstrangs entsprechend durch Annähern oder Entfernen eingestellt wird. Dieses
Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Kühimittels auf der jeweiligen
Gußstrangoberfläche ohne übermäßige Bildung von Dampfblasen mit den Eigenschaften
des Leidenfrost'schen Phänomens und ohne Zonen mangelnder Kühlmittelbeaufschlagung,
wie dies beim Zweistoff-Kühlverfahren auftreten kann. Besonders vorteilhaft ist
hier also die gleichmäßige Verteilung des Kühimittels und damit die gleichmäßige
Kühlwirkung über die jeweilige Gußstrang-Oberfläche.
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Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß rechtwinklig
zueinander stehende Gußstrang-Oberflächen, also die bei Knüppel-, Vorblock- bzw.
Brammen-Querschnitten aneinanderstoßenden Breit- und Schmalseiten des Gußstrangquerschnitts
gleichzeitig gekühlt werden können.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest eine
der Düsen für veränderte Gußstrangabmessungen in Richtung der Diagonalen des Gußstrangquerschnitts
eingestellt wird. Die Bewegung der Düse in Richtung der Diagonalen gestattet sowohl
eine Einstellung der Kühlintensität der betreffenden Gußstrang-Oberflächenseite
als auch die Einstellung der Spritz- bzw. Sprühstrahl-Länge als Abstimmung auf die
jeweilige Formatgröße des Gußstranges.
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Der Düsenstock zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens baut
auf getrennten Zuführungsrohren für Treibgas und Kühlflüssigkeit, ferner auf einem
Mischrohr und einer daran angeschlossenen Düse für das Zweistoff-Kühlverfahren auf.
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In Verbesserung der Erfindung bei dem bezeichneten Düsenstock wird
vorgeschlagen, daß zumindest eines der Zuführungsrohre einen rechtwinkligen Rohrrahmen
bildet, an dessen Schenkel Verteilerrohre angeschlossen sind, die ebenfalls rechtwinklig
bis in den Bereich der Düsenpositionen verlaufen. Der so gebildete Rohrrahmen legt
die Düsenpositionen genau fest und gestattet im übrigen ein leichtes und schnelles
Einstellen auf der Diagonalen des Gußstrang-Querschnitts.
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In Ausgestaltung dieses Grundgedankens ist vorgesehen, daß zumindest
ein Zuführungsrohr, mehrere Verteilerrohre und zumindest ein Mischrohr zusammen
mit dem Düsenkopf einen kompakten, steifen Rahmen bilden, an dem eine Montageplatte
angeordnet ist. Ein
solcher Düsenstock ist wenig aufwendig, beansprucht
wenig Raum, läßt sich leicht handhaben und vermeidet im übrigen Schwierigkeiten
beim Ausrichten gegenüber den bisher verwendeten Düsen stöcken.
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Der Gedanke, den Düsenstock aus mehreren Rohren zusammenzusetzen,
kann noch dahingehend verwendet werden, indem der Düsenkopf den Eckteil des etwa
rechteckförmigen Rahmens bildet und daß an beiden Längsseiten des Düsenkopfes die
Düsen angeordnet sind. Ein derartiger Düsenkopf ist nicht nur sehr kompakt sondern
gleichzeitig auch raumsparend und vermeidet Schwierigkeiten des Wärmeverzuges, so
daß die Düsen ortsbeständig sind und die justierte Position exakt einhalten. Ein
weiterer Vorteil eines derartigen Düsen stockes besteht in der Einsparung von teuren
und empfindlichen Schlauchverbindungen zwischen den Verteiler- und Mischrohren.
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Die Steifigkeit des Düsenstockes kann weiter dadurch erhöht werden,
indem zumindest ein Verteilerrohr innerhalb des reckteck-bzw. quadratförmigen Rahmens
verläuft und indem das eine angeschlossene Zuführungsrohr mittels einer Klemmvorrichtung
mit dem anderen Zuführungsrohr verbunden ist.
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Die praktische Ausführung eines solchen Düsenstockes sieht noch vor,
daß die Zuführungsrohre im Eingangsbereich etwa parallel verlaufen und die Einschraubenden
in Achsrichtung versetzt angeordnet sind.
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Für die Herstellung des Düsenstockes ist außerdem vorteilhaft, daß
bei allen verschiedenen Arten der auftretenden Gestaltungen die Düsen an den Längsseiten
des Düsenkopfes unter Winkeln von 10. bis 45¢ zur Vertikalen bzw. unter 10 bis 45"
zur Horizontalen verlaufen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die verfahrenstechnische
Anwendung der Erfindung an unterschiedlichen Gußstrangformaten, Fig. 2 den Düsenstock
in Seitenansicht, Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung A des Düsenstockes gemäß
Fig. 2, Fig. 4 einen Einzelteil des Düsenstockes, nämlich den Düsenkopf, in Vorderansicht,
Fig. 5 die zu Fig. 4 gehörende Seitenansicht des Einzelteils.
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Das Kühl verfahren arbeitet entweder mit Spritzstrahlen, die mit Düsen
und mit bestimmten Wasserdrücken erzeugt werden und größere Wassertröpfchen bilden
oder auf der Grundlage der ZweistoSf-Kühlung, bei der ein Sprühstrahl unter der
Wirkung von Druckluft erzeugt wird, wobei sehr kleine Wassertröpfchen entstehen.
Dem gemäß Fig. 1 ausgeübten Verfahren liegt die Methode der Zweistoff-Kühlung zugrunde.
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An dem Düsenkopf 1 befinden sich nicht näher dargestellte Düsen 15
in den Positionen la, lb, die in "Verschieberichtung" (ungefähr Richtung der Diagonalen)
auf die einzelnen Gußstrang-Formate Ic, ld, le bzw. 1f eingestellt werden. Die Düsen-Positionen
la, 1b sind jeweils nach den Eckpunkten der Gußstrang-Formate orientiert.
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Die Düsen 15 sind in ihrer Richtung eingestellt, wobei ebenfalls die
normal vorkommenden Gußstrang-Formate 1c bis 1f berücksichtigt
werden.
Die Düsen 15 nehmen außerdem Positionen ein, die jeweils bezogen auf eine Gußstrang-Querschnittsseite
einen Minimal- bzw.
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Maximal-Abstand aufweisen. Ein weiteres Regulativ stellen selbstverständlich
die Spritzstrahlen bzw., wie hier vorgesehen, die Sprühstrahlen 1g, ih selbst dar.
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Wie in Fig. 1 erkennbar, findet weder ein senkrechtes noch ein paralleles
Beaufschlagen der Sprühstrahlen 1g, 1h statt. Aus diesem Grund umhüllen di-e Sprühstrahlen
1g, 1h den Gußstrang 1 allseitig ohne die Gefahr des Auftretens von Erscheinungen
wie derjenigen des Leidenfrost'schen Phänomens oder von Beaufschlagungs-Leerstellen.
Das aufgespritzte bzw. aufgesprühte Kühlmittel wird demzufolge nahezu 100 %ig verbraucht,
d.h. in Dampf verwandelt und entzieht dem Gußstrang 1 die vorausberechnete Wärmemenge.
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Der Düsenstock (insbesondere Fig. 2) weist ein Zuführungsrohr 6 für
Wasser auf und ein Zuführungsrohr 10 für Luft. Das Zuführungsrohr 6 bildet einen
rechtwinkligen Rahmen, von dessen Schenkel 6a, 6b über Verbindungsmuffen 7 Verteilerrohre
8 abgezweigt sind, die ebenfalls rechtwinklig in Richtung zu den Düsenpositionen
la, 1b verlaufen. An die Verteilerrohre 8 sind jeweils mittels Einschraubenden 3
bzw. 4 Mischrohre 2 angeschlossen, die im Düsenkopf 1 an die (weiter nicht dargestellten)
Düsen 15 führen.
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Die durch das Zuführungsrohr 10 transportierte Luft wird über die
Verteilerrohre 8 den Mischrohren 2 zugeleitet. An dem Zuführungsrohr 10 ist außerdem
noch die Montageplatte 12 befestigt, die in der Betriebslage den Düsenstock an einem
Gestänge mittels Schrauben festhält. Für die Verschiebung des Düsenstockes sind
die Schraubenlöcher als Langlöcher 12a ausgeführt. Der Düsenkopf 1 versteift den
Rahmen 13 als Eckteil 14 besonders. Zur Erhöhung der Verbundkraft dient außerdem
die Klemmvorrichtung 11, die das Zuführungsrohr 6 mit dem Zuführungsrohr 10 verbindet
(Fig. 3).
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Andere Verteilerrohre 8 versteifen den Düsenstock über Einschraubenden
4 bzw. 9 (Fig. 2).
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Der Düsenkopf 1 (Fig. 4 und 5) weist an seinen Längsseiten 16a und
16b, die rechtwinklig verlaufen, die Düsen 15 auf. Die Mittenachsen der Düsen 15
verlaufen jeweils unter Winkeln von 10 bis 45° zur Vertikalen bzw. unter 10 bis
45" zur Horizontalen. Innerhalb dieser Winkel sind die Düsen fest eingestellt. Eine
bewegliche Einstellung über eine verschwenkbare Montageplatte 12 ist möglich.