AT407619B - Verfahren zum verteilen einer feinzerstäubten flüssigkeit sowie einrichtung hierzu - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit in einer Mischkammer mit einem Gas vermischt und einer Düse zugeleitet wird und dort als Zweistoffgemisch austritt, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 



   Beim Stranggiessen wird die Oberfläche des Giessproduktes mit Wasser gekühlt. Das Wasser wird mit Überdruck auf den Strang gesprüht. Um eine möglichst gleichmässige Wasserbeaufschla- gung über die Oberfläche zu erreichen, werden Düsen verwendet, die das Wasser zerstäuben. Je nach Giessbreite werden eine oder mehrere Düsen über die Breite angeordnet. Zur besseren Regelbarkeit werden mehrerer solcher Düsenreihen zu einer Zone zusammengefasst. Jede dieser Zonen kann individuell geregelt werden, wodurch eine gewisse Gleichmässigkeit der Kühlung er- reicht werden soll. 



   Zum feinen Verteilen einer Flüssigkeit hat sich ein sogenanntes Zweistoffversprühen bewährt, bei dem mit einem Gas vermischte Flüssigkeit über eine Düse versprüht wird. 



   Es ist bekannt (DE 35 29 337 A1, DE 32 07 668 A1, DE 30 04 864 C2 und DE 28 16 441 A1) Kühlflüssigkeit zum Kühlen einer Strangoberfläche in einer Mischkammer mit Luft vorzumischen, wobei die Mischkammer als Mischrohr gestaltet ist, in das die Kühlflüssigkeit über eine im Rohr vorgesehene Einschnürung in Form eines Ringes (DE 35 29 337 A1 ) einströmt, und wobei Luft über eine Seitenöffnung des Mischrohres durch den Unterdrück, der im Inneren des Mischrohres durch den gebündelten dünnen Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird, eingesaugt wird. Die eingesaugte Luft und das Kühlmittel werden über das Mischrohr einer einzigen Düse zugeführt, die eine Prall- platte aufweist, an der eine intensive Vermischung der Luft mit der Kühlflüssigkeit und damit die eigentliche Bildung eines Zweistoffgemisches erfolgt. 



   Nachteilig ist hierbei, dass für jede Düse eine eigene Mischkammer erforderlich ist, und diese Mischkammer von der Düse nicht allzu weit entfernt angeordnet werden kann. So ist zum Beispiel gemäss der DE 30 04 864 C2 ein maximaler Abstand der Düse von der Einmündung des Wasser- strahles in die Mischkammer von 150 mm angegeben Hierdurch bedingt ist die Mischkammer selbst der Wärmestrahlung von der zu kühlenden Metalloberfläche gemäss der DE 30 04 864 C2 der Strangoberfläche ausgehenden Strahlungshitze ausgesetzt. Weiters ist es erforderlich, bis nahe zur Düse getrennte Leitungen für die Kühlflüssigkeit und das Gas (Luft) zuzuführen, so dass diese Zuführungsleitungen ebenfalls der Strahlungshitze ausgesetzt sind.

   Ein weiterer hiermit ver- bundener Nachteil ist darin zu sehen, dass infolge der Vielzahl von Zuführungsleitungen die Ein- richtung teuer ist und in ohnehin räumlich beengten Bereichen nur schwierig unterzubringen ist, wie zum Beispiel zwischen Strangführungsrollen, die in der Regel sehr eng benachbart angeordnet sind. 



   Gemäss der DE 28 16 441 A1 sind zwar von einer rohrförmigen Mischkammer zwei Düsen versorgt, die jedoch unmittelbar benachbart angeordnet sind, und wobei in die Mischkammer zwei Zuführungsleitungen, münden. Zwischen der Mischkammer und den Düsen ist nahezu keine Dis- tanz vorhanden, und auch hier müssen die Zuführungsleitungen sowohl für die Kühlflüssigkeit als auch das Gas, d. h. die Luft, bis unmittelbar zu den Düsen geführt sein und sind somit ebenfalls der Strahlungshitze des Stranges ausgesetzt. 



   Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche es ermöglichen, die Mischkammer und damit die getrennten Zuführungsleitungen für das Gas und die Flüssigkeit in grösserer Entfernung der Düsen anzuordnen, so dass erstens eine kos- tengünstigere Konstruktion verwirklichbar ist und zweitens im Falle der Anwendung zur Kühlung die Mischkammer und die Zuführungsleitungen keiner Hitzebelastung ausgesetzt sind. Weiters soll mit einer einzigen Mischkammer ein grösserer Bereich mit zerstäubter Flüssigkeit versorgt werden können, beispielsweise ein grösserer Flächenbereich eines heissen Metallkörpers gleichmässig mit feinzerstäubter Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden können. 



   Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass in der Mischkammer eine intensive Mischung der Flüssigkeit mit dem Gas zu einem Zweistoff- gemisch durchgeführt wird, und das Zweistoffgemisch über eine, vorzugsweise eine einzige, von der Mischkammer ausgehende Versorgungsleitung in Form einer Zweistoffströmung unter Einhal- tung einer turbulenten Strömung einem Verteilsystem zugeführt wird, wobei eine einzelne Versor- gungsleitung mindestens zwei Düsen mit dem Zweistoffgemisch versorgt. 



   Der Kern der Erfindung liegt dann, ein Zweistoffgemisch unter Aufrechterhaltung der hohen 

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 Turbulenz, die in der Mischkammer entsteht, über Rohrleitungen weiterzuleiten. Hierbei kommt es auch darauf an, die Turbulenz in den der Mischkammer nachgeordneten Leitungen aufrechtzu- erhalten, was jedoch nur durch Inkaufnehmen von Druckverlusten möglich ist. Bisher hat man getrachtet, Druckverluste gering zu halten, d. h. grosse Rohrdurchmesser für turbulente Strömungen zu verwenden. Hierbei kommt es jedoch zu einer Entmischung der Strömung und zu einer un- gleichmässigen Aufteilung der Kühlmittelmenge. Aus diesem Rohrleitungen mit kleinen Rohrdurch- messern verwendet, um eine hohe Reynoldszahl sicherzustellen, wodurch die Zweistoffströmung annähernd gleich einer Einstoffströmung über längere Wege aufrechterhalten werden kann.

   Ab- zweigungsleitungen haben vorzugsweise kleinere Durchmesser als die Leitungen, von denen sie abzweigen, es sei denn, dass die Reynoldszahl in der der Abzweigungsleitung vorhergehenden Lei- tung sehr hoch liegt, z. B. bei 15000 oder darüber. 



   Die DE-A1 - 24 44 794 betrifft das Kühlen eines Stranges mittels Nassdampf, wobei gesättigter Dampf einem Verdichter zugeführt wird und in verdichtetem Zustand in einen Mischer mit Wasser versetzt wird, so dass Nassdampf gebildet wird. Dieser Nassdampf wird über ein Verteilersystem Düsen zugeführt. 



   Bei Nassdampf handelt es sich um ein Zweiphasensystem, wobei kleine Wassertröpfchen in einem aus Molekülen bestehenden Dampf fein verteilt sind. Nachteilig ist hierbei die Abhängigkeit des Flüssigkeitsanteils von der Temperatur des Zweiphasensystems, die nur durch eine aufwen- dige Temperaturregelung der Anlage behoben werden könnte. Zusätzlich nachteilig ist das Fehlen einer Möglichkeit einer Regelbarkeit, d.h. Einstellung von unterschiedlichen Spritzbildern an den Düsen, denn um eine bestimmte Kühlwirkung zu erzielen, müssen der Druck und die Temperatur des Zweiphasensystems in einem ganz bestimmten Bereich liegen. Infolge des Druckgradienten und Temperaturgradienten von der Mischkammer bis zur Düse, die eine Änderung des Sättigungs- druckes bewirken, ergeben sich Nachteile bei der Kühlung des Stranges. 



   Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Mischungsverhältnisses von Flüssigkeit und Gas über den Druck der Flüssigkeit und/oder des Gases 
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das Mischungsverhältnis von Flüssigkeit und Gas über die Menge der Flüssigkeit und/oder des Gases eingestellt. 



   Wird das Mischungsverhältnis des Gases mit der Flüssigkeit über den Druck geregelt, wird zweckmässig der Druck des Gases über den gesamten Einstellbereich des Mischungsverhaltnisses konstant gehalten. 



   Es ist auch möglich, den Druck des Gases über eine vorgegebene Funktion einzustellen, d.h zu regeln. 



   Bevorzugt wird die nach dem erfindungsgemässen Verfahren verteilte feinzerstäubte Flüssigkeit zum Kühlen eines heissen Metallkörpers verwendet, insbesondere eines Gussstranges in einer Stranggiessanlage. 



   Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer mit Zuleitun- gen für Gas und Flüssigkeit versehenen Mischkammer und einer leitungsmässig mit dieser verbun- denen Düse ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Mischkammer eine, vorzugsweise eine einzige, Versorgungsleitung ausgeht, von der zwei oder mehrere Zweigleitungen zu jeweils einer Düse führen. 



   Um hinter der Mischkammer eine hohe Turbulenz und damit ein Zweistoffgemisch aufrecht erhalten zu können, sind zweckmässig in der Mischkammer eine Blende für die Flüssigkeit vorge- sehen, die derart bemessen ist, dass eine Reynoldszahl für Luft von > 1800, vorzugsweise > 4000, insbesondere > 10000, eingehalten ist (Leerrohrgeschwindigkeit), sowie weiters vorteilhaft sowohl die Versorgungsleitung als auch die Zweigleitungen im Durchmesser derart bemessen, dass eine Reynoldszahl für Luft von > 1800, vorzugsweise > 4000, insbesondere > 10000, eingehalten ist. 



   Für das Stranggiessen ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung eines Stranges in einer Stranggiessanlage zwei oder mehrere Zweigleitungen von einer Versorgungs- leitung ausgehen und die Mischkammer in einem wärmegeschützten Bereich vorgesehen ist. 



   Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 bis 4 in schematischer Darstellung eine Anordnung der erfindungsgemässen Einrichtung für eine Stranggiessanlage im Schrägriss zeigen. Fig 5 stellt eine Mischkammer, teilweise geschnit- ten, dar. 



   In den Fig. 1 bis 4 sind jeweils Anordnungen der erfindungsgemässen Einrichtung für die 

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 Anwendung beim Stranggiessen zum Kühlen eines heissen Gussstranges veranschaulicht. Mit 1 sind Mischkammern bezeichnet, zu denen jeweils zwei Leitungen 2,3 führen, u.zw. jeweils eine Gas- zuleitung 2 und eine Flüssigkeitszuleitung 3. Diese zweigen von zentralen Zuleitungen 4,5 ab. Als Gas wird Druckluft eingesetzt, als Kühlflüssigkeit Wasser. 



   In den Mischkammern 1 erfolgt die Ausbildung des Zweistoffgemisches aus Druckluft und Was- ser, u. zw. unter starker Verwirbelung. Vorzugsweise wird eine Reynoldszahl von über 4000 ein- gehalten. Das so gebildete Zweistoffgemisch wird über eine von jeder der Mischkammern 1 aus- gehende Versorgungsleitung 6 einem Verteilsystem zugeführt. Gemäss den Fig. 1 und 2 zweigen von jeder Versorgungsleitung 6 Zweigleitungen 7 zu jeweils einer Düse 8 ab. Die Düsen 8 sind durch eine Pfeilspitze charakterisiert. Aus der Düse 8 tritt die Flüssigkeit, also das Wasser, feinzer- stäubt aus, und es wird ein Sprühfächer 9 gebildet. Da jede Düse 8 nur mit einer einzigen Zweig- leitung 7 zu versorgen ist, genügt die Verwendung von Einstoffdüsen. 



   Die Anordnung der Düsen 8 ist so getroffen, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Rollen drei von einer Versorgungsleitung 6 versorgte Düsen 8 zu liegen kommen, die den Strang 10 über seine gesamte Breite kühlen. Die Anordnung der Strangführungsrollen, die in der Zeichnung nur durch ihre Mittelachsen 11veranschaulicht sind, ist so getroffen, dass die Mittelachsen 11parallel zu den Versorgungsleitungen 6 liegen, u. zw. jeweils eine Rolle mittig zwischen zwei benachbarten   Versorgungsleitungen 6, jedoch näher zur Strangoberfläche 12 gerückt ; dass die Versorgungs-   leitungen 6 um mindestens die Distanz eines Rollendurchmessers von der Strangoberfläche 12 weggerückt angeordnet sind. 



   Es ist zu erkennen, dass die Luft- und Wasserzuleitungen 2,3 selbst und die Mischkammer 1 sowie die zentralen Zuleitungen 4,5 von der Strangoberfläche 12 weit abgerückt angeordnet wer- den können, wodurch sich eine wesentliche Einsparung an Leitungen ergibt. Bisher war es nämlich erforderlich, sowohl die Wasserzuleitung 2 als auch die Luftzuleitung 3 getrennt bis zur Düse 8 oder in unmittelbare Nähe derselben zu führen. Erfindungsgemäss führt zu jeder der Düsen ledig- lich eine einzige Zweigleitung 7, in der das Zweistoffgemisch von der Mischkammer 1 bis zur Düse 8 geführt wird.

   Um das Zweistoffgemisch bis zur Düse 8 leiten zu können, ist es erforderlich, eine hohe Reynoldszahl von der Mischkammer 1 bis zur Düse 8 sicherzustellen, was auf zweierlei Arten    erreicht werden kann : einerseitsalleine durch Erzielen einer sehr hohen Reynoldszahl in der   Mischkammer 1 oder anderseits durch Verringerung der Innendurchmesser der Zweigleitungen 7 gegenüber den Versorgungsleitungen 6. 



   Eine Steuerung bzw. Regelung der Kühlung kann bei einer erfindungsgemässen Einrichtung und bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in einfacher Weise durch Steuerung oder Regelung des Druckes oder der Menge der Einzelkomponenten, also des Wassers oder der Druck- luft, erfolgen, wofür in den Zuführungsleitungen eigens Ventile 13 vorgesehen sind. Das Mi- schungsverhältnis von Luft und Wasser wird typischerweise über den Druck geregelt Beispiele für die Regelkurven sind : - der Luftdruck wird für den gesamten Regelbereich konstant gehalten - die Regelung des Luftdrucks erfolgt über vorgegebene Funktionen. 



   Gemäss den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen werden mehrere Düsengruppen I, 11, 111. von denen jeweils eine Düsengruppe zwischen benachbarten Strangführungsrollen ange- ordnet ist, von einer einzigen Mischkammer 1 versorgt, was in einfacher Weise bei Einhaltung einer sehr hohen Reynoldszahl, beispielsweise von 15000, möglich ist. 



   Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erlaubt es, die von der Versorgungslei- tung 6 ausgehenden Zweigleitungen 7 auch geometrisch unsymmetrisch anzuordnen. Die Anzahl der einer Mischkammer 1 zugeordneten Düse kann in weiten Bereichen variieren. 

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Claims (10)

1. In der Mischkammer 1 werden die beiden Einstoffströmungen (Wasser, Druckluft) in eine Zwei- stoffströmung überführt. In der Mischkammer 1 ist eine Blende 14 für die Flüssigkeit vorgesehen, die eine ausreichende Turbulenz sicherstellt, um eine hohe Reynoldszahl zu erzielen PATENTANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren zum Verteilen einer feinzerstäubten Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit in einer Mischkammer (1) mit einem Gas vermischt und einer Düse (8) zugeleitet wird und dort als <Desc/Clms Page number 4> Zweistoffgemisch austritt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) eine intensive Mischung der Flüssigkeit mit dem Gas zu einem Zweistoffgemisch durchgeführt wird, und das Zweistoffgemisch über eine, vorzugsweise eine einzige, von der Mischkam- mer (1) ausgehende Versorgungsleitung (6) in Form einer Zweistoffströmung unter Einhal- tung einer turbulenten Strömung einem Verteilsystem (7) zugeführt wird, wobei eine ein- zelne Versorgungsleitung (6) mindestens zwei Düsen (8) mit dem Zweistoffgemisch ver- sorgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Flüssigkeit und Gas über den Druck der Flüssigkeit und/oder des Gases eingestellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis von Flüssigkeit und Gas über die Menge der Flüssigkeit und/oder des Gases eingestellt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases über den gesamten Einstellbereich des Mischungsverhältnisses konstant gehalten wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases über eine vorgegebene Funktion eingestellt wird.
6. 6 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass feinzerstäubte Flüssigkeit zum Kühlen eines heissen Metallkörpers, insbesondere eines Gussstranges (10), in einer Stranggiessanlage verteilt wird.
7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 mit einer mit Zuleitungen (2,3, 4,5) für ein Gas und Flüssigkeit versehenen Misch- kammer (1) und einer leitungsmässig mit dieser verbundenen Düse (8), dadurch gekenn- zeichnet, dass von der Mischkammer (1) eine, vorzugsweise eine einzige, Versorgungslei- tung (6) ausgeht, von der zwei oder mehrere Zweigleitungen (7) zu jeweils einer Düse (8) führen.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) eine Blende (14) für die Flüssigkeit vorgesehen ist, die derart bemessen ist, dass eine Reynolds- zahl für Luft von > 1800, vorzugsweise > 4000, insbesondere > 10000, eingehalten ist (Leerrohrgeschwindigkeit).
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Versor- gungsleitung (6) als auch die Zweigleitungen (7) im Durchmesser derart bemessen sind, dass eine Reynoldszahl für Luft von > 1800, vorzugsweise > 4000, insbesondere > 10000, eingehalten ist.
10. 10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung eines Stranges (10) in einer Stranggiessanlage zwei oder mehrere Zweig- leitungen (7) von einer Versorgungsleitung (6) ausgehen und die Mischkammer (1) in einem wärmegeschützten Bereich vorgesehen ist.