-
Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen heißer
-
Gefflenstände Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von
heißen Gegenstanden, insbesondere von Kokillen, bei dem wenigstens während eines
Zeitabschnittes ein Luftstrom die Oberfläche der Gegenstande bestreicht. Ferner
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die ein
Organ zum Ausblasen von Luft gegen die Gegenstäxide, insbesondere Kokillen, aufweist.
-
Das Kühlen heißer Gegenstände, beispielsweise von Kokillen, geht gewöhnlich
so vor sich, da3 die Kokillen in eine Kammer eingeführt werden, die von Kühlluft
durchströmt wird, wobei die Temperatur auf ein für die weitere Behandlung der Kokillen
geeignetes Niveau abgesenkt wird. Die Zeit für diesen Kühlverlauf, bei dem die Temperatur
der Gegenstande von ca.
-
8000 G auf Temperaturen unter 1000 C gebracht wird, benötigt bei freiem
Kühlen in Luft gewöhnlich mehr als 12 Studden. Das erfordert eine große Kapazität
der Kühlanlagen und die Benutzung einer großen Anzahl von Kokillen, wenn man das
gewünschte Produktionsniveau
und den Durchlauf in der Kühlanlage
aufrechterhalten will.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Durchführen des '{erfahrens der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die es erlauben,
die Kühlungszeit wesentlich zu verringern.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, d23 Wasser in fein
verteilter Form in den Luftstrom eingeleitet wird.
-
Wenn der mit Wasserpartikeln gemischte Luftstrom die heißen Gegenstände
bestreicht, verdampfen die Wassertropfen und tragen damit wirksam zur Abkühlung
bei. Eit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich für das Kühlen von Kokillen eine
Kühlzeit von ca. 4 - 5 Stunden erreichen, was eine 70 Vcige Verringerung der Kühlzeit
bedeutst. Diese wesentliche Zeiteinsparung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erreicht wird, erlaubt es, die Kbhlanlage nur für eine Kapazität zu dimensionieren,
die dem Ausstoß von heißem Gut einer Produktionseinrichtung in der berechneten Zeit
für das Kühlen der Gegenstände entspricht. Beim Gießen in Kokillen ergibt sich darüberhinaus-der
Vorteil, daß die Anzahl der im Bearbeitungszyklus umlaufenden Kokillen wesentlich
verringert werden kann. Da Kokillen teuer sind, ergibt sich somit eine Verringerung
der Herstellungskosten.
-
Vorteilhaft können die eingeleiteten Wasserpartikel dem Luftstrom
entgegengerichtete Richtungskomponenten aufweisen. Dadurch, daß wenigstens ein Teil
der fein verteilten Wassertropfen gegen den Luftstrom eingesprüht wird, ergibt sich
eine sehr wirksame Mischung zwischen den Wassertropfen und der Luft und damit eine
besonders wirksame Abkühlung.
-
Für das Kühlen speziell von Kokillen kann das Verfahren vorteilhaft
derart ablaufen, daß während eines ersten Zeitabscbnit;teS die Kokillen mit Druckwasser
abgespült werden,
während eines zweiten Zeitabschnittes die Kokillen
in einem Luftstrom gekühlt werden, in welchen Wasserpartikel eingeleitet werden,
sowie daß während eines dritten Zeitabschnittes die Kühlung lediglich durch Luftzublasen
erfolgt.
-
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
mit einem Organ für das Ausblasen von Luft gegen die Gegenstände, welche Vorrichtung
Kühlwasserdüsen zum erzeugen fein verteilter Wasserpartikel im Luftstrom aufweist.
-
Vorteilhaft kann wenigstens ein Teil der Kühlwasserpartikel erzeugenden
Kühlwasserdüsen dem Luftstrom etwa entgegengerichtet sein, sowie im Weg des Luftatromes
Luftatrahldüsen angeordnet sein, die diesem die gewinschte Richtung und Beschleunigungsimpulse
geben. Daraus ergibt sich eine eine.besonders gründliche Mischung von kleinen jra5sertropfen
und Luft, die die uegenstqnde wirksatn kühlt. werner nimmt der Sonvektions-Warmeübergang
zu, wenn der anteil von Dampf in der Luft zunimmt. Die Luftstrahldüsen sorgen ferner
für eine erhöhte Turbulenzbildung um die Gegenstände.
-
Für das Kühlen von Kokillen kann die Vorrichtung vorteilhaft eine
schließbare Kühlkammer aufweisen, in welche die Kokillen mittels einer Transportanordnung
fahrbar sind, in welcher Kühlkammer Zu- und Abführorgane für Kühlluft und Zu- und
Abführorgane für Kühlwasser angeordnet sind, in welcher ferner Reinigungsdüsen für
das Abspülen der Kokillen mittels Druckwasser angeordnet sind, wobei die Organe
für die Zufuhr von Kühlluft im wesentlichen gegen die Kokillen gerichtet sind, während
die Organe für die Zufuhr von Kühlwasser in der Hauptsache gegen den Luftstrom gerichtet
sind.
-
Zu den kühl luft zuführenden Organen gehören bei einer bevorzugten
Ausführungsform im oberen Bereich der Kühlkammer angeordnete perforlerte Platten,
In welchen Luftstrahldüsen angeordnet sind. Die ein Zwischendach bildenden perforierten
Platten
werden durch das verdampfen der gegen sie gesprühten Wassertropfen abgekiihlt. Dadurch
nimmt der Strahlungsaustausch zwischen den Kokillen und den Platten aufgrund der
größeren Temperaturdifferenzen zwischen den beiden zu.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend naher anhand einer
Ausfihrungsform einer vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens beschrieben, wel&ne
in den Zeichnungen dargestellt Bt. Es zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine
Kirhlkammer zum Kühlen von Kokillen mit komplett eingezeichneten Organen für die
Zufuhr von Kdhlluft und Wasser Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kammer nach Fig.
1, in welchem nur die Organe für die Zufuhr von Kühlluft eingezeichnet sind, Dig.
3 einen Fig. 1 entsDrecnenden Querschnitt, aber nur mit den Organen für das zpulwassersystem,
Fig 4 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1, aber nur mit den Organen für die Luftzufuhr,
und Fig. 5 den Querschnitt nach Fig. 1, nur mit den Organen für die Kühlwasserzufuhr.
-
Aus dem in Fig. 1 gezeichneten Querschnitt einer Kühlkammer 1 geht
h-ervor, wie Kühlluft durch einen Ventilatorraum 2 in die Kühlkammer durch ein Ventil
3 eingeführt wird, das die Luft über ein im Dach der Kammer aufgehängtes Unterdach
13 verteilt. Im Boden 5 der Kühlkammer 1 sind Ventilationsöffnungen 6 angeordnet
(s. Fig. 2), die in eine unter und in Längsrichtung der Kühlkammer verlaufende Lufttrommel
7 für Abluft münden. Die Lufttrommel 7 ist mittels einer Drosselklappenanordnung
8 (s. Fig. 2) verschließbar. In die Kühlkammer 1 sind die zur Kuhlung vorgesehenen
Gegenstände 9, hier
als Kokillen ausgebildet, ein- und austransportierbar
durch Türöffnungen 10 und 11 in den jeweiligen Endwänden. Die Kokillen 9 werden
vorteilhaft auf hier nicht dargestellten Wagen transportiert, die auf Schienen 12
am Boden der Kühlkammer laufen. Das im oberen Bereich der Kühlkammer aufgehängte
Unterdach 13 besteht aus perforierten Platten, durch welche die aus dem Gebläseraum
2 einströmende Zuluft in Richtung auf die in die Kühlkammer eingefuhrten Kokillen
9 zuströmt. In den perforierten Platten sind außerdem xuftstrahldüsen 14 untergebracht,
mit deren Hilfe die mit relativ geringer Geschwindigkeit durch das Unterdach strömende
Zuluft sowohl einen Beschleunigungsimpuls erhält, als auch in der gewünschten Weise
gerichtet wird.
-
In Längsrichtung der Kühlkammer verlaufend sind drei Rohrleitungen
15, 17 und 18 für Wasser angeordnet, von welchen die oberste 15 Wasser unter hohem
Druck zu den Reinigungsdüsen 16 transportiert. Diese sind gegen die Kokillen gerichtet
und dazu bestimmc, GieSreste und Gießpulver von den Kokillen zu spülen.
-
Die beiden unteren Rohrleitungen 17 und 18 transportieren Wasser zu
Kuhlwasserdüsen 19, die es in feinverteilter Form in einer Richtung abgeben, die
wenigstens eine zu dem von den Luftzuführorganen erzeugten Luftstrom entgegengesetzte
Richtungskomponente aufweist. Die Kühlwasserdüsen 19 sind vom Zentrifugaltyp. Dadurch,
daß fein verteilte Wasserpartikel gegen den Luftstrom eingesprüht werden, erhält
man eine sehr wirksame Mischung von kleinen Wassertropfen und Luft. Diese Mischung
bestreicht die Kokillen 9, die dadurch wirksam gekühlt werden.
-
Der Kühlungseffekt beruht insgesamt auf einem Zusammenwirken von mehreren
Faktoren. Nachdem die Wasserpartikel in den Luftstrom gegen dessen Richtung eingesprüht
sind, wird das durch die Strahlungswärme aufgeheizte Unterdach durch das Verdampfen
der Wassertropfen abgekühlt. Dadurch nimmt der Strahlungsaustausch zwischen den
Kokillen und den i)achplatten aufgrund der größeren Temperaturdifferenzen zwischen
den beiden zu. Ebenso nimmt der Konvektions-Wärmeübergang zu, wenn der Anteil von
Dampf in der Luft zunimmt. AuRerdem wird die Konvektion verstärkt
dadurch,
daß- die im perforierten Unterdach 13 angeordneten Iiuftstrahldüsen 14 zu einer
erhöhten Turbulenzbildung um die Kokillen 9 beitragen.
-
In den Fig.3 bis 5 werden die beschriebenen verschiedenen Kühl- und
Reinigungssysteme einzeln gezeigt. Fig. 3 zeigt, wie die Reinigungsdüsen 16 durch
kurze Leitungsstücke 20 an die obere Rohrleitung 15 angeschlossen sind, die Hochdruckwasser
zum Spülen der Kokillen transportiert.
-
Fig. 4 zeigt die Anordnung von Luftstrahldüsen 14 in dem aus perforierten
Platten ausgebildeten Unterdach 13. Düsen dieser Art blasen Luftdüsenstrahlen in
der gewünschten Richtung. Die Düsenstrahlen geben der Luft einen Beschleunigungsimpuls
und dadurch, daß die Luftstrahldüsen in geeigneten Abständen angeordnet sind, kann
die Zuluft in der gewinschten Richtung gesteuert werden, in diesem Fall gegen die
Kokillen und die oberhalb der Kokillen aneordneten Kühlwasserdüsen 19.
-
Die Kühlwassc-rdüsen 19 sind in Fig. 5 gezeigt. Sie sind mittels Leitungsrohren
21 mit der in L'>-ngsrichtung der Kühlkammer verlaufenden Rohrleitung 17 verbunden,
die Kühlwasser zu jeder der über jedem zweiten Kokillenpaar angeordneten Kühlwasserdüsen
führt, in Längsrichtung der Kühlkammer 1 gesehen. Die Rohrleitung 18 ist auf gleiche
Weise mit in Fig. 5 nicht gezeichneten Kühlwasserdüsen 19 verbunden, die Kühlwasser
zu den übrigen Kokilenpaaren führen.
-
Die aufgewärmte Luft strömt von der Kühlkammer 1 durch Ventilationsöffnungen
6 im Boden der Kühlkammer und durch eine Drosseiklappenanordnung 8 zu einem Kanal
22, der die Luft zu einer Wärmewiedergewinnungsanlage von beliebigem Typ führt.
-
Die als Ausführungsbeispiel daraestellte Vorrichtung ist für ein Verfahren
zum automatischen Kühlen von Kokillen bestimmt.
-
Der Ablauf eines derartigen Verfahrens ist nachstehend geschildert:
Wenn die a«f Kühlwagen plazierten Kokillen 9 auf ihren Platz
in
der Kühlkammer 1 kommen, wird ein Impuls zu einer Transportsteuertafel gegeben,
worauf die Bedienungsperson die Öffnungen der Kühlkammer schließt. Zum Schaltschrank
des Kokillenkühlers wird ein Signal gegeben, das meldet, daß die Kokillen für das
Kühlen bereit sind. Eine in die Kühlkammer eingeführte Infrarot-Kamera (IR-ELamera)
ermöglicht es der Bedienungsperson die Temperatur der Kokillen auf eine an die Kamera
angeschlossenen Instrument abzulesen. Die Bedienungsperson kann wahlweise entweder
die Kühlung automatisch ablaufen lassen, oder die Koklllen mit manueller Überwachung
kühlen. Wenn sie die automatische Kühlung wählt, braucht sie nur den Kühlungsverlauf
starten, worauf die Kühlung von temperaturablesenden Organen gesteuert wird, d.
h. in diesem Fall von der Infrarot-Kamera. Die Bedienungsperson drückt also auf
den Startknopf, worauf die Ventilkanäle zur Kühlkammer geöffnet werden, sowohl für
Zuluft als auch für Abluft. Nachdem das Luftventil geöffnet wurde, wird ein Impuls
an ein Ea.£netver.til eeseben, das die Zufuhr von dochdruckwasser zu den Reinigunsdüsen
steuert. Die Spülung mit Hochdruckwasser läuft während eines Zeitraumes von ca.
1 Minute ab, aanach wird das Zuluftventil betestigt, worauf Luft in die Kammer geblasen
wird. Die Luft wird, wie oben geschildert, teilweise durch die perforierten Platten
direkt und teils durch Luftstrahldüsen zugeführt. Gleichzeitig wird Kühlwasser zu
den Kühlwasserdüsen 19 geleitet, damit der erfindungsgemaß angestrebte Kühlungseffekt
zustandekommt. Der Kühlverlauf wird nun ganz von der Infrarot-Kamera überwacht und
mittels einer Automatik geregelt, die vorher auf die gewünschte Temperaturhöhe eingestellt
wurde, bei welcher die Kühlung abgeschaltet werden soll Beim Kühlen.von Kokillen
schaltet man gewöhnlich die Zufuhr von Kühlwasser ab, wenn das Gußgut eine Temperatur
von ca. 150 0 C erreicht hat, worauf die abschließende Kühlung auf ungefähr 1000
G lediglich durch Luftzufuhr durchgeführt wird.
-
Damit will man vermeiden, daß nach Abschluß der Kühlung Wasser auf
den Kokillen verbleibt. Die Kühlung wird dadurch abgeschaltet, daß die Zuluftventilatoren
gleichzeitig mit dem Schließen der Abluftventile zestoz»t werden, wobei eine am
Schaltschrank
aufl eucht ende Lampe den Abschluß der Kühlung meldet.
Ein ähnliches Signal ergibt sich auf der Transportsteuertafel, und die Bedienungsperson
kann die Tore der Kühlkammer öffnen und die Kokillenwagen zur nachfolgenden Behandlungsstelle
fahren lassen.
-
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist nur eine Kühlkammer
dargestellt. Im Rahmen der Erfindung können mit Vorteil eine Vielzahl paralleler
Kühl straßen benutzt werden.
-
Eine solche Kühlstraße ist in der in Fig. 1 gezeigten Kühlkammer vorbereitet.
Um die sehr großen Wärmemengen auszunützen, die beim Kühlen der Kokillen freiwerden,
kann die dampfgemischte heiße Abluft vorteilhaft eine Warmewiedergewinnungsbatterie
passieren.
-
L e e r s e i t e