Gebiet der Technik
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Stranggießtechnik. Beim
Stranggießen wird flüssiges Metall, vorzugsweise Stahl, in eine Kokille gegossen,
wo sich ein teil- oder durcherstarrter Strang ausbildet. Der Strang wird kontinuierlich
aus der Kokille ausgezogen und in der der Kokille nachfolgenden Strangführung gestützt,
geführt und weiter abgekühlt. Zum Kühlen des Strangs in der Strangführung (der sog.
Sekundärkühlzone) werden oftmals Blockdüsen als Spritzdüsen verwendet, durch welche
zumindest ein Kühlmedium - im gegenständlichen Fall jedoch ein flüssiges und ein gasförmiges
Kühlmedium - auf den Strang aufgebracht werden.
[0002] Konkret betrifft die Erfindung eine Zweistoff-Blockdüse zur Kühlung eines Strangs,
vorzugsweise mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt, in einer Stranggießmaschine, aufweisend
- einen im wesentlichen quaderförmigen Grundkörper, der eine Grundfläche, eine Stirnfläche
und mehrere Seitenflächen,
- einen ersten Anschluss für ein flüssiges Kühlmedium,
- einen zweiten Anschluss für ein gasförmiges Kühlmedium, und
- einen dritten Anschluss zur lösbaren Befestigung einer Spritzdüse an dem Grundkörper,
umfasst.
Stand der Technik
Aus der Broschüre
[0003] Spray Nozzles for Secondary Cooling in Continuous Casting Machines, Fa. Lechler GmbH,
Edition 04/04 sind gattungsgemäße Blockdüsen bekannt, siehe z.B. die Produktnummern 138.XXX und
148.XXX. Obwohl diese Zweistoff-Blockdüsen einfach herstellbar sind, sammelt sich
während des Betriebs in einer Stranggießmaschine eine große Menge von Zunder auf den
ebenen Oberflächen der Blockdüsen an. Da die Gießgeschwindigkeit bei modernen Stranggießmaschinen
schon oftmals über 4, 5 oder 6 m/min beträgt, müssen die Abstände zwischen unmittelbar
aufeinanderfolgenden Strangführungsrollen auch bei Knüppel- oder Vorblockmaschinen
gering gehalten werden, was sich negativ auf die Abfuhr von Zunder aus der Sekundärkühlungszone
auswirkt. Somit baut sich im Betrieb eine große Menge an Zunder auf, was zu einer
Blockade der Rotation der Strangführungsrollen führen kann und die Zuverlässigkeit
der Stranggießmaschine beeinträchtigt. Somit besteht ein Bedarf, die Gestaltung der
Zweistoff-Blockdüsen zu verbessern, sodass sich weniger Zunder an den Außenoberflächen
der Blockdüsen absetzen kann. Wie dieses Problem behoben werden kann, geht aus der
Veröffentlichung nicht hervor.
Zusammenfassung der Erfindung
[0004] Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden
und eine Zweistoff-Blockdüse der eingangs genannten Art zur Kühlung eines Strangs
in einer Stranggießmaschine anzugeben, sodass sich während des Betriebs in einer Stranggießmaschine
weniger Zunder an den Außenoberflächen der Blockdüse absetzen kann.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die Zweistoff-Blockdüse nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0006] Die erfindungsgemäße Zweistoff-Blockdüse eignet sich besonders zur Kühlung eines
Strangs mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt und weist
- einen im wesentlichen quaderförmigen Grundkörper, der
- eine Grundfläche,
- eine Stirnfläche,
- mehrere Seitenflächen,
- einen ersten Anschluss für ein flüssiges Kühlmedium,
- einen zweiten Anschluss für ein gasförmiges Kühlmedium, wobei der erste und der zweite
Anschluss auf der Grundfläche angeordnet sind,
- eine Mischkammer zur innigen Durchmischung des flüssigen Kühlmediums mit dem gasförmigen
Kühlmedium, wobei die Mischkammer über einen ersten Kanal mit dem ersten Anschluss
und einen zweiten Kanal mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, und
- einen dritten Anschluss zur lösbaren Befestigung einer Spritzdüse an dem Grundkörper,
wobei der dritte Anschluss über einen dritten Kanal mit der Mischkammer verbunden
ist, umfasst, sowie
- zumindest eine Nut oder eine Bohrung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels zur lösbaren
Befestigung des Grundkörpers an einem Flansch auf.
[0007] Charakteristisch für die erfindungsgemäße Zweistoff-Blockdüse ist, dass die Größe
der Oberflächen von zumindest zwei Flächen, bevorzugt von zumindest drei Flächen,
aus der Gruppe der Stirnfläche und der Seitenflächen, durch eine Abrundung oder eine
Abfasung je einer Kante zwischen der Stirnfläche und einer Seitenfläche, um zumindest
10% gegenüber dem quaderförmigen Ausgangszustand des Grundkörpers reduziert werden,
wodurch die Ablageflächen für Zunder auf den Oberflächen ebenfalls reduziert werden.
[0008] Durch diese rückblickend betrachtet einfache Maßnahme werden die Ablageflächen für
Zunder auf der Blockdüse signifikant reduziert, was sich positiv auf die Zuverlässigkeit
einer Stranggießmaschine mit den erfindungsgemäßen Zweistoff-Blockdüsen auswirkt.
Trotz dieser wesentlichen Vorteile soll nicht verschwiegen werden, dass die Fertigungskosten
für eine erfindungsgemäße Zweistoff-Blockdüse durch die zusätzlichen Abrundungen bzw.
Abfasungen wesentlich erhöht werden.
[0009] Besonders bevorzugt ist es, wenn nicht nur zwei oder drei Flächen durch eine Abrundung
oder eine Abfasung einer Kante reduziert werden, sondern alle 5 Flächen (d.h. die
Stirn- und die vier Seitenflächen) des quaderförmigen Grundkörpers. Dadurch kann die
Zunderablagerung bei jeder beliebigen Orientierung der Blockdüse signifikant reduziert
werden.
[0010] Im Sinne der Fertigungskosten ist es zweckmäßig, dass der Grundkörper einstückig
ausgeführt ist und vorzugsweise eine im wesentlichen rechteckförmige Grundfläche aufweist.
Der Grundkörper besteht zumeist aus Edelstahl oder einer Messing- bzw. Bronzelegierung
und wird typischerweise durch Fräsen bearbeitet.
[0011] Zweckmäßig ist, wenn der erste und/oder der zweite Anschluss gegenüber dem Flansch
durch je eine Dichtung - z.B. einen O-Ring - abgedichtet wird.
[0012] Die Strömungsverhältnisse in den Kanälen lassen sich unabhängig von den Querschnitten
der Anschlüsse genau einstellen, wenn im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal ein
Düseneinsatz angeordnet ist.
[0013] Obwohl die Fertigungskosten durch großen Radien bzw. Fasen ansteigen, ist es vorteilhaft,
wenn die Abrundung oder die Abfasung einer Kante die Größe einer Oberfläche, bevorzugt
von beiden Oberflächen, um zumindest 20%, bevorzugt um zumindest 40%, besonders bevorzugt
um zumindest 60%, reduziert.
[0014] Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn zumindest ein Abschnitt des ersten Kanals
oder des zweiten Kanals durch eine auf eine Seitenfläche aufsetzende Bohrung produziert
wird, wobei das Ende der Bohrung anschließend durch einen Stopfen verstopft wird.
[0015] Für die Montage bzw. Demontage der Zweistoff-Blockdüse in der Stranggießmaschine
ist es günstig, wenn die Zweistoff-Blockdüse zumindest ein Befestigungsmittel aufweist,
sodass der Grundkörper über das in der Nut oder Bohrung angeordnete Befestigungsmittel
mit dem Flansch verspannt werden kann. Besonders günstig ist es, wenn das Befestigungsmittel
eine Schraube ist, die an einem Ende einen Schraubenkopf und am anderen Ende eine
Mutter aufweist. Dadurch wird verhindert, dass die Schraube oder die Mutter bei der
Montage/Demontage verloren geht.
[0016] Zweckmäßig ist, wenn das flüssige Kühlmedium Kühlwasser und das gasförmige Kühlmedium
Luft sind.
[0017] Insbesondere bei Zweistoff-Blockdüsen für Knüppel- oder Vorblock-Stranggießmaschinen
ist es vorteilhaft, wenn der dritte Anschluss auf der Stirnfläche angeordnet ist,
die Stirnfläche einen Ansatz aufweist und der dritte Anschluss auf dem Ansatz angeordnet
ist.
[0018] Eine zweckmäßige Befestigung der Spritdüse ergibt sich, wenn die Spritzdüse ein Düsenmundstück
und eine Überwurfmutter aufweist. Um die Öffnung des Düsenmundstücks in radialer Richtung
ausrichten zu können, ist es günstig, wenn das Düsenmundstück mit einer nicht rotationssymmetrischen
Öffnung über eine formschlüssige Verbindung (z.B. eine Schwalbenschwanznut) mit dem
Ansatz verbunden ist. Das Düsenmundstück kann z.B. eine schlitzförmige (für eine Flachstrahldüse)
oder eine im wesentlichen runde Öffnung (für eine Voll- oder Kegelstrahldüse) aufweisen.
[0019] Eine einzelne Kühleinheit weist eine Wasserleitung, eine Luftleitung und eine Flanschplatte
auf, wobei die Wasserleitung mit dem ersten Anschluss und die Luftleitung mit dem
zweiten Anschluss fluiddicht verbunden sind, und eine erfindungsgemäße Zweistoff-Blockdüse
über zumindest ein Befestigungsmittel mit der Flanschplatte verspannt ist.
[0020] Bei einem Strang mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt ist es günstig vier Kühleinheiten
um den Strang herum anzuordnen, wobei jeweils eine Kühleinheit zur Kühlung einer Außenseite
des Strangs zugeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0021] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei die folgenden Figuren
zeigen:
Fig 1 eine Darstellung in drei Rissen einer nicht erfindungsgemäßen Zweistoff-Blockdüse
Fig 2 eine Darstellung in drei Rissen einer erfindungsgemäßen Zweistoff-Blockdüse,
bei der vier Kanten zwischen der Stirn- und den Seitenflächen abgerundet sind
Fig 3 eine Darstellung in drei Rissen einer erfindungsgemäßen Zweistoff-Blockdüse,
bei der vier Kanten zwischen der Stirn- und den Seitenflächen abgefast sind
Fig 4 eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform zu Fig 2, bei der die Kanten
zwischen der Stirn- und den Seitenflächen soweit abgerundet sind, dass der Grundkörper
keine ebenen Seitenflächen mehr aufweist
Fig 5 eine Ansicht einer Strangführung für eine Stranggießmaschine für Knüppel- oder
Vorblockformate
Fig 6 ein Schnitt quer zur Auszugsrichtung R von Fig 5
Beschreibung der Ausführungsformen
[0022] Die Fig 1 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Zweistoff-Blockdüse mit einem quaderförmigen
Grundkörper 1, die z.B. aus rostfreiem Stahl oder einer Messing- oder Bronzelegierung
hergestellt ist. Der Grundkörper 1 mit einer Grundfläche 2, einer Stirnfläche 3 und
vier Seitenflächen 4 wird durch Fräsen bzw. Bohren bearbeitet. Die dem Flansch 14
zugewandte Grundfläche 2 weist einen ersten Anschluss 5 für das flüssige Kühlmedium
31 Kühlwasser und einen zweiten Anschluss 6 für das gasförmige Kühlmedium 32 Luft
auf. Die beiden Kühlmedien 31, 32 werden von einer Wasserleitung 33 und einer Luftleitung
34, welche als rechteckige Profilrohre ausgeführt sind, durch Löcher im Flansch 14
den Anschlüssen 5, 6 zugeleitet. Die Anschlüsse 5, 6 sind durch Dichtungen fluiddicht
abgedichtet. Die Kühlmedien 31, 32 strömen im Inneren des Grundkörpers 1 über einen
ersten und einen zweiten Kanal zu einer Mischkammer 7, wo sie innig miteinander vermischt
werden. Der horizontale Abschnitt des Kanals vom ersten Anschluss 5 zur Mischkammer
wird durch eine Bohrung 20 erzeugt, die auf die Seitenfläche 4 aufsetzt. Anschließend
wird der Kanal durch einen Stopfen 21 verschlossen. Zur Einstellung der Strömungsverhältnisse
in dem ersten und zweiten Kanal können Düseneinsätze 18 verwendet werden. In Strömungsrichtung
hinter der Mischkammer 7 ist ein dritter Kanal und ein dritter Anschluss 10 angeordnet,
wobei dieser auf einem Ansatz 23 sitzt. Der Ansatz 23 weist ein Außengewinde auf,
sodass eine Spritzdüse 11 mit einem Düsenmundstück 24 und einer Überwurfmutter 25
wechselbar befestigt werden können. Das Düsenmundstück 24 ist im dargestellten Fall
als Flachstrahldüse ausgeführt und weist einen längliche Öffnung 26 auf, sodass der
Sprühstrahl die Düse mit einem Öffnungswinkel α verlässt. Der Grundkörper 1 wird über
zwei als Schrauben ausgeführte Befestigungsmittel 13, die im montierten Zustand in
Nuten 22 angeordnet sind, mit dem Flansch 14 sowie der Wasser- 33 und der Luftleitung
34 verspannt.
[0023] Problematisch an dieser Ausführungsform ist, dass sich je nach räumlicher Orientierung
der Zweistoff-Blockdüse Zunder an der Stirnfläche 3 und ggf. an einer oder mehreren
Seitenflächen 4 absetzen kann.
[0024] Dieses Problem wird durch die gegenständliche Erfindung gemäß den Ausführungsformen
der Figuren 2 bis 4 gelöst. Nachfolgend wird lediglich auf die Unterschiede zwischen
der nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig 1 und den erfindungsgemäßen Ausführungsform
eingegangen.
[0025] In der Ausführungsform gemäß Figur 2 werden vier Kanten zwischen der Stirnfläche
3 und den Seitenflächen 4 des im wesentlichen quaderförmigen Grundkörpers 1 abgerundet.
Dadurch verringert sich der Flächeninhalt der Stirnfläche 3 um 48% und der Flächeninhalt
der Seitenflächen 4 um 25% (breite Seite) bzw. um 20% (schmale Seite).
[0026] In der Ausführungsform gemäß Figur 3 werden vier Kanten zwischen der Stirnfläche
3 und den Seitenflächen 4 des im wesentlichen quaderförmigen Grundkörpers 1 abgefast.
Auch dadurch verringert sich der Flächeninhalt der Stirnfläche 3 um 48% und der Flächeninhalt
der Seitenflächen 4 um 25% bzw. 20%.
[0027] Die Fig 4 zeigt schließlich eine Alternative zur Ausführungsform gemäß Fig 2. Dabei
wird der ursprünglich quaderförmige Grundkörper 1 durch eine elliptische Abrundung
der Kanten jeweils zwischen der Stirnfläche 3 und einer ursprünglichen Seitenfläche
soweit abgerundet, dass der Grundkörper keine ebenen Seitenflächen mehr aufweist.
Die Stirnfläche wird dadurch um mehr als 50% verkleinert.
[0028] Die Fig 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer Strangführung für einen Strang 30 mit
Knüppel- oder Vorblockformat mit mehreren Strangführungsrollen 28 und mehreren erfindungsgemäßen
Zweistoff-Blockdüsen mit Spritzdüsen 11. Hierbei wird der von der Kokille in Auszugsrichtung
R kommende Strang 30 auf allen vier Seiten durch Strangführungsrollen 28 gestützt,
geführt und durch die Zweistoff-Blockdüsen weiter abgekühlt.
[0029] Die Fig 6 zeigt die Anordnung von vier Strangführungsrollen 28 zur Stützung des Strangs
30, wobei jeweils eine Zweistoff-Blockdüse einer Außenseite des Strangs 30 zugeordnet
ist. Jede Spritdüse 11 einer Zweistoff-Blockdüsen bringt einen Spritzkegel 27 zur
Kühlung einer Außenseite des Strangs 30 auf.
[0030] Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert
und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden,
ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
[0031]
- 1
- Grundkörper
- 2
- Grundfläche
- 3
- Stirnfläche
- 4
- Seitenfläche
- 5
- erster Anschluss
- 6
- zweiter Anschluss
- 7
- Mischkammer
- 10
- dritter Anschluss
- 11
- Spritzdüse
- 13
- Befestigungsmittel
- 14
- Flansch
- 15
- Abrundung
- 16
- Abfasung
- 17
- Dichtung
- 18
- Düseneinsatz
- 20
- Bohrung
- 21
- Stopfen
- 22
- Nut
- 23
- Ansatz
- 24
- Düsenmundstück
- 25
- Überwurfmutter
- 26
- Öffnung
- 27
- Spritzkegel
- 28
- Strangführungsrolle
- 30
- Strang
- 31
- flüssiges Kühlmedium
- 32
- gasförmiges Kühlmedium
- 33
- Wasserleitung
- 34
- Luftleitung
- α
- Spritzwinkel
- R
- Auszugsrichtung des Strangs
1. Zweistoff-Blockdüse zur Kühlung eines Strangs (30), vorzugsweise mit Knüppel- oder
Vorblockquerschnitt, in einer Stranggießmaschine, aufweisend
- einen im wesentlichen quaderförmigen Grundkörper (1), wobei der Grundkörper (1)
- eine Grundfläche (2),
- eine Stirnfläche (3),
- mehrere Seitenflächen (4),
- einen ersten Anschluss (5) für ein flüssiges Kühlmedium (31),
- einen zweiten Anschluss (6) für ein gasförmiges Kühlmedium (32), wobei der erste
und der zweite Anschluss (5, 6) auf der Grundfläche (2) angeordnet sind,
- eine Mischkammer (7) zur innigen Durchmischung des flüssigen Kühlmediums (31) mit
dem gasförmigen Kühlmedium (32), wobei die Mischkammer (7) über einen ersten Kanal
mit dem ersten Anschluss (5) und einen zweiten Kanal mit dem zweiten Anschluss (6)
verbunden ist, und
- einen dritten Anschluss (10) zur lösbaren Befestigung einer Spritzdüse (11) an dem
Grundkörper (2), wobei der dritte Anschluss (10) über einen dritten Kanal mit der
Mischkammer (7) verbunden ist, umfasst, sowie
- zumindest eine Nut (22) oder eine Bohrung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels
(13) zur lösbaren Befestigung des Grundkörpers (1) an einem Flansch (14),
wobei die Größe der Oberflächen von zumindest zwei Flächen, bevorzugt von zumindest
drei Flächen, aus der Gruppe der Stirnfläche (3) und der ebenen Seitenflächen (4),
durch eine Abrundung (15) oder eine Abfasung (16) je einer Kante jeweils zwischen
der Stirnfläche (3) und einer Seitenfläche (4), um zumindest 10% gegenüber dem quaderförmigen
Ausgangszustand des Grundkörpers (1) reduziert werden, wodurch die Ablageflächen für
Zunder auf den Oberflächen ebenfalls reduziert werden.
2. Zweistoff-Blockdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) einstückig ausgeführt ist und vorzugsweise eine im wesentlichen
rechteckförmige Grundfläche (2) aufweist.
3. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Anschluss (5, 6) gegenüber dem Flansch (14) durch je
eine Dichtung (17) abgedichtet wird.
4. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal ein Düseneinsatz (18) angeordnet ist.
5. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrundung (15) oder die Abfasung (16) einer Kante die Größe einer Oberfläche
um zumindest 20%, bevorzugt um zumindest 40%, besonders bevorzugt um zumindest 60%,
reduziert.
6. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des ersten Kanals oder des zweiten Kanals durch eine auf
eine Seitenfläche (4) aufsetzende Bohrung (20) produziert wird, wobei das Ende der
Bohrung (20) anschließend durch einen Stopfen (21) verstopft wird.
7. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweistoff-Blockdüse zumindest ein Befestigungsmittel (13) aufweist, sodass der
Grundkörper (1) über das in der Nut angeordnete Befestigungsmittel (13) mit dem Flansch
(14) verspannt werden kann.
8. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Kühlmedium (31) Kühlwasser und das gasförmige Kühlmedium (32) Luft sind.
9. Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschluss (10) auf der Stirnfläche (3) angeordnet ist, die Stirnfläche
(3) einen Ansatz (23) aufweist und der dritte Anschluss (10) auf dem Ansatz (23) angeordnet
ist.
10. Zweistoff-Blockdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüse ein Düsenmundstück (24) und eine Überwurfmutter (25) aufweist.
11. Zweistoff-Blockdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenmundstück (24) mit einer nicht rotationssymmetrischen Öffnung (26) über
eine formschlüssige Verbindung mit dem Ansatz (23) verbunden ist.
12. Zweistoff-Blockdüse nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenmundstück (24) eine schlitzförmige oder eine im wesentlichen runde Öffnung
(26) aufweist.
13. Kühleinheit mit einer Wasserleitung (33), einer Luftleitung (34) und einem Flansch
(14), wobei die Wasserleitung (33) mit dem ersten Anschluss (5) und die Luftleitung
(34) mit dem zweiten Anschluss (6) fluiddicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zweistoff-Blockdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche über zumindest ein
Befestigungsmittel (13) mit dem Flansch (14) verspannt ist.
14. Sekundärkühlung zur Kühlung eines Strang (30) mit Knüppel- oder Vorblockquerschnitt
mit vier Kühleinheiten nach Anspruch 13, wobei jeweils eine Kühleinheit zur Kühlung
einer Außenseite des Strangs (30) zugeordnet ist.