Mechanismen der Wärmeübertragung beim Kühlen von Metallen mit verdampfenden Flüssigkeiten

Kühlprozesse mit verdampfenden Flüssigkeiten sind in allen Bereichen der metallerzeugenden und -verarbeitenden Industrie zu finden und erfahren eine ständig zunehmende Bedeutung. Beispiele sind das Stranggießen von Stählen, Aluminium, Kupfer und anderen Metallen, das Tauchhärten von Stahl, Gußeisen und Leichtmetallegierungen sowie das Oberflächenhärten von Stählen nach einer induktiven Erwärmung einer dünnen Randschicht. Als Kühlflüssigkeiten dienen Wasser, Öle sowie Polymerlösungen. Diese liegen als Bäder vor, in die die Werkstücke eingetaucht werden, oder sie werden mittels Düsen als Filme oder als zerstäubte Flüssigkeitsstrahlen auf die Werkstückoberflächen gespritzt. Im wesentlichen kommt es bei diesen Kühlprozessen darauf an, ganz bestimmte Zeit-Temperaturkurven, z.B. an der Oberfläche, zu ermöglichen, weil hiervon die Qualität der erzeugten Werkstoffe maßgebend mitbestimmt wird. Die Abkühlvorgänge mit Wärmeabfuhr durch Strahlung und Konvektion sind im wesentlichen bekannt. Bei Kühlprozessen, bei denen mit verdampfenden Flüssigkeiten Wärme von einer heißen Oberfläche abgeführt wird, sind hingegen die physikalischen Vorgänge noch nicht hinreichend geklärt. In der Praxis erfolgt deshalb die Auslegung und Optimierung solcher Prozesse noch weitgehend empirisch. Mit diesem Beitrag wird gezeigt, welche Einflußgrößen hierbei von Bedeutung sind, und in welcher Weise diese gezielt für einen definierten Kühlprozeß genutzt werden können