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Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von Stahl-Rohblöcken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Stahl-Rohblöcken, insbesondere aus legiertem Stahl oder 0, 35 % Kohlenstoff und mehr enthaltendem unlegiertem Stahl, für das Warmverformen (Walzen, Schmieden, Pressen) unter Beseitigung von Gefügeungleichmässigkeiten, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Durch die bisher übliche Erhitzung der Roh-oder Stah1blöcke von aussen her kann kein Ausgleich zwischen Innen-und Aussentemperatur auf betriebswirtschaftlich tragbare Weise erzielt werden, wenn der Rohblock in Öfen üblicher Bauart, z. B. in Stoss-und Tieföfen, entweder kalt oder mit einer wesentlich unter der jeweils in Frage kommenden Walzaussentemperatur liegenden Innentemperatur eingesetzt und dann erhitzt wird. Dies gilt insbesondere für einen Rohblock aus legiertem Stahl oder aus mindestens 0, 35 % Kohlenstoff und mehr enthaltendem unlegiertem Stahl. Im allgemeinen wird daher die Innentemperatur eines so auf übliche Weise erhitzten Rohblockes beträchtlich tiefer liegen als seine Aussentemperatur.
Hiemit muss bisher immer gerechnet werden, und daher ist aus Sicherheitsgründen die Aussentemperatur eines Rohblockes bisher auch stets wesentlich höher gehalten worden als an sich notwendig wäre, wenn zwischen Aussen- und Innentemperatur kein oder nur ein geringfügiger Unterschied bestünde.
Ausserdem bewirkt die hiedurch nötige längere Einwirkung sehr hoher Ofentemperatur eine oft weitgehende gütemässige Beeinträchtigung der Bloekoberfläche durch Verzunderungsrisschen usw. Besonders schwerwiegend
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dassgierten, warmfesten Stählen zwischen aussen und innen zu ausserordentlichen Schwierigkeiten bei der ersten Verformung am Blockgerüst oder beim Schmieden führen kann, weil bei einem derart gegebenen grösseren Temperaturunterschied der Stahl die Verformung oft nicht aushält und die Blockoberfläche dann einreisst.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass bei einem in üblicher Weise bereits auf höhere Temperatur erhitzten Rohblock aus den vorher genannten Stählen dieser bisher als naturgegeben angesehene Temperaturunterschied durch eine zusätzliche elektrische Widerstandserhitzung des ganzen Rohblockes verhältnismässig rasch und kostenmassig tragbar beseitigt werden kann.
Dabei wird erfindungsgemäss der Block zunächst von aussen her auf eine Temperatur erhitzt, welche (in C) bis zu 1/3 unter der für die Warmverformung benötigten Anfangstemperatur liegt, worauf die weitere Erbitamg, vornehmlich des Blockinneren, auf die Warmverformungstemperatur oder darüber durch unmittelbare elektrische Widerstandserhitzung vorgenommen wird, wobei die Kontaktenden und die gesamte Noch- oberfläche mindestens zeitweise mit Wasser oder Dampf beaufschlagt werden.
Es ist hiebei nicht zu befürchten, dass an der Oberfläche Verbrennungserscheinungen auftreten oder eine Neigung zur zusätzlichen Bildung von Verzunderungsrisschen, interkristalliner Korrosion usw. besteht.
Auch ist es auf diese Weise möglich, ohne jedwede Schädigung des Rohblockes oder seiner Oberfläche eine höchste und in kürzester Zeit wirksame Erhitzungstemperatur anzuwenden, wie sie z. B. auch sonst in dieser Höhe zum Auflösen von Gefügeungleichmassigkeiten, Karbidausscheidungen usw. im Innern des Blokkes als nötig angesehen wird. Die Erhitzung kann im übrigen an freier Luft oder im halboffenen Raum oder auch im geschlossenen Raum stattfinden. Gewünschtenfalls kann die den Block umgebende Atmosphäre verändert werden. Die Blockerhitzung mit Widerstandserhitzung kann mit einem gütemässig sich gültig auswirkenden Abzundern der Blockoberfläche verbunden werden.
Dazu wird entweder freie Luft, gegebe-
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nenfalls Pressluft, benutzt oder ein anderes oxydierendes Gas in die Blockoberfläche geführt, dessen Oxydationsvermögen auf die gewünschte Intensität der Verzunderung eingestellt werden kann, z. B. durch Sauerstoffanreicherung der Luft oder auch durch Aufblasen hochprozentigen Sauerstoffs.
Weiterhin kann zu diesem Zweck ein ein-oder mehrmaliges Abspritzen der Blockoberfläche mit Druckwasser, z. B. von 100 atü. während des Erhitzungsvorganges stattfinden, u. zw. mit oder ohne Stromabschaltung. Die sich hiebei einstellende Abkühlung der Oberfläche des Rohblockes stellt gleichzeitig auch eine Sicherung gegen die Folgen einer zu hohen Anhebung seiner Innentemperatur dar. Das benötigte Druckwasser wird vorteilhafterweise mittels als Druckwasserzuleitung ausgebildeter, mit Spritzwasserdüsen entsprechend ausgestatteter und aus Gründen der Blindstrom-Einsparung parallel zum Rohblock verlegter Stromzuführungen zur Einwirkung gebracht.
Durch eine Abdeckung des Erhitzungs- und Abspritzraumes, welche zweckmässigerweise an den Stromzuführungen befestigt ist, entsteht ein halboffener Raum, in welchem alle diese Vorgänge gegen aussen abgeschirmt ablaufen können. Auf diese Weise kann das zur Durchführung des Gesamtverfahrens einzusetzende Aggregat in wirtschaftlicher Weise die Anhebung der Innentemperatur des Rohblockes bis auf oder über die Aussentemperatur und auf den angestrebten Erhitzungszustand für die Formänderung durch Walzen oder Schmieden mit einer weitgehenden gütesteigernden Abzunderung und einer Verbesserung der Gefügeauflösung durch Drucksteigerung in seinem Innern vereinigen.
Bei der elektrischen Widerstandserhitzung schwerer Rohblöcke ist es schliesslich noch zweckmässig, dass das Einspannen des Rohblockes und der Stromübergang auf ihn mittels getrennter, gegeneinander isolierter Vorrichtungen erfolgt, u. zw. durch beiderseits seiner Enden (z. B. Kopf und Fuss) befindliche, in seiner Längsachse gegen ihn verfahrbare Spanndome und auf diesen konzentrisch angeordnete bzw. von ihnen getragene, desgleichen bewegbare Kontaktkörper.
Verfahrensgemäss wird hiebei so vorgegangen, dass der Rohblock in bisher üblicher Weise auf eine Aussentemperatur erhitzt wird, deren Höhe (in C) etwa 2/3 oder auch mehr der bisher bei der in Frage kommenden Stahlmarke bzw. -zusammensetzung angewendeten entspricht. Hierauf wird der so erhitzte Rohblock kopf- und fussseitig auf an sich bekannte Weise zwischen mittel- und unmittelbar wassergekühl- ten Kontaktkörpernzur Widerstandserhitzung eingespannt, wobei unter diesen Umständen auch eine ziemlich weitgehende Abkühlung der an die Kontaktkörper anliegenden Blockteile ohne weiteres in Kauf genommen werden kann.
Gleichzeitig mit dieser Erhitzung, bei welcher die Innentemperatur so lange ansteigt, bis sie die Aussentemperatur des Rohblockes erreicht oder überschritten hat, zundert die Blockoberfläche in der vorher beschriebenen Weise ab. Es ist klar, dass die Dauer der normalen Erhitzung (auf bisher übliche Weise), der elektrischen Widerstandserhitzung des Rohblockes und der Druckwasser-Entzunderung so aufeinander abgestimmt sein müssen, aass einerseits die gewünschte Anhebung der Innentemperatur
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fenkundig und besteht nicht allein aus dem sich ergebenden Gütefortschritt.
sondern auch aus dem Umstand, dass bei gegenüber der Aussentemperatur angehobener Innentemperatur auf eine bisher aus Sicherheitsgründen gewählte höhere als die benötigte Walz- oder Schmiedeanfangstemperatur und vielfach auf eine besondere andere Bearbeitung der Blockoberfläche verzichtet werden kann. Es entsteht auf diese Weise ein sehr wirtschaftliches Wärm- und Verarbeitungsverfahren, weil auch u. a. die auf bisher übliche Weise nur auf eine verhältnismässig niedrige Zwischentemperatur unter weitgehendem Wärmeausgleich zwischen innen und aussen vorgewärmten Rohblöcke dann wesentlich weniger Wärmkosten verursachen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch bei solchem Stahl angewendet werden, der sich nicht mehr im Zustand des Rohblockes befindet, sondern bereits eine mehr oder weniger grosse Warmverformung erfahren hat, z. B. bei Walz-oder Schmiedestäben, Brammen, Platinen, Knüppeln und ganzen Walzadem. Daher sollen unter dem Ausdruck Rohblöcke auch derartige Ausgangswerkstücke verstanden werden.
In der Zeichnung ist ein Beispiel einer Vorrichtung angegeben, mit der die Erfindung durchgeführt werden kann, u. zw. zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Einspann-und-Kontaktgebungseinrichtung der Apparatur, Fig. 2 einen Schnitt nach I-I der Fig. 1 und Fig. 3 eine Gesamtseitenansicht der Vorrichtung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Block 1 axial eingespannt zwischen den axial beweglichen Dornen 2 und 2'. Konzentrisch um den Dom 2 sind Kontaktkörper 3 tragende Einzelzylinder 4 angeordnet. Diese Zylinder 4 sind an das Ende des Blockes 1 andrückbar. Auf der in Fig. 1 rechten Seite ist um den
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rohre 7 anschliessen, die parallel zur Blockoberfläche verlaufen. Die Domspitzen 8 bzw. 8'der Dome 2 bzw. 2'sind gegen Stromdurchgang isoliert, u. zw. durch Isolierschichten 9 bzw. 9'. In der Nähe der Kontaktkörper 3 bzw. 3'sind Spritzwasserdüsen 10 ringförmig angeordnet, welche die einzelnen Kontaktstellen von aussen bespritzen können. Ausserdt w s nd alle Kontaktstellen von der Rückseite gesondert mit
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie der Block 1 mit Hilfe von Presswasser abgespritzt werden kann.
Zu die- sem Zweck sind die Stromleitungsrohre 7 mit auf die Blockoberfläche gerichteten Düsen versehen, wel- che durch die Umhüllung 12 durchgreifen. Diese Umhüllung 12 bildet zusammen mit der in Fig. 2 unten rechts angebrachten Klappe 13 eine Art oben offenen Schacht. Die Zuleitung des Druckwasser zu den Rohren 7 erfolgt durch die Zuleitung 14. Es können alle Stromzuführungsrohre gleichzeitig als Zuleitun- gen für das Druckwasser benutzt werden oder ein Teil davon. In den von der Umhüllung 12 gebildeten
Raum kann zweckmässig von unten Pressluft, gegebenenfalls mit Sauerstoffanreicherung, oder reiner Sauer- stoff zugeführt werden. Es ist hier ausserdem noch eine Vorrichtung 15 zum vertikalen Bewegen des Blockes vorhanden sowie eine Abschiebevorrichtung 16, um den erhitzten Block auf den Rollgang 17 zu bringen.
In Fig. 3 sind vor allem die Antriebsmechanismen für die Dorne 2 bzw. 2'und die Kontaktkörperfüh- rungen 4 bzw. 5, die feststehende, vertikal geteilte Kontaktmuffe 6 sowie schematisch der Stromfluss vom Transformator durch das Erhitzungsaggregat und den Block gezeigt. Für den Dorn 2 ist ein Druckzy- linder 18 vorgesehen. Die Zylinder 4, die die Kontaktkörper 3 tragen, sind in eine feststehende Haltevorrichtung 19 eingebaut. Der Vorschub der Zylinder 4 erfolgt mit Hilfe feststehender Kolben 20, wel- che ihrerseits ihren Festpunkt an der Haltevorrichtung 19 besitzen.
Der Dorn 2 ist mit Hilfe des Druckzylinders 18'auf die gleiche Weise und der Kontakthalter 5 mit
Hilfe eines ringförmigen Kolbens 21 bewegbar. Das Ganze ist in einem Ausleger 22 verschiebbar aufge- hängt, der in eine feste senkrechte Säule 23 übergeht. An dieser Säule 23 befinden sich auch die Fest- punkte 24 des feststehenden Kolbens 21, dem gegenüber sich das als Zylinder ausgebildete Ende des Kon- takthalters 5 bewegt. Die Sekundärwicklung 25 des Transformators steht einerseits mit den einzelnen
Zylindern 4 und anderseits über die Rohre 7 und die Kontaktmuffe 6 mit dem Kontaktkörperhalter 5 in
Verbindung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Erhitzen von Stahl-Rohblöcken, insbesondere aus legiertem Stahl oder 0, 35 % Koh- lenstoff und mehr enthaltendem unlegiertem Stahl, für das Warmverformen (Walzen, Schmieden, Pres- sen) unter Beseitigung von Gefügeungleichmässigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Block zunächst von aussen her auf eine Temperatur erhitzt wird, welche (in C) bis zu 1/3 unter der für die Warmverfor- mung benötigten Anfangstemperatur liegt. worauf die weitere Erhitzung, vornehmlich des Blockinneren, auf die Warmverformungstemperatur oder darüber durch unmittelbare elektrische Widerstandserhitzung vorgenommen wird, wobei die Kontaktenden und die gesamte Blockoberfläche mindestens zeitweise mit
Wasser oder Dampf beaufschlagt werden.