AT398714B - Verfahren und anlage zum kontinuierlichen erzeugen von zu ringen gewickeltem draht - Google Patents

Description

AT 398 714 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Erzeugen von zu Ringen gewickeltem Draht, bei welchem ein stranggegossener Materialstrang zu einem Draht mit vorbestimmtem Querschnitt gewalzt, der Draht einer anschließenden mehrstufigen Durchlaufabkühlung unterworfen und danach eine vorbestimmte Fertigungslänge des Drahtes zu einem Ring gewickelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ausgehend von Gießsträngen mit kleinem Querschnitt durch Walzen möglichst direkt in der ersten Hitze eine im wesentlichen kontinuierliche Erzeugung von aus wärmebehandelten Drahtmaterialien gebildeten Ringen zu ermöglichen, wobei während des Herstellungsverfahrens die im Draht vorhandene Wärme ausgenützt werden soll, um im Fertigprodukt ein vorbestimmtes Materialgefüge und die gewünschten mechanisch-technologischen Eigenschaften zu erzielen. Für eine anschließende Weiterverarbeitung des Drahtes soll dieser nämlich in Form von Ringen mit möglichst hohen Ringgewichten zur Verfügung stehen und es soll zugleich gewährleistet werden, daß das abgekühlte Fertigprodukt nach dem Aufwickeln die gewünschten mechanisch-technologischen Eigenschaften besitzt und keine inneren Spannungszustände aufweist, die bei der Verarbeitung zu Problemen führen. Bei der herkömmlichen Drahterzeugung besteht infolge der im Draht verbliebenen Spannungen das Erfordernis, den erzeugten Draht vor der Weiterverarbeitung mechanisch und/oder thermisch nachbehandeln zu müssen, wodurch sich die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Drahtes in unerwünschter Weise und unkontrolliert verändern.

Aus der US-PS 4 469 534 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe eines Gießrades ein Strang gegossen wird, der mittels einer Schere in Knüppeln bestimmter Länge unterteilt wird, die anschließend in einer Walzstrecke zu Stabmaterial ausgewalzt werden. In einem der Walzstrecke nachgeschalteten Rohr kann das Stabmaterial wärmebehandelt werden, bevor es in einer Wickelstation aufgewickelt wird. Das abgekühlte Stabmaterial wird anschließend abgewickelt und in Ziehmaschinen zu Draht weiterverarbeitet. In einer nachgeschalteten Heizstrecke wird der Draht aufgeheizt und anschließend einer temperaturgeregelten Wärmebehandlungseinrichtung zugeführt, in welcher der Draht in Windungen um eine geheizte Trommel gelegt wird und damit eine vorbestimmte Zeit auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden kann, um die geforderten elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Abschließend wird der Draht abgekühlt und aufgewickelt.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren die Tatsache, daß eine Vielzahl von aufwendigen Verfahrensschritten erforderlich ist, um die gewünschten technologischen Eigenschaften des Fertigproduktes zu erzielen. Außerdem würde bei Anwendung dieses Verfahrens durch die nochmalige Aufheizung des Drahtmaterials das nach der ersten Wärmebehandlung ausgebildete Gefüge im Drahtmaterial zerstört werden und es würden die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Drahtmaterials in unerwünschter Weise verän-det werden.

Aus der AT-PS 373 627 ist ferner ein Verfahren zum Herstellen von Walzstahlerzeugnissen bekannt, bei dem die Walzstahlerzeugnisse nach dem Austritt aus den Fertiggerüsten eine schnelle Abkühlung erfahren, die für eine martensitische bzw. bainitische Oberflächenabschreckung ausreicht, wobei die Abkühlungsbedingungen so geregelt werden, daß am Austritt aus der Kühlzone der Kern der Walzstahlerzeugnisse noch eine Temperatur aufweist, die für eine natürliche Nachwärmung der abgeschreckten Oberflächenschicht durch Zufuhr von Wärme aus dem Kern ausreicht; die Oberflächenschicht weist im Anschluß an die Nachwärmung Temperaturen zwischen 450 und 750· C, vorzugsweise zwischen 550 und 700 * C auf.

Aus der DE-OS-35 35 886 ist schließlich ein Verfahren zum Herstellen von hochfesten, korrosionsbeständigen, sprödbruchsicheren und schweißbaren Spannstänlen bekannt, bei welchem der Stahl vor der thermomechanischen Behandlung bei einer möglichst niedrigen Wiedererwärmungstemperatur gehalten wird und nachfolgend ein kontrolliertes Walzen des Stahles mit einer geringen Stichzahl bei einem hohen Umformgrad und einer hohen Umformgeschwindigkeit bis zu einer niedrigeren Umformtemperatur nahe oberhalb 850 ° C durchgeführt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wechseln thermische Behandlungsstufen mit mechanischen Umformstufen ab. Das thermomechanische Behandlungsverfahren des Stahles erfaßt den gesamten Stahlquerschnitt. Bei dem bekannten Verfahren ist nach dem Walzen eine Verweilzeit und erst danach eine verzögerte Abkühlung vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der einleitend angegebenen Art und eine zu dessen Durchführung bestimmte Anlage zu schaffen, welche die Erzeugung eines homogenen, drall- bzw. verwindungsfreies Endproduktes mit vorbestimmtem Materialgefüge und vorbestimmten mechanisch technologischen Eigenschaften in Form von Drahtringen ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der aus dem Walzgerüst austretende Draht, wie an sich bekannt, zunächst zur Ausbildung einer martensitischen bzw. bainitischen Oberflächenschicht und einer Kernzone des Drahtmaterials mit einer höheren Temperatur als die Temperatur der Oberflächenschicht rasch und kurz abgekühlt wird, daß der Draht in einer nachfolgenden Ausgleichzone so lange verweilen gelassen wird, bis die 2

AT 398 714 B abgeschreckte Oberflächenschicht durch die Zufuhr von Wärme angelassen ist, und die Drahtfertigungslänge anschließend zug- und drallfrei zum Ring zusammengefaßt und die unmittelbar anschließende Drahtfertigungslänge abgelenkt und ebenfalls zug- und drallfrei zum Ring zusammengefaßt wird.

Erfindungsgemäß wird unter Ausnützung der Walzhitze, der gesteuerten Abkühlung des Drahtes und der im Draht gespeicherten Eigenwärme erreicht, daß der zu Ringen zusammengefaßte Draht einen vorbestimmten Materialgefügeaufbau und vorbestimmte mechanisch-technologische Eigenschaften hat und zugleich drall- und verwindungsfrei ist, so daß er unmittelbar weiterverarbeitet werden kann, ohne das Erfordernis einer mechanischen und/oder thermischen Nachbehandlung.

Vorzugsweise wird der Draht vor dem Ablenken und dem Zusammenfassen zum Ring, wie an sich bekannt, auf eine Temperatur unter 500° C abgekühlt. Bei einer erfindungsgemäßen Verfahrensweise, bei welcher der Materialstrang im Gießradverfahren gegossen wird, wird der Draht, wie an sich bekannt, direkt aus der ersten Hitze erzeugt.

Die Erfindung bezieht sich im Gegensatz zum Stand der Technik auf ein rein thermisches Behandlungsverfahren ohne jegliche mechanische Umformstufen, ein zug- und drallfreies Zusammenfassen der Drahtfertigungslängen zum Ring sowie ein Ablenken und zug- und drallfreies Zusammenfassen der anschließenden Drahtfertigungslänge ohne jegliche Änderung der Festigkeitswerte des Drahtes. Das thermische Behandlungsverfahren gemäß der Erfindung erzeugt in einer ersten Stufe einen Draht mit einer martensitischen bzw. bainitischen Oberflächenschicht, die eine hohe Festigkeit besitzt, sowie mit einer Kernzone, die eine höhere Temperatur als die Oberflächenschicht sowie eine niedrigere Festigkeit als diese aufweist. Die zweite Stufe der thermischen Behandlung bewirkt in der Ausgleichzone ein Anlassen der Oberflächenschicht, d.h. eine Verringerung der Festigkeitswerte dieser Schicht, durch Wärmezufuhr aus der Kernzone. Diese Verfahrensschritte bewirken im Gegensatz zu dem Verfahren nach der DE-OS-35 35 886 einen Abbau der Randfestigkeit durch das Anlassen. Gemäß der Erfindung werden außerdem unterschiedliche Festigkeitsbereiche im Draht erzeugt, während bei dem bekannten Verfahren die Verfahrensschritte immer den Draht in seiner Gesamtheit erfassen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anlage mit einer Stranggießvorrichtung, insbesondere einem Gießrad, einer der Gießvorrichtung nachgeschalteten, mit Antriebseinrichtungen versehenen Drahtwalzstrek-ke, an die eine Drahtabkühlstrecke anschließt, wobei der Drahtwalzstrecke eine Schere zum Abtrennen einer vorbestimmten Fertigungslänge vor- und/oder nachgeschaltet ist; diese Anlage hat erfindungsgemäß die Merkmale, daß an die Drahtabkühlstrecke in Drahtlaufrichtung eine Ausgleichzone anschließt, der zumindest zwei parallel geschaltete, mit je einer Antriebseinrichtung versehene Ringformeinrichtungen zum drall- und verwindungsfreien Aufwickeln des Drahtes nachgeschaltet sind, wobei in Drahtlaufrichtung vor den Ringformeinrichtungen eine Einrichtung zum Ablenken der Drahtfertigungslänge vorgesehen ist, und daß eine die Antriebseinrichtungen der Walzstrecke und die Antriebseinrichtungen der Ringformeinrichtungen steuernde Steuereinrichtung vorgesehen ist, die ein zugfreies Aufwickeln des Drahtes in den Ringformeinrichtungen ermöglicht.

Vorzugsweise weist die Ringformeinrichtung eine mittels der zugeordneten Antriebseinrichtung antreib-bare Spule mit einem vorzugsweise im Durchmesser veränderbaren Spulenkern sowie eine Verlegeeinrichtung auf.

Der Ausgleichszone ist, wie an sich bekannt, eine zusätzliche Abkühleinrichtung nachgeschaitet.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine Anlage gemäß der Erfindung zeigt.

In einer Stranggießanlage 1, die zum Gießen möglichst langer Knüppel beispielsweise im Gießradverfahren arbeitet, wird ein Gießstrang G mit kleinem Querschnitt gegossen. Beim Gießradverfahren dient als Kokille eine am Umfang eines kontinuierlich rotierenden Gießrades vorgesehene, wassergekühlte Nut, die im Gießbereich von einem umlaufenden endlosen Stahlband verschlossen wird. Der Querschnitt des Gießstranges G ist beispielsweise trapezförmig, er kann aber auch jede andere Form haben. Zum Ablängen des Gießstranges G in Knüppel K entsprechend der gewünschten Fertigungslänge des herzustellenden Drahtringes ist beim gezeigten Beispiel eine fliegende Schere 2 vorgesehen.

Mit Hilfe einer in Drahtiaufrichtung Pi im Anschluß an die Schere 2 vorgesehenen Wärmebehandlungseinrichtung 3 kann der Knüppel K gegebenenfalls zusätzlich erwärmt oder abgekühlt werden, um die zum Walzen des Knüppels erforderliche Anstichtemperatur zu verändern und auf die nachfolgenden Verfahrensschritte abzustimmen.

Die Wärmebehandiungseinrichtung 3 kann im Rahmen der Erfindung auch als Knüppelspeicher dienen, um bei etwaigen Störungen im Materialfluß eine Pufferfunktion zu erfüllen. Im Rahmen der Erfindung ist es außerdem möglich, an dieser Stelle anderweitig hergestellte Knüppel dem nachfolgenden Herstellungsvorgang zuzuführen. 3

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In einer nachgeschalteten, kontinuierlich arbeitenden Walzstrecke wird die notwendige Anzahl von Walzstichen entsprechend der gewünschten Abmessung des Fertigproduktes ausgeführt und der Knüppel K vorzugsweise in der ersten Walzhitze zu einem Draht D ausgewalzt. Die Walzstrecke weist nicht dargestellte Antriebseinrichtungen auf und besteht beim gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Vorstraße 4, einer Mittelstraße 5 und einer Fertigstraße 6.

Der aus der Fertigstraße 6 austretende Draht D durchläuft anschließend eine Abkühlstrecke 7, in welcher der Draht D eine derart rasche und kurze Abkühlung erfährt, daß sich durch diese Abschreckung eine martensitische bzw. bainitische Oberflächenschicht vorbestimmter Stärke im Drahtmaterial ausbildet, während der Kern des Drahtmaterials nach Verlassen der Abkühlstrecke 7 noch eine wesentlich höhere Temperatur als die Oberflächenschicht aufweist.

In einer der Abkühlstrecke 7 nachgeschalteten Ausgleichszone 8 verweilt der Draht je nach Walzgeschwindigkeit 5 bis 20 s, so daß die martensitische bzw. bainitische Oberfiächenschicht des Drahtmaterials durch die im Kern des Materials gespeicherte Wärme angelassen wird, wodurch im Randbereich des Drahtmaterials eine angelassene martensitische bzw. bainitische Schicht entsteht, während der Kern ein ferritisch-perlitisches Gefüge aufweist.

Der Abschreckungsvorgang in der Abkühlungsstrecke 7 und die Verweilzeit in der Ausgleichszone 8 sowie gegebenenfalls die Walzhitze werden in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit und dem Drahtdurchmesser derart gesteuert und aufeinander abgestimmt, daß das fertige Drahtmaterial nach Verlassen der Ausgleichszone 8 den gewünschten Gefügeaufbau und die gewünschten mechanischtechnologischen Eigenschaften besitzt.

An die Ausgleichszone 8 schließt gegebenenfalls eine Abkühleinrichtung 9 an, die gewährleistet, daß der Draht auf Temperaturen unter 500° C abgekühlt wird, um zu- gewährleisten, daß einerseits der gewünschte Gefügeaufbau und die gewünschten mechanisch-technologischen Eigenschaften des abgekühlten Fertigproduktes erreicht werden und anderseits das Zusammenfassen des Drahtes in Form von Ringen in den nachfolgenden Einrichtungen mit geringem technischen Aufwand möglich wird.

Die Abkühleinrichtung 9 ist immer dann erforderlich, wenn am Ende der Ausgleichszone 8 die Drahttemperatur höher als 500° C ist, um ein Ausglühen des Drahtes, d.h. unkontrolliertes Verändern der mechanisch-technologischen Eigenschaften in den nachfolgenden Einrichtungen der erfindungsgemäßen Anlage zu verhindern.

Der Draht D wird anschließend mittels einer Ablenkeinrichtung 10 einer von zwei Ringformeinrichtungen 11, 11' zugeführt, in denen der Draht D zug- und verwindungsfrei zu Ringen zusammengefaßt wird.

Der Ablenkeinrichtung 10 ist gegebenenfalls eine nicht dargestellte Schneideinrichtung vorgeschaltet, in welcher der Draht entsprechend einer gewünschten Fertigungslänge abgelängt wird. In diesem Fall kann die Schere 2 gegebenenfalls weggelassen werden.

Nachdem das Ende der betreffenden, der Ringformeinrichtung 11 zugeführten Fertigungslänge des Drahtes die Ablenkeinrichtung 10 durchlaufen hat, wird mittels der Ablenkeinrichtung 10 auf die andere parallel geschaltete bzw. auf eine von mehreren parallel geschalteten Ringformeinrichtungen 11' umgeschaltet, um die nachfolgende Drahtlänge in der Ringformeinrichtung 11' ebenfalls zug- und verwindungsfrei zu einem Ring zusammenzufassen und eine im wesentlichen kontinuierliche Produktion zu ermöglichen.

Die Ringformeinrichtung 11 besteht beispielsweise aus einer Spuleinrichtung, welche den Draht D zug-und verwindungsfrei auf eine mittels einer Antriebseinrichtung 12 angetriebene Spule 13 aufwickelt, wobei eine Verlegeeinrichtung 14 den Draht in benachbarten Windungen und übereinanderliegenden Lagen verlegt.

Da der Draht sich während des Aufwickel ns weiter abkühlt und sich somit infolge der Wärmedehnung des Drahtmaterials die Durchmesser der Windungen verkleinern, ist die Spule 13 mit einem im Durchmesser veränderbaren Spulenkern ausgestattet.

Die Ringformeinrichtung 11 kann aber auch, wie dies für die parallel geschaltete Einrichtung 11' gezeigt ist, beispielsweise eine mittels einer Antriebseinrichtung 12' angetriebene Garret-Haspel 15 aufweisen, in welcher der Draht ebenfalls zug- und verwindungsfrei zu einem Ring zusammengefaßt wird, wobei der Ring jedoch im Gegensatz zur Spuleinrichtung der Ringformeinrichtung 11 lockerer gewickelt wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich möglich, die Ringformeinrichtung 11' ebenfalls als Spuleinrichtung auszubilden. Außerdem können im Rahmen der Erfindung weitere Typen von Ringformeinrichtungen Verwendung finden, die ein zug- und verwindungsfreies Wickeln von Drahtringen ermöglichen.

Mit Hilfe einer nicht dargesteliten Steuereinrichtung werden die Stranggießanlage 1, die Walzgeschwindigkeit der Walzstraße 4, 5, 6 und die Wickelgeschwindigkeiten der Ringformeinrichtungen 11, 11' derart aufeinander abgestimmt, daß in jedem Fall der Draht zugfrei aufgewickelt wird. Die Ausgleichszone 8 wird hiebei zusätzlich als Materialspeicher verwendet. 4

Claims (8)

1. AT 398 714 B Es versteht sich, daß das dargestellte Ausführungsbeispiel im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens verschiedentlich abgewandelt werden kann, insbesondere hinsichtlich der Art und Anordnung der verwendeten Schere(n) zum Ablängen des Materials sowie der Ausbildung und Anzahl der Wickeleinrichtungen. 5 Patentansprüche 1. Verfahren zum kontinuierlichen Erzeugen von zu Ringen gewickeltem Draht, bei welchem ein stranggegossener Materialstrang zu einem Draht mit vorbestimmtem Querschnitt gewalzt, der Draht einer io anschließenden mehrstufigen Durchlaufabkühlung unterworfen und danach eine vorbestimmte Fertigungslänge des Drahtes zu einem Ring gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Walzgerüst austretende Draht, wie an sich bekannt, zunächst zur Ausbildung einer martensitischen bzw. bainitischen Oberflächenschicht und einer Kernzone des Drahtmaterials mit einer höheren Temperatur als die Temperatur der Oberflächenschicht rasch und kurz abgekühlt wird, daß der Draht in einer 15 nachfolgenden Ausgleichzone so lange verweilen gelassen wird, bis die abgeschreckte Oberflächenschicht durch die Zufuhr von Wärme aus der Kernzone angelassen ist, und die Drahtfertigungslänge anschließend zug- und drallfrei zum Ring zusammengefaßt und die unmittelbar anschließende Drahtfer-tigungsiänge abgelenkt und ebenfalls zug- und drallfrei zum Ring zusammengefaßt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht vor dem Ablenken und dem Zusammenfassen zum Ring, wie an sich bekannt, auf eine Temperatur unter 500° C abgekühlt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht in der Ausgleichzone 5 bis 15 s verweilen gelassen wird. 25
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht vor dem Ablenken zusätzlich abgekühlt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Materialstrang im Gießradverfahren 30 gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht, wie an sich bekannt, direkt aus der ersten Hitze erzeugt wird.
6. 6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Stranggießvorrichtung, insbesondere einem Gießrad, einer der Gießvorrichtung nachgeschalteten, mit Antriebseinrich- 35 tungen versehenen Drahtwalzstrecke, an die eine Drahtabkühlstrecke anschließt, wobei der Drahtwalzstrecke eine Schere zum Abtrennen einer vorbestimmten Fertigungslänge vor- und/oder nachgeschaltet . ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Drahtabkühlstrecke (7) in Drahtlaufrichtung (Pi) eine Ausgleichzone (8) anschließt, der zumindest zwei parallel geschaltete, mit je einer Antriebseinrichtung (12, 12') versehene Ringformeinrichtungen (11, 11') zum drall- und verwindungsfreien Aufwickein des 40 Drahtes nachgeschaitet sind, wobei in Drahtlaufrichtung vor den Ringformeinrichtungen (11, 1T) eine Einrichtung (10) zum Ablenken der Drahtfertigungslänge vorgesehen ist, und daß eine die Antriebseinrichtungen der Walzstrecke (4, 5, 6) und die Antriebseinrichtungen (12, 12') der Ringformeinrichtungen (11, 11') steuernde Steuereinrichtung vorgesehen ist, die ein zugfreies Aufwickeln des Drahtes in den Ringformeinrichtungen (11, 11') ermöglicht. 45
7. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringformeinrichtung (11) eine mittels der zugeordneten Antriebseinrichtung (12) antreibbare Spule (13) mit einem vorzugsweise im Durchmesser veränderbaren Spulenkern sowie eine Verlegeeinrichtung (14) aufweist.
8. 8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichzone (8), wie an sich bekannt, eine zusätzliche Abkühleinrichtung (9) nachgeschaltet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 55 5