DE102013114578A1

DE102013114578A1 - Glühofen und Verfahren zum Glühen eines Strangs aus Stahl

Info

Publication number: DE102013114578A1
Application number: DE102013114578.7A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Also published as: ES2734358T3; JP2017508872A; JP2019206763A; EP3084015A2; KR102360743B1; EP3084015B1; US20160326609A1; CN105765086A; CN105765086B; WO2015091138A2; KR20160100960A; JP6860344B2; US10400302B2; WO2015091138A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Glühofen (1) zum Glühen eines Strangs (2) aus Stahl mit einer ersten Heizeinrichtung (9) zum Aufheizen des Strangs (2) im Betrieb des Glühofens (1), einer Transporteinrichtung (4, 5, 6, 7) für den Strang (2), die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens (1) den Strang (2) in einer Transportrichtung (3) durch den Glühofen (1) fördert. Um einen Glühofen bereitzustellen, welcher es erlaubt, die Materialeigenschaften des fertig bearbeiteten Werkstücks noch genauer einzustellen und gegebenenfalls zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Glühofen (1) in Transportrichtung (3) hinter der ersten Heizeinrichtung (9) weiterhin eine erste Kühleinrichtung (13) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) mit einer Gasführung (16) aufweist, wobei die Gasführung (16) so eingerichtet ist, dass im Betrieb des Glühofens (1) zum Kühlen des Strangs (2) ein Gas an der Außenfläche (17) des Strangs (2) entlangströmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Glühofen zum Glühen eines Strangs aus Stahl mit einer ersten Heizeinrichtung zum Aufheizen des Strangs im Betrieb des Glühofens und einer Transporteinrichtung für den Strang, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens den Strang in einer Transportrichtung durch den Glühofen fördert.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Glühen eines Strangs aus Stahl in einem Glühofen mit den Schritten Aufheizen des Strangs in einer ersten Heizeinrichtung und Fördern des Strangs in einer Transportrichtung durch den Glühofen mit einer Transporteinrichtung für den Strang.
Viele Werkstücke müssen nach ihrer eigentlichen Herstellung, beispielsweise durch kaltes oder warmes Umformen, temperiert werden, damit sie die gewünschten Materialeigenschaften erhalten oder solche Materialeigenschaften wieder hergestellt werden, die durch das Umformen verloren gegangen sind.
Insbesondere werden Edelstahlrohre nach dem Kaltumformen durch Kaltpilgern oder Kaltziehen geglüht, um die Dehnbarkeit des Materials zu erhöhen.
Um eine möglichst hohe Produktionsleistung zu gewährleisten, erfolgt das Temperieren der Werkstücke zweckmäßigerweise in einem Durchlaufofen, bei welchem das Werkstück aktiv während dem Temperieren durch den Ofen gefördert wird.
Gegenüber solchen aus dem Stand der Technik bekannten Glühöfen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Glühofen bereitzustellen, welcher es erlaubt, die Materialeigenschaften des fertig bearbeiteten Werkstücks noch genauer einzustellen und gegebenenfalls zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen Glühofen für einen Strang aus Stahl gelöst mit einer ersten Heizeinrichtung zum Aufheizen des Strangs im Betrieb des Glühofens, einer Transporteinrichtung für den Strang, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens den Strang in einer Transportrichtung durch den Glühofen fördert, und hinter der ersten Heizeinrichtung einer ersten Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs mit einer Gasführung, wobei die Gasführung so eingerichtet ist, dass im Betrieb des Glühofens zum Kühlen des Strangs ein Gas an der Außenfläche des Strangs entlangführbar ist.
Es hat sich herausgestellt, dass für die Materialeigenschaften, welche ein Strang aus Stahl nach dem Glühen hat, nicht nur die Temperatur, mit der der Strang geglüht wird, und die Zeit, über die hinweg er geglüht wird, entscheidend sind, sondern auch der Verlauf der Abkühlung nach dem Glühen. Daher stellt der erfindungsgemäße Glühofen die Möglichkeit bereit, den Strang nach dem Erwärmen in der Heizeinrichtung des Glühofens gezielt abzukühlen.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Strang aus Stahl beispielsweise ein länglich ausgedehntes Profil, ein Stab oder ein Rohr.
Ein Strang aus Stahl, vorzugsweise aus Edelstahl, ist insbesondere ein Rohr, welches durch Kaltpilgerwalzen oder Kaltziehen aus einer Luppe kalt reduziert, d.h. umgeformt, wurde. Daher ist eine Ausführungsform der Erfindung denkbar, bei welcher der Glühofen Teil einer integrierten Fertigungslinie mit einer Kaltpilgerwalzanlage und einem dahinter angeordneten Glühofen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Alternativ ist die Integration in einer Fertigungslinie mit einer Ziehbank möglich.
Zentrales Element des Glühofens ist die erste Heizeinrichtung, welche ein Aufheizen des Strangs auf die erforderliche Glühtemperatur ermöglicht. Dabei ist es zweckmäßig, wenn in einer Ausführungsform der Erfindung die Heizeinrichtung so eingerichtet ist, dass sie den Strang auf eine Temperatur in dem Bereich von 300° C bis 500° C, vorzugsweise von 350° C bis 450° C und besonders bevorzugt von 400° C erwärmt.
Während eine solche Heizeinrichtung eine Vielzahl von Ausführungsformen aufweisen kann, ist eine Ausführungsform zweckmäßig, bei welcher die erste Heizeinrichtung eine Induktionsspule zum induktiven Aufheizen des Strangs aufweist. Mit einer solchen induktiven Heizeinrichtung lässt sich der Materialstrang sehr schnell und konzentriert auf einem kurzen Längenbereich erhitzen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Induktionsspule so angeordnet und eingerichtet, dass sich im Betrieb des Glühofens der Strang durch die Induktionsspule hindurcherstreckt. Dabei sind vorzugsweise der Strang und die Induktionsspule konzentrisch angeordnet, insbesondere dann, wenn es sich bei dem Strang um ein zylindrisches Element wie einen Stab oder ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt handelt.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Heizeinrichtung einen Glashohlzylinder auf, der sich im Betrieb des Glühofens zwischen dem Strang und der Induktionsspule erstreckt und den Strang vorzugsweise konzentrisch umgibt.
Als Transporteinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich jede mechanische Einrichtung geeignet, welche in der Lage ist, den zu glühenden Strang durch den Glühofen hindurch zu fördern.
In einer Ausführungsform weist die Transporteinrichtung mindestens ein Paar von motorisch angetriebenen Treiberrollen auf, die so angeordnet sind, dass im Betrieb des Glühofens die Treiberrollen mit dem Strang in Eingriff sind und sich der Strang zwischen den Treiberrollen erstreckt. In einer Ausführungsform weist der Glühofen zwei Paare von motorisch angetriebenen Treiberrollen auf, wobei sich das erste Paar in Transportrichtung vor der ersten Heizeinrichtung und das zweite Paar in Transportrichtung hinter der ersten Heizeinrichtung befindet.
Die erfindungsgemäße erste Kühleinrichtung auf Grundlage eines an der Außenfläche des Strangs vorbeigeführten Gasstroms weist den Vorteil auf, dass der Strang effizient und schnell gekühlt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Gasführung ein im Betrieb des Glühofens den Strang umgebendes Gehäuse auf, das vorzugsweise konzentrisch zu dem Strang angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Gaseinlass und einen Gasauslass für das Gas aufweist.
Um ein Austreten des Gases zu verhindern, weist das Gehäuse an einem vorderen Ende und an einem hinteren Ende jeweils eine Dichtung zur Abdichtung des Rohrs gegenüber dem Strang im Betrieb des Glühofens auf.
In einer Ausführungsform der Erfindung steht der Gaseinlass der Gasführung in Fluidverbindung mit einem Vorratsbehälter für das Gas, wobei der Vorratsbehälter im Betrieb des Glühofens vorzugsweise Wasserstoff enthält, sodass die Außenfläche des Strangs mit dem Gas, insbesondere Wasserstoff, kühlbar ist.
Eine Wasserstoffkühlung ermöglicht gleichzeitig eine chemische Reduzierung des Stahls an der Außenfläche des Strangs.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gasauslass in Transportrichtung des Strangs vor dem Gaseinlass angeordnet, sodass im Betrieb des Glühofens das Gas entgegen der Transportrichtung an dem Strang vorbeiströmt. Diese erhöht die Effizienz der Gaskühlung.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Glühofen zusätzlich eine zweite Kühleinrichtung zur Kühlung der Außenfläche des Strangs auf, wobei die zweite Kühleinrichtung ein Kontaktelement aufweist, das während des Betriebs des Glühofens mit dem Strang in Eingriff bringbar ist, sodass ein thermischer Kontakt zwischen dem Strang und dem Kontaktelement gebildet wird. Auf diese Weise kann effizient Wärme von dem Strang durch Wärmeleitung abgeführt werden.
Dazu ist es zweckmäßig, wenn die zweite Kühleinrichtung zur Kühlung der Außenfläche des Strangs eine pneumatische oder hydraulische Einrichtung aufweist, die so eingerichtet und angeordnet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens das Kontaktelement in Eingriff mit dem Strang hält.
Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn die zweite Kühleinrichtung eine Mehrzahl von Kontaktelementen, beispielsweise vier Kontaktelemente, aufweist, die im Betrieb des Glühofens aus unterschiedlichen Richtungen gegen den Strang gepresst werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kontaktelement Graphit auf. Graphit hat den Vorteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig guten Gleitreibungseigenschaften.
Um eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Strang über das Kontaktelement zu ermöglichen, weist die zweite Kühleinrichtung in einer Ausführungsform eine Fluidkühlung auf, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens die von dem Strang auf das Graphitelement übergegangene Wärme abführt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement der zweiten Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs innerhalb der ersten Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs angeordnet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Kontaktelement innerhalb des Gehäuses der Gasführung der ersten Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs angeordnet ist.
Die Kombination aus der ersten und der zweiten Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs ermöglicht eine effiziente und damit schnelle Abkühlung im Sinne einer Abschreckung des zuvor glühenden Rohres. Eine solche Abschreckkühlung wird auch als Schroffkühlung bezeichnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Glühofen eine, vorzugsweise in Transportrichtung hinter der ersten Kühleinrichtung angeordnete, dritte Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs auf mit einem Gehäuse mit einer Fluidkühlung, das im Betrieb des Glühofens den Strang umgibt. In einer solchen Kühleinrichtung wird der Strang nach der Schroffkühlung in der ersten bzw. in den ersten und zweiten Kühleinrichtungen weiter abgekühlt, wobei die Kühlwirkung darauf beruht, dass das Gehäuse der dritten Kühleinrichtung durch die Fluidkühlung eine geringere Temperatur aufweist als der Strang, welcher sich im Inneren des Gehäuses erstreckt.
Dabei kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die dritte Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs zusätzlich oder alternativ zur zweiten Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Glühofen eine vierte Kühleinrichtung zum Kühlen der Außenfläche des Strangs auf, die so eingerichtet ist, dass im Betrieb des Glühofens der Strang mit einem Fluid, vorzugsweise mit Wasser, besprüht wird.
Dabei kann die vierte Kühleinrichtung entweder zusätzlich zu der zweiten und/oder dritten Kühleinrichtung oder aber alternativ zu diesen vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Glühofen eine zweite Heizeinrichtung in Transportrichtung des Strangs hinter der ersten Heizeinrichtung auf. Ist die erste Heizeinrichtung beispielsweise eine induktive Heizeinrichtung, so ist es zweckmäßig, wenn die zweite Heizeinrichtung eine konventionelle Heizeinrichtung mit einem elektrisch betriebenen Glühdraht ist.
Während die bisher beschriebenen Ausführungsformen eine Kühlung und Spülung des Strangs über seine Außenfläche bereitstellen, ist in einer Ausführungsform der Erfindung der Glühofen ein Glühofen zum Glühen eines Hohlstrangs, der eine Spüleinrichtung zum Spülen der Innenfläche des Hohlstrangs aufweist. Dabei umfasst diese Spüleinrichtung zum Spülen der Innenfläche einen Gasauslass, der mit einem Ende des Hohlstrangs derart verbindbar ist, dass im Betrieb des Glühofens ein Gas zum Spülen der Innenfläche des Hohlstrangs aus dem Gasauslass in den Hohlstrang einleitbar ist und an der Innenfläche entlangströmt.
Dabei ist eine Ausführungsform zweckmäßig, bei welcher der Gasauslass in Fluidverbindung mit mindestens einem Vorratsbehälter für ein Gas, vorzugsweise Argon oder ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff, steht, wobei im Betrieb des Glühofens dem Gasauslass das Gas aus dem Vorratsbehälter zugeführt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der erfindungsgemäße Glühofen in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen Bestandteil einer Umformanlage zum erneuten Umformen eines bereits kalt umgeformten Strangs mit einer Kaltumformeinrichtung, welche in Transportrichtung des Strangs hinter der dem Glühofen angeordnet ist.
Bei der Fertigung von Strängen, insbesondere von Rohren aus Edelstahl, kann es vorteilhaft sein, die Umformung der Luppe zu einem fertigen Strang sequentiell bzw. stufenweise vorzunehmen, um die gewünschten Materialeigenschaften des fertigen Strangs zu erzielen. Dazu wird in einem ersten Schritt eine Luppe durch Kaltumformen, insbesondere durch Kaltpilgern oder Kaltziehen, reduziert. Der so entstandene Strang weist eine gegenüber der Luppe deutlich erhöhte Zugfestigkeit auf, welche es unmöglich macht, den Strang erneut kalt umzuformen. Daher wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der bereits kalt umgeformte Strang in dem Glühofen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geglüht und erst dann in einer Kaltumformeinrichtung erneut umgeformt.
Die Kaltumformeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umformanlage ist insbesondere eine Kaltziehanlage bzw. Ziehbank oder eine Kaltpilgerwalzanlage, so wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Dabei ist es in einer Ausführungsform der Erfindung alternativ möglich, dass ein bereits kalt umgeformter Strang direkt aus einer Kaltpilgerwalzanlage oder einer Kaltziehanlage in die erfindungsgemäße Umformanlage einläuft (In-line Fertigung) oder der bereits umgeformte Strang aufgewickelt (aufgecoilt) oder in abgelängten Stücken der erfindungsgemäßen Umformanlage bereitgestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist hinter der Kaltumformeinrichtung der erfindungsgemäßen Umformanlage eine in der Transportrichtung des Strangs mitbewegbare Säge und/oder eine Aufwickeleinrichtung vorgesehen.
Eine solche mitbewegte Säge, auch als fliegende Säge bezeichnet, ermöglicht es, den aus der Kaltumformeinrichtung auslaufenden Strang in Abschnitte mit einer gewünschten Länge zu zerteilen und zwar während der Umformprozess noch läuft. Alternativ kann der Strang mit einer Aufwickeleinrichtung aufgewickelt bzw. aufgecoilt werden. Eine geeignete Aufwickeleinrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 045 640 A1 beschrieben.
Optional kann zwischen der Kaltumformanlage und der Säge und/oder der Aufwickeleinrichtung eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen der Außenfläche des Strangs angeordnet sein. Diese Reinigungseinrichtung dient dazu Schmiermittelrückstände, die vom Umformprozess auf der Außenfläche des Strangs verbleiben, zu entfernen. Bevorzugt ist die Reinigungseinrichtung eine Reinigungseinrichtung, welche die Außenfläche des Strangs mit CO₂ reinigt.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Glühen eines Strangs aus Stahl in einem Glühofen gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Aufheizen des Strangs in einer ersten Heizeinrichtung, Fördern des Strangs in einer Transportrichtung mit einer Transporteinrichtung durch den Glühofen, Kühlen der Außenfläche des Strangs in Transportrichtung hinter der ersten Heizeinrichtung in einer ersten Kühleinrichtung mit einer Gasführung, wobei zum Kühlen des Strangs ein Gas mit Hilfe der Gasführung an der Außenfläche des Strangs entlangströmt.
Insbesondere wird in einer Ausführungsform der Erfindung dieses Verfahren zum Glühen eines Strangs zum Fertigen eines Strangs aus Stahl eingesetzt, wobei vor dem Aufheizen des Strangs eine Luppe aus Stahl kalt, vorzugsweise durch Kaltpilgern oder Kaltziehen, zu dem Strang umgeformt wird.
Soweit Aspekte der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Glühofen beschrieben wurden, so gelten diese auch für das entsprechende Verfahren zum Glühen des Strangs und umgekehrt. Soweit das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Glühofen gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ausgeführt wird, so weist dieser die entsprechenden Einrichtungen hierfür auf. Insbesondere sind aber auch Ausführungsformen des Glühofens zum Ausführen der hierin beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, das Verfahren weist die hierzu erforderlichen Schritte auf.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Glühofens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine weggebrochene Schnittansicht durch zwei der Kühleinrichtungen des Glühofens aus 1.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine der Kühleinrichtungen aus 2.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Umformanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist schematisch ein Glühofen 1 in einer Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dem gezeigten Glühofen 1 wird ein Edelstahlrohr 2 als Strang im Sinne der vorliegenden Anmeldung bei einer Temperatur von 400° C geglüht. Zum Glühen wird das Edelstahlrohr 2 in Transportrichtung (diese ist in 1 mit dem Pfeil 3 bezeichnet) durch den Glühofen 1 hindurch gefördert. Auf diese Weise erfolgt das Glühen des Rohrs 2 in dem Ofen 1 kontinuierlich.
Zum Fördern des Rohrs 2 durch den Glühofen 1 weist dieser als Transporteinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung zwei Paare von motorisch angetriebenen Treiberrollen 4, 5 bzw. 6, 7 auf. Diese sind mit dem zu glühenden Edelstahlrohr 2 in Eingriff, sodass eine Drehung der Rollen 4, 5, 6, 7 zu einer Translationsbewegung des Rohrs 2 in Transportrichtung 3 durch den Glühofen 1 führt.
Im Einlaufbereich des Glühofens 1 ist zudem ein Paar von Rollenrichtsätzen 8 vorgesehen, welches dazu dient, das kaltumgeformte, in den Glühofen 1 einlaufende Rohr in X- und Y-Richtung zu richten, sodass es im Wesentlichen gerade ist, bevor es im Ofen geglüht wird.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Glühofen 1 zwei Heizeinrichtungen 9, 10 auf. Dabei ist die Heizeinrichtung 9 im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine erste Heizeinrichtung und die Heizeinrichtung 10 ist eine zweite Heizeinrichtung. Die zweite Heizeinrichtung 10 verfügt über zwei Heizregister 11, 12.
Die in Transportrichtung 3 des Glühofens 1 erste Heizeinrichtung 9 ist eine Induktionsheizung, bei welcher das Stahlrohr 2 mit Hilfe eines von einer Induktionsspule in dem zu heizenden Rohr 2 induzierten Strom erhitzt wird.
Eine solche Induktionsheizung weist den Vorteil auf, dass sie das Rohr 2 auf sehr effiziente Weise schnell erhitzt, dies jedoch nur über eine sehr geringe Längenausdehnung des Rohrs 2 hinweg.
Die Induktionsspule 30 umgibt dabei das Rohr 2 konzentrisch, wobei die Spule auf einen Glashohlzylinder aufgewickelt ist, der sich zwischen den Windungen der Spule und dem Rohr 2 erstreckt.
Bei den Heizregistern 11, 12 der zweiten Heizeinrichtung, welche in Transportrichtung 3 des Rohrs 2 hinter der induktiven ersten Heizeinrichtung 9 angeordnet sind, handelt es sich um herkömmliche elektrisch betriebene Widerstandsheizungen. Mit Hilfe von Heizwendeln wird das Innere der Heizregister 11, 12 erhitzt, sodass das Rohr 2 auf seinem Weg von der ersten induktiven Heizeinrichtung 9 zu den Abkühleinrichtungen nicht oder nur sehr gering abkühlt.
Der Glühofen 1 in der in 1 dargestellten Ausführungsform weist insgesamt vier verschiedene Kühleinrichtungen 13, 14, 15, 31 auf.
Kernelement zur Abkühlung des geglühten Rohrs 2 in Transportrichtung 3 hinter dem zweiten Heizregister 12 ist eine Abschreck- oder Schroffkühlung, welche aus zwei Kühleinrichtungen 13, 14 besteht, die ineinander integriert sind. Bei diesen beiden Kühleinrichtungen 13, 14 handelt es sich im Sinne der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung um die erste und die zweite Kühleinrichtung.
Die erste Kühleinrichtung 13 ist eine Gasstromkühlung zum Kühlen der Außenfläche, d.h. der Mantelfläche des Rohrs 2. Diese nutzt zum Abkühlen einen Gasstrom aus Wasserstoff, welcher an der Außenfläche des Rohrs 2 vorbeiströmt und so das Rohr abkühlt.
Bei der zweiten Kühleinrichtung 14 hingegen handelt es sich um eine Kontaktkühlung, die zur Wärmeabfuhr aus dem geglühten Rohr 2 einen thermischen Kontakt zwischen dem Rohr und einer Wasserkühlung bereitstellt.
In der weggebrochenen Schnittansicht aus 2 sind diese beiden Kühleinrichtungen 13, 14 im Detail dargestellt. Die Gasstromkühlung der ersten Kühleinrichtung 13 besteht im Wesentlichen aus einem das zu kühlende Rohr 2 konzentrisch umgebenden Gehäuse 16 als Gasführung im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Diese Gasführung dient dazu, dass das kühlende Gas an der Außenfläche 17 des zu kühlenden Rohrs 2 vorbeigeführt wird.
Das das zu kühlende Rohr 2 umgebende Gehäuse 16 als Gasführung weist zum Zuführen des kühlenden Gases einen Gaseinlass 18 und zum Abführen des Gases einen Gasauslass 19 auf. Im Betrieb des Glühofens ist der Gaseinlass 18 mit einem Gasreservoir für Wasserstoff (H₂) verbunden.
Damit aus der Gasführung möglichst wenig Gas entweichen kann, weist das Gehäuse 16 der Gasführung an seinen vorderen und hinteren Enden jeweils eine Drossel 20 auf. Im Bereich der Drossel 20 ist der Abstand des Gehäuses 16 zu dem zu kühlenden Rohr 2 deutlich geringer als der Abstand zwischen den Innenwänden der beiden Rohrabschnitte 21, 22 des Gehäuses 16 und dem zu kühlenden Rohr 2. Der entstehende Ringspalt zwischen der Drossel 20 und dem zu kühlenden Rohr 2 weist daher einen erheblich höheren Strömungswiderstand für das kühlende Gas auf als die Rohrabschnitte 21, 22 des Gehäuses 16 sowie die mit dem Gehäuse verbundenen Flansche 18, 19, so dass das Gas zu einem überwiegenden Teil durch den Flansch 19 aus der Kühleinrichtung austritt. Um im Falle eines Eingriffs zwischen den Drosseln 20 und dem zu kühlenden Edelstahlrohr 2 eine Beschädigung des Rohrs 2 zu vermeiden, sind die Drosseln 20 in einer Ausführungsform aus Graphit gefertigt.
Der Gaseinlass 18 der ersten Kühleinrichtung 13 befindet sich in Transportrichtung 3 des zu glühenden Rohres 2 im Glühofen 1 hinter dem Gasauslass 19. Dadurch strömt im Betrieb des Ofens das kühlende Gas entgegen der Transportrichtung 3 an der Außenfläche 17 des Rohrs 2 vorbei.
Das Gehäuse 16 der Gasführung der ersten Kühleinrichtung 13 ist kein durchgängiges Rohr, sondern besteht aus drei Segmenten (21, 22, 23). Das erste Segment 21 ist ein das zu kühlende Rohr 2 konzentrisch umgebender Rohrabschnitt 21, der mit einem Flansch 18 als Gaseinlass verbunden ist. Ein zweiter Abschnitt 22 ist ebenfalls als das zu kühlende Rohr 2 konzentrischer Rohrabschnitt ausgestaltet. Dieser wiederum ist mit einem Flansch als Gasauslass 19 verbunden.
Die Rohre 21, 22 des Gehäuses 16 sind in ihrem Inneren mit einem Liner 31 aus Graphit ausgekleidet. Dieser verhindert bei einem in Eingriff treten des zu kühlenden Rohrs 2 mit dem Gehäuse 16 eine Beschädigung des Rohrs 2.
Zwischen den beiden rohrförmigen Segmenten oder Abschnitten 21, 22 der Gasführung ist ein weiterer Abschnitt 23 der Gasführung angeordnet, in welchem sich auch die zweite Kühleinrichtung 14 erstreckt. In diesem Abschnitt 23 wird die Gasführung von einem im Wesentlichen zylindrischen Körper 24 bereitgestellt, welcher verglichen mit den beiden Rohrabschnitten 21, 22 des Gehäuses 16 einen deutlich größeren Innendurchmesser aufweist. Dieser Körper 24 ist gedichtet mit den Rohren 21, 22 der beiden anderen Abschnitte der Gasführung verbunden. Innerhalb des Körpers 24 strömt das Gas durch dafür vorgesehene Kanäle, die sich insbesondere bis an das zu kühlende Rohr 2 bzw. dessen Außenfläche 17 erstrecken.
Innerhalb des Körpers 24 ist auch die Kontaktkühlung der zweiten Kühleinrichtung 14 angeordnet. Die Kühlwirkung dieser Kontaktkühlung beruht darauf, dass innerhalb des Körpers 24 vier Backen 25 aus Graphit mit dem zu kühlenden Rohr 2 in Eingriff sind und so einen thermischen Kontakt zwischen dem Rohr 2 und den Graphitbacken 25 bereitgestellt wird, der dazu dient, Wärme von dem Rohr abzuführen. Die Ausführung der Kontaktelemente 25 aus Graphit weist den Vorteil auf, dass diese eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und gleichzeitig eine geringe Gleitreibung zwischen dem Rohr 2 und den Backen 25 entsteht. Um einen guten thermischen Kontakt zwischen den Graphitbacken 25 und dem Rohr 2 zu erzielen, werden die Graphitbacken 25 mit Hilfe einer Kombination aus Hydraulikzylinder und -kolben hydraulisch gegen das Rohr 2 gedrückt.
Dabei unterliegen die Backen 25 einer Abnutzung durch die Reibung gegenüber dem Rohr 2. Diese Abnutzung wird jedoch automatisch von der gegen die Backen 25 drückenden Hydraulik ausgeglichen. Um diesen Ausgleich zu ermöglichen, sind in der dargestellten Ausführungsform die Backen 25 im Querschnitt konisch ausgestaltet, wobei die vier Backen zusammen nicht einen vollständigen Ring von 360° belegen, sondern zwischen den Backen 25 jeweils ein Spalt vorgesehen ist. Eine schematische Querschnittsansicht durch die Backen 25 und das Rohr 2, aus welcher die so gebildeten Spalten 26 klar erkennbar sind, ist in 3 gezeigt. Dieser Spalt dient nicht nur der Möglichkeit, die Abnutzung der Backen auszugleichen, sondern auch dazu, dass kühlendes Gas zumindest abschnittsweise weiter an dem Rohr 2 entlangströmen kann.
Zurückkehrend zu der Darstellung aus 1 wird nun noch der Aufbau der nachgeschalteten Kühleinrichtungen 15 und 31 beschrieben. Diese Kühleinrichtungen 15, 31 bilden im Sinne der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung eine dritte Kühleinrichtung 15 sowie eine vierte Kühleinrichtung 31 zum Kühlen der Außenfläche 17 des Rohrs 2.
Die Kühleinrichtung 15 weist zwei Kühlregister 27, 28 auf, die von wassergekühlten Rohrabschnitten 29 gebildet werden, wobei der Wärmeübergang zwischen dem zu kühlenden Rohr 2 und den gekühlten Rohrabschnitten 29 durch Strahlungswärme und Konvektion erfolgt.
In der in Transportrichtung 3 letzten Kühleinrichtung 31, einem sogenannten Wasserkasten, wird das Rohr 2 abschließend direkt mit Kühlflüssigkeit, hier Wasser, bespritzt, welches abtropft und mit einem Abstreifer vom Rohr vor dem Austritt des Rohrs aus dem Wasserkasten abgestreift wird.
Der Glühofen aus 1 weist zudem eine Spüleinrichtung zum Spülen der Innenfläche des geglühten Rohrs 2 auf. Dazu ist in Transportrichtung 3 des Rohrs 2 vor dem Glühofen 1 ein Gasauslass (nicht gezeigt) eines Reservoirs mit dem Anfang des zu glühenden Rohrs 2 gedichtet verbunden, so dass das Gas in das Rohr einströmen und durch dieses hindurchströmen kann.
In einer in 4 schematisch gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist zudem hinter dem Glühofen 1 eine kontinuierlich arbeitende Ziehbank 32 zum Kaltumformen des Rohrs 2 vorgesehen. Bei der Kaltumformung des Rohrs 2 wird der Außendurchmesser des Rohrs 2 durch Ziehen des Rohrs 2 durch eine Ziehmatrize 33 reduziert. Hinter der Ziehbank 32 ist zudem eine fliegende Säge 34 vorgesehen, welche in Transportrichtung 3 des Rohrs 2 mit dem Rohr 2 mitbewegt wird, so dass das Rohr 2 noch während dem Ziehen in Rohrabschnitte mit einer definierten Länge zugeschnitten werden kann. Zwischen der Ziehbank 32 und der fliegenden Säge 34 ist zudem eine CO₂-Reinigungseinrichtung 35 zum Reinigen der Außenfläche des Rohrs 2 vorgesehen. Mit Hilfe dieser Reinigungseinrichtung 35 werden verbleibende Schmiermittel von der Außenfläche des Rohrs 2 entfernt. Die Anordnung aus Glühofen 1, Ziehbank 32, Reinigungseinrichtung 35 und fliegender Säge 34 wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung als Umformanlage 36 bezeichnet.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel "eine" oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste

1: Glühofen
2: Edelstahlrohr
3: Transportrichtung
4, 5, 6, 7: Treiberrollen
8: Rollenrichtsatz
9: erste Heizeinrichtung
10: zweite Heizeinrichtung
11, 12: Heizregister der zweiten Heizeinrichtung
13, 14, 15, 31: Kühleinrichtung
16: Gehäuseabschnitte der Gasführung
17: Außenfläche des Edelstahlrohrs 2
18: Gaseinlass
19: Gasauslass
20: Dichtung
21, 22, 23: Gehäuse der Gasführung
24: zylindrischer Körper
25: Graphitbacke
26: Spalt
27, 28: Kühlregister
29: wassergekühlte Rohrabschnitte
30: Induktionsspule
31: Graphit-Liner
32: Ziehbank
33: Ziehmatrize
34: fliegende Säge
35: CO₂-Reinigungseinrichtung
36: Umformanlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009045640 A1 [0042]

Claims

Glühofen (1) zum Glühen eines Strangs (2) aus Stahl mit einer ersten Heizeinrichtung (9) zum Aufheizen des Strangs (2) im Betrieb des Glühofens (1), einer Transporteinrichtung (4, 5, 6, 7) für den Strang (2), die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens (1) den Strang (2) in einer Transportrichtung (3) durch den Glühofen (1) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühofen (1) in Transportrichtung (3) hinter der ersten Heizeinrichtung (9) weiterhin eine erste Kühleinrichtung (13) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) mit einer Gasführung (16) aufweist, wobei die Gasführung (16) so eingerichtet ist, dass im Betrieb des Glühofens (1) zum Kühlen des Strangs (2) ein Gas an der Außenfläche (17) des Strangs (2) entlangströmt.
Glühofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführung ein im Betrieb des Glühofens (1) den Strang (2) umgebendes Gehäuse (16) aufweist, das vorzugsweise konzentrisch zu dem Strang (2) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (16) einen Gaseinlass (18) und einen Gasauslass (19) für das Gas aufweist.
Glühofen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) der Gasführung an einem vorderen Ende und an einem hinteren Ende jeweils eine Dichtung (20) zur Abdichtung des Gehäuses (16) im Betrieb des Glühofens (1) gegenüber dem Strang (2) aufweist.
Glühofen (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (18) der Gasführung (16) in Fluidverbindung mit einem Vorratsbehälter für das Gas steht, wobei der Vorratsbehälter im Betrieb des Glühofens (1) vorzugsweise Wasserstoff enthält, sodass die Außenfläche (17) des Strangs (2) mit dem Gas kühlbar ist.
Glühofen (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung (3) des Strangs (2) der Gasauslass (19) vor dem Gaseinlass (18) angeordnet ist, sodass im Betrieb des Glühofens (1) das Gas entgegen der Transportrichtung (3) an dem Strang (2) vorbeiströmt.
Glühofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühofen (1) eine zweite Kühleinrichtung (14) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) aufweist, wobei die zweite Kühleinrichtung (14) ein Kontaktelement (25) aufweist, das während des Betriebs des Glühofens (1) mit dem Strang (2) in Eingriff bringbar ist, sodass ein thermischer Kontakt zwischen dem Strang (2) und dem Kontaktelement (25) gebildet wird.
Glühofen (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühleinrichtung (14) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) eine pneumatische oder hydraulische Einrichtung aufweist, die so eingerichtet und angeordnet ist, dass sie im Betrieb des Glühofens (1) das Kontaktelement (25) in Eingriff mit dem Strang (2) hält.
Glühofen (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (25) Graphit aufweist.
Glühofen (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühleinrichtung (14) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) eine Fluidkühlung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie die im Betrieb des Glühofens (1) vom dem Strang (2) auf das Kontaktelement (25) übergegangene Wärme abführt.
Glühofen (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (25) der zweiten Kühleinrichtung (14) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) innerhalb der ersten Kühleinrichtung (13) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2), vorzugsweise innerhalb des Gehäuses (16) der Gasführung, angeordnet ist.
Glühofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühofen (1) eine dritte Kühleinrichtung (15) zum Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) mit einem Gehäuse mit einer Fluidkühlung, das im Betrieb des Glühofens (1) den Strang (2) umgibt, aufweist.
Umformanlage (36) zum erneuten Umformen eines kalt umgeformten Strangs (2) mit einem Glühofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Kaltumformeinrichtung, insbesondere einer Zieheinrichtung (32), welche in einer Transportrichtung (3) des Strangs (2) hinter der dem Glühofen (1) angeordnet ist.
Umformanlage (36) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung (3) des Strangs (2) hinter der Kaltumformeinrichtung (32) eine in der Transportrichtung (3) des Strangs (2) mitbewegbare Säge (34) und/oder eine Aufwickeleinrichtung vorgesehen ist und dass optional zwischen der Kaltumformeinrichtung (32) und der Säge (34) und/oder der Aufwickeleinrichtung eine Reinigungseinrichtung (35) zum Reinigen der Außenfläche des Strangs (2) angeordnet ist.
Verfahren zum Glühen eines Strangs aus Stahl (2) in einem Glühofen (1) mit den Schritten Aufheizen des Strangs (2) in einer ersten Heizeinrichtung (9) und Fördern des Strangs (2) in einer Transportrichtung (3) mit einer Transporteinrichtung (4, 5, 6, 7) durch den Glühofen (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist Kühlen der Außenfläche (17) des Strangs (2) in Transportrichtung (3) hinter der ersten Heizeinrichtung (9) in einer ersten Kühleinrichtung (13) mit einer Gasführung (16), wobei zum Kühlen des Strangs (2) ein Gas mit Hilfe der Gasführung (16) an der Außenfläche (17) des Strangs (2) entlangströmt.
Verfahren zum Fertigen eines Strangs (2) aus Stahl mit Kaltumformen einer Luppe aus Stahl zu einem Strang (2) sowie nachfolgend den Schritten nach dem vorhergehenden Anspruch.