DE102021212523A1 - Forced air cooling for cooling long steel products - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Wärmebehandlungseinheit, insbesondere Kühlhaube, umfassend eine Kammer mit einer Eintrittsöffnung, über die ein gasförmiges Kühlmedium der Kammer zuführbar ist, und einer spaltförmigen Austrittsöffnung, über die das gasförmige Kühlmedium beschleunigt ausführbar ist, wobei die Kammer ein mittleres Kammersegment sowie ein erstes und zweites, sich von dem mittleren Kammersegment erstreckendes, äußeres Kammersegment umfasst und beide äußeren Kammersegmente einen zu ihren distalen Enden hin proportional verjüngenden Querschnitt aufweisen, sowie eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen. The present application relates to a heat treatment unit, in particular a cooling hood, comprising a chamber with an inlet opening, through which a gaseous cooling medium can be supplied to the chamber, and a slot-shaped outlet opening, through which the gaseous cooling medium can be discharged in an accelerated manner, the chamber having a central chamber segment and a first and second outer chamber segment extending from the middle chamber segment and both outer chamber segments having a proportionally tapering cross section towards their distal ends, and an apparatus for heat treating hot rolled long steel products.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungseinheit, insbesondere eine Kühlhaube, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen.The present invention relates to a heat treatment unit, in particular a cooling hood, a device and a method for the heat treatment of hot-rolled long steel products.
Um die mechanischen Eigenschaften, wie insbesondere die Streckgrenze, die Zugfestigkeit oder die Härte, von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen einzustellen, werden diese während und/oder nach einem Warmwalzvorgang mittels Kühleinrichtungen gezielt gekühlt. Hierzu wird im Stand der Technik in der Regel Wasser oder ein Wasser-Luft-Gemisch als Kühlmedium verwendet, wie dies beispielsweise in der
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung sowie ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to provide a device that is improved compared to the prior art and a method for the heat treatment of hot-rolled long steel products that is improved compared to the prior art.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Wärmebehandlungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a heat treatment unit having the features of
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Wärmebehandlungseinheit, insbesondere eine Kühlhaube, vorzugsweise zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen, umfassend eine Kammer mit einer Eintrittsöffnung, über die ein gasförmiges Kühlmedium der Kammer zuführbar ist, und einer spaltförmigen Austrittsöffnung, über die das gasförmige Kühlmedium beschleunigt ausführbar ist, wobei die Kammer ein mittleres Kammersegment sowie ein erstes und zweites, sich von dem mittleren Kammersegment erstreckendes, äußeres Kammersegment umfasst und beide äußeren Kammersegmente einen zu ihren distalen Enden hin proportional verjüngenden Querschnitt aufweisen.In a first aspect, the present invention relates to a heat treatment unit, in particular a cooling hood, preferably for use in a device for the heat treatment of hot-rolled long steel products, comprising a chamber with an inlet opening, via which a gaseous cooling medium can be fed to the chamber, and a gap-shaped outlet opening, via which the gaseous cooling medium can be carried out in an accelerated manner, the chamber comprising a middle chamber segment and a first and second outer chamber segment extending from the middle chamber segment and both outer chamber segments having a cross section which tapers proportionally towards their distal ends.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Wärmebehandlungseinheit, insbesondere die proportionale Verkleinerung des Strömungsquerschnitts über die Länge des jeweiligen äußeren Kammersegments, wird eine gleichmäßige Strömung des gasförmigen Kühlmediums, wie Luft oder Stickstoff, an der spaltförmigen Austrittsöffnung über die gesamte Länge der Kammer ermöglicht. Durch den Einsatz derartiger Wärmebehandlungseinheiten können die warmgewalzten Langstahlerzeugnisse homogen und gleichmäßig abgekühlt werden, so dass deren mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Dadurch, dass die Austrittsöffnung spaltförmig ausgebildet ist, ist zudem der Wartungsaufwand im Gegensatz zu konventionellen Kegel- oder Flachstrahldüsen geringer.The construction of the heat treatment unit according to the invention, in particular the proportional reduction of the flow cross section over the length of the respective outer chamber segment, enables a uniform flow of the gaseous cooling medium, such as air or nitrogen, at the gap-shaped outlet opening over the entire length of the chamber. By using such heat treatment units, the hot-rolled long steel products can be cooled homogeneously and evenly, so that their mechanical properties are improved. Due to the fact that the outlet opening is designed in the form of a slit, the maintenance effort is also lower in contrast to conventional conical or flat jet nozzles.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.Further advantageous refinements of the invention are specified in the dependently formulated claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further refinements of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred configurations of the invention being presented.
Unter dem Begriff „Querschnitt“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Querschnittsfläche verstanden.In the context of the present invention, the term “cross section” means a cross-sectional area.
Unter dem Begriff „Langstahlerzeugnis“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein metallisches Erzeugnis verstanden, welches eine Länge von bis zu 200 m aufweisen kann, wie beispielsweise Schienen, insbesondere Eisenbahnschienen, H-förmige Träger, U-förmige Profile, Winkel, etc.In the context of the present invention, the term “long steel product” is understood to mean a metallic product which can have a length of up to 200 m, such as rails, in particular railway rails, H-shaped beams, U-shaped profiles, angles, etc.
Das mittlere Kammersegment weist vorteilhafterweise einen entlang einer Längsachse der Kammer konstanten Querschnitt auf, wobei in diesem Zusammenhang bevorzugt vorgesehen ist, dass die Eintrittsöffnung in dem mittleren Kammersegment angeordnet ist. Die Eintrittsöffnung kann einen zu dem Querschnitt des mittleren Kammersegments kleineren Eintrittsquerschnitt aufweisen. Durch den größeren Querschnitt in dem mittleren Kammersegment kann sich das durch die Eintrittsöffnung in die Kammer strömende Kühlmedium zunächst beruhigen, bevor es in Richtung der spaltförmigen Austrittsöffnung weiter strömt. Durch den im Vergleich zu der spaltförmigen Austrittsöffnung größeren Eintrittsquerschnitt wird zudem die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums am Einlass der Kammer sehr niedrig und am Auslass groß gehalten. Durch die Querschnitts- und die damit einhergehende Strömungsgeschwindigkeitsänderung werden die Verwirbelungen signifikant reduziert, so dass sichergestellt werden kann, dass das Kühlmedium sehr gleichmäßig über die gesamte Länge der spaltförmigen Austrittsöffnung ausströmt. Der Faktor der Geschwindigkeitsänderung zwischen Einlass und Auslass der Kammer kann vorzugsweise 3 bis 20 betragen. So kann die Strömungsgeschwindigkeit am Einlass beispielsweise 10 bis 50 m/s betragen. Entsprechend kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums sodann am Auslass in Abhängigkeit der gewählten Querschnittsverhältnisse dem 3- bis 20-fachen hiervon betragen. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass die an den distalen Enden der beiden äußeren Kammersegmente angeordneten Querschnitte im Vergleich zu dem Querschnitt des mittleren Kammersegments mindestens um den Faktor 3, bevorzugt mindestens um den Faktor 4, noch mehr bevorzugt mindestens um den Faktor 10 kleiner sind.The middle chamber segment advantageously has a constant cross-section along a longitudinal axis of the chamber, it being preferably provided in this connection that the inlet opening is arranged in the middle chamber segment. The inlet opening can have an inlet cross section that is smaller than the cross section of the middle chamber segment. Due to the larger cross section in the central chamber segment, the cooling medium flowing into the chamber through the inlet opening can first calm down before it flows further in the direction of the gap-shaped outlet opening. Through the compared to the slit-shaped outlet opening With a larger inlet cross-section, the flow rate of the cooling medium is kept very low at the inlet of the chamber and high at the outlet. The turbulence is significantly reduced as a result of the change in cross section and the associated change in flow speed, so that it can be ensured that the cooling medium flows out very evenly over the entire length of the slot-shaped outlet opening. The speed change factor between the inlet and outlet of the chamber can preferably be 3 to 20. For example, the flow velocity at the inlet can be 10 to 50 m/s. Correspondingly, the flow rate of the cooling medium at the outlet can then be 3 to 20 times this, depending on the selected cross-sectional ratios. It is therefore advantageously provided that the cross sections arranged at the distal ends of the two outer chamber segments are smaller by a factor of at least 3, preferably at least a factor of 4, even more preferably at least a factor of 10 compared to the cross section of the central chamber segment.
Um die Gleichmäßigkeit der Strömung am Auslass weiterhin zu erhöhen, weist vorteilhaftweise jedes der Kammersegmente einen sich in Richtung der spaltförmigen Austrittsöffnung konisch verjüngenden Querschnittsabschnitt auf, der symmetrisch oder alternativ auch asymmetrisch ausgebildet sein kann.In order to further increase the uniformity of the flow at the outlet, each of the chamber segments advantageously has a cross-sectional section which tapers conically in the direction of the slot-shaped outlet opening and which can be embodied symmetrically or alternatively also asymmetrically.
Die Eintrittsöffnung kann grundsätzlich direkt in dem mittleren Kammersegment in Form einer Öffnung ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass die Wärmebehandlungseinheit einen in der Eintrittsöffnung angeordneten Einlassstutzen umfasst, der aus einem becherförmigen Körper gebildet ist und jeweils eine zu den äußeren Kammersegmenten ausgerichtete Öffnung aufweist. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass jede der beiden Öffnungen einen Querschnitt aufweist, der zumindest dem halben Einlassquerschnitt entspricht. Dies verhindert ebenfalls die Bildung von Verwirbelungen innerhalb der Kammer und wirkt sich somit vorteilhaft auf die Strömungseigenschaften aus. Hierbei sorgt der Boden des becherförmigen Einlassstutzens zum einen dafür, dass das in das mittlere Kammersegment einströmende Kühlmedium in die beiden äußeren Kammersegmente umgelenkt wird und somit nicht direkt über die spaltförmige Austrittsöffnung des mittleren Kammersegments wieder austreten kann. Zum anderen kann der Druck oberhalb der spaltförmigen Austrittsöffnung über die gesamte Länge der Kammer konstant gehalten werden.In principle, the inlet opening can be formed directly in the middle chamber segment in the form of an opening. In a preferred embodiment variant, however, it is provided that the heat treatment unit comprises an inlet connection which is arranged in the inlet opening and is formed from a cup-shaped body and has an opening in each case aligned with the outer chamber segments. In this context, it is preferably provided that each of the two openings has a cross section that corresponds at least to half the inlet cross section. This also prevents the formation of turbulence within the chamber and thus has an advantageous effect on the flow properties. The bottom of the cup-shaped inlet connector ensures that the cooling medium flowing into the middle chamber segment is deflected into the two outer chamber segments and thus cannot exit directly via the gap-shaped outlet opening of the middle chamber segment. On the other hand, the pressure above the gap-shaped outlet opening can be kept constant over the entire length of the chamber.
Um eine weitere Flexibilität bei der Einstellung des Verhältnisses zwischen Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeit zu erhalten, die wie bereits erläutert durch die Einstellung der Querschnitte erzielbar ist, ist vorteilhaftweise vorgesehen, dass der Querschnitt der spaltförmigen Austrittsöffnung verstellbar ausgeführt ist. Somit kann die Kühlrate für das warmgewalzte Langstahlerzeugnis stufenlos durch Einstellung des Querschnitts der spaltförmigen Austrittsöffnung geregelt werden. Vorzugsweise kann die spaltförmige Austrittsöffnung je nach angeforderter Kühlbreite im Bereich von 0.5 bis 50 mm eingestellt werden.In order to obtain further flexibility in setting the ratio between entry and exit speeds, which can be achieved, as already explained, by setting the cross sections, it is advantageously provided that the cross section of the slot-shaped exit opening is designed to be adjustable. Thus, the cooling rate for the hot-rolled long steel product can be continuously controlled by adjusting the cross section of the slit-shaped outlet. The gap-shaped outlet opening can preferably be set in the range from 0.5 to 50 mm, depending on the required cooling width.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen, umfassend eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des warmgewalzten Langstahlprodukts sowie zumindest eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungseinheit, über die das zu kühlende Langstahlerzeugnis mit einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Luft oder Stickstoff, beaufschlagbar ist.In a further aspect, the present invention relates to a device for the heat treatment of hot-rolled long steel products, comprising a receiving device for receiving the hot-rolled long steel product and at least one heat treatment unit according to the invention, via which the long steel product to be cooled can be subjected to a gaseous cooling medium, in particular air or nitrogen.
Um dies zu erreichen kann beispielsweise Umgebungsluft als Kühlmedium mittels einer geeigneten Gebläseeinrichtung der Wärmebehandlungseinheit zugeführt werden. Durch die Querschnittverengung an der spaltförmigen Austrittsöffnung wird das Kühlmedium durch diese derart beschleunigt, dass das Kühlmedium mit einer hohen Geschwindigkeit, die beispielsweise 200 m/s betragen kann, die zu kühlende Oberfläche des warmgewalzten Langstahlerzeugnisses beaufschlagt. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass die Vorrichtung zudem mindestens eine Gebläseeinrichtung umfasst, über die ein gasförmiges Kühlmedium, wie Luft oder Stickstoff, der Wärmebehandlungseinheit zuführbar ist.In order to achieve this, for example, ambient air can be supplied to the heat treatment unit as a cooling medium by means of a suitable blower device. Due to the narrowing of the cross section at the gap-shaped outlet opening, the cooling medium is accelerated through the latter in such a way that the cooling medium acts on the surface of the hot-rolled long steel product to be cooled at a high speed, which can be, for example, 200 m/s. It is therefore advantageously provided that the device also comprises at least one fan device, via which a gaseous cooling medium, such as air or nitrogen, can be supplied to the heat treatment unit.
Da die Kühlrate auf der Oberfläche des warmgewalzten Langstahlerzeugnisses von der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden kann, ermöglicht zudem eine drehzahlgeregelte Gebläseeinrichtung eine stufenlose Einstellung der Kühlrate, die beispielsweise 1 bis 20 K/s betragen kann.Since the cooling rate on the surface of the hot-rolled long steel product can be determined by the flow rate, a speed-controlled blower device also enables the cooling rate to be steplessly adjusted, which can be 1 to 20 K/s, for example.
Die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit ist vorteilhafterweise derart in der Vorrichtung angeordnet, dass die spaltförmige Austrittsöffnung längsparallel zu der Aufnahmeeinrichtung positioniert ist. Zudem ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand zwischen der spaltförmigen Austrittsöffnung und der Aufnahmeeinrichtung einstellbar ist, besonders bevorzugt derart, dass der Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der zu kühlenden Oberfläche des Langstahlerzeugnisses 5 bis 300 mm beträgt.The at least one heat treatment unit is advantageously arranged in the device in such a way that the slit-shaped outlet opening is positioned longitudinally parallel to the receiving device. In addition, it is preferably provided that the distance between the gap-shaped outlet opening and the receiving device is adjustable, particularly preferably such that the distance between the outlet opening and the surface of the long steel product to be cooled is 5 to 300 mm.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Vorrichtung zur Wärmebehandlung modular ausgebildet, so dass eine oder mehrere Wärmebehandlungseinheit(en) um ein Längensegment des Langstahlerzeugnisses und/oder eine oder mehrere Wärmebehandlungseinheit(en) entlang mehrerer Längensegmente oder entlang der gesamten Länge des Langstahlerzeugnisses anordenbar ist bzw. sind.In a particularly advantageous embodiment, the device for heat treatment is modular, so that one or more Heat treatment unit(s) can be arranged around a length segment of the long steel product and/or one or more heat treatment unit(s) can be arranged along several length segments or along the entire length of the long steel product.
Die Kühlintensität in jedem der Kühlmodule kann individuell anhand der detektierten Temperatur des Langstahlerzeugnisses angepasst werden. So können unterschiedliche Temperaturprofile über die gesamte Länge des Langstahlerzeugnisses durch eine gezielte Kühlung ausgeglichen werden. Um eine entsprechende Temperaturregelung vorzunehmen, umfasst die Vorrichtung daher vorteilhafterweise zumindest einen Temperatursensor, über den die Temperatur des Langstahlerzeugnisses, vorzugsweise während einer Wärmebehandlung, detektierbar ist. Vorzugsweise ist der Temperatursensor ein Pyrometer oder eine Wärmebildkamera. Auch weitere dem Fachmann zum Zeitpunkt der Anmeldung bekannte Temperatursensoren können vorteilhafterweise verwendet werden.The cooling intensity in each of the cooling modules can be adjusted individually based on the detected temperature of the long steel product. In this way, different temperature profiles over the entire length of the long steel product can be compensated for by targeted cooling. In order to carry out appropriate temperature regulation, the device therefore advantageously comprises at least one temperature sensor, via which the temperature of the long steel product can be detected, preferably during heat treatment. The temperature sensor is preferably a pyrometer or a thermal imaging camera. Other temperature sensors known to a person skilled in the art at the time of the application can also be used advantageously.
Ein weiterer Vorteil der modularen Bauweise ist deren Einsatzbarkeit. So können durch den Einsatz einer Mehrzahl von Wärmebehandlungseinheiten unterschiedliche Werkstücks-Geometrien gekühlt werden. Eine individuelle Anpassung an die Formgebung und nötige Kühlleistung wird durch Änderung der Anzahl und Umgestaltung der Wärmebehandlungseinheit bzw. der Kühlhaube möglich.Another advantage of the modular design is its usability. Different workpiece geometries can be cooled by using a plurality of heat treatment units. An individual adaptation to the shape and the required cooling capacity is possible by changing the number and redesigning the heat treatment unit or the cooling hood.
Ergänzend können mittels elektromagnetischen Sensoren Gefügeumwandlungen in dem Langstahlerzeugnis direkt im Kühlprozess detektiert und überwacht werden. Anhand der ermittelten Gefügestrukturen kann die Kühlrate entsprechend angepasst werden.In addition, structural changes in the long steel product can be detected and monitored directly in the cooling process using electromagnetic sensors. The cooling rate can be adjusted accordingly based on the determined microstructure.
Je nach Ausführungsvariante der Wärmebehandlungseinheit, insbesondere der Kühlhaube, oder der Vorrichtung ergeben sich zudem die weiteren Vorteile:
- - die Kühlrate ist zuverlässig und stabil einstellbar und bietet die Flexibilität, die notwendigen Kühlraten für den Wärmebehandlungsprozess für alle gängigen und auch besonderen Werkstoffzusammensetzungen, flexibel anzupassen;
- - die Verwendung von Umgebungsluft als Kühlmedium ist besonders ressourcenschonend im Vergleich zu den derzeit verwendeten flüssigen Kühlmedien, wie Wasser, Öl und/oder Wasser-Luft-Gemischen;
- - durch den Einsatz einer Gebläseeinrichtung, wie eines Ventilators, kann viel Luftvolumen mit einem geringen Druck, bevorzugt bis 1320 mbar, transportiert werden, so dass kein Kompressor erforderlich ist.
- - the cooling rate can be adjusted reliably and stably and offers the flexibility to flexibly adapt the necessary cooling rates for the heat treatment process for all common and also special material compositions;
- - The use of ambient air as a cooling medium is particularly resource-saving compared to the liquid cooling media currently used, such as water, oil and / or water-air mixtures;
- - By using a blower device, such as a fan, a large volume of air can be transported at a low pressure, preferably up to 1320 mbar, so that no compressor is required.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines warmgewalzten Langstahlerzeugnisses, wobei dieses im Anschluss an einen Warmwalzvorgang direkt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt und wärmebehandelt wird. Das gasförmige Kühlmedium, insbesondere Luft oder Stickstoff, kann je nach gewünschter Kühlintensität mit einer Geschwindigkeit von mindestens 25 m/s, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/s, mehr bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 m/s, noch mehr bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 125 m/s, und am meisten bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 150 m/s auf das warmgewalzte Langstahlerzeugnis aufgeblasen werden.In a further aspect, the present invention also relates to a method for the heat treatment of a hot-rolled long steel product, with this product being fed directly to a device according to the invention and heat-treated following a hot-rolling process. Depending on the desired cooling intensity, the gaseous cooling medium, in particular air or nitrogen, can flow at a speed of at least 25 m/s, preferably at a speed of at least 50 m/s, more preferably at a speed of at least 100 m/s, even more preferably blown onto the hot rolled long steel product at a speed of at least 125 m/s, and most preferably at a speed of at least 150 m/s.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungseinheit oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildung einer perlitischen, einer ferritischen, einer bainitischen und/oder einer martensitischen Mikrogefügestruktur in einem warmgewalzten Langstahlerzeugnis.Furthermore, the present invention relates to the use of the heat treatment unit according to the invention or the device according to the invention for forming a pearlitic, a ferritic, a bainitic and/or a martensitic microstructure in a hot-rolled long steel product.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
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1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungseinheit in einer perspektivischen Darstellung, -
2 die in1 gezeigte Ausführungsvariante der Wärmebehandlungseinheit in einer seitlichen Darstellung, -
3 eine Schnittdarstellung durch die in den vorhergehenden Figuren dargestellte Wärmebehandlungseinheit, -
4 eine Ausführungsvariante des Einlassstutzens in einer perspektivischen Darstellung, -
5 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Langstahlerzeugnissen, -
6 eine Ausführungsvariante eines Regelprozesses, -
7 eine Aufnahme eines Schienenkopfs nebst ermittelten Härtewerten ohne Wärmebehandlung, -
8 eine Aufnahme eines Schienenkopfs nebst ermittelten Härtewerten mit einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlung, -
9 Ergebnisse einer Kühlung mittels eines Wasser-Luft-Gemisches, und -
10 Ergebnisse einer Kühlung gemäß dem erfindungsgemäßen Prozess.
-
1 a variant of the heat treatment unit according to the invention in a perspective view, -
2 in the1 shown variant of the heat treatment unit in a side view, -
3 a sectional view through the heat treatment unit shown in the previous figures, -
4 a variant of the inlet connector in a perspective view, -
5 an embodiment variant of the device according to the invention for the heat treatment of long steel products, -
6 an embodiment variant of a control process, -
7 a photograph of a rail head together with determined hardness values without heat treatment, -
8th a photograph of a rail head together with determined hardness values with a heat treatment according to the invention, -
9 Results of cooling using a water-air mixture, and -
10 Results of cooling according to the process of the invention.
In den
Die Wärmebehandlungseinheit 1, insbesondere Kühlhaube, umfasst eine sich längserstreckende Kammer 4 mit einer Eintrittsöffnung 5, über die ein gasförmiges Kühlmedium, wie insbesondere Umgebungsluft, der Kammer 4 zuführbar ist, sowie eine sich über die gesamte Länge der Kammer 4 längserstreckende, spaltförmige Austrittsöffnung 6, über die das gasförmige Kühlmedium beschleunigt ausführbar ist. Die Umgebungsluft kann vorzugsweise über eine Gebläseeinrichtung (nicht dargestellt), wie einen Ventilator, angesaugt und über ein entsprechendes Leitungssystem (nicht dargestellt) der Kühlhaube 1 zugeführt werden. Hierbei sollte die Entfernung zwischen der Kühlhaube 1 und der Gebläseeinrichtung möglichst kurz gewählt werden.The
Wie anhand der Darstellung in den
Das mittlere Kammersegment 7 ist derart ausgebildet, dass es einen entlang der Längsachse der Kammer 4 gleichgroßen Querschnitt aufweist, der vorliegend mit der Bezugsziffer 12 in der in
Weiterhin umfasst die Kühlhaube 1 in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante einen in der Eintrittsöffnung 5 angeordneten Einlassstutzen 16. Dieser wird vorliegend aus einem becherförmigen Körper 17 gebildet, der einen Boden 18 und eine zylindrische Wandung 19 umfasst und dessen Einlassstutzen-Öffnung 20 den Einlass für das gasförmige Kühlmedium bildet. Damit das gasförmige Kühlmedium die gesamte Kammer 4 durchströmen kann, sind in der zylindrischen Wandung 19 zumindest zwei Öffnungen 21 vorgesehen, die jeweils zu den äußeren Kammersegmenten 8, 9 ausgerichtet sind. Jede der beiden Öffnungen 21 weist vorwiegend einen Querschnitt auf, der dem halben Querschnitt der Einlassstutzen-Öffnung 20 entspricht.Furthermore, the cooling
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird sichergestellt, dass das Kühlmedium, trotz mittiger Einspeisung in die Kühlhaube 1, ein über die gesamte Kammerlänge bzw. Kühlhaubenlänge stets gleichbleibenden Luftdruck am Auslass 6 hat, so dass eine über die Kühllänge gleichbleibende Ausströmungsgeschwindigkeit sichergestellt werden kann.The construction according to the invention ensures that the cooling medium, despite being fed into the
In
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Transporteinrichtung 23 sowie einen Hubtisch 24, über den das in Form einer Schiene 3 gezeigte Langstahlerzeugnis angehoben und der Aufnahmeeinrichtung 22 zugeführt werden kann. Die Aufnahmeeinrichtung 22 umfasst eine Klemmvorrichtungen 25 mittels derer die Schiene 3 geklemmt werden kann. Die Klemmvorrichtung 25 kann derart ausgebildet sein, dass die Schiene 3 mittels Rollgangsrollen 26 in der Vorrichtung 2 longitudinal verfahrbar ist.The
In einer alternativen Ausführungsvariante kann die Schiene 3 stationär auf einem Tisch fixiert und das Kühlsystem longitudinal, während dem Abkühlen, hin und her über die Schiene 3 verfahren werden.In an alternative embodiment variant, the
In
Beispieleexamples
Beispiel 1:Example 1:
In den
Beispiel 2:Example 2:
Es wurden jeweils mehrere warmgewalzte Schienen mit einer Temperatur von 900 °C gekühlt, um die gewünschte Mikrogefügestruktur einzustellen. Die Schienen wurde zum einen mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens unter Nutzung eines Wasser-Luft-Gemisches (Vergleichsbeispiel;
Wie anhand der Ergebnisse in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Wärmebehandlungseinheit / KühlhaubeHeat treatment unit / cooling hood
- 22
- Vorrichtungcontraption
- 33
- Langstahlerzeugnis / SchieneLong steel product / rail
- 44
- Kammerchamber
- 55
- Eintrittsöffnungentry opening
- 66
- spaltförmige Austrittsöffnung / Spaltdüse / Auslassslit-shaped outlet opening / slit nozzle / outlet
- 77
- mittleres Kammersegmentmiddle chamber segment
- 88th
- ersten äußeren Kammersegmentfirst outer chamber segment
- 99
- zweites äußeres Kammersegmentsecond outer chamber segment
- 1010
- Flanschverbindungflange connection
- 1111
- Flanschverbindungflange connection
- 1212
- Querschnitt mittleres KammersegmentCross-section of middle chamber segment
- 1313
- Querschnitt an den distalen Enden der äußeren KammersegmenteCross section at the distal ends of the outer chamber segments
- 1414
- Querschnittsabschnittcross section
- 1515
- Querschnittsabschnittcross section
- 1616
- Einlassstutzeninlet port
- 1717
- KörperBody
- 1818
- Bodenfloor
- 1919
- zylindrische Wandungcylindrical wall
- 2020
- Einlassstutzen-ÖffnungInlet port opening
- 2121
- Öffnungopening
- 2222
- Aufnahmevorrichtungrecording device
- 2323
- Transporteinrichtungtransport device
- 2424
- Hubtischlifting table
- 2525
- Klemmvorrichtungclamping device
- 2626
- Rollgangsrollenroller table rollers
- 2727
- Temperatursensor / PyrometerTemperature sensor / pyrometer
- 2828
- Rechnereinheitcomputing unit
- 2929
- Gebläseeinrichtung / VentilatorBlower device / fan
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 1412543 B1 [0002]EP 1412543 B1 [0002]
- US 4913747 [0003]US4913747 [0003]
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-
2021
- 2021-11-08 DE DE102021212523.9A patent/DE102021212523A1/en active Pending
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Norm DIN EN 13674-1 2017-07-00. Bahnanwendungen - Oberbau - Schienen - Teil 1: Vignolschienen ab 46 kg/m; Deutsche Fassung EN 13674-1:2011+A1:2017 |
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