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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur regelbaren Kühlung von
Walzgut nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bisheriger Stand der Technik
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Die
DE 40 09 743 A1 beschreibt
ein Kühlrohr zum
Abkühlen
von Walzmaterial. Das Kühlrohr
umfasst ein Gleich- und ein Gegenstromteil sowie eine Kühlwasserzuführung mit
konisch verstellbaren Ringspaltdüsen.
Die Spaltweiten der konischen Ringspalte sind unabhängig voneinander
einstellbar.
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Eine
andere Vorrichtung zum Kühlen
von Walzprofilen ist in der
DE
42 389 60 A1 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung werden
Profilkörper
in einem Kühlrohr
angeordnet, wobei die Profilkörper
Ausnehmungen aufweisen, die in ihrem Querschnitt der Form und der
Größe des zu
kühlenden
Walzprofils angepasst sind, so dass sich ein Führungskanal für das Walzprofil
ergibt. Das Kühlwasser
wird in und entgegen der Durchlaufrichtung des Walzprofils aus der
Kühlvorrichtung
herausgeleitet, so dass das zu kühlende
Walzprofil allseitig von Kühlwasser
benetzt wird.
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Außerdem wird
eine Einrichtung zum Entfernen von Kühlwasser in einer Wasserkühleinrichtung für schnelllaufenden
Walzdraht in der
DE
71 34 676 U gezeigt. Die Kühleinrichtung umfasst eine
Wasserkühlstrecke,
die mit einem Auslauftrichter abschließt. Um zu verhindern, dass
das Kühlwasser
als ein den Draht umgebender Stahl aus dem Trichter austritt, wird
dem Trichter nachgeschaltet eine Spritzvorrichtung angeordnet. Die
Spritzvorrichtung ist als Ringschlitzdüse ausgestaltet.
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Es
ist eine Vorrichtung zur Kühlung
und hydraulischen Förderung
von Walzprodukten bekannt, die eine Reihe von aufeinanderfolgenden
Sektionen aufweist, die jeweils eine Spritzdüse und eine Kühlkammer
umfassen, wobei die Spritzdüse
jeder Sektion aus einem Gehäuse,
einem Aufnahmetrichter und einem Mantel besteht, der im Inneren
des Spritzdüsengehäuses gelagert
ist und die perforiert ausgebildete Außenfläche des Aufnahmetrichters umgibt,
wobei die Vorrichtung mit einem Rohrstutzen zum Einleiten des Kühlmittels
in einen Raum zwischen dem Mantel und dem Aufnahmetrichter und mit
einer an der Gewindeoberfläche
des Aufnahmetrichters gelagerten Mutter mit einem Kegelschaft versehen
ist, der in einem Ringspalt zwischen der Außenfläche des Aufnahmetrichters und
dem Spritzdüsengehäuse angeordnet
ist (
SU 1555373 , C 21
D 1/62, 07.04.1990).
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Der
Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass sie keine Einstellung
des Verhältnisses
der Ausdehnung der Kühl-
und Temperaturausgleichszonen über
den Walzgutquerschnitt gewährleistet,
da beim Abschalten nur einer Sektion die Intensität der Kühlung in
dieser Sektion herabgesetzt wird und kein Absperren des Kühlmittels
erfolgt, weil es aus dem Wassersammelmantel
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Darüber hinaus
ist eine Vorrichtung zur Kühlung
von Walzgut bekannt, die eine Reihe von aufeinanderfolgenden Sektionen
aufweist, die jeweils eine Spritzdüse, eine Kühlkammer, eine mit einem System
zum Abführen
des verbrauchten Kühlmittels
in wechselseitigem Zusammenhang stehende Absperreinheit und eine
Führung
zum Temperaturausgleich umfassen (W.I.Gubinskij, A.N.Minajew, J.W.Gontscharow „Umenschenije
okalinoobrasowanija pri proizwodstwe prokata", Kiew, „Tekhnika", 1981, S. 78).
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In
dieser Vorrichtung erfolgt die Regelung der Kühlung des Walzgutes durch Änderung
der in die Kühlkammer
ohne Änderbarkeit
deren Länge
einströmenden
Menge des Hochdruckkühlmittels,
was es nicht erlaubt, das Verhältnis
der Ausdehnungen der Kühl- und Temperaturausgleichszonen
einzustellen. Dies ist dadurch bedingt, dass die einzelnen Kühlkammern
auf der Fertigungsstrecke starr fixiert sind, was auch die Ausdehnung
der Temperaturausgleichszonen fixiert. Beim Kühlen eines breiten Profil- und Markensortimentes
des Walzgutes und beim Vorhandensein darin von hochlegierten speziellen Stahlsorten
erlaubt es nicht die bekannte Vorrichtung, erforderliche Verbrauchseigenschaften
der Produkte zu erhalten.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Möglichkeit der diskreten Änderung
der Kühlkammerlänge in einer
Vorrichtung zur regelbaren Kühlung
von Walzgut zu gewährleisten,
was es erlaubt, das Verhältnis
der Ausdehnungen der Kühl-
und Temperaturausgleichszonen einzustellen.
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Die
gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur
regelbaren Kühlung
von Walzgut, die eine Reihe von aufeinanderfolgenden Sektionen aufweist,
die jeweils eine Spritzdüse,
eine Kühlkammer,
eine mit einem System zum Abführen des
verbrauchten Kühlmittels
in wechselseitigem Zusammenhang stehende Absperreinheit und eine Führung zum
Temperaturausgleich umfassen, zusätzlich mit mindestens einer
mit einem System zur Entnahme eines Teiles des Kühlmittels versehenen Absperreinheit
versehen ist, die mit einer Steuerkolbeneinheit verbunden ist, die
aus einem Gehäuse
besteht, das in zwei Hohlräume
durch ein längs
der Kammerlängsachse
bewegliches Teilungselement mit einer daran befestigten Führung geteilt
ist, deren Endbereiche derart ausgebildet sind, dass mit dem Gehäuse eine
Gleich- und eine Gegenstromdüse
gebildet werden, wobei jeder Hohlraum über ein Absperrventil mit dem
System zur Entnahme eines Teiles des Kühlmittels und der Hohlraum
mit der Gegenstromdüse
mit dem mit einem Ablassventil versehenen System zum Abführen des
verbrauchten Kühlmittels
in wechselseitigem Zusammenhang steht.
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Es
ist zweckmäßig, das
System zur Entnahme eines Teiles des Kühlmittels in Form von Abführkanälen in den
Wänden
der Kühlkammer
vor der örtlichen
Verjüngung
deren Innenkanals auszubilden.
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Es
ist auch zweckmäßig, das
Teilungselement als elastisch verformbare Ringmembrane auszubilden,
die am Aussenumfang im Gehäuse
der Steuerkolbeneinheit befestigt ist.
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Darüber hinaus
kann das Teilungselement als Kolben ausgebildet sein, der in einem
zylinderförmigen
im Gehäuse
der Steuerkolbeneinheit gebildeten Hohlraum verschiebbar gelagert
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
die zusätzliche
Absperreinheit auf einer Länge angeordnet
sein, die zumindest 0,1 der gesamten Ausdehnung der Kühlkammer
beträgt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
eine Ansicht einer Sektion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur regelbaren
Kühlung von
Walzgut,
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2:
eine zusätzliche
Absperreinheit im Längsschnitt.
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Die
Vorrichtung weist eine Reihe von aufeinanderfolgenden Sektionen
auf, die jeweils eine Druckspritzdüse 1, eine rohrförmige Kühlkammer 2, eine
mit einem System 4 zum Abführen des verbrauchten Kühlmittels
in wechselseitigem Zusammenhang stehende Absperreinheit 3 und
eine rohrförmige
Führung 5 zum
Temperaturausgleich umfassen.
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Auf
einer Länge
der Kammer 2 ab 0,1 deren gesamten Estreckung ist zusätzlich mindestens
eine Absperreinheit 6 angeordnet, die ein System 7 zur Entnahme
eines Teiles des Kühlmittels,
ein System 8 zum Abführen
des verbrauchten Kühlmittels
und eine Steuerkolbeneinheit 9 aufweist.
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Die
Steuerkolbeneinheit 9 besteht aus einem Gehäuse 10,
das in zwei Hohlräume 11, 12 durch
ein relativ zur Längsachse
der Kammer 2 bewegliches Teilungselement geteilt ist, das
als mit ihrer Aussenkontur im Gehäuse 10 befestigten
Ringmembrane aus elastisch verformbarem Material ausgebildet ist. In
der Membrane 13 ist eine Führung 14 mit einem
Innenkanal 15 befestigt. Die End bereiche der Führung 14 sind
kugelförmig
ausgebildet und bilden mit den konischen Abschnitten der Innenfläche des
Gehäuses 10 eine
Gleichstromduese 16 und eine Gegenstromdüse 17.
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Das
System 7 zur Entnahme eines Teiles des Kühlmittels
ist in Form von Abführkanälen 18 in
den Wänden
der Kühlkammer 2 vor
der örtlichen
Verjungung in Form einer Hülse 19 mit
einem Innenkanal 20 ausgebildet, dessen Durchmesser kleiner
ist als der der Kühlkammer 2.
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Die
Hohlräume 11, 12 stehen über ein
Dreiwegeabsperrventil 21 mit den Abführkanälen 18 des Systems 7 zur
Entnahme eines Teiles des Kühlmittels in
wechselseitigem Zusammenhang. Der Hohlraum 11 mit der Gegenstromdüse 17 steht
mit dem mit einem Zweiwegeablassventil 22 versehehen System 8 zum
Abführen
des verbrauchten Kühlmittels
in wechselseitigem Zusammenhang.
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Die
Vorrichtung arbeitet folgenderweise.
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Mit
dem Beginn des Walzens in einem Walzwerk erfolgt das Einleiten des
Kühlmittels,
z.B. Hochdruckwassers, in die Sektionen der Vorrichtung durch die
Druckspritzdüsen 1.
Die Anzahl der arbeitenden Sektionen, die Durchflussmenge und der
Druck des Kühlmittels
in jeder Druckspritzdüse
wird je nach der gesamten Wärmeentnahme
und des Kühlungsbetriebes
für jedes
konkretes Walzsortiment bestimmt. Das Kühlmittel strömt durch
das Mundstück
der Spritzdüse 1 in
Form eines kontinuierlichen Stromes in den Innenkanal 20 der
Kühlkammer 2 ein,
wo längs
deren Längsachse
das zu kühlenden
Walzgut, z.B. der Walzdraht mit einem Durchmesser von 5,5 mm, gefordert
wird. Indem der Kühlmittelstrom
die Walzgutoberfläche
umströmt,
entnimmt er die notwen dige Wärmemenge,
so dass die erforderliche Metallstruktur geformt wird. Nach der
Erwärmung
in der Kammer 2 gelangt das verbrauchte Kühlmittel
in die Absperreinheit 3, wo es ins System 4 vollständig abgeführt wird.
Das Walzgut bewegt sich weiter und gelangt in die rohrförmige Führung 5 zum
Temperaturausgleich. Bei der Bewegung innerhalb der Führung 5 erfolgt
im Walzgut die Umverteilung der Wärme vom heissen Kern zum übergekühlten Oberfläche und
verringert sich der Temperaturgradient über dessen Querschnitt. Das
setzt die Wärme-
und Phasenspannungen im Metall herab sowie schafft günstige Bedingungen
für die
regelbare Wärmeentnahme
in den nachfolgenden Sektionen und für die Formung einer gleichmäßigeren
Struktur über
den Walzgutquerschnitt.
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Sollte
der Vorgang der Walzgutkühlung
geregelt werden, wird die Kühlkammerlänge und
die Summenausdehnung der Temperaturausgleichszone in jeder Sektion
geändert.
Die Verringerung der Kühlkammerlänge erfolgt
durch die zusätzliche
Absperreinheit 6. Dazu wird dem Innenkanal der Kammer 2 über das
System 7 ein Teil des Kühlmittels
entnommen, der entweder in den Hohlraum 11 oder in den Hohlraum 12 der
Steuerkolbeneinheit 9 eingeleitet wird. Die Verteilung
des Kühlmittels
zwischen den Hohlräumen 11, 12 erfolgt
mit Hilfe des Dreiwegeabsperrventils 21. Beim Einschalten
des Ventils 21 zum Einleiten des entnommenen Teils des
Kühlmittels
in den Hohlraum 11 erhöht
sich der Druck in dieser. Die Ringmembrane 13 verformt
sich elastisch, indem sie sich relativ zur Längsachse der Kammer 2 zusammen
mit der darin befestigten Führung 14 bis
zum Anschlag deren kugelförmigen
Endabschnitts am konischen Abschnitt der Innenfläche des Gehäuses 10 der Gleichstromdüse 16 bewegt.
Am gegenüberliegenden
Ende der Führung 14 bildet
sich die Gegenstromdüse 17 mit
dem maximalen Spiel. Der entnommene Teil des Kühlmittels gelangt über die
Gegenstromdüse 17 in
den Innenkanal der Kammer 2 innerhalb des Wirkungsbereiches
des Systems 8 zum Abführen
des Kühlmittels
entgegen dem übrigen
Teil des Kühlmittelstromes.
Die beiden Teile des Kühlmittelstromes,
indem sie sich gegeneinander stoßen und miteinander zusammenwirken,
werden über
das System 8 vollständig
entfernt. Dabei ist das Zweiwegeventil 22 vollständig geöffnet. Das
zu kühlende Walzgut
wird über
den Innenkanal 15 der Führung 14 durch
die Fertigungsstrecke weiter gefördert,
wo in Abwesenheit des Kühlmittels
der Temperaturausgleichsvorgang über
den Walzgutquerschnitt beginnt. Dieser Vorgang setzt innerhalb der
gesamten übrigen
Länge der
Sektion bis zum Anfang der nächsten Sektion
fort. Alle Sektionen der Vorrichtung nacheinander durchlaufend gelangt
das Walzgut periodisch in die Zonen der intensiven Kühlung und
des Ausgleichs, das Verhältnis
der Ausdehnungen derer je nach der erforderlichen Intensivität und der
Größe der Wärmeentnahme
geregelt wird, um dem Produkt die notwendige Gesamtheit der Verbrauchereigenschaften
zu verleihen.
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Die
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur regelbaren Kühlung
von Walzgut erlaubt es, in den Bedingungen von Drahtwalzwerken die
Produktion von Walzdraht aus speziellen hochlegierten Stahlsorten,
z.B. aus Kugellager- und rostfreien Stählen, aufzunehmen.