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Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Draht Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Draht od. dgl., bei welcher in einer von einem
Gehäuse umschlossenen Kammer eine im allgemeinen zylindrische umlaufende und beheizte
und/ oder gekühlte Trommel angeordnet is:, um die der Draht spiralförmig in der
Weise fortlaufend herumgewunden wird, daß er durch die Karr.-mer unter Temperaturänderung
vorrückt. Eine solche Vorrichtung dient insbesondere dem Patentieren von Stahldrähten
mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25 % und darüber, um darin ein sorbitisches Gefüge
zu erzeugen, welches bekanntlich hohe Zugfestigkeit mit hoher Zähigkeit vereinigt
und dem Draht die Fähigkeit verleiht, starker Streckung zu widerstehen. Außerdem
beseitigt das Patentieren auch die Wirkung eines vorhergehenden Kaltziehens.
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Bekannterweise wird das Patentieren gewöhnlich als kontinuierliches
Verfahren durchgeführt, wobei der Draht erst auf eine über seiner kritischen Temperatur
liegende Temperatur erhitzt wird und dann verhältnismäßig schnell unter diese kritische
Temperatur abgekühlt wird. Praktisch kann man drei Patentierungsmethoden unterscheiden.
Beim ersten Verfahren wird der Draht erhitzt, indem er durch einen Kanalofen durchgezogen
wird; die Kühlung erfolgt durch Abziehen des Drahtes aus dem Ofen in die Außenluft.
Dieses Verfahren wird als »altes Patentierungsverfahren« bezeichnet. Beim zweiten
Verfahren wird der Draht wie oben in einem Kanalofen erhitzt und dann in ein Bad
mit verlältnis_-nä%i kühlem Blei abgczogen; dieses Verfahren ist als »metallische
Härtung« bekannt. Beim dritten Verfahren wird der Draht erst in einem sehr heißen
Bleibad erhitzt und dann in einem kühleren Bleibad abgekühlt; dies ist das »Doppe!Ibleibadverfahren<;.
Beim Drahtziehen ist es keinesfalls ungewöhnlich, den Draht mit Geschwindigkeiten
von über 1300 m/Min. zu ziehen, zu wickeln oder anderweitig zu behandeln oder zu
handhaben.
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Bei bekannten Patentierungsverfahren wird der Draht mit verhältnismäßig
langsamer Geschwindigkeit (z. B. 12 m/Min.) durch die Beheizungseinrichtung durchgezogen,
so daß er gleichmäßig auf die erwünschte Temperatur gebracht wird. Wenn daher die
Patentierungsanlage mit der Ziehpresse Schritt halten soll, muß eine große Anzahl
von Drähten von Rollen oder Spulen abgezogen und durch die Patentierungsanlage durchgeführt
werden, worauf sie dann zum Weiterziehen oder zur weiteren Behandlung mit einer
Geschwindigkeit von z. B. 130 m/Min. aufgewickelt werden. Dieses Verfahren erfordert
eine Vielzahl von Spulen und Aufspulanlagen für jede Patentierungsanlage, und die
Drähte werden auch an verschiedenen Stellen durch die Beheizungs- und Abkühlungsanlage
durchgeführt, so daß die gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung aller Drähte schwierig
ist.
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Zur Durchführung solcher Patentierungsverfahren sind Vorrichtungen
bekannt, bei denen in einer von einem Gehäuse umschlossenen Kammer eine umlaufende
und beheizte Trommel angeordnet ist, um die der Draht spiralig in der Weise fortlaufend
herumgewunden wird, daß er durch die Kammer unter Erhitzung vorrückt. Bei diesen
Vorrichtungen wird der Draht entweder über mehrere Walzen geführt, oder er läuft
in weit auseinanderliegenden Schlingen um eine Walze. Auf diese Weise können nur
geringe Drahtlängen gleichzeitig einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Es ist
daher nicht möglich, den Draht bei hohen Geschwindigkeiten hindurchzuführen, wenn
die Vorrichtung nicht außerordentlich große Abmessungen erhalten soll.
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Ziel der Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu überwinden. Dies
wird dadurch erreicht, daß außerhalb des Gehäuses und an einem gekühlten Abschnitt
der Trommel ein mit der Trommel verbundener und mit ihr umlaufender Treibering vorgesehen
ist, welcher von ortsfesten Walzen bezüglich einer zur Trommelachse transversal
verlaufenden Ebene in geneigter Stellung gehalten ist.
Mit einer
solchen Vorrichtung läßt sich der Draht kontinuierlich und sukzessive in Form von
eng aneinanderliegenden schraubenförmigen Schlingen auf die Trommel aufwickeln und
auf ihr zwecks Wärmebehandlung weiterschieben. Der Draht kann hierbei mit außerordentlich
großer Geschwindigkeit zugeführt und unter genau eingehaltenen Temperaturbedingungen
gehalten werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl zum Erwärmen des Drahtes
wie auch zu dessen Abkühlung verwendet werden. Gemäß einer besonderen Ausbildung
der Erfindung wird der Draht in einer solchen Vorrichtung erwärmt und anschließend
in einer entsprechenden Vorrichtung wieder abgekühlt. In der einen Vorrichtung werden
dabei die um eine Trommel gewickelten schraubenförmigen Drahtschlingen im Ofen über
seine kritische Temperatur erhitzt und dann in der anderen Vorrichtung durch ein
Bleibad geführt, in dem sie wieder abgekühlt werden. Dadurch, daß eine große Drahtmenge
auf den Trommeln gespeichert ist, erübrigt sich trotz der hohen Geschwindigkeiten
eine Speicherung und Spulung des patentierten Drahtes vor dem Ziehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt die folgenden Teile: a) einen
Beheizungsofen, in welchem der Draht beispielsweise auf 950° C erhitzt wird, b)
eine Kühlungsanlage, in welcher der erhitzte Draht auf eine Temperatur von beispielsweise
zwischen 480 und 590°C abgekühlt wird, c) eine Reinigungsanlage, in welcher der
gekühlte Draht in einem Säurebad od. dgl. gereinigt oder gebeizt wird, wobei dieses
Säurebad vorzugsweise dauernd gekühlt wird, um dem Draht Wärme zu entziehen, d)
eine Spülanlage, welche einen Wasserbehälter umfassen kann, durch welchen der schraubenförmig
geschlungene Draht durchgeht, e) eine Beschichtungsanlage, in welcher die Drahtschlingen
mit Kalk, Borax oder einem anderen Ziehmittelbelag versehen werden, f) eine Trockenanlage,
in welcher der patentierte, mit einem Belag versehene Draht heißen Luftströmen ausgesetzt
wird, welche den Belag trocknen.
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Alle vorgenannten Vorgänge gehen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit
vor sich, so daß der patentierte, gebeizte, gespülte, bestrichene und getrocknete
Draht unmittelbar aus der Trockenanlage ohne weitere Spülung der Ziehpresse zugeleitet
werden kann.
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Weitere Vorteile und Kennzeichen der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung und den Zeichnungen hervor, welche beispielsweise Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Gegenstandes darstellen: In den Zeichnungen stellt dar F i
g. 1 einen vertikalen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines
Beheizun,sofen, F i g. 2 einen Aufriß mit teilweisen Querschnitt einer Kühlungsanlage,
in welcher der aus dem Ofen nach F i g. 1 kommende Draht verhältnismäßig schnell
durch die kritische Temperatur hindurch so gekühlt wird, daß das gewünschte sorbitische
Gefüge zustande kommt, F i g. 3 einen teilweisen vertikalen Querschnitt durch eine
andere Ausführungsform des Beheizungsofens, wobei der um eine umlaufende Trommel
im Ofen gewickelte Draht den Heizgasen od. dgl. ausgesetzt wird, F i g. 4 ein Diagramm
und zeigt schematisch die Anordnung einiger der in F i g. 1 bis 3 gezeigten Anlagen
zur vollständigen und kontinuierlichen Behandlung von Draht bei verhältnismäßig
hoher Geschwindigkeit.
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Mit Bezug auf die Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Beheizungsofen 1,
durch welchen Draht W von einer geeigneten Quelle kontinuierlich durchgezogen und
stark erhitzt wird. Bei der Patentierung von Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt
von mehr als 0,2511/o erfolgt diese Beheizung bei einer die kritische Temperatur
übersteigenden Temperatur. Der Ofen 1 umfaßt ein Grundgestell t mit einer mittigen,
vertikalen Antriebswelle 3, die mittels geeigneter, nicht dargestellter Lager in
der Wellenstütze 4 gelagert und über ein geeignetes Getriebe 6 durch einen Elektromotor
5 angetrieben wird. Mit dem oberen Ende dieser Antriebswelle 3 ist der Kopf 7 einer
umlaufenden Hohltrommel 8 verkeilt, deren Rand 9 in hängender Stellung durch Schrauben
10 am Kopf 7 befestigt ist. Der Kopf 7 kann mit einem feuerfesten Werkstoff 11 ausgelegt
sein, um die intensive Hitze darunter und innerhalb der Trommel 9 zu halten. Auf
dem Grundgestell 2, unterhalb des Trommelkopfes 7 und innerhalb des zylindrischen
Randes 9 der Trommel 8, befinden sich kreisförmig angeordnete Serien von
Heizelementen 1.2, welchen eine Mischung von Heizgasen und Luft durch die Krümmer
14 und Rohrleitungen 15 zugeleitet wird. Die Gasbrenner 12 sind demnach radial nach
außen und gegen die Innenseite der zylindrischen Teile 9 der Trommel 8 gerichtet
und beheizen diese bei um die Brenner 12 umlaufender Trommel 8 auf die gewünschte
Temperatur.
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Die Abgase innerhalb der Trommel 8 werden durch die radial angeordneten
öffnungen 16 abgeleitet, welche an einen Abgaskrümmer 17 angeschlossen sind, der
seinerseits mit einem nicht dargestellten Absaugventilator verbunden ist.
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Der untere Teil des Randes 9 besitzt eine ringförmige Rille 18, die
mit einem Isolierstoff 19 so gefüllt sein kann, daß die intensive Hitze des Randes
9 vom unteren Teil 20 der Trommel abgehalten wird, wobei diese Teile 20 und 9 miteinander
durch geeignete Schraubenbolzen od. dgl. verbunden sind.
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Damit die Welle 3 nicht die ganze Last der Trommel abstützen muß,
ist der untere Teil 20 mit einem Flansch 21 am Umfang ausgestattet, welcher auf
einer Reihe von radial angeordneten Walzen 22 ruht, die in einem am Grundgestell
2 befestigten Stützring 23 gelagert sind.
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Mit dem unteren Teil 20 ist der Hochtreibring 24 verkeilt, der sich
mit demselben dreht; dieser Ring 24 ist auf radialen Walzen abgestützt, deren Achsen
in einer zur horizontalen geneigten Ebene liegen und daher zur Ebene, in welcher
die anderen, die Trommel abstützenden Walzen 22 liegen, nicht parallel sind.
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Der Hochtreibring 24 hat einen oberen, verschleißfesten Ring 26; wenn
daher der Draht W entlang einer Tangente der Trommel über der untersten Walze 25
in den Ofen 1 eingebracht und schraubenförmig um die Trommel 8 gewickelt wird, bewirkt
die Drehung der Trommel 8 mit dem unteren Teil 20 zusammen mit dem Hochtreibring
24, daß die schraubenförmig liegenden Drahtschlingen W nach oben gestoßen werden,
während sie mit dem beheizten
Rand 9 im Eingriff stehen. Die oberste
Wicklung des Drahtes W wird aus dem Ofen 1 entlang einer Tangente der Trommel 8
durch einen Schlitz 27 in der feuerfesten Haube 28 abgezogen, welche um die Trommel
8 angeordnet ist. Die Ofenhaube 28 hat an gegenüberliegenden Seiten vertikale Führungen
29, welche in Rippen 30 auf den senkrechten Säulen 31 gleiten. An gegenüberliegenden
Seiten der Haube 28 sind ebenfalls Ketten 32 befestigt, welche über Kettenräder
34 laufen, die auf einer Querwelle 35 sitzen; diese Welle 35 ist in Lagern 36 am
oberen Ende der Säulen 31 gelagert. An den anderen Enden der Ketten 32 sind Gegengewichte
37 befestigt, deren Gesamtgewicht ungefähr dem Gesamtgewicht der Haube 28 entspricht.
Die Welle 35 kann die Kettenräder 34 beispielsweise mittels eines umsteuerbaren
Elektromotors 38 so drehen, daß die Haube 28 gehoben und gesenkt werden kann. Wie
bereits beschrieben, hat die Haube 28 einen tangentialen Schlitz, durch welchen
der Draht kontinuierlich abgezogen werden kann.
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Der untere Teil 20 der Trommel 8 wird durch ein ringförmiges
Rohr 39 wassergekühlt, welches eine Reihe von Auslaßöffnungen 40 hat, durch welche
Wasserstrahlen gegen den Teil 20 gespritzt werden, in welchem der Draht W zu Beginn
des Vorgangs bei der Einführung in den Ofen 1 um die Trommel 8 gewickelt ist. Außerdem
sorgt ein nicht gezeigter Ventilator, der am Ringkrümmer 41 an den Säulen
42 des Grundgestells angebracht ist, dafür, daß der Hochtreibring 24 und
der untere Teil 20 dauernd von Luft umströmt sind. Der Krümmer
41 hat eine Serie von Öffnungen 43, um den Fluß von Luft über den Hochtreibring
24 zu erleichtern.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird der Draht bei einem Trommeldurchmesser
von etwa 2,75 m und bei einer Trommeldrehzahl von 42,5 Umdr.fMin. mit 365 m/Min.
laufen; jede Wicklung des Drahtes W um den beheizten Teil 9 der Trommel
8 ist etwa 9,15 m lang, so daß bei beispielsweise vierzig Wicklungen jederzeit
ungefähr 365 m Draht im Ofen 1 sind. Bei der vorgenannten Arbeitsgeschwindigkeit
von 365 m/ Min. befindet sich der Draht daher jeweils 1 Minute lang im Ofen
1 und steht in unmittelbarem Wärmeaustauschverhältnis mit dem Rand 9 der
Trommel K, wodurch gleichmäßige und genaue Erhitzung des Drahtes W stattfindet.
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Der in F i g. 1 gestrichelt gezeichnete, erhitzte Draht W kann aus
dem Ofen über eine Rolle und durch die Mittelöffnung 45 der Haube 28 abgezogen werden.
Erwünschtenfalls kann eine weitere Öffnung in der Haube vorgesehen sein, um den
kontinuierlichen Fluß eines inerten Gases über den Kopf 7 der Trommel 8 und von
hier entlang der erwärmten Seite durch Öffnungen 43 in den Krümmer
41 zu ermöglichen.
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Einem anderen Merkmal der Erfindung zufolge kann ein inertes Gas durch
die mittige Öffnung 45
der Haube 28 eingelassen werden, so daß ein kontinuierlicher
Fluß des Gases über den Kopf 7 der Trommel und entlang der erhitzten Seite durch
die Öffnungen 43 in den ringförmigen Krümmer 41 zustande kommt. Die
Kühlluft fließt über den Hochtreibring 24 und entlang des oberen Segments
des Teils 20 in den Krümmer 41, so daß der erhitzte Draht W nicht
der Luft ausgesetzt ist. Es ist zu bemerken, daß der Hochtreibring 24 seitenmäßig
durch am Stützring 23 vorgesehene Walzen 46 abgestützt ist. In F i
g. 2 ist eine Kühlungsanlage 50 dargestellt. Diese umfaßt einen Behälter
51 für Öl, Salz, Blei oder ein anderes Kühlmittel, wobei der Behälter durch
ein durch die Leitungen 55 zirkulierendes Heizmedium auf die gewünschte Temperatur
gebracht werden kann, bei welcher das Kühlmittel, wenn es, wie beispielsweise Salz
oder Blei, fest ist, schmilzt, während der Behälter nach dem Beginn des Patentierens
gekühlt werden kann, um zu verhindern, daß das Kühlungsbad trotz der dem Draht entzogenen
Wärme nicht eine gewisse Temperatur überschreitet.
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In diesem Bleibad 51 od. dgl. befindet sich eine umlaufende Trommel
52 ähnlicher Konstruktion wie die Trommel nach F i g. 1, jedoch in umgekehrter Anordnung,
so daß die Antriebswelle 53 sich oben befindet und die Trommel 52 von Rollen 54
im Grundgestell oder Trommelabstützaggregat 56 herabhängt, welches entlang der Säulen
57 vertikal bewegt werden kann. Während der Rotation der Trommel 52 wirkt
ein Abtriebring 58, der durch eine Reihe geneigter Walzen 59 abgestützt und
durch Walzen 60 seitenmäßig geführt wird, derart, daß er die Drahtschlingen W entlang
des unteren Teiles 61 der Trommel dauernd nach unten stößt. Der Antriebring weist
einen unteren verschleißfesten Ring 69 auf, auf welchem der Draht eingeführt wird.
Dies ist besonders wichtig im Falle eines Bleibades, da das spezifische Gewicht
des flüssigen Bleis im Tank 51 bedeutend höher ist als das des zu behandelnden Stahldrahtes.
Der gekühlte Draht W wird vom unteren Teil 61 der Trommel 51 abgenommen
und läuft unter einer festen Führung 62 aus dem Bleibad den weiteren Behandlungsstadien
zu.
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Die Kühltrommel 52 kann natürlich vom Antriebsmotor der Heiztrommel
8 angetrieben werden; vorzugsweise werden jedoch ein selbstständiger Antriebsmotor
63 und ein Getriebe 64 benutzt, deren Drehzahl variabel ist, so daß der Draht unter
der richtigen Spannung läuft. Der obere Teil des Mechanismus nach F i g. 2 kann
der Ausbildung nach F i g. 1 ähneln, wobei jedoch die Trommel 52 (und nicht die
Haube.28) aus dem Kühlungsbad herausgehoben oder in dasselbe abgesenkt werden kann,
so daß das Umlegen der Trommel in angehobener Stellung erleichtert wird. Die Ketten
65 in F i g. 2 sind an einem Ende der Trommelstütze 56 befestigt und können an ihrem
anderen Ende Gegengewichte 37 tragen, wie in F i g. 1 dargestellt.
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Der in F i g. 3 gezeigte Heizofen ähnelt im allgemeinen dem Ofen nach
F i g. 1 und hat eine umlaufende Trommeleinrichtung 80, um welche der Draht
W gewickelt werden kann. Die Trommeleinrichtung ist mit einem Hochtreibring
81 ausgestattet, welcher die Wicklung kontinuierlich nach oben in die Haube
82
schiebt, wie bereits bei F i g. 1 erklärt ist. Der obere Teil der Trommel
80 hat einzeln angeordnete Finger 83. Der erhitzte Draht W kann durch die
mittige öffnung 84 der Haube 82 entnommen werden, in welchem der automatische
Dämpfer fortfällt. Erwünschtenfalls kann der erhitzte Draht auch durch eine öffnung
86 in der Seite der Haube 82 entnommen werden. In diesem Fall sind die Gasbrenner
87 kreisförmig um den Oberteil der Trommel 80 so angeordnet, daß sie die
heißen Gase direkt gegen den Draht W führen. Außerdem können auch, wie in F i g.
1, ein oder mehrere (nicht dargestellte) innere Brenner vorgesehen sein, welche
den Draht und die Finger 83
erhitzen. Die Einrichtung nach
F i g. 3 hat ebenfalls eine Kühlstation, in diesem Fall eine wassergekühlte Kammer
89 im unteren Teil der Trommel 80, so daß dieser Teil gekühlt wird und sich der
Einsatz einer wärmefesten Speziallegierung, :vie sie für die Finger 83 verwendet
wird, erübrigt.
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Wie in F i g. 4 dargestellt, kann eine Vielzahl von Einheiten 90,
91, 92, 93, 94 und 95 der in F i g. 1, 2 und 3 gezeigten Art benutzt werden, um
den Draht vollkommen zur Spulung oder zum Ziehen zu behandeln. Der zu patentierende
und zu ziehende Draht läuft kontinuierlich durch den Beheizungsofen 90, beispielsweise
durch einen Ofen nach F i g. 1 oder 3 hindurch. Der beispielsweise auf 950° C erhitzte
Draht wird kontinuierlich vom Ofen 90 angezogen und läuft durch die Kühlungsanlage
91, welche im Falle eines Bleibades die Konstruktion nach F i g. 2 aufweist, und
in welcher der Draht auf 480 bis 590' C abgekühlt wird. Der gekühlte Draht wird
kontinuierlich von der Kühlungsanlage 91 in eine Beizanlage 92 geführt. welche wiederum
eine rotierende Trommel enthält, um welche der Draht spiralig gewickelt und in eine
Säure oder ein anderes Beizmittel getaucht wird. Vorzugsweise wird dieses Säurebad
kontinuierlich gekühlt, um die durch den Draht zugeführte Wärme äu beseitigen. Es
ist jedoch natürlich auch möglich, an Stelle der Kühlung der Säure eine Drahtkühlungsanlage
zwischen der Anlage 91 und der Beize 92 vorzusehen. Der Draht W wird dann weiter
kontinuierlich aus der Beizanlage 92 abgezogen und in eine Spülanlage eingeführt,
die wiederum eine rotierende Trommel umfaßt, um welche der Draht spiralig zur Tauchung
in das Spülwasser od. dgl. gewickelt wird. Von der Spülanlage 93 geht der Draht
kontinuierlich in eine Beschichtungsanlage 94. Auch diese umfaßt eine rotierende
Trommel, um welche der Draht spiralig zur Tauchung in Kalk, Borax od. dgl. gewickelt
wird. Schließlich gelangt der Draht kontinuierlich aus der Beschichtungsanlage 94
in die Trockenanlage 95, welche beispielsweise eine Trommel gleich jener der Anlage
90 umfaßt, um welche der Draht spiralig gewickelt wird, und auf welcher er eurem
heißen Gasstrom ausgesetzt wird, welcher das Trocknen des Kalk- oder Boraxbelags
besorgt. Aus dieser Trockenanlage 95 kann der patentierte, gebeizte, gewaschene,
beschichtete und getrocknete Draht kontinuizrlich und unmittelbar in die Ziehpresse
96 eingeführt werden. Hier erfolgen die gewünschten Streckungen, worauf der Draht
dann auf Spulen gewickelt oder weiteren Behandlungsstadien zugeführt wird. An Stelle
der Ziehpresse kann als letztes Stadium auch die Spulung erfolgen, worauf der Draht
dann einer entfernt gelegenen Ziehpresse zugeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet demgemäß die kontinuierliche
Patentierung und Vorbereitung eines einzelnen Drahtes zum Ziehen unter Beibehaltung
hoher linearer Geschwindigkeiten, welche den gewünschten Zieh- oder Aufspulgeschwindigkeiten
Schritt zu halten vermögen.