DE1608327C3 - Kuhlstrecke fur Walzdraht oder Stabmatenal - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kühlstrecke für Walzlraht oder Stabmaterial, bestehend aus einem Kühl- :ohr oder mehreren über weite Einströmöffnungen in eine Druckwasserleitung angeschlossenen hintereinander angeordneten Kühlrohren, wobei die beiden Enden jedes Kühlrohres mit verengten Endstücken für den Kühlwasserabfluß versehen sind.

Bei der Herstellung von Walzdraht oder Stabmaterial verläßt das Walzgut das letzte Walzgerüst mit einer Walzendtemperatur über 900° C. Anschließend wird das Walzgut abgekühlt, wobei die Abkühlung so geführt werden soll, daß sich — entsprechend dem Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild — ejn gut ziehbares Sekundärgefüge ergibt.

Ein derartiges Gefüge wird erreicht, wenn die Abkühlung bis zu Temperaturen oberhalb der Martensit-Temperatur sehr schnell und gleichmäßig über den Walzgutumfang und über die Walzgutlängc durchgeführt wird.

Es ist bekannt, daß das Abkühlen des Walzdrahtes oder Stabmaterials dadurch geschieht, daß das Walzgut durch offene mit Wasser gefüllte Kästen geführt wird; daß das Walzgut durch weite glatte Rohre geführt wird, bei denen das Wasser in der Regel durch öffnungen an der Rohroberseite und über einen großen Teil der Kühlrohrlänge eintritt; daß das Walzgut durch Ringdüsen od. dgl. geführt wird, die das Wasser mit Druck auf die Walzgutoberfläche spritzen.

Bekannt sind weiter kombinierte Kühlaggregate, bei denen das Abkühlen des Walzgutes dadurch geschieht, daß das Walzgut Kühiapparate durchläuft, in denen durch eine Ringdüse oder durch Bohrungen zuerst das Wasser mit Druck auf die Walzgutoberfläche gespritzt wird, und das Wasser weiter an der Walzgutoberfläche gehalten wird, wozu man das Wasser sowohl durch das walzgutdurchfahrene Innenrohr als auch durch Bohrungen in ein Mantelrohr und von dort wieder durch Bohrungen in das Innenrohr und weiter zu verengten Wasseraustrittsöffnungen strömen läßt. Bei einem anderen Beispiel erfolgt die Abkühlung des Walzgutes dadurch, daß man das Walzgut ebenfalls durch eine Reihe von Kühlaggregaten führt, in denen durch eine Ringdüse od. dgl. zuerst das Wasser mit Druck auf die Walzgutoberfläche gespritzt wird und das Wasser weiter drucklos an der Walzgutoberfläche gehalten wird, wozu man ein mit Entspannungsbohrungen versehenes Rohr — in Walzrichtung gesehen — hinter der Ringdüsc angeordnet hat.

Es sind umfangreiche Untersuchungen über die anzustrebenden optimalen Bedingungen für die Abkühlung von Walzdraht oder Stabmaterial bekannt gemacht worden. Die Untersuchungen ergaben, daß es für die erstrebenswerte Abkühlung qualitätsabhängig darauf ankommt, daß die Abkühlung — der Wärmeübergang — unmittelbar nach der Warmverformung möglichst groß ist. Der Wärmeübergang wird wesentlich durch die Ablösegeschwindigkeit der Dampfbläschen, die sich an der heißen Walzgutoberfiäche bilden, beeinflußt. Je größer die Dampfbläschen an der heißen Walzgutoberfläche werden können, desto geringer ist der Wärmeübergang.

Beim Betreiben der bekannten Kühlstrecken treten verschiedene Mangel am gekühjten Walzgut auf. Haben die Kühlaggregate für Walzdraht oder Stabmaterial einen großvolumigen Kühlwasserraum, so wird die un- und schlechtgekühlte Walzgutspitze sehr lang, da das Füllen des Kühlaggregates erst beginnen darf, wenn die Walzgutspitze gerade das Kühlaggregat durchfahren hat. Bei den immer höher werdenden Endwalzgeschwindigkeiten ist dies ein besonderer Nachteil, da bei vielen Qualitäten diese schlecht

gekühlte Spitze abgeschnitten werden muß und in den Schrott geht. Bei den Drahtkühlaggregaten, die in Rohren mit gleichbleibendem Durchmesser kühlen, ist die Oberflächentemperatur am gekühlten Walzgut für viele Qualitäten zu ungleichmäßig, da sich bei Rohren mit offenen Enden die wirksame Kühllänge durch das stark vibrierende und sich an die Rohrwandungen anlegende Walzgut ständig verändert. Bei Kühlstrecken, bei denen das Wasser nur mit Druck auf die Walzgutoberfläche gespritzt wird, ist der Druckwasserverbrauch sehr hoch. Bei den Drahtkühlaggregaten, bei denen Wasser mit Druck auf die Walzgutoberfläche gespritzt wird und es dann weiter an der Walzgutoberfläche gehalten wird, ist es von der konstruktiven Ausbildung abhängig, inwieweit durch die damit erreichte Senkung des Druckwasserverbrauchs eine größere Schwankung in der Oberflächentemperatur des gekühlten Walzgutes entsteht. Haben Kühlaggregate neben dem walzgutdurchlaufenden Strömungsraum noch Nebenströmungsräume, so herrschen in den verschiedenen Strömungsräumen verschiedene Strömungswiderstände, wodurch in Teilen des Kühlaggregates — mit bestimmter Frequenz — Vollverdampfungen eintreten, die Kältespitzen in der Oberflächentemperatur des gekühlten Walzgutes verursachen. Diese unerwünschte Erscheinung wird noch begünstigt, wenn bei diesen Aggregaten die öffnungen für den Kühlwasserabfluß die Kühlwassermenge drosseln, da dabei durch die geringere Kühlwassermenge die Frequenz der Temperaturschwankungen noch erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Abkühlung von Walzdraht oder Stabmaterial die Länge der ungleichmäßig gekühlten Walzgutspitze zu verringern, die Abkühlzeit zu verkürzen, die Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperatur über den Walzgutumfang und über die Walzgutlänge zu verbessern und dabei den Verbrauch an Kühlwasser zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Einströmöffnungen auf einem im Vergleich zur Rohrlänge kurzen Bereich in der Mitte des Kühlrohres angeordnet sind und daß der Innendurchmesser der verengten Endstücke für den Kühlwasserabfluß des Kühlrohres nur wenig größer — höchstens etwa doppelt so groß — ist als der Durchmesser des Walzgutes.

Die Einströmöffnungen für das Kühlwasser sind mit Vorteil auf einem im Vergleich zur Rohrlänge kurzen Bereich in der Mitte des Kühlrohres angeordnet, wodurch erreicht wird, daß die Strömungswege zu den Endstücken für den Kühlwasserabfluß ungefähr gleich lang sind.

Gemäß der Erfindung ist der Innendurchmesser der verengten Endstücke nur wenig größer als der Durchmesser des Walzgutes. Er ist höchstens doppelt so groß, vorzugsweise jedoch kleiner als das eineinhalbfache des Walzgutdurchmessers. Dieser Bemessung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Endstücke so geformt sein sollen, daß sie einen möglichst hohen Strömungswiderstand haben. Bei geringen Drahtdurchmessern wählt man den Innendurchmesser der Endstücke etwa 1,5 bis 2 mal so groß wie den Drahtdurchmesser. Bei größeren Walzgutdurchmessern kann der Innendurchmesser der Endstücke kleiner sein, er kann vorzugsweise weniger als das eineinhalbfache des Walzgutdurchmessers betragen.

Eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes der Endstücke läßt sich zweckmäßig durch zwei oder mehrere Engstellen mit dazwischenliegenden Aufweitungen in den Endstücken erreichen.

Im Kühlrohr selber herrscht ein etwas verminderter Druck gegenüber der Druckwasserleitung, der mindestens 2, vorzugsweise jedoch mehr als 4 atü betragen soll. Durch den im Kühlrohr herrschenden Druck und der sich aus der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers sich ergebenden

ίο hohen Turbulenz werden die sich an der heißen Walzgutoberfläche bildenden Dampfbläschen komprimiert, und damit ihre Wärmeisolation gegenüber der heißen Walzgutoberfläche vor dem Abreißen verringert, sowie die Dampfbläschenablösegeschwindigkeit und die Rekondensationsgeschwindigkeit gesteigert.

Bei dem erfindungsgemäßen Kühlrohr mit dem mittigen Eintritt des zur Abkühlung verwendeten Druckwassers und den verengten Endstücken wird ein einteiliger — in zwei Richtungen durchströmter — in seiner Länge konstanter Druckraum (Kühlraum) geschaffen, in dem sich, bei gleichbleibenden Eingangsmeßwerten des Walzgutes und des Kühlwassers, in jedem Rohrquerschnitt ein konstantes physikaiisches Milieu einstellt. Die Abkühlung kann dadurch exakt geführt werden.

Der Innendurchmesser der Kühlrohre ist zweckmäßig höchstens dreimal, vorzugsweise jedoch nicht mehr als doppelt so groß, wie der Durchmesser des stärksten auf der Anlage zu kühlenden Walzgutes. Durch die Wahl eines kleinen Innendurchmessers des Kühlrohres wird erreicht, daß sich das Kühlrohr in sehr kurzer Zeit mit Kühlwasser füllt.

Zum Erreichen einer besonders hohen Turbulenz ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Innenwand des Kühlrohres etwa nach Art eines Gewehrlaufes gedrallt ist.

Die Einströmöffnungen sind mit Vorteil weite Bohrungen in der Rohrwand der Kühlrohre, die das Rohrinnere mit dem Innenraum der das Kühlrohr umschließenden Anströmkästen verbinden. Die Anströmkästen sind an die Druckwasserleitung angeschlossen. Die Anströmkästen haben auch ein kleines Volumen, damit ihre Wasser-Füllzeit sehr kurz ist.

Die Bohrungen für die Einströmöffnungen sind auf den Umfang des Kühlrohres gleichmäßig verteilt. Die Achsen der Bohrungen für die Einströmöffnungen sind zum Rohrradius unter einem Winkel angeordnet, so daß sich eine tangentiale Einströmung ergibt, die die Turbulenz erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind die Bohrungen in zwei Gruppen aufgeteilt, denen voneinander getrennte und unabhängig voneinander mit Kühlwasser beaufschlagbare Anströmkästen zugeordnet sind. Je nachdem, ob man den einen, den anderen oder beide Anströmkästen mit Kühlwasser beaufschlagt, erreicht man eine Abstufung der Abkühlwirkung.
Zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Kühlrohren einer Kühlstrecke sind zweckmäßig Schotten mit engen Bohrungen für den Walzgutdurchtritt angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß in ein nicht mit Kühlwasser beaufschlagtes Kühlrohr ablaufendes Kühlwasser aus den benachbarten Kühlrohren nicht eindringen kann und so in diesem Rohr keine nicht führbare zusätzliche Abkühlung erfolgen kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die ungleichmäßig gekühlte

Walzgutspitze sehr kurz wird, da die Abkühlintensität sehr rasch voll wirksam wird. Durch die hohe Turbulenz im strömenden Kühlwasser im Kühlrohr, durch die konstante Länge der wirksamen Kühlrohrlänge, verbunden mit dem hohen erreichbaren Wärmeübergangswert wird gewährleistet, daß die Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperatur des gekühlten Walzgutes über den Walzgutumfang und über die Walzgutlänge eine gute ist. Der erreichbare hohe Wärmeübergangswert bewirkt eine sehr rasche Abkühlung und macht kürzere Kühlstrecken möglich oder erlaubt höhere Endwalzgeschwindigkeiten bei festgelegter Kühlstreckenlänge, wobei der Kühlwasserverbrauch vergleichsweise geringer ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Kühlstrecke mit mehreren Kühlrohren, F i g. 2 ein einzelnes Kühlrohr im Schnitt,

F i g. 3 das verengte Endstück eines Kühlrohres auf der Einlauf seite des Walzgutes,

F i g. 4 das verengte Endstück eines Kühlrohres auf der Auslaufseite des Walzgutes,

Fig. 5 den Schnitt A-B aus Fig. 2 durch ein Kühlrohr,

F i g. 6 einen Teil eines gedrallten Kühlrohres im Längsschnitt.

Die Kühlstrecke besteht aus mehreren koaxial hintereinander angeordnete Kühlrohre la, Ib, Ic, die von dem heißen Walzgut nach dem Verlassen des letzten Walzgerüstes in der Richtung des Pfeiles 13 durchlaufen werden. Der Innendurchmesser der Kühlrohre beträgt das eineinhalb- bis zweifache, höchstens das dreifache des größten Walzgutdurchmessers des Walzgutes das auf der Anlage abgekühlt werden soll. Die Länge der Kühlrohre beträgt 1 bis 2 m. Zwischen den einzelnen Kühlrohren sind Schotten 6 angeordnet. Diese bestehen aus Blechplatten, die eine mit den Kühlrohren fluchtende enge Bohrung 15 aufweisen.

Etwa in der Mitte eines jeden Kühlrohres sind die gleichmäßig über den Umfang verteilten Einströmöffnungen für das Kühlwasser angebracht. Diese sind gemäß F i g. 5 weite Bohrungen 14, deren Achsen zu den entsprechenden Radien des Kühlrohres geneigt sind, so daß das Kühlwasser tangential in den Kühlrohrinnenraum einströmt. Der Gesamtquerschnitt der Einströmöffnungen soll etwa von der gleichen Größenordnung sein wie der lichte Querschnitt des Kühlrohres. Die einzelne Einströmöffnung soll weit und nicht als enge Düse ausgebildet sein. Anzahl und/oder Querschnitt der Einströmöffnungen können von Anströmkasten zu Anströmkasten verschieden sein. Der Querschnitt der Einströmöffnungen in den beiden Anströmkästen eines Kühlrohres verhält sich vorzugsweise wie 2:1. Durch diese Abstufung in Verbindung mit den Einstellhähnen 5 ergibt sich die Steuerungsmöglichkeit für die Abkühlung, je nachdem ob man den einen oder den anderen oder beide Anströmkästen mit Kühlwasser beaufschlagt. Das Steuerventil 7 läßt dem Kühlrohr — automatisch in Abhängigkeit von der Lage der Walzgutspitze beim Durchlauf durch das Kühlrohr — das Kühlwasser aus der Druckwasserleitung 8 zuströmen.

An den Enden des Kühlrohres 1 befinden sich die Endstücke 3 und 4. Das Endstück 3 hat im vorderen Teil die Form des bekannten Trichters, damit ein sicheres Einfädeln des Walzgutes gewährleistet ist. Das Endstück 4 ist innen ebenfalls trichterförmig verengt. Der Innendurchmesser der Engstellen 9 in den Endstücken 3 und 4 beträgt höchstens das eineinhalb- bis zweifache des Walzgutdurchmessers. Hinter der Engstelle 9 befindet sich in dem Endstück 4 eine Aufweitung 10 mit einer Kreuzbohrung 11, an die sich eine weitere Engstelle 12 anschließt. Die Engstelle 12 dient im wesentlichen als Wasserfang. Das Wasser läuft größtenteils durch die Kreuzbohrung 11 ab. Die Engstelle 12 braucht nur so weit zu sein, daß das Walzgut ungehindert passieren kann. Die Endstücke 3 und 4 bestehen aus nichtrostendem warmfestem Material. Dadurch wird die Oberfläche des Walzgutes bestens geschont.

Da die Endstücke sich mit ihrer Engstelle 9 nach dem Walzgutdurchmesser richten sollen, sollen sie bei dem Übergang von einem Walzgutdurchmesser zu einem anderen ebenfalls gewechselt werden. Es ist jedoch angängig, bei Walzgut mit nur wenig verschiedenen Durchmessern die gleichen Endstücke zu verwenden. { (

In F i g. 6 ist ein anderes Kühlrohr 1' dargestellt, bei dem die Innenrohrwand nach Art eines Gewehrlaufes gedrallt ist. Dadurch wird, in Verbindung mit der tangentialen Einströmung des Kühlwassers, eine noch höhere Turbulenz im Kühlwasser beim Durchströmen des Kühlrohres erzielt.

Die Arbeitsweise der Anlage ist folgendermaßen:

Sobald die Spitze des Walzgutes 16 das Kühlrohr 1 durchlaufen hat und das hintere Endstück 4 erreicht hat, öffnet automatisch das Steuerventil 7. Das Kühlwasser, das vorher schon in den Anströmkästen 2 bis zur Unterkante des Kühlrohres gestanden hatte, strömt nun, je nach der Stellung der Einstellhähne 5, über den oder die Anströmkästen 2 und durch die Bohrungen 14 in das Kühlrohr 1 ein. Da das Volumen des Kühlrohres klein ist, erreicht das Kühlwasser im Bruchteil einer Sekunde die Endstücke 3 und 4. Im selben Augenblick stellt sich durch die verengten Endstücke der angestrebte Druck im Kühlrohr ein, und es beginnt die exakt geführte Abkühlung des Walzgutes. Sie dauert so über die ganze Walzgutlauf- i't

zeit an und ist jederzeit reproduzierbar. Sobald das ^* Walzgut das Kühlrohr verlassen hat, schaltet automatisch das Steuerventil 7 den Kühlwasserzufluß ab. Der Wasserverbrauch beträgt etwa ein Drittel oder weniger des Verbrauches bei herkömmlichen Kühlaggregaten. Da mit einer geringeren Wassermenge die Abkühlung erreicht wird, tritt das Kühlwasser mit vergleichsweise höherer Temperatur aus den Kühlrohren aus. Die jahreszeitliche Schwankung der Temperatur des Kühlwasser beim Einströmen in die Kühlrohre hat sich auf die Abkühlung als unbedeutend erwiesen. Auf Grund der Ausbildung des Kühlrohres liegt das Ende der Druckwasserleitung an die die Kühlrohre angeschlossen sind praktisch an den beiden verengten Endstücken des Kühlrohres.

Eine Anlage gemäß der Erfindung ist beispielsweise für Walzdraht von 5 bis 12 mm Durchmesser ausgelegt. Der Innendurchmesser der Kühlrohre beträgt 19,8 mm. Bei einem Walzgutdurchmesser von 5 bis 6 mm beträgt der Innendurchmesser der verengten Endstücke 10 mm, bei 7 bis 9 mm = 12 mm und bei 10 bis 12 mm = 15 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kühlstrecke für Walzdraht oder Stabmaterial, bestehend aus einem Kühlrohr oder mehreren über weite Einströmöffnungen an eine Druckwasserleitung angeschlossenen hintereinander angeordneten Kühlrohren, die mit verengten Endstücken für den Kühlwasserabfluß versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-Strömöffnungen (14) auf einem im Vergleich zur Rohrlänge kurzen Bereich in der Mitte des Kühlrohres (1) angeordnet sind und daß der Innendurchmesser der verengten Endstücke (3, 4) nur wenig größer — höchstens etwa doppelt so groß — ist als der Durchmesser des Walzgutes (16). .

2. Kühlstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Endstücke (3, 4) kleiner ist als das Eineinhalbfache des Walzgutdurchmessers.

3. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (3, 4) zwei oder mehrere Engstellen mit dazwischenliegenden Aufweitungen aufweisen.

4. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Kühlrohre (1) höchstens dreimal, vorzugsweise jedoch nicht mehr als doppelt so groß ist wie der Durchmesser des stärksten auf der Anlage zu behandelnden Walzgutes.

5. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (V) gedrallt ist.

6. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmöffnungen Bohrungen (14) in der Rohrwand sind, die das Innere des Kühlrohres (1) mit dem Innenraum der Anströmkästen (2) verbinden, die an die Druckleitung (8) angeschlossen sind.

7. Kühlstrecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14) gleichmäßig über den Umfang des Kühlrohres (1) verteilt sind.

8. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Bohrungen (14) zum Rohrradius unter einem schiefen Winkel angeordnet sind.

9. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14) in zwei Gruppen aufgeteilt sind, denen voneinander getrennte Anströmkästen (2) zugeordnet sind.

10. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kühlrohren (1 a, 1 b, 1 c) Schotten mit engen Bohrungen (15) angeordnet sind.