DE19503747A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von warmgewalzten Profilen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von warmgewalzten ProfilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen aus der
Walzhitze von warmgewalzten Profilen mit im Abstand über den
Querschnitt angeordneten Profilteilen von unterschiedlicher
Masse, insbesondere von Schienen auf einem Kühlbett sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Auf Kühlbetten werden Schienen aus der Walzhitze bis auf
Temperaturen unter 80°C abgekühlt. Wegen der unsymmetrischen
Anordnung der Massen des Profils ergibt sich zwischen Kopf und
Fuß der Schiene ein unterschiedliches Abkühlverhalten, bei dem
der Fuß infolge seiner vergleichsweise zur Masse größeren
Wärmeabgabeflächen schneller abkühlt als der Kopf. Daraus
resultiert, daß sich die Schiene beim Erkalten krümmt. Diesem
Krummwerden kann bis zu einem gewissen Maß durch Vorbiegen der
noch heißen Schiene begegnet werden. Dies erfordert jedoch
nachteilig einen aufwendigen Warmbiegevorgang mit ungewissem
Ergebnis. In jedem Falle müssen dabei die Schienen nach dem
Abkühlen nachgerichtet werden. Sowohl durch den Kühlprozeß als
auch besonders durch das Richten entstehen Eigenspannungen in
der Schiene, die deren Festigkeit nachteilig beeinflussen. Es
wurden bereits zahlreiche Vorschläge bekannt, um dieser
Schwierigkeit wirksam zu begegnen:
Die DE 42 37 991 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abkühlung von
in Walzgerüsten warmgewalztem profiliertem Walzgut,
insbesondere von Schienen auf einem Kühlbett, mit natürlicher
Konvektion oder mit forcierter Luftkühlung. Die Erfindung
besteht darin, daß die Schienen mit dem Kopf nach unten
hängend, über das Kühlbett transportiert werden. Durch diese
Maßnahme werden bereits bei natürlicher Konvektion die
Wärmeübergangsverhältnisse so günstig verändert, daß die
Temperaturdifferenz zwischen Kopf und Fuß der Schiene von ca.
140°C bei liegender Schiene auf ca. 50°C bei hängender
Schiene zurückgeht. Infolge der geringeren Temperaturdifferenz
zwischen Kopf und Fuß werden die Nachteile des Krummwerdens
wirksam verringert und es wird erreicht, daß eine nahezu
gerade Schiene in die Richtmaschine zum Fertigrichten
eingeführt wird, wodurch die Endspannungen im Schienenmaterial
äußerst gering gehalten werden.
Aus der DE-PS 21 61 704 ist ein Verfahren sowie eine
Einrichtung zum spannungs- und verzugsfreien Abkühlen von
Eisenbahnschienen bekannt, welches darin besteht, daß die
abzukühlenden gleichartigen Schienenprofile mit ihren
Schienenfüßen paarweise symmetrisch und gegenseitig Widerlager
bildend, Fuß gegen Fuß zusammengespannt und durch einen
Querförderer über ein Kühlbett gefördert werden. Da jeder
Schienenkopf zwar eine etwa gleichgroße Masse wie der
Schienenfuß hat, jedoch der Umfang des Schienenfußes etwa
doppelt so groß ist wie der des Schienenkopfes, wird die
Umfangsfläche der zusammengespannten Schienenfüße im
Verhältnis zu ihrer Masse etwa gleich groß, wie das Verhältnis
von Umfangsfläche und Masse am Schienenkopf. Damit wird ein
gleichmäßiges Abkühlen von Schienenköpfen und Schienenfüßen
erzielt, wobei sich in der Praxis gezeigt hat, daß diese
Maßnahme bei den paarweise sich gegeneinander abstützenden
Schienenfüßen für ein nahezu verzugfreies Abkühlen ausreicht.
In der US-PS 468 788 ist ein Verfahren zum Abkühlen von
Schienen offenbart, wobei diese in einer Vorrichtung mit nach
unten hängenden Schienenköpfen in ein mit Wasser gefülltes
Becken ganz oder teilweise eingetaucht und dadurch abgekühlt
werden, wobei sie gleichzeitig mittels Druckschrauben gegen
ein festes Widerlager gedrückt werden.
In der DE-PS 4 04 127 ist ein Verfahren zum Richten von
Metallstangen unsymmetrischen Querschnitts, insbesondere von
Eisenbahnschienen, offenbart, wobei die Erfindung darin
besteht, daß die starken Teile des Querschnitts einer derart
geregelten künstlichen Abkühlung unterworfen werden, daß alle
Teile trotz ihrer ungleichen Stärken um dasselbe Maß schwinden
und die Stangen bei Abkühlung bis auf Umgebungstemperatur
gerade bleiben. Erzielt wird dieses Ergebnis, dadurch, daß die
künstliche Abkühlung entweder durch Eintauchen in eine
Flüssigkeit, durch Benetzen oder Berieseln, durch Anblasen mit
einer zerstäubten Flüssigkeit, mit Dampf, Luft oder anderen
Gasen erzeugt wird, wobei das verwendete Mittel stetig oder
mit Unterbrechungen während der ganzen Dauer oder nur während
eines Teils der Abkühlungsdauer wirkt. Bemerkenswert ist bei
dem Verfahren, daß die künstliche Abkühlung derart geregelt
werden kann, daß die Stangen, selbst wenn sie aus Hartstahl
oder einer härtbaren Legierung bestehen, während der Abkühlung
nicht gehärtet werden.
Aus der DE-PS 19 42 929 ist ein Verfahren zum Abkühlen von
Schienen bekannt, welches auf einem anderen physikalischen
Prinzip beruht. Dieses besteht darin, daß die Schienen vor
Erreichen der Austenit-Umwandlungstemperatur mit Abstand über
einer wärmereflektierenden Schicht auf dem Schienenfuß
abgestellt werden. Zusätzlich kann dabei auf die Laufflächen
der Schienen im weiteren Verlauf der Abkühlung ein fester
Isolierstoff aufgelegt werden. Eine gegenseitige positive
Beeinflussung durch Strahlung wird weiterhin bei diesem
Verfahren dadurch erreicht, daß die Schienen unmittelbar
nebeneinander abgestellt werden, so daß sich die Schienenfüße
seitlich berühren. Diese Maßnahmen führen zur positiven
Beeinflussung des Abkühlungsverlaufes jeweils eines Teils vom
Schienenquerschnitt ohne Zufuhr von Fremdenergie durch
Rückstrahlung an einer Reflektionsschicht sowie isolierende
Abdeckung der Laufflächen. Es entsteht dabei ein günstiger
Spannungsausgleich im Schienenquerschnitt. Das Abstellen der
Schienen auf dem Schienenfuß vor dem Erreichen der
Austenit-Umwandlungstemperatur mit Abstand über einer
wärmereflektierenden Schicht ergibt den Vorteil, daß es das
frühere Einsetzen der Austenit-Umwandlung im Schienenfuß und
-steg verhindert. Damit können die technologischen Werte des
Schienenmaterials individuell, d. h. je nach Stahlanalyse,
durch exakte Temperaturführung so beeinflußt werden, daß
höhere Festigkeits-, Dehnungs- und Einschnürungswerte
erzielbar sind.
Das Gegenteil hiervon, nämlich eine Durchhärtung des
Schienenkopfes infolge eines entsprechend rapiden
Kühlverfahrens wird nach dem FR-PS 543.461 dadurch erreicht,
daß die Schiene über Kopf mit dem Schienenfuß nach oben
hängend einer Serie definierter Tauchvorgänge von sehr kurzer
Dauer in einem mit Wasser gefüllten Trog unterzogen wird.
Die genannten Verfahren weisen den gemeinsamen Nachteil auf,
daß sie mehr oder minder auf Empirie beruhen, d. h. daß durch
Langwierige Versuche zunächst einmal ermittelt werden muß,
welche Parameter bei der Durchführung des Verfahrens
eingehalten werden müssen, um das gewünschte
Abkühlungsergebnis zu gewährleisten. Dabei werden zumindest
bei jeder Charge Versuchsstücke von warmgewalzten Profilen
verwendet, die bei nicht sogleich befriedigendem Ergebnis
Wiederholungen erfordern und vielfach zunächst zum Anfall von
Ausschußmaterial führen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Abkühlen von warmgewalzten Profilen der im Oberbegriff von
Anspruch 1 genannten Art zu verbessern und diese so weit zu
vervollkommenen, daß damit die vorgenannten Schwierigkeiten
überwunden werden und ein verzugsfreies Abkühlungsergebnis
beim Abkühlen aus der Walzhitze ohne kosten- und
zeitaufwendige Versuche und ohne Anfall von dadurch bedingtem
Schrott erreicht wird.
Die Lösung gelingt mit dem Verfahren nach der Erfindung
dadurch, daß zunächst unter Verwendung von meßtechnischen
Mitteln, im Zusammenwirken mit einer Recheneinheit mit Hilfe
eines Rechenprogramms die den unterschiedlichen Profilteilen
nach Maßgabe ihrer Masse und Temperatur anteilig zu
entziehenden Wärmemengen und die hierfür erforderliche
Aufgabenmenge von Kühlmedien ermittelt und berechnet und
danach die Abkühlung der unterschiedlichen Profilteile bzw.
ihrer Massen derart gesteuert vorgenommen wird, daß diese mit
möglichst geringem Zeitversatz die Umwandlungslinie Ar3/Ar1
beim Zerfall des Gamma-Mischkristalls in Ferrit und/oder
Perlit unter Freisetzung der Umwandlungswärme erreichen.
Mit großem Vorteil wird durch das Verfahren erreicht, daß bei
unterschiedlichen Chargen auch ohne das Erfordernis
kostspieliger empirischer Versuche ein einwandfreies
Abkühlungs-Ergebnis ohne Krümmung des Profils erhalten wird.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die weitere
Abkühlung von der Umwandlungstemperatur bis auf eine
vorgegebene Endtemperatur weiterhin so vorgenommen wird, daß
die unterschiedlichen Massenschwerpunkte des Profils mit
möglichst geringem Zeitversatz die Endtemperatur erreichen.
Diese Maßnahme sichert über ein einwandfreies
Abkühlungsergebnis ohne Abkrümmung der Schiene hinaus einen
optimalen Vergütungszustand mit gleichmäßiger Härte über den
Profilquerschnitt.
Zweckmäßigerweise wird bei der Berechnung der den Profilteilen
zu entziehenden Wärmemengen die Umwandlungstemperatur der
zugrundeliegenden Stahlqualität berücksichtigt.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, daß beim Abkühlen des Walzgutprofils oder von Teilen
davon mittels Wasser als Kühlmittel die sich an den
unterschiedlichen Profilflächen einstellenden
Wärmeübergangszahlen ermittelt und mit diesen die für das
Abkühlen der Profilflächen erforderlichen Aufgabenmengen an
Kühlmitteln vorbestimmt werden. Dadurch entfallen zeitraubende
Versuche ebenso wie verlorenes Versuchsmaterial.
Eine ferner sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens
wird dadurch erreicht, daß die Schienen mit nach unten
hängenden Köpfen über ein Kühlbett geführt und dabei eine
gesteuerte Kühlung der unterschiedlichen Massenschwerpunkte
mindestens zum Teil durch natürliche Konvektion und zusätzlich
aufgrund der nach Maßgabe von Masse und Temperatur den
Profilteilen anteilig zu entziehenden Wärmemengen durch
zusätzlichen Einsatz von Kühlmedium vorgenommen wird. Dadurch
wird eine Krümmung des Profils soweit verringert, daß ein
Nachrichten entweder ganz entfallen kann, oder unter
Vermeidung von schädlichen Spannungen nur ein geringfügiges
Nachrichten erforderlich wird.
Dabei kann der Wärmeentzug durch gezieltes und bevorzugt
intermittierendes Besprühen einzelner Profilteile mit
Kühlmedium vorgenommen werden.
Um einen fallweise über die Profillänge vorhandenen
Temperaturkeil zu kompensieren, kann weiterhin die Maßnahme
getroffen sein, daß das Walzgutprofil, über die ausgewalzte
Länge gesehen, unterschiedlich intensiv gekühlt wird. Und
schließlich kann ein gesteuerter Wärmeentzug durch Eintauchen
des gesamten Walzgutprofils oder einzelner Teile desselben in
ein Kühlmedium einmal oder mehrfach wiederholt, mit
vorgegebenen Zykluszeiten vorgenommen werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung sieht vor, daß neben einer Schiene bevorzugt in
Abständen entlang ihrer Walzlänge Mittel zum Messen der
Wärmestrahlung von unterschiedlichen Profilteilen, wie Kopf,
Steg oder Fußteil angeordnet sind, die über Datenleitungen mit
einer Recheneinheit in Verbindung stehen, in welche mit einer
Input-Datenleitung die Abmessungen bzw. Massen dieser
Profilteile eingegeben werden, und die so programmiert ist,
daß sie das Produkt aus Temperatur und Masse errechnet und
nach Maßgabe dieses Produktes die Kühlmittel-
Aufgabevorrichtung über eine Signalleitung steuert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß
das Kühlbett steuerbare Kühlmittelaufgabevorrichtungen für
unterschiedliche Kühlmedien, z. B. Wasser, Luft,
Wasser/Luft-Gemische aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und eine beispielhaft
ausgeführte Vorrichtung werden anhand von Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein ZTU-Schaubild einer kontinuierlichen
Abkühlung eines Schienenstücks,
Fig. 2 im Querschnitt eine Schiene mit eingebetteten
Thermoelementen,
Fig. 3 ein Diagramm des Abkühlungsverlaufs an einzelnen
Meßstellen gemäß Fig. 2 bei Abkühlung eines
Schienenstücks mit natürlicher Konvektion,
Fig. 4 ein Diagramm des Abkühlungsverlaufs nach der
Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer
Abkühlvorrichtung.
Fig. 1 zeigt im ZTU-Schaubild Kurven unterschiedlichen
Abkühlungsverlaufes verschiedener Querschnittsteile, die nach
Maßgabe ihrer Masse und damit ihrer Temperaturschwerpunkte zu
vergleichsweise unterschiedlichen Zeiten die Umwandlungslinie
Ar1 erreichen. Die hierbei auftretenden zeitlichen
Unterschiede ergeben Differenzen zwischen 40 und 120 Sekunden.
Das Schaubild betrifft einen Stahl mit folgender
metallurgischer Zusammensetzung in Gewichts-%: C = 0,63; Si =
0,29; Mn = 1,72; P = 0,020; S = 0,027; Cr = 0,099. Dieser
Stahl wurde bei 950°C austenitisiert mit einer Haltezeit von
15 Minuten nach fünfminütigem Aufheizvorgang.
Im Schaubild bezeichnet:
A = Austenit
P = Perlit
Zw = Zwischenstufe
M = Martensit.
A = Austenit
P = Perlit
Zw = Zwischenstufe
M = Martensit.
Aus dem Verlauf der Kurvenschar ist ersichtlich, daß nachdem
eine Probe fünf Minuten bei 950°C austenitisiert wurde, bei
niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten die Ar1-Linie bei einer
bestimmten Temperatur und Kühlzeit erreicht wird. Bei höheren
Abkühlgeschwindigkeiten erreicht der Stahl aufgrund eines
umwandlungsträgen Bereiches die Perlitlinie nicht und wandelt
bei niedrigen Temperaturen im Zwischenstufenbereich (Bainit)
oder bei noch höheren Abkühlgeschwindigkeiten erst beim
Erreichen der Martensitlinie (ca. 260°C) um. Zur
Vervollständigung des Schaubildes sind die bei Raumtemperatur
gemessenen Härtewerte HV2 in N/mm² in die am Fuß der Kurven
befindlichen Kreise eingetragen.
Es ist bekannt, daß beim Abkühlen von Stahl und Erreichen der
Ar3 bzw. der Ar1-UmwandlungsLinie durch den Zerfall des
Gamma-Mischkristalls in Ferrit bzw. Perlit die sogenannte
Umwandlungswärme frei wird, die bis zum Erreichen des
Eutektoid-Punktes (C = 0,86%) mit wachsendem C-Gehalt auf ein
Maximum ansteigt.
Je nach Abkühlungsgeschwindigkeit und C-Gehalt kann die dabei
frei werdende Wärme bis zu 90 kJ/kg betragen. Gleichzeitig
tritt bei diesem Umwandlungsprozeß ein Längenwachstum von ca.
0,3% auf. Es ist anzunehmen, daß die bekannten plastischen
Verformungen unsymmetrischer Profile auf dem Kühlbett zum
überwiegenden Teil während der oben beschriebenen
Umwandlungsphase stattfinden, während das Krummwerden des
Profiles erst am Ende des Kühlbettes beim Ausgleich der
Temperaturen über den Querschnitt sichtbar wird. Die damit
verbundenen Eigenspannungen können durch Richten nicht
vollständig abgebaut werden. Am Beispiel der Schiene läßt sich
dieser Vorgang wie folgt erklären:
Beim Abkühlen der Schiene nach dem Walzen erreicht der Fuß
(12, Fig. 5) aufgrund seiner geringeren Masse und seiner
größeren Abstrahlfläche im Verhältnis zur Masse zuerst die
Umwandlungslinie Ar3/Ar1 und beginnt zu wachsen. Diese
Längenänderung führt im Schienenkopf (10, Fig. 5), der sich
noch im Austenit-Bereich befindet, zu einer plastischen
Längung. Nach der Umwandlung schrumpft der Fuß (12) mit
sinkender Temperatur, wobei der Kopf (10) aufgrund seiner
geringeren Festigkeit nicht wesentlich behindert, sondern ein
wenig gestaucht wird. Wenn dann der Schienenkopf (10) die
Umwandlungslinie Ar3/Ar1 erreicht, beginnt für diesen das
Längenwachstum infolge der Umwandlung. Dieses Wachsen wird
jedoch durch den schon umgewandelten kälteren Fuß (12), dessen
Streckgrenze in diesem Temperaturbereich deutlich höher ist,
unterdrückt, so daß der noch weichere Kopf (10) plastisch
verformt, d. h. gestaucht wird. Wenn sich am Ende des
Kühlbettes (50, Fig. 5) die Temperaturen über den
Schienenquerschnitt ausgleichen, beginnt die Schiene, sich
über den gestauchten und damit kürzeren Kopf (10) zu krümmen.
Diese Krümmung kann bei langen Schienen so groß sein, daß
erhebliche Schwierigkeiten beim weiteren Transport über das
Kühlbett (50) und beim anschließenden Einfädeln in die
Richtmaschine auftreten können.
Am Beispiel einer Schiene wird gezeigt, wie das
erfindungsgemäße Abkühlverfahren berechnet und durchgeführt
wird:
In der Fig. 2 ist der Querschnitt einer Schiene in annähernd natürlicher Größe gezeigt, wobei das Schienenstück an den mit 1 bis 5 bezeichneten Stellen mit Thermoelementen bestückt ist. Das Schienenstück wird in einem Ofen bei 1000°C austenitisiert und anschließend an Luft bei natürlicher Konvektion abgekühlt. Dabei wurde der Abkühlverlauf an den einzelnen Meßstellen 1-5 in einem Diagramm aufgezeichnet.
In der Fig. 2 ist der Querschnitt einer Schiene in annähernd natürlicher Größe gezeigt, wobei das Schienenstück an den mit 1 bis 5 bezeichneten Stellen mit Thermoelementen bestückt ist. Das Schienenstück wird in einem Ofen bei 1000°C austenitisiert und anschließend an Luft bei natürlicher Konvektion abgekühlt. Dabei wurde der Abkühlverlauf an den einzelnen Meßstellen 1-5 in einem Diagramm aufgezeichnet.
Dieses ist in der Fig. 3 gezeigt. Darin sind die den
Meßstellen 1-5 gemäß Fig. 2 zugeordneten Abkühlungsverläufe
mit einzelnen Kurven eingezeichnet. Aus dem Diagramm ist bei
Abkühlung mittels natürlicher Konvektion ohne zusätzliche
Kühlung z. B. des Kopfes (10) ersichtlich, daß der
Massenschwerpunkt (4) des Fußes (12) nach ca. 6,5 Minuten die
Ar₃/Ar1-Linie erreicht und nach 10 Minuten die Umwandlung
beendet hat. Der Massenschwerpunkt (1) des Kopfes (10) beginnt
erst nach ca. 8,5 Minuten die Umwandlung und hat sie nach 12
Minuten beendet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schienenfuß (12)
schon um ca. 100°C kälter und hat damit eine wesentlich
höhere Warmstreckgrenze als der Schienenkopf (10). Demnach ist
zu erwarten, daß die mit der Umwandlung verbundene
Längenzunahme des Schienenkopfes (10) vom Fuß (12) ganz bzw.
teilweise unterdrückt wird und dadurch der Schienenkopf (10)
plastisch verformt, d. h. gestaucht wird. Bei der erkalteten
Schiene wurde dies durch eine deutliche Krümmung über den
Schienenkopf (10) sichtbar. Mit Hilfe eines Rechenprogrammes
wurde nun berechnet, welche Wärmemenge dem Schienenkopf (10)
entzogen werden muß, um sicherzustellen, daß er zum gleichen
Zeitpunkt wie der Schienenfuß (12) die Umwandlungslinie
Ar3/Ar1 erreicht. Hierbei wurde die Umwandlungswärme des
entsprechenden Stahls (0,8% C) erfindungsgemäß mit
berücksichtigt. Aufgrund der Berechnung wurde nun zusätzlich
zur natürlichen Konvektion der Schienenkopf (10) durch
zusätzliches Besprühen mit Wasser gekühlt.
Das Ergebnis ist in der Kurvenschar des Diagramms der Fig. 4
dargestellt. Dabei betrug die Zeitdifferenz bei Erreichen der
Umwandlungstemperatur t₄-t₁ der beiden Kurven 4 und 1
lediglich 25 Sekunden. Das bedeutet, daß Schienenkopf (10) und
Schienenfuß (12) annähernd gleichzeitig die Ar3/Ar₁-Linie
erreichen und auch gleichzeitig die Umwandlung beenden. In
einem Großversuch wurde dieses im Labor erprobte Verfahren
bestätigt. Dabei stellte sich auch das erwartete Ergebnis ein:
Die erfindungsgemäß behandelte Schiene war nach Beendigung des
Abkühlvorganges bei annähernd Raumtemperatur um eine
Zehnerpotenz gerader und spannungsärmer als eine unbehandelte
Schiene.
In Fig. 5 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung
rein schematisch dargestellt. Dabei ist die Schiene über Kopf
(10) hängend mit dem Fuß (12) in einer Halterung (21)
angeordnet. Meßköpfe (30, 31, 32) sind so angeordnet, daß der
Meßkopf (30) die Wärmestrahlung des Schienenfußes (12), der
Meßkopf (31) die Wärmestrahlung des Steges (11) und der
Meßkopf (32) die Wärmestrahlung des Schienenkopfes (10) erfaßt
und die gemessenen Werte über die Datenleitungen (33, 34, 35)
an die Recheneinheit (40) meldet. Dieser werden zusätzlich mit
der Input-Datenleitung (36) die Abmessung bzw. Massen der
zugeordneten Profilteile (10, 11, 12) eingegeben, woraus die
entsprechend programmierte Recheneinheit das Produkt aus
Temperatur und Masse für die einzelnen Profilteile (10, 11,
12) errechnet und nach Maßgabe dieses Produktes die
Kühlmittelaufgabevorrichtungen (45-47) über die
Signalleitung (37) steuert. Diese werden aktiviert und sprühen
Kühlmittel in gezielten Strahlen (48) gegen den hängenden
Schienenkopf (10). Mit der strichpunktierten Linie (50) ist
beispielhaft ein Kühlbett angedeutet, welches steuerbare
Kühlmittelaufgabevorrichtung (45-47) für unterschiedliche
Kühlmedien (48) aufweist. Diese Kühlmedien können Wasser,
Luft, Wasser/Luft-Gemische sein.
Mit der Erfindung wird durch gezielte Maßnahmen der
Abkühlprozeß der Schiene so vergleichsmäßigt, daß die
Hauptmassen, Kopf (10), Steg (11) und Fuß (12) etwa zum
gleichen Zeitpunkt die Umwandlungslinie Ar3/Ar1 erreichen und
die dann eintretende Längenänderung der unterschiedlichen
Profilteile ebenfalls gleichzeitig stattfindet. Dadurch wird
verhindert, daß ein Bereich des Schienenprofils gestaucht bzw.
gedehnt wird. Beim anschließenden Abkühlen auf dem Kühlbett
(50) können sich zwar wieder Temperaturunterschiede über dem
Querschnitt einstellen, die dadurch erzeugten Spannungen
befinden sich jedoch deutlich unterhalb der jeweiligen
Streckgrenze, so daß die entstehenden Verformungen im
elastischen Bereich stattfindendem mit dem Ergebnis, daß eine so
behandelte Schiene nach dem Abkühlen nahezu spannungsfrei und
etwa so gerade ist, wie sie vor der erfindungsgemäßen
Behandlung im warmgewalzten Zustand war. Dies wird
erfindungsgemäß erreicht durch Entzug einer vorher rechnerisch
ermittelten Wärmemenge, so daß die bis zum Erreichen der
Umwandlungslinie Ar3/Ar1 im ZTU-Schaubild verstrichene Zeit
für alle Hauptmassen des Profils zumindest weitgehend gleich
ist, wie dies aus dem Vergleich der Fig. 3 und 4 deutlich
erkennbar ist.
Claims (10)
1. Verfahren zum Abkühlen von warmgewalzten Profilen aus der
Walzhitze, wobei diese mit im Abstand über den Querschnitt
angeordneten Profilteilen (10-12) von unterschiedlicher
Masse (1-5) beispielsweise als Schienen ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß zunächst unter Verwendung von
meßtechnischen Mitteln (30-32) im Zusammenwirken mit einer
Recheneinheit (40) mit Hilfe eines Rechenprogramms die den
unterschiedlichen Profilteilen (10-12) nach Maßgabe ihrer
Masse (1-5) und Temperatur anteilig zu entziehenden
Wärmemengen und die hierfür erforderliche Aufgabemenge von
Kühlmedien (48) ermittelt und berechnet und danach die
Abkühlung der unterschiedlichen Profilteile (10-12) bzw.
ihrer Massen (1-5) derart gesteuert vorgenommen wird, daß
diese mit möglichst geringem Zeitversatz die Umwandlungslinien
Ar3/Ar1 beim Zerfall des Gamma-Mischkristalls in Ferrit
und/oder Perlit unter Freisetzung der Umwandlungswärme
erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
weitere Abkühlung von der Umwandlungstemperatur bis auf eine
vorgegebene Endtemperatur weiterhin so vorgenommen wird, daß
die unterschiedlichen Massenschwerpunkte (1-5) des Profils
mit möglichst geringem Zeitversatz die Endtemperatur
erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Berechnung der den Profilteilen (10-12) zu
entziehenden Wärmemengen die Umwandlungstemperatur der
zugrunde liegenden Stahlqualität berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen des Walzgutprofiles
oder von Teilen (10-12) davon mittels z. B. Wasser die sich
an den unterschiedlichen Profilflächen einstellenden
Wärmeübergangszahlen ermittelt und mit diesen die für das
Abkühlen der Profilflächen erforderlichen Aufgabemengen an
Kühlmittel (48) vorbestimmt werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen mit nach unten
hängenden Köpfen (10) über ein Kühlbett (50) geführt und dabei
eine gesteuerte Kühlung der unterschiedlichen
Massenschwerpunkte (1-5) mindestens zum Teil durch
natürliche Konvektion und zusätzlich aufgrund der nach Maßgabe
von Masse und Temperatur den Profilteilen (10-12) anteilig
zu entziehenden Wärmemengen durch zusätzlichen Einsatz von
Kühlmedium (48) vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeentzug durch gezieltes
und bevorzugt intermittierendes Besprühen einzelner
Profilteile (10-12) mit Kühlmedium (48) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgutprofil über die
ausgewalzte Länge gesehen, unterschiedlich intensiv gekühlt
wird, um einen fallweise über die Profillänge vorhandenen
Temperaturkeil zu kompensieren.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Wärmeentzug durch
Eintauchen des gesamten Walzgutprofils oder einzelner Teile
(10-12) desselben in ein Kühlmedium, einmal oder mehrfach
wiederholt, mit vorgegebenen Zykluszeiten vorgenommen wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß neben einer Schiene bevorzugt in Abständen entlang ihrer
Walzlänge Mittel (30-32) zum Messen der Wärmestrahlung von
unterschiedlichen Profilteilen wie Kopf (10), Steg (11) oder
Fußteil (12) angeordnet sind, die über Datenleitungen (33 -
35) mit einer Recheneinheit (40) in Verbindung stehen, in
welche mit einer Input-Datenleitung (36) die Abmessungen bzw.
Massen dieser Profilteile eingegeben werden und die so
programmiert ist, daß sie das Produkt aus Temperatur und Masse
errechnet und nach Maßgabe dieses Produktes die
Kühlmittelaufgabevorrichtungen (45-47) über die
Signalleitung (37) steuert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Kühlbett (50) steuerbare Kühlmittelaufgabevorrichtungen
(45-47) für unterschiedliche Kühlmedien (48) Wasser, Luft,
Wasser/Luft-Gemische aufweist.
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