DE202006014901U1

DE202006014901U1 - Apparatus for cooling hot-formed rings

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Publication number: DE202006014901U1
Application number: DE200620014901
Authority: DE
Original assignee: Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2016-09-29

Abstract

Vorrichtung zur Abkühlung von warm umgeformten heißen Ringen (1), bestehend aus einem mit Kühlflüssigkeit (8) gefüllten Tauchbecken (2) und einem in die Kühlflüssigkeit (8) mit einer Hubvorrichtung (4) absenkbaren Träger (5), auf dem der gewalzte Ring (1) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Tauchbecken (2) an ein oder mehreren Ringleitungen (11) gleichmäßig verteilt Druckdüsen (11) zur gezielten Beaufschlagung der Kühlflüssigkeit (8) auf mindestens eine der ringförmigen Oberflächen des Ringes (1) angeordnet sind.contraption to cool down of hot formed hot Rings (1), consisting of a with cooling liquid (8) filled plunge pool (2) and one in the coolant (8) with a lifting device (4) lowerable support (5) on which the rolled Ring (1) rests, characterized in that in the dip tank (2) at one or more ring lines (11) evenly distributed pressure nozzles (11) for targeted admission of the cooling liquid (8) to at least one of the annular ones surfaces of the ring (1) are arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abkühlung von warm umgeformten heißen Ringen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a device for cooling of hot formed be called Wrestling according to the generic term of claim 1.

Bei der Herstellung von nahtlosen Ringen auf Radial-Axial-Ringwalzmaschinen werden üblicherweise die Ringrohlinge bei einer Temperatur von 900–1200°C in die Ringwalzmaschine eingelegt und auf einen Außendurchmesser von vorzugsweise 0,2–10 m gewalzt. Nach dem Walzen werden die Ringe üblicherweise zwischengelagert und dabei meist bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Im Rahmen der sich anschließenden Wärmebehandlung ist es dann erforderlich, den Ring erneut bis zur. Austenitisierungstemperatur aufzuheizen und von dort aus zur Herstellung eines feinkörnigen und gleichmäßigen Gefüges abzukühlen. Die zusätzliche Wärmebehandlung ist mit einem hohen Aufwand und einem erheblichen Energiebedarf verbunden.at the production of seamless rings on radial-axial ring rolling machines become common The ring blanks inserted at a temperature of 900-1200 ° C in the ring rolling machine and on an outside diameter of preferably 0.2-10 m rolled. After rolling, the rings are usually stored intermediately and mostly cooled down to room temperature. As part of the subsequent heat treatment it is then necessary to rerun the ring up to the. austenitizing to heat up and from there to produce a fine-grained and to cool uniform texture. The additional heat treatment is with a high expenditure and a considerable energy requirement connected.

Aus der EP 413 163 B1 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von thermomechanisch behandeltem Walzgut aus Stahl bekannt, wobei die Umformung des Walzgutes zwischen Raumtemperatur und 930°C erfolgt und zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften in einer nachgeschalteten Kühleinrichtung eine beschleunigte Kühlung des Walzgutes mit Hilfe von Kühlmedien wie Wasser, Luft oder Wasser-/Luftgemisch vorgenommen wird. Dieses Verfahren ist nur für die Herstellung von Flach- und Langprodukten sowie Walzdraht vorgesehen. Die genaue Art der Kühlung ist dabei nicht beschrieben.From the EP 413 163 B1 is a method and a plant for the production of thermomechanically treated steel from steel known, wherein the transformation of the rolling stock between room temperature and 930 ° C takes place and to improve the material properties in a downstream cooling device accelerated cooling of the rolling stock with the aid of cooling media such as water, air or water / air mixture is made. This method is only intended for the production of flat and long products as well as wire rod. The exact type of cooling is not described.

Aus der koreanischen Schrift KR 1005661118 B1 ist außerdem ein Ringwalzverfahren mit anschließendem Erhitzen des gewalzten Ringes in einem Ofen und Abkühlen des Ringes in einem Tauchbad ersichtlich, wobei der Durchmesser des Ringes zwischen 4.500 und 9.300 mm und die Höhe zwischen 300 und 280 mm liegen soll. Auch hier ist die energieaufwändige erneute Erwärmung des Ringes vor der abschließenden Tauchkühlung beschrieben.From the Korean script KR 1005661118 B1 In addition, a ring rolling process with subsequent heating of the rolled ring in an oven and cooling of the ring in an immersion bath can be seen, wherein the diameter of the ring should be between 4,500 and 9,300 mm and the height between 300 and 280 mm. Again, the energy-consuming re-heating of the ring is described before the final immersion cooling.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, insbesondere den Aufwand und den Energieverbrauch bei der Herstellung von nahtlos gewalzten Ringen mit einem feinkörnigen und gleichmäßigen Gefüge zu verringern.Of the Invention is based on the task, in particular the effort and energy consumption in the production of seamless rolled rings with a fine-grained and to reduce uniform texture.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abkühlung der warm umgeformten heißen Ringe besteht aus einem mit Kühlflüssigkeit gefüllten Tauchbecken, einem in die Kühlflüssigkeit mit einer Hubvorrichtung absenkbaren Träger und erfindungsgemäß aus im Tauchbecken an ein oder mehreren Ringleitungen gleichmäßig verteilten Druckdüsen zur gezielten Beaufschlagung der Kühlflüssigkeit auf mindestens eine der ringförmigen Oberflächen des Ringes. Mit den als Dralldüsen ausgebildeten Druckdüsen kann eine ganz gezielte Abkühlung an der Oberfläche des Ringes erreicht werden, so dass das feinkörnige Austenitgefüge in das in der späteren Bauteilfunktionszone gewünschte Umwandlungsgefüge transformiert wird. Durch die hohen Auftreffgeschwindigkeiten der Kühlflüssigkeit wird insbesondere bei Wasser als Kühlflüssigkeit der isolierende Dampffilm weitgehend zerstört, der sich durch das Leidenfrostphänomen zu Beginn der Abkühlung bilden und den Wärmeübergang drastisch reduzieren kann. Dadurch wird die Abkühlgeschwindigkeit schon zu Beginn des Kühlprozesses, also noch bei hohen Ringtemperaturen maximiert. Es hat sich als günstig erwiesen, am Boden des Tauchbeckens mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Ringleitungen mit gleichmäßig verteilten Druckdüsen anzuordnen, wobei der Durchmesser der Ringleitungen im Wesentlichen dem Durchmesser der jeweils zu kühlenden Ringe entspricht. Hierbei kann jede Ringleitung separat angesteuert werden, so dass Ringe mit unterschiedlichsten Durchmessern, Dicken und Höhen gezielt gekühlt werden. Die Volumenströme lassen sich ebenfalls regeln, um auch die Auftreffgeschwindigkeiten entsprechend anzupassen. Sobald die Ringtemperatur soweit abgesunken ist, dass die Phase der Filmverdampfung verlassen ist und die des abschreckungsintensiven Blasensiedens beginnt, kann die Anströmgeschwindigkeit reduziert werden. Im Temperaturbereich der Konvektionsphase lässt sich mit Hilfe der Bedüsung einerseits der konvektive Wärmeübergang unterstützen und zum anderen wird neben der Wasserbadtemperatur auch die Temperatur der Ringoberfläche vergleichmäßigt.The inventive device to cool down the hot formed hot Rings consists of one with coolant filled Plunge pool, one in the coolant with a lifting device lowerable carrier and according to the invention in the Dipping basin evenly distributed on one or more ring lines pressure nozzles for targeted admission of the cooling liquid to at least one the annular surfaces of the ring. With the as swirl nozzles trained pressure nozzles can be a very targeted cooling on the surface of the ring are achieved, so that the fine-grained austenitic structure in the in the later component function zone desired transformation structure is transformed. Due to the high impact speeds of the coolant is particularly in water as the cooling liquid of the insulating vapor film largely destroyed, characterized by the Leidenfrost phenomenon at the beginning of the cooling form and the heat transfer drastically reduce. As a result, the cooling rate is already too Beginning of the cooling process, So still maximized at high ring temperatures. It turned out to be proved favorable, at the bottom of the dip tank several concentrically arranged Ring lines with evenly distributed pressure nozzles to arrange, wherein the diameter of the ring lines substantially the diameter of each to be cooled Corresponds to rings. Here, each loop can be controlled separately be so that rings with different diameters, thicknesses and heights targeted chilled become. The volume flows can also regulate to the impact speeds adjust accordingly. Once the ring temperature has dropped so far is that the phase of film evaporation is abandoned and that of the detonation-intensive bubble boiling begins, the flow velocity be reduced. In the temperature range of the convection phase can be with the help of the spraying on the one hand the convective heat transfer support and on the other hand, in addition to the water bath temperature and the temperature the ring surface uniform.

Der gewalzte Ring kann für den Tauchvorgang auf einem Träger aus radial verlaufenden Leisten oder einem Gitter abgelegt werden. Zur Messung der Temperatur des auf dem Träger liegenden heißen Ringes ist unmittelbar oberhalb der Kühlflüssigkeit auf der Höhe des Trägers ein Strahlungspyrometer angeordnet. Das Tauchbecken kann insbesondere entsprechend der Geometrie der gewalzten Ringe rund und/oder ringförmig ausgebildet sein.Of the rolled ring can for the dipping process on a carrier be deposited from radially extending strips or a grid. For measuring the temperature of the hot ring lying on the support is just above the coolant on the height of the carrier arranged a radiation pyrometer. The dip tank can in particular accordingly the geometry of the rolled rings round and / or ring-shaped be.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten 1–2 beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe invention will be apparent from the attached 1 - 2 for example, explained in more detail. Show it

1 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Tauchbecken 2 1 a plan view of the dip tank according to the invention 2

2 einen senkrechten Schnitt durch das Tauchbecken 2 nach 1 mit der schematischen Anordnung der erfindungsgemäßen Anlage. 2 a vertical section through the plunge pool 2 to 1 with the schematic arrangement of the system according to the invention.

Der heiße in der nicht dargestellten Radial-Axial-Ringwalzmaschine hergestellte Ring 1 wird mit Hilfe eines Kranes 3 auf dem Träger 5 der Hubvorrichtung 4 abgelegt. In dieser Aufnahmeposition befindet sich der Träger 5 direkt über der Oberfläche der Kühlflüssigkeit 8 des Tauchbeckens 2. Nach Messung der Temperatur des heißen Ringes 1 mit Hilfe des Strahlungspyrometers 6 und nach Bestimmung der Temperatur der Kühlflüssigkeit 8 mit Hilfe des Temperaturmeßgerätes 7 wird in der Steuereinheit 10 zusammen mit der Ringgeometrie und der zu erzielenden Umwandlungstemperatur über einen Algorithmus die Soll-Abtauchzeit ermittelt. Der auf dem Träger 5 aufliegende heiße Ring 1 wird im direkten Anschluss daran mit Hilfe der Hubvorrichtung 4 in das Tauchbecken 2 getaucht und solange im Tauchbecken 2 gehalten bis die berechnete Soll-Abtauchzeit erreicht ist. Anschließend wird der Ring 1 wieder aus dem Tauchbecken 2 gehoben und die Ringtemperatur mit dem Strahlungspyrometer 6 erneut gemessen. Falls erforderlich kann der Abtauchvorgang wiederholt werden. Das kann insbesondere bei Ringen 1 aus Stahlsorten erforderlich sein, die einen höheren Legierungsgehalt und damit eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit besitzen, die damit aber auch umwandlungsträger sind. Dabei hat es sich als sinnvoll erwiesen, nach jedem Auftauchen den Ring 1 außerhalb des Tauchbeckens 2 zu halten, damit der Temperaturgradient zwischen Rand und Kern des Ringes 1 durch die aus dem Ringkern nachfließende Wärme sich verringert. Dabei kann insbesondere die Oberflächentemperatur kontinuierlich gemessen werden und bei Erreichen einer definierten Maximaltemperatur der Tauchvorgang wiederholt werden. Mit dieser zyklischen Fahrweise wird der zeitliche Unterschied bei der Gefügeumwandlung zwischen dem Randbereich und dem Kern des Ringes 1 und damit der Gefügeunterschied zwischen Rand und Kern verringert. Außerdem wird dadurch die Gefahr des Reißens infolge innerer Spannungen weitgehend vermieden.The hot ring made in the unillustrated radial-axial ring rolling machine 1 becomes with the help of a crane 3 on the carrier 5 the lifting device 4 stored. In this receiving position is the carrier 5 directly above the surface of the coolant 8th of the diving pool 2 , After measuring the temperature of the hot ring 1 with the help of the radiation pyrometer 6 and after determining the temperature of the cooling liquid 8th with the help of the temperature measuring device 7 is in the control unit 10 determined together with the ring geometry and the transformation temperature to be achieved via an algorithm, the target immersion time. The one on the carrier 5 resting hot ring 1 is directly after it with the help of the lifting device 4 in the plunge pool 2 dived and while in the plunge pool 2 held until the calculated target immersion time is reached. Subsequently, the ring 1 back from the plunge pool 2 lifted and the ring temperature with the radiation pyrometer 6 measured again. If necessary, the dipping process can be repeated. This can especially with rings 1 be made of steel grades, which have a higher alloy content and thus a poorer thermal conductivity, which are therefore also converters. It has proven to be useful after each surfacing the ring 1 outside the diving pool 2 to keep the temperature gradient between the edge and core of the ring 1 is reduced by the heat flowing from the toroidal core. In particular, the surface temperature can be measured continuously and repeated when reaching a defined maximum temperature of the dipping process. With this cyclic driving, the time difference in the structural transformation between the edge region and the core of the ring 1 and thus reduces the structural difference between edge and core. In addition, the risk of tearing due to internal tensions is largely avoided.

Zur Verbesserung des Abschreckvorganges sind am Boden des Tauchbeckens 2 eine Reihe von Ringleitungen 11 mit am Umfang gleichmäßig verteilten Druckdüsen 13 konzentrisch zueinander angeordnet. Mit Hilfe dieser Druckdüsen 13 wird zu Beginn des Tauchvorganges gezielt Kühlflüssigkeit 8 auf die ringförmigen Oberflächen des Ringes 1 mit möglichst hohem Druck aufgebracht. Insbesondere bei Wasser als Kühlflüssigkeit kann hierdurch der Abkühlvorgang beschleunigt werden, da es nicht zu dem so genannten „Leidenfrost-Effekt" kommt, der eine gewisse isolierende Wirkung an der Ringoberfläche erzeugen kann und zu einer starken Reduktion der abgeführten Wärmemenge führt. Die einzelnen Ringleitungen 11 sind über jeweils eigene Zuführungsleitungen 12 und Absperrventile mit dem äußeren nicht dargestellten Pumpensystem verbunden. Dadurch ist es möglich, jeweils nur die Ringleitung 11 mit den entsprechenden Druckdüsen 13 zu beaufschlagen, die etwa denselben Durchmesser hat wie der aufgelegte Ring 1. Auf jeder Ringleitung 11 sind die Druckdüsen jeweils so angeordnet, dass sie einerseits die untere Ringfläche und andererseits zumindest die beiden senkrechten inneren und äußeren Ringflächen mit Kühlflüssigkeit beaufschlagen.To improve the quenching process are at the bottom of the dip tank 2 a series of ring lines 11 with evenly distributed pressure nozzles on the circumference 13 arranged concentrically with each other. With the help of these pressure nozzles 13 is specifically at the beginning of the dipping process cooling liquid 8th on the ring-shaped surfaces of the ring 1 applied with the highest possible pressure. In particular, in the case of water as the cooling liquid, the cooling process can thereby be accelerated since it does not lead to the so-called "Leidenfrost effect", which can produce a certain insulating effect on the ring surface and leads to a strong reduction of the amount of heat removed 11 are each with their own supply lines 12 and shut-off valves connected to the outer pump system, not shown. This makes it possible, in each case only the ring line 11 with the appropriate pressure nozzles 13 to act on, which has about the same diameter as the applied ring 1 , On every loop 11 the pressure nozzles are each arranged so that they act on the one hand, the lower ring surface and on the other hand at least the two vertical inner and outer annular surfaces with cooling liquid.

In 2 ist zusätzlich noch eine schematisch Anzeigeeinheit 9 dargestellt, die einerseits die vom Strahlungspyrometer 6 gemessene Temperatur des Ringes 1 und andererseits die in der Steuereinheit 10 vorgegebene Tauchzeit in Sekunden anzeigt. Zusätzlich besitzt die Anzeigeeinheit 9 eine an sich bekannte Ampelanlage, die dem Anlagenbediener bei grün Freigabe gibt, den Tauchvorgang einzuleiten oder bei rot den Tauchvorgang verbietet, weil z. B. die Temperatur des Ringes bereits zu niedrig ist oder die Anlage eine Störung hat. Ein gelbes Signal zeigt dem Bediener die Betriebsbereitschaft der Anlage an.In 2 is additionally a schematic display unit 9 shown on the one hand by the radiation pyrometer 6 measured temperature of the ring 1 and on the other hand, in the control unit 10 indicated dive time in seconds. In addition, the display unit has 9 a per se known traffic light system, which gives the plant operator at green release to initiate the dipping process or prohibits the dipping process in red because z. B. the temperature of the ring is already too low or the system has a fault. A yellow signal indicates the operational readiness of the system to the operator.

11: Ringring
22: Tauchbeckenplunge pool
33: Kran für 1 Crane for 1
44: Hubvorrichtung für 5 und 1 Lifting device for 5 and 1
55: Träger für 1 an 4 Carrier for 1 at 4
66: StrahlungspyrometerRadiation pyrometer
77: Temperaturmessgerät für 8 Temperature measuring device for 8th
88th: Kühlflüssigkeitcoolant
99: Anzeigeeinheitdisplay unit
1010: Steuereinheitcontrol unit
1111: Ringleitung zur Zuführung von 8 Ring line for the supply of 8th
1212: Zuführungsleitung zu 11 Supply line to 11
1313: Druckdüsen an 11 Pressure nozzles on 11

Claims

Apparatus for cooling hot-formed hot rings ( 1 ), consisting of one with cooling liquid ( 8th ) filled plunge pools ( 2 ) and one into the cooling liquid ( 8th ) with a lifting device ( 4 ) lowerable carrier ( 5 ) on which the rolled ring ( 1 ) rests, characterized in that in the dip tank ( 2 ) to one or more loops ( 11 ) evenly distributes pressure nozzles ( 11 ) for the targeted admission of the cooling liquid ( 8th ) on at least one of the annular surfaces of the ring ( 1 ) are arranged.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the dip tank ( 2 ) is round and / or annular.

Apparatus according to claim 1, characterized in that for measuring the temperature of the on the support ( 5 ) lying ring ( 1 ) immediately above the cooling liquid ( 8th ) is arranged a radiation pyrometer.

Device according to claim 1, characterized in that the carrier ( 5 ) from radial delay fenden strips or a grid.

Apparatus according to claim 1, characterized in that at the bottom of the dip tank ( 2 ) a plurality of concentrically arranged ring lines ( 11 ) are arranged whose diameter to the diameter of the respective rings to be cooled ( 1 ) corresponds.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure nozzles ( 13 ) on the ring line ( 11 ) are arranged such that at least two of the annular surfaces of the ring to be cooled ( 1 ) can be acted upon simultaneously.