DE2111631A1

DE2111631A1 - Vorrichtung zum Haerten von Stahldraht

Info

Publication number: DE2111631A1
Application number: DE19712111631
Authority: DE
Inventors: Michele Maderna
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1970-03-13
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1972-03-30

Description

Vorrichtung zum Härten von Stahldraht.
Die Erfindung betrifft die verschiedenen Wärmebehandlungen, die als Bleihärtungsbehandlung oder VergUtungsbehandlung bekannt sind und denen Stahldrähte während der Bearbeitung unterworfen werden, die insbesondere bei der Herstellung von Luftreifen, hauptsächlich für deren Karkassenlagen und die GUrtel- oder Breakerausführung, sowie für die Herstellung anderer Kautschukgegenstände verwendet werden.
Allgemein werden solche Drähte von Drahtstangen mittels einer Folge von Ziehvorgängen erhaiten, bis die Drähte genau den erforderlichen Durchmesser haben, der sogar in der Größenordnung von einigen wenigen Zehntel mm liegen kann.
Der Ziehvorgang besteht aus einer Verringerung des Drahtquerschnitts und demgemäß in einer Verlängerung des Drahtes, was bei Raumtemperatur oder im sogenannten kalten Zustand stattfindet. Es ergibt sich daraus, daß die Drähte zunehmend bearbeitungsgehärtet bzw. kaltgehärtet werden, und zwar hinsichtlich ihrer mechanischen Charakteristiken, insbesondere hinsichtlich ihrer Oberflächenhärte und ihrer Zugfestigkeit in einem solchen Ausmaß, daß eine weitere Verringerung ihres Durchmessers praktisch unmöglich ist.
Bei diesen Bedingungen müssen die Drähte.besonderen '4ärmebehandlungen unterworfen werden, die im wesentlichen ein Erhitzen bis wenigstens zur Austenitbildungstemperatur umfassen, welchem ein gesteutés Abkühlen folgt. Da die der Drahtstange erteilte Querschnittsverringerung üblicherweise sehr groß ist, muß der Ziehvorgang mehrmals unterbrochen werden, um die Drähte den Wärmebehandlungen zu unterwerfen. Die Vorrichtungen, die zum Ausführen dieser Wärmebèhandlungen verwendet werden, sind oftmals in Reihe oder in Linie mit anderen Hilfsausrüstungen angeordnet, die für die Bearbeitung verwendet werden, beispielsweise mit Messingplattierungsbehältern.
Bei Drähten großen Durchmessers, die weiteren Bearbeitungsvorgängen unterworfen werden sollen, bieten diese Behandlungen keine besonderen Schwierigkeiten, und für diesen Zweck sind verschiedene Verbesserungen vorgeschlagen worden, beispielsweise das Abkühlen der Drähte in Räumen, in denen Wasser in Form fein zerteilter Tropfen fallen gelassen wird.
Bei Drähten kleinen Durchmessers, beispielsweise eines Durchmessen von kleiner als 2 mm, ist ein richtiges und wirksames Verfahren schwieriger. Für diese Drähte ist das üblicherweise verwendete Verfahren die Bleihärtungs- oder VergUtungsbehandlung, die darin besteht, die Drähte über eine Austenitbildungstemperatur hinaus zu erhitzen, sie plötzlich auf eine Temperatur von 450 - 6000C abzukühlen und sie auf dieser letzteren Temperatur bis zur vollständigen Umwandlung des Stahlgefüges in fein-körnigen Perilit zu halten.
Das Bleihärten mit geschmolzenem Blei, welches darin besteht, den über seine Austenitbildungstemperatur hinaus erhitzten Draht in einen Behälter zu führen, der geschmolzenes Blei enthält, welches auf der gewünschten Härtungstemperatur gehalten ist, ist bereits bekannt. Weiterhin bekannt ist das Verguten, welches durch Bearbeiten des Drahtes in Räumen ausgeführt wird, in denen nicht oxydierendes oder reduzierendes Gas mit sehr hoher Turbulenz zirkulieren gelassen wird. Das Vergüten mit geschmolzenem Blei führt zu guten Ergebnissen, Jedoch bestehen Nachteile zufolge der Tatsache, daß oxydierter und manchmal bleiüberzogener Draht erhalten wird. Der Draht muß daher genauen und teuren Abbeizvorgängen unterworfen werden, bevor die anderen Phasen des Bearbeitungskreislaufes folgen, wie Messingplattieren, Ziehen zu einem kleineren Durchmesser, Strang- bzw. Strähnenbildung und Verkautschukung oder Gummierung.
Bei dem zweiten obengenannten Verfahren ist die Regelung der richtigen Bedingungen der Wärmebehandlung schwierig mit der Gefahr der Unterkühlung des Drahtes und mit sich daraus ergebenden schädlichen Wirkungen auf die technologischen Leistungen des Drahtes selbst.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, bei Drähten kleinen Durchmessers, vorzugsweise eines Durchmessers von kleiner als 2 mm, eine sehr gute VergUtungsbehandlung durchzuführen, und zwar hinsichtlich des Erreichens der Regelung und der Steuerung der Verarbeitungstemperatur, hinsichtlich des Oberflächenzustandes der Metalidrähte nach dem Vergüten und hinsichtlich der einfachen Ausführung der Vorrichtung.
Demgemäß ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Vergüten von Stahldraht kleinen Durchmessers, der insbesondere bei der Herstellung von Luftreifen und anderen Kautschukgegenständen verwendet werden soll. Die Vorrichtung umfaßt die folgende Teile: Einen Erhitzungsofen, in welchem die Drähte in Ubereinstimmung mit der Stahlart auf eine Temperatur. von 900 -10000C gebracht werden; eine Zwischeneinrichtung, die durch ein doppelwandiges Rohr gebildet ist, in welchem der Hohlraum zwischen den Wänden mit Kühlmittel versorgt wird und in welchem der innere Hohlraum, durch welchen der Draht in Längsrichtung hindurch geführt wird, mit nicht oxydierendem oder reduzierendem Gas gefüllt ist, das wenigstens auf einer gewissen Länge auf Raumtemperatur bleibt, bei welcher es durch einen an sich bekannten Gaserzeuger zugeführt ist, wobei in der Zwischeneinrichtung die Drahttemperatur in Übereinstimmung mit der Stahlart plötzlich auf 450 -6oo0c gesenkt wird; und eine Endeinrichtung, die den Draht während einer gewissen Zeit auf der Temperatur halten kann, die er hat, wenn er aus der Zwischeneinrichtung austritt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gas ein reduzierendes Gas, beispielsweise teilweise verbrannter Kohlenwasserstoff, welches von dem Gaserzeuger 0 mit einer Temperatur von 10 bis 50 C zugeführt ist, während das Kühlmittel Wasser einer Temperatur von 5 bis 200C ist.
Die Aufgabe des Gases besteht im wesentlichen darin, Wärme von dem Draht zu dem Fühlmittel mit größtem Wirkungsgrad zu übertragen, und gleichzeitig zu verhindern, daß der Draht sehr gefährliche Oxydationen erleidet.
Das Gas kann ader Verbindungszone zwischen der Zwischeneinrichtung und der Endeinrichtung in die Zwischeneinrichtung eingeblasen werden. In diesem Fall ist die Kühlung entlang der Zwischeneinrichtung gleichmäßiger.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung für die Vergütungsbehandlung, welcher vier Stahldrähte gleichzeitig unterworfen werden.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Zwischeneinrichtung.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Zwischeneinrichtung.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer auf konstanter Temperatur gehaltenen Ende inrichtung.
Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen den Fall, in welchem ein einzelner Draht der Vergütung unterworfen wird.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Stahldrähte durch einen Tunnelheizofen hindurchgehen, der vorzugsweise mit Verbrennungsgas von flüssigen Mineralöl oder mittels elektrischen Strom führenden Widerständen erhitzt ist, die mittels bekannter besonderer Einrichtungen, wie nicht dargestellter Thermoelemente, erhitzt und unter Steuerung gehalten sind.
In dem Ofen 2 werden die Drähte 1 in Übereinstimmung mit der Stahlart auf etwa 900 bis 10000C erhitzt. Zufolge der verkleinerten Querschnittsgröße der Drähte - wie bereits ausgeführt, betrifft die Erfindung insbesondere ein VergUtungsverfahren für Drähte eines Durchmessers von kleiner als 2 mm -erreicht ihr Kristallgefüge in sehr kurzer Zeit eine vollständige Umwandlung zu Austenit, welcher die feste Lösung von Kohlenstoff in Gammaeisen ist. Ohne Unterbrechung des Verfahrens gelangt Jeder der-Drähte 1 in eine der Zwischeneinrichtungen 3, die einander identisch sind. Am Austritt aus den Zwischeneinrichtungen 3, in denen der die Drähte bildende Stahl schnell auf die Vergütungstemperatur, die im Bereich von 450 bis 600°C liegt, abgekühlt wird, gelangen die Drähte 1 in eine Endeinrichtung 4 konstanter Temperatur, in der sie während einer gewissen Zeit, die in Übereinstimmung mit der Stahlart vorbestimmt ist, auf der Vergütungstemperatur gehalten werden.
Nach ihrem Austritt aus der Endeinrichtung 4 werden die Drähte 1 zu anderen nicht dargestellten Stationen gebracht, die zum Arbeitskreislauf gehören, beispielsweise zu einem Messing*plattierungsbehälter.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß eine Zwischeneinrichtung 3 im wesentlichen aus einem doppelwandigen Rohr 5 besteht, bei welchem zwischen den beiden Wänden ein zylindrischer Hohlraum 6 erhalten ist, der mittels zweier Kanäle 7 und 8 mit der Außenseite verbunden ist Die Zwischeneinrichtung ist beispielsweise mittels Flanschen mit dem Heizofen 2 und der Endeinrichtung 4 starr verbunden. Ferner erstreckt sich ein Hohlraum 9 in Längsrichtung durch die Zwischeneinrichtung 3 hindurch.
Wenn beispielsweise der der Vergütungsbehandlung unterworfene Draht einen Durchmesser von 1 mm hat, beträgt der Durchmesser des Hohlraumes 9 etwa 15 mm.
Das Ende 10, nämlich die Verbindungszone zwischen dem Heizofen 2 und der Zwischeneinrichtung 3 wird von einem kleinen Rohr 11 erreicht, und der aus dem Heizofen 2 kommende Draht 1 bewegt sich von dem Ende 10 entlang des Hohlraumes 9 zum entgegengesetzten Ende 12, wobei er mittels nicht dargestellter Buchsen im Abstand von der Wand 13 des Hohlraumes 12 gehalten wird. Ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, wird durch Einlassen in den Kanal 7 und Auslassen durch den Kanal 8 in den Hohlraum 6 umlaufengelassen. Durch das kleine Rohr 11 wird reduzierendes Gas, vorzugsweise ein teilweise verbrannter Kohlenwasserstoff, mit einer Temperatur von etwa 10 bis 300C in den Hohlraum 9 eingeblasen. Das Gas strömt derart ein, daß in der Verbindungszone zwischen dem Ofen 2 und der Zwischeneinrichtung 3 ein sehr hoher Värmegradient zwischen dem Draht 1 und dem Gas vorhanden ist.
In dem stromab des kleinen Rohres 11 liegenden Teil 14 des Hohlraumes 9 nimmt der Temperaturgradient in Richtung gegen die Endeinrichtung 4 konstanter Temperatur zunehmend ab. Weiterhin befindet sich in diesem Teil 14 das Gas praktisch im Ruhezustand zufolge des Vorhandenseins einer nicht dargestellten Sandverbindung oder einer hydraulischen Verbindung oder Dichtung, die am freien Ende der Endeinrichtung 4 angeordnet ist, und die Temperatur des Gases nimmt in Richtung gegen das Ende 12 der Zwischeneinrichtung 3 progressiv zu.
Fig. 3 stellt eine abgewandelte Ausführungsform der Zwischeneinrichtung 3 dar, die sich von der vorbeschriebenen Ausführungsform nur dadurch unterschiedet, daß das reduzierende Gas in den Hohlraum 9 durch ein kleines Rohr 15 hindurch einige; blasen wird, welches in der Verbindungszone zwischen der Zwischeneinrichtung 3 und der Endeinrichtung 4 angeordnet ist.
In diesem Fall strömt das Gas von der Einblaszone in Richtung gegen den Heizofen 2 im Gegenstrom zu der Bewegungsrichtung des Drahtes 1, und es wird mit Bezug auf den Draht 1 ein praktisch konstanter Temperaturgradient aufrecht erhalten.
Im Gegensatz hierzu besteht in der Verbindungszone zwischen der Zwischeneinrichtung 3 und der Endeinrichtung 4 ein hoher Temperaturgradient. In diesem Fall ist die Gasmenge Je Stunde derart gewählt, daß Gasströmung in dem Hohlraum 9 mit hydraulischer laminarer Strömung oder mit sehr geringer Turbulenz stattfinden kann.
Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und gemäß Fig. 3 wird mit einer solchen stündlichen Menge nicht oxydierenden Gases gearbeitet, daß dem Draht 1 eine wirksame Vergütungstemperatur erteilt wird, ausgewählt als Funktion der Stahlart.
Beispielsweise besteht die Gasmenge für einen Stahldraht eines Durchmessers von 1 mm und bei einem Hohlraum 9 eines Durchmessers von etwa 15 mm 0,5 bis 2 m3/h.
Die Endeinrichtung 4, die sich auf Raumtemperatur befindet, hat eine ähnliche Form wie der Tunnelheizofen 2. Wie oben erwähnt, ist sie an ihrem Ende 16 mit der Zwischeneinrichtung 3 starr verbunden, beispielsweise mittels eines Flansches. Weiterhin ist, wie erwähnt, das Ende der Einrichtung 4 mit einer Abdichtungseinrichtung versehen, beispielsweise einer nicht dargestellten Sanddichtung oder hydraulischen Dichtung. Durch den Hohlraum 17 der Endeinrichtung 4 wird der Draht 1 hindurchgeführt, der während seines Durchganges vollständige Umwandlung seines Kristallgefües in feinkörnigen Perlit erfährt, nämlich einem Aggregat aus lamellenartigem Ferrit-Zementit.
Offensichtlich erfolgt die Dimensionierung der vorbeschriebenen Vergütungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Drahtes, die durch die Arbeitsvorgänge des Ziehens und/oder der Oberflächenbehandlung, wie Messingplattierung, festgelegt ist, die stromauf und stromab der Vergütungs-Vorrichtung ausgeführt werden.
Beispielsweise kann die Drahtgeschwindigkeit 20 bis 50 m/min.
betragen. Die Genauigkeit der Ausführung der die Vergütung darstellenden Wärmebehandlungen ergibt sich hauptsächlich zufolge der Tatsache, daß eine Zwischeneinrichtung 3 für Jeden der Drähte 1 vorgesehen ist, wodurch die Drähte gleichzeitig der Vergütungsbehandlung unterworfen werden können.
Jeder zwischeneinrichtung 3 wird nicht oxydierendes Gas zugeführt, und zwar im Ruhezustand oder in Zirkulation in laminarer hydraulischer Strömung oder in Strömung mit sehr geringer Turbulenz, und zwar-unabhängig von den anderen.
Demgemäß sind die mechanischen oder Bearbeitungscharakteristiken des Drahtes genau diejenigen, die von Technikern, beispielsweise von sich bereits in der Gestaltungsphase befindlichen Luftreifen, vorgesehen oder bestimmt sind, was im Hinblick auf die Leistungen des mit diesen Drähten hergestellten Gegenstandes von außerordentlicher Bedeutung ist.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Vergüten von Stahldraht kleinen Durchmessers, der insbesondere für die Herstellung von Luftreifen und anderen Kautschukgegenständen bestimmt ist, gekennzeichnet durch einen Erhitzungsofen (2), in welchem die Drähte (1) in Übereinstimmung mit der Stahlart auf eine Temperatur von 0 900 bis 1000 C gebracht werden, eine Zwischeneinrichtung (3), die ein doppelwandiges Rohr (5) aufweist, in welchem dem Hohlraum (6) zwischen den Wänden Kühlmittel zugeführt wird und in welchem der von dem Draht (1) in Längsrichtung durchlaufende innere Hohlraum (9) mit nicht oxydierendem Gas gefüllt ist, welches wenigstens für eine gewisse Länge auf Raumtemperatur bleibt, mit der es durch einen an sich bekannten Gaserzeuger zugeführt ist, wobei die Drahttemperatur in der Zwischeneinrichtung (3) in Übereinstimmung mit der Stahlart plötzlich auf 450 bis 600 0C gesenkt wird, und durch eine Endeinrichtung (4), die in der Lage ist, den Draht (i) während einer gewissen Zeit auf der Temperatur zu halten, die er beim Austritt aus der Zwischeneinrichtung ()) hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht oxydierende Gas ein reduzierendes oder ein inertes Gas ist und daß das Fühlmittel Wasser ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzungsofen (2) und die Endeinrichtung (4) konstanter Temperatur in der Bewegungsrichtung des Drahtes (1) längliche Gestalt, vorzugsweise Tunnelgestalt haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht oxydftende Gas an der Verbindungszone zwischen der Zwischeneinrichtung (3) und dem Erhitzung ofen (2) eingeblasen wird und in dem inneren Hohlraum (9) der Zwlscheneinrichtung (3) praktisch in Ruhe bleibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht oxydierende Gas in der Verbindungszone zwischen der Zwischeneinrichtung (3) und der Endeinrichtung (4) eingeblasen wird und in dem inneren Hohlraum (9) der Zwischeneinrichtung (3) in laminarem hydraulischen Strömungszustand oder im Strömungszustand mit sehr geringer Turbulenz zirkulieren gelassen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht oxydierende Gas mittels eines in die betreffende Zone (10 bzw. 12) mündenden kleinen Rohres (11 bzw. 15) in der Bewegungsrichtung des Drahtes (1) bzw.

gegen die Bewegungrichtung des Drahtes (1) eingeführt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Durchmesser des Hohlraumes (9) der Zwischeneinrichtung (3) und dem Durchmesser des zu behandelnden Drahtes ein Verhältnis von etwa 10 bis 20 : 1 besteht.