DE2359409A1 - Vorrichtung zur kuehlung von im festen zustand vorliegenden, hocherhitzten werkstoffen, formkoerpern u. dergl., insbesondere von stahlplatinen - Google Patents

Description

28. November 1973 ΪΘ/G Ref.No.: K-2-1O766M

KAWASAKI JTJKOGYO KABUSHIKI KAISHA

No. 2-14, Higashikawasaki-cho, Ikuta-ku, Kobe-shi, Hyogo,Japan,

Vorrichtung zur Kühlung von im festen Zustand vorliegenden, hocherhitzten Werkstoffen, Formkörpern und dergl., insbesondere von Stahlplatinen.

Priorität der japanischen Patentanmeldung vom 30. November 1972 ^Nr. 120487/72. ■

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von im festen Zustand vorliegenden, hocherhitzten Werkstoffen, Formkörpern und dergl., insbesondere von-Stahlplatinen.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Stahl in Walzwerken und dergl. der Werkstoff einer Mehrzahl von Ärbeitsschritten zwecks Heizen und Abkühlen unterworfen ist. Das Verfahren, Stahl zu kühlen, ist unterschiedlich und hängt von der Art des Stahles ab, welches der Behandlung unterliegt. Liegt z.B.

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der Stahl in Form von Stahlplatinen odgl. vor, gewonnen mit Hilfe von Walzmühlen, wobei er auf etwa 1000° C erhitzt und in einen Kühlbereich bzw. eine Kühlkammer geschickt wird und auf etwa 100° C abgekühlt wird, bevor er dem nächsten Arbeitsgang unterworfen wird, so erfolgt bei dieser Art von Stahl das Abkühlen in einer Weise, die in drei Kategorien zerfällt. Ein langsames Abkühlen ist erforderlich, um legierte. Stähle und Stähle hohen Kohlenstoffgehaltes au gewinnen. Eine Luftkühlung ist erforderlich für mittlere Kohlenstoffstähle, eine Wasserkühlung bei hoher Geschwindigkeit für einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisende Stahlsorten.

Legierungsstähle und Stähle hohen Kohlenstoffgehaltes sollen der Wasserkühlung aus folgenden Gründen nicht unterworfen werden:

a) In folgender Wasserkühlung wird der Stahl härter und neigt eher dazu, infolge Auftretens von durch die Kühlung verursachter Übertragungsspannungen rissig zu werden, und deshalb ist es schwierig, nach der Wasserkühlung eine Oberflächenbehandlung vorzunehmen.

b) Es werden kleine Innenfehler, sogenannte weiße Flecke gebildet.

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er) Die Bildung von Rissen wird beschleunigt, und zwar durch Wärmespannungen, welche auf die Tempe- · raturdifferenz zwischen der Oberfläche' und dem Innenbereich des Stahlkörpers - welches der Herstellung unterworfen ist - zurückzuführen ist. Je dicker das Material bzw. der Formkörper ist, um so empfindlicher ist der Stahl hinsichtlich der Bildung von Rissen und dergl.

Der Erfindung liegt die JLufgäbe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, um im festen Zustand Torliegende, hocherhitzte Werkstoffe, Formkörper und dergl., insbesondere Stähle hohen Kohlenstoffgehaltes au kühlen, wobei in vorteilhafter Weise eine rasche Abkühlung solcher Bauteile ohne die bekannten Nachteile erreicht werden soll.,

Hierbei wird erfindungsgemäß von einer Vorrichtung ausgegangen, die kammerförmig oder dergl» ausgebildet ist und zumindest eine Wand bzw. einen Mantel hat, die bzw, der d&n festen Werkstoff, den Formkörper odgl. umgibt bzw. umfaßt,- jedoch zum letzteren einen Abstand aufweist,; wobei dieser Mantel, diese Wand odgl. durch vom festen Körper ausgehende Strahlungswärme erhitzt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine als Kühl« mittel dienende Flüssigkeit im strömenden Zustand und in Berührung bzw. in Kontakt mit dieser Wand bzw. diesem Mantel vorzusehen, welche die Wärme von dieser Wand bzw. diesem Mantel

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absorbiert.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Temperatur des Kühlmittels zu ändern bzw. zu regeln, um das Maß der an der Wand odgl. erfolgenden Kühlung (Kühlgeschwindigkeit) relativ zur hohen Temperatur des Werkstoffes bzw. des Formlinges zu überwachen bzw. hiervon abhängig zu machen. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Abstandsraum zwischen dem festen Werkstoff, dem Formling odgl. und der kühlenden Wand odgl. mit einem gasförmigen Stoff gefüllt wird, welcher Hitze absorbieren kann, und die Größe der Hit ze aus strahlung vom festen Werkstoff oder Formling zu der Wand zu überwachen bzw, zu regeln. Eine andere vorteilhafte Äusführungsform der Erfindung sieht vor, hier entweder Wasserdampf oder als Gas vorliegendes Kohlendioxyd zu verwenden.

Eine Äusführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 teilweise und schematisch, eine teilweise geschnittene Ansicht der Kühlvorrichtung, eingesetzt bei aus Stahl bestehenden hocherhitzten Materialformlingen;

Fig. 2 einen Schnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

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Die bevorzugte Äusführungsform der Erfindung gemäß dieser Zeichnungen zeigt eine Vorrichtung, um hocherhitzte Werkstoffformlinge, insbesondere aus Stahl bestehende Materialproben, zu kühlen,jedoch kann man auch die Vorrichtung, je nach Einzelfall, nicht nur für Stahlbauteile sondern Bauteile aus anderem Metall- oder Nichtmetall verwenden, wobei diese hocherhitzten Bauteile einer relativ schnellen Abkühlung unterworfen werden können.

Aus Stahl bestehende Bauteile 1, welche sich auf hoher Temperatur befinden, werden über einen Einlass B in die Kühlvorrichtung eingeführt, welche durch eine Wand bzw. einen Mantel 6 gebildet wird, so daß eine längliche Kühlkammer G in Richtung des Auslasses D gebildet ist, an der die Stahlbauteile nach erfolgter Abkühlung auf eine vorbestimmte Temperatur herausgeführt bzw. entnommen werden. Der Transport der Stahlbauteile 1 und ihre Abstützung während des Kühlvor- . ganges kann durch Ärbeitsholme 2 und ortsfeste Holme 3 erfolgen.

Zwecks Abkühlung wird Kühlwasser W, welches innerhalb des Dampfabscheiders 4 akkumuliert wird, über nicht dargestellte Zuführleitungen mit Hilfe der Pumpe 5 dem Kühlmantel 6 zugeführt, wie durch einen Pfeil dargestellt, und zwar über eine geeignete Zuführung 11, so daß das Wasser W die.von der Oberfläche der Stahlbauteile abgestrahlte Hitze absorbiert (diese Bauteile befinden sich hierbei innerhalb der Wandung 6)_r

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wobei ein Teil des Wassers verdampft und dem Dampfabscheider 4 über in Form von geschlossenen Windungen ausgebildeter Leitung unter Einsatz der Leitung 11 zuströmt. Der Kühlmittelrückfluss zum Dampfabscheider erfolgt in Form eines Gas-Wassergemisches. Der Dampfanteil dieses Gemisches wird herausgezogen und es steht das Kühlwasser W zur Verfügung, um den Kreislauf unter Druckwirkung der Pumpe 5 durch die Abstandsräume des Mantels 6 zu wiederholen. Die zur Kühlung dienende Wand 6 odgl. kann eine für Wasserkühlung geeignete Wandkonstruktion in an sich bekannter Form haben, wobei (nicht dargestellte) Stahlrohre Seite an Seite zueinander angeordnet sind und sich in Längsrichtung der Vorrichtung erstrecken. Die Temperatur der der Kühflung dienenden Wandoberfläche nähert sich bzw. wird im wesentlichen gleich der Temperatur des Kühlwassers, welches innerhalb dieser Wand fließt, da der thermische Übertragungskoeffizient des Kühlwassers sehr groß im Vergleich zur thermischen Energie des Übertragungskoeffizienten der abgestrahlten Wärme ist. Da das Kühlwasser im gesättigten Zustand vorliegt, kann man die Sattigungstemperatur oder die Kühlwassertemperatur dadurch erhöhen oder verringern, daß man eine Drucksteuer- bzw. Regelvorrichtung 7 verwendet, welche den Druck innerhalb des Dampfabscheiders 4 aufrecht erhält. Mit anderen Worten, wird es notwendig, die Kühlgeschwindigkeit der Stahlbauteile zu erhöhen, so wird die Kühlwassertemperatur dadurch erniedrigt, daß man den Druck innerhalb des Dampfabscheiders 4 verringert, indem die DruckeinsiaLlung in der Dr«is]ciiberwachungsvorrichtung

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niedriger eingestellt wird, d.h. diese Drucküberwachungsvorrichtung 7 veranlaßt, daß ein Ventil innerhalb des Abscheiders 4 bei erniedrigtem Druck geöffnet wird. In diesem Zusammenhang ermöglicht die Leitung 13, den Druck innerhalb des Abscheiders 4 mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung 7 zu messen, welche ihrerseits die Arbeitsstellung des Ventiles über eine mechanische Verbindung bzw. Gelenke 14 odgl. überwacht. Ferner, um. die Äbkühlgeschwindigkeit der Stahlbauteile 1 zu erhöhen, ist es möglich, zusätzlich Kühlwässer der geschlossenen wendelartigen Leitung oder der Zirkulation über Leitung 11 zuzuführen, wobei Kühlwasser au's der Kühlwasserguelle 8 zugeführt wird, welche sich zwischen Abscheider 4, und Pumpe 5 befindet. Wenn aber eine langsamere Äbkühlgeschwindigkeit erforderlich ist, wird die Druckeinstellung; am Druckabscheider 4 höher eingestellt und der Anstieg MiisAchtlich Sättigungstemperatur kann gemessen werden.

Theoretisch kann die Temperatur des Kühlwassers auf jede Temperatur eingestellt werden, beginnend mit der Raumtemperatur bis zur kritischen Slttigungsdrucktemperatur von 374 C. Jedoch wird im letzteren Falle erforderlich, die Kühlvorrichtung hochdrudkbeständig auszubauen, was die Bauweise verteuert, wenn man bei hohen Temperaturen kühlen soll, welche die kritische Sättigungstemperatur etwa erreichen.

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Um die Kühlgeschwindigkeit herabzusetzen, wenn das System auf einen relativ niedrigen Druck ausgelegt bzw. konstruiert ist, kann eine Vielzahl von Dampfdüsen 9 zum Hereinöiasen von Dampf vorgesehen werden, die mit einer Dampfquelle, z.B. einem Dampidruckbehälter 15 in Verbindung stehen, wobei aurch diesen Dampf die Hitzeaostrahlung absorbiert werden kann. Hierbei ist der strahlenförmig und unter Druck mit hilfe von Düsen in die Kühlkammer C eirgeblasene Dampf in der Zeichnung schematisch dargestellt und zwar durch einige Stixciie auiierhalo der Düse 9. Die JJampfdüsen 9 dienen dazu, Gas, z.B. Wasserdampf oder Kohlendioxid einzublasen, wobei der Dampf die Fähigkeit hat, die Hitzeeinstrahlung in die Kammer C zu absorbieren. Der Dampf befindet sich im übstandsraum zwischen den aus Stahl bestehenden Werkstoffteilen 1 und der Wand 6. Die eintretende Wirkung ist gleich derjenigen, welche dann eintritt, wenn man Wärmeisolationsmaterial zwischen den aus Stahl bestehenden Werkstoffteilen 1 und der zur Kühlung dienenden Wand b einführen bzw. einsetzen würde und man ist ferner in der Lage, die Abkühlungsgeschwindigkeit der Wand zu überwachen.

Wenn auch die Gröiie der Gasschicht in der Regel konstant bzw. gleich dick ist, bezogen auf bzw. in Abhängigkeit von apparativen Konstanten der Vorrichtung bzw. begrenzt durch die Konstruktion der Vorrichtung selbst, ist es möglich, den Gaspartialdruck von 0 % (wenn ein Gas, z.B. Luft verwendet wird, welches keine Kapazität bzw. Fähigkeit hat, die Wärmestrahlung

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im Abstandsraum zu absorbieren) bis zu einem Gaspartialsog von 100 %. Wenn eine Überwachung der Kühlgeschwindigkeit nicht notwendig ist, kann die Abkühlung des festen Werkstoffes, welcher sich auf hoher Tempe'ratur befindet, durch eine einfache bzw. vereinfachte Vorrichtung erreicht werden, oder die Druckeinstellung·wird konstant gehalten, bzw. in Abhängigkeit von Parametern im Gasabscheider 4 und eine Gasabdichtung mit Hilfe der Düsen 9 kommt nicht zur Anwendung.

Zusammenfa.saend ergibt es sich, daß erfindungsgemäß eine aus IVietall bestehende Wand, ein Gehäuse bzw. eine Kammer vorgesehen ist, welche die die Bauteile befördernde Transporteinrichtung umfaßt bzw. umschließt, wobei die "Werkstof fteile hocherhitzte Stahlplatinen sein können, so daß durch diese Wand eine Kammer gebildet ist, deren Wände der Hitzeabstrahlung der Stahlplatinen unterworfen sind und es wird eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, unter Druck zur Zirkulation in den Kanälen bzw. Äbstandsräumen dieser kammerartigen Ummantelung aufrecht erhalten, so daß die Wand gekühlt wird und man in der Lage ist, die Temperatur des Kühlmittels und die Abkühlungsgeschwindigkeit der Stahlplatinen odgl. zu überwachen, so daß bei Kohlenstoffstählen hohen Kohlenstoffgehaltes ihre Abkühlungsgeschwindigkeit über einen weiten Bereich hinweg gesteuert bzTw. verändert werden kann, indem man die Kombination aus Kühlwandtemperatur und Gaspartialdruck eines im iiDstandaraum zwischen den Stahlplatinen odgl, 1 und der Wand t> eingeführten Gases verändert, wobei ein Gas mit der Fähigkeit

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Wärmeabstrahlung in diesem Abstandsraum zu absorbieren, verwendet wird, insbesondere Wasserdampf oder Kohlendioxyd. Was ferner möglich ist, die in den Stahlplatinen odergl. vorhandene thermische Energie wiederzugewinnen, kann die Vorrichtung ferner erf indungsgeirtäß als ein Wasserdampf - odal. Generator verwendet werden.

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Claims (3)

1. ■ 28, November 1973 IG/G Ref.No.: K-2-1O766M

   KÄWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA
   Patentansprüche

   (1.^Vorrichtung zur Kühlung von im festen Zustand vorliegenden, hocherhitzten Werkstoffen, Formkörpern und dergl., insbesondere von Stahlplatinen, mit einer diese mindestens teilweise umfassenden Wand, einem Gehäuse odgl., welche zu diesen Werkstoff- bzw. Formkörpern einen Abstand aufweist und der Strahlungshitze dieser Teile unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine strömende Kühlflüssigkeit in Berührung mit dieser Wand (6) oder innerhalb dieser Wand (6) vorhanden ist, durch die die von dieser Wand absorbierte Hitze abgeführt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1.,dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit zumindest mit einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung in Verbindung steht, durch die die Ab-

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   kühlungsgeschwindigkeit der hocherhitzten festen Werkstoff- bzw. Formkörper veränderbar ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1., ciaaurch gekennzeichnet, dafu sie mit einer weiteren Einrichlung, z.B. einem GasbchaH er (Ib) versehen ist, durch den in den iib stands raum zwischen wand odgl. (6) und die Formkörper odgl. (1) ein die Hitztaustrahlung dieser Körper (1) absorbierendes Gas eingeführt ist, so aaf; die Abkühlungsgeschwindigkeit dieser Teile (l) veränderbar bzw. regelbar ist.

   k. Voirjch+uiio nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daii zwischen Hantel (b) und den zu kühlenden Teilen (1) feaaaerdampf vorhanden bzw. über eine Wasserdampfdruckquelle (15) eingeführt ist.

   b. Vorrichtung nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, dall in der Kühlkaitimer zwischen Mantel (b) und Teilen (1) Kohlendioxyd als absorDierendes Gas vorhanden ist.

   b. Vorrichtung nach Anspruch 3, daaurch gekennzeichnet, aaii das Gas in aen ADstanasrdum zwischen '/,and (b) und Teilen (1) durch zumindest ein üinströmgerat, eine i-Jinstrahldüse? οα_νΊ. eingeführt ist, welche eine Flüssigkca i ...kupplung zu einci Gasaruckquelle (Ib) odgi. hat.

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   7* Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (6) eine längliche Kammer bilden und in den Wänden (b) Kühlmittelkanäle vorhanden sind, daß die Vorrichtung ferner einen kammerförmigen Wasserdampfabscheider (4) aufweist und Leitungen (11) von diesem Abscheider (4) zu diesen Kühlkanälen in den Wanden (6) führen und aus diesen Kühlkanälen in mindestens einer geschlossenen Wendel zurück zum Wasserdampfabscheider (^), und dass die Vorrichtung ferner mindestens eine Pumpe, insbesondere eine Verdrängerpumpe (5) hat, um Wasser W von dem Wasserdampfabscheider (4) zu den die Wand (b) kühlenden Leitungen oder Kanälen zuzuführen.

   ö, Vorrichtung nach Anspruch 7«, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Leitung aufweist, die aus dem Dampfabscheider herausgeht und durch die Dampf aus dem Abscheider abgezogen wird und diese Leitung zumindest ein Ventil und einen Druckregler odgl* (7) hat, durch den der Dampfdruck des Dampfabscheiders (4) durch Überwachung des Ventiles geregelt bzw* überwacht wird, derart, daß ein vorbestimmter Druck innerhalb aes Dampfabscheiders (4) und in der geschlossenen rtüekführleitung des Kühlmittels (bei 11) aufrecht erhalten ist *

   ^. Vorrichtung naöh imspruch o. , dadurch gekennzeichnet, daß ferner mindestens eine zum liinblasen von Gas vorhandene Einrichtung,, wie zumindest eine Düse (9) vorhanden ist,

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   die in der Wand (6) oder an letztere befestigt ist und in die vom Mantel (6) umschlossene Kammer geöffnet ist und daß eine Verbindungsleitung (zwischen 15 unJ 9) voihanden ist, welche aie Düse odgl. (9) mit einer Druckgasquelle odgl. (15) verbindet und hierbei ein Hitzestrahlung absorbierendes Gas verwendet wird, durch welches bzw. durch die Größe und Art des Zu- und Abflusses dieses Gases zusätzlich die Abkühlgeschwindigkeit der Werkstoffteile (1) odgl. gesteuert bzw. geregelt werden kann.

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