DE2359409B2 - Vorrichtung zur indirekten kuehlung von metallischen werkstuecken, insbesondere von stahlplatinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur indirekten Kühlung von metallischen Werkstücken, insbesondere von Stahlplatinen, mit Regelung der Abkühlgetchwindigkeit, welche eine Vorrichtung zum Transport des zu kühlenden Gutes und im Abstand von diesem Gut angeordnete Kammerwandungen aufweist, welche durch Kühlmittelleitungen gekühlt werden.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Stahl in Walzwerken und dergl. die Werkstücke einer Mehrzahl von Arbeitsschritten zwecks Heizen und Abkühlen unterworfen sind. Die Verfahren, Stahl zu kühlen, sind unterschiedlich und hängen von der Art des Stahles ab, Weicher der Behandlung unterliegt. Liegt der Stahl in Form von gewalzten Stahlplatinen vor, wobei er auf etwa 1000⁰C erhitzt und in einer Kühlzone auf etwa 1OO°C abgekühlt wird, bevor er dem nächsten Arbeitsgang unterworfen wird, so kann bei diesem Stahl das Abkühlen in dreierlei V/eise erfolgen: Ein langsames Abkühlen ist bei legierten Stählen und Stählen hohen Kohlenstoffgehaltes erforderlich, eine Luftkühlung ist erforderlich bei Kohlenstoffstählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bzw. eine Wasserkühlung mit hoher Geschwindigkeit bei niedriggekohlten Stahlsorten.

Legierte Stähle und Stähle hohen Kohlenstoffgehaites sollten aber einer Wasserkühlung aus folgenden Gründen nicht unterworfen werden:
a) Durch Wasserkühlung werden aus Stahl bestehende Werkstücke härter und neigen eher dazu, infolge Auftretens von durch die Kühlung verursachten Umwandlungsspannungen rissig zu werden, und deshalb ist es schwierig, nach der Wasserkühlung eine Oberflächenbehandlung vorzunehmen.

b) Es werden kleine Innenfehler, sogenannte weiße Flecke gebildet

c) Die Rißbildung wird durch Wärmespannungen beschleunigt, welche wegen der Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und dem Innenbereich des Gutes vorhanden sind. Je dicker die Werkstükke, um so empfindlicher ist der Stahl gegenüber Rißbildung.

Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Regelung der Abkühlgeschwindigkeit erfolgt und somit eine indirekte Kühlung des durchlaufenden Gutes vorgenommen wird. Hierfür sind in Doppelwandungen Rohre zum Durchleiten des Kühlmittels, nämlich von Luft, vorhanden bzw. das Kühlmittel strömt in Hohlräumen der Wandung selbst. Diese Kammerwandungen haben einen Abstand zum Gut. Ferner kann zusätzlich Luft als Kühlgas in die Kühlkammer eingeblasen werden. Allerdings wird hier das durchlaufende Gut nur an den Seiten und an der Decke umschlossen. Da ganz allgemein von einem Kühlmittel, einschl. von Luft, gesprochen wird, kann der bekannten Vorrichtung nicht ein bestimmtes Kühlmittel und nicht ein bestimmter Zustand eines bestimmten Kühlmittels entnommen werden, insofern auch nicht die besonderen Mittel, um ein bestimmtes Kühlmittel so einzusetzen, daß eine möglichst optimale Beherrschung eines flüssigen Kühlmittels bei indirekter Kühlung erreicht wird, wenn eben hocherhitzte metallische Werkstücke zu behandeln sind, um die Materialeigenschaften durch eine einfachere Abkühleinrichtung zu verbessern (deutsche Auslegeschrift H 14 462 IV c/80 c, bekanntgemacht am 9. Mai 1956).

Die Verwendung von Wasserdampf als direktes Kühlmittel ist zwar bekannt, und zwar für ein Verfahren, um in einer mit einem Doppelmantel versehenen Kühlvorrichtung durchlaufendes Glühgut abzukühlen. Hierbei wird beim Anfahren durch den Doppelmantel zum Frwärmen der Kühlvorrichtungen flüssiges oder gasförmiges Heizmittel oder Wasserdampf geleitet. Hier geht es aber ausschließlich um die Verbesserung der Start- und Anfahrbedingungen. Einmal wird kalter Wasserdampf, das andere Mal heißer Wasserdampf verwendet. Eine das Gut möglichst vollständig umschließende Kammerwandung ist nicht vorgesehen, es wird auch nicht Kühlwasser unter bestimmten Bedingungen, welche die Gasphase berücksichtigen, verwendet. Die Regelbauteile, die zur Durchführung einer vollständigen Regelung erforderlich sind, sind nicht angegeben (DT-PS 6 66 869).

Bei einer anderen Kühlvorrichtung können die Kühlrohre längs der Kammerwandung angeordnet sein und mit einem Wasserabscheider zu einem Kreislauf zusammengeschlossen werden, die eine Pumpe aufweist. Allerdings wird hier bezweckt. Heißwasser oder ein anderes Kühlmittel als möglichst hochwertige Wärme wiederzugewinnen, wobei das den Ofen verlassende Abgas gekühlt wird. Die bekannten Steigrohre, die mit Kühlrohren vergleichbar sind, gehen radial von der Kammerwandung ab, während ihre äußeren Verbindungsrohre zwar in Längsrichtung der Kühlkammer liegen, jedoch die Strahlungshitze des Gutes nicht aufnehmen. Die radial liegenden Steigrohre sind aber so angeordnet, daß die Kühlwirkung relativ gering ist. Das Gut wird nicht im wesentlichen vollständig von der Kammer umschlossen. Vor allem ist aber die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Kammer in Zonen aufgeteilt und das Gut zonenweise behandelt wird und jede Zone eine unterschiedliche Temperatur haben soll

(DTPS 8 24 463).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abkühlung von hocherhitzten metallischen Werkstücken zu schaffen, bei der die Abkühlgeschwindigkeit auf einfache Weise geregelt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kammerwandung bis auf eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung das Gut vollständig umschließt und daß das Kühlwasser mit Sättigungsdruck in einem geschlossenen Kreislaufsystem, bestehend aus den Kühlrohren, einem Wasserdampfabscheider, einer Förderpumpe und einem Druckregelventil, umwälzbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß die Kühlrohre Seite an Seite zueinander angeordnete Stahlrohre sind. Hierdurch w^;-d die Effektivität der Kühlung vergrößert.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht, vor, daß die Vorrichtung zusätzlich mit einem Behälter versehen ist, welcher Wärmestrahlung hoher Temperatur, z.B. 1000⁰C₁ absorbierendes Gas, z.B. Kohlendioxyd-Gas, oder Wasserdampf enthält. Durch diese zusätzliche Maßnahme wird die Abkühlung hocherhitzter Werkstücke in geeigneter Weise vervollkommnet. Der Behälter ist mit dem Abstandsraum zwischen der, Kühlrohren und dem Gut durch zumindest eine Einströmdüse oder dergleichen verbunden.

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

F i g. 1 schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht der Kühlvorrichtung, bei aus Stahl bestehenden hocherhitzten Werkstücken;

F1 g. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1.

Das Gut, welches sich auf hoher Temperatur befindet wird über eine Einlaßöffnung B in die Vorrichtung eingeführt, welche durch eine Kammerwandung 6 in Form einer länglichen Kühlkammer C in Richtung der Auslaßöffnung D gebildet wird, aus der das Gut nach Abkühlung auf eine vorbestimmte Temperatur herausgeführt wird. Der Transport des Gutes 1 und seine Abstützung während des Kühlvorganges erfolgt durch Hubbalken 2, betätigt durch eine Antriebseinheit 10, und ortsfeste Balken 3.

Das innerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 gespeicherte Kühlwasser W wird über eine Zuleitung It mit Hilfe der Förderpumpe 5 der Kammerwandung 6 zugeführt, wie durch einen Pfeil dargestellt, so daß das Wasser W die von der Oberfläche des Gutes abgestrahlte Hitze absorbiert (diese Kühlrohre Sa befinden sich hierbei innerhalb der Kammerwandung 6), wobei ein Teil des Wassers verdampft und dem Wasserdampfabscheider 4 über in Form von geschlossenen Windungen ausgebildeter Leitung unter Einsatz der Ableitung 11a zuströmt. Der Kühlmittelrückfluß zum Wasserdampfabscheider erfolgt in Form eines Gas-Wasser-Gemisches. Der Dampfanteil dieses Gemisches wird herausgezogen, und das Kühlwasser W steht zur no Verfugung, um den Kreislauf unter Druckwirkung der Förderpumpe 5 durch die Kühlrohre zu wiederholen. Die Kammerwandung 6 kann eine für Wasserkühlung geeignete Wandkonstruktion haben, wobei Stahlrohre 6a Seite an Seite zueinander angeordnet sind und sich (κ in Längsrichtung der Vorrichtung erstrecken. Die Temperatur der der Kühlung 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 groS im Vergleich zur thermischen Energie des Übertragungskoeffizienten der abgestrahlten Wärme ist Da das Kühlwasser im gesättigten Zustand vorliegt, kann man die Sättigungstemperatur dadurch erhöhen oder verringern, daß man ein Druckregelventil 7 verwendet, welches den Druck in nerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 aufrechterhält. Wenn die Kühlgeschwindigkeit des Gutes erhöht werden soll, wird die Kühlwassertemperatur dadurch erniedrigt, daß man den Druck innerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 verringert, indem die Druckeinstellung in dem Druckregelventil 7 niedriger eingestellt wird, d. h. dieses Ventil 7 veranlaßt, daß ein anderes Ventil innerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 bei erniedrigtem Druck geöffnet wird. Hierbei fühlt eine Leitung 13 den zu messenden Druck innerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 mit Hilfe des Druckregelventils 7 ab. welches seinerseits die Arbeitsstellung eines Ventils 12 über eine elektrische oder pneumatische Verbindung 14 od. dgl. überwacht. Ferner, um die Kühlgeschwindigkeit des Gutes 1 zu erhöhen, ist es möglich, zusätzlich Kühlwasser dem geschlossenen Kreislaufsystem über die Zuleitung 11 zuzuführen, wobei Kühlwasser aus einer Kühlwasserquelle 8 zugeführt wird, welche sich zwischen Wasserdampfabscheider 4 und Förderpumpe 5 befindet. Wenn aber eine langsamere Kühlgeschwindigkeit erforderlich ist, wird die Druckeinstellung am Wasserdampfabscheider 4 höher eingestellt. Der Anstieg der Sättigungstemperatur kann gemessen werden.

Theoretisch kann die Temperatur des Kühlwassers auf jede Temperatur eingestellt werden, beginnend mit der Raumtemperatur bis zur kritischen Sättigungsdrucktemperatur von 374°C. Jedoch wird im letzteren Falle erforderlich, die Kühlvorrichtung hochdruckbeständig auszubauen, was die Bauweise verteuert, wenn man bei hohen Temperaturen kühlen soll, welche die kritische Sättigungstemperatur etwa erreichen. Um die Kühlgeschwindigkeit herabzusetzen, wenn das System auf einen relativ niedrigen Druck ausgelegt ist, kann eine Vielzahl von Dampfdüsen 9 zum Einströmen von Dampf vorgesehen werden, die mit einer Dampfquelle, z. B. einem Druckbehälter 15, in Verbindung stehen, wobei durch den Dampf die Hitzeabstrahlung absorbiert wird. Der strahlenförmig und unter Druck mit Hilfe der Düsen 9 in die Kühlkammer C eingeblasene Dampf ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Dampfdüsen 9 dienen dazu, z. B. Wasserdampf oder Kohlendioxyd einzublasen. Der Dampf befindet sich im Abstandsraum zwischen dem Gut 1 und der Kammerwandung 6. Die eintretende Wirkung ist so als wenn wärmeisolierendes Material zwischen dem Gut 1 und der Kammerwandung 6 vorhanden wäre. Man ist ferner in der Lage, die Abkühigeschwindigkeit der Wandung zusätzlich zu überwachen.

Wenn auch die Größe der zugehörigen Gasschicht in der Regel gleich dick ist, bezogen auf apparative Konstanten der Vorrichtung bzw. begrenzt durch die Konstruktion der Vorrichtung selbst, ist es möglich, den Gaspartialdruck von 0% (bezogen auf ein Gas, z. B. Luft, welches fast keine Wärmestrahlung im Abstandsraum absorbiert) bis zu einem Gaspartialdruck von 100% zu regeln. Wenn eine Überwachung der Kühlgeschwindigkeit nicht notwendig ist, kann die Abkühlung der hocherhitzten Werkstücke durch eine vereinfachte Vorrichtung erreicht werden, oder die Druckeinstellung wird konstant gehalten bzw. in Abhängigkeit von

Parametern im Wasserdampfabscheider 4. Ein Einblasen von Gas durch Düsen 9 ist dann nicht notwendig.

Bei Kohlenstoffstählen hohen Kohlenstoffgehaltes kann also ihre Kühlgeschwindigkeit über einen weiten Bereich hinweg gesteuert werden, indem man die Kammerwandungstemperatur und den Gaspartialdruck eines im Abstandsraum zwischen dem Gut I und dieser Wandung 6 eingeführten Gases verändert, wobei eir Gas mit der Fähigkeit Wärmeabstrahlung in dieserr Abstandsraum zu absorbieren, verwendet wird, insbe sondere Wasserdampf oder Kohlendioxyd-Gas. Fernei s ist möglich, die in dem Gut vorhandene thermisch« Energie wiederzugewinnen und die Vorrichtung al: einen Wasserdampf-Generator zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur indirekten Kühlung von metallischen Werkstücken, insbesondere von Stahlplatinen, mit Regelung der Abkühlgeschwindigkeit welche eine Vorrichtung zum Transport des zu kühlenden Gutes und im Abstand von diesem Gut angeordnete Kammerwandungen aufweist, welche durch Kühlmittelleitungen gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwandung (6) bis auf eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung das Gut (1) vollständig umschließt und daß das Kühlwasser mit Sättigungsdruck in einem geschlossenen Kreislaufsystem, bestehend aus den Kühlrohren (6a, II, Ha), einem Wasserdampfabscheider (4). einer Förderpumpe (5) und einem Druckregelvemii (7), umwälzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (6a) Seite an Seite zueinander angeordnete Stahlrohre sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich mit einem Behälter (15) versehen ist, welcher Wärmestrahlung hoher Temperatur absorbierendes Gas enthält und der Behälter (15) mit dem Abstandsraum zwischen Kühlrohren (6a) und dem Gut (1) durch zumindest eine Einströmdüse od. dgl. (9) in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Kohiendioxyd ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Wasserdampf ist.