DE2359409C3

DE2359409C3 - Device for indirect cooling of metallic workpieces, in particular steel blanks

Info

Publication number: DE2359409C3
Application number: DE19732359409
Authority: DE
Inventors: Toshiji; Takahashi Yutaka; Kobe Kobayashi (Japan)
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KX., Kobe, Hyogo (Japan)
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1977-02-10

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur indirekten Kühlung von metalliscnen Werkstücken, insbesondere von Stahlplatiner., mit Regelung der Abkühlgeschwindigkeit, welche eine Vorrichtung zum Transport des zu kühlenden Gutes und im Abstand von diesem Gut angeordnete Kammerwandungen aufweist, welche durch Kuhlmittelleitungen gekühlt werden.The invention relates to a device for the indirect cooling of metallic workpieces, in particular von Stahlplatiner., with regulation of the cooling speed, which a device for transport of the good to be cooled and chamber walls arranged at a distance from this good, which be cooled by coolant lines.

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, welcher der Behandlung unterliegt. Liegt der Stahl in Form von gewalzten Stahlplatinen vor, wobei er auf etwa 1000⁰C erhitzt und in einer Kühlzone auf etwa 100⁰C abgekühlt wird, bevor er dem nächsten Arbeitsgang unterworfen wird, so kann bei diesem Stahl das Abkühlen in dreierlei Weise 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.It is known that in the manufacture of steel in rolling mills and the like. The workpieces are subjected to a plurality of working steps for the purpose of heating and cooling. The methods of cooling steel are different and depend on the type of steel that is being treated. If the steel in the form of rolled steel plates in front, whereby it is heated to about 1000 ⁰ C and cooled in a cooling zone to about 100 ⁰ C, before being subjected to the next operation, so in this steel, the cooling can be accomplished in three ways: Slow cooling is required for alloyed steels and steels with a high carbon content, air cooling is required for carbon steels with a medium carbon content and water cooling at high speed for low-carbon steels.

Legierte Stähle und Stähle hohen Kohlenstoffgehaltes 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.Alloyed steels and steels with a high carbon content should not be subjected to water cooling for the following reasons:
a) By water cooling, workpieces made of steel become harder and are more likely to be cracked due to the occurrence of transformation stresses caused by cooling, and therefore it is difficult to apply surface treatment after water cooling.

b) Es werden kleine Innenfehler, sogenannte weiße Flecke gebildetb) Small internal defects, so-called white spots, are formed

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.c) The crack formation is accelerated by thermal stresses, which because of the temperature difference between the surface and the interior of the goods are available. The thicker the work piece, the more sensitive the steel is to it Cracking.

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 v/erden. 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 zii 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).A device is already known in which the cooling rate is regulated and thus indirect cooling of the material passing through is carried out. For this purpose, pipes for passing the coolant, namely air, are present in double walls or the coolant flows in cavities in the wall itself. These chamber walls are at a distance from the goods. However, here the goods passing through are only enclosed on the sides and on the ceiling. Since in general terms a coolant, including air, is spoken of, the known device can not be taken from a specific coolant and not a specific state of a specific coolant, insofar as the special means to use a specific coolant so that a best possible control is achieved a liquid coolant in indirect cooling if provide highly heated metal workpieces are treated zii, to improve the material properties by a simpler cooling device (German Auslegeschrift H 14 462 IV c / 80 c, Posted on May 9, 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 Erwärmen 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).The use of water vapor as a direct coolant is known for a process in order to cool annealing material passing through in a cooling device provided with a double jacket. In this case, liquid or liquid is used through the double jacket to heat the cooling devices when starting up Gaseous heating medium or steam passed. But this is all about improvement the start and start-up conditions. One time it becomes cold water vapor, the other time it becomes hot water vapor used. A chamber wall that completely encloses the material is not provided cooling water is also not used under certain conditions that take the gas phase into account. The standard components that are required to carry out a complete control are not specified (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 sollIn another cooling device, the cooling tubes can be arranged along the chamber wall and be combined with a water separator to form a circuit that has a pump. However, it is intended here. Hot water or another coolant as the best possible heat recover, the exhaust gas leaving the furnace being cooled. The well-known risers that come with Cooling tubes are comparable, go radially from the chamber wall, while their outer connecting tubes lie in the longitudinal direction of the cooling chamber, but do not absorb the radiant heat of the goods. The radially lying riser pipes are arranged so that the cooling effect is relatively low. The Well is not essentially completely enclosed by the chamber. Above all, however, is the device designed so that the chamber is divided into zones and the goods are treated zonally and each Zone should have a different temperature

(DT-PS 8 24 463).(DT-PS 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 s werden kann.The invention is based on the object of a device for the continuous cooling of highly heated to create metallic workpieces in which the cooling rate can be easily controlled s can be.

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 Sättigungs- ₎₀ druck in einem geschlossenen Kreislaufsystem, bestehend aus den Kühlrohren, einem Wasserdampfabscheider, einer Förderpumpe und einem Druckregelventil, umwälzbar ist.To solve this problem, the invention proposes that the chamber wall completely encloses the material except for an inlet and an outlet opening and that the cooling water with saturation _{) 0} pressure in a closed circuit system, consisting of the cooling tubes, a water vapor separator, a feed pump and a Pressure control valve, can be circulated.

Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht _!5 vor, daß die Kühlrohre Seite an Seite zueinander angeordnete Stahlrohre sind. Hierdurch wird die Effektivität der Kühlung vergrößertA further embodiment of the device _provides! Before ₅ that the cooling tubes are arranged side by side to each other steel pipes. This increases the effectiveness of the cooling

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung zusätzlich mit einem Behälter versehen ist, welcher Wärmestrahlung hoher Temperatur, z.B. 1000⁰C, 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 den Kühlrohren und dem Gut durch zumindest eine Einströmdüse oder dergleichen verbunden.Another embodiment of the invention provides that the device is additionally provided with a container which contains heat radiation of high temperature, for example 1000 ^° C., absorbing gas, for example carbon dioxide gas, or water vapor. With this additional measure, the cooling of highly heated workpieces is perfected in a suitable manner. The container is connected to the space between the cooling tubes and the material by at least one inlet nozzle or the like.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show it:

F i g. 1 schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht der Kühlvorrichtung, bei aus Stahl bestehenden hocherhitzten Werkstücken;F i g. 1 schematically shows a partially sectioned view of the cooling device, when it is made of steel highly heated workpieces;

F i g. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1.F i g. 2 shows a cross section of the device according to 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.The material which is at a high temperature is introduced into the device via an inlet opening B , which is formed by a chamber wall 6 in the form of an elongated cooling chamber C in the direction of the outlet opening D , from which the material is led out after cooling to a predetermined temperature . The goods 1 are transported and supported during the cooling process by means of lifting beams 2, actuated by a drive unit 10, and stationary beams 3.

Das innerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 gespeicherte Kühlwasser IV wird über eine Zuleitung 11 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 6a 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 Ua zuströmt. Der Kühlmittelrückfluß zum Wasserdampfabscheider erfolgt in Form eines Gas-Wasser-Gemisches. Der Dampfanteil dieses Gemisches wird herausgezogen, und das Kühlwasser W steht zur Verfügung, 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 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 groß im Vergleich zur thermischen Energie des Übertragungskoeffizienten der abgestrahlten Wärme ist Da das Kühlwasser im gesattigten Zustand vorliegt, kann man die Sättigungstemperatur dadurch erhöhen oder verringern, daß man ein Druckregelventil 7 verwendet, welches den Druck innerhalb des Wasserdampf abscheide rs 4 aufrechterhält. Wenn die Kühlgeschwindigkeit des Gutes erhöht werden soll, wird die Kühlwassertemperatur dadurch erniedrigt, daß man den Druck innerhalb des WasserdaiTipfabscheiders 4 verringert, indem die Druckeinstellung in dem Druckregelventil 7 niedriger eingestellt wird, d. h. dieses Ventil 7 veraniaßt, daß ein anderes Ventil innerhalb des Wasserdampfabscheiders 4 bei erniedrigtem Druck geöffnet wird. Hierbei fühlt eine Leitung 13 den zu messe.iden 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.The cooling water IV stored within the water vapor separator 4 is fed to the chamber wall 6 via a supply line 11 with the aid of the feed pump 5, as shown by an arrow, so that the water W absorbs the heat radiated from the surface of the goods (these cooling tubes 6a are located here inside the chamber wall 6), with part of the water evaporating and flowing to the water vapor separator 4 via a line designed in the form of closed windings using the discharge line Ua. The coolant reflux to the water vapor separator takes place in the form of a gas-water mixture. The steam portion of this mixture is drawn out, and the cooling water W is available to repeat the cycle under the pressure of the feed pump 5 through the cooling pipes. The chamber wall 6 can have a wall construction suitable for water cooling, with steel pipes 6a being arranged side by side with one another and extending in the longitudinal direction of the device. The temperature of the wall surface used for cooling approaches or becomes essentially equal to the temperature of the cooling water which flows within this wall, since the thermal transfer coefficient of the cooling water is very large compared to the thermal energy of the transfer coefficient of the radiated heat State is present, you can increase or decrease the saturation temperature by using a pressure control valve 7, which separates the pressure within the water vapor 4 maintains. If the cooling speed of the goods is to be increased, the cooling water temperature is lowered by reducing the pressure inside the water vapor separator 4 by setting the pressure setting in the pressure regulating valve 7 lower, that is, this valve 7 veraniaÃŸ that another valve within the water vapor separator 4 is opened at reduced pressure. Here, a line 13 senses the pressure to be measured within the water vapor separator 4 with the aid of the pressure control valve 7, which in turn monitors the working position of a valve 12 via an electrical or pneumatic connection 14 or the like. Furthermore, in order to increase the cooling speed of the goods 1, it is possible to additionally supply cooling water to the closed circuit system via the supply line 11, cooling water being supplied from a cooling water source 8, which is located between the water vapor separator 4 and the feed pump 5. If, however, a slower cooling rate is required, the pressure setting on the water vapor separator 4 is set higher. The rise in saturation temperature can be measured.

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 Abkühlgeschwindigkeit der Wandung zusätzlich zu überwachen.In theory, the temperature of the cooling water can be set to any temperature, starting with the room temperature up to the critical saturation pressure temperature of 374 ° C. However, in the latter Case required to expand the cooling device resistant to high pressure, which makes the construction more expensive, if one should cool at high temperatures which approximately reach the critical saturation temperature. To the Reduce cooling speed if the system is designed for a relatively low pressure, can a plurality of steam nozzles 9 are provided for the inflow of steam, which are connected to a steam source, z. B. a pressure vessel 15, are in communication, the heat radiation being absorbed by the steam will. The jet blown into the cooling chamber C under pressure with the aid of the nozzles 9 Steam is shown schematically in the drawing. The steam nozzles 9 are used, for. B. water vapor or blowing carbon dioxide. The steam is located in the space between the good 1 and the Chamber wall 6. The effect that occurs is as if there is a heat-insulating material between the item 1 and the chamber wall 6 would be present. You are also able to control the cooling rate of the Wall to be monitored in addition.

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 vonEven if the size of the associated gas layer is usually the same thickness, based on apparatus constants of the device or limited by the design of the device itself, it is possible to use the Gas partial pressure of 0% (based on a gas, e.g. air, which has almost no heat radiation in the space absorbed) up to a gas partial pressure of 100%. When monitoring the cooling speed is not necessary, the cooling of the highly heated workpieces can be simplified using a Device can be achieved, or the pressure setting is kept constant or as a function of

Parametern im Wasserdampfabscheider 4. Ein Einblasen von Gas durch Düsen 9 ist dann nicht notwendig.Parameters in the water vapor separator 4. It is then not necessary to blow gas through nozzles 9.

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 ein Gas mit der Fähigkeit Wärmeabstrahlung in diesem Abstandsraum zu absorbieren, verwendet, wird, insbesondere Wasserdampf oder Kohlendioxyd-Gas. Ferner ist möglich, die in dem Gut vorhandene thermische Energie wiederzugewinnen und die Vorrichtung als einen Wasserdampf-Generator zu verwenden.In the case of carbon steels with a high carbon content, their cooling speed can therefore be increased over a long period Area can be controlled by the chamber wall temperature and the gas partial pressure a gas introduced in the space between the good I and this wall 6 changes, with a Gas with the ability to absorb heat radiation in this space is used, in particular Water vapor or carbon dioxide gas. It is also possible to use the thermal that is present in the product Recover energy and use the device as a water vapor generator.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

TOATOA

Claims

Patent claims:

1. Device for indirect cooling of metallic workpieces, in particular of steel blanks, with regulation of the cooling speed, which a device for transporting the to be cooled Has good and at a distance from this good arranged chamber walls which are cooled by coolant lines, thereby characterized in that the chamber wall (6) except for an inlet and an outlet opening Well (S) completely encloses and that the cooling water with saturation pressure in a closed Circulation system, consisting of the cooling pipes (6a, 11, Ua), a water vapor separator (4), a Feed pump (5) and a Daick control valve (7), can be circulated

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cooling pipes (6a) are ropes arranged side by side with steel pipes.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that it is additionally provided with a container (15) is provided which contains heat radiation high temperature absorbing gas and the container (15) with the space between cooling tubes (6a) and the item (1) through at least one inlet nozzle Od. Like. (9) is in connection.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the gas is carbon dioxide.

5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the gas is water vapor.