DE2414015A1

DE2414015A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der kuehltemperatur von warmem stahldraht

Info

Publication number: DE2414015A1
Application number: DE2414015A
Authority: DE
Inventors: Joseph Irwin Greenberger
Original assignee: Wean United Inc
Current assignee: Wean United Inc
Priority date: 1966-11-05
Filing date: 1974-03-22
Publication date: 1974-10-03
Also published as: FR2257693B1; ES424550A1; CA994131A; FR2257363A1; FR2257693A1; US3490500A; GB1472111A; NL7406309A; BE812747A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL·. ING. W. ΒΓΙΤ.Ε · DJK. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANW 1.LTE

Of 1 / Π 1 R

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 *" " IHU

25 135

Wean United, Inc., Pittsburgh, Pa / USA

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Kühltemperatur von warmem Stahldraht

•Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Abkühlung von warmem Stahldraht unmittelbar nach Verlassen des Walzgerüstes und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Steuern der Abkühlung von in Warmwalzwerken erzeugtem Stahldraht ist seit vielen Jahren Gegenstand sorgfältiger

409840/0975

"²" 24U015

Untersuchungen der Metallindustrie. Das Hauptziel dabei ist die billige und äußerst rasche Erzeugung eines Drahtproduktes durch das Walzwerk mit vorbestimmbaren und steuerbaren Eigenschaften, mit geringer Oberflächenverzunderung und mit über die ganze Länge des Drahtes gleichmäßig vorhandenen Eigenschaften, die bei der Produktion weiteren Drahtes reproduzierbar sind.

Bei den bekannten Versuchen zur Überwindung der Schwierigkeiten bei der Drahtherstellung mußte der Draht bei einer Temperatur noch innerhalb des austenitischen Bereiches und vor Einsetzen einer Umwandlung entweder aufgewickelt oder zu einzelnen, voneinander unabhängigen Schlaufen geformt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hauptschwierigkeit der bekannten Praktiken zu überwinden, nämlich ein in bezug auf Produktivität und Wirtschaftlichkeit annehmbares Verfahren, und eine Einrichtung zu schaffen, die ein Abkühlen des Drahtes von der Walztemperatur während der Umwandlung gestattet, wobei die Umwandlung der Struktur des Drahtes so steuerbar ist, daß sie im wesentlichen isothermisch bei einer Temperatur stattfindet, bei der sich die erwünschten mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften bilden.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den folgenden Schritten: Führen des warmen Drahtes noch bei Warmwalztemperatur durch eine in gerader Linie zum Walzgerüst angeordnete Kühlzone, sehr rasches Abkühlen des Drahtes vor Beginn der Umwandlung noch innerhalb dieser Kühlzone, um die Oberflächentemperatur und die zentrale Temperatur auf eine gewünschte Temperatur zu verringern und im wesentlichen auszugleichen, bei der in der nachfolgenden Umwandlung erwünschte mikrostrukturelle und mechanische Eigenschaften entstehen, und unmittelbar anschließend daran Wickeln

409840/0975

"⁵" 2414Q15

des Drahtes in Spulenform noch bei der erwünschten Temperatur, wodurch der spulenförmig gewickelte Draht seine Temperatur beibehält und dann bei dieser gewünschten Temperatur im wesentlichen isothermisch die gesamte Umwandlung durchmacht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich aus durch ein Gehäuse, einen Hohlraum zum Aufnehmen des Kühlmittels, eine Einrichtung mit einer Öffnung zum Aufnehmen von vorwärts geführtem, warmem Stahldraht, wobei die Einrichtung im Gehäuse zwischen dem Hohlraum und dem Bewegungsweg des Werkstückes vorgesehen ist und eine Anzahl von in Abständen voneinander angeordneten Öffnungen besitzt, die es dem Kühlmittel ermöglichen, von dem Hohlraum zur Oberfläche des vorbeigeführten Werkstückes zu gelangen, eine koaxial mit der Einrichtung zwischen letzterer und dem Bewegungsweg des Werkstückes angeordnete Hülse mit einer in bezug auf die Einrichtung bewegbaren Oberfläche zum Begrenzen des Kühlmittelflusses aus den Öffnungen der Einrichtung, und eine Einrichtung zum Einstellen .der Hülse, so daß sie eine gewählte Anzahl der Öffnungen freigibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils eines kontinuierlichen Drahtwalzwerkes mit dem letzten Walzgerüst, der Auslauf-Drahtkühlzone, der DrahtaufWicklung und einem Stück der Aufspul- und Spulenkühlstationen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die spulenbildende Station und dem Rest der Spulenkühlstation,

09840/0975

24U015

Pig. J5 eine Seitenansicht eines Teils der Spulenkühlstation gemäß Fig. 2,

Pig. 4 einen vergrößerten Schnitt durch die Auslauf-Drahtkühlzone gemäß Fig. 1,

Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil der Drahtaufwickelstation gemäß Pig, I,

Fig. 6 eine Temperaturkurve eines in der Auslauf-Kühlzone gekühlten Drahtes, und

Fig. 7 ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm zum Vergleichen der Kühlkurven mehrerer bekannter Drahtkühlsysterne mit der Kurve eines erfindungsgemäß gekühlten Drahtes.

In der Zeichnung veranschaulichen die Fig. 1, 2 und 5 die allgemeine Anlage eines Drahtwalzwerkes und einer Drahtkühlanlage. In Fig. 1 ist das letzte Walzgerüst 10 eines kontinuierlichen, mehrere Stränge herstellenden Hochgeschwindigkeitsdrahtwalzwerkes dargestellt, unmittelbar gefolgt von jeweils einer Kühlzone 12 für jeden Strang, durch welche die aus dem Walzgerüst 10 austretenden Drähte geführt und einer sehr raschen, gesteuerten Kühlung ausgesetzt werden.

Wie später genau beschrieben wird, enthält jede der im Auslauf angeordneten Kühlzonen 12 zwei durch drei Führungsrinnen 18 getrennte einzelne Einheiten 14 und 16, die jeweils eine Anzahl von Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19 gemäß Fig. 1 enthalten, die von getrennten Gehäusen 20 umschlossen sind.

An der Austrittsseite jeder Einheit 16 sind für jeden Strang des Drahtwalzwerkes 10 Spulenwickelanordnungen vorgesehen, von denen in Fig. 2 bei 21, 22 und 25 drei Stück gezeigt sind.

409840/0975 - 5 -

24U015

Die Wickelanordnungen sind so konstruiert, daß sie rasch zugeführte, relativ kühle Drähte aufnehmen und die Drähte zu einzelnen Spulen formen. Während bestimmte vorteilhafte Merkmale der Aufwickelspulen in Fig. 1 nicht gezeigt und deshalb später beschrieben werden, sind in Fig. 1 die über jeder solchen Anordnung angeordneten* den Draht schiebenden und vorbiegenden Rollen dargestellt. Wie gezeigt,' werden die beiden äußeren Rollen 24 größeren Durchmessers durch Elektromotoren 26 angetrieben, während die innen liegenden Rollen 28 kleineren Durchmessers durch ihren Kontakt mit dem Draht gedreht werden. Die Rollen 24 und 28 stehen in Wirkverbindung mit im Verhältnis zu ihnen noch größeren Gegenrollen JQ, um welche die Drähte durch die Rollen 24 geschoben und gezogen und durch die Rollen 28 geführt werden. Die Gegenrollen 30 werden mit einer der Drahtgeschwindigkeit gleichen Geschwindigkeit durch die Motoren 32 angetrieben. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rollen 24 bis 28 mit ebenen Flächen zum Berühren des Drahtes ausgestattet, während die Gegenrollen 30 Nuten aufweisen.

Die baulichen Einzelheiten des unteren Teils der Wickelvorrichtung werden später geschildert;unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist jedoch zu bemerken, daß die Spulenwicke!anordnungen durch besondere Motoren 34 gedreht werden, damit die Drähte eine zusammenhängende Reihe von Wicklungen bilden, die durch sich drehende Führungsrohre 36 in den stationären Körben 38 abgelegt werden.

Beim Aufnehmen des ersten Teils des aufzuwickelnden Drahtes ist jeder Korb 38 mit einem verschiebbaren Boden in Form einer verschiebbaren Platte 40 versehen, die durch eine Kolben- und Zylinderanordnung 42 aus der Stellung gemäß Fig. 1 nach links bewegbar ist, so daß die teilweise geformte Spule nach unten fällt und durch einen Haltering 44 aufgefangen wird. Die Platte 40 ist eine Tragfläche für das freie, vordere Ende des Drahtes,

- 6 409840/0975

bis sich einige Wicklungen im Korb 38 gebildet haben, wonach die teilweise geformte Spule vom Ring 44 aufgefangen werden kann, der mit wachsender Spule allmählich gesenkt wird, so daß der Abstand von der Oberseite der Spule zum Führungsrohr J56 im wesentlichen gleichbleibend ist.

In Pig. 1 ist die Anordnung der verschiedenen Elemente in ihren Arbeitsstellungen bei Wickelbeginn eines Drahtes gezeigt. Im Haltering 44 für die Spulenwickelanordnung 21 ist ein Dorn 46 angeordnet, um den sich nach Zurückziehen der Platte 40 die vom Haltering getragene Spule formt. Der Dorn 46 hat ein gleiches, auf einer gemeinsamen Basis 50 außerhalb der Spulenwickelanordnung 21 angeordnetes Gegenstück 48. Die Basis ist auf einem querlaufenden Schlitten 51 angebracht.

Wenn auf dem Haltering 44 eine Spule ausgebildet worden ist, werden die Dorne 46 und 48 mittels einer Kolben- und Zylinderanordnung 52 einheitlich in eine Stellung bewegt, in der der Dorn 46 die Stellung des Dorns 48 in Fig. 1 einnimmt und der Dorn 48 sich in die in gestrichelten Linien dargestellte Stellung bewegt. Bei dieser Verschiebung wird die Spule von dem Haltering 44 zu einer stationären, mit Schlitzen versehenen Plattform befördert, deren Tragfläche in gleicher Höhe wie der unterste Teil der Tragfläche der Halteringanordnung angeordnet ist. Durch Betätigung einer mit der Basis verbundenen und vom Schlitten 51 getragenen Kolben- und Zylinderanordnung 54 werden die Dorne dann gesenkt, um den Dorn 46 aus der Spule zurückzuziehen, ehe die Dorne durch entgegengesetzte Betätigung der Kolben- und Zylinderanordnung 52 in ihre ursprünglichen Stellungen zurückgeführt werden.

Dann werden die Dorne wieder in die in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellten Stellungen hochgehoben, wobei der Dorn seine Stellung im Haltering 44 und der Dorn 48 seine Stellung

409840/0975

in der Mitte der vorher auf den Dorn 46 geformten und in Pig. I durch den Buchstaben B bezeichneten Spule einnimmt. Während sich um den Dorn 46 eine zweite Spule bildet, wird die Spule B zusammengedrückt und in einer Zusammendrückstation 55 gebunden. Ein Teil der Zusammendrückvorrichtung 56 ist in Fig. 1 in gestrichelten Linien über und in ausgezogenen Linien um den Dorn 48 dargestellt.

Beim Betätigen des Zylinders 52 zum Verschieben der zweiten Spule zur Zusammendrückstation 55 schiebt der Dorn 48 das erste Bündel B in die in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigte Stellung zu einer Zwischenstapelstation 57· Die Dorne 46 und 48 werden wiederum gesenkt, wie oben beschrieben, und in ihre ursprünglichen Stellungen zurückgeführt. Danach werden sie durch Betätigung der Zylindereinheit 54 in ihre in Fig. 1 in vollen Linien gezeigten Stellungen hochgehoben, so daß der Dorn 46 wieder in dem Haltering 44 und der Dorn 48 in der zweiten Spule angeordnet sind. Zu gleicher Zeit werden zwei an der rechten •Seite der Basis 50 vorgesehene und mit ihr verbundene Stoßelemente 58 oberhalb der Unterseite der ersten Spule B angeordnet, um bereit zu sein, diese Spule von der Plattform 55 wieder durch Betätigung der Kolben- und Zylinderanordnung 52 auf einen ein- und ausschaltbaren Förderer 60 zu stoßen, wie ebenfalls in Fig. in gestrichelten Linien dargestellt ist. Durch diese Betätigung der Kolben- und Zylinderanordnung 52 werden auch die zweite und dritte Spule zu den nächstliegenden Stationen befördert.

Die Beziehung zwischen Förderer 60 und Zwischenstapelstation 57 ist in Fig. 2 am besten erkennbar, wobei zu bemerken ist, daß der Förderer im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der Spulen aus der Zwischenstapelstation angeordnet ist. Der sich äußerst rasch vorwärtsbewegende Förderer 60 fördert die Spulen zu einem zweiten laufenden Förderband 62, das zu einer in Fig. in Seitenansicht gezeigten letzten Kühlstation 64 gehört, in

409840/0975 " ⁸ "

der die Spulen, falls gewünscht, auf Raumtemperatur abgekühlt werden können. Über Station 64 ist ein Deckel 65 vorgesehen, der das Austreten des durch obere und seitliche Sprüheinheiten 66 erzeugten Dampfes aus der Station verhindert. Unter dem Förderband 62 ist ein mit einem Ablauf 70 versehener Wassersammler 68 vorgesehen. An dem Abgabeende des Förderbandes 62 wird jeweils eine Spule auf einmal von einem unten offenen Element 72 aufgenommen, das die Spulen zum Abtransport aus der Station 64 in eine horizontale Lage dreht.

In Fig. 4 sind bauliche Einzelheiten der Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19 dargestellt. Der Pfeil links gibt die Bewegungsrichtung des Drahtes an. Das Gehäuse 20 ist wieder gezeigt, dessen Basis mit von zwei Paar Füßen 76 erfaßten, voneinander abgesetzten Tragflächen 7^ versehen ist, wobei die Füße wiederum an der Basis des Gehäuses 20 festgeschraubt sind. Die Füße 76 sind ein Teil eines Gehäuses 78.» dessen mittlerer Bereich mit einem horizontalen Hohlraum 80 versehen ist. Dieser Hohlraum enthält ein inneres rohrförmiges Element 82 mit einer Anzahl von schrägen öffnungen 84 zum Führen von Wasser in der Bewegungsrichtung des Drahtes aus dem Hohlraum 80 gegen die peripherische Oberfläche eines vorbeigeführten Drahtes. Um zu verhindern, daß Wasser aus dem zwischen Gehäuse 78 und Element 82 ausgebildeten Hohlraum austritt, sind stirnseitige Dichtungen vorgesehen.

Zwischen dem rohrförmigen Element 82 und dem durchlaufenden Draht ist eine durch eine Buchse 90 geführte, verstellbare Hülse 88 verschieblich angeordnet. Die Buchse 90 ist in einem Stirnstück des Gehäuses 78 befestigt. Das linke Ende der Hülse 88 ist in einem Kreuzkopf 92 befestigt, mit dem drei in gleichen Abständen voneinander vorgesehene Schrauben 94, von denen in Fig. 4 nur zwei gezeigt sind, verbunden sind. Die Schrauben haben die Funktion von Haiteelementen und Führungsstäben. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 78 mit drei entsprechenden öffnungen zum Aufnehmen und Halten der Schrauben versehen, und zwar so, daß sich

409840/0975 - 9 -

die Schrauben in bezug auf das stationäre Gehäuse 78 bewegen können. Die Schrauben und damit der Kreuzkopf 92 und die Hülse 88 werden dadurch bewegt, daß an der obersten Schraube 94 eine Zahnstange 96 vorgesehen ist, mit in einem offenen Bereich 100 des Gehäuses 78 angeordnetem Ritzel 98. Ein an der .Welle des Ritzels 98 befestigter, freiliegender Kopf 102 ermöglicht eine Drehung des Ritzels zum Bewegen der Zahnstange 96 und der Hülse 88. Durch diese Verstellmöglichkeit der Hülse 88 kann eine gewählte Anzahl von Öffnungen 84 in bezug auf den vorbeigeführten Draht freigelegt werden, wodurch die Länge der Kühlstrecke des Kühlwassers und damit die Kühlzeit bei einer gegebenen Drahtgeschwindigkeit steuerbar ist. Diese Länge ist in Fig. 4 mit L bezeichnet und wird durch die beiden ersten Reihen der Löcher 84 erzeugt.

Unmittelbar rechts von dem rohrförmigen Element 82 ist am Gehäuse 78 ein konisches Element 104 mit einem Hohlraum 106 angebracht, in dem Druckluft oder Wasser aufgenommen und auf den Draht,entgegengesetzt zu seiner Bewegungsrichtung,gerichtet werden kann. Dies erfolgt mit Hilfe zweier Reihen geneigter öffnungen 108, welche Luft oder Wasser gegen die Oberfläche des Drahtes richten, um das Wasser vom Draht rasch zu entfernen und dadurch, wie nachstehend genauer erklärt, den Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Mitte des Drahtes auszugleichen.

Einzelheiten des Inneren der Spulenwicke!anordnungen 21, 22 und 25 werden nachfolgend anhand von Fig. 5 besprochen. Mit dem nur in Fig. 1 gezeigten Zuführrohr 110 steht ein Einführungsrohr in Verbindung, dessen unteres Ende in einem vertikalen Halter 114 befestigt ist. Der Halter ist mit einer äußeren Hülse Ho verbunden, welche durch in einem Abstand voneinander angeordnete Lager gehalten ist, von denen das untere II8 von einem

- 10 409840/0975

äußeren stationären Gehäuse 120 getragen ist. Die Hülse ist auf einem nicht gezeigten, durch den in Fig. 1 gezeigten Motor angetriebenen Zahnradgetriebe festgekeilt.

Die den Draht führenden und haltenden Elemente der Spulenwickel, anordnung bestehen aus einem Satz von sechs auf der Seite des größeren Radius der Spulenwickelanordnung angeordneten, frei drehbaren Pührungsrollen 122 und einem Satz von drei gleichen Führungsrollen 123, die an der Seite des kleineren Radius der Spulenwickelanordnung angeordnet sind. Diese Rollen sind so angeordnet, daß sie sich in den oberen Teil des gekrümmten Führungsrohres 36 erstrecken, wobei die Rollen 123 zu den gegenüberliegenden Rollen 122 versetzt sind, um den Draht bei Eintritt in den ersten gekrümmten Teil des Führungsrohres 36 kontinuierlich zu führen und zu biegen. Aus dieser Beschreibung der Spulenwickelanordnung ist zu entnehmen, daß durch den Aufbau der Bauteile und insbesondere die Verwendung und Anordnung der Führungsrollen 122 und 123 im Zusammenwirken mit den vorbiegenden Rollen 24, 28 und J50 Draht von einem Durchmesser von 12,7 ram behandelt werden kann, dessen Temperatur zwischen 538⁰C und 593°C liegt und der sich mit einer Geschwindigkeit von 762 bis 914 m/min vorwärtsbewegt. Die Bedeutung dessen wird später im Zusammenhang mit der Erläuterung der Steuerung der Gesamttemperatur des Drahtes erklärt. Hier soll jedoch nur erwähnt werden, daß der ganze Draht bis auf sein vom Walzwerk zum Aufspulmechanismus geführtes, vorderes Ende in der Kühlzone 12 rasch auf den unteren Perlit-Umwandlungstemperaturbereich abgekühlt wird, wobei das vordere Ende die Walztemperatur beibehält, um die anfängliche Ausbildung der ersten Wicklungen der Spule zu erleichtern, was insbesondere beim Walzen dicken Drahtes hilfreich ist.

Im folgenden werden, wie bereits angezeigt, Einzelheiten des Verfahrens und der Vorrichtung zum Steuern der Temperatur des

409840/0975 " ⁿ "

24UQ15

aus dem Walzwerk 10 austretenden Drahtes geschildert. Die maximalen Resultate und Vorteile des eigentlichen Ziels der Erfindung, nämlich eine wirtschaftliche und äußerst rasche Drahthersteilung, bestehen darin, Draht in einzelnen geraden Strängen äußerst rasch zu kühlen, unter Vermeidung eines Absinkens der Temperatur aller radialen Bereiche des Drahtes bis zum Martensitbereich , und zwar auf eine Temperatur, bei der durch die vollzogene Umwandlung die erwünschten mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften hervorgebracht werden, und in einem Zeitraum im wesentlichen vor Beginn der Umwandlung, wobei dann der Draht in Spulenform seine Wärme beibehält und sich die Umwandlung unter im wesentlichen echten isothermischen Bedingungen vollzieht. Die metallurgischen und anderen wissenschaftlichen Aspekte des gesteuerten Abkühlens von Draht aus der Walζtemperatür sind,was Erfindungen anbetrifft, im Stand der Technik besprochen, z.B. in den US-PSen 3 231 432; 3 320 101j 3 389 021; 3 390 871; 3 506 468; 3 547 421; und 3 645 805. Diese Patentschriften und sonstige veröffentlichte Literatur incl. weiterer Patentschriften .erläutern die auf dem technischen Fachgebiet zur Erzeugung optimalen Drahtes, insbesondere Walzdrahtes, als nötig erachteten bekannten Kriterien, Paktoren und Bedingungen. Sie betreffen und/oder beschreiben bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Erzielung optimaler Drähte. Was wichtiger ist, sie beschreiben die bekannten Zusammenhänge und metallurgischen Prinzipien des Abkühlens warmgewalzter Drähte anhand der genormten Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme für kohlenstoffhaltige Stähle und das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm mit den verschiedenen Strukturen, Temperaturhöhen, Strukturzonen und -grenzen. In Anbetracht dessen wird hier keine genauere Beschreibung wiederholt.

Die gesteuerte rasche Kühlphase gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und System wird in der Kühlzone 12 durch vorherige Einstellung der Hülsen 82 einer oder mehrerer Wasserzu- und

- 12 409840/0975

24U015

-abführvorrichtungen 19 und durch allgemeine Überwachung der Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19 selbst bewerkstelligt. Die Auswahl und axiale Einstellung der Hülsen 82 erfolgen vorzugsweise nach einem Rechnerprogramm zur Schaffung des idealen Temperaturbereichs von der Oberfläche zur Mitte durch die Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19* einer nichtkühlenden Zeit und einer Endtemperatur Jeweils für die einzelnen Veränderlichen des Walzgerüsts 10 und des Drahtes selbst. Da sich einige oder alle diese Veränderlichen ändern können, z.B. Änderungen der Walzgeschwindigkeit, der effektiven Kühlung durch die Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19* der Temperatur des das Walzwerk verlassenden Drahtes, usw., kann es sein, daß die errechnete Temperatur eine Angleichung erfordert. Dies wird bewerkstelligt durch Vorsehen eines vor- und rückgekoppelten TemperatürSteuersystems zum Angleichen des errechneten Temperaturwertes, wobei das Temperatursteuersystem eine Feineinstellung der Endtemperatur des aus der Kühlzone 12 austretenden Drahtes bewirkt, wie sie durch das vorwärtsgekoppelte Steuersignal eingestellt ist. Eine schematische Darstellung der verschiedenen Signale und des Rechners ist in Fig. 1 dargestellt. Die erste Tätigkeit des Rechners besteht darin, die Temperaturwerte des Drahtes an den Austrittsseiten der Einheiten 14 und ΐβ zu errechnen, und zwar aufgrund einer tatsächlich erfolgten Messung der Temperatur des das Walzgerüst verlassenden Drahtes. An diesen beiden Punkten werden die errechneten Temperaturen mit den Sollwert-Temperaturen verglichen, um getrennte Abweichungssignale zu erzeugen. Die Abweichungen werden durch den Rechner auf 0 verringert, was eine Änderung der Zahl der in den Kühleinheiten 14 und 16 verwendeten Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19 bewirkt.

Da die Verwendung von rechnergesteuerten Temperatursteuersystemen, kombiniert mit Vor- und Rückkopplungssteuersignalen, auf dem Fachgebiet der Walzwerke bekannt ist, wird hier nur die

- 13 409840/0975

24H015

Beschreibung der Anwendung und des Zusammenwirkens der drei Temperaturmeßvorrichtungen 124-, 126 und 128 gemäß Fig. 1 für nötig erachtet. Diese in bekannten Formen, z.B. industrieller Wärmemeßgeräte, verwendeten Temperaturmeßvorrichtungen sind so angeordnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung 124 unmittelbar hinter dem Walzständer 10, die Temperaturmeßvorrichtung 126 zwischen den beiden Kühleinheiten 14, 16 und die Temperaturmeßvorrichtung 128 nach der letzten Wasserzu- und -abführvorrichtung 19 und vor der Rolle 24 der Spulenwickelanordnung 21 angeordnet sind. Die Temperaturmeßvorrichtung 124 dient dazu, dem Rechner die Drahttemperatür beim Verlassen des Walzständers einzugeben, wo die Temperatur mit den Solltemperaturwerten an den Temperaturmeßvorrichtungen 126 und 128 verglichen wird und von wo aus die effektive Kühlzeit eingestellt wird, der der Draht durch eine gewählte Anzahl von Wasserzu- und -abführvorrichtungen 19 ausgesetzt ist, wobei diese Auswahl das Produkt einer dem Rechner als Programm eingegebenen Gleichung ist. Wenn der Rechner dies ausführt, hat er bereits ein die Positionen der Hülsen 88 darstellendes Signal empfangen. Wie bereits erwähnt, werden die errechneten Temperaturwerte an den Ausgabeenden der Kühleinheiten 14 und 16 mit den Solltemperaturwerten für diese Punkte verglichen, um zwei getrennte, vorwärtswirkende Signale zu erzeugen. Bei Differenzen wird die effektive Kühlzeit für die betroffene Einheit umgeändert, um die Abweichungen zu korrigieren und sie auf 0 zurückzuführen. Der Rückkopplungsvorgang wird unter Verwendung eines von der Temperaturmeßvorrichtung 128 abgegebenen Temperatureignals durchgeführt, das mit dem Signal der gewünschten bzw. Solltemperatur an diesem Punkt verglichen wird.

Wenn sich die tatsächliche Temperaturablesung vom Solltemperaturwert unterscheidet, wird ein Rückkopplungssignal erzeugt, um fortschreitend die letzte Wasasrzu- und -abführvorrichtung oder

- 14 409840/0975

24U015

mehrere Wasserzu- und -abführvorrichtungen der Kühleinheit 16 an- oder auszuschalten. Wenn das Rückkopplungs-Fehlersignal zu groß ist, wird dem Rechner ein Signal eingegeben, welches, eine entsprechende Verstellung des vorwärtswirkenden Signals bewirkt, so daß stets eine Kapazität für das Rückkopplungssignal vorhanden ist, um eine Temperatürfeinverstellung vorzunehmen und jeden Fehler des vorwärtswirkenden Signals zu korrigieren.

In die Fig. β ist eine zusammengesetzte Kurve für einen Draht aus Kohlenstoffstahl 1050, mit einem Durchmesser von 5,5 mm (0,218) bei 1010⁰C (185O⁰F) und 3,048 m/min mit dazugehörigen Kurven 130 und 132 dargestellt, die jeweils die mittlere und durchschnittliche Temperatur des Drahtes anzeigen. Die Einstellung der Hülsen 88 und die Anwendung der Strömungsmittel aus den öffnungen 108, kombiniert mit der nichtkühlenden Behandlungszeit, d.h. Rückstrahlzeit, ist so berechnet, daß die Oberfläehentemperatur dem unteren Temperaturübergangsbereich zum Perlit-Bereich und Martensit-Bereich nicht zu nahe kommt.

Während die Martensitumwandlung dieses Kohlenstoffstahls 1050 bei ungefähr 260° bis 3l6°C (500°-600°F) vor sich geht, ist gemäß Fig. 6 die unterste für den Draht mögliche Oberflächentemperatur auf ungefähr 454°C (850⁰F) beschränkt. Die dritte Kurve 134 gemäß Fig. 6 zeigt die zyklischen Kühlungs- und Rückstrahltemperaturen einer Drahtoberfläche. Bei einer Anordnung mit 1,22 m (4 ft) Abstand zwischen den Wasserzuführvorrichtungen zeigt, wie zu bemerken ist, die aus dem Draht abgeleitete Wärmemenge durch die ersten Oberflächentemperaturabfälle, daß die Hülsen 88 der ersten Wasserzu- und -abführvorrichtungen aufs äußerste nach links bewegt wurden, um eine maximale Kühlung zu ermöglichen. Die in der Kurve 134 gezeigten restlichen Temperaturabfälle zeigen an, daß die übrigen Hülsen fortschreitend kürzer gestaltet sind, um die von der Drahtoberfläche abgeleitete Wärmemenge fortschreitend zu verringern, wo weniger Wärme entfernt werden muß und eine geringere Rückstrahlung stattfindet.

409840/0975 _1K

- 15 -

In Fig. 7 ist ein typisches Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm für die Umwandlung von Kohlenstoffstahl 1062 aus dem austenitischen Zustand in einen völlig umgewandelten perlitischen Zustand dargestellt, wobei die Umwandlung durch mehrere bekannte und das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wurde. Die beiden Kurven A und B stellen die Grenzlinien des Austenit-Perlit-Umwandlungsbereiches für einen Draht aus Kohlenstoffstahl 1062 dar. Unmittelbar über dem oberen Bereich der Kurven A und B ist die Ael-Linie in der üblichen Art und Weise angegeben. Der Kühlweg eines Drahtes durch das bekannte Bleibad-Perlitisierverfahren ist angenähert in Kurve a, und ein Wasser-Luftkühlverfahren der heutigen Zeit ist angenähert in Kurve b dargestellt. Der Kühlweg des Drahtes gemäß dem Verfahren nach der Erfindung ist angenähert in Kurve c dargestellt, wobei der Draht in der Kühlzone 12 sehr rasch in weniger als 1 Sekunde auf 538⁰C (100O⁰P) und vor Beginn der Umwandlung abgekühlt wird, und dann, während er aufgespult ist und diese Temperatur beibehält, die gesamte Umwandlung bei 538°C isothermisch durchmacht. Ein wichtiges Merkmal des Verfahrens ergibt sich aus der Bildung der Spule bei Umwandlungstemperatur, wobei die Masse der erwärmten Spule selbst den Draht über eine relativ lange Zeitdauer auf gleichbleibender Temperatur hält, viel langer als notwendig ist, die ganze Umwandlung durchzumachen. Wie gezeigt, gewährleistet die im vertikalen Bereich der Kurve 0 dargestellte, äußerst rasche, gesteuerte Kühlung, daß die Temperatur des Drahtes sich rasch senkt, ehe - verglichen mit den gleichen Teilen der Kurven a und b - ein wesentliches Kornwachstum stattfinden kann. Von gleicher oder vielleicht größerer Wichtigkeit ist die Tatsache, daß der Kühlweg in der in Fig. 7 durch F bezeichneten Raschkühlzone den Bereich der Ferritbildung völlig vermeidet. Die minimale isothermische Umwandlungszeit muß auch zu einer minimalen, unerwünschten Ferritbildung führen. Auf diese Weise wird das optimal Erwünschte erzielt.

Gemäß der bekannten metallurgischen Prinzipien wird auf diese Art und Weise nicht nur die Oberflächenverzunderung minimal

409BAO/0975

- 16 -

und gleichmäßig erhalten, sondern es werden auch die idealen mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur für Walzdraht erzielt, was die Entstehung einer sehr feinkörnigen Perlitmikrostruktur ohne proeutektoides Ferrit oder körniges Ferrit zur Folge hat.

Je nach Stahlart und Endprodukt kann sich die Jeweilige Kühlkurve gemäß der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung im allgemeinen verändern, im vertikalen Bereich der Kurve ist es jedoch erwünscht, die erforderliche Umwandlungstemperatur so rasch wie praktisch möglich zu erreichen.

- 17 -

409840/0975

Claims

Patentansprüche

1. "Verfahren zum Steuern der Abkühlung von warmem Stahldraht unmittelbar nach Verlassen des Walzgerüstes, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Führen des warmen Drahtes noch bei Warmwalztemperatur durch eine in gerader Linie zum Walzgerüst angeordnete Kühlzone, sehr rasches Abkühlen des Drahtes vor Beginn der Umwandlung noch innerhalb dieser Kühlzone, um die Oberflächentemperatur und die zentrale Temperatur auf eine gewünschte Temperatur zu verringern und im wesentlichen auszugleichen, bei der in der nachfolgenden Umwandlung erwünschte mikrostrukturelle und mechanische Eigenschaften entstehen, und unmittelbar anschließend daran Wickeln des Drahtes in Spulenform noch bei der erwünschten Temperatur, wodurch der spulenförmig gewickelte Draht seine Temperatur beibehält und dann bei dieser gewünschten Temperatur im wesentlichen isothermisch die gesamte Umwandlung durchmacht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlbehändlung durchgeführt wird, ehe ein wesentliches Kornwachstum einsetzt.

J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch die erwünschte Temperatur eine gleichmäßige, feine Perlit-Mikrostruktur ohne proeutektoides Ferrit erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Draht aus.Stahl mit mittlerem oder hohem Kohlenstoffgehalt besteht und die gewünschte Temperatur im unteren Perlit-Umwandlungsbereich der Zeit-Temperatur-Normkurve für den jeweiligen Kohlenstoffgehalt des Drahtes liegt.

5» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächentemperatur während des

409840/0975

- 18 -

raschen Abkühlens oberhalb der Martensit-Anfangstemperatur gemäß der Zeit-Temperatur-Normkurve der Umwandlung für den Kohlenstoffgehalt des Drahtes gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drahttemperatur während des raschen Abkühlens die Temperatur ist, welche die minimale erforderliche Umwandlungszeit gemäß dem Zeit-Temperatur-Normenumwandlungsdiagramm für den Draht benötigt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflächentemperatur während des raschen Abkühlens nicht unter 454°C (850⁰F) fallen gelassen wird und die gewünschte Temperatur zwischen 482°C und 549°C (900⁰F und 1200⁰F) liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das rasche Abkühlen mit dem sehr raschen Ableiten der Wärme aus der Drahtmitte vor Einsetzen des Umwandlungsvorgangs gekoppelt ist, und daß gleichzeitig die Oberflächentemperatur des Drahtes an entsprechenden Punkten entlang des Drahtes daran gehindert wird, wesentlich unter die Temperatur in der Drahtmitte zu sinken.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das rasche Abkühlen mit dem Aufbringen von Wasser auf die Drahtoberfläche gekoppelt und vom raschen Entfernen des Wassers von der Drahtoberfläche unmittelbar gefolgt ist, wiederum unmittelbar gefolgt von einer nichtkühlenden Periode, ehe der Draht mehreren gleichartigen Kühl- und Nichtkiihlschritten ausgesetzt wird, wobei die Kühlzeit während wenigstens eines Kühlschrittes geändert wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet

409840/0975 _1Q

24H015

durch ein Gehäuse (20), einen Hohlraum (8o) zum Aufnehmen des Kühlmittels, eine Einrichtung (82.) mit einer öffnung zum Aufnehmen von vorwärts geführtem, warmem Stahldraht, wobei die 'Einrichtung (82) im Gehäuse zwischen dem Hohlraum und dem Bewegungsweg des Werkstückes vorgesehen ist und eine Anzahl von in Abständen voneinander angeordneten öffnungen besitzt, die es dem Kühlmittel ermöglichen, von dem Hohlraum zur Oberfläche des vorbeigeführten Werkstückes zu gelangen, eine koaxial mit der Einrichtung (82) zwischen letzterer und dem Bewegungsweg des Werkstückes angeordnete Hülse (88) mit einer in bezug auf die Einrichtung bewegbaren Oberfläche zum Begrenzen des Kühlmittelflusses aus den Öffnungen der Einrichtung (82), und eine Einrichtung (92, 96, 98) zum Einstellen der Hülse, so daß sie eine gewählte Anzahl der öffnungen freigibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Entfernen des Kühlmittels von der Oberfläche des vorbeigeführten Werkstückes an dem der Aufnahmeöffnung entgegengesetzten Ende der Vorrichtung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Entfernen des Kühlmittels eine Einrichtung zum Aufnehmen und Richten von Druckluft gegen die Oberfläche des vorbeigeführten Werkstückes umfaßt.

409340/0975

Leerseite