DE2418723A1 - Verfahren und vorrichtung zur patentierung von stahldraehten - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATKNTAHWiLTK D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

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"DECEMBER V DRÖTMÜVEK, Miskolc / Ungarn

Verfahren und Vorrichtimg zur Patentierung von Stahldrähten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Patentierung von Stahldrähten und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Patentierung von Stahldrähten ist an und für sich eine seit langem bekannte und allgemein verwendete Wärmebehandlungsmethode, welche aus einer Austenitisierphase (Ausglühen) und

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aus einer isothermischen Abschreckphase (Halten) besteht. Die Austenitisierung wird bei einer Temperatur von etwa 900⁰C, und die isothermische Abschreckung wird bei einer Temperatur von etwa 500°C durchgeführt.

Zur praktischen Durchführung der zwei Phasen des Patentierungsverfahrens sind verschiedene Lösungen bekannt.

Die Austenitisierphase wird so' durchgeführt, daß der Stahldraht (im allgemeinen mehrere parallel geführte StahldrMhte) durch mittelbare oder unmittelbare Beheizung auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird.

Zur mittelbaren Beheizung werden verschiedenartige Durchziehöfen verwendet. Diese Heizmethode hat den bekannten Nachteil, daß sich der Stahldraht wegen der verhältnismäßig schlechten Wärmeübergabe nur langsam auf die vorgeschriebene Temperatur erwärmt. Deshalb muß entweder die Durchziehgeschwindigkeit auf einem kleinen Wert gehalten oder die Länge des Ofens gesteigert werden. Die erste Lösung ist vom Standpunkt der Produktivität, die zweite vom Standpunkt der Investitionskosten her ungünstig.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Verzunderung des Stahldrahtes sogar unter Verwendung komplizierter Feuerungssysteme und Schutzgas nur gemäßigt, aber nicht verhindert werden kann.

Die unmittelbare Beheizung wird üblicherweise so durchgeführt, daß elektrischer Strom durch den Stahldraht geleitet und der entstehende Joule-Effekt ausgenutzt wird. Bei dieser Methode verursacht die Einleitung des Stromes in den Draht gewisse Schwierigkeiten. Bei einer bekannten Lösung wird ein spezielles mechanisches Kontaktwerk verwendet. Dessen Nachteil besteht darin, daß es nicht genügend betriebssicher ist und daher die

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Kontaktgabe ungleichmäßig ist. Bei einer anderen bekannten Lösung wird die Stromzuführung durch irgendein Metallbad (z.B. durch BIe!schmelze) vorgenommen. Bei dieser Lösung ist es nachteilig, daß die Drähte mit einer Unterbrechung ihrer Bahn in Form einer Biegung (z.B. mit Hilfe von Rollen) in das Bleibad getaucht werden, so daß das Einziehen der Drähte bei der Inbetriebnahme schwierig ist.

Auch bei den obigen unmittelbaren Beheizungsmethoden verursacht die Verzunderung des Stahldrahtes Schwierigkelten. Die weitere Bearbeitung des Stahldrahtes ist nämlich nur nach der Entfernung des Zunders möglieh, die aber mit beträchtlichem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist. Das Entzundern erfolgt im allgemeinen mit starken Säuren. Die Verwendung von Säuren ist aber teilweise unfallgefährlich und teilweise gesundheitsschädlich (Säuredämpfe).

Die andere Phase des Patentierungsverfahrens, die isothermische Abschreckung, wird im allgemeinen durch Eintauchen in ein Bleioder Salzbad mit einer, dem Draht entsprechenden Temperatur durchgeführt. Zum Eintauehen werden Ablehk-(Abdruck-)Elemente, z.B. Walzen oder Rollen, verwendet. Diese Elemente sind aber nicht genügend betriebssicher und machen die Bedienung cer Vorrichtung umständlich. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß das Bad in der Nähe der Eintrittsstelle des erhitzten Drahtes übererwärmt wird, so daß die erforderliche schnelle Abschreckung nicht sichergestellt ist, wodurch die Drahtgüte verschlechtert wird. Zur Behebung dieser Schwierigkeit wird das Bad gewöhnlich mit Hilfe besonderer Pumpen umgewälzt. Diese Pumpen machen aber die Vorrichtung wesentlich komplizierter und kostspieliger. Dabei fallen die Pumpen infolge der ungünstigen Betriebsverhältnisse leicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen zu beseitigen und ein Verfahren zur Patentierung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

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zu schaffen, durch die die Patentierung der Stahldrähte bei großer Produktivität, bei konstanter und guter Qualität, unter entsprechenden Arbeitsbedingungen, mit kleinem Raumbedarf durchführbar ist, die Verzunderung der Stahldrähte vermieden wird und gegebenenfalls eine mit der Patentierung gleichzeitig durchgeführte Warmverformung der Drähte möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stahldraht in horizontaler Ebene, einer geradlinigen Bahn entlang, durch eine, ein Salzbad enthaltende Vorwärmwanne und dann durch eine, ebenfalls ein Salzbad enthaltende Patentierwanne geführt wird, wobei zwischen Vorwärmwanne und Patentierwanne eine elektrische Spannung geschaltet ist.

Zur Warmverformung während der Patentierung wird der aus der Patentierwanne austretende Teil des Stahldrahtes mit einer größeren Geschwindigkeit als der in die Vorwärmwanne eintretende Teil bewegt·

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die so aufgebaut ist, daß entlang einer geraden Linie mindestens eine Vorwärmwanne und mindestens eine Patentierwanne angeordnet sind, die Vorwärmwanne an einen Pol einer Stromquelle und die Patentierwanne an den anderen Pol derselben Stromquelle angeschlossen sind, und daß sowohl die Vorwärmwanne als auch die Patentierwanne aus unteren und oberen Wannen bestehen, daß an den von der Bahn der Stahldrähte geschnittenen Stirnwänden der oberen Wannen in den Schnittpunkten Kerben vorgesehen sind, die oberen und die unteren Wannen Salzbäder enthalten und durch Pumpen miteinander verbunden sind.

Vorrichtung hat vorzugsweise ein vor der Vorwärmwanne entlang der Bahn des Stahldrahtes angeordnetes erstes Führungselement, zweckmäßigerweise eine Walze, und ein nach der Patentierwanne angeordnetes zweites Führungselement, das zweckmäßigerweise ebenfalls aus einer Walze besteht.

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Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgeraäßen Vorrichtung hat drei parallele, voneinander isolierte Vorwärmwannen oder Patentierwannen, welche je an eine Phase eines Drehstromnetzes angeschlossen sind, während die Patentierwanne bzw. Vorwärmwanne an den Nulleiter desselben Netzes angeschlossen ist.

Die die untere und obere Wanne miteinander verbindende Pumpe ist zweckmäßigerweise eine Mammutpumpe.

Die wichtigsten Vorteile der Lösung gemäß der Erfindung sind die folgenden:

Der Stahldraht läuft bruch- bzw. biegungsfrei durch die Patentiervorrichtung; es ist kein Ablenkelement erforderlich.

Die unmittelbare Erwärmung des Stahldrahtes ist infolge der Stromzufuhr durch das Salzbad zuverlässig und gleichmäßig.

Der Stahldraht verzundert nicht, da die anhaftende Salzhaut den Draht von dem Sauerstoff der Luft abschließt, so daß die Verwendung von Schutzgas überflüssig ist und die außerdem erforderliche Entzunderung, sowie alle deren Polgen (Raum-, Zeit- und Kostenbedarf, Verwendung von Säuren) ebenfalls wegfallen.

Der Stahldraht kann gleichzeitig mit der Patentierung einer Warmverformung unterworfen werden, wodurch die mechanische Festigkeit des Drahtes in der Weise erhöht werden kann, daß gleichzeitig auch die anderen technologischen Parameter (Bruchfestigkeit, Verdrehfestigkeit, usw.) verbessert werden können.

Die Warmverformung kann ohne Werkzeug durchgeführt werden.

Die werkzeuglose Warraverformung des Drahtes erfolgt dort, wo die Struktur sich dazu am besten eignet, d.h. wo der Widerstand gegen· über der Verformung der kleinste ist.

Das Doppelwannen-System stellt neben der Verwirklichung der geradlinigen Drahtführung das ständige Umlaufen des Salzbades sicher, d.h. es verhindert dessen lokale Überwärmung.

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Die Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach und betriebssicher, die verwendeten Mammutpumpen enthalten keine beweglichen Bestandteile und die üblichen, in das Bad getauchten Ablenkelemente, das Schutzgassystem, usw., sind überflüssig.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisehe Seitenansicht der Patentier- und • Warmverformungsvorrichtung,

Fig. 2 den Schnitt A-A der Vorrichtung gemäß Fig. 1, und Fig. 3 den Schnitt B-B der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht aus dem in der horizontalen Ebene der Bahn der miteinander parallel geführten Drähte 7 entlang angeordneten ersten Führungselement, z.B. aus einer Walze 1, aus drei Vorwärmwannen 3, aus einer Patentierwanne 9 und aus dem zweiten Führungselement, z.B. aus einer Walze 2. Die zweistöckig ausgebildeten Wannen 3 und 9 bestehen aus unteren 3'bzw. 9' und oberen Wannen 3" bzw. 9" aus Metall, welche mit in der Zeichnung nicht dargestellten Heizanlagen versehen sind. Die unteren 3' bzw. 9¹ und die oberen Wannen 3" bzw. 9" sind durch Pumpen 6 miteinander verbunden. Die Pumpen 6 sind vorteilhaft Mammutpumpen. An den zur Bewegungsrichtung der Drähte J senkrechten Stirnwänden 5 der oberen Wannen 3" und 9" sind in den von der Bahn der Drähte 7 geschnittenen Punkten Kerben 8 vorgesehen. Die Drähte werden so durch die oberen Wannen 3" und 9" geführt, daß ihre Bahn unter der oberen Kante der Stirnwände 5, aber oberhalb des untersten Punktes der Kerben 8 verläuft. Die unteren 3' bzw. 9' und die oberen Wannen 3" bzw. 9" sind mit dem bei der Patentierung üblichen Salzbad (Salzlösung oder Salzschmelze) gefüllt. In den oberen Wannen liegt der Spiegel des Salzbades oberhalb der von den Drähten 7

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bestimmten Ebene, und dieses Niveau wird mit Hilfe der in geeigneter Weise gesteuerten Pumpen 6 aufrechterhalten, welche die durch die Kerben in die unteren Wannen rückfließende Salzschmelze bzw. -lösung von den unteren Wannen kontinuierlich zurückfördern.

Die Vorwärmwanne j5 ist an einen Pol einer Stromquelle, die Patentierwanne 9 an den anderen Pol derselben Stromquelle angeschlossen.

In dem gegebenen Falle besteht die Vorwärmwanne j5 aus Gründen der Zweckmäßigkeit aus drei voneinander isolierten Vorwärmwannen (Abbildung 2), die Je an eine Phase R, S, T des Drehstromnetzes angeschlossen sind, während die einteilige Patentierwanne 9 auf den Nulleiter desselben Netzes geschaltet ist. Diese Sternschaltung der Wannen ist vorteilhaft, weil das Netz dadurch gleichmäßig belastet wird. Eine Sternschaltung kann selbstverständlich auch in solcher Weise ausgestaltet werden, daß die Patentierwanne in drei Teile geteilt ist.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Die zu patentierenden Drähte laufen über die erste Walze 1 und nach der Durchführung durch die Kerben 8 der oberen Wanne j5" der Vorwärmwannen > und der oberen Wanne 9" der Patentierwanne 9 auch über die zweite Walze 2. Die erste Walze 1 wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit V₁, die zweite Walze 2 mit einer Umfangsgeschwindigkeit Vg angetrieben. Die Drähte 7 übernehmen die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. Wenn die Drähte 7 nur patentiert werden sollen, werden die erste Walze 1 und die zweite Walze 2 mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben (V₁=V₂). Wenn mit der Patentierung gleichzeitig auch eine Warmverformung durchzuführen ist, wird die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Walze 2,entsprechend der gewünschten Querschnittverminderung, in einem bestimmten Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit der

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ersten Walze 1 erhöht. Die Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Walze 2 kann unter keinen Umständen kleiner als die der ersten Walze 1 sein, da sich die Drähte 7 in diesem Fall stauen und ihre Bahn verlassen würden.

Beim Anfahren der Vorrichtung werden die Pumpen 6 betätigt, welche die Salzlösung bzw. -schmelze aus den unteren Wannen 3' und 9^! in die oberen Wannen 3" und 9" fördern. Danach werden die Wannen unter Spannung gesetzt. Der Stromkreis der einzelnen Phasen R, S, T ist auf folgendem Weg geschlossen: untere Wanne 3', Pumpe 6, obere Wanne 3", Drähte 7, obere Wanne 9", Pumpen 6 und untere Wanne 9'.

Durch die Wirkung des Stromes werden die Drähte 7 erwärmt. Die Erwärmung erfolgt auf der Strecke zwischen den oberen Wannen 3" und 9" und ist kurz vor dem Eintritt in die Wanne 9" am stärksten. Dabei erfolgt die Austenitisierung (das Ausglühen) der Drähte 7. Vor dem Eintritt in die obere Wanne 9" beträgt die Temperatur der Drähte 7 etwa 90O⁰Cj nach dem Eintritt in das Salzbad kühlen sie sich plötzlich auf eine Temperatur um 500⁰C ab. Die Temperaturen werden gemäß den bekannten Prinzipien von der Drahtsorte abhängig gewählt. Sie bleiben solange auf dieser Temperatur, bis sie die obere Wanne 9" verlassen (isothermische Abschreckungsstrecke). Die Pumpen liefern die aus den oberen Wannen 3" und 9" ausgeflossene bzw. von den Drähten 7 ausgetragene Salzlösung bzw. -schmelze nach und rühren gleichzeitig das Salzbad um, wodurch die lokale Übererwärmung des Salzbades verhindert werden kann.

Die aus der oberen Wanne 3" austretenden Drähte 7 werden durch ^ie anhaftende Salzhaut während des Ausglühens gegen die Verzunderung geschützt.

Falls gleichzeitig mit der Patentierung auch eine Warmverformung durchgeführt werden soll, muß die Drehzahl der zweiten Walze 2

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im Vergleich mit der der ersten Walze 1 nach Bedarf erhöht werden. Da die Geschwindigkeit einer Strecke der zusammenhängenden und gespannten Drähte nur durch Formänderung erhöht werden kann« verlängern sich die Drähte im Punkte, wo sie am wenigsten formänderungsbeständig sind,, d.h. vor dem Eintritt in die obere Wanne 9" (ihr Querschnitt vermindert sich). Diese kombinierte Technologie ermöglicht es, die Patentierung und die Warmverformung gleichzeitig durchführen zu können, wobei die Warmverformung sogar ohne Formwerkzeug erfolgt.

Das in den Wannen verwendete Salzbad sichert einen guten Kontakt zwischen dem Netz und den Drähten, eine wirksame Vorwärmung und ein gutes Halten und schützt die ausgeglühten Teile der Drähte gleichzeitig vor der Verzunderung.

In den Vorwärm- und Patentierwannen soll nicht unbedingt das gleiche Salzbad verwendet werden, einfachheitshalber ist es aber vorteilhaft. In der Vorwärmwanne werden besonders solche Salzbäder vorteilhaft verwendet, die mit besonderer Rücksicht auf die Gesundheit sogar bei der Ausglühtemperatur keine schädlichen Dämpfe oder dergleichen abgeben und die entsprechend leitfähig sind.

In der Vorwärmwanne soll nicht unbedingt ein Patentiersalzbad verwendet werden.

Gemäß den Erfahrungen der Anmelderin ist als Patentierungssalz das Produkt Typ 200A des Hertolwerks Magdeburg (Deutsche Demokratische Republik) besonders vorteilhaft. Es können jedoch andere entsprechende Materialien verwendet werden.

Die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen, die Zusammensetzung bzw. Konzentration des Salzbades, die Stromstärke, die Förderleistung der Pumpen und die Heizleistung der Wannen werden immer den jeweiligen Anforderungen entsprechend gewählt bzw. geregelt.

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Die Patentierwanne 9 ist, dem Halten von erforderlicher Dauer entsprechend, wesentlich langer ausgestaltet als die Vorwärmwannen 3· Die einzelnen Teile der Vorrichtung müssen selbstverständlich im Interesse der betriebssicheren Arbeit mit entsprechender Isolierung versehen werden,und auch für den Stromschutz des Bedienungspersonals muß Sorge getragen werden.

Gemäß den Erfahrungen kann mit dem Verfahren gemäß der Erfindung gleichzeitig mit der Patentierung ohne Werkzeug sogar eine 40-prozentige Verformung (Quersehnittverminderung) sicher durchgeführt werden. Dabei wird die Festigkeit des Drahtes in solcher Weise erhöht, das auch seine anderen mechanischen und technologischen Parameter (Bruchfestigkeit, Verdrehfestigkeit, usw. ) verbessert werden. Der Draht läuft geradlinig, ohne Biegung durch das Bad, verzundert nicht und verformt sich eben dort, wo sich die struktur am besten dazu eignet.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Patentierung von Stahldrähten, dadurch gekennzeichnet , daß der Stahldraht in horizontaler Ebene, einer geradlinigen Bahn entlang, durch eine, ein Salzbad enthaltende Vorwärmwanne und dann durch eine, ebenfalls ein Salzbad enthaltende Patentierwanne geführt wird, wobei zwischen Vorwärmwanne und Patentierwanne eine elektrische Spannung geschaltet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der aus der Patentierwanne austretende Teil des Stahldrahtes mit einer größeren Geschwindigkeit als der in die Vorwärmwanne eintretende Teil bewegt wird'.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß entlang einer geraden Linie mindestens eine Vorwärmwanne (3) und mindestens eine Patentierwanne (9) angeordnet sind, die Vorwärmwanne (3) an einen Pol einer Stromquelle und die Patentierwanne (9) an den anderen Pol derselben Stromquelle angeschlossen sind, und daß sowohl die Vorwärmwanne (3) als auch die Patentierwanne (9) aus unteren (3¹* 9^f) und oberen (3"* 9") Wannen bestehen, daß an den von der Bahn der Stahldrähte (7) geschnittenen Stirnwänden (5) der oberen Wannen (3", 9") in den Schnittpunkten Kerben (8) vorgesehen sind, die oberen (3", 9") und die unteren (3'» 9' ) Wannen Salzbäder enthalten und durch Pumpen (6) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß auf der Bahn des Stahldrahtes (7) vor der Vorwärmwanne (3) ein erstes Führungselement, insbesondere eine Walze (l), und nach der Patentierwanne (9) ein zweites Führungselement, insbesondere eine Walze (2), angeordnet sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet , daß drei parallele, voneinander isolierte Vorwärmwannen (5) oder Patentierwannen (9) vorgesehen sind, die je an eine Phase (R, S, T) eines Drehstroranetzes angeschlossen sind, während die Patentierwanne (9) bzw. die Vorwärmwanne (3) an den Nulleiter desselben Netzes angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe (6) eine Mammutpumpe ist.

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