DE2435830B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahldraht - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahldraht

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DE2435830B2 DE2435830A DE2435830A DE2435830B2 DE 2435830 B2 DE2435830 B2 DE 2435830B2 DE 2435830 A DE2435830 A DE 2435830A DE 2435830 A DE2435830 A DE 2435830A DE 2435830 B2 DE2435830 B2 DE 2435830B2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahldraht mit einem zur Kaltverformung
ίο geeigneten Gefüge sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der DE-OS 2132401 sind bereits ein Verfahren zur Behandlung von Walzdraht und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt, bei
welchen der aus dem letzten Walzgerüst kommende Draht in Form von nicht geschlossenen Windungen in einen Behälter eingeführt wird, der ein Wasserbad enthält. Der Draht sinkt ohne mechanische Hilfsmittel auf den Boden des Behälters ab und wird für eine Zeit im Behälter belassen, die zur Durchführung des beabsichtigten metallurgischen Prozesses ausreicht. Anschließend wird der Draht aus dem Bad entnommen, um die Abkühlung zu beenden.
Da bei dem aus der DE-OS 2132401 bekannten Verfahren das Wasserbad als Suspension oder Lösung Zuschlagstoffe, insbesondere Salze enthält und eine Temperatur besitzt, die bei mindestens 75% der Siedetemperatur in Grad Celsius liegen soll, ergibt sich für das Wasserbad eine Temperatur in der Größen-
jo Ordnung von 150 bis maximal 200° C. Mit dem bekannten Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung läßt sich somit nur eine Wärmebehandlung von Stahldraht durchführen, deren Ergebnis hinsichtlich der Gefügeumwandlung nicht die Qualität erreicht, die
mit dem bekannten Patentieren in einem Bleibad oder in einer Salzschmelze verglichen werden kann.
Dieser Nachteil hinsichtlich der Qualität des erzeugten Stahldrahtes haftet auch der aus der DE-OS 2 132402 bekannten Vorrichtung zum Abkühlen von
AO aus einem Warmwalzwerk kommenden Stahldraht an. Bei dieser Vorrichtung wird der Stahldraht zu einer aufgefächerten Spirale mit sich überlappenden Windungen gewickelt und mittels eines Rollenförderers einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 150° C zugeführt. Der auf einem im Wasserbad laufenden Kettenförderer abgelegte Strahldraht wird während der für die Gefügeumwandlung erforderlichen Zeit durch den Badbehälter transportiert. Anschließend wird er mittels eines weiteren Rollenförderers einem mit Waschbrausen ausgestatteten Spülbad zugeführt, an dessen Ende die aufgefächerte Drahtspirale zu einem kompakten Drahtring zusammengelegt wird.
Neben dem sich aus der niedrigen Temperatur des Wasserbades hinsichtlich des erzielten Gefüges ergebenden Nachteil haftet der bekannten Vorrichtung der Nachteil an, daß der Draht während der Wärmebehandlung nicht nur mit den Transportvorrichtungen in Berührung kommt, sondern daß sich die aufgefä-
cherten Windungen des Drahtes gegenseitig berühren, so daß keine über die gesamte Länge des Stahldrahtes gleichmäßige Gefügeumwandlung erreicht werden kann.
Aus der GB-PS 1056915 waren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von Draht durch Anblasen mit Luft bekannt, bei welchen der Draht unter Verwendung von paternosterartig wirkenden Hilfsvorrichtungen zu einer Wendel mit senkrechter
Längsachse geformt wird. Die einzelnen, voneinander im Abstand liegenden Windungen der Wendel werden von unten her mit Kühlluft beaufschlagt.
Durch die Verwendung von Luft als Abkühlmedium schließt auch der aus der GB-PS 1056915 bekannte Stand der Technik die Erzielung eines hochwertigen Gefüges aus. Da weiterhin an den Auflagestellen die Drahtwindungen an den paternosterartigen Hilfseinrichtungen eine Beaufschlagung des Stahldrahtes mit Kühlluft ausgeschlossen bzw. stark behindert ist, ergibt sich auch bei der GB-PS 1056 915 keine über die gesamte Länge des Stahldrahtes gleichförmige Gefägeumwandlung.
Aus der DE-PS 701904 war schließlich die Verwendung von Salzschmelzen als Abschreckmittel beim Patentieren von Stahldrähten bekannt. Derartige Salzschmelzen wurden bisher jedoch ausschließlich zur Wärmebehandlung von Stahldraht eingesetzt, der nach dem Walzen vollständig abgekühlt und zwischengelagert worden war, so daß unter erheblichem Energieeinsatz eine erneute Erwärmung der Drahtringe in einem Ofen erfolgen mußte, bevor die Drahtringe als Ganzes zur Wärmebehandlung in die Salzschmelze eingebracht werden konnten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen der mit der Walzhitze aus dem letzten Walzgerüst kommende Draht in einer Salzschmelze derart wärmebehandelt wird, daß seine Gefügeumwandlung unter Einhaltung enger Temperaturgrenzen optimal und über seine gesamte Länge gleichmäßig erfolgt.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
a) daß der aus der Walzhitze kommende, gegebenenfalls vorgekühlte Draht als Wendel mit senkrechter Längsachse in eine Salzschmelze eingelegt wird,
b) daß die Windungen der Wendel zur Erzielung eines über die gesamte Länge des Drahtes homogenen Gefüges berührungsfrei während der für die Gefügeumwandlung erforderlichen Zeit auf den Boden des Behandlungsgefäßes abgesenkt werden und dort einen mehrgängigen Ring bilden, wobei die Einwirkzeit durch die Sinkgeschwindigkeit der einzelnen Drahtwindungen durch die Füllhöhe der Salzschmelze, das spezifische Gewicht des Drahtes und der Salzschmelze sowie die Viskosität der Salzschmelze bei der jeweils eingestellten Temperatur bestimmt wird,
c) daß die Salzschmelze ständig umgewälzt und durch induktive Beheizung und/oder Kühlung auf einer konstanten Temperatur gehalten wird,
d) daß die Kühlung und Umwälzung durch eine mit verdampfendem Wasser betriebene Mammutpumpe erzielt wird, deren Wasserdampf kondensiert und vor der Wiederverwendung zur Spülung der aus dem Behandlungsgefäß kommenden Drahtringe verwendet wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, daß der aus dem letzten Walzgerüst kommende und gegebenenfalls vorgekühlte Draht einer Wärmebehandlung unterworfen wird, ohne daß sich die einzelnen Windungen des Drahtes vor oder während der zur Erzielung der gewünschten Gefügeumwandlung durchgeführten Wärmebehandlung berühren, so daß gegenseitige Beeinflussungen ausgeschaltet sind. Da auch keine mechanischen Hilfseinrichtungen für den Transport des Drahtes zum Behandlungsgefäß sowie innerhalb des Behandlungsgefäßes verwendet werden, ergibt sich hierdurch in Zusammenwirken mit der ständigen Umwälzung der Schmelze während des Einlegens der Drahrwindungen in Form einer Wendel eine über die gesamte Länge des Drahtes gleichmäßige Gefügeumwandlung, wobei durch die Verwendung einer Salzschmelze optimale Bedingungen für die Wärmebehandlung einge-
iü halten werden können und im Stahldraht ein zur Kaltverformung geeignetes, hochwertiges Gefüge erzielt wird. Neben der innerhalb enger Grenzen bleibenden Temperatur der Salzschmelze ist die Einwirkzeit der Salzschmelze auf den Draht für die Gefügeumwandlung wichtig, da sie die Temperaturänderungsgeschwindigkeit bestimmt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Einwirkzeit durch die Sinkgeschwindigkeit der einzelnen Windungen in der Schmelze und durch die Strecke bestimmt, welche insbesondere die letzte Windung nach dem vollständigen Eintauchen in die Salzschmelze bis zum Auftreten auf die vorangehende, die oberste Lage des sich bildenden Drahtringes darstellende Windung frei schwebend zurücklegt. Die Sinkgeschwindigkeit des Drahtes in der Schmelze wird durch das spezifische Gewicht des Drahtes und der Schmelze sowie durch die Viskosität der Schmelze bei der jeweils eingestellten Temperatur bestimmt. Die einzelnen Windungen haben beim erfindungsgemäßen Verfahren die Umwandlungstemperatur erreicht, bevor sie sich zur Bildung des mehrgängigen Drahtringes auf dem Boden des Badbehälters aufeinanderlegen. Um eine gleichmäßige Temperatur innerhalb der gesamten Salzschmelze sicherzustellen und örtliche Überhitzungen, insbesondere in unmittelbarer Nähe des eintauchenden Drahtes zu vermeiden, die einerseits zu einem unerwünschten thermischen Zerfall der Salzschmelze und gegebenenfalls zu schädlichen Einwirkungen der sich hieraus ergebenden Zerfallsprodukte auf den Schmelzbehälter führen können, wird die Salzschmelze mindestens während des Einlegens der Drahtwindungen stetig umgewälzt. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von großer Bedeutung, daß die durch den Draht in die Salzschmelze eingebrachte große Wärmemenge derart abgeführt wird, daß die Temperatur der Salzschmelze unabhängig vom Takt der Walzstraße innerhalb enger, von den Bedingungen der Wärmebehandlung vorgegebener Grenzen gehalten wird. Dies wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch eine induktive Beheizung und/oder Kühlung erreicht. Die Kühlung wird zusammen mit der Umwälzung durch eine mit verdampfendem Wasser betriebene Mammutpumpe erzielt. Diese Mammutpumpe saugt die Salzschmelze vorzugsweise in der Nähe des Bodens des Schmelzbehälters an und führt sie vorzugsweise in der Nähe des in die Schmelze eintretenden Drahtes in den Schmelzbehälter zurück. Erfindungsgemäß wird die Mammutpumpe mit verdampfendem Wasser betrieben, deren Wasserdampf kondensiert und vor der Wiederverwendung zur Spülung der aus dem Behandlungsgefäß kommenden Drahtringe verwendet wird. Hierdurch wird nicht nur eine Umwälzpumpe eingesetzt, die frei von mechanisch bewegten und damit einem hohen Verschleiß unterliegenden Teilen ist, sondern einen sehr wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht, da ein preiswertes, im Kreislauf geführtes Treibmittel Anwendung findet. Die Verwendung von Wasser bzw. Wasserdampf als
Treibmittel führt weiterhin zur Lösung eines bisher der großtechnischen Verwendung von Salzschmelzen für die Wärmebehandlung von Draht entgegenstehenden Problems, nämlich der Rückgewinnung der an dem behandelten Draht verbleibenden Salzrest. Gemäß der Erfindung wird das Kondensat über mindestens einen Spülbehälter geleitet, in dem die wärmebehandelten Drahtringe von Schmelzresten befreit werden. Hierdurch gelangen die an den wärmebehandelten Drahtringen haftenden Salzreste über das als Treibmittel für die Mammutpumpe dienende Wasser unmittelbar in die Salzschmelze zurück, so daß jegliche Umweltverschmutzung ausgeschlossen wird. Da durch die Verdampfung des als Treibmittel für die Mammutpumpe dienenden Wassers die zur Überführung vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand aufzuwendende Verdampfungswärme der Salzschmelze entzogen wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Abfuhr großer Wärmemengen aus der Salzschmelze, wie dies jeweils beim Eintritt von aus der Walzhitze kommenden Draht erforderlich ist. Hierdurch kann die Salzschmelze innerhalb enger Grenzen auf einem gleichbleibenden Temperaturweit gehalten werden, wobei es beim Ausbleiben von Draht erforderlich sein kann, die vorgegebene Temperatur der Salzschmelze durch Einschalten der induktiven Heizung sicherzustellen.
Um ein Verzundern des Drahtes weitgehend zu verhindern, kann, gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, der Draht zwischen dem letzten Walzgerüst und dem Einlegen in die Salzschmelze mit Inertgas umgeben werden. Als Inertgas kommt vorzugsweise Stickstoff in Frage.
Zur Verbesserung der Spülwirkung können, gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, mehrere nacheinander vom Kondensat durchflossene Spülbehälter in entgegengesetzter Richtung mit den wärmebehandelten Drahtringen beschickt werden. Der den höchsten Salzgehalt aufweisende Spülbehälter, der als erstes mit dem aus der Schmelze kommenden Draht beschickt wird, ist hierbei, in Strömungsrichtung des Kondensats gesehen, der letzte Spülbehälter vor der den Wasserkreislauf bewirkenden Speisepumpe, die das Wasser der Mammutpumpe zuführt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
a) daß oberhalb eines Behälters für die Salzschmelze ein Schlingenleger zur Erzeugung einer Drahtwendel mit senkrechter Längsachse angeordnet ist,
b) daß der Behälter eine Füllhöhe von mindestens der axialen Erstreckung des sich auf dem Behälterboden bildenden Ringes zuzüglich einer Strecke besitzt, die zum Erreichen der Behandlungstemperatur während des Absinkens auch der letzten Windung der Wendel ausreicht,
c) daß der Behälter mit einer Induktionsheizung sowie mit einer als wasserdampf-betriebene Mammutpumpe ausgebildeten Umwälzpumpe ausgerüstet ist,
d) daß der Mammutpumpe zwischen der Abführ- und Rückführleitung ein Trenngefäß für Wasserdampf und Salzschmelze nachgeschaltet ist und ein Kondensator für den Wasserdampf sowie eine Rückführung über mindestens einen Spülbehälter zur Mammutpumpe vorgesehen sind.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.
Zur Aufnahme der Salzschmelze wird ein Behälter 1 verwendet, der mit einer Induktionsheizung 2 versehen ist. An der tiefsten Stelle des Behälters 1 ist eine Schleuse 3 angeordnet, durch welche in der Salzschmelze herabsinkende Fremdstoffe, vorzugsweise Zunder, in einen Sammelbehälter 4 abgeführt werden können.
Der aus dem letzten Walzgerüst 5 austretende
ίο Draht D wird einem Schlingenleger 6 zugeführt, der oberhalb des Behälters 1 angeordnet ist und den Draht D in Form einer Wendel Win die Salzschmelze einlegt. Die etwa horizontal liegenden einzelnen Windungen der Wendel W behalten während ihres Her-
i"> absinkens in der Salzschmelze einen etwa konstanten Abstand voneinander, bevor sie in der Nähe des Bodens des Behälters 1 auf einer Auflage 8 zu einem Ring R zusammengelegt werden. Zur Führung sowohl der Wendel W als auch das Ringes R können im
2» Schmelzbehälter 1 Führungsstangen 9 angeordnet sein.
Die Salzschmelze wird durch eine Abführleitung 11 in der Nähe des Bodens des Behälters 1 angesaugt und in der Nähe des eintauchenden Drahtes D durch eine Rückführleitung 12 in den Behälter 1 zurückgeführt. Als Umwälzpumpe wird eine Mammutpumpe 14 verwendet, die mit Wasser bzw. Wasserdampf betrieben wird. Die Mammutpumpe 14 wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch die mit einem
M Spalt 14a in der Nähe der Ansaugöffnung versehene Abführleitung 11 sowie durch ein Mantelrohr 15 gebildet, welches die Abführleitung 11 konzentrisch umgibt. In dem Ringraum zwischen Abführleitung 11 und Mantelrohr 15 ist eine Führungswendel 16 an-
» geordnet. In diesen Ringraum der Mammutpumpe 14 wird über eine Speiseleitung 17 durch eine Speisepumpe 18 Wasser eingespeist, das auf dem Weg entlang der Führungswendel 16 durch Einwirkung der heißen Salzschmelze mindestens teilweise verdampft und als Treibmittel in den Spalt 14a der Abführleitung 11 der Mammutpumpe 14 eintritt. Durch die unmittelbare Berührung des restlichen Wassers innerhalb der Abführleitung 11 mit der Salzschmelze wird auch dieses restliche Wasser verdampft. Aus dem oberer Ende der Mammutpumpe 14 tritt somit Salzschmelze und Wasserdampf aus.
Durch die Verdampfung des Wasser sowohl im Ringraum der Mammutpumpe 14 als auch in der Abführleitung 11 wird der Salzschmelze Wärme entzogen. Dieser Wärmeentzug ist besonders groß, da ei die Verdampfungswärme des Wassers umfaßt. Die aus der Mammutpumpe 14 austretende Salzschmelze und der Wasserdampf werden in ein Trenngefäß 19 geleitet, aus welchem die gekühlte Salzschmelze über die Rückführleitung 12 in den Behälter 1 zurückgeführi und der Wasserdampf durch eine Dampfleitung 2C abgezogen wird. Die Dampfleitung 20 führt zu einem Kondensator 21, in dem der Wasserdampf kondensiert wird. Dies geschieht mittels eines im offenen odei geschlossenen Kreislauf geführten Kühlmittels. Bein: dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kühlmittelleitungen 22 und ein Kühler 23 zu erkennen, die füi einen Abzug der Wärme aus dem Kondensator 21 dienen.
Das im Kondensator 21 anfallende Kondensat wire über eine Kondensatleitung 24 nacheinander dre Spülbehältern 25 zugeführt, die kaskadenförmig aneinander angeschlossen sind und aus deren letzten·
die Speisepumpe 18 das für die Einspeiung in die Mammutpumpe 14 benötigte Wasser abzieht.
Die Spülbehälter 25 werden nacheinander, und zwar entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Kondensats, zum Spülen der aus der Salzschmelze kommenden Ringe R benutzt. Das an den Ringen R haftende Salz der Salzschmelze wird auf diese Weise von den Ringen R entfernt und über das als Treibmittel für die Mammutpumpe 14 dienende Wasser in den Behälter 1 zurückgeführt, so daß nicht nur ein Salzverlust vermieden, sondern auch jegliche Umweltverschmutzung ausgeschlossen wird.
Da der Draht D als Wendel W, deren einzelne Windungen ohne gegenseitige Berührung frei schwebend in der Salzschmelze herabsinken, in die Salzschmelze eingelegt und erst nach Ablauf der zur Gefügeumwandlung erforderlichen Einwirkzeit der Salzschmelze auf den Draht D zu einem Ring R zusammengefügt wird, entfallen gegenseitige Beeinflussungen der einzelnen Windungen des Drahtes D vor oder während der Wärmebehandlung. Durch die ständige Umwälzung der Salzschmelze und die Einhaltung der vorgegebenen Schmelztemperatur innerhalb enger Grenzen ergibt sich ein gleichmäßiges Gefüge über die gesamte Länge des zu dem Ring R zusammengelegten Drahtes D.
Die Füllhöhe des mit Salzschmelze gefüllten Behälters 1 entspricht mindestens der axialen Erstreckung der sich auf der Auflage 8 bildenden Ringe R zuzüglich einer Strecke, die zum Erreichen der Behandlungstemperatur während des Absinkens auch der letzten Windung der Wendel W ausreicht. Die sich ergebende Sinkgeschwindigkeit für die einzelnen Windungen der Wendel W wird durch das spezifische Gewicht des Drahtes D und der Salzschmelze sowie durch die Viskosität der Salzschmelze bei der
Ό jeweils eingestellten Behandlungstemperatur bestimmt.
Um ein Verzundern der aus dem letzten Walzgerüst kommenden Drahtes D nach Möglichkeit zu vermeiden, ist zwischen dem Walzgerüst 5 und dem Schlingenleger 6 ein Schutzrohr 26 angeordnet, in welches Inertgas eingeleitet wird. Die zur Konstanthaltung der Temperatur der Salzschmelze erforderliche Heizung bzw. Kühlung erfolgt durch die schnell ansprechende Induktionsheizung 2 bzw. durch ein Verändern der in die Mammutpumpe 14 eingespeisten Wassermenge, so daß die Temperatur der im Behälter 1 befindlichen Salzschmelze unabhängig vom Takt der Walzstraße innerhalb enger Grenzen konstantgehalten werden kann. Durch ein Umwälzen der Salzschmelze werden örtliche Temperaturunterschiede vermieden und eine gleichmäßige Temperatur innerhalb der Salzschmelze erreicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Stahldraht mit einem zur Kaltverformung geeigneten Gefüge, dadurch gekennzeichnet,
a) daß der aus der Walzhitze kommende, gegebenfalls vorgekühlte Draht als Wendel mit senkrechter Längsachse in eine Salzschmelze eingelegt wird,
b) daß die Windungen der Wendel zur Erzielung eines über die gesamte Länge des Drahtes homogenen Gefüges berührungsfrei während der für die Gefügeumwandlung erforderlichen Zeit auf den Boden des Behandlungsgefäßes abgesenkt werden und dort einen mehrgängigen Ring bilden, wobei die Einwirkzeit durch die Sinkgeschwindigkeit der einzelnen Drahtwindungen, durch die Füllhöhe der Salzschmelze, das spezifische Gewicht des Drahtes und der Salzschmelze sowie die Viskosität der Salzschmelze bei der jeweils eingestellten Temperatur bestimmt wird,
c) daß die Salzschmelze ständig umgewälzt und durch induktive Beheizung und/oder Kühlung auf einer konstanten Temperatur gehalten wird,
d) daß die Kühlung und Umwälzung durch eine mit verdampfendem Wasser betriebene Mammutpumpe erzielt wird, deren Wasserdampf kondensiert und vor der Wiederverwendung zur Spülung der aus dem Behandlungsgefäß kommenden Drahtringe verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht zwischen dem letzten Walzgerüst und dem Einlegen in die Salzschmelze mit Inertgas umgeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nacheinander vom Kondensat durchflossene Spülbehälter in entgegengesetzter Richtung mit den wärmebehandelten Drahtringen beschickt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
a) daß oberhalb eines Behälters (1) für die Salzschmelze ein Schlingenleger (6) zur Erzeugung einer Drahtwendel mit senkrechter Längsachse angeordnet ist,
b) daß der Behälter (1) eine Füllhöhe von mindestens der axialen Erstreckung des sich auf dem Behälterboden bildenden Ringes (R) zuzüglich einer Strecke besitzt, die zum Erreichen der Behandlungstemperatur während des Absinkens auch der letzten Windung der Wendel (W) ausreicht,
c) daß der Behälter (1) mit einer Induktionsheizung (2) sowie mit einer als wasserdampfbetriebene Mammutpumpe (14) ausgebildeten Umwälzpumpe ausgerüstet ist,
d) daß der Mammutpumpe (14) zwischen der Abführ- und Rückführleitung (11, 12) ein Trenngefäß (19) für Wasserdampf und Salzschmelze nachgeschaltet ist und ein Kondensator (21) für den Wasserdampf sowie eine Rückführung über mindestens einen Spülbehälter (25) zur Mammutpumpe (14) vorgesehen sind.
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