DE2600626B2

DE2600626B2 - Verfahren zur Erwärmung mindestens zweier Metallröhren endlicher Länge insbesondere aus Stahl zum Zweck ihrer Wärmebehandlung

Info

Publication number: DE2600626B2
Application number: DE2600626A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm 5609 Hueckeswagen Emde; Herbert Geisel; Rolf 4630 Remscheid Gies; Friedhelm Dr.-Ing. 5630 Remscheid Reinke
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1976-01-09
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2600626A1; FR2337766A1; GB1566051A; US4147569A; JPS5285907A; FR2337766B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung mindestens zweier Metallröhren endlicher Länge insbesondere aus Stahl zum Zweck der Wärmebehandlung (Härten, Anlassen, Tempern od. dgl.) ihres Röhrenmaterials in einem Durchlaufofen, bei dem die Röhren die Wärmstrecke mit geringem oder fehlendem Abstand entlang ihrer Längsrichtung und mit gleicher Transportgeschwindigkeit derart durchlaufen, daß die Wärmstrecke mindestens Teillängen zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Röhren gleichzeitig beheizt, und bei dem ferner die einzelnen Röhren durch Zufuhr von Wärme von einer Ist- auf eine für alle Röhren gleiche Soll-Temperatur erwärmt werden.

Zur Vergütung von Stahlröhren mittels eines brennstoffbeheizten Durchlaufofens, der die Röhren entlang ihrer Längsachse umfaßt, werden die Röhren mittels des Durchlaufofens auf eine Soll-Temperatur, der Härtetemperatur des Materials, aufgeheizt, von der Soll-Temperatur mittels einer dem Durchlaufofen nachgeschalteten Kühlstation, die von den Röhren mit der Transportgeschwindigkeit im Durchlaufofen durch- so laufen wird, durch Besprühen mit Kühlwasser auf eine geeignet niedrige Temperatur abgeschreckt und danach erneut — und im Rücklauf — in dem Durchlaufofen auf eine Anlaßtemperatur erwärmt und angelassen. Das Ergebnis dieses Wärmebehandlungsvorganges wird wesentlich durch die Temperaturen bestimmt, die die einzelnen Röhren beim Erwärmen annehmen. So ist es z. B. bei der Abschreckhärtung erforderlich, alle Röhren, die aus gleichem Werkstoff gefertigt sind, auf die Soll-Temperatur derart zu erwärmen, daß die Endtemperaturen der einzelnen Röhren am Ende des Aufwärmvorganges lediglich innerhalb eines relativ engen Toleranzintervalls streuen. Ausreißer, deren Endtemperaturen außerhalb dieses Toleranzintervalls gelegen sind, unterliegen ggf. einer Qualitätsminderung ^ω des Wärmebehandlungsvorganges, wodurch die Röhren unbrauchbar werden können.

Zur Herbeiführung einer gleichmäßigen Qualität der Wärmebehandlung werden Röhren gleicher Abmessungen in der Wärmstrecke unmittelbar aufeinanderfolgend, d. h. mit geringem oder fehlendem Abstand, mit vorgegebener Transportgeschwmdigkeit und vorgegebener Heizleistung auf eine Soll-Temperatur aufgeheizt, die sich alleine aus der Masse des Röhrenmaterials, seiner Transportgeschwindigkeit im Ofen und der Heizleistung des Ofens ergibt. Abweichungen z. B. der Röhrenwandstärke von einem Soll-Maß machen sich unmittelbar als Abweichungen der Endtemperatur von der Soll-Temperatur bemerkbar, so daß Röhren, deren Wandstärke z. B. in größerem Umfang von einer Soll-Wandstärke abweicht, in der Wärmstrecke mit abweichender Transportgeschwindigkeit erwärmt werden müssen. Die Beheizung mit abweichender Transportgeschwindigkeit bzw. abweichender Heizleistung engt jedoch die Durchlaufkapazität des jeweiligen Durchlaufofens in unwirtschaftlicher Weise ein. Die einzelnen Röhren müssen mit größerem Abstand voneinander derart beheizt werden, daß sie den Ofen entweder mit unterschiedlicher Durchlaufgeschwindigkeit oder aber bei unterschiedlicher Heizleistung des Ofens passieren. Auch Unterschiede des ursprünglichen Wärmeinhalts der einzelnen Röhren, die sich bei sonst gleicher Röhrenabmessung durch unterschiedliche Wandtemperaturen zu erkennen geben, können so ausgeglichen werden.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die Wirtschaftlichkeit des Erwärmungsvorganges an einer Reihe von Metallröhren, die einer Wärmstrecke zugeführt werden und unterschiedliche Wärmekapazitäten und/oder Wärmeinhalte aufweisen, in der Weise zu verbessern, daß die Röhren beim Durchlauf durch die Wärmstrecke mit gleicher Transportgeschwindigkeit und unter Einhaltung eines geringen oder sogar bei fehlendem Abstand zwischen benachbarten Röhren in der Wärmstrecke auch unter Zuführung größerer Wärmemengen, deren Steuerung oder Einstellung nur schwer möglich ist, mit relativ enger Toleranz auf die gleiche Soll-Temperatur aufgeheizt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe unter Anwendung eines Verfahrens der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die einzelnen Röhren vor ihrer Zuführung zur Wärmstrecke zum Ausgleich eines unterschiedlichen Wärmebedarfs mittels eines Vorwärmofens individuell vorgewärmt werden.

Die Vorwärmung mittels des Vonvärmofens kann zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmekapazitäten (Abmessungen der Wandstärke u.dgl.) und/oder zum Ausgleich von Unterschieden im ursprünglichen Wärmeinhalt der einzelnen Röhren benutzt werden. Röhren, die z. B. bei gleichen Abmessungen unterschiedliche Temperaturen aufweisen, werden vor ihrer Zuführung zur Wärmstrecke durch Aufwärmen der kälteren Röhren auf eine gleiche Ausgangstemperatur gebracht Röhren, deren Wandstärke eine Normwandstärke überschreitet, werden zum Ausgleich des unterschiedlichen Wärmebedarfs infolge abweichender Wärmekapazität vor ihrer Zuführung zur Wärmstrecke entsprechend vorgewärmt, so daß die einzelnen Röhren in der Wärmstrecke bei gleicher Transportgeschwindigkeit auch dann auf die gleiche Soll-Temperatur aufgewärmt werden, wenn die Wärmstrecke gleichzeitig mehrere unterschiedliche Röhren bzw. mindestens Teillängen zweier benachbarter Röhren gleichmäßig erwärmt

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Vorwärmung im Durchlaufverfahren mittels eines zweiten Durchlaufofens, dessen Heizleistung veränder-

bar ist, vorzunehmen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Vorwärmung im Durchlaufverfahren durch induktive elektrische Beheizung der Röhrenwandungen vorzunehmen, wodurch eine schnelle Anpassung der Heizleistung des Vorwärmofens an die individuellen Gegebenheiten der einzelnen Röhre möglich ist.

Das Verfahren nach der Erfindung ist anhand einer Zeichnung, die eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wiedergibt, näher erläutert

Es bezeichnen 1, 2 und 3 mehrere Stahlröhren von z. B. 20 m Länge und einem Durchmesser von etwa 1,60 m, deren Wandstärke innerhalb gewisser vorgegebener Grenzen erheblich schwankt.

Die Röhren werden auf Rollen 4 — ggf. um ihre Achse rotierend — einem z. B. 50 m langen Durchlaufofen 5 zugeführt, der aus einer brennstoffbeheizten Hochleistungsstufe 5AA und einer dieser Stufe nachgeschalteten, durch Abgase der Stufe 5AA beheizten Nachwärmstufe 5A besteht. Die Hochleistungsbrenner der Stufe 5AA werden über die Brennstoffleitungen 6 und 7 in geregelter Menge mit gasförmigen Brennstoffen in der Weise beheizt, daß die Stufe 5AA pro Zeiteinheit eine im wesentlichen konstante Wärmemenge erzeugt.

Dem Ofen 5 unmittelbar vorgeschaltet ist ein zweiter Durchlaufofen 8, der die Form eines Induktionsofens mit einer Induktionsspule 9 aufweist. Die Spule 9 umfaßt ebenso wie die Stufen 5AA die Außenmäntel der Röhren, und es ist die Spule 9 mit einem Wechselstrom geeigneter Frequenz aus einem Wechselstromgenerator 10 gespeist, dessen Leistung z. B. durch Betätigung der Drucktasten eines Einstellgerätes 11 stufenweise einstellbar ist.

Dem Durchlaufofen 8 ist eine Meßvorrichtung 12 zur Ermittlung der Oberflächentemperatur der dem Ofen 8 zugeführten Röhren mit einem optischen Temperaturfühler 12Λ/4 und einem Anzeigeinstrument 12Λ und eine Meßvorrichtung 13 zur Ermittlung der Röhren-Wandstärke mit einem Wandstärkenfühler 13/1/4 in Form eines Laufzeitmessers, der aus der Laufzeit einer Ultraschallwelle durch das Röhrenmaterial die Dicke des Materials ermittelt, und mit einem Anzeigegerät 13/4 zugeordnet.

Zur Wärmebehandlung der gehärteten Stahlrohren, deren Wandungen zuvor auf die Härtetemperatur des Röhrenmaterials aufgeheizt und danach in einer Abschreckstation martensitisch durch und durch gehärtet worden sind und die durch Anlassen zu vergüten sind, werden die einzelnen Röhren, deren Wandstärken bei einem im wesentlichen konstanten mittleren Außendurchmesser so schwanken können, daß die pro Längeneinheit der Röhren vorhandene Masse sich in weiten Grenzen ändert, zunächst an den Meßvorrichtungen 12/4/4 bzw. 13AA entlanggeführt, so daß der Bedienungsmann durch Beobachten der Instrumente 12/4 und 13/4 feststellen kann, welche Oberflächentemperaturen die einzelnen Röhren aufweisen und welche Wanddicken zu beachten sind. Die zugehörigen Meßwerte, die bestimmten Meßwertklassen zugeordnet werden, werden durch Drucktastenbetätigung in das Steuergerät 11 eingegeben, welches durch Tastendruck die Leistung des Wechselstromgenerators 10, die abhängig von den Meßwerten an den Meßinstrumenten 12/4 und 13/4 vorprogrammiert ist, derart verstellt, daß die Beheizung der gerade den Induktionsofen 8 durchlaufenden Röhre so erfolgt, daß — unter Einbeziehung der konstanten Leistung des brennstoffbeheizten Durchlaufofens 5 — das Röhrenmaterial am Ausgang des Durchlaufofens 5 die zur Wärmebehandlung erforderliche Soll-Temperatur aufweist. Röhren, deren Oberflächentemperatur und Wandstärke gewissen minimalen bzw. maximalen Grenzwerten zuzuordnen sind, werden mittels des Durchlaufofens 8 nicht vorgewärmt. Lediglich solche Röhren, deren Wärmeinhalt zunächst zu gering ist und deren Wandstärke eine gewisse minimale Wandstärke überschreitet, werden derart vorgewärmt, daß sämtliche Röhren am Ausgang des Durchlaufofens 5 die gleiche Soll-Temperatur aufweisen.

Zur Kontrolle ist es zweckmäßig, am Ausgang des Durchlaufofens 5 bzw. an dem Punkt der Durchlaufstrecke, an dem das Material die Soll-Temperatur aufweisen soll, eine weitere Meßvorrichtung zur Ermittlung der Temperatur des Röhrenmaterials anzuordnen.

Unter Anwendung des erläuterten Verfahrens ist es

— unabhängig vom Wärmebedarf der einzelnen Röhren

— möglich, die einzelnen Röhren mit gleicher Transportgeschwindigkeit und geringem oder fehlendem Röhrenabstand durch den Durchlaufofen 5 zu transportieren. Vorteilhaft ist, daß die in Transportrichtung der Röhren weisende Länge des zur Vorwärmung dienenden Durchlaufofens 8 kurz gehalten werden kann. Bei Ausbildung des Durchlaufofens 8 als Induktionsofen isi es dabei möglich, die Vorwärmenergie den Röhren mit hoher Leistungsdichte zuzuführen. Vorteilhaft ist ferner, daß die mit dem Wärmetransport in den Rohrwandungen infolge des Vorwärmvorgangs eingeleiteten Temperaturausgleichsvorgänge im Röhrenmaterial am Ende des Durchlaufofens 5 bereits so weit abgeklungen sind, daß sich die dem Röhrenmaterial zugeführte Wärmemenge weitgehend homogen im Röhrenmateria! verteilt. Die Gesamtanlage bzw. Anlagenlänge läßt sich deshalb in einfacher Weise derart dimensionieren, daß die durch die öfen 5 und 8 dem Röhrenmaterial zugeführten Wärmemengen sich an dem Bezugspunkt der Ofenanlage, vorzugsweise also am Ausgang des Durchlaufofens 5, weitgehend gleichmäßig über den Materialquerschnitt verteilen.

Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist nicht auf das im Ausführungsbeispiel beschriebene Anlassen von Stahlröhren beschränkt. F.s ist vielmehr auf jeden mittels einer Wärmstrecke durchzuführenden Aufwärmvorgang anwendbar, sofern die zu beheizenden Röhren infolge ihres schwankenden Aufbaus (unterschiedliche Abmessungen, unterschiedliches Röhrenmaterial, unterschiedliche Vortemperatur) einen unterschiedlichen Wärmebedarf aufweisen und bei konstanter Transportgeschwindigkeit durch den Durchlaufofen auf die gleiche Endtemperatur aufgewärmt werden sollen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 26 OO

1. Verfahren zur Erwärmung mindestens zweier Metallröhren endlicher Länge insbesondere aus Stahl zum Zweck der Wärmebehandlung in einem Durchlaufofen, bei dem die Röhren die Wärmstrekke mit geringem oder fehlendem Abstand entlang ihrer Längsrichtung und mit gleicher Transportgeschwindigkeit derart durchlaufen, daß die Wärmstrecke mindestens Teillängen zweier unmittelbar aufeinanderfolgender Röhren gleichzeitig beheizt, und bei dem ferner die einzelnen Röiiren durch Zufuhr von Wärme von einer Ist- auf eine für alle Röhren gleiche Soll-Temperatur erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Röhren vor ihrer Zuführung zur Wärmstrecke zum Ausgleich eines unterschiedlichen Wärmebedarfs mittels eines Vorwärmofens individuell vorgewärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung im Durchlaufverfahren mittels eines zweiten Durchlaufofens erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung durch induktive elektrische Beheizung des Röhrenmaterials erfolgt.