DE2601492A1 - Verfahren und vorrichtung zum kuehlen eines heissgewalzten drahtes - Google Patents

Description

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München, 16. Januar 1976

Kobe Steel, Limited Kobe, Japan

•Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines heißgewalzten Drahtes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform unmittelbar nach dessen aeißwalzen, und insbesondere Verbesserungen in der Anordnung und Konstruktion einschließlich der Formgebung der Düsenteile, welche unmittelbar im Baukörper des Kühlbettes vorgesehen sind und welche das Kühlfluid während des Transportes des Drahtes auf dem Kettenförderer gegen den Draht in Spulenform einströmen lassen, wobei dieser Draht in einer Reihe von Windungen auf dem Kettenförderer aufgelegt ist,

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welche Windungen jeweils einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen.

Beim Abkühlen eines Drahtes in Spulenform ist es allgemein üblich, den Draht unmittelbar nach dem Heißwalzen mit Hilfe eines Legekonus in eine Spulenform zu winden und dann eine Anzahl von Windungen in gleichmäßiger Folge auf einen Förderer aufzulegen, besser gesagt auf dessen Schienen aufzulegen, so daß die Drahtwindungen mit Hilfe von endlosen Ketten entlang dem Kühlbett transportiert werden, wobei eine Reihe von Drahtwindungen in jeweils gleichmäßigen Abstanden zueinander flach auf diesen Schienen liegen und wobei während dieser Zeit ein Kühlfluid von unten nach oben aus den in der Kühlstraße angeordneten Düsen einströmen lassen wird, so daß dadurch der Draht zum Zwecke der Wärmebehandlung gekühlt wird. Ein anderer Vorschlag ist in der japanischen Patentschrift No. Sho 42-15463 gemacht worden, in welcher eine vergrößerte Menge an Luft gegen die seitlich hochverdichteten Bereiche der Drahtwindungen eingespeist wird, wobei die Menge der gegen den Draht eingeblasenen Kühlluft zum Mittelbereich der Drahtwindungen, in Querrichtung gesehen, zwecks Erreichung einer gleichförmigen Drahtkühlung verringert wird. Ein anderer Vorschlag ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. Sho 49-15608 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. Sho 49-15609 gemacht worden, in welchen eine große Menge an Luft gegen die seitlichen

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hochverdichteten Bereiche des Drahtes eingeblaßen wird, wobei der Draht in Spulenform in vertikaler Richtung schwingt oder nach einem Zickzackschema über das Kühlbett bewegt wird, um dadurch eine gleichförmige Abkühlung des Drahtes zu erreichen. Diese bekannten Techniken beinhalten jedoch die folgenden noch zu lösenden Probleme:

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist es allgemein üblich, daß der heißgewalzte Draht aus einem Legekonus 1 auf ein Kühlbett 3 in die Form einer Spule 4 übergeführt wird, wobei die einzelnen Windungen der Spule 4 flach darauf aufgelegt werden und einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen. Der Draht ist auf Schienen 5 auf dem Kühlbett 3 angeordnet und wird mit Hilfe eines entlang der Schienen 5 laufenden endlosen Kettenförderers 6 transportiert. Während des Transportes des Drahtes wird dieser Draht mit Kühlluftströmen gekühlt, welche mit Hilfe der in dem Kühlbett 3 vorgesehenen Düsen 7 eingeblasen werden. Insbesondere wird der in Spulenform auf den Schienen 5 angeordnete und mit Hilfe von Ketten 6 transportierte Draht, welcher durch Finger an den Ketten 6 eingehakt ist, an den Stellen, wo er mit den Schienen 5 und den Ketten 6 in Berührung steht, nicht genügend mit Kühlfluid gekühlt, weil das durch die Düse 7 eingebrachte Kühlfluid parallel zu den Schienen 5 und den Ketten 6 gerichtet ist. Dies wiederum führt zu einem Ansteigen in der Veränderung der Kühlrate des Drahtes über dessen gesamte Länge und damit zu einer verstärkten Variation in den mechanischen Festigkeitseigenschaften des Drahtes.

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Eine andere Schwierigkeit beim Abkühlen des Drahtes in Spulenform besteht darin, daß die seitlichen Begrenzungsbereiche der Vielzahl von Drahtwindungen, in Draufsicht gesehen, hochverdichtete Bereiche ergibt, so daß das Kühlfluid schwerlich seinen Weg durch solche hochverdichtete Bereiche findet, wenn man diese hochverdichteten seitlichen Bereiche mit den mittleren Bereichen der Drahtwindungen vergleicht, welche Windungen an dieser Stelle einen weiteren Abstand voneinander aufweisen als in den hochverdichteten seitlichen Bereichen. Dies führt dann zu einem Mangel an gleichförmiger Kühlung für den Draht und damit zu einem Mangel an gleichmäßigen mechanischen Festigkeitseigenschaften des Drahtes.

Wie vorstehend beschrieben, wurden bereits viele Vorschläge zur Überwindung dieser Probleme gemacht, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. Sho 49-15608 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. Sho 49-15609 dargelegt sind, in denen ein Draht in Spulenform in einer vertikalen Richtung schwingt oder in denen ein Draht einem Zickzackschema folgend transportiert wird, bei dem Versuch, eine gleichmäßige Kühlung zu erreichen. Dies jedoch bringt einen weiteren Nachteil hervor, d. h. eine Möglichkeit, Veränderungen in den Windungsabständen, ungleichmäßige Form der Windungen und sogar Bruch in der Oberfläche des Drahtes entsprechend der Schwingung oder Vibration zu erzeugen. Außerdem wird der Aufbau

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der Vorrichtung sehr komplex, was kaum eine Möglichkeit zu einer sinnvollen praktischen Anwendung läßt.

Mit der Erfindung sollen diese, "bei den bekannten Kühl verfahr en und -vorrichtungen aufgetretenen Nachteile vermieden werden.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum wirkungsvollen gleichförmigen Kühlen eines heißgewalzten Drahtes in Spulenform zu finden, bei denen die Abweichung in der Drahtquälitat vermieden wird. Außerdem sollen die Richtungen der eingeblasenen Kühlfluidströme verbessert werden, ohne daß die Geschwindigkeit des Kühlfluids im Verhältnis zu der Dichtigkeit der einzelnen Drahtwindungslagen ansteigt. Schließlich besteht die Aufgabe auch noch darin, · ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichförmigen Kühlen eines Drahtes in Spulenform über dessen gesamte Länge durch Kühlen der Bereiche des Drahtes zu finden, die unmittelbar über den Ketten und Schienen der Fördereinrichtung angeordnet sind, ohne daß die Abstände der einzelnen Drahtwindungslagen geändert werden.

Diese und andere Aufgaben werden mit dem folgenden erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der nachfolgenden erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst. Nach einer ersten Ausgestaltung der

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Erfindung sind ein Verfahren und eine "Vorrichtung zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform während des Transportes des Drahtes über das Kühlbett vorgesehen, wobei eine Anzahl von Windungen des vorstehend erwähnten Drahtes flach auf die Schienen gelegt wird, welche Drahtwindungen einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen und mit einem von unterhalb des Kühlbetts eingebrachten Kühlfluid gekühlt werden. In diesem Verfahren bzw. in dieser Vorrichtung wird das Kühlfluid in vertikaler Richtung unter einem Winkel von 10° bis 70° gegenüber der Kühlbettebene und in horizontaler Richtung unter einem Winkel von 10° bis 150 gegenüber der Transportrichtung des Drahtes gegen den unmittelbar über den Schienenbereichen und den Kettenbereichen des Kühlbetts bzw. der Fördereinrichtung angeordneten Draht einströmen lassen, während man das Kühlfluid gegen die überlappten, seitlichen Randbereiche einer Anzahl von Drahtwindungen, d. h. gegen die hochverdichteten Bereiche der Drahtwindungen in vertikaler Richtung unter einem Winkel von 15 bis 75 gegenüber der Ebene des Kühlbetts und in horizontaler Richtung unter einem Winkel von 30° bis 150 gegenüber der Transportrichtung des Drahtes einströmen läßt, wodurch eine gleichförmige Abkühlung über die gesamte Länge einer Drahtspule erreicht wird.

Nach einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung des beschriebenen Typs vorgesehen, wobei die Düsenteile im Baukörper des Kühlbetts direkt unter den Ketten ebenso wie unter den Schienen angebracht

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sind, wodurch, ein Teil der Kühlbettkonstruktion in Düsengebilde tungewandelt ist, und zwar zusätzlich zu den Merkmalen, wie sie in der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung genannt sind.

Nach, einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu den vorstehend genannten Merkmalen der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, in denen die Schienen auf einem Kühlbett zu denen auf dem anderen Kühlbett außerhalb der sich in Längsrichtung erstreckenden Ausrichtung angeordnet sind.

Die Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sollen nun im Detail in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, welche besondere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen, beschrieben werden; darin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bereits bekannte Kühlvorrichtung zum Kühlen eines heißgewalzten Drahtes;

Fig. 2 eine Schnittansicht dieser Vorrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

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Pig. 4 einen Längsschnitt durch die Düsenteile, wie sie in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 5 in Draufsicht die Anordnung der Düsenteile, wie sie in einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 6 (I) und 6 (il) graphische Darstellungen, welche die Beziehung zwischen den Richtungswinkeln des über die Düsenbereiche auf das Kühlbett eingeblasenen Kühlfluids und den Kühlraten des Drahtes zeigen;

Fig. 6 (lV-1) eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den horizontalen Richtungswinkeln der Draht achsen im Verhältnis zu der Einblasrichtung des Kühlfluids und den Kühlraten des Drahtes zeigen;

Fig. 6 (III) und 6 (IV-2) graphische Darstellungen, welche die Beziehung zwischen den horizontalen Richtungswinkeln des durch die Düsenbereiche eingeblasenen Kühlfluids im Verhältnis zu der Transportrichtung des Drahtes und den Kühlraten des Drahtes zeigen;

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Pig. 7 a einen Querschnitt durch das Kühlbett der vorliegenden Erfindung entlang der Querrichtung dieses Kuhlbetts sowie eine vergrößerte, geometrische Näherungsdarstellung der Kühlfluidgeschwindigkeit;

Fig. 7 b eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen den Kühlraten und den Zugfestigkeiten des Drahtes zeigt;

Fig. 8 (I) und 8 (II) Draufsichten auf Ausgestaltungen der Düsenteile gemäß der vorliegenden Erfindung, welche unterhalb der Kettenbereiche und der Sehienenbereiche angeordnet sind}

Fig. 9 (I)f 9 (II) und 9 (III) Draufsichten auf verschiedene Beispiele der Kühlfluideinblas-Düsenteile an Stellen mit einer hohen Verdichtung der Drahtwindungen nach der vorliegenden Erfindung}

Fig. 10 eine Draufsicht einer anderen Ausgestaltung der Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung}

Fig. 11 eine Draufsicht einer weiteren Ausgestaltung der Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung}

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Pig. 12 eine Draufsicht einer nochmals anderen Ausgestal tung der Kühleinrichtung nach ,der vorliegenden Erfindung!

Fig. 13 eine Draufsicht einer wiederum abgewandelten Ausgestaltung der Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung j

Fig. 14 eine Draufsicht einer anderen Anordnung der Düsenteile in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung}

Fig. 15 einen in Querrichtung verlaufenden, jedoch vertikalen Schnitt durch ein Düsenteil, wie es in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 16 (I), 16 (II), 16 (III), 16 (IV) graphische Darstellungen, in welchen die Kühlraten der Drähte nach der vorliegenden Erfindung mit denen der Drähte nach dem Stand der Technik verglichen werden.

In Fig. 3 ist ein Legekonus 10, ein Kühlbett 12, ein Paar Schienen 13, 13 zum Tragen des Drahtes, welche Schienen auf den entgegengesetzten Seiten des Kühlbetts in dessen Längsrichtung verlaufen, und ein Paar von Ketten 14, 14 dargestellt, welches zwischen dem genannten Paar von Schienen 13, 13 angeordnet ist und parallel dazu verläuft. Eine Kühlvorrichtung 16

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besteht aus einem Kühlbett 12 und einer darunter angeordneten Luftkammer (nicht dargestellt), Schienen 13, 13 und auf diesem Kühlbett 12 angeordneten endlosen Ketten 14, 14, wobei die betreffenden Schienen und Ketten in dem einen Kühlbett mit denen in dem anderen Kühlbett in Längsausrichtung stehen.

Mit dem Bezugszeichen 17 ist ein Draht in Spulenform unmittelbar nach dem Heißwalzen gezeigt, wobei dieser Draht aus dem Legekonus 10 kommend, wie dargestellt, zusammengerollt und in einer Anzahl von Drahtwindungen, welche einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen, auf die Schienen 13, 13 aufgelegt wird. Dabei werden die Drahtwindungen durch Finger (nicht dargestellt) ergriffen oder eingehakt, welche Finger auf der endlosen Kette 14, 14 angeorndet sind und nacheinander in vorbestimmter Richtung bewegt werden.

Während eines solchen in kontinuierlicher Folge ablaufenden Transportes des in Spulenform gewundenen Drahtes 17 wird Kühlfluid oder -luft von unten her durch die im Kühlbettkörper 12 ausgebildeten und oberhalb einer Luftkammer vorgesehenen Düsenteile 15 gegen den Draht 17 eingeblasen, wodurch letzterer gekühlt wird. In diesem Falle liegt jedoch der Draht 17 in Spulenform auf den Schienen 13, 13 auf, so daß diese Drahtbereiche, welche die Schienen berühren, nicht genügend mit dem genannten eingeblasenen Kühlfluid gekühlt werden. Außerdem werden

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solche Drahtbereiche, welche in die Ketten 14, 14 eingehakt sind, niemals von dem Kühlfluid gekühlt. Daraus ergibt sich ein Mangel an Gleichförmigkeit in den Abkühlungsbedingungen zwischen den unmittelbar über den Schienen 13,13 und den Ketten 14, 14 gelegenen Drahtbereichen und den übrigen Drahtbereichen. Dies führt notwendigerweise zu einem Mangel an Gleichförmigkeit in den mechanischen Festigkeitseigenschaften über die gesamte Länge des Drahtes. Andererseits wird der Draht in Spulenform flach auf die Schienen 13, 13 gelegt, wobei eine Anzahl von Drahtwindungen in einem bestimmten Abstand voneinander liegen, so daß die Dichte der mittleren Bereiche der Drahtwindungen, in Querrichtung gesehen, relativ niedrig ist, d. h., daß die Abstände zwischen den überlappten Drahtwindungen grob bzw. groß sind, während die Eichte der überlappten seitlichen Randbereiche hoch, d. h., daß die Abstände der seitlichen überlappten Randbereiche der Drahtwindungen gering sind. Dies bringt Unterschiede in der Kühlrate des Drahtes in einer Richtung quer zum Drahtwindungsdurchmesser mit sich, woraus sich erhebliche Abweichungen in den mechanischen Eigenschaften des Drahtes ergeben.

Die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Kühlen eines Drahtes angeben, wobei die Verbesserungen in der Anordnung und Konstruktion einschließlich der Ausbildung der Öffnungen der jeweiligen Düsen-

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teile 15 vorgesehen sein sollen. Mit anderen Worten: gemäß der vorliegenden Erfindung sollen nicht nur die Bereiche mit hoher Dichte, sondern auch die anderen Bereiche des Drahtes, welche unmittelbar über den Schienen und den Ketten liegen, gleich gut wie die anderen Bereiche des Drahtes gekühlt werden, so daß eine einheitliche Kühlung für den Draht über seine gesamte Länge erreicht wird, mit dem Ergebnis, daß einheitliche mechanische Eigenschaften erzielt werden.

Fig. 4 zeigt die weiter detaillierte Konstruktion der Düsenteile 15» welche im Kühlbettkörper ausgebildet sind. Der Grund für die Verwendung des Ausdrucks "Düsenteile¹¹ im Rahmen dieser Beschreibung liegt darin begründet, daß die Düsen nicht getrennt vom Kühlbett vorgesehen sind, wie dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist, sondern daß diese mit dem Baukörper des Kühlbetts 12 einstückig ausgebildet sind. Bei Fig. 4 sei angenommen, daß die Düsenteile so ausgelegt sind, daß das Kühlfluid.nach oben geleitet wird unter einem Winkel Θ-, gegenüber dem Kühlbett 12 zum Kühlen der Schienenbereiche, unter einem Winkel θ? zum Kühlen der Kettenbereiche, bzw. unter einem Winkel 9c zum Kühlen der sehr dichten Bereiche, d. h. der seitlichen Windungsbereiche des Drahtes. Es sei außerdem angenommen, daß das Kühlfluid in Pfeilrichtung A eingeführt wird. Es soll jedoch vermerkt werden, daß die Richtung A die in Fig. 5 dargestellte Richtung B

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einschließt, die mit der Transport richtung des Drahtes zusammenfällt, genauso wie die Richtung C in Fig. 5, welche mit dieser Transportrichtung des Drahtes in der horizontalen Ebene einen Winkel G₂ bildet. Außerdem schließt die Richtung A auch noch eine Richtung ein, welche mit der Transportrichtung des Drahtes einen Winkel 9. bildet; in diesem Fall wird das Kühlfluid gegen die seitlichen, hochverdichteten Bereiche der Drahtwindungen einströmen lassen.

Θ.. bis θ(- sind so ausgelegt, daß das Kühlfluid mit einem sehr hohen Wirkungsgrad wirken kann und die betreffenden Bereiche der Drahtwindungen einheitlich, gekühlt werden können, wobei die Breite der Schienen und Ketten, der Abstand der Windungen vom Kühlbett und die Dichte der Drahtwindungen berücksichtigt werden.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen diesen Winkeln und den dadurch gekühlten Drahtwindungsbereichen. Wie in Fig. 6 (I) dargestellt, weisen für den Fall, daß O₁ sowie Θ-, nicht größer als 10° sind, die Öffnungsrichtungen der Düsenteile zu weit von den Ketten weg, um das Kühlfluid gegen die unmittelbar darüber angeordneten Ketten und Schienen einströmen zu lassen, so daß sich dadurch ein starker Abfall in der Kühlrate entsprechend dem Abfall in der Geschwindigkeit des Kühlfluids ergibt. Wenn andererseits θ^ sowie Q-, nicht weniger

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als 70 "betragen, wird eine tote Zone unmittelbar über den Ketten und Schienen gebildet, so daß die Kühlrate des unmittelbar über den Ketten und Schienen angeordneten Drahtes herabgesetzt wird. Aus diesem Grunde sollte Θ* und Θ-, zur Erreichung einer wirksamen Kühlung zwischen 10 und 70°, vorzugsweise sogar zwischen 15° und 60° liegen.

Wie in Fig. 6 (III) für den Fall, daß Q₂ nicht mehr als 10 beträgt, dargestellt, ist die Anordnung der Düsenteile zu weit von dem unmittelbar über den Ketten und Schienen angeordneten Draht entfernt, so daß die Geschwindigkeit des Kühlfluids herabgesetzt wird. Auf der anderen Seite ist für den Fall, daß θ ρ nicht weniger als 90 beträgt, die Richtung einer Komponente des Kühlfluids umgekehrt zur Transportrichtung des Drahtes, mit dem Ergebnis, daß sich ein Zusammentreffen des zuvor erwähnten Kühlfluids mit dem anderen Kühlfluid ergibt, welches parallel zur Transportrichtung des Drahtes eingebracht wird, wodurch sich eine verminderte Kühlrate ergibt. Wenn θ₂ über 150° beträgt, wird dieser Neigungswinkel bedeutsam. In diesem Fall sollte θρ im Bereich zwischen 10° und 150°, vorzugsweise zwischen 30° und 120° liegen. Andererseits sollte zur Erreichung einer wirksamen Kühlung des in Windungen gelegten Drahtes durch die betreffenden Düsenteile die Richtung der Drahtwindungen in einem hochverdichteten Bereich sowie die Richtung der überlappten Draht-

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windungen in Betracht gezogen werden. Fig. 6 (II) zeigt die Beziehung zwischen dem nach oben gerichteten Winkel Gj- und der Kühlrate des hochverdichteten Bereichs der Drahtwindungen. Die Kühlraten der oberen Drahtwindungen (Beispiel A) und der unteren Drahtwindungen (Beispiel B) unterscheiden sich voneinander für den Fall, daß Θ,- groß ist. Wenn Q₁- 75° überschreitet, zeigt die Kühlrate der oberen Bereiche der Drahtwindungen gegenüber der der unteren Bereiche einen starken Abfall, wodurch sich ein erheblicher Unterschied ergibt. Dieser Unterschied wird noch verstärkt mit einem Ansteigen von Θ,-. Ein Winkel Θ,- von über 75° bringt eine Veränderung der Kühlrate in dem hochverdichteten Bereich mit sich. Andererseits wird eine solche Veränderung nicht erkennbar, wenn G₁- unter 75° liegt. Wenn jedoch Q<- nicht mehr als 15° beträgt, weisen die Öffnungsrichtungen der Düsenteile zu weit von den Drahtwindungen· weg und erzeugen eine nur niedrige Kühlrate. Deshalb sollte zur Erreichung einer besseren Kühlrate, welche von Veränderungen frei ist, Θ,- zwischen 15° und 75° liegen,

Fig. 6 (lV-1) zeigt die Auswirkung der Kühlfluidrichtung auf die Kühlrate der Drahtwindungen. Wie aus dieser Figur ersehen werden kann, ergibt sich für den Fall, daß das Kühlfluid mit einem Richtungswinkel von 30° bis 150° gegenüber der Axialrichtung des Drahtes eingeführt wird, eine hohe Kühlrate. Weil die Richtung der Drahtwindungen in den hoch-

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verdichteten Bereichen im wesentlichen mit der Transportrichtung des Drahtes zusammenfällt, sollte der Winkel Q. der Düsenteile für die hochverdichteten Bereiche in der horizontalen Ebene, wie in Pig. 6 (lV-2) dargestellt, zwischen 30° ■und 150 liegen, weil Θ,, wenn es außerhalb dieses Bereiches liegt, einen scharfen Abfall der Kühlrate entsprechend der vorstehend erwähnten Tendenz der Kühlrate mit sich bringt, welche neben der vergrößerten Distanz zwischen Draht und den Düsenteilen auch noch von der Kühlfluidrichtung abhängt.

Bezüglich Fig. 7 a sei angenommen, daß der Draht bei einem Punkt P unmittelbar über den Ketten oder Schienen angeordnet ist, und daß die Geschwindigkeit des Kühlfluids am Ausgang eines Düsenteils Vq, die Geschwindigkeit des Fluids am Punkt P gleich V , und die Maximalgeschwindigkeit innerhalb der Ebene, einschließlich des Punktes P, gleich V_mriv ist.

max

Dann wird ein Wert V durch die folgende empirische Formel erhalten:

max = 1 ''^J χ V

Wenn BC « AB, BC = O ist, dann ist

\ sin Θ.

sin Q₁ \ 1/3

V
max \ sin ö„ / Ό

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worin H_Q die Höhe der Ketten und Schienen gegenüber dem Kühlbett, undAH die Entfernung eines Drahtes (P) von den Ketten und Schienen darstellt. Zusätzlich kann angenommen werden, daß die Streuung des Kühlfluids, falls der Draht vom Punkt B nach C rückt, ungefähr zweimal BC ist. Die Geschwindigkeit des Kühlfluids im Punkt P ist, mit Bezug auf Fig. 7 a, näherungsweise durch die nachfolgende Beziehung gegeben:

r (^BC - 7)

^Vp = U ^X {¹ BC ^X

sin Q \1/3 f (BC

₁ \1/3 f (BC - ) j ^X (¹ - ¹^ ^{X tan θ}ΐ] ^{X V}o

[CR] «"YVp (3)

Die nach den vorstehenden Formeln ermittelten Werte sind in Fig. 6 (I) in graphischer Darstellung wiedergegeben, wobei erkennbar ist, daß, je größer θ^ und Θ-, sind, der Wert für

[—π—-—J in. der Formel (2) um so stärker ansteigt. Anderer- \ ⁿo /

seits ist, wenn O^ und Θ, klein sind, die Lage des Düsenteils weiter von den Ketten entfernt, so daß die Geschwindigkeit des Kühlfluids erniedrigt wird. Bei Θ. und Θ-, zwischen 20° und 30° werden Spitzenwerte erreicht, während die Geschwindigkeit des Kühlfluids bei θ-j, θ₂ über 60° abnimmt. Deshalb sollten Q₁ und Θ-, zwischen 10° und 70°, vorzugsweise zwischen 15° und 60° liegen.

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Entsprechend den im Rahmen der Erfindung angestellten Untersuchungen ist die Kuhlrate [cr] proportional ^Z, wie dies in Formel (3) zum Ausdruck kommt.

Pig. 7 b zeigt die Beziehung zwischen den Kühlraten eines Drahtes aus JIS SWRH72A, welcher einen Durchmesser von 5,5 "bis 13 mm aufweist und einem Heißwalzen unterworfen wurde, einerseits und den erreichten Zugfestigkeiten andererseits. Wie aus dieser Figur ersehen werden kann, ist die Kühlrate eines Drahtes in erster Linie proportional zu der erreichten Zugfestigkeit. Die Erfinder haben bestätigt gefunden, daß die vorstehend genannte Beziehung zwischen den vorstehend erwähnten zwei Größen erhalten wird, unabhängig von den Stahltypen und den Durchmessern des Drahtes. Dies bedeutet, daß eine Reduzierung in der Kühlrate notwendigerweise zu einer Reduzierung der mechanischen Festigkeitseigenschaften (Zugfestigkeit) führt.

Wie in Fig. 5 gezeigt, können die Düsenteile voneinander getrennt auf den entgegengesetzten Seiten der Schienen 13, 13 und Ketten 14, 14 angeordnet sein. Wie jedoch in Fig. 8 (I) gezeigt ist, kann jedes Düsenteil so ausgebildet sein, daß es eine i-Forra aufweist, dessen Spitze unmittelbar unter der Schiene 13 angeordnet ist. Andererseits kann aber auch, wie dies in Fig. 8 (II) dargestellt ist, ein Paar von unabhängigen Düsenteilen 15 auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Schiene

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bzw. der Kette 14 vorgesehen sein, wobei diese genannten Düsenteile 15 so ausgebildet sind, daß sie gleichzeitig das Einbringen von Kühlfluid sowohl in Längsrichtung B als auch in schräger Richtung C ermöglichen. Weiterhin kann alternativ für die hochverdichteten Bereiche der Drahtwindungen, wie dies in Fig. 9 (I) dargestellt ist, eine Düse 15, welche das Einbringen von Kühlfluid sowohl in Längsrichtung B als auch in seitlicher Richtung C erlaubt, in Korabination mit einer Düse 15, welche das Einbringen des Kühlfluids nur in Richtung C erlaubt, vorgesehen sein. Außerdem kann, wie dies in Fig. 9 (II) dargestellt ist, nur eine Düsenform verwendet werden, welche das Einbringen des Kühlfluids sowohl inb Längsrichtung B als auch in seitlicher Richtung C gleichzeitig erlaubt. Weiterhin können sich, wie dies in Fig. 9 (III) dargestellt ist, die Richtungen B und C des aus dem Düsenteil ausströmenden Kühlfluids kreuzen, so daß sich die Geschwindigkeiten der zwei Kühlfluid-Typen aufheben. Gerade in dieser Ausführungsform zeigt sich die Überlegenheit gegenüber einer Düse, die das Einbringen von Kühlfluid nur in Längsrichtung oder in der Transportrichtung des Drahtes erlaubt, weil dadurch eine verbesserte Kühlrate für die hochverdichten Bereiche der Drahtwindungen erreicht wird.

Das Kühlbett 12 besteht vorzugsweise aus Gußeisenplatten, wobei eine Vielzahl von Gußeisenplatten über der Luft-

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kammer angeordnet ist, die damit eine Kühlvorrichtung 16 bilden. Alternativ kann jedes Kühlbett umgekehrt zu den Eichtungen des Kühlbetts 12, wie dargestellt, ausgerichtet sein, um die Richtung A des durch die Düsenteile 15 gegen die Transportrichtung des Drahtes 17 eingebrachten Kühlfluids umzukehren. Dies erhöht die Relativgeschwindigkeit des Kühlfluids gegenüber dem Draht 17» wodurch die Kühlung des Drahtes verstärkt wird.

I/as Kühlfluid wird auf folgende Weise durch die Düsenteile eingeblasen. Es wird Luft von einem Ventilator (nicht dargestellt) in eine Luftkammer eingespeist, in welcher sie zunächst gesammelt wirdj dann wird der Innendruck der Luft in dieser Luftkammer auf einen überatmosphärischen Druck gebracht, worauf diese Luft bzw. das Kühlfluid durch die in der Kühlvorrichtung 16 ausgebildeten Düsenteile 15 gegen den in einer bestimmten Richtung transportieren Draht 17 in Spulenform von unten schräg nach oben geblasen wird, so daß dadurch der in Spulenform aufgelegte Draht gekühlt wird.

Pig. 10 und 11 stellen Kühlvorrichtungen dar, in denen die Schienen 13» 13 in dem einen Kühlbett außerhalb der Längsausrichtung der Schienen des anderen Kühlbetts verlaufen. In Fig. 10 sind die Schienen 13, 13 in dem einen Kühlbett gegenüber denen im anderen Kühlbett zur Seite hin versetzt. In Fig. 11 sind die Schienen 13, 13 in jedem Kühlbett nicht mehr

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parallel zu den Ketten 14, 14 angeordnet. Solch eine Anordnung der Schienen 13, 13 verhindert, daß bestimmte Bereiche des Drahtes die ganze Zeit hindurch mit den Schienen 13, 13 in Kontakt sind, so daß die Bereiche des Drahtes unmittelbar über den Schienen hinreichend gekühlt werden können.

Pig. 12 und H zeigen Fälle, bei denen Einblasdüsenteile 18 im Kühlbett unmittelbar unterhalb der Ketten vorgesehen sind, so daß das durch diese Düsenteile 18 eingeblasene Kühlfluid gegen die Finger 14a der Ketten 14 gerichtet ist, um die Bereiche des Drahtes, welche an den Fingern 14a (vgl. Fig. 15) eingehakt sind, zwangs zukühl en. Dies verhindert eine Verringerung des Kühleffekts an solchen Bereichen des Drahtes, welche unmittelbar über den Ketten angeordnet sind, so daß dadurch eine gleichmäßige Kühlung des Drahtes über seine gesamte Länge erzielt werden kann.

Fig. 13 zeigt die kombinierte Verwendung von Düsenteilen 15, aus denen das Kühlfluid von unten schräg nach oben eingeblasen wird, und von Düsenteilen 18, durch die das Kühlfluid unmittelbar von unterhalb der Ketten nach oben eingeblasen wird. Außerdem sind noch die Schienen 13 in jedem Kühlbett nicht mehr zueinander fluchtend ausgerichtet, d. h., daß die Schienen in jedem Kühlbett nicht parallel zu den Ketten angeordnet sind. Dies wiederum stellt die gleichmäßige Kühlung des Drahtes sicher.

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Pig. 16 zeigt die Külilraten eines Drahtes, welche in Querrichtung des Kühlbetts gemessen wurden. SR stellt einen seitlichen Schienenbereich, CC einen Kettenförderer, und C den zentralen Bereich des Kühlbetts, in Querrichtung gesehen, dar. Mit E sind die seitlichen hochverdichteten Bereiche der Drahtwindungen bezeichnet.

Fig. 16 (I) zeigt die Kühlraten von Drähten bei einer bekannten Kühlvorrichtung, wie sie etwa in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die starken Veränderungen in den Kühlraten der betreffenden Drahtbereiche und die sich daraus ergebenden variierenden mechanischen Eigenschaften erkennbar sind, z. B. die Standardabweichung in der Zugfestigkeit <o = 1,98 kg/mm

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und die durchschnittliche Zugfestigkeit χ = 97, 2 kg/mm . Entsprechend diesem Beispiel sind die SR-, CC- und Ε-Bereiche nicht genügend gekühlt, während C und der Draht zwischen dem SR- und CC-Bereich zu stark gekühlt wird.

Fig. 16 (II) zeigt die Kühlraten von Drähten gemäß der Kühlvorrichtung nach Fig. 3 der Erfindung. In diesem Beispiel sind die Winkel der zugehörigen Düsenbereiche folgende: O₁ = 45⁰J Q₂ = 9O⁰J O₃ = 45⁰J ^₄ = 90°j O^ = 45°. Die Standardabweichung in der Zugfestigkeit €> erreicht 1,33 kg/mm und die durchschnittliche Zugfestigkeit liegt bei 98,5 kg/mm , was eine beträchtliche Verbesserung hinsichtlich des Kühl-

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effekts und der Gleichförmigkeit der Kühlung eines Drahtes darstellt.

Fig. 16 (III) zeigt die Kühlraten von Drähten in einer Kühlvorrichtung nach Fig. 14 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Winkel "bei den verwendeten Düsenteilen sind wie nachfolgend angegeben: θ-j = 45°; θ ρ ⁼ 45° ϊ ©ο = 45°» θ. = 90 j Qf- = 45 . Es sind noch zusätzliche Düsenteile verwendet worden, durch welche ein Kühlfluid nach oben eingeblasen worden ist, wobei dei vorerwähnten Düsenteile im Kühlbett direkt unter den Ketten angeordnet sind. Die Standardabweichung in der Zugfestigkeit 6» erreicht den Wert 1,17 kg/mm , und die durchschnittliche Zugfestigkeit χ = 99,2 kg/mm . Die Kühlrate bei den CC-Bereichen ist verbessert im Vergleich zu dem Beispiel in Fig. 16 (II).

Fig 16 (IV) zeigt die Kühlraten von Drähten in Kühlvorrichtungen gemäß Fig. 13 nach der vorliegenden Erfindung. Dabei betragen die Winkel der Düsenteile: 9^ = 45°} ^₂ = 45°; Θ-, = 45°; θ. = 90°; Θ,- = 45°. Hier werden noch zusätzlich Düsenteile verwendet, durch welche das Kühlfluid von unmittelbar unterhalb der Ketten nach oben eingeblasen wird, und außerdem sind die Schienen in einer Kühlstrecke jeweils außer Flucht mit denen in einer anderen Kühlstrecke. Die Standardabweichung in der

Zugfestigkeit S erreicht den Wert 1,02 kg/mm und die durch-

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schnittliche Zugfestigkeit χ = 99, 8 kg/mm . Nach diesem Beispiel wird eine annähernd vollständige Gleichförmigkeit in der Kühlrate erzielt.

Die dabei verwendeten Drähte haben einen Durchmesser von 5,5mm; der verwendete Hartstahl enthält O_f62 $ Kohlenstoff und 0,42 $ Mangan. Die Strömungsgeschwindigkeit der durch die Düsenteile eingeblasenen Luft beträgt 35 m/sec.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung der Kühlvorrichtung der Erfindung ersichtlich ist, sind eine Anzahl von Verbesserungen bezüglich der Anordnung, Konstruktion und Ausgestaltung der Düsenteile gemacht worden, welche Düsenteile im Baukörper des Kühlbettes selbst ausgeformt sind, mit dem Ergebnis einer verringerten Veränderung der mechanischen Festigkeit, was gleichbedeutend ist mit Verbesserungen in der Drahtqualität. Während des Transportes des Drahtes durch die Kühlvorrichtung wird der Draht weder einer Vibration oder Schwingung noch einem Zickzackkurs unterworfen, so daß es keine Möglichkeit gibt, daß ein Bruch oder Riß in der Oberfläche des Drahtes oder irgendein anderer Schaden auftritt, weil die Form der betreffenden Windungen des Drahtes in Spulenform in geeigneter Weise beibehalten werden kann. Außerdem müssen nicht notwendigerweise vom Kühlbett getrennte Düsen vorgesehen sein, weil die Düsenteile im Rahmen der Erfindung

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im Baukörper des KühTbettes selbst ausgebildet sein können, was eine beachtliche Wirtschaftlichkeit mit sich bringt. Außerdem kann das Kühlbett, falls dies erforderlich ist, bezüglich der Transportrichtung des Drahtes umgekehrt werden. Dies verstärkt den Kühleffekt des Fluids auf den Draht. Weiterhin sind in einigen Fällen der Erfindung die Schienen in der einen Kühlstrecke nicht mehr fluchtend zu denen in der anderen Kühlstrecke angeordnet, wodurch eine gleichförmige Kühlung für diejenigen Bereiche des Drahtes erzielt wird, die die Schienen während des Drahttransportes berühren. Und außerdem sind noch Düsen unmittelbar unterhalb der Ketten vorgesehen, um den Kühleffekt des Fluids für diejenigen Bereiche des Drahtes zu verbessern, welche durch die Finger der Kette ergriffen und eingehakt sind.

' Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Details von bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, soll es nicht so sein, daß solche Details etwa Beschränkungen des Schutzumfangs und des Geltungsbereichs der Erfindung bedeuten, falls dies nicht eindeutig durch die nachfolgenden Ansprüche geschieht.

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Claims (6)

1. Pat ent ansprüche

   ί 1./Verfahren zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform unmittelbar nach dem Heißwalzen, bei welchem dieser Draht, dessen Windungen in einem bestimmten Abstand voneinander entfernt sind, flach auf die Schienen eines Kühlbetts aufgelegt und auf diesen mithilfe einer endlosen Kette transportiert wird, wobei dieser Draht gleichzeitig durch ein Kühlfluid gekühlt wird, welches Kühlfluid unterhalb dieses Kühlbetts eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid in vertikaler Richtung unter einem Winkel θ,,, θ,, Θ,- von 1o° bis 7o° gegenüber der Ebene des Kühlbetts (12) und in horizontaler Richtung unter einem Winkel Q^·» Θλ von 1o° bis 15o gegenüber der Transport— richtung des Drahtes (17) gegen die Drahtbereiche unmittelbar über den Schienen (13) und Ketten (14) des Kühlbetts (12) eingeblasen wird, und daß das Kühlfluü in vertikaler Richtung unter einem Winkel θ^,, θ^, θ,- von 15 bis 75° gegenüber der Ebene des Kühlbetts (12) und in horizontaler Richtung unter einem Winkel ©₂, θ^, von 3o° bis 15o° gegenüber der Transportrichtung des Drahtes (17) gegen die überlappten, seitlichen Randbereiche der aufeinandergelegten Windungen des Drahtes (17) eingeblasen wird.
2. 2. Verfahren zum Kühlen eines Drahtes in Spulenförm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid in vertikaler Richtung unter einem Winkel Qy., Q₅,, Qf- von vorzugsweise 15° bis 6o° gegenüber der Ebene des Kühlbetts (12) und in horizontaler Richtung

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   unter einem Winkel θ~, θ^, von vorzugsweise 3o° bis 12o° gegenüber der Transportrichtung des Drahtes (17) gegen die unmittelbar über den Schienen (13) und Ketten (1A-) befindlichen Drahtbereiche eingeblasen wird.
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, insbesondere zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform unmittelbar nach dem Heißwalzen, wobei der Draht, dessen Windungen unter einem bestimmten Abstand voneinander auf die Schienen des Kühlbetts gelegt sind, mittels endloser Ketten entlang dieser Schienen transportiert wird, wobei der Draht während dieser Zeit mit einem Poihlfluid, welches unterhalb des Kühlbetts eingeblasenvird, gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß erste Düsenteile (15)j durch welche das Kühlfluid in vertikaler Richtung unter einem Winkel θ^,, θ,, θ,- von 1o bis 7o gegenüber der Kühlbettebene und in horizontaler Richtung unter einem Winkel θρ, θ/, von 1o bis 15o° gegenüber der Transportrichtung des Drahtes (17) durch dieses Kühlbett (12) gegen die unmittelbar über diesen Schienen (13) und Ketten (14-) angeordneten Drahtbereiche einblasbar ist (Fig. 8),und daß zweite Düsenteile (15) vorgesehen sind, durch welche das Kühlfluid in vertikaler Richtung unter einem Winkel θ^, Θ,, O₁- von 15° bis 75° gegenüber der Kühlbett ebene und in horizontaler Richtung unter einem Winkel Q₂, θ^ von 3o° bis 15o° gegenüber der Transportrichtung des Drahtes (17) gegen die überlappten, seitlichen Randbereiche der Vielzahl von aufeinandergelegten Drahtwindungen einblasbar ist (Fig. 9)·

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4. 4. Vorrichtung zum Kühlen eines Drahtes nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid über die Düsenteile (15) in vertikaler Richtung unter einem Winkel θ^, Θ,, Q₁- von 15° bis 6o° gegenüber der Ebene des Kühlbetts (12) und in horizontaler Richtung unter einem Winkel Q^i ®ι± von 3o° bis 12o° gegenüber der Transportrichtung des Drahtes (1?) gegen den unmittelbar über den Schienen (13) und Ketten (14) angeordneten Draht (17) einblasbar ist.
5. 5. Vorrichtung zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform'nach Anspruch 3) dadurch gekennzeichnet, daß weitere Düsenteile (18) in diesem Kühlbett (12) unmittelbar unter den Ketten (14-) vorgesehen sind (Fig. 12, 13, 14, 15).
6. 6. Vorrichtung zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen (13) in dem einen Kühlbett (12) nicht in einer Linie mit den Schienen (13) in dem anderen Kühlbett (12) angeordnet sind (Fig. 1o, 11).

   7» Vorrichtung zum Kühlen eines Drahtes in Spulenform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß noch weitere Düsenteile (18) in dem Kühlbett (12) unmittelbar unter den Ketten (14) angeordnet sind (Fig. 13)·

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