DE2646620C3

DE2646620C3 - Verfahren zum Abkühlen eines Metallrohrs

Info

Publication number: DE2646620C3
Application number: DE2646620A
Authority: DE
Inventors: Takao Yokohama Noguchi
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1975-10-16
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1984-08-30
Also published as: US4149913A; IT1068664B; CA1064803A; DE2646620B2; DE2646620A1; JPS5248507A; JPS5338245B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen eines Metallrohrs mit großem Durchmesser, bei dem das Metallrohr beim Abschrecken schnell abgekühlt wird durch Spritzen von Kühlwasser auf die Oberfläche des Metallrohrs aus einer großen Anzahl von Spritzdüsen in je einem das Metallrohr umschließenden ringförmigen ersten und zweiten Sammelrohr, wobei t>o die Wasserstrahlen jeweils unter einem Neigungswinkel und einem Querwinkel auf die Oberfläche des Metallrohrs auftreffen.

Das Verfuhren isl hauptsächlich zum Abkühlen, insbesondere während des Abschreckvorgangs, der b5 Außenfläche von Metallrohren mit einem großen Durchmesser von 45,7 bis 127 cm oder mehr anwendbar. Wenn der Umfang eines solchen Rohrs, das in einem Hochfrequenzinduktionsofen od. dgl. bis auf seine Abschrecktemperatur erhitzt wurde, während der Bewegung durch Ringe mit Spritzdüsen ungleichmäßig abgekühlt wird, treten verschiedene Nachteile auf.

Bei einem bekannten Verfahren, etwa wie in F i g. 1 gezeigt, wird das schnelle Abkühlen eines Metallrohrs mit großem Durchmesser zum Abschrecken .durch Aufspritzen eines Kühlmittels, z. B. Wasser, cus einem ringförmigen Sammelrohr 1 auf das Rohr 5 ausgeführt. Die übliche Praxis besteht in diesem Fall im Spritzen von Wasser auf die zu kühlende Rohroberfläche in der Weise, daß die Wasserstrahlen zu einer Mittelachse 3 des Rohrs unter einem gewissen Neigungswinkel und in Richtung von der Heizeinheit 4 weg gerichtet werden. Bei diesen herkömmlichen Verfahren wird jedoch die sorgfältige Beachtung der Strahlgeschwindigkeit oder dos Neigungswinkels des Kühlmittels, etwa Wasser, größtenteils vernachlässigt mit dem Ergebnis, daß nicht nur das gespritzte Kühlmittel für ein wirksames Kühlen des Rohrs nicht wirkungsvoll verwendet wird, sondern daß sich beträchtliche Veränderungen der Umfangsabkühlgeschwindigkeit des Rohrs ergeben. Folglich wird im abgekühlten Rohr eine Spannung erzeugt, was ein ernstes Problem darstellt. Diese Spannung ist eine Wärmespannung, verursacht durch Veränderungen der Abkühlgeschwindigkeit an verschiedenen Teilen des Rohrs während des Abkühlens, oder ist eine Wärmespannung in Verbindung mit einer Umformspannung. Es ist somit wesentlich, das gesamte Rohr vom Beginn des Abkühlvorgangs bis zur Temperatur für die Beendigung der Umformung (z. B. von etwa Acj bis 400⁰C im Fall von Stahlrohren) gleichmäßig abzukühlen. Dort, wo die Wanddicke eines abzukühlenden Rohrs groß oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Rohrs hoch ist, wird bei dem herkömmlichen Verfahren für gewöhnlich wenigstens ein Sammelrohr 2 derselben Konstruktion (bezüglich des Spritzwinkels und der Spritzrichtung) hinter dem Sammelrohr 1 der ersten Stufe verwendet, vgl. Fig. 1, da das Abkühlen des Rohrs vom Abkühlbeginn bis zur gewünschten Abkühlendtemperatur mit einem einzigen kühlenden Sammelrohr nicht innerhalb einer gegebenen Zeit ausgeführt werden kann. Im Fall des herkömmlichen Verfahrens fließt das gespritzte Kühlwasser unabhängig von der Anzahl der verwendeten Sammelrohre vom oberen Teil zum unteren Teil eines Rohrs entlang dessen Wand abwärts. Somit wird trotz der Tatsache, daß das Kühlmittel gleichmäßig am Umfang auf das Rohr gespritzt wird, die Kühlwirkung am unteren Rohrteil aus den obigen Gründen erhöht mit dem Ergebnis, daß die oberen und unteren Rohrteile ungleichmäßig gekühlt werden und daß die sich ergebende Wärme- oder Umformungsspannung oder beide ein Biegen oder Unrundwerden des langen Rohrs bewirken.

Bei dem aus der US-PS 35 07 712 bekannten Verfahren wird demgegenüber eine gewisse Verbesserung dadurch erzielt, daß man mehrere Ringe mit Spritzdüsen in Durchlaufrichtung des Rohrs hintereinander anordnet, wobei alle Spritzdüsen unter einem spitzen Neigungswinkel von etwa 30" gegen die Ebene des zugehörigen Sammelrings in Durchlaufrichtung des Rohrs geneigt sind. Außerdem sind alle Spritzdüsen unter einem Querwinkel bezüglich der Durchlaufrichtung des Rohrs ausgerichtet, der bei Rohren mit verhältnismäßig großem Außendurchmesser (60 cm und mehr) zwischen etwa 8" und lb° liegt. Die Richtung des Querwinkcls bezüglich der Durchlaufrichtung des Rohrs ist bei der Hälfte der Sammelrohre umgekehrt wie bei

der anderen Hälfte der Sammelrohre.

Auch bei diesem bekannten Verfahren kann keine 'wirklich gleichmäßige Abkühlung des Rohrs gewährleistst werden. Das Spritzwasser scheint von der Rohrwandung abgeschleudert zu werden oder verdampft auf dieser. Trotz des außerordentlich hohen Wasserverbrauches infolge der Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Spritzdüsenringen ist die Kühlwirkung nicht besonders hoch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, to unter Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten ein Verfahren zum Abkühlen eines Metailrohrs mit großem Durchmesser zu schaffen, bei dem das Rohr gleichmäßig und schnell in Umfangsrichtung abgekühlt wird, so daß keine weiteren Korrekcurvorgänge am Rohr zur Erzielung der gewünschten Rundheit sowie der Geradlinigkeit in Längsrichtung des Rohrs erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

a) die aus den Spritzdüsen im ersten Sammelrohr austretenden Wasserstrahlen unter den folgenden Winkeln bezüglich der Durchlaufrichtung des Rohrs ausgerichtet sind:

Neigungswinkel «ι: 15°<Ai<45°
Querwinkel ßr. 25^O<0,<65°;

b) die aus den Spritzdüsen im zweiten Sammelrohr austretenden Wasserstrahlen unter dem folgenden Winkel bezüglich der der Durchlaufrichtung des Rohrs entgegengesetzten Richtung ausgerichtet sind:

Neigungswinkel Oi₂: \5° <tx₂< 45°

c) der Abstand zwischen einer Umfangslinie, gebildet auf dem Metallrohr durch Verbinden der Auftreffpunkte auf der Oberfläche des Metallrohrs von aus den Spritzdüsen im ersten Sammelrohr in Richtung zum zweiten Sammelrohr gespritzten Wasserstrahlen, und einer ähnlichen zweiten Umfangslinie, gebildet durch Verbinden der Auftreffpunkte auf der Oberfläche des Metallrohrs von aus den Spritzdüsen im zweiten Sammelrohr in Richtung zum ersten Sammelrohr gespritzten Wasserstrahlen, gemessen in Längsrichtung des Metallrohrs, im Bereich von 50 bis 250 mm liegt;und

d) die Geschwindigkeit der Wasserstrahlen im Bereich von 0,5 bis Γ m/s liegt.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt das aus den Spritzdüsen stammende Wasser in einer kriechenden Bewegung über die Oberfläche und kühlt das Rohr gleichmäßig und wirksam. Obwohl nur zwei Rohre mit Spritzdüsen vorgesehen sind, läßt sich eine stärkere Kühlwirkung erzielen als bei den bekannten Verfahren, die zum Teil wesentlich mehr Sammelrohre benötigen. Durch die gegeneinander gerichtete Neigung der Spritzdüsen bildet sich etwa in der Mitte zwischen den beiden Sammelrohren eine Art e>o von Schwall, der offensichtlich besonders gut zur gleichmäßigen Abkühlung des erhitzten Rohrs beiträgt. Durch die für das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschriebene Strahlgeschwindigkeit und den vorgeschriebenen Abstand zwischen den durch die Auftreff· b^r> stellen der Strahlen auf dem Rohr gebildeten Umfangslinien wird die Erzeugung und Aufrcchterhaltung dieses erwähnten Schwalls von Kühlwasser gewährleistet.

J5

45 Vorzugsweise wird die Differenz zwischen dem Querwinkel ß\ der Wasserstrahlen aus den Spritzdüsen im ersten Sammelrohr und dem entsprechenden Querwinkel 02 für das zweite Sammelrohr innerhalb von ±15° gehalten. Dies bedeutet, daß der Querwinkel /fe des zweiten Sammelrohres in einem Bareich von 10° bis 80° liegen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bei einem herkömmlichen Verfahren verwendeten Abschreckvorrichtung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig.3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Neigungswinkel und der gleichmäßigen Kühlwirkung,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Querwinkel und der gleichmäßigen Kühlwirkung,

Fig.5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Querwinkeln der ersten und zweiten Sammelrohre und der gleichmäßigen Kühl wirkung.

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Durchbiegung eines Rohrs, und

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Verteilung der Abkühlgeschwindigkeiten gemäß den durch Anwendung des Verfahrens der Erfindung am Rohr gemachten Testergebnissen.

Fig.2 zeigt im einzelnen die Konstruktion einer bevorzugten Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Figur zeigt die Bedingungen, unter denen ein Metallrohr 5, das durch eine mit Hochfrequenz arbeitende Heizeinheit 4 oder dgl. erhitzt wurde, in Pfeilrichtung durch ringförmige erste und zweite Sammelrohre 6 und 7 bewegt wird, die die Außenfläche des Rohrs 5 umschließen und aus ihren Spritzdüsen 8 Wasserstrahlen 11 so richtet, daß diese auf die Rohrfläche in einer Weise treffen, daß die Wasserstrahlen aus den beiden Sammelrohren über die Rohroberflächc in Form von laminaren Strömungen fließen, die sich zum Abkühlen des Rohrs eignen. Hierbei treffen die laminaren Strömungen des Kühlwassers aus den Sammelrohren 6 und 7 aufeinander unter Bildung eines Schwalls 9 aus Kühlwasser auf der Rohroberfläche, wodurch ein gleichmäßiges Abkühlen des Metallrohrs gewährleistet ist.

In Blickrichtung auf einen durch den Schwall 9 verlaufenden Querschnitt des Rohrs treffen die Wasserstrahlen 11 aus den Spritzdüsen 8 des ersten Sammelrohrs 6 auf die Rohroberfläche in Form von Wasserstrahlen auf, die sich im Gegenuhrzeigersinn drehen und auf dem oberen Rohrttil nach links geneigt sind. Das zweite Sammelrohr 7 ist im wesentlichen identisch zum ersten Sammelrohr 6 aufgebaut und so angeordnet, daß es seine Wasserstrahlen zum ersten Sammelrohr 6 richtet. Somit fließen die aus den beiden Sammelrohren kommenden Wasserstrahlen nach dem Auftreffen auf die Rohroberfläche über die Oberfläche des Rohrs und treffen auf der Rohroberfläche frontal aufeinander, wodurch der Schwall 9 gebildet wird. Statt einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn, können die Wasserstrahlen zum Drehen im Uhrzeigersinn gebracht werden.

Das Verfahren der Erfindung, ausgeführt durch die wie oben beschrieben gebaute Kühlvorrichtung, weist folgende Merkmale auf:

(a) Die aus den Spritzdüsen 8 des ersten Sammelrohrs

6 austretenden Wasserstrahlen It werden unter dem Neigungswinkel «ι und dem Querwinkel ß\ (die in der in Fig.2 gezeigten Weise gemessen werden) auf die Rohroberfläche gerichtet, wobei

Neigungswinkel Λι: 15°S«iS45°
Querwinkel 0,: 25°</S,<65°

Die aus den Spritzdüsen des zweiten Sammelrohrs

7 austretenden Wasserstrahlen werden bezüglich einer zur Durchlaufrichtung des Rohrs entgegengesetzten Richtung unter dem Neigungswinkel n.2 und dem Querwinkel J3? (wieder gemessen in der in F i g. 2 gezeigten Weise) auf die Rohroberfläche gerichtet, wobei

Neigungswinkel txy. 15° £ «2 £ 45°
Querwinkel ß₂: 25° < fr < 65°.

(b) Der Abstand zwischen der Unifangslinie, gebildet auf der Rohroberfläche durch Verbinden der Auftreffpunkte der zum zweiten Sammelrohr 7 gerichteten Wasserstrahlen 11 aus dem ersten Sammelrohr 6, und der ähnlichen Umfangslinie, gebildet durch die zum ersten Sammelrohr 6 gerichteten Wasserstrahlen aus dem zweiten Sammelrohr 7, liegt im Bereich zwischen 50 und 250 mm.

(c) Die Geschwindigkeit der Wasserstrahlen 11 aus den Spritzdüsen 8 in den ersten und zweiten Sammelrohren 6 und 7 liegt im Bereich von 0,5 bis 7 m/s.

(d) Die laminaren Strömungen der Wasserstrahlen aus den Sammelrohren treffen auf der Rohroberfläche aufeinander, wodurch im wesentlichen in der Mitte des genannten Abstands von 50 bis 250 mm der Schwall 9 des Kühlwassers gebildet wird.

Diese zahlenmäßigen Begrenzungen beruhen auf folgenden Gründen. Bezüglich des Merkmals (c) sei ausgeführt, daß, wenn die Strömungsgeschwindigkeit niedriger als 0.5 m/s gewählt wird, es für die Wasserstrahlen aus den unteren Spritzdüsen 8 unmöglich ist, die Schwerkräfte zu überwinden und die untere Oberfläche des Rohrs zu erreichen, während, wenn die Geschwindigkeit höher als 7 m/s ist, ein großer Teil der Wasserstrahlen 11 an ihren Auftreffpunkten auf der Rohroberfläche zurückprallen und somit eine volle Ausnutzung der Kühlkapazität des verwendeten Kühlwassers unmöglich machen. Fällt die Geschwindigkeit innerhalb der obengenannten Grenzen, so liegt die kinetische Energie des Strahlwassers im Kontrollbereich der Oberflächenspannung von Wasser mit dem Ergebnis, daß die aus den Spritzdüsen 8 gespritzten Wasserstrahlen 11 sowie der Wasserstrom nach dem Auftreffen eine laminare Strömung ergibt, wodurch der gleichmäßig gekühlte Oberflächenbereich erhöht wird und es möglich macht die Kühlkapazität des Kühlwassers weitaus wirkungsvoller auszunutzen, als es bei den herkömmlichen Verfahren der Fall wäre.

Hinsichtlich des Merkmals (a) weist das erste Sammelrohr 6 die entscheidende Wirkung auf den Kühleffekt während der Anfangszeit des Kühlens auf, was seinerseits eine wichtige Wirkung auf das gewünschte gleichmäßige Umfangskühlen des Rohrs hat. Somit ist es wesentlich, daß der Neigungswinkel oci und der Querwinkel ß\ der Wasserstrahlen aus dem ersten Sammelrohr 6 innerhalb der richtigen Grenzen gehalten werden.

F i g. 3 und 4 zeigen als Beispiel die Wirkung des Neigungswinkels «ι bzw. des Querwinkels ß{ auf die Gleichmäßigkeit der Abkühlungsgeschwindigkeit in Umfangsrichtung eines Stahlrohrs mit einem Durchmesser von 61 cm, das durch ein einziges Sammelrohr gekühlt wurde, wobei der Spalt zwischen dem Sammelrohr und dem Stahlrohr 30 mm betrug. Obwohl an vielen weiteren Stahlrohren mit unterschiedlichen Durchmessern unter Verwendung unterschiedlicher

ίο Spalte zwischen den Stahlrohren und dem Sammelrohr zusätzliche Versuche ausgeführt wurden, waren die erzielten Ergebnisse im wesentlichen dieselben wie die in F i g. 3 und 4 gezeigten mit Ausnahme einiger Parallel verschiebungen in_ Richtung der Ordinate. In

is F i g. 3 und 4 bezeichnen C_n Cx und Cn in Umfangsrichtung des Rohrs: die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit, die maximale Abkühlgeschwindigkeit bzw. die minimale Abkühlgeschwindigkeit Somit ist aus diesen Ergebnissen ersichtlich, daß der Neigungswinkel n.\ der Strahlen im Bereich von 15° bis 45° und der Querwinkel ß\ im Bereich von 25°</?i<65° liegen sollen. Mit anderen Worten, wenn der Neigungswinke! ot\ kleiner als 15° ist, liegen im Hinblick auf die obigen Strömungsgeschwindigkeitserfordernisse die Berührungspunkte, bei denen die Wasserstrahlen aus dem ersten Sammelrohr 6 auf das Rohr auftreffen, nicht auf dem Umfang, der das Rohr unter rechtem Winkel schneidet, wodurch die Gleichmäßigkeit der Umfangskühlung verschlechtert wird. Wenn andererseits der

jo Neigungswinkel «ι größer als 45° ist, ergeben die Wasserstrahlen aus dem Sammelrohr 6 von ihren Auftreff punkten auf das Rohr aus eine Rückströmung in Richtung der Heizeinheit 4. Daraus ergibt sich, daß eine kleine Wassermenge aus dem Rückstrom den aus der Heizeinheit 4 austretenden heißen Rohrteil berührt und durch das Leidenfrost-Phänomen in Dampf verwandelt wird, wodurch nur die obere Oberfläche des Rohrs gekühlt und die Gleichmäßigkeit der Abkühlung beträchtlich verschlechtert wird.

Als nächstes sei der Querwinkel ß\ im Fall des herkömmlichen Verfahrens betrachtet, bei dem die Sammelrohre Kühlmittel ohne Querwinkel (/?i=0) spritzen. Hierbei ergeben die Wasserstrahlen nach dem Auftreffen auf das Rohr auf diesem einen Wasserstrom,

•r> der parallel zur Bewegungsrichtung des Rohrs verläuft. Darüber hinaus werden solche Teile des Rohrs, wo die Wasserstrahlen nicht auftreffen oder wo eine geringere Berührung mit dem Kühlwasser besteht, in diesem Zustand weiter bewegt, ohne mit dem Kühlwasser in

so Berührung gekommen zu sein, woraus sich eine Neigung für ein ungleichmäßiges Kühlen ergibt. Aus diesen Gründen muß der Querwinkel ß\ größer als 25° sein. Wenn andererseits ß\ größer als 65° ist, wird die Gleichmäßigkeit der Kühlung schnell verschlechtert, vgl. F i g. 4. Darüber hinaus ist es schwierig, im Sammelrohr Spritzdüsen auszubilden, die einen Querwinkel ß\ erzeugen, der größer als 45° ist Somit soll der Querwinkel ß_x im Bereich von 25 bis 65° liegen. Die ersten und zweiten to Sammelrohre nach der Erfindung weisen gegebene Querwinkel ß\ bzw. 02 auf. Darüber hinaus wird die Strömungsgeschwindigkeit der Strahlen aus den Sammelrohren innerhalb der richtigen Grenzen gehalten, so daß die Wasserstrahlen eine laminare Strömung b5 ergeben, die die Außenwand eines zu kühlenden Rohrs umschließt, während mehrere Ströme die ausgewählten Teile am Umfang des Rohrs treffen dank einem bestimmten zwischen der Bewegungsrichtung des j

Rohrs und den Wasserstrahlen gebildeten Winkel, wodurch die Ungleichmäßigkeit der Abkühlung beträchtlich vermindert wird. Da das aus dem zweiten Sammelrohr gespritzte Kühlwasser zum Kühlen des Rohrs verwendet wird, das vom Kühlwasser aus dem ersten Sammelrohr beträchtlich abgekühlt wurde, müssen die Bereiche der Neigungs- und Querwinkel der Wasserstrahlen aus dem zweiten Sammelrohr nicht unbedingt so streng festgelegt werden wie im Fall des ersten Sammelrohrs. Es ist kurz zusammengefaßt nur erforderlich, daß das zweite Sammelrohr das Kühlwasser mit einer Geschwindigkeit im obengenannten Bereich spritzt, so daß die Wasserstrahlen eine laminare Strömung längs der Rohroberfläche ergeben, wobei diese Strömung auf die laminare Strömung der Wasserstrahlen auf dem ersten Sammelrohr trifft und hierdurch entlang dem Umfang des Rohrs einen Schwall aus Kühlwasser bildet Die besten Ergebnisse werden jedoch bei Einhaltung der oben angegebenen Bereiche für den Neigungswinkel 0.7 und den Querwinkel /?2 erzielt.

Für die gegenseitige Beziehung des ersten und zweiten Sammelrohrs am wichtigsten ist das Merkmal (b). Dieses Merkmal gibt nämlich als wesentliches Erfordernis an, daß der Abstand zwischen der Umfangslinie, gebildet auf der Rohroberfläche durch Verbinden der Auftreffpunkte der Wasserstrahlen aus den Sprühdüsen des ersten Sammelrohrs auf der Rohroberfläche, und der ähnlichen Umfangslinie, gebildet durch die Wasserstrahlen aus dem zweiten Sammelrohr, im Bereich von 50 bis 250 mm liegen muß. Mit anderen Worten, da die Strömungsgeschwindigkeit der Wasserstrahlen aus den Sammelrohren in einem solchen Bereich liegt, daß die Wasserstrahlen aus jedem Sammelrohr eine laminare Strömung ergeben, sofern der Abstand zwischen den beiden Umfangslinien größer als 250 mm ist, wird die Energie der laminaren Strömung vermindert, die somit nicht in der Lage ist, den erforderlichen Schwall aus Kühlwasser an der Mitte des Abstandes zu bilden, wie es durch das Merkmal (d) gefordert wird. Wenn andererseits der Abstand kleiner als 50 mm ist, während die Energie der über die Rohroberfläche von jeder Seite her fließenden laminaren Strömung groß genug ist zur Bildung des erforderlichen Schwalls aus Kühlwasser, neigt der Schwall dazu, in Form und Lage instabil zu werden. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß das den Schwall bildende Kühlwasser zwischen die Wasserstrahlen aus dem ersten Sammelrohr kriecht und das Rohr vor den Stellen kühlt (vorkühlt), wo die Wasserstrahlen aus dem ersten Sammelrohr auf die Rohroberfläche auftreffen. Somit muß die Verwendung jedes Abstands von weniger als 50 mm vermieden werden.

Durch Erfüllen der obengenannten drei wesentlichen Erfordernisse bezüglich der Geschwindigkeit der Wasserstrahlen, des Spritzwinkels der Strahlen und der Länge der laminaren Strömungen auf der Rohroberfläche ist es möglich, die Wasserstrahlen aus dem ersten Sammelrohr dazu zu bringen, daß sie das Kühlen gleichzeitig längs dem Querschnitt des Rohrs beginnen und somit die Ungleichmäßigkeit des Abkühlens soweit wie möglich vermindern. Darüber hinaus hat die Bildung eines Schwalls aus Kühlwasser auf der Rohroberfläche auch die Wirkung, die Ungleichmäßigkeit des Abkühlens zu vermindern und auch eine wirksame Verwendung des gesamten gespritzten Kühlwassers sicherzustellen.
Es wurde bereits eine Patentanmeldung P 26 02 678.8 für ein Verfahren angemeldet, dessen Gegenstand dem obigen Verfahren der Erfindung ähnlich ist und bei dem beim Vorgang des Abkühlens eines Stahlrohrs für das Abschrecken die Abweichung des Rohrs von der

"> gewünschten Rundheit aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Abkühlens an jeder von mehreren Stellen am Umfang des Rohrs gemessen wird. Hierdurch wird die Menge des Kühlwassers, das auf einen dem zugehörigen Detektor entsprechenden Punkt gerichtet ist, gemäß der ermittelten Abweichung gesteuert, wobei die Höhe des Korrekturdrucks an der dem Detektor entsprechenden Umfangsstellung ebenfalls gesteuert wird. Gemäß der Erfindung wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Abkühlens der Neigungs- und Querwinkel der Wasserstrahlen aus den Sammelrohren, der Abstand zwischen den Umfangslinien, gebildet durch Verbinden der Auftreffpunkte der Wasserstrahlen aus den Sammelrohren auf die Rohroberfläche, und die Geschwindigkeit der Wasserstrahlen experimentell bestimmt werden. Somit wird die Notwendigkeit für die im hinteren Teil der Zone ausgeführte Messung der Rundheit des gekühlten Rohrs sowie die Kontrolle der Kühlwassermenge und der Höhe des Korrekturdrucks gemäß der ermittelten Abweichung von der Rundheit beseitigt, was aus den Ergebnissen der Versuche ersichtlich ist, die später noch beschrieben werden.

F i g. 5 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Ungleichmäßigkeit des am Umfang erfolgenden Abkühlens und dem Querwinkel ß\ des ersten Sammelrohrs und dem Querwinkel ß? des zweiten Sammelrohrs in dem Fall, daß das Abkühlen mit den ersten und zweiten Sammelrohren ausgeführt wird. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, kann die höchste Gleichmäßigkeit des Abkühlens sichergestellt werden durch Auswählen der Querwinkel in der Weise, daß die Wasserstrahlen aus dem ersten Sammelrohr im wesentlichen in einer Richtung strömen, die derjenigen der Wasserstrahlen aus dem zweiten Sammelrohr entgegengesetzt sind, wenn nämlich der Unterschied zwischen den Querwinkeln innerhalb ±15° gehalten wird. So sollte der Querwinkel für das zweite Sammelrohr vorzugsweise so gewählt werden, daß er seine Abweichung von demjenigen des ersten Sammelrohrs innerhalb ±15° hält, um ein gleichmäßigeres Abkühlen sicherzustellen.

Stahlrohre mit einem Durchmesser von 61 cm, einer Wanddicke von 16 mm und einer Länge von 12 m wurden durch Abkühlen der äußeren Oberfläche von 90O⁰C aus gemäß dem Verfahren der Erfindung bzw. gemäß dem herkömmlichen Verfahren abgeschreckt. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, daß die in Fig.6 gezeigte Längsdurchbiegiing b 8.2 mm im Fall der vorliegenden Erfindung und diejenige des durch das herkömmliche Verfahren gekühlten Rohrs 23,0 mm betrug. Gemäß den Meßergebnissen, die durch Einbetten eines Thermoelements im mittleren Teil der Wanddicke jedes mit einem Kühlwasserströmungsdurchsatz von mindestens 2 mVm² gekühlten Stahlrohrs gemacht wurden, d. h. gemäß den in F i g. 7 gezeigten Ergebnissen, sind die in der Figur gestrichelt gezeigten Ergebnisse des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sowohl in Gleichmäßigkeit der Abkühlung und der Abkühlungsgeschwindigkeit denjenigen des herkömmlichen Verfahrens überlegen, die durch ausgezogene

ω Linien dargestellt sind.

Während das Verfahren der Erfindung die meisten Metallrohre mit einem Durchmesser von 45,7 bis 127 cm und mehr durch Anordnen der oben beschriebenen

ersten und zweiten Sammelrohre behandeln kann, können bei Bedarf, insbesondere beim Behandeln von Rohren mit größerem Durchmesser oder größerer Wandstärke, hinter dem zweiten Sammelrohr ein oder mehrere zusätzliche Sammelrohre angeordnet werden. Da derartige zusätzliche Sammelrohre zum Kühlen des Rohrs verwendet werden, das bereits beträchtlich abgekühlt wurde, besteht keine Notwendigkeit zum

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besonderen Begrenzen der Konstruktion und Lage dieser Sammelrohre. Während ferner das Verfahren der Erfindung zum Abkühlen der äußeren Oberfläche von Metallrohren ausgelegt wurde, kann es wirkungsvoll zum Abschrecken in Verbindung mit irgendeinem anderen für das Kühlen der inneren Oberfläche von Metallrohren ausgelegten Verfahren verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

20 25 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abkühlen eines Metallrohrs mit großem Durchmesser, bei dem das Metallrohr beim Abschrecken schnell abgekühlt wird durch Spritzen von Kühlwasser auf die Oberfläche des Metallrohrs aus einer großen Anzahl von Spritzdüsen in je einem das Metallrohr umschließenden ringförmigen ersten und zweiten Sammelrohr, wobei die Wasserstrahlen jeweils unter einem Neigungswinkel und einem Querwinkel auf die Oberfläche des Metallrohrs auftreffen, dadurchgekennzeichnet, daß

Neigungswinkel αϊ: 15"^> <«i<45°
Querwinkel ^i : 25°<0,<65°;

Neigungswinkel <x₂: 15° < a₂ < 45°;

c) der Abstand zwischen einer Umfangslinie, gebildet auf dem Metallrohr durch Verbinden der Auftreffpunkte auf der Oberfläche des Metallrohrs von aus den Sprit/.düsen im ersten Sammelrohr in Richtung zum zweiten Sammelrohr gespritzten Wasserstrahlen, und einer ähnlichen zweiten Umfangslinie, gebildet durch Verbinden der Auftreffpunkte auf der Oberfläche des Metallrohrs von aus den Spritzdüsen im zweiten Sammelrohr in Richtung zum ersten Sammelrohr gespritzten Wasserstrahlen, gemessen in Längsrichtung des Metallrohrs, im Bereich von 50 bis 250 mm liegt; und

d) die Geschwindigkeit der Wasserstrahlen im Bereich von 0,5 bis 7 m/s liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Querwinkel ß\ der Wasserstrahlen aus den Spritzdüsen im ersten Sammelrohr und dem entsprechenden Querwinkel & für das zweite Sammelrohr innerhalb von ±15° gehalten wird.

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