DE3012200C2 - Verfahren zum gesteuerten Kühlen eines warmgewalzten Rundstahlmaterials und Vorrichtung zur Durchführung desselben - Google Patents
Verfahren zum gesteuerten Kühlen eines warmgewalzten Rundstahlmaterials und Vorrichtung zur Durchführung desselbenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gesteuerten Kühlen eines warmgewalzten Rundstahlmaterials, wie
Drähte und/oder Stäbe gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 3.
Aus der DE-OS 29 26 628 sind ein Verfahren und eine Anlage zum kontinuierlichen Formen und Bearbeiten
von Walzdraht aus Stahl der vorstehend genannten Art bekannt. Zum gesteuerten Kühlen des warmgewalzten
Rundstahlmaterials, das zu einer Windung geformt und etwa in horizontaler Richtung weiterbefördert wird,
wird das Kühlmittel von der Unterseite des aufgewickelten Rundstahlmalerials während des Weitertransports
•40 auf das aufgewickelte Rundstahimaterial nach oben zur Kühlung desselben gerichtet. Schwierigkeiten hierbei
bereitet die gleichmäßige Kühlung des aufgewickelten Rundstahlmaterials, da Verformungen der Windungen
während des Kühlens und Weitertransports des aufgewickelten Rundstahlmaterials bisher nicht wirksam vermieden
werden können. Solche Verformungen der Windungen führen zu ungleichmäßigen Eigenschaften des
gekühlten aufgewickelten Rundstahlmaterials und in den meisten Fällen zu einer Verschlechterung der Zugfestigkeit
des Rundstahlmaterials.
Aus der Literaturstelle »Iron and Steel Engineer«, 1970, Seiten 99—107 sind insbesondere aus Fig. 5 auf Seite
101 Fördereinrichtungen bekannt, die als Bandförderer ausgebildet sind, auf denen die Windungen in vertikaler
Richtung ausgerichtet angeordnet werden. Die Geschwindigkeiten des Legekopfound der Fördereinrichtungen
sind hierbei aufeinander abgestimmt.
so Das gesteuerte Kühlen eines warmgewalzten Rundstahlmaterials, das aus einem abschließenden Walzgerüst
einer Walzstraße austritt, umfaßt üblicherweise den Transport des Rundstahlmaterials in Form einer Windung
oder Wicklung mittels eines Förderers und das Aufbringen eines Kühlmittels wie z. B. Luft auf die Wicklung. Es
sind bisher mehrere Verfahren und Vorrichtungen zur gesteuerten Kühlung vorgeschlagen worden, von denen
einige in der Praxis verwendet werden. Beispielsweise kann ein Verfahren (i) erwähnt werden, bei dem ein aus
einem Legekopf auslaufendes aufgewickeltes Rundstahimaterial mittels eines Förderers weitertransportiert
wird, wobei die Windungen des aufgewickelten Rundstahlmatcrials vertikal ausgerichtet gehalten und der
natürlichen Kühlung während des Weitertransports unterworfen werden (Japanische Patentanmeldung 7469,
1969). Ferner kann ein Verfahren (ii) erwähnt werden, bei dem die Windungen des aufgewickelten Rundstahlmaterials
vertikal nach unten fallen, wobei eine gesteuerte Kühlung während der Fallbcwegung der Windungen
bo vorgenommen wird (Japanische Patentanmeldungen 18 894, 1967; 25 810. 1968; 8536. 1970). Auch gibt es ein
Verfahren (iii). das als sogenannte Stelmore-Straße bezeichnet wird, bei dem Windungen des aufgewickelten
Rundstahlmaterials auf einen Bandförderer auf nichtkonzentrische überlappende Weise gelegt und während des
Weiteriransports mit Blasluft gesteuert gekühlt werden (Japanische Patentanmeldung 15 463. 1967). Bei einem
weiteren Verfahren (iv) wird jede Windung eines aufgewickelten Riindstiihlmatcrials von einer Stützeinrichtung
in der Windung abgcstüt/l und während des Weitertransports wird eine gesteuerte Kühlung vorgenommen
(Japanische Patentanmeldung:}! 44b, 197J).
Das Verfahren (i) hat jedoch Nachteile dahingehend, daß es schwierig ist, jede Windung in ihrer vertikalen
Lage zu halten, daß die Stüizcinrichtung so beschaffen ist. daß sie eine Halickrnft auf die Windung von innen
nach außen an horizontal gegenüberliegenden Stellen ausübt, so daß die Gefahr von Verformungen der Windungen
besteht, wodurch das äußere Bild des gesammelten Rundstahlmaterials nachteilig beeinflußt wird und daß
die Windungen zur Kriechverformungen infolge ihres Eigengewichts bei der gesteuerten Kühlung neigen, wobei
diese Verformung ebenfalls das Äußere des gesammelten Rundstahlmaterials beeinflußt Dieses Verfahren ist
demzufolge bei der Anwendung unpraktisch. Das Verfahren (ii) kann auf verschiedene Art und Weise durchgeführt
werden. Beispielsweise wird die gesteuerte Kühlung vorgenommen, während dem die Windungen des
aufgewickelten Rundstahlmaterials mittels Tragstangen oder Tragstiften unterstützt sind, oder die gesteuerte
Kühlung kann dadurch erreicht werden, daß das aufgewickelte Rundstahlmaterial in Warmwasser fällt. Dieses
Verfahren hat jedoch Nachteile dahingehend, daß der Arbeitsablauf äußerst umständlich ist, daß die Windungen
zur gegenseitigen Überlappung neigen und daß die Kühlwirkung des Kühlmittels nicht gleichbleibend ist, so daß
keine gleichmäßige Kühlung hierbei sichergestellt werden kann. Bei dem Verfahren (iii) unterscheidet sich die
Kühlungsgeschwindigkeit an den sich überlappenden Abschnitten der nichtkonzentrischen Windungen beträchtlich
von der Kühlungsgeschwindigkeit an den anderen Abschnitten der Windungen, so daß auch hierbei
längs der gesamten Windungen keine gleichmäßige Kühlung erreicht werden kann. Schwankungen der Zugfestigkeit
einer Windung, hergestellt durch Bleipatentieren eines warmgewalzten Rundstahlmaterials mit der
Bezeichnung SWRH62A nach der JIS-Norm und einem Durchmesser von 5,5 mm liegen beispielsweise bei etwa
2 kg/mm2, während sich bei dem direkten Patentieren durch das Verfahren (iii) Schwankungen eier Zugfestigkeit
in der Größenordnung von etwa 8 kg/mm-' ergeben. Das Verfahren (iv) erfordert eine extrem große Vorrichtung
beziehungsweise Anlage und ist unzweckmäßig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derar ?uszulegen, daß
eine gleichmäßige Kühlung des aufgewickelten Rundstahlmaterials ohne eine Verformung der Windungen mi!
gleichmäßigen Eigenschaften und einer vevbessenen Zugfestigkeit des Rundstahlmaterials sichergestellt wird,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Verfahrensmaßnahmen im Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglichen eine gleichmäßige Kühlung des aufgewickelten
Rundstahlmaterials mit einer solchen Kühlungsgeschwindigkeit, daß eine Phasenumwandlung zu
einem Gefüge erreicht wird, das im wesentlichen aus feinem Perlit besteht. Als Kühlmittel kann beispielsweise
Luft verwendet werden. Auch sind die Schwankungen der Zugfestigkeit des nach der Erfindung behandelten
Rundstahlmaterials so gering wie möglich und man erhält eine verbesserte Zugfestigkeit. Zudem werden
Verformungen des aufgewickelten Rundstahlmaterials während des Kühlvorganges wirksam verhindert.
Die Erfindung ermöglicht somit, daß eine gleichmäßige direkte Kühlung längs der gesamten Windungen des
aufgewickelten Rundstahlmaterials erreicht wird, ohne daß Verformungen der Windungen entstehen und ohne
daß sich ein überkühltes Gefüge, wie Martensit ergibt, und daß ein Rundstahlmaterial mit einer hohen Zugfestigkeit
gewonnen wird, bei dem ein hervorragender Ausgleich von Festigkeit und Ziehbarkeit bzw. Verformbarkeit
gegeben ist, der noch besser als bei dem üblichen direkten Patentieren ist. Da das nach der Erfindung behandelte
Rundstahlmaterial eine höhere Zugfestigkeit als Rundstahlmaterial haben kann, das durch übliches direktes
Kühlen behandelt ist, kann die Gesamtquerschniltsverminderung beim Drahtziehen so verringert werden, daß
eine vort/!Stimmte Festigkeit erreicht wird. Hierdurch lassen sich auch die Kosten beim Ziehen senken. Da
ferner der Zunder auf der aufgewickelten Rundstahlmaterial Oberfläche vermindert und gleichmäßig gemacht
werden kann, kann die Zeit verkürzt werden, die für die Beizbehandlung benötigt wird. Bei der Anwendung des
Verfahrens nach der Erfindung können einige beim Bleipatcntieren sonst erforderlichen Behandluniisschritte
entfallen und man erhält das Endprodukt einfach durch Ziehen des gesteuert abgekühlten Rundstahlmaterials.
Ferner wird beim Verfahren nach der Erfindung das aufgewickelte Rundstahlmaterial unmittelbar nach dem
Auslaufen aus dem Legekopf gestutzt, so daß der Arbeitsgang ordnungsgemäß ohne Unterbrechung selbst dann
weitergeführt werden kann, wenn sich eine Änderung beim Durchmesser der zu behandelnden Rolle ergibt.
Die Erfindung wird arhand eines Beispiels un'.er Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 (1) eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum gesteuerten Abkühlen eines warmgewalzten
Rundstahlmaterials nach der Erfindung, Fig. 1 (II) eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie X-X in F i g. 1 (I),
Fig. ! (III) eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung,
F i g. 2,4 und 7 (1), 7 (2) und 7 (3) Aufgabcwinkel des Kühlmittels, bezogen auf das aufgewickelte Rundstahlmaterial,
Fig. 3(1),3(Ii) und3 (III) Diagramme zur Verdeutlichung der Einflüsse de: Abstands zwischen benachbarten
Windungen des aufgewickelten Rundstahlmaierials auf die mechanische Eigenschaft des benandelten Rundstahlmaterials,
F i g. 5 (I) und 5 (II) Schaubilder zur Verdeutlichung der Einflüsse der Aufgabewinkel des Kühlmittels auf die
mechanische Eigenschaft des behandelten Rundstahlmaterials.
Fig.6 (I) und 6 (II) Winkel, bei denen das Kühlmittel in Berührung mit einer Windung des aufgewickelten
Rundstahlmaterials ist,
Fig.8 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Windungsebenenw>nkel λ und
der Länge des Kühlbctts,
Fig. 9 (I) und 9 (II) Ansichten zur Verdeutlichung der Verformungen der Windungen des aufgewickelten
Rundstahlmaterialsund
Fig. 10 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Einflüsse der Geschwindigkeit der Blasluft auf die Verformungen
der Windungen.
Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 (I), (II) und (III) wird ein aus dem abschließenden Walzeerüst einer
Walzstraße auslaufendes Rundstahlrnaterial Win Korm von Drähicn und/oder Stäben mittels eines Lagekopfs 1
zu einer Windung C gelegt. Der L.egckopf I dreht sich um eine in Transportrichtung des aufgewickelten
Rundstahlmaterials weisende Achse. Das aufgewickelte Rundstahlinatcrial C wird dann auf einen Schlittenförderer
4 gelegt, wobei die Windungen beispielsweise mit Hilfe von Stül/clcmcntcn 3 eines Tragförderers 2 in
einem vorbestimmten Windiingscbencnwinkcl /x. d. h. einem Winkel /wischen der Ebene einer Windung und der
Transportierung H des aufgewickelten Rundstahlmatcrials. und in einem vorbestimmten Abstand P, d.h.
einem Abstand zwischen den benachbarten Windungen gehalten werden. Die jeweiligen Windungen werden im
allgemeinen in Horizonlalrichtung in der Fig. I (I) und (III) nach rechts weiterbefördert. Ein Kühlmittel 5, wie
Luft, wird von der Unterseite der Förderer nach oben geleitet, um das aufgewickelte Rundstahlmaterial gesteuert
abzukühlen. Anschließend wird das aufgewickelte Rundstahlmatcrial mittels einer Windungssammeleinrichtung
(nicht gezeigt) aufgeschichtet.
Die Effektivität der geregelten Abkühlung während des Weitertransports des aufgewickelten Rundstahlmaterials
ändert sich in Abhängigkeit von dem Abstand P und einem Aufgabewinkel des Kühlmittels A. der auf die
Windungen des aufgewickelten Rundstahlmaterials bezogen ist.
An Hand von Fig. 2 werden Versuche erläutert, die unter Verwendung von geradem Rundstahlmaterial wie
Drähte und/oder Stäbe aus kohlenstoffreichem Stahl (Kohlenstoffgehalt 0,72%) mit einem Durchmesser von
5.5 mm mit dem Ziel durchgeführt wurden, den Einfluß des Abstandes P1 auf die Effektivität der gesteuerten
Kühlungsbehandlung, d. h. auf die mechanischen Eigenschaften (z. B. die Zugfestigkeit) des behandelten Rundstahlmaterials
zu bestimmen. Die Austenitkorngröße des als Probe dienenden Rundstahlmaterials hatte die
:o Korngrößennummer 6.5. Das Kühlmittel, d. h. die Luft, wurde mit einer Geschwindigkeit von 40 m/s und einer
Temperatur von 30'C zugeführt.
In F i g. 2 ist mit θ ein Aufgabewinke! des Kühlmittels A bezogen auf die imaginäre Fläche -τ bezeichnet, die
alle Mittellinien /V/dcs Rundstahlmaterials enthält. Nach der Erfindung sind die Windungen des aufgewickelten
Rundstahlmatcrials zur Transportrichtung des aufgewickelten Rundstahlmaterials derart geneigt, daß die zuge-
2"i ordnete imaginäre Fläche .τ der Windungen die Form eines elliptischen Zylinders annimmt und daß sich der
Aufgabewinkel θ des Kühlmittels A entsprechend in bezug zu dem imaginären elliptischen Zylinder an der
Oberseite und am Boden jeder Windung auf 90" und an beiden Seiten icder Windung auf 0° beläuft.
In den F ig. 3(1). (II) und (III) sind die Ergebnisse gezeigt, die sich bei Winkeln ö(sichc Fig. 2) von 0°,30° und
90° jeweils ergeben. Die Abzissenachse bezeichnet in jeder Figur den Abstand P\ zwischen dem Rundstahlmate-
jo rial und c/den Durchmesser des Rundstahlmatcrials. I d bedeutet demzufolge, daß benachbarte Rundstahlmaterialien
in Berührung miteinander sind und 2 d bedeutet, daß benachbarte Rundstahlmatcrialisn einen Abstand
voneinander haben, der gleich dem Durchmesser c/des Rundstahlmaterials ist. Aus den Figuren ergibt sich, daß
bei kleinem Abstand Pi keine ausreichende Kühlwirkung erreicht wird, was sich in der niedrigen Zugfestigkeit
des behandelnden Rundstahlmaterials niederschlägt. Die Zugfestigkeit wird mit größer werdendem Abstand P\
I~ J5 besser und eine gleichbleibende ausreichende Zugfestigkeit ergibt sich bei einem Abstand P\ von wenigstens 2 d.
vorzugsweise von wenigstens 4 d. Zur wirksamen Durchführung der gesteuerten Kühlung sollte deshalb die
■ Bedingung erfüllt sein, p-, > 2 (/. vorzugsweise Pi
> 4 d.
F i g. 4 dient zur Verdeutlichung von Versuchen, die unter Verwendung eines geraden Rundstahlmaterials wie
Drähte und/oder Stäbe aus einem kohlenstoffreichen Stahl mit einem Durchmesser von 5,5 mm mit dem Ziel
durchgeführt wurden, den Einfluß des Aufgabewinkcls θ des Kühlmittels A bezogen auf die Mittellinie M des
Rundstahlmaterials auf die mechanischen Eigenschaften des behandelnden Rundstahlmaterials zu bestimmen.
Bei der Erfindung werden die Windungen des aufgewickelten Rundstahlmaterials schräg gehalten, währenddem
das Kühlmittel von der Unterseite des aufgewickelten Rundstahlmaterials vertikal nach oben gerichtet wird. Der
Winkel θ beträgt somit an der Oberseite und dem Boden jder Windung 90" und an beiden Seiten jeder Windung
90c — λ. wobei mit ·>
der Winkel der Ebene der Windungen relativ zur Transportrichtung H des aufgewickelten
Rundstahlmaterials, d. h. der Windungscbencnwinkel. bezeichnet ist.
Bei den Versuchen wurde Kühlmittel, d. h. Luft, bei einer Tempera tür von 30° C mit einer Geschwindigkeit von
40 m/s zugeführt.
Die Fig. 5 (I) und (II)/eigen die Ergebnisse dieser Versuche von Fig. 4. In Fig. 5(1) ist die Zugfestigkeit ob
(kg/mm2) des behandelten Rundsiahlmatcrials und in Fig.5 (II) die Einschnürung ψ(%) angegeben. In jeder
Figur stellt der Kurvenzug (a) die Ergebnisse bei Verwendung eines Rundstahlmaterials mit einem Kohlenstoffgehalt
von 0.72% und der Kurvenzug (b)d\c Ergebnisse unter Verwendung eines Rundstahlmaterials mit einem
Kohlenstoffgehalt von 0,62% dar. Obgleich die Einschnürung φ{%) unabhängig von Änderungen des Winkels θ
(F i g. 5 (H)) konstant ist werden die Zugfestigkeiten ob stark durch den Winkel θ beeinflußt. Wenn der Winkel
θ klein ist. erreicht man keine ausreichende Effektivität bei der gesteuerten Kühlung und die Zugfestigkeit des
behandelten Rundstahimateriais ist niedrig. Wenn hingegen der Winkel θ 30° oder größer ist, ergeben sich
gleichbleibend hohe Zugfestigkeiten, wodurch verdeutlicht wird, daß eine ausreichende Kühlwirkung hierbei
erzielt worden ist.
Der Winkel θ ist ferner im Zusammenhang mit den Schwankungen der Zugfestigkeiten innerhalb einer
bO Windung von Bedeutung. Wenn der Winkel (90° — .-t) der Ebene der Windung relativ zu der Aufgaberichtung
des Kühlmittels 0c ist oder nahe 0' liegt (d.h. die Windungen sind im wesentlichen vertikal gehalten und das
Kühlmittel wird vertikal zugeführt (d. h. parallel zur Ebene jeder Windung) und das Kühlmittel wird von der
Unterseite des aufgewickelten Rundstahlmaterials zugeführt) ergeben sich an verschiedenen Punkten /. m und η
im Bereich von 0" (beim Punkt I) bis 90° (beim Punkt n). nach F i g. 6 (I) verschiedene Werte für den Winkel θ
pi /w !sehen der Aufgaberichtung des Kühlmittels A und der Mittellinie Mdes Rundstahimateriais. Aus der F i g. 5
(I) ist ersichtlich, daß die Differenz des Winkels θ einen wesentlichen Einfluß auf die Schwankungen der
Zugfestigkeiten innerhalb einer Windung hat.
Wenn der Winkel (90' — .-») der Ebene der Windung relativ zu der Aufgaberichtung des Kühlmittels, z. B. bis
zu 45° größer wird, ändern sich die Winkelweite für θ an den Punkten /, m und η innerhalb des Bereiches von
45° (am Punkt n^bis 90" (am Punkt I), wie dies in Fig. 6 (II) gezeigt ist. Demzufolge werden die Schwankungen
bei den Zugfestigkeitswerten minimal. Zur Minimalisierung der Schwankungen bei den Zugfestigkeitswerten
und um eine gleichbleibend hohe Zugfestigkeit zu erreichen, sollte der Winkel (903 — \) der Ebene der Windung
relativ zu der Aufgaberichtung des Kühlmittels wenigstens 3(T,d. h. der Winkel «sollte höchstens60° sein.
Jedoch ist es praktisch nicht durchführbar, diesen Winkel (W — /1) so sehr zu vergrößern (oder den Winkel λ
so sehr zu verkleinern), was nachstehend näher begründet wird.
Wit Hilfe der Fi g. 7 (1),(2) und (3) lassen sich die Einflüsse des Abstandes /zwischen benachbarten Windungen
in Aufgaberichtung des Kühlmittels an beiden Seilender Windungen (el. h. an den Abschnitten 5 in den Fig. 7(1)
und (2) an denen der Winkel ©zwischen der imaginären Fläche der Windungen und der Aufgaberichtung des
Kühlmittels 0 ist und der Winkel θ zwischen der Mittellinie des Rundstahlniaterials und der Aufgaberichtung
des Kühlmittels 90" — et ist) auf die mechanischen Eigenschaften des aufgewickelten Rundstahlmaterials nach
der gesteuerten Kühlungsbehandlung anhand der Versuche nach den Fig.2 und 3 beurteilen. Der Abstand Pi
und der Durchmesser d in F i g. 2 entsprechen dem Abstand / und dem imaginären Durchmesser d' in Aufgaberichtung
des Kühlmittels. Entsprechend gilt für die Bedingung P1
> 2 d, vorzugsweise P\ > 4 d bei der gesteuerten
gleichmäßigen Kühlungsbehandlung entsprechend den Ergebnissen von F i g. 3 ähnliches für eine gesteuerte
gleichförmige Kühlungsbehandlung an den Abschnitten S in den Fig. 7 (1) und (2). so daß sich die Bedingung
ergibt, I > 2 d', vorzugsweise / > 4 d'. Nach F i g. 7 (3) ist / = P lan λ und rf'gleich d/cos λ. Demzufolge kann die
obengenannte Bedingung umgeschrieben werden in P lan λ >
2 <//eos λ, vorzugsweise P tan λ
> 4 d/cos α, oder einfach P >
2 d/s\n λ, vorzugsweise P > 4 d/s'in λ. in
Die Ergebnisse nach Fig.3(111)sind für die oberen und unteren, bzw. bodenseitigen Abschnitte der Windungen
von Fig. 7 (I), d. h. bei P\ = P verwendbar, so daß die Bedingung /'
> 2 ei bei der gesteuerten gleichmäßigen Kühlungsbehandlung erreicht wird, wenn die Bedingung P
> 2 <//sin λ erfüllt ist.
Der Abstand P benachbarter Windungen in Transportrichtung des aufgewickelten Rundstahlmaterials muß
deshalb wenigstens das 2/sin Λ-fache, vorzugsweise das 4/sin <v-fachc des Durchmessers ddes Rundstahlmaterials
betragen.
Nachstehend wird der Zusammenhang /wischen dem Winkel λ und der erforderlichen Länge des Kühlbetts
näher erörtert. Die notwendige Länge /.des Kühlbctts ist durch folgende Gleichung gegeben:
L=P-N- 7mm
> 2 dNT/sin λ
wobei mit Td\c für die geregelte Kühlungsbehandlung erforderliche Zeit gemessen in Sekunden, mit A/die pro
Sekunden gebildete Anzahl von Windungen und mit P der Abstand der Windungen in Transportrichtung
bezeichnet ist. Dieminimale Länge L„„„ des Kühlbetts beläuft sich somit auf 2 dNT/s\n ,\. §j
in F i g. 8 ist der Zusammenhang zwischen der minimalen Länge Lm„ und dem Winkel λ aufgezeigt. Hieraus ~~
ergibt sich, daß die erforderliche minimale Länge Lmi„ bei Annäherung des Winkels λ an 0° schnell größer wird.
Aus diesem Grunde ist es nicht zweckmäßig, daß λ so klein ist. Aus praktischen Erwägungen sollte der Winkel λ
wenigstens 30° sein.
Aus den vorstehenden Erörterungen ergibt sich, daß der Winkel λ der Ebene jeder Windung relativ zu der
Transportrichtung wenigstens innerhalb des Bereiches von 30 bis 60" liegen sollte. Durch die Einstellung des
Windungsebenenwinkels α, gekoppelt mit der zuvor angegebenen Einstellung des Abstandes P, können die
Schwankungen der mechanischen Eigenschaften innerhalb einer Windung oder einer Wicklung minimalisiert
werden und man erhält hohe Zugfestigkeitswerte.
Zweckmäßigerweise wird ein Kühlmittel mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten
(Kcal/m2 · h · 0C) hierbei verwendet, um die Zugfestigkeit des behandelten Rundstahlmaterials zu verbessern.
Blasluft bzw. Druckluft als Kühlmittel hat maximal einen Wärmcübcriragungskoeffizienten von etwa 300
Kcal/m2 ■ h · CC) bei einem Rundstahlmaterial mit einer Temperatur von 500 bis 6000C. Der Wärmeübertragungskoeffizient
kann auch wesentlich erhöht werden, wenn man einen Nebel aus Sprühwasscr verwendet. Ein
Nebel mit einer Wasserdichte von 20 cm Vcm- min hat einen Wärmekoeffizienten von etwa 1200 Kcal/m2 ■ h · ° C
(bei einem Rundstahlmaterial mit einer Temperatur von 6000C) und kann daher zweckmäßig verwendet werden,
wenn es erwünscht ist, die Zugfestigkeit des aufgewickelten Rundsiahlmaterials so zu erhöhen, daß sie Werte
wie beim Bleipatentieren erreicht.
Das Verfahren zur gesteuerten Kühlung eines warmgewalzten Rundstahlmaterials nach der Erfindung wird
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
Nach F i g. 1 wird ein aus einem abschließenden Walzgerüst der Walzstraße auslaufendes warmgewalztes
Rundstahlmaterial Wodurch eine (nicht gezeigte) Kühleinrichtung schnell abgekühlt und dann in einen Legekopf
1 eingeführt. Das zu einer Windung von dem Legekopf 1 geformte Rundstahlmaterial wird kontinuierlich auf
einen Schlittenförderer 5 aufgegeben und mittels eines Tragförderers 2 abgestützt. Das Material gelangt dann ω
auf einen darauffolgenden Schlittenförderer 4 und wird hierbei ständig von dem Tragförderer 2 unterstützL Die
Geschwindigkeiten der Fördereinrichtungen 4,5 und 2 und die Drehgeschwindigkeit des Legekopfs 1 werden
mit Hilfe geeigneter Synchronisierungseinrichtungen (nicht gezeigt) synchronisiert. Die Synchronisierung kann
mechanisch oder elektrisch beispielsweise durch die elektrische Einstellung der Drehgeschwindigkeiten der
Antriebskettenräder der Förderer 2,4 und 5 auf die Drehgeschwindigkeit des Legekopfes 1 erreicht werden.
Das aufgewickelte Rundstahlmaterial wird auf den ersten Schlittenförderer 5 gelegt, wobei jeder Windung
zuerst im wesentlichen vertikal abgestützt und dann allmählich in Transportrichtung geneigt abgestützt wird, so
daß jede Windung um einen vorbestimmten Windungsebenenwinkel λ geneigt ist, wenn sie von dem ersten
30
35
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50
Schlittenförderer 5 zu dem darauffolgenden zweiten Sehlittenförderer 4 übergeben wird. Dies kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, daß der erste Sehlittenförderer 5 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der
darauffolgende zweite Sehlittenförderer 4 angetrieben wird, währenddem der Tragförderer 2 mit derselben
Geschwindigkeit wie der zweite Sehlittenförderer 4 arbeitet.
Das aufgewickelte Rundsiahlmatcrial wird dann mit Hilfe der Förderer 4 und 2 transportiert, wobei die
Windungen durch die Stützelement 3 des Tragförderers 2 in einem vorbestimmten Windungsebenenwinkel ix
und einem vorbestimmten Abstand /'gehalten sind.
Nach Fig. ι (II) sind die Slütztclcmentc 3 des Tragförderers 2 derart vorgesehen, daß sie beide Seiten der
Windungen an Stellen abstützen, die geringfügig höher als die Mitte der I lohe der Windungen liegen. Die
Stützelemente sollten so ausreichend lang bemessen sein, daß sie Lageveränderungen der Windungen in Transportrichtung
ausgleichen. Allerdings sollte die Länge nicht so groß bemessen sein, daß eine Behinderung durch
die Stützelemente mit einer benachbarten Windung auftritt. Die Lange der Stützelemente sollte unter Berücksichtigung
dieser Einflußgrößen bestimmt und gewählt werden. Eine Länge von etwa 50 mm bis etwa 150 mm ist
für Windungen geeignet, die einen Durchmesser von etwa 1000 mm bis etwa 1200 mm haben.
Der Windungsebenenwinkel *, d. h. Neigungswinkel jeder von dem Tragförderer 2 unterstützten Windung ist
von großer Bedeutung, wenn eine Verformung der Windung vermieden werden soll. In den Fig. 9 (I) und (II)
sind zwei Arten von Verformungen einer Windung gezeigt. In Fig. 9 (I) ist insbesondere eine Verformung in der
Ebene Fder Windung veranschaulicht: genauer gesagt liegt die Windung nicht in einer Ebene, da sie ein Teil
einer iomäuienuen Windung ist; aus Vcreinlachungsgründcn wird aber angenommen, daß die Windung eben ist.
In Fig.9 (II) ist eine Verformung der Ebene selbst gezeigt, d. h. eine aus der Ebene Fherausragende Verformung.
Üblich ist es jedoch, daß beide Arten von Verformungen auf komplizierte Art und Weise kombiniert
auftreten, wodurch das gesammelte Rundstahlmaterial ein schlechtes äußeres Bild hat. Bei Versuchen hat sich
ergeben, daß bei einer Unterstützung jeder Windung an drei Punkten durch die Stützelemente 3 und den
Sehlittenförderer 4 (vergl. Fig. 1) und beim Aufgeben der Blasluft von unten die Möglichkeit für Verformungen
sowohl in der Ebene als auch aus der Ebene äußerst minimal sind, wenn der Windungsebenenwinkel α auf
höchstens 60° eingestellt ist.
In F i g. 10 sind beispielsweise die Ergebnisse von Versuchen gezeigt, bei denen der Zusammenhang zwischen
der maximalen Verformung einer Windung und der Geschwindigkeit ν (m/s) der Blasluft bestimmt wird, wenn
die Temperatur des aufgewickelten Rundstahlmaterials etwa 900'C und die Temperatur der von unten zugeführten
Blasluft etwa 20° C beträgt, der Durchmesser des Rundstahlmaterials 5,5 mm und der Durchmesser einer
Windung 1100 mm beträgt und der Windungsebenenwinkel a 45" ist. Die maximale Verformung on (mm) ist in
Fig.9 (II) gezeigt, wobei B die Stelle der Verformung und das Symbol die zu unterstützenden Stellen
bezeichnet. Aus Fig. 10 ergibt sich, daß die maximale Verformung (rJ») etwa 40mm ist. wenn keine Luft
zwangsweise zugeführt wird, während die Verformung mit einer Geschwindigkeit der Blasluft von etwa 20 m/s
oder mehr minimal wird. Die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit einem schlechteren äußeren Eindruck des
gesammelten Rundstahlmaterials sind hierdurch vermieden. Hierdurch wird es also möglich, die Verformungen
sowohl innerhalb der Windüngsebene als auch außerhalb der Windungsebene durch das zwangsweise Aufbringen
des Kühlmittels von der Unterseite des aufgewickelten Rundstahlmaterials auf ein vernachlässigbares Maß
einzudämmen, wobei die Hubwirkung des Kühlmittels ausgenutzt wird. Die Hubwirkung dient auch zur Kompensation
des Eigengewichts der Windungen, wodurch die Möglichkeiten für Verformungen der Windungen
noch weiter eingeschränkt werden.
Insgesamt ergibt sich somit, daß die Einstellung des Windungsebenenwinkels <* auf 30 bis 60° und die
zwangsweise Zufuhr des Kühlmittels von der Unterseite des aufgewickelten Rundstahlmaterials nicht nur dazu
dient, eine gleichmäßige und ausreichende Kühlung zu erreichen, sondern auch zu verhindern, daß Verformungen
an den Windungen auftreten.
Um eine sichere Abstützung für die Windungen während des Transports zu erreichen, können ferner Stützvorsprünge
wie Stifte an den Schlittenfördercrn 4 und 5 an geeigneten Stellen vorgesehen sein, die entsprechend
dem vorbestimmten Abstand Pder Windungen angeordnet sind.
Nachstehend wird die Erfindung noch anhand von Beispielen erläutert.
Die gesteuerte Kühlung nach der Erfindung wurde angewandt auf ein Rundstahlmaterial mit einem Durchmesser
von 53 mm, das nach der JIS-Norm SWRH82A bezeichnet wird (Kohlenstoffgehalt 0,82% und Magnesiumgehalt
0,45%). Hierbei wurden folgende Bedingungen eingehalten:
60
b'i
(1) Windungsebenenwinkel λ, d. h. Neigungswinkel
der Windungen:
der Windungen:
(2) Abstand Pder Windungen:
(3) Temperatur des Rundstahlmaterials unmittelbar
vor der Behandlung:
vor der Behandlung:
(4) Kühlmittel:
45° 30 mm
900° C
Luft (mit einer Temperatur von 20°C)
Das behandelte und aufgewickelte Rundstahlmsterial ha'te ein ansprechendes Äußeres ohne nennenswerte
Verformungen.
Zu Vergleichszwecken wurde dasselbe Runustahlmaterial einer gesteuerten Kühlung durch die übliche Stelmore-Straße
unter denselben Bedingungen (3) und (4) unterworfen. In der Stelmorc-Straße werden die Windungen
in ebener Form nicht konzentrisch überlappend aufeinandergelegt. Der Windungsebenenwinkel λ der
Windungen beträgt faktisch daher Null. Ferner sind die Windungen in Berührung mit benaehbarien Windungen.
Die sich bei den zuvor angegebenen Behandlungen ergebenden Zugfestigkeiten sind in der nachstehenden
ei^ I zusammengefaßt:
Zugfestigkeit Schwankungen Schwankungen
im Mittel der Zugfestigkeit dor Zugfestigkeit
pro Rolle pro Windung
(kg/iiunJ) (kg/mnr) (kg/mmJ)
Erfindung 124,1 4,5 1,5
Stelmore-Straße 121,6 7,8 5.8
Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß das aufgewickelte und nach der Erfindung behandelte Rundstahlmaterial
weniger Schwankungen bei der Zugfestigkeit pro Rolle und pro Windung sowie eine höhere Zugfestigkeit im
Mittel als dasselbe Rundstahlmaterial hat, das unter denselben Bedingungen in der Stelmore-Straße behandelt
worden isi. Nach der Eiiimiuiig isi es daher möglich, die Effektivität der Kühlung durch das Kühlmittel und
ferner die Zugfestigkeit zu verbessern, ohne daß die Schwankungen der Zugfestigkeit größer werden. Bei der 20
Stelmo.f-Straße hingegen kann die Zugfestigkeit durch Vergrößerung der Kühlwirkung nur mit der Gefahr
erhöht werden, daß die Schwankungen der Zugfestigkeit zunehmen.
Ein warmgewalztes Rundstahlmaterial mil einem Durchmesser von 12 mm und einer Bezeichnung SWRH82B 25
nach der JIS-Norm (Kohlenstoffgehalt 0,83% und Mangangehalt 0,82%) wurde nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren unter Verwendung einer Blasluft als Kühlmittel behandelt. Zusätzlich wurde zur Verbesserung der
Zugfestigkeit Blasluft mit Wassernebel unter folgenden Bedingungen verwendet:
(1) Windungsebenenwinkel <*,d. h. Neigungswinkel der Windungen: 35° 30
(2) Abstand P der Windungen: 90 mm
(3) Temperatur des Rundstahlmaterials unmittelbar vor der Behandlung: 900°C
(4) Temperatur des Kühlmittels, d.h. Luft und Nebel: 20cC
Die Ergebnisse der Behandlungen sind in Tabelle 2 aufgelistet. Die Tabelle enthält auch Vergleichswerte, die 35
man bei der üblichen Stelmore-Straße und durch ein Wiedererwärmungs-Patentieren in einem Bleibad, d. h.
durch Bleipatentieren zu Vergleichszweckc" erhall.
| Zugfestigkeit | Schwankungen | Schwankungen |
| im Mitte! | der Zugfestigkeit | der Zugfestigkeit |
| pro Rolle | pro Windung | |
| (kg/mm-1) | (kg/mnr) | (kg/mm2) |
Erfindung
Blasluft mit Nebel 130,5 5,0 2,0
Nur Blasluft 118,2 4,8 1,8
Übliche Verfahren 50
Stelmore-Straße 115,2 8,0 5.8
Bleipatentieren 131,2 4.5 1,5
Aus Tabelle 2 ergibt sich, daß bei einer Kühlung des Rundstahlmaterials nur durch Blasluft die Zugfestigkeit
dazu neigt, mit zunehmendem Durchmesser des Rundstahlmaterials niedriger zu werden. Im Vergleich mit der 55
üblichen Stelmore-Straße jedoch bringt das Verfahren nach der Erfindung noch überraschende Verbesserungen
im Vergleich zu den üblichen Verfahren, was sich auch aus Beispiel 1 ergibt. Das nach dem Verfahren gemäß der
Erfindung behandelte Rundstahlmaterial hat einen hohen Zugfestigkeitswert und geringere Schwankungen der
Zugfestigkeit pro Rolle und pro Windung. Ferner ergibt sich noch ein weiterer Vorteil bei der Erfindung, wenn
Blasluft mit Wassernebel als Kühlmittel verwendet wird, da sich hierbei die Zugfestigkeit noch weiter verbessert. 60
Insbesondere ist es möglich, so hohe Zugfestigkeitswerte zu erreichen, die sich mit der üblichen Stelmore-Straße
nicht erzielen lassen, ohne daß die Schwankungen pro Rolle oder pro Windung größer werden. Das nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren behandelte und aufgewickelte Rundstahlmaterial ergibt hinsichtlich der Werte
der Zugfestigkeit und der Schwankungen der Zugfestigkeit bei der Verwendung von Blasluft mit Nebel Werte,
die direkt vergleichbar mit jenen sind, die sich beim Bleipateniieren ergeben. 65
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum gesteuerten Kühlen eines warmgewalzten Rundstahlmaterials, das zu einer Windung
geformi wird, bei dem das gewickelte Rundstahlmaterial in etwa horizontaler Richtung weiterbefördert wird,
und bei dem ein Kühlmittel von der Unterseite des aufgewickelten Rundstahlmaterials während des Weitertransports
auf das aufgewickelte Rundstahlmaterial nach oben zur Kühlung des aufgewickelten Rundstahlmaterials
gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des aufgewickelten Rundstahlmaterials
mit einem Windungsebenenwinkel von 30° bis 60° relativ zur Transportrichtung und Mit
einem Abstand von wenigstens 2 d/s\n λ in Transportrichtung abgestützt werden, wobei mit d der Durch-ο
messer des aufgewickelten Rundstahlmalcrials und mit λ der Windungsebenen winkel bezeichnet ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Windungen wenigstens
4 dlsmac beträgt
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit im Anschluß an einen das aus einer
Walzstraße auslaufende warmgewalzte Rundstahimaterial nach einer Kühlung zu Windungen formenden
l.egekopf vorgesehenen Fördereinrichtungen, die das aufgewickelte Rundstahlmaterial in etwa horizontaler
Richtung transportieren, einer Kühlmittelzufuhreinrichtung, die ein fluidförmiges Kühlmittel vor. der Unterseite
des aufgewickelten Rundstahlmaterials während des Weitertransports nach oben auf das aufgewickelte
Rundstahlmaterial richtet, und einer Sammeleinrichtung, die das aufgewickelte Rundstahimaterial nach dem
Verlassen der Fördereinrichtungen sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtungen (4, 5)
Tragfördener (2) mit Stützelementen (3) enthalten, die derart angeordnet sind, daß die Windungen (C) in
einem Windungsebenenwinkel von 30" bis 60° relativ zur Transportrichtung (H) und in einem Abstand (P)
von wenigstens 2 d/sm λ in Transportrichtung (H) unterstützt sind, wobei mit d der Durchmesser des
aufgewickelten Rundstahlmaterials und mit «der Windungsebenenwinkel bezeichnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schlittenförderer (4,5) ausgebildeten
Fördereinrichtungen und die Tragförderer (2) einander derart zugeordnet sind, daß der im Anschluß an das
Auslaufende des Legekopfs (1) angeordnete erste Schlittenförderer (5) mit ei/ier niedrigeren Geschwindigkeit
als der darauffolgende zweite Schlittenförderer (4) umläuft und daß die Tragförderer (2) mit derselben
Geschwindigkeit wie der zweite Schlittenförderer (4) umläuft.
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