DE3023571C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von Bandstahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von Bandstahl der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 beschriebenen, aus der DEAS 16 08 164 bekannten Art.

Das bekannte Verfahren bzw. die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß bei konstanter Geschwindigkeit, mit der das Stahlband die Anlage durchläuft, die Abkühlgeschwindigkeu des .Stahlbandes nicht verändert werden kann, sondern im wesentlichen konstruktiv festgelegt ist. Dadurch können in einer solchen Anlage materialspezifische Eigenschaften eines Stahlbandes, die eine andere Abkühlgeschwindigkeit erfordern wurden, nicht berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren bzw. die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sich die Abkühlgeschwindig

keit des Stahlbandes leicht einstellen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Berührungszeit und somit die Abkühlgeschwindigkeit und die Temperatur des Stahlbandes unter Beibehaltung einer konstanten Laufgeschwindigkeit variiert werden können.

ίο In den Unteransprüchen 3 bis 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung beschrieben.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß der Variationsbereich der Abkühlgeschwindigkeit und der Tem- ^eratur des Stahlbandes durch wahlweise Einbeziehung von Wasserkühl- und Gaskühleinrichtungen vergrößert wird. Dabei ist es aus der US-PS 31 86 698 an sich bekannt, Wasser- und Gaskühleinrichtungen zum Kühlen von Metallbändern zu benutzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer kontinuierlich arbeitenden Vergütungsvorrichtung:

F i g. 2 eine Seitenansicht der Kühlwalze der Vorrichtung nach F i g. 1;

F i g. 3 die Aufsicht auf die Kühlwalzenanordnung nach F i g. 2;

F i g. 4 den Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer kontinuierlich arbeitenden Vergütungsvorrichtung;

F i g. 5 einen Längsschnitt der Kühleinrichtung von F i g. 4 bei direkter Wasserkühlung;
F i g. 6 einen F i g. 5 entsprechenden Längsschnitt bei Kühlung durch die Kühlwalzen;

F i g. 7 einen Längsschnitt einer mit einer Gaskühleinrichtung kombinierten Wasserkühleinrichtung: und

Fig. 8 eine Weiterbildung dzr Vergütungsvorrichtung nach F i g. 4.

Bei der in F i g. 1 dargestellten, kontinuierlich arbeitenden Vergütungsvorrichtung wird ein Stahlband S, das jeweils von einer von mehreren Abwickeleinrichtungen la und 16 abgegeben wird, dadurch einer Fertigungsstraße kontinuierlich zugeführt, daß die von den Abwickeleinrichtungen abwechselnd abgegebenen Stahlbänder eine Schere 2a und eine Schweißeinrichtung 26 durchlaufen. Jenseits der Schweißeinrichtung 26 sind hintereinander pin Alkaliwaschbehälter 3. ein Elektrolysespülbehälter 4 und ein Heißwasserspritzwaschbehälter 5 angeordnet, die zusai men eine Reinigungseinrichtung zum Vorbehandeln der Oberfläche des Stahlbandes bilden. Jenseits dieser Vorbehandlungseinrichtung wird das Stahlband über einen Trockner 6 und eine Schleifenbildungseinrichtung 7 einem Ofen 10 mit einer Heizzone 8 zum Durchführen einer Rekristallisationsvergütung, einer Zone 9 zum gleichmäßigen Beheizen und einer Kühleinrichtung 12 zugeführt. Nach dem Rekristallisieren. Vergüten und Abkühlen wird das Stahlband erneut in den Ofen 10 eingeführt und durch eine Nacherhitzungszone U zur Durchführung einer Anlaßbehandlung, eine Nachbehandlungszone 14 und eine Gaskühlzone 15 geleitel. Danach durchläuft das Stahlband eine am Abgabeende des Ofens 10 angeordnete Schleifenbildungscinrichtung 16, eine WasserkühU einrichtung 17^ einen Trockner 18 und ein Verfeinerungswalzgerüst 19. Jenseits des letzteren durchläuft das Stahlband Seine Einkerbeinrichtung 20 zum Variieren der endgültigen Breite des Stahlbandes, eine Ein-

richtung 21 zum Beschneiden der Längskanten, eine Einrichtung 22 zum Auftragen von Öl und schließlich eine Schere 23, um dann auf Rollen 24 aufgewickelt zu werden.

Die Kühleinrichtung der Vorrichtung nach F i g. 1 ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt Das Stahlband 5 läuft über vier Kühlwalzen 32 und 32a. Die beiden Kühlwalzen 32 können zusammen mit ihrem Träger 31 mit Hilfe einer Gewindespindel oder hydraulisch betätigten Zylindern 30 gehoben bzw. gesenkt werden. Durch die Kühlwalzen 32 und/oder 32a wird Wasser oder ein anderes Kühlmittel geleitet.

Durch Variieren des Umschließungswinkels des Stahlbandes mit den Umfangsflächen der Kühlwalzen 32 und 32a ist es möglich, die Berührungszeit unter Beibehaltung der Laufgeschwindigkeit des Stahlbandes zu variieren, um so die Abkühlungsgeschwindigkeit und die Temperatur des Stahlbandes zu variieren, so daß das Stahlband mit einer bestimmten Temperatur dem nächsten Verfahrensschritt zugeführt werden kann. Diese Kühleinrichtung kann längs der Bahn des Stahlbandes an jeder beliebigen Stelle angeordnet werden, z. B. auch bei der Gaskühlzone 15 oder der Wasserkühicinrichtung 17.

Ferner kann man die in Fig.3 und 4 dargestellte Kühleinrichtung benutzen, die sich je nach den Eigenschaften des abzukühlenden Bandstahls auf eine direkte Kühlung umschalten läßt. Stahlbänder, bei denen keine Anlaßbehandlung erforderlich ist, können mii hohen Abkühlgeschwindigkeiten von 1000 bis 2000°C/sec abgekühlt werden, wobei Oxidfilme einwandfrei entfernt werden. Insbesondere bei Bandstahl oder Stahlblech von hoher Zugfestigkeit, bei dem sich ein Mischgefüge aus Ferrit und Martensit mil einer geringen Menge an speziellen Elementen erzielen läßt, erweist sich eine solche schnelle direkte Abkühlung als vorteilhaft

F i g. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer kontinuierlich arbeitenden Vergütungsvorrichtung, zu der eine umschaltKire Kühleinrichtung gehört, die in F i g. 5 und 6 dargestellt ist. Das Stahlband 5 wird zw ischen vier Kühlwalzen 32 und 32a hindurchgeleitet; die oberen Kühlwalzen 32a können mittels einer Gewindespinde! oder hydraulisch betätigter Zylinder senkrecht verstellt werden. Werden die oberen Kühlwalzen 32a angehoben, wie es in F i g. 5 gezeigt ist. lauf' das Stahlband 5 unmittelbar zwischen Führungswalzen 12a und 12έ> durch die Kühleinrichtung, ohne die Kühlwalzen 32 und 32a zu berühren; sind dagegen die oberen Kühlwalzen 32a abgesenkt, wie es in F i g. 6 gezeigt ist, läuft das Stahlband S abwechselnd über die Kühlwalzen 32 und 32a hinweg. Durch weitere^ Senken der oberen Kühlwal/en YIa kann man die Berührungsfläche zwischen dem Stahlband und den Kühlwalzen nach Bedarf vergrößern. Gemaü F ι £. 6 isi es möglich, die Abkühlungsgeschwindigkeit und die durch die Abkühlung erreichte Temperatur nach Bedarf einzustellen, indem man die oberen Kühlwalzen 32a entsprechend hebt oder senkt. Wird die umschaltbare Kühleinrichtung 12 nach F i g. 4 benutzt, um gemäß Fig. 5 eine direkte Wasserkühlung zu bewirken, ist es erforderlieh, den Oxidfilm zu beseitigen, der sich bei der Kühlung mit Wasser auf dem Stahlband bildet Aus diesem Grund ist gemäß Fig.4 zwischen der Kühleinrichtung 12 und der Nacherhitzungszone 13 eine Einrichtung zum Entfernen des Oxidfilms angeordnet. Hierbei wird das in der Kühleinrichtung 12 abgekühlte Stahlband durdi einen Beizbehälter 25, einen Warmwasser-Waschbehälter 26, einen Neutralisierbehälter 27 und einen Trockner 28 geleitel. Gemäß F i g. 8 ist es alternativ möglich, die Einrichtung zum Entfernen des Oxidfilms zwischen der Schleifenbildungseinrichtung 16 jenseits des Ofens 10 und dem Verfeinerungswalzgerüst 19 anzuordnen; zu dieser Einrichtung gehören ein Beizbehälter 48, ein Warmwasser-Waschbehälter 49, ein Neutralisierbehälter 50, ein weiterer Warmwasser-Waschbehälter 51, ein Wasserwaschbehälter 52 und ein Trockner 53. Wird dagegen die Kühleinrichtung unter Benutzung der Kühlwalzen

ίο nach Fig.6 zur indirekten Abkühlung des Bandstahls benutzt, entsteht kein Oxidfilm, so daß es nicht erforderlich ist. den Beizbehälter, den Warmwasser-Waschbehälter und den Neutralisierbehälter zu benutzen. In diesem Fall wird vielmehr nur von dem Wasserwaschbehälter 52 und dem Trockner 53 Gebrauch gemacht.

Gemäß F i g. 7 kann man in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Kühleinrichtung 12 eine Gaskühlvorrichtung 11 mit einem durch einen Motor angetriebenen Gebläse 60 und mehreren Düsen 41 zum Ausstoßen des durch das Gebläse 60 gefr Jenen Kühlgases gegen das Stahlband vorsehen. Das Kühlgas wird in der Gaskühlvorrichtung 11 umgewälzt und mit Hilfe von Wasserrohren 1 la vor dem Gebläse 60 von einer Temperatur zwischen 150 und 250°C auf eine Temperatur zwischer 50 und 150°C abgekühlt. Wie erwähnt, kann man die Kühleinrichtung 12 zwischen den in F i g. 5 und δ dargestellten Betriebszuständen umschalten. Auf der rechten Seite eines Kühlraums 35 ist ein Behälter 36 angeordnet, dem nach Bedarf frisches Wasser über eine Wasserleitung 46 zugeführt werden kann. Auf beiden Seiten des Behälters 36 sind Schieber 37 und 37a angeordnet, die es ermöglichen, den Wasserstand im Kühlraum 35 bzw. dem Behälter 36 einzustellen. Das linke Ende des Kühlraums 35 ist tiit einer Auslaßöffnung 34 versehen, die es ermöglicht, das Stahlband 5 dem Beizbehälter 25 nach F i g. 4 oder unmittelbar der Nacherhitzungszone 13 zuzuführen. Von dem Rehälter 36 aus wird Wasser den Düsen 43 über eine Leitung 38 zugeführt, in die ein Filter 33 und eine Pumpe 42 eingeschaltet sind, so daß es möglich ist, beide Flachseiten des Stahlbandes mit Kühlwasser zu bespritzen.

Unter dem Behälter 36 ist gemäß F i g. 7 ein weiterer Behälter 39 angeordnet, dem warmes Wasse- aus dem Raum auf der linken Seite des Schiebers 37 sowie Wasser zugeführt wird, das auf der rechten Seite des Schiebers 37a aus dem Behälter 36 überläuft. Das in dem Behälter 39 gesammelte warme Wasser wird mittels einer Pumpe 40 abgesaugt. Der Behälter 39 ist mit dem Behälter 36 durch eine Rohrleitung 45 mit einem Ventil 47 verbunden.

Während des Betriebs der Vorrichtung nach Fig.⁷ wird der Wasserstand ir.i Kühlraum 35 mit Hilfe des Schieber:. 37 eingestellt, und das Stahlband S wird dadurch vorgekühlt, daß das Kühlgas mittels der Düsen 41 auf das Stahlband geblasen wird; danach wird das Stahlband im Kühlraum 35 mit Wasser abgekühlt. Im Kühlraum 35 bewirkt das Wasser gleichzeitig eine Abdichtung gegenüber de^r nachgeschalteten Fertigungsstraße. Das durch die Pumpe 40 geförderte warme Wasser kann in dem Heißwasser-Wasehbehälter verwendet werden. Wird das Ventil 47 geöffnei, fließt diä gesamte Wassermenge, die sich in der Kühlkammer 35 auf der linken Seite des Schiebers 37 befindet, in den Behälter 39, und bei dem Bet.vebszustand nach Fig.6 wird das Stahlband mit Hilfe der Kühlwalzcn 32 und 32a abgekühlt. Hierbei wird Kühlwasser durch die Kühlwalzen geleitet.
Somit läßt sich die Umstellung vom Betrieb nach

F i g. 5 auf den Betrieb nach F i g. 6 leicht durchführen, ohne daß es erforderlich ist, den großen Behälter 36 vollständig zu entleeren; man braucht vielmehr nur eine relativ kleine Wassermenge aus dem Raum auf der linken Seite des Schiebers 37 abzuführen. Selbst wenn in diesem Raum kein Wasser mehr vorhanden ist, wird das Entweichen des Kühlgases aus der Gaskühlvorrichtung 11 nach außen durch eine zwischen dem Kühlraum 35 und dem Behälter 36 angeordnete Wasserdichtung 44 verhindert.

Bei der Konstruktion nach Fig. 4 bis 7 ist es somit möglich, das Stahlband S mit Hilfe von Wasser sehr schnell auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur oder mn Hilfe von wassergekühlten Walzen relativ langsam ab/ukuhlen. so daß man verschiedene Arten von Bandstahl und Stahlblechen für verschiedene Verwendungsmöglichkeiten erhält.

Im folgenden wird auf die indirekte Abkühlung des Bandstahls naher eingegangen. Die Temperatur des Bandstahls, der der Kühleinrichtung 12 über die Heizzone 8 und der Zone 9 zum Bewirken einer gleichmäßigen Erwärmung zugeführt wird, um eine Reknstallisierung durchzuführen, variiert gewöhnlich zwischen 500 und 800^cC. abhängig von der Dicke des Stahlmaterials und seiner Zusammensetzung. Das durch die Kühlwalzen geleitete Kühlwasser kann sich auf Raumtemperatur befinden: Schwankungen der Temperatur des Kühlwassers zwischen 5 und 30⁰C beeinflussen die Kühlwirkung nicht in einem bemerkbaren Ausmaß. Selbst wenn das Kühlwasser auf i abgekühlt oder auf 60 bis 70⁰C erwärmt wird, führt dies nicht zu einer wesentlichen Änderung der Kuhlwirkung der Kühlwalzen. Wenn die Kühlwalzen, durch die Kuhlwasser geleitet wird, in Berührung mit dem Stahlband gebracht werden und wenn das Stahlband eine Stärke von 0.6 mm hat und z. B. auf 300 bis 600^JC erwärmt worden ist. um dann etwa 1 see in üefuhiuiig mit ilen Küniwai/cn gebracht zu werden, wird das Stjhlband um etwa 180"C abgekühlt; beträgt die Berührungsdauer dagegen 2 see, erfolgt eine Abkühlung um etwa 260' C. Wird ein Stahlband mit einer Stärke von 12 mm etwa 1 see lang in Berührung mit den Kuhlwal/en gebracht, wird es um etwa 90°C abgekühlt, während bei einer Berührungsdauer von 2 set eine Abkühlung um etwa 140"C erfolgt. Wird ein Stahlband mit einer Stärke von 0.8 mm. das sich mit einer Geschwindigkeit von 150 m/min bewegt, in Berührung mit dem wassergekühlten Kühlwaizen 32 und 32a gebracht, wobei der Umschlmgungswinkel 0.8 „τ beträgt, nachdem das Material wahrend der Rekristallisationsvergütung auf 580 C erhitzt worden ist. wird es durch die erste Kuhlwal/e 32 auf etwa 505 bis 5!5"C und durch die zweite Kuhlwalze 32j auf etwa 465 bis 480' C abgekühlt. Die dritte Kühlwalze 32 bewirkt eine Abkühlung auf 410 bis 420°C und die vierte Kühlwalze 32a eine Abkühlung auf 380⁰C. Die gleiche Wirkung läßt sich erzielen, wenn man den Umschließungswinkel und gleichzeitig den Walzendurchmesser verkleinert. Selbst wenn sich Änderungen bezüglich der Materialstärke oder der Laufgeschwindigkeit ergeben, lassen sich ahnliche Ergebnisse bei einer Berührungszeit von weniger als 2 see erzielen, indem man andere Parameter variiert. Das in der beschriebenen Weise auf 350 bis 38O^CC abgekühlte Stahlband wird der nachgeschalteten Wärmebehandlungszone d. h den Einrichtungen 13, 14 und 15. zugeführt, im Vergleich zum bekannten Verfahren, bei der der Bandstahl etwa auf Raumtemperatur abgekühlt wird, ist es dadurch möglich, die Brennstoffkosten für die erneute Erhitzung des Bandstahls um 25 bis 30% zu verringern.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung ist im folgenden ein Beispiel beschrieben.

Beispiel

Ein Band aus niedriggckohltcm Stahl mit einer Stärke von 0,8 mm und einer Breite von 1000 mm wurde mit einer Geschwindigkeit von 150 m/min durch die Heizzone 8 nach F ig. 4 und die zur gleichmäßigen Erhitzung dienende Zone 9 geleitet, um eine Rekristallisationsvergütung von I min Dauer bei 700°C durchzuführen, woraufhin das Material der Kühleinrichtung 12 nach F i g. 1 zugeführt wurde. Jede der Kühlwalzen 32 und 32a hatte einen Durchmesser von 600 mm, und Kühlwasser von I5"C wurde in einer Menge von 250 l/min durch diese Walzen geleitet; um das Stahlband Sabzukühlen, wurde es innerhalb eines Umschlingungswinkels von 0° bis 0,9 JT in Berührung mit diesen Kühlwalzen gebracht. Die Temperatur des Stahlbandes S beträgt beim Eintreten in die Kühlzone etwa 600°C; das Stahlband wird auf etwa 395 bis 415°C abgekühlt. Die Temperatur des abgekühlten Materials schwankt um weniger als 20⁰C, woraus die Gleichmäßigkeit der Abkühlung ersichtlich ist. Das so abgekühlte Bandmaterial wird dann einer 3 min dauernden Anlaßbehandlung bei einer Temperatur zwischen 350 und 400⁰C in der Nacherhitzungszone 13 und der Nachbehandlungszone 14 unterzogen, so daß man einen Bandstahl mit gleichmäßigen mechanischen Eigenschaften erhält.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abkühlen eines Stahlbandes, das für eine kontinuierliche Vergütungsbehandlung auf eine Temperatur oberhalb einer Rekristallisationstemperatur erhitzt worden ist, v/obei das Stahlband mittels Kühlwalzen gekühlt wird, die in Stahlbandlaufrichtung hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Kühlwalzen relativ zu den verbleibenden Kühlwalzen bewegt werden, so daß der Umschließungswinkel des Stahlbandes mit den Kühlwalzen veränderbar ist und der Kontakt zwischen Stahlband und Kühlwalzen auch aufgehoben werden kann.

2. Vorrichtung zum Abkühlen eines Stahlbandes, das für eine kontinuierliche Vergütungsbehandlung auf eine Temperatur oberhalb einer Rekristallisationstemperatur erhitzt worden ist, mit in Stahlbandlaufrichtung hintereinander angeordneten Kühlwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (30) zum Verschieben einiger der Kühlwalzen (32) relativ zu den verbleibenden Kühlwalzen (32a) vorgesehen sind, so daß der Umschließungswinkel des Stahlbandes mit den Kühlwalzen veränderbar ist und der Kontakt zwischen Stahlband und Kühlwalzen auch aufgehoben werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Wasserkühlen des Stahlbandes vorgesehen sind, wenn der Kontakt zwischen den· Stahlband und den Kühlwalzen aufgehoben ist

4. Vorrichtung nach Ansprucn 3, dadurch gekennzeichnet, daß die WasserKü-ilein-ichtung eine Wasserdüse (43) zum Besprühen des Stahlbandes mit Wasser enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kühlwalzen in einem Kühlraum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kühlraum mit Wasser zum Kühlen des Stahlbandes gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserbehälter (36) vorgesehen ist, der mit dem Kühlraum durch eine Verschlußanordnung (Schieber 37) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Gaskühlvorrichtung zum Kühlen des Stahlbandes mit Kühlgas, bevor es die Kühlwalzen passiert.