DE3026020A1

DE3026020A1 - Verfahren zum ausgleichen lokaler temperaturunterschiede auf einem stahlerzeugnis sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3026020A1
Application number: DE19803026020
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Chiba Aoki; Yuichi Funabashi Chiba Fujii; Osamu Mitaka Tokyo Takeuchi
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1981-05-21
Also published as: JPH0241564B2; US4333777A; GB2063436A; FR2470165B1; JPS5672119A; GB2063436B; DE3026020C2; FR2470165A1; CA1141153A

Description

Ishikawajima Harima Jukogyo K.K. 20 445 60/ko Tokio, Japan

Verfahren zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis, insbesondere ein Verfahren zum Temperaturausgleich oder zum Erhitzen von Stahlerzeugnissen, wie Blechen, Röhren, Stangen und ähnlichen Formen, auf die gewünschten Temperaturen, wenn sie unterschiedlichen Wärmebehandlungen, beispielsweise dem Härten, Tempern und Normalisieren, unterzogen werden.

Bei Wärmebehandlungen, beispielsweise beim Härten, Tempern und Normalisieren von Stahlerzeugnissen, wurden bisher die gewalzten Stahlerzeugnisse im allgemeinen auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend wieder auf die gewünschten Temperaturen der Wärmebehandlungen erhitzt.

Insbesondere werden beim Härten die Stahlerzeugnisse zunächst abgekühlt und anschließend wieder auf die Härtungstemperaturen in einem Heizofen erneut erhitzt, der außerhalb oder neben der Walzlinie angeordnet ist.

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Deshalb muß 'ein eigener Heizofen vorgesehen sein und es muß eine große Menge thermischer Energie zum erneuten Erhitzen von zu härtenden Stahlerzeugnissen eingesetzt werden. Da die Stahlerzeugnisse diesen Wiedererwärmungsofen durchlaufen müssen, kann dieser Härtungsschritt weiterhin nicht in die Walzlinie aufgenommen werden.

Beim Tempern werden die Stahlprodukte zunächst ebenfalls auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend wiederum auf die gewünschten Tempertemperatüren erwärmt. Es muß deshalb ein Ofen zum erneuten Erwärmen vorgesehen sein, der sich über eine beträchtliche Länge erstreckt. Zusätzlich wird eine große Menge thermischer Energie benötigt, um die zu tempernden Stahlprodukte von Raumtemperatur auf die gewünschten Tempertemperatüren zu erwärmen. Da es weiterhin schwierig ist, die gehärteten Stahlprodukte bei den gewünschten Temperaturen zu halten, kühlen sie auf Temperaturen ab, die unterhalb der für die Martensit-Umwandlung benötigten Temperaturen liegen.

Beim Normalisieren werden die abgekühlten Stahlprodukte erneut auf die Normalisierungstemperatüren erwärmt. Wie beim Tempern muß deshalb ein Ofen zum Wiedererwärmen vorgesehen sein, der sich ebenfalls über eine beträchtliche Länge erstreckt. Weiterhin muß ebenfalls eine große Menge thermischer Energie eingesetzt werden, um die Stahlprodukte von der Raumtemperatur auf die Normalisierungstemperaturen zu erwärmen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Stahlprodukten zu schaffen, durch die der Verbrauch thermischer Energie beträchtlich gegenüber dem Stand der Technik gesenkt werden kann.

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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum einheitlichen Erwärmen von Stahlprodukten auf die gewünschten Temperaturen für die Wärmebehandlungen zu schaffen, auch wenn die Temperaturverteilungen der Stahlprodukte vor ihrem Einführen in die Wärmebehandlungsvorrichtung nicht einheitlich sind, wodurch die Qualität der Stahlprodukte verbessert werden und der Arbeitsaufwand verringert werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der Zeichnung und den Unteransprüchen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausgleichen der Temperatur in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Härten von Stahlblech;

Fig. 2 eine Schnittansicht in Richtung des Pfeiles II von Fig. 1;

Fig. 3 (A) eine Anordnung einer Härtungslinie unter Einschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 (B) eine Anordnung einer Temperlinie unter Einschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 (c) eine Anordnung einer Normalisierungslinie unter Einschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Brenner, der in der erfindungsgernäßen Vorrichtung eingesetzt wird;

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Pig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie, die durch den Pfeil V von Fig. 4 dargestellt ist, und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie, die durch den Pfeil VI von Fig. 4 dargestellt ist.

Die Erfindung wird im einzelnen in Verbindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung beschrieben, die anhand der Fig. 1 und 2 zum Härten von Stahlblech eingesetzt werden. Dabei ist die erfindungsgernäße Vorrichtung zum Ausgleichen von Temperatüren unmittelbar vor einer Vorrichtung zum Härten oder Abschrecken vorgesehen. Gemäß Fig. 1 und 2 wird ein Stahlblech 3 durch die Vorrichtung zum Ausgleichen der Temperatur entlang eines Förderweges gefördert, der durch eine Anordnung von unteren Walzen 1 und oberen Walzen 8 bestimmt ist. In dieser Ausführungsform gehören zu der unteren Walzenanordnung drei untere Walzen 1, die um einen bestimmten Abstand in Längsrichtung voneinander getrennt angeordnet sind, auf einem unteren ortsfesten Gerüst 2 drehbar befestigt sind und durch eine Antriebsvorrichtung 4» beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben werden können. Jede untere Walze 1 weist eine Vielzahl von Scheiben auf, die um einen bestimmten Abstand, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Axialrichtung voneinander getrennt angeordnet sind.

Die Anordnung von oberen Walzen, die im wesentlichen der Anordnung der unteren Walzen gleicht, ist unmittelbar oberhalb dieser unteren Anordnung angeordnet. Die Anordnung der oberen Walzen ist drehbar auf einem senkrecht bewegbaren Rahmen 6 befestigt, der wiederum auf einem portalartigen Trägergerüst oder Rahmen 5 befestigt ist. Auf diesem Rahmen 5 sind Antriebsvorrichtungen 7 vorgesehen, um den beweglichen Rahmen 6 senkrecht und

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deshalb die Anordnung des⁸ oberen Walzen von oder zu der Anordnung der unteren Walzen in Abhängigkeit von der Dicke oder der Stärke des wärmezubehandelnden Blechs 3 zu bewegen.

Auf dem beweglichen Rahmen 6 ist ebenfalls eine Anordnung von oberen Brennern 9 derart befestigt, daß sie zwischen den oberen Walzen 8 angeordnet sind. Die Düsen dieser oberen Brenner 9 sind um einen bestimmten Abstand von dem Blech 3 getrennt angeordnet, wenn die oberen Walzen 8 mit diesem in Berührung sind.

Eine Anordnung von unteren Brennern 10 ist auf dem ortsfesten Rahmen 2 derart befestigt, daß sie sich zwischen den unteren Walzen 1 befinden können. Die Düsen dieser unteren Brenner 10 können von dem geförderten Blech 3 um einen bestimmten Abstand getrennt angeordnet sein, wenn die unteren Walzen 1 mit diesem Blech 3 in Berührung sind.

Auf beiden Seiten des Förderweges des Blechs 3 ist eine Vielzahl von Kantenbrennem 11 zum Erhitzen der Kanten des Blechs 3 vorgesehen. Deshalb wird das Blech 3 rasch von sämtlichen Seiten durch die oberen, unteren und die Kantenbrenner 9, 10 und 11 erwärmt, die einzeln oder in Gruppen, wie nachstehend im einzelnen beschrieben, geregelt werden.

Die Anordnungen der oberen Walzen 8 und der oberen Brenner 9 sowie der unteren Walzen 1 und der unteren Brenner 10 sind von wärmeisolierenden Abdeckungen 12 bzw. 13 umgeben, die wiederum auf den beweglichen und ortsfesten Rahmen 6 bzw. 2 befestigt sind, jedoch nicht die unteren und oberen Seiten dieser Anordnungen abdecken. Deshalb können durch die Erfindung nicht nur die thermischen Energien der Verbrennungsprodukte, die durch die oberen,

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unteren und die Kantenbrenner 9, 10 und 11 ausgestoßen werden,effektiv eingesetzt, sondern auch eine thermische Isolierung des geförderten Blechs 3 kann wirksam und effektiv erfindungsgemäß erfolgen.

Eine Vielzahl von Blechsensoren 14_f mit der die Führungskante des Blechs 3, die Dicke oder Stärke und die Eintrittsgeschwindigkeit gefühlt werden können, ist in der Nähe des Eingangs der Vorrichtung zum Ausgleichen der Temperatur vorgesehen und quer um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt angeordnet. Oberhalb und unterhalb eines Eintrittstischs, der aus den Walzen 15 besteht, sind Temperatursensoren 16, beispielsweise Infrarotkameras oder optische Temperatursensoren zur Messung der Temperaturverteilungen auf beiden Oberflächen des geförderten Blechs 3 angeordnet. Diese Blech- und Temperatursensoren 14 und 16 sind mit einer Rechnereinheit (ALU) 17 verbunden, dessen Punktion zumindest mit einem Mikrocomputer vergleichbar ist. Der Rechner 17 reagiert auf die von dem Blech- und Temperatursensoren 14 und 16 stammenden Signale und erzeugt unterschiedliche Daten oder Parameter, die zum einheitlichen Erwärmen des Blechs auf die gewünschte Temperatur benötigt werden. Die Daten oder Parameter sind die Anzahl oder Stellungen der Brenner 9, 10 und 11, die zu zünden sind^und ihre Brennzeitintervalle, die von dem Unterschied zwischen den Oberflächentemperaturen des Blechs 3 und einer Referenztemperatur, der Größe und der Eingangsgeschwindigkeit des Blechs 3 sowie der Zeit abhängig sind, die seit dem Walzen des Blechs 3 verstrichen ist. Das Ausgangssignal des Rechners 17 wird mit einer Brennerregeleinheit 18 verbunden, die wiederum die oberen, unteren und die Kantenbrenner 9, 10 und 11 einzeln oder in Gruppen derart regelt, daß die Differenz zwischen der Oberflächentemperatur des Blechs 3 und der

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Referenztemperatur nahezu Null wird.

Die Kantenbrenner 11, die sich beiderseits des Förderwegs des Blechs 3 befinden, können so angeordnet werden, daß sie von oder zu den Kanten des geförderten Blechs 3 bewegt werden können. Da die Wärmeisolationsabdeckungen und 13 derart vorgesehen sind, daß nicht nur eine wirksame Ausnutzung der von den Brennern 9 und 10 abgegebenen Verbrennungsprodukte,sondern auch eine wirksame Wärmeisolierung des Blechs 3 gewährleistet wird, sind sie mit einem entsprechenden thermischen Isolationsmaterial, beispielsweise keramischen Fasern, ausgekleidet. Vorzugsweise fließt Kühlwasser durch die Wellen der oberen und unteren Walzen 8 und 1,um diese zu kühlen.

Als Härungs- oder Abschreckvorrichtung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert oder unmittelbar hinter oder stromab der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist, wird eine Vorrichtung vom Walzentyp eingesetzt, in der das aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommende Blech 3 entlang eines Förderweges gefördert wird, der durch eine Anordnung von in Längsrichtung voneinander getrennten oberen Walzen 19 und einer Anordnung von ebenfalls in Längsrichtung voneinander getrennten unteren Walzen 21 gebildet wird. Die oberen und unteren Walzen 19 und 21 sind drehbar auf dem beweglichen bzw. ortsfesten Rahmen 6 bzw. 2 wie die oberen und unteren Walzen 8 und 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt. Ebenfalls auf den beweglichen bzw. ortsfesten Rahmen 6 bzw. 2 sind obere und untere Düsen 20 und 22 befestigt, die ein geeignetes Lcschmedium, beispielsweise Wasser_t gegen die Oberflächen des Blechs 3 zwischen den oberen und unteren Walzen 19 und 21 versprühen. Die oberen Walzen 19 und die oberen Düsen 20 sind senkrecht von oder zu dem Blech 3 gleichgängig mit den oberen Walzen 8 und

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den oberen Brennern 9 der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Dicke oder Stärke des Blechs 3 bewegbar.

Nachstehend wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einer Härtungsvorrichtung beschrieben.

Das aus einer nicht gezeigten Walzenstraße kommende Blech 3 wird in die Temperaturausgleichvorrichtung eingeführt, in der das Blech 3 sehr rasch erwärmt wirdι bevor es die Härtungs- oder Abschreckvorrichtung erreicht.

Insbesondere bevor das Blech 3 die Temperatürausgleichsvorrichtung erreicht und sich noch auf dem Eingangstisch 15 befindet, messen die Temperatursensoren 16 die Temperaturen der oberen und unteren Oberfläche des Blechs 3. Dadurch können die Temperaturverteilungen auf den oberen und unteren Oberflächen durch die Recheneinheit 17 erhalten werden. Diese Recheneinheit 17 bestimmt die Anzahl und Stellungen der oberen, unteren und der Kantenbrenner 9, 10 und 11, die zu zünden sind, und deren Brenndauerintervalle in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenztemperatür und den Oberflächentemperaturen des Blechs 3, die durch die Temperatursensoren 16 gemessen wurden, der Größe und der Eingangsgeschwindigkeit des Blechs, der Zeitdauer, die seit der-Vorbehandlung, beispielsweise dem Walzen, des Blechs verstrichen ist, und dergleichen. Auf das Ausgangssignal der Rechnereinheit 17 hin wählt und zündet die Brennerregeleinheit 18 die entsprechenden oberen, unteren und die Kantenbrenner 9, 10 und 11, so daß das Blech 3, dessen Temperaturverteilung im allgemeinen nicht einheitlich ist und dessen lokale Temperaturen teilweise unterhalb der gewünschten oder der Referenz-

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temperatur liegen, einheitlich auf die gewünschte Referenztemperatur erwärmt werden kann, bevor es die Temperaturausgleichsvorrichtung verläßt und die Härtungsoder Abschreckvorrichtung betritt.

Zusätzlich zu den Ausgangssignalen aus den Temperatursensoren 16 werden die Daten, die die Recheneinheit 17 benötigt, um beispielsweise die vorstehenden Entscheidungen zu treffen, von entsprechenden Sensoreinrichtungen od. dgl. an der vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten Linie und dem Blechsensor 14 übertragen, der die Dicke oder Stärke, die Lage und die Eingangsgeschwindigkeit des Blechs 3 abgreift.

Die Antriebsvorrichtungen 7 sind so angetrieben, daß die oberen Walzen 8 und 19, die oberen Brenner 9 und die oberen Wassersprühdüsen 20 auf dem beweglichen Rahmen auf eine entsprechende abhängige Höhe von der Dicke oder Stärke des Blechs 3 angehoben oder abgesenkt werden können.

Wenn das Blech 3 durch die Temperaturausgleichvorrichtung gefördert wird, werden die entsprechend gewählten' Brenner 9, 10 und 11 gezündet, so daß ausgewählte Bereiche des Blechs 3, dessen lokale Temperaturen unterhalb der Referenztemperatür liegen, auf die Referenztemperatur erwärmt werden können. Es wird ein Blech 3 erhalten, das rasch und einheitlich auf die Referenzoder gewünschte Temperatur erwärmt werden kann.

Das Blech 3 wird zwischen den oberen und unteren Walzen und 1 entlang des zuvor bestimmten Förderwegs gefördert. Dabei kann der Abstand zwischen dem Blech 3 und den oberen, unteren und den Kantenbrenner 9, 10 und 11 konstant und derart minimal gehalten werden, daß die Flammen aus den Brennern 9, 10 und 11 auf das Blech 3 mit schnelleren

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Geschwindigkeiten auftreffen können. Als Ergebnis kann eine beträchtlichere Ausbeute beim Erwärmen sichergestellt werden. Die oberen und unteren Walzen 8 und 1 dienen ebenfalls dazu, Schaden an den Brennern 9, 10 und 11 zu verhindern, die auf Verformungen des Blechs zurückzuführen sind.

Wenn das Blech 3 die Temperaturausgleichsvorrichtung verläßt und die Härtungs- oder Abschreckeinrichtung betritt, ist es auf eine Temperatur erhitzt worden, die oberhalb der Austenit-Umwandlungstemperatur liegt. In der Härtungs- oder Abschreckvorrichtung wird das erwärmte Blech 3 durch das Abschreckmedium, beispielsweise Wasser_?abgeschreckt, das unter hohem Druck gegen die oberen und unteren Oberflächen des Blechs 3 durch die oberen und unteren Sprühdüsen 20 und 22 versprüht wird. Da die Sprühdüsen 20 und 22 zwischen den oberen und unteren Walzen 19 und 21 angeordnet und durch einen entsprechenden Abstand von dem Förderweg des Blechs 3 getrennt sind, können Beschädigungen an ihnen durch thermische oder andersartige Verwerfungen des Blechs 3 verhindert werden.

Vorstehend wurde die Erfindung ausführlich in Verbindung mit Härtungsbehandlungen eines Stahlblechs beschrieben. Selbstverständlich kann die Erfindung gleichermaßen an anderen Stahlprodukten ausgeübt werden.

In Fig. 3 sind einige Anordnungen von Wärmebehandlungslinien gezeigt.

Fig. 3 (A) zeigt eine Anordnung einer Härtungslinie des Typs, der vorstehend in Verbindung" mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurde und der unmittelbar auf eine Walzstraße a hintereinander angeordnet folgt. Das Stahlprodukt, das auf eine entsprechende Temperatur (von 1100 bis 1200°C)

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erwärmt oder geglüht worden ist, tritt in die Walzstraße a ein, in der es weiter in eine gewünschte Form gewalzt wird. Das gewalzte Produkt wird von einem Fördertisch b.. zu einer Richtvorrichtung c und das gerichtete Produkt wird von einem Tisch b zu der erfindungsgemäßen Temperaturausgleichsvorrichtung gefördert, in der das Stahlprodukt rasch und einheitlich in der vorstehend beschriebenen Weise auf eine Temperatur erwärmt wird, die oberhalb der Austenitumwandlungstemperatur (von 800 bis 100O⁰C) liegt. Das erwärmte Stahlprodukt wird anschließend rasch in der Abschreckvorrichtung e in vorstehend beschriebener Weise abgeschreckt. Das abgeschreckte Produkt wird über einen Tisch b₂ zur nächsten Linie od. dgl. gefördert. Da das gewalzte Produkt weiterhin erwärmt und unmittelbar durch die Richtvorrichtung c zur Temperatürausgleichsvorrichtung d gefördert wird, ist kein Ofen zur erneuten Erwärmung notwendig. Zusätzlich kann die Härtungslinie d und e hintereinander bezüglich der Walzlinie a angeordnet werden.

Fig. 3 (B) zeigt eine Anordnung einer Temperlinie.

In der Abschreckvorrichtung e wird das Stahlprodukt rasch auf eine Martensit-Umwandlungstemperatur abgekühlt, die von 200 bis 400°C reicht. Das abgeschreckte Produkt wird sofort und rasch auf die gewünschte Tempertemperatur (in einem Bereich von 400 bis 700°C) in der erfindungsgemäßen Temperaturausgleichsvorrichtung d in der vorstehend beschriebenen Weise erwärmt. Das erwärmte Stahlprodukt wird anschließend über einen Tisch b₁ zu einem Temperofen f gefördert, in dem das Produkt bei einer vorgewählten Temperatur innerhalb einer vorbestimmten Zeit gehalten wird. Das getemperte Stahlprodukt wird anschließend über einen Tisch b₂ zur nächsten Linie od. dgl. gefördert. Da das Stahlprodukt rasch in der Temperaturausgleichsvorrichtung d erwärmt wird, reicht es

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für den Temperofen f, das Stahlprodukt bei der vorbestimmten Tempertemperatur zu halten. Deshalb muß keine zusätzliche thermische Energie im Temperofen £ aufgebracht werden, so daß der Ofen in kompakter Größe vorliegen und eine beträchtliche Einsparung thermischer Energie erreicht werden kann. Zusätzlich können ein Walzengefäßofen oder ein Schwingbalkenherd als Temperofen f eingesetzt werden.

In Fig. 3 (C) ist eine Ordnung einer Normalisierungslinie gezeigt.

Das in einer Walzstraße gewalzte Stahlprodukt wird über einen Tisch b,. , die Richtvorrichtung c und einen Tisch bg zu einem Überführungstisch g gefördert, von dem das Stahlprodukt zu einer Seitenlinie oder einer Normalisierungslinie hinübergefördert wird, die aus der Temperaturausgleichsvorrichtung d und einem Normalisierungsofen h besteht. In dieser Seitenlinie wird das Stahlprodukt rasch auf eine oberhalb der Austenit-Umwandlungstemperatur liegende Temperatur erwärmt und anschließend in den Normalisierungsofen h überführt, in dem das Stahlprodukt über einen bestimmten Zeitraum bei der vorbestimmten Normalisierungstemperatur gehalten wird. Wie bei der in Fig. 3B gezeigten Produktionslinie muß keine thermische Energie im Normalisierungsofen h aufgewandt werden, so daß dieser eine kompakte Größe besitzen kann und eine beträchtliche Einsparung an thermische? Energie erhalten wird. Zusätzlich können ein Walzengefäßofen oder ein Schwingbalkenherd eingesetzt werden.

Um die Vorteile der Wärmebehandlungslinie in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Temperaturausgleichsvorrichtung, wie in Fig. 3 (A), 3(B) und 3(c) gezeigt, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmebehandlungslinien darzustellen, sind in nachstehender

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Tabelle Vergleichsergebnisse gezeigt? die bei Wärmebehandlungen von Stahlplatten mit einer Dicke von 25 mm erhalten wurden.

	Härten	Er- findg	Tempern	I Er- findg.	Normalisieren	Er- findg
Plattentemperat. vo3 dem Erwärmen	St.d.T	7OO°C	St.d.T	3OO°C'	St.d.T	7OO°C
Erwärmungs temperat.	" 3O°C	93O°C	30°C	65O°C	30°C	910⁰C
Erwärmungs ζ eit	93O°C	lOOsek	65O°C	60sek	910⁰C	lOOsek
Wärmemenge zum Er wärmen einer Tonne Platten auf die Wärmebehandlungs- temperatur	40min	110,00( kcal	60min	)150,00( kcal	40min	)110,000 kcal
Glühzeit	400,000 kcal	0	)260,00( kcal	30min	)400,00( kcal	20min
O	30min	20min

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die Erwärmungszeit beträchtlich vermindert und die Wärmemenge bemerkenswert gesenkt werden kann, wenn die- erfindungsgemäße Temperaturausgleichsvorrichtung in eine Wärmebehandlungslinie zum Härten, Tempern oder Normalisieren aufgenommen wird.

Die oberen, unteren und die Kantenbrenner 9, 10 und 11

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weisen vorzugsweise einen derartigen Aufbau auf, wie er beispielsweise nachstehend in Verbindung mit Fig. 4» 5 und 6 beschrieben ist, um die Stahlprodukte rasch und einheitlich zu erwärmen. Ein solcher Brenner besitzt einen äußeren Hohlzylinder 29 und einen inneren Hohlzylinder 23, der sich durch den Boden oder durch das eine?Düse 31 des äußeren Hohlzylinders 29 gegenüberliegende Ende koaxial in diesem Hohlzylinder 29 erstreckt. Der innere Zylinder 26 besitzt einen doppelwandigen Aufbau. Das bedeutet, daß er koaxiale äußere und innere zylindrische Wände mit einem ringförmigen oder zylindrischen Zwischenraum 24 dazwischen aufweist, wobei die Stirnseite dieses Zwischenraums 24 geschlossen ist. Der innere Zylinder 26 weist weiterhin einen Gaseinlaß 25, der mit dem ringförmigen oder zylindrischen Zwischenraum 24 in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Gasdüsen 26 auf, die die äußere Wand entlang deren Kreisumfang in gleichem Winkelabstand voneinander getrennt durchsetzen und sich in der Nähe der Stirnseite des ringförmigen oder zylindrischen Zwischenraums 24 befinden. Diese Gasdüsei 26 können durch Bohren oder auf andere Weise hergestellt sein. Ein Hilfsbrenner oder eine Zündkerze 27 erstreckt sich durch die zylindrische Bohrung des inneren Zylinders 23·

Der äußere Zylinder 29 ist mit einem entsprechenden feuerfesten Material ausgekleidet und weist eine Düse 31, einen Lufteinlaß 32,der sich am zylindrischen Zwischenraum zwischen den äußeren und inneren Zylindern 29 und 23 öffnet und in der Nähe des Brennerbodens angeordnet ist, und eine Brennkammer 30 auf, an die sich die Düse anschließt. Zu dem äußeren Zylinder 29 gehört weiterhin eine Anordnung von ersten Leitwänden 33., , die sich radial nach innen erstrecken und um den gleichen Winkel voneinander getrennt sind. Sie sind in einem entsprechenden Abstand im Zwischenraum zwischen der Stirnseite des

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inneren Zylinders 23 und der Düse 31 des äußeren Zylinders 29, wie in Fig. 4 und 6 gezeigt, angeordnet. Zu dem äußeren Zylinder 29 gehört weiterhin eine Anordnung von zweiten Leitwänden 33p, die im wesentlichen der Anordnung der ersten Leitwände 33^ gleichen. Die Anordnung der zweiten Leitwände 33p ist zwischen der Anordnung der ersten Leitwände 33., und der Düse 3X angeordnet, wobei sie von den ersten Leitwänden 33,» durch einen entsprechenden Abstand getrennt sind. Die zweiten Leitwände 33p sind etwas kurzer als die ersten Leitwände 33j und, wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich, derart angeordnet, daß sie nicht mit den ersten Leitwänden 33^ überlappen, wenn man in die Richtung des Pfeils VI gemäß Fig. 4 blickt. Die Brennkammer 30 ist deshalb in eine Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden Räumen od. dgl. durch die ersten und zweiten Leitwände 33- und 33₂ geteilt, so daß eine vollständige Verbrennung gesichert werden kann.

Ein Gebläse 28 ist zwischen den äußeren und inneren Zylindern 29 und 23, wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, angeordnet.

Nachstehend wird der Betrieb dieses Brenners geschildert.

Die Brennluft wird durch den Lufteinlaß 32 in den Brenner eingespeist und fließt axial durch den Zwischenraum zwischen den äußeren und inneren Zylindern 29 und 23 gegen das Gebläse 28, das das axiale Fließverhalten der Brennluft in ein verwirbeltes Fließverhalten ändert. Ein Brenngas fließt aus dem Gaseiniaß 25 in den Zwischenraum 24 und wird durch die Gasdüsen 26 in den Zwischenraum zwischen dem äußeren und dem Inneren Zylinder und 23 kurz hinter oder stromab des Gebläses 28 so eingeleitet, daß das Gas gut mit der verwirbelten Brennluft gemischt werden kann. Das Brenngemisch wird durch

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den Hilfsbrenner oder die Zündkerze 27 derart gezündet, daß eine primäre Verbrennung mit einer sehr stabilen Flamme am Stirnende des inneren Zylinders 23 auftritt. Die Verbrennungsprodukte und das unverbrannte brennbare Gemisch treffen auf die ersten und anschließend die zweiten Leitwände 33- und 33pt ^so daß die Verwirbelungskrafte gedämpft werden und ein turbulentes Fließverhalten erhalten wird. Dadurch wird die Verbrennung beschleunigt, so daß eine vollständige Verbrennung sichergestellt werden kann. Das Verbrennungsgas wird bei hoher Temperatur durch die Düse 31 mit hoher Geschwindigkeit (von 50 bis 300 m/s) ausgestoßen und trifft auf das Stahlprodukt, das dadurch rasch erwärmt wird.

Durch die Anordnung der ersten und zweiten Leitwände 33., und 33p wird die Verbrennung bis zu einem Maß beschleunigt oder erleichtert, das durch bisher bekannte Brenner nicht erreicht worden ist, so daß die Brennkammer 30 eine kompakte Größe besitzen kann. Zusätzlich wird eine höhere Verbrennungsrate, die größer als 10 kcal/m h ist, sichergestellt. Weiterhin teilen die ersten und zweiten Leitwände 3S₁ und 33₂ die Brennkammer in der Art in schmale Kammern, daß, sogar auch wenn die effektive oder tatsächliche Länge der Brennkammer verkürzt wird, eine pulsierende Verbrennung verhindert werden kann, die kurzzeitigen Lärm bei hohen Wärmwerten erzeugt und dadurch Brennerschwingungen verursacht. Da weiterhin die ersten und zweiten Leitwände 33.« und 33« angeordnet sind und die zweiten Leitwände 33₂ eine kürzere Länge als die ersten Leitwände 33.. besitzen, wird nicht nur verhindert, daß Flammen mit extrem hohen Temperaturen, die sich durch die Düse 31 erstrecken, auf die Wände der Brennkammer stoßen, sondern es kann auch das Wirbelschließverhalten wirksam gedämpft werden.

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Vorstehend wurde die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Selbstverständlich können zahlreiche Abwandlungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Temperatürausgleichsvorrichtung hinter oder stromab einer kontinuierlichen Schmiedelinie angeordnet sein, um den Temperaturausgleich der Brammen und Barren zu bewirken. Die Temperaturausgleichsvorrichtung kann auch am Auslaß eines Wärmofens angeordnet sein, um Oberflächenfehler, wie Bremsspuren, von Brammen oder Barren zu beseitigen. Es kann eine große Anzahl von Brennern mit einer geringen Kapazität oder Verbrennungsrate in der Größenordnung von 50.000 bis 300.000 kcal/h angeordnet sein und nur eine sehr geringe Anzahl von benötigten Brennern wird gezündet, wodurch eine weitere Brennstoffersparnis erreicht werden kann. Das Signal, das der Dicke oder Stärke eines Stahlprodukts entspricht, aus einem Sensor an einer weiter vorne angeordneten Linie kann direkt an die Antriebsvorrichtungen 7 (vgl. Fig. 1 und 2) angelegt werden, so daß der Blechsensor 14 (vgl. Fig. 1) nur zum Erfassen der Führungskante und der Eingangsgeschwindigkeit eines Stahlprodukts eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß können folgende Merkmale und Vorteile erhalten werden:

i) Die Temperatursensoren 16 und der Rechner 17 sind so miteinander kombiniert, daß sie die Bereiche eines Stahlprodukts erfassen können, dessen lokale Temperaturen unter einer Referenztemperatur liegen,und nur diese Bereiche durch die Brenner 9, 10 und 11 erwärmt werden. Insofern kann das Stahlprodukt rasch und einheitlich auf die gewünschte Temperatur mit einem minimalen Aufwand an thermischer Energie so erwärmt werden, daß die Qualität des wärmebehandelten Stahlprodukts stark ver-

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bessert wird.

II) Während bei den bekannten Erwärmungsbehandlungen die Stahlprodukte von Raumtemperatur auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden, werden erfindungsgemäß die Stahlprodulcte, die schon auf eine bestimmte Temperatur erwärmt sind, nur zusätzlich erwärmt, so daß verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Erwärmungsverfahren die thermische Energie um 50 bis 75% vermindert werden kann.

III) Mit der erfindungsgemäßen Temperaturausgleichsvorrichtung wird eine in einer Linie erfolgende Härtungsbehandlung möglich und es kann ein Wärmebehandlungsofen von großen Abmessungen weggelassen werden. Dadurch können die Anfangskosten oder Baukosten verringert und es kann thermische Energie eingespart werden.

IV) Die Temperaturausgleichsvorrichtung besitzt einen sehr einfachen Aufbau und kann leicht in eine bereits existierende Wärmebehandlungsvorrichtung od. dgl. eingebaut werden. Weiterhin kann der Einbauplatz verringert werden.

V) Da die oberen Brenner 9 auf dem beweglichen Rahmen 6 befestigt sind, kann der Abstand zwischen den Düsen der Brenner 9 und der oberen Oberfläche des Stahlprodukts 3 unabhängig von der Dicke oder der Stärke des Stahlprodukts 3 konstant gehalten werden. Deshalb kann nicht nur ein stabilisierter Temperaturausgleich gesichert, sondern auch die Inspektion und Wartung erleichtert werden.

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VT) Da die oberen und unteren Brenner 9 und 10 zwischen den Walzen 8 und 1 angeordnet sind, können Beschädigungen an den Brennern durch Verwerfungen des Stahlprodukts vermieden werden.

VII) Dtirch die Verwendung von Brennern des in den Fig. 4, 5 und 6 beschriebenen Typs kann eine rasche und einheitliche Erwärmung innerhalb 1/1O bis 1/1OO der Zeit erhalten werden, die bei den bekannten Brennern aufgewandt werden muß. Weiterhin kann der Raum, an dem die Brenner angebracht sind, verringert werden.

VIII) Erfindungsgemäß werden die Stahlprodukte, die zuvor erwärmt worden sind und deren lokale Temperaturen variieren, auf die gewünschten einheitlichen Temperaturen erhitzt. Das bedeutet, daß erfindungsgemäß nicht Stahlprodukte von der Raumtemperatur auf die gewünschten Temperaturen erwärmt werden. Dadurch können beträchtliche thermische Energien eingespart werden. Zusätzlich können Wärmebehandlungsöfen mit sehr kompakter Größe eingesetzt werden.

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Claims

Ishikawajima Harima Jokogyo K.K. 20 445 60/ko Tokio, Japan Patentansprüche

1. Verfahren zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von Brennern einsetzt, Sensoren zum Messen der Verteilung der Oberflächentemperatur des Stahlprodukts verwendet, das zuvor über die Raumtemperatur erwärmt worden ist, die Oberflächentemperaturverteilungen mit einer Referenζtemperatür vergleicht und Bereiche des Stahlprodukts erfaßt, dessen lokale Temperaturen geringer sind als die Referenztemperatur, und einen oder mehrere Brenner wählt und zündet, wobei diese Bereiche des Stahlprodukts erwärmt werden und die Oberflächentemperatur des Stahlprodukts einheitlich bis zur Referenztemperatur erwärmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Anordnung von unteren Walzen, die einen Förderweg des Stahlprodukts darstellen, eine Anordnung von oberen Walzen, die gegenüber den unteren Walzen angeordnet sind,

eine Anordnung von unteren Brennern, die zwischen den unteren Walzen angeordnet sind,

eine Anordnung von oberen Brennern, die zwischen den oberen Walzen angeordnet sind,
einen senkrecht bewegbarenr.iRahmeja, auf dem die oberen

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Vial ζ en und die oberen Brenner befestigt sind, wobei diese von und zum Förderweg in Abhängigkeit von der Dicke oder Stärke des Stahlprodukts bewegbar sind, Temperatursensoren zur Erfassung der Oberflächentemperaturverteilungen des Stahlprodukts vor dem Eintritt des Stahlprodukts in die Vorrichtung,

einen Rechner zum Vergleich der Signale aus den Temperatursensoren mit einer Referenztemperatür, wobei die Bereiche des Stahlprodukts erfaßt werden, dessen lokale Temperaturen unterhalb der Referenztemperatur liegen, und eine Brennerregelvorrichtung_f die auf das Ausgangssignal des Rechners anspricht und selektiv ein oder mehrere obere und untere Brenner zündet, wobei die Bereiche des Stahlprodukts erwärmt und die Oberflächentemperatur dieses Stahlprodukts einheitlich auf die Referenztemperatur gebracht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen der oberen Brenner senkrecht nach oben von einer Ebene getrennt angeordnet sind, die mit der Unterseite der oberen Walzen in Berührung steht, und die Düsen der unteren Brenner senkrecht nach unten von einer Ebene getrennt angeordnet sind, die mit den Spitzen der unteren Brenner in Berührung sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der oberen und unteren Brenner mit einer Vielzahl von Leitwandanordnungen ausgerüstet ist, die sich radial nach innen von einer zylindrischen Innenwand einer Brennkammer erstrecken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Walzen und die-oberen Brenner mit einer oberen Abdeckung und die unteren Walzen und die unteren Brenner mit einer unteren Abdeckung versehen sind.

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