DE3026020C2

DE3026020C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis

Info

Publication number: DE3026020C2
Application number: DE3026020A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Chiba Aoki; Yuichi Funabashi Chiba Fujii; Osamu Mitaka Tokyo Takeuchi
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokyo Jp
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokyo Jp
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1982-12-16
Also published as: JPH0241564B2; GB2063436B; DE3026020A1; FR2470165B1; JPS5672119A; CA1141153A; US4333777A; FR2470165A1; GB2063436A

Description

gen kann. Ein selektiver Betrieb der Brenner ist daher weder notwendig noch vorgesehen und es genügt eine einzige Temperaturmeßstelle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

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

F i g. 2 eine Schnittansicht m Richtung des Pfeiles II in Fig. l.und

Fig.3A bis 3C Anordnungen einer Härte- bzw. Anlaß- bzw. Normalisierungsstrecke, jeweils unter Einschluß einer t.-rfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung wird im Einzelnen in Verbindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung beschrieben, die gemäß Fig. I und 2 zum Härten von Stahlblech eingesetzt werden. Dabei ist die Vorrichtung zum Ausgleichen der Temperaturverteilung unmittelbar vor einer Vorrichtung zum Härten oder Abschrecken vorgesehen.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird Stahlblech 3 durch die Temperatur-Ausgleichsvorrichtung entlang eines Weges gefördert, der durch eine walzenartigen Anordnung von unteren Führungsrollen 1 und oberen Führungsrollen 8 bestimmt ist. Im Ausführungsbeispiel zeigt die untere Führungsrollenanordnung drei untere Walzen aus Führungsrollen 1, die in einem ortsfesten Rahmen 2 drehbar befestigt und in Längsrichtung in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Ihr Antrieb erfolgt über eine Antriebsvorrichtung 4, beispielsweise einen Elektromotor. Jede untere Walze weist eine Vielzahl von scheibenförmigen Führungsrollen 1 auf, die in Achsrichtung voneinander in einem bestimmten Abstand getrennt angeordnet sind (vgl. Fig. 2).

Die obere Anordnung der Führungsrollen 8 gleicht im wesentlichen der der unteren und ist unmittelbar über lezterer angeordnet. Sie befindet sich in einem vertikal bewegbaren Rahmen 6, der auf einem portalartigen Trägergerüst 5 befestigt ist. Auf dem Trägergerüst 5 sind Antriebsvorrichtungen 7 vorgesehen, um den Rahmen 6 vertikal zu bewegen und damit die obere Führungsrollenanordnung in Abhängigkeit von der Dicke des zu behandelnden Stahlblechs 3 gegenüber der unteren Führungsrollenanordnung einzustellen.

An dem Rahmen 6, zwischen den oberen Führungsrollen 8, sind weiterhin obere Brenner 9 angeordnet, deren Düsen in einem bestimmten Abstand von dem Stahlblech 3 entfernt liegen, wenn die oberen Führungsrollen 8 mit dem Stahlblech 3 in Berührung stehen. Entsprechend sind untere Brenner 10 zwischen den unteren Führungsrollen 1 in dem ortsfesten Rahmen 2 so angeordnet, daß die Düsen der unteren Brenner 10 von dem geförderten Blech 3 einen bestimmten Abstand einhalten, wenn das Blech 3 in Berührung mit den unteren Führungsrollen 1 steht.

Auf beiden Seiten des Förderweges des Stahlblechs 3 ist eine Vielzahl von randseitigen Brennern 11 zum Erhitzen der Blechkanten vorgesehen. Auf diese Weise wird das Blech 3 rasch von sämtlichen Seiten durch die Brenner 9, 10 und 11 erwärmt. Diese Brenner werden, wie nachstehend im einzelnen beschrieben, individuell oder in Gruppen geregelt.

Die obere Führungsrollenanordnung 8 und die oberen Brenner 9 sowie die untere Führungsroilenanordnung 1 und die unteren Brenner 10 sind von wärmeisolierenden Abdeckungen 12 bzw. 13 u.Tigeben, die auf den zugehörigen Rahmen 6 bzw. 2 so befestigt sind, daß sie jeweils die dem Stahlblech zugewandten Seite der Führungsrollen freilassen. Hierdurch werden die Brenngase gezielt in Richtung zum Stahlblech 3 gefördert, u:id es wird eine thermische Isolierung des Stahlblechs 3 erzielt.

In der Nähe des Eingangs der Vorrichtung zum Ausgleichen der Temperatur ist eine Vielzahl von Sensoren 14 vorgesehen, mit der die Vorderkante des Blechs 3, dessen Dicke und dessen Eintrittsgeschwindigkeit abgetastet werden können. Die Sensoren 14 sind quer jeweils in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet Oberhalb und unterhalb eines aus Walzen 15 bestehenden Zuführtisches sind Temperatursensoren 16, beispielsweise Infrarotfühler oder optische Temperatursensoren, zur Messung der Temperaturverteilung auf den beiden Oberflächen des geförderten Stahlblechs 3 vorgesehen. Die Sensoren 14 und 16 sind mit einem Rechner (ALU) 17 verbunden, dessen Funktion zumindest mit der eines Mikrocomputers vergleichbar ist. Der Rechner 17 reagiert auf die von den Sensoren 14 und 16 stammenden Signale und erzeugt mehrere Daten, die zum gleichmäßigen Erwärmen des Stahlblechs 3 auf die gewünschte Temperatur benötigt werden. Diese Daten beinhalten die Anzahl oder die Stellung der zu zündenden Brenner 9, 10 und 11, sowie deren Brennzeit-Intervalle, die von dem Unterschied zwischen den Oberflächentemperaturen des Stahlblechs 3 und einer Referenztemperatur, von der Größe und der Eingangsgeschwindigkeit des Stahlblechs 3 sowie von der Zeit abhängig sind, die seit dem Walzen des Stahlblechs 3 verstrichen ist. Das Ausgangssignal des Rechners 17 wird einer Brenner-Regelvorrichtung 18 zugeführt, die wiederum die Brenner 9,10 und 11 einzeln oder in Gruppen derart regelt, daß die Differenz zwischen der Oberflächentemperatur des Stahlblechs 3 und der Referenztemperatur nahezu Null wird.

Die randseitigen Brenner 11, die sich beiderseits des Förderwegs des Stahlblechs 3 befinden, können so angeordnet sein, daß sie gegenüber den Blechkanten bewegt werden können. Die Abdeckungen 12 und 13 sind mit wärmeisolierendem Material, beispielsweise keramischen Fasern, ausgekleidet. Die Wellen der oberen und unteren Führungsrollen 8 und 1 werden von Kühlwasser durchströmt.

Als Härtevorrichtung, die mit der Temperatur-Ausgleichsvorrichtung kombiniert oder unmittelbar anschließend an diese angeordnet ist, wird eine mit Walzen ausgestattete Vorrichtung eingesetzt, in der das aus der Temperatur-Ausgleichsvorrichtung austretende Stahlblech 3 entlang eines Förderweges geführt wird. Dieser Förderweg ist durch eine Anordnung von in Längsrichtung beabstandeten oberen Walzen 19 und einer entsprechenden Anordnung von ebenfalls in Längsrichtung beabstandeten unteren Walzen 21 gebildet. Die Walzen 19 und 21 sind drehbar an den Rahmen 6 bzw. 2 gelagert. An den Rahmen 6 bzw. 2 sind außerdem obere und untere Düsen 20 und 22 befestigt, die ein geeignetes Abschreckmedium, z. B. Wasser, auf die Oberflächen des Stahlblechs 3 sprühen. Die oberen Walzen 19 und die oberen Düsen 20 sind senkrecht gegenüber dem Stahlblech 3, gleichgängig mit den ob?ren Walzen 8 und dem oberen Brenner 9, in Abhängigkeit von der Dicke des Stahlblechs 3 bewegbar.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:

Das aus einer nicht gezeigten Walzstraße kommende Stahlblech 3 wird in die Temperatur-Ausgleichsvorrichtung eingeführt und darin das Stahlblech 3 sehr rasch erwärmt, bevor es die Härtevorrichtung erreicht. Bevor das Stahlblech 3 die Temperatur-Ausgleichsvorrichtung erreicht und sich noch auf dem Zuführtisch 15 befindet, messen die Temperatursensoren 16 die Temperaturen der oberen und unteren Oberfläche des Stahlblechs 3. Aus den Meßwerten wird durch den Rechner 17 die Temperaturverteilung auf diesen Oberflächen ermittelt. Der Rechner 17 bestimmt nunmehr die Anzahl und die Stellung der oberen, unteren und randseitigen Brenner 9,10 und 11, die zu zünden sind. Außerdem bestimmt er die Brenndauerintervalle dieser Brenner in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Referenztempera- '5 tür und den Oberflächenterr.peraturer. des Stahlblechs 3, die durch die Temperatursensoren 16 gemessen wurde. Bestimmend für die Brenndauerintervalle sind außerdem Größe und Eingangsgeschwindigkeit des Stahlblechs 3, die Zeitdauer, die seit der Vorbehandlung des Blechs, hier z. B. seit dem Walzen, verstrichen ist. Auf das Ausgangssignal des Rechners 17 hin wählt und zündet die Brenner-Regelvorrichtung 18 die entsprechenden oberen, unteren und randseitigen Brenner 9,10 und 11, so daß das Stahlblech 3, dessen Temperaturverteilung normalerweise ungleichmäßig ist und dessen örtliche Temperaturen teilweise unterhalb der Referenztemperatur liegen, gleichmäßig auf die Referenztemperatur erwärmt werden kann. Dies erfolgt, bevor das Stahlblech 3 die Temperatur-Ausgleichsvorrichtung verläßt und in der Härtevorrichtung einläuft.

Zusätzlich zu den Ausgangssignalen der Temperatursensoren 16 werden Daten von entsprechenden Sensor-Einrichtungen oder dgl. an einer vor der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten Strecke sowie von dem Sensor 14 an den Rechner 17 übermittelt, die der Dicke, der Lage und der Eingangsgeschwindigkeit des Stahlblechs 3 entsprechen und die der Rechner benötigt, um die vorstehend genannten Regelgrößen für die Steuerung der Brenner zu ermitteln.

Die Antriebsvorrichtungen 7 werden so angetrieben, daß die oberen Walzen 8 und 19, die oberen Brenner 9 und die oberen Sprühdüsen 20 auf dem beweglichen Rahmen 6 auf eine der Blechdicke entsprechende Höhe angehoben oder abgesenkt werden können.

Wenn das Stahlblech 3 durch die Temperatur-Ausgleichsvorrichtung gefördert wird, werden die ausgewählten Brenner 9,10 und 11 gezündet, so daß selektiv Bereiche des Stahlblechs 3, deren örtliche Temperaturen unterhalb der Referenztemperatur liegen, auf die Reierenzternperaiur erhitzt werden. Man erhält somit ein Stahlblech 3 mit einer gleichmäßigen Temperaturverteilung.

Bei der Förderung des Stahlblechs 3 zwischen den oberen und unteren Führungsrollen 8 bzw. 1 wird der Abstand zwischen dem Stahlblech 3 und den Brennern 9,10 und 11 konstant und auf einem Minimum gehalten, so daß die Flammen aus den Brennern 9,10 und 11 mit größtmöglicher Geschwindigkeit auf das Stahlblech 3 auftreffen. Dies steigert die Wärmeausnutzung der Brenner. Durch die geschilderte Anordnung der Brenner zwischen den Führungsrollen 8 und 1 werden Schaden an den Brennern 9, 10 und 11 verhindert, die auf Verformungen des Stahlblechs 3 beruhen könnten.

Nach dem Verlassen der Temperatur-Ausgleichsvorrichtung und beim Einlauf in die H arte vorrichtung hat das Stahlblech 3 eine Temperatur oberhalb der Austenit-Umwandlungstemperatur. In der Härtevorrichtung wird das Stahlblech 3 beispielsweise durch Wasser abgeschreckt, das unter hohem Druck gegen die Oberflächen des Stahlblechs 3 aus den Sprühdüsen 20 und 22 gesprüht wird. Auch die Sprühdüsen 20 und 22 sind aufgrund ihrer Lage zwischen den oberen und unteren Walzen 19 bzw. 21 vor einer Beschädigung durch thermische oder sonstige Verwerfungen des Stahlblechs 3 geschützt.

In Fig.3 sind einige Anordnungen von Wärmebehandlungsstrecken gezeigt, in die die erfindungsgemäße Temperatur-Ausgleichsvorrichtung integriert ist.

Fig.3A zeigt eine Härtestrecke gemäß den vorstehend beschriebenen Fig. 1 und 2, die unmittelbar an eine Walzstraße a anschließt. Das Stahlprodukt, das auf eine Temperatur von 1100 bis 1200⁰C erhitzt ist, tritt in die Walzstraße a ein, in der es zur gewünschten Form gewalzt wird. Das Walzprodukt wird von einem Fördertisch b\ zu einer Richtvorrichtung c und weiter von einem Tisch bi zu der erfindungsgemäßen Temperatur-Ausgleichsvorrichtung d gefördert. In dieser erhält es eine Temperatur, die oberhalb der Austenit Umwandlungstemperatur von 800 bis 1000°C liegt. Anschließend wird das Stahlprodukt in der Abschreckvorrichtung e abgeschreckt und über einen darauf folgenden Tisch bj weitergefördert. Ein zusätzlicher Ofen zur erneuten Erwärmung des Walzprodukts auf die Härtetemperatur ist nicht erforderlich.

Die Fig. 3B zeigt eine Anlaßstrecke. In der Abschreckvorrichtung e wird das Stahlprodukt rasch auf eine Martensit-Umwandlungstemperatur von 200 bis 400⁰C abgekühlt. Das abgeschreckte Produkt wird rasch auf die gewünschte Temperatur von 400 bis 700⁰C in der erfindungsgemäßen Temperatur-Ausgleichsvorrichtung d wieder erhitzt und anschließend über einen Tisch b\ zu einem Glühofen /"gefördert. Darin wird das Stahlprodukt bei einer vorgewählten Temperatur während einer bestimmten Zeit gehalten. Anschließend gelangt es über einen Tisch 62 zur nächsten Behandlung. Da das Stahlprodukt rasch in der Temperatur-Ausgleichsvorrichtung d erwärmt wurde, braucht der Glühofen /"das Stahlprodukt lediglich bei der vorbestimmten Temperatur zu halten, so daß keine zusätzliche Wärme zum Aufheizen aufgebracht werden muß. Der Glühofen /ist somit raumsparend, und Wärmeenergie kann eingespart werden. Auch ist es möglich, einen Walzengefäßofen oder einen Schwingbalkenherd als Glühofen /zu verwenden.

In F i g. 3C ist eine Normalisierungsstrecke gezeigt, in der das Stahlprodukt über einen Tisch bu eine Richtvorrichtung c und einen Tisch O₂ zu einem Überführungstisch /?·gefördert wird. Von dort gelangt es zu einer Seitenstrecke, die aus der Temperatur-Ausgleichsvorrichtung dund einem Normalisier-Glühofen h besteht In dieser Seitenstrecke wird das Stahlprodukt rasch auf eine Temperatur über der Austenit-Umwandlungstemperatur erwärmt und anschließend in dem Glühofen h über einen bestimmten Zeitraum gehalten. Zusätzliche Wärmeenergie zum Zweck einer Temperatursteigerung muß auch hier nicht aufgewandt werden, so daß der Glühofen h raumsparend sein kann und Wärmeenergie eingespart wird. Auch hier kann ein Walzengefäßofen oder ein Schwingbalkenherd für den Glühofen eingesetzt werden.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die Energieeinsparung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den herkömmlichen Arbeitsweisen nach dem Stand der Technik erzielbar ist

	Härten	30 26 020	Tempern	Erfindung	8	Erfindung
7	St. d. T.		St. d. T.	300⁰C		700⁰C
	30⁰C		30°C
		Erfindung			Normalisieren
Plattentemperatur		700⁰C		650⁰C	St. d. T.	910⁰C
vor dem	930°C		65O°C		30⁰C
Erwärmen				60s		100 s
Wärmebehand	40 min	930°C	60 min	629MJ		461 MJ
lungstemperatur	1676 MJ		1090 MJ		910°C
Erwärmungszeit		100 s
Wärmemenge zum		461 MJ			40 min
Erwärmen einer					1676 MJ
Tonne Platten auf				30 min		20 min
die Wärmebehand-	0		30 min
!ungstcrnperatur
Glühzeit	0
			20 min

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis durch den Einsatz mehrerer Brenner, die aufgrund optischer Messungen der Oberflächentemperatur des Gutes und durch den Vergleich mit einer Referenztemperatur geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren zum Messen der Verteilung der Oberflächentemperatur des bereits zuvor erhitzten Stahlerzeugnisses verwendet werden, daß mittels eines Rechners durch Vergleich der ermittelten Temperaturverteilung mit einer Referenztemperatur die lokalen Oberflächenbereiche erfaßt werden, die unterhalb der Referenztemperatur liegen und daß entsprechend den Ausgangssignalen des Rechners, der auch Jie Größe i,nd die Eingangsgeschwindigkeit des Stahlerzeugnisses sowie die Zeit seit der vorausgegangenen Wärmebehandlung berücksicht, ein oder mehrere Brenner so ausgewählt und gezündet werden, daß die Oberflächentemperatur des Stahlerzeugnisses einheitlich die Referenztemperatur erreich:.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung von unteren Führungsrollen (1) und gegenüber liegenden oberen Führungsrollen (8), die einen Förderweg des Stahlerzeugnisses (3) bilden, eine Anordnung von unteren und oberen Brennern (10, 9), die zwischen den Führungsrollen angebracht sind, einen senkrecht bewegbaren Rahmen (6), auf dem die oberen Führungsrollen (8) und die oberen Brenner (9) befestigt sind, wobei diese senkrecht zum Förderweg in Abhängigkeit von der Stärke des Stahlerzeugnisses verstellbar sind, Temperatursensoren (16,14) zur Erfassung der Oberflächentemperaturverteilung des Stahlerzeugnisses (3) vor dem Eintritt in die Vorrichtung, einen Rechner (17) zum Vergleich der Signale der Temperatursensoren mit einer Referenztemperatur und eine a«if das Ausgangssignal des Rechners ansprechende Brennerregelvorrichtung (18).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Führungsrollen (8) und die oberen Brenner (9) mit einer oberen wärmeisolierenden Abdeckung (12) und die unteren Führungsrollen (1) und die unteren Brenner (10) mit einer unteren wärmeisolierenden Abdeckung (13) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen der unteren und oberen Brenner (10,9) jeweils in einem bestimmten Abstand unter bzw. über dem Förderweg des Stahlerzeugnisses (3) angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis durch den Einsatz mehrerer Brenner mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei Wärmebehandlungen von Stahlerzeugnissen, beispielsweise beim Härten, Anlassen und Normalisieren von Walzstahl, werden bisher die Stahlerzeugnisse

zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt und erst anschließend wieder auf die gewünschte Behandlungstemperatur erhitzt, um hierdurch die notwendige gleichmäßige Temperaturverteilung in den Stahlerzeugnissen zu erhalten. Die Wiedererhitzung von Walzstahl erfolgt beispielsweise beim Härten in einem Härieofen, der außerhalb der Walzstrecke angeordnet ist. Ähnliches gilt beim Anlassen und beim Normalisieren, wobei stets ein außerhalb der Walzsirecke angeordneter Ofen benötigt wird. Aufgrund der geschilderten Verfahrensweise muß für die genannten Wärmebehandlungen dem Walzgut erneut eine beträchtliche Wärmeenergiemenge zugeführt werden, die die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt Auch ist es nicht möglich, den Ofen für die Wärmebehandlung in die Walzstrecke zu integrieren, da die für die Wideraufheizung des Walzgutes erforderlichen Zeiten erheblich sind und daher einen Ofen mit sehr großen Abmessungen erfordern würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die der Energieverbrauch bei der Wärmebehandlung von Stahlerzeugnissen erheblich vermindert werden kann und es möglich wird, den Wärmebehandlungsvorgang und den hierfür notwendigen Ofen in einer Linie mit der Walzstrecke anzuordnen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen der Patentansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die von dem vorhergehenden Wärmebehandlungsvorgang, z. B. dem Walzvorgang selbst, dem Stahlprodukt innewohnende hohe Temperatur derart für die nachfolgende Wärmebehandlung ausgenützt, daß durch gezielte Steuerung von über und unter dem Förderweg für das Stahlprodukt angeordneten Brennern die zunächst ungleichmäßige Temperaturverteilung in eine gleichmäßige umgewandelt wird. Hierzu sind Sensoren zum Messen der Verteilung der Oberflächentemperatur des bereits erhitzten Stahlprodukts vorgesehen, deren Temperatur-Meßwerte über einen Rechner in Steuerdaten umgesetzt werden, durch welche die Anzahl und die Brenndauer der einzuschaltenden Brenner gesteuert werden. Im Vergleich zu den bisher notwendigen Wärmemengen, die zur Aufheizung des Stahlprodukts auf die Wärmebehandlungstemperatur erforderlich sind, bedarf es daher nur einer verhältnismäßig geringen Wärmemenge und folglich auch einer nur geringen Aufheizzeit, um diese Temperatur zu erreichen. Es ist daher möglich, die Wärmebehandlung in einer Linie beispielsweise mit einer Walzstrecke durchzuführen, ohne daß Wärmebehandlungsöfen mit sehr großen Abmessungen benötigt werden.

Es ist zwar bereits ein Verfahren zum Ausgleichen lokaler Temperaturunterschiede auf einem Stahlerzeugnis durch den Einsatz mehrerer Brenner bekannt, die aufgrund optischer Messungen der Oberflächentemperatur des Gutes und durch den Vergleich mit einer Referenztemperatur geregelt werden (DE-OS 26 25 135). Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch nicht die zunächst ungleichmäßige Temperaturverteilung mit mehreren Temperaturfühlern gemessen und durch gezielte Steuerung mehrerer über die Gutoberfläche verteilter Brenner ausgeglichen. Vielmehr wird die Temperatur des Gutes auf die über den Gutquerschnitt gleichförmige Wärmebehandlungstemperatur dadurch angehoben, daß dem Gut die notwendige Wärmemenge mittels der Brenner in bestimmten Zeitintervallen so zugeführt wird, daß zwischen den Brennintervallen über den Gutquerschnitt hin ein Temperaturausgleich erfol-