DE3702784C1

DE3702784C1 - Method for hardening steel tubes

Info

Publication number: DE3702784C1
Application number: DE19873702784
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr-Ing Prasser; Georg Dipl-Ing Hofmann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1988-06-09

Abstract

The invention relates to a method for hardening steel tubes using cooling water which is brought, in the form of a laminar water curtain extending over the entire length of the tube to be treated, on to the tube which is rotating in the horizontal position about its own axis at such a rotational speed that the water is applied in the incident region over the entire tube length as a closed film for carrying away the heat. To improve the described method for hardening steel tubes, while eliminating all previously known disadvantages, in such a way that especially at the start of the cooling process a more uniform and intensive cooling of the tube takes place, in order to reduce the cooling time and obtain a uniformly cooled tube, it is proposed that the rotational speed is divided up into two different stages, the rotational speed of the first stage until the beginning of the application of the water film on to the tube surface being set two- to five-times higher than the rotational speed after application of the water film.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Stahlrohren mittels Kühlwasser, das in Form eines sich über die gesamte Länge des zu behandelnden Rohres erstreckenden laminaren Wasservorhanges auf das in waagerechter Lage um seine eigene Achse mit einer solchen Drehzahl rotierende Rohr aufgebracht wird, daß das Wasser sich zur Wärmeabfuhr als geschlossener Film im Anströmbereich über die gesamte Rohrlänge anlegt.The invention relates to a method for hardening steel pipes by means of cooling water, which is in the form of a full length of the laminar water curtain to be treated pipe that in a horizontal position about its own axis with one Speed rotating tube is applied that the water turns to Heat dissipation as a closed film in the inflow area over the entire Pipe length creates.

Derartige Kühlverfahren sind beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift 58-52 426 oder aus der DE 32 16 496 A1 bekannt. Es hat sich gezeigt, daß in der Anfangsphase, d. h. unmittelbar nach Einsetzen der Wasserkühlung zunächst ein Anlegen des Wasserfilmes an die Rohroberfläche nicht erreicht werden kann, weil infolge der hohen Rohrtemperaturen das Wasser die Rohroberfläche nicht benetzen kann und dadurch nur die Zone des Auftreffbereiches des Wasservorhanges eine Kühlwirkung hat. Erst bei einer Temperatur von etwa 400 bis 500 Grad C wird die als Leidenfrost-Phänomen bekannte Dampfhaut zerstört, so daß sich die Kühlung des Rohres dadurch erhöht, daß das laminar aufgebrachte Kühlwasser sich als dünner Wasserfilm unmittelbar an das Rohr anlegt und die Wärme abführt. Die Drehzahl des abzukühlenden Rohres wurde bei dem bekannten Verfahren bisher so eingestellt, daß eine möglichst gleichmäßige Kühlung über den Umfang erreicht wurde, um ein Verziehen des Rohres zu verhindern. Gleichzeitig sollte die Drehzahl nicht zu hoch werden, damit sich der Wasserfilm gut anlegt und nicht infolge der wirkenden Fliehkräfte abgeschleudert wird.Such cooling methods are for example from the Japanese Publication 58-52 426 or known from DE 32 16 496 A1. It has been shown that in the initial phase, d. H. immediately after water cooling starts initially do not apply the water film to the pipe surface can be achieved because of the high pipe temperatures Water cannot wet the pipe surface and therefore only the Zone of the impact area of the water curtain has a cooling effect. Only when the temperature is around 400 to 500 degrees C is the Leidenfrost phenomenon destroys known vapor skin, so that the Cooling of the tube increased in that the laminar applied Cooling water is applied directly to the pipe as a thin film of water and dissipates the heat. The speed of the pipe to be cooled was previously set in the known method so that a possible Uniform cooling over the circumference was achieved to prevent warping to prevent the pipe. At the same time, the speed should not be too get high so that the water film attaches well and not as a result the centrifugal force is thrown off.

Die vorstehend geschilderte Anfangsphase mit schlechter Wärmeabfuhr verzögert nicht nur die Kühlung des Rohres in nachteiliger Weise, sie führt auch infolge der ungleichmäßigen Kühlung zu ungewollten Gefügeveränderungen und zur Verformung des Rohres.The initial phase described above with poor heat dissipation not only delays the cooling of the pipe, they adversely also leads to unwanted as a result of the uneven cooling Structural changes and for the deformation of the pipe.

Ausgehend von den geschilderten Problemen und Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschil derte Verfahren zum Härten von Stahlrohren so zu verbessern, daß insbesondere zu Beginn des Abkühlungsvorganges eine gleichmäßigere und intensivere Kühlung des Rohres stattfindet, um die Kühlzeit zu ver ringern und ein gleichmäßig abgekühltes Rohr zu erhalten.Based on the problems and disadvantages described, present invention the object of the beginning schil improve the process for hardening steel pipes so that especially at the beginning of the cooling process, a more uniform and more intensive cooling of the pipe takes place in order to ver the cooling time wrestle and get an evenly cooled pipe.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Drehzahl des Roh res in zwei unterschiedliche Stufen aufgeteilt ist, wobei die Dreh zahl der ersten Stufe bis zum Beginn des Anlegens des Wasserfilmes um das 2 bis 5fache höher eingestellt wird als die Drehzahl nach dem Anlegen des Wasserfilmes.To solve the problem it is proposed that the speed of the raw res is divided into two different levels, with the rotation number of the first stage by the time the water film is put on that is set 2 to 5 times higher than the speed after Apply the water film.

Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde. Der in laminarer Strömung auf die Rohroberfläche auftreffende Wasservorhang kühlt in der Anfangsphase das Rohr nur in einer sehr schmalen Auftreffzone, die je nach Dicke des Wasservorhanges etwa 5 bis 15 mm beträgt. Die Kühlung erfolgt unmittelbar im Auftreffbereich sehr intensiv, weil dort infolge des Auftreffimpulses des kompakten Wasservorhanges keine Dampfhautbildung stattfinden kann. Unmittelbar neben dem Auftreffbe reich des Wasservorhanges werden die Wasserpartikel durch die sich bildende Dampfhaut weggeschleudert, so daß eine Kühlung dort nur sehr unzulänglich erfolgen kann. Infolge der Erhöhung der Drehzahl des Rohres kann man erreichen, daß die sehr intensiv gekühlte Auftreff zone in kurzer Taktfolge in den Bereich des Wasservorhanges gebracht wird, so daß trotz Dampfhautbildung eine intensivere Kühlung er reichbar ist. Gleichzeitig wird durch die höhere Drehzahl in der An fangsphase die Innenkühlung verbessert, weil Dampfblasen infolge der Zentrifugalkräfte durch kältere und schwerere Wasserteilchen von der Innenoberfläche verdrängt werden. Die Intensivität der Kühlung ist abhängig von der Drehzahl und die Auftreffdauer des Wassers durch die Umfangsgeschwindigkeit, so daß der Durchmesser der Rohre die optima malen Drehzahlen bestimmt. Daraus ergibt sich, daß das Verhältnis zwischen Kühl- und Ausgleichszeit als die Zeit die der gekühlte Rohr abschnitt benötigt, um nach einer Umdrehung wieder in den Bereich des Wasservorhanges zu gelangen, bei größeren Rohrdurchmessern ungünsti ger ist.The invention is based on the following finding. The one in laminar The water curtain hitting the pipe surface cools in in the initial phase, the pipe only in a very narrow impact zone, which is about 5 to 15 mm depending on the thickness of the water curtain. The Cooling takes place immediately in the area of impact, because there due to the impulse of the compact water curtain Vapor formation can take place. Immediately next to the target The water particles become rich in the water curtain forming vapor skin flung away, so that cooling there only very much can be inadequate. As a result of increasing the speed of the Rohres can be achieved that the very intensely cooled impact zone brought into the area of the water curtain in a short cycle is, so that despite the formation of vapor skin, he intensified cooling is reachable. At the same time, the higher speed in the An the internal cooling improves because steam bubbles due to the Centrifugal forces from colder and heavier water particles from the Internal surface to be displaced. The intensity of the cooling is depending on the speed and the duration of impact of the water by the Peripheral speed so that the diameter of the tubes the optima paint speeds determined. It follows that the ratio between cooling and compensation time as the time that the cooled pipe needed to return to the area after one turn To get water curtain, unfavorable for larger pipe diameters is.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird festgelegt, daß die Drehzahl n des Rohres in der ersten Stufe mindestens 90 U/min beträgt und sich nach der FormelAccording to a further feature of the invention, it is determined that the speed n of the tube in the first stage is at least 90 rpm and is in accordance with the formula

ermitteln läßt, wobei D die Dicke des laminaren Wasservorhanges und R den Radius des zu kühlenden Rohres jeweils in mm bezeichnen und die Drehzahl in der zweiten Stufe auf maximalcan be determined, where D is the thickness of the laminar water curtain and R is the radius of the pipe to be cooled in mm and the speed in the second stage to maximum

verringert wird.is reduced.

In einem Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß ein Rohr mit einem Durchmesser von 50 mm von einem laminaren, sich über die gesamte Rohrlänge erstreckenden Wasservorhang gleichmäßig gekühlt wird, des sen Vorhangbreite 15 mm beträgt. In einer ersten Stufe soll nach der oben angegebenen Formel die Anfangsdrehzahl des Rohres 375 U/min betragen. Bei dieser Drehzahl ist die Auftreff-Folge des Was servorhanges auf einen bestimmten zu betrachtenden Bereich der Rohr oberfläche kurz genug, um zu verhindern, daß eine lange Ausgleichs- Zeit der intensiven Kühlung entgegensteht. Nach Unterschreiten der als Leidenfrosttemperatur bezeichneten Temperatur, bei der die Dampf hautbildung aufhört (ca. 400 bis 500 Grad C), wird die Drehzahl des Rohres abgesenkt, und zwar auf einen Wert von ca. 80 U/min. Die erste Stufe bzw. die Anfangskühlphase hat dann ca. 10 s gedauert.In one embodiment it is assumed that a tube with a Diameter of 50 mm from a laminar, covering the entire Pipe length extending water curtain is cooled evenly, the curtain width is 15 mm. In a first stage, after the above formula the initial speed of the pipe 375 rpm be. At this speed, the impact sequence is the what servorhanges to a specific area of the pipe to be considered surface short enough to prevent a long compensation Time of intensive cooling stands in the way. After falling below the referred to as the suffering frost temperature, at which the steam skin formation ceases (approx. 400 to 500 degrees C), the speed of the tube lowered, to a value of approx. 80 rpm. The first stage or the initial cooling phase then lasted approx. 10 s.

Bei der nun eingestellten Drehzahl und nach Erreichen der vorstehend ge nannten Temperatur legt sich das Kühlwasser als dünner Wasserfilm an die obere Hälfte des Rohres an und gestattet somit eine günstige Wärmeabfuhr, während die Drehzahl der zweiten Stufe der Ablösung des Wasserfilms infolge Fliehkraft entgegen wirkt.At the now set speed and after reaching the above ge named temperature, the cooling water forms a thin film of water on the upper half of the tube and thus allows for favorable heat dissipation, while the speed of the second stage due to the detachment of the water film Centrifugal force counteracts.

Versuche haben gezeigt, daß das Ende der ersten Abkühlstufe und damit der Zeitpunkt der Reduzierung der Drehzahl sehr deutlich am Rohr zu beobachten ist, weil der Moment, wo die Dampfhautbildung aufhört, daran zu erkennen ist, daß der Wasserfilm sich an die Oberfläche anzulegen beginnt. Dies ge schieht zunächst nur in einem kleinen Bereich, weil die noch erhöhte Dreh zahl das Wasser wegschleudert. Sobald die Drehzahl in der zweiten Stufe auf den erfindungsgemäß niedrigeren Betrag verringert worden ist, legt sich der Wasserfilm auf einen Bereich von etwa 180 Grad der Rohroberfläche an.Tests have shown that the end of the first cooling stage and thus the The time of the speed reduction can be observed very clearly on the pipe is because the moment when the vapourization stops can be recognized is that the water film starts to lay on the surface. This ge initially only shoots in a small area because of the still increased rotation throws the water away. As soon as the speed in the second stage the lower amount according to the invention has been reduced, the Water film on an area of about 180 degrees of the pipe surface.

Ebenfalls gute Abkühlverhältnisse wurden bei einem anderen Beispiel mit gleicher Dicke des Wasservorhanges er zielt, bei dem das Rohr mit einem Durchmesser von 100 mm mit einer Drehzahl von 188 U/min in Drehung versetzt wurde. Nach Unterschreitung der Leiden frosttemperatur wurde die Drehzahl auf 57 U/min verringert.Cooling conditions were also good in another example with the same thickness of the water curtain he aims at the tube with a diameter of 100 mm at a speed was set at 188 rpm. After falling below suffering the freezing temperature, the speed was reduced to 57 rpm.

Bei einem dritten Beispiel wurde ein Rohr mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Vorhangbreite von 15 mm mit einer Anfangsdrehzahl von 94 U/min in der er sten Abkühlphase gekühlt. Nach Erreichen der Leidenfrosttemperatur wurde die Drehzahl auf 40 U/min verringert, so daß auch hier, wie in den anderen Fällen, eine sehr intensive und günstige Abkühlung des Rohres erzielt wur de.In a third example, a tube with a diameter of 200 mm and one Curtain width of 15 mm with an initial speed of 94 rpm in the cooling phase. After the suffering frost temperature was reached the speed is reduced to 40 rpm, so that here, as in the others Cases, a very intensive and cheap cooling of the tube was achieved de.

Claims

1. Method for hardening steel pipes with cooling water, which in the form of a laminar water curtain stretching over the entire length of the pipe to be treated, is applied to the pipe rotating in a horizontal position about its own axis at such a speed that the water becomes Heat dissipation is applied as a closed film in the inflow area over the entire length of the pipe, characterized in that the speed is divided into two different stages, the speed of the first stage being set two to five times higher until the water film begins to be applied to the pipe surface than the speed after applying the water film.

2. The method according to claim 1, characterized in that the speed of the tube in the first stage is at least 90 U / min and according to the formula can be determined, where D is the thickness of the laminar water curtain and R is the radius of the pipe to be cooled in mm
and the speed in the second stage to maximum is reduced.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the speed change is gradual.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the speed is suddenly reduced.