DE3817237C2

DE3817237C2 - Verfahren und Druckkühlaggregat zum Abkühlen durchlaufenden heißen Produktionsguts aus Stahl und anderem, durch Führen des Wärmeentzugs über stufenlos regelbare Druckwasser-Stauränder

Info

Publication number: DE3817237C2
Application number: DE19883817237
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Krenn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2008-05-21
Also published as: DE3817237A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen durchlaufenden heißen Produktionsguts aus Stahl und anderem, bei dem in einem Abkühlaggregat (Druckkühlaggegrat) Druckwasser zwischen angelegten, ausgestalteten und wirkenden Staurändern auf die heiße Produktoberfläche gedrückt wird und dabei, physikalischen Zwangsmechanismen folgend, das Produktionsgut exakt geführt auf die gewünschte Ab kühltemperatur abgekühlt wird.

Die Erfindung betrifft ein Abkühlaggregat (Druckkühlaggregate) zum Durchführen des Verfahrens zum Abkühlen durchlaufenden heißen Produktionsguts aus Stahl und anderem, bei dem in einem Druckkühlaggregat Druckwasser zwischen angelegten, ausgestalteten und wirkenden Staurändern auf die heiße Produktoberfläche gedrückt wird, wobei das Druckkühlaggregat aus einem länglichen, im Querschnitt produktanalogen, beidseits offenen glatten Hohlraum besteht, an dem innenseitig die Einströmungen für das zum Abkühlen notwendige Druckwasser angeordnet sind.

Aus vielen Veröffentlichungen ist bekannt, daß, z. B. bei Stahl, das Erreichen guter metallurgischer, festigkeits- und verarbeitungsmäßiger Kenndaten bei der Abkühlung von Walzgut aus der Walzhitze, wesentlich von der Art des Abkühl-Verfahrens und von der Art des Abkühl-Aggregats bestimmt wird.

Ende 1970 war das erstemal über die geführte Abkühlung in Druckwasser innerhalb von Druckkühlaggregaten, als Ersatz für die Abkühlung mit Spritzwasser, berichtet worden (Krenn, W.: DE 16 08 327 und DE 19 25 416). In den folgenden Jahren wurde über Walzwerksanlagen berichtet, in denen die geführte Abkühlung innerhalb von Druckkühlaggregraten mit einem Druckraum zwischen zwei Staurändern erfolgt (u. a. Gürtlbauer, F. und Fischer, F.: "neue" Fachberichte, 14. Jahrg. (1973) S. 426; Krenn, W.: Fachberichte Hüttenpraxis Metallverarbeitung Vol. 21, No. 4, 1983; Schifferl, H. A. u. a.: Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 131. Jahrgang (1986), Heft 11, S. 415/21). Die geführte Abkühlung innerhalb von Druckkühlaggregaten wurde 1986 so verbessert, daß die geforderte größere Menge des Wärmeentzugs aus dem Abkühlgut nicht durch ein Anheben des zufahrenden Wärmeübergangswerts erfolgt, sondern daß sie durch das Anheben der Menge des Wärmeentzugs pro dm³ Druckwasser erreicht wird, wobei sich die Größenordnung des dabei zufahrenden Wärmeübergangswerts sich der bei der Patentierung im Bleibad gefahrenen nähert. Dem vielerorts produktionserprobten Druckkühlaggregat mit einem Druckraum zwischen zwei Staurändern wurde 1986 je ein weiterer Druckraum vorne und hinten angegliedert. Es entstand damit ein Druckkühlaggregat mit drei Druckräumen zwischen vier starren Staurändern, in den das Druckwasser in den mittleren Druckraum einströmt und der zu fahrende Wärmeübergangswert, bei gleicher Abkühltemperatur, im Verhältnis der Länge des mittleren Druckraums zu der Gesamtlänge aller drei Druckräume, niedriger gefahren werden kann und dabei die dafür notwendige Druckwasser-Menge ebenfalls sinkt (Krenn, W.: DE 36 26 741). Das Führen der Abkühltemperatur mit noch geringerer Bandbreite wurde 1987 durch das Einströmenlassen des Druckwassers in allen Druckräumen erreicht (Krenn, W.: DE 37 08 128).

Die bekannten Druckkühlaggregate, als Druckkühlrohre mit einem Druckraum zwischen zwei starren Staurändern ausgebildet, für die Herstellung von ziehfähigen Walzdraht, mit hoher und höchster Walzgeschwindigkeit, und oberflächenvergüteten Be tonbewehrungsstrahl (z. B. Tempcore-Stahl), sind mit starren Staurändern hergestellt. Die starren Staurändern bei einfachen Rund- und Vieleck-Querschnitten zu fahren bereitet keine Schwierigkeiten, da diese Produktionsgüter nach dem Verlassen der Walzenstraße nicht wellig sind und i. d. R. auch nicht werden und daher sicher durch die Einlauftrichter und den dahinter angeordneten ersten festen Staurand sicher in das Druckkühlaggregat einlaufen. Bei Flachquerschnitten, z. B. bei dünnem Warmbreitband, kann das Produktionsgut wellig aus der Walzenstraße kommen und/oder auf dem Kühlrollgang wellig werden, wodurch Störungen beim Einlaufen in das Druckkühlaggregat entstehen können, wenn nicht vor dem Druckkühlaggregat dieses verhindernde Maßnahmen getroffen sind. Die starren Stauränder können nur für begrenzte Abmessungsbereiche des Abkühlguts gefahren werden und müssen darüber hinaus, durch eine Vielzahl von starren Staurändern mit kleinerem oder größerem Innen- Querschnitt, gewechselt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Abkühlung durchlaufenden heißen Produktionsguts aus Stahl und anderem, beliebigen Querschnitts- und großen Abmessungsbereichs, in Druckwasser innerhalb eines Druckkühlaggregats, die, den Vordruck erhaltenden festen Stauränder, durch ein den Vordruck erhaltendes Führen eines Teils des in das Druckkühlaggregat einströmende Druckwasser zu ersetzen und den Wärmeentzug aus dem Abkühlgut, für einen möglichst vielgestaltigen Querschnitt- Formen-Bereich und darin für einen großen Abkühlgut- Abmessungs-Bereich, ohne Wechseln von starren Staurändern zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das durchlaufende heiße Produktionsgut aus Stahl oder anderem, nach dem im Anpruch 1 beschriebenen Verfahren und dem im Anspruch 3 beschriebenen Druckkühlaggregat, ohne Veränderung am Druckkühlaggregat, über einen weiten Bereich des Querschnitts- und der Abmessung des Produktionsguts, das Produktionsgut mit einer minimalen Schwankung in der Abkühltemperatur, auf die gewünschte Abkühltemperatur abkühlt.

Es ist nützlich, daß dabei verfahrensmäßig die einzelnen Druckwasser-Arten unterschiedlicher Funktion, qualitätsabhängig, verarbeitungsgerecht und abkühlungsbedingt, der Einström-Menge und der Einström-Stelle nach so korrespondierend geführt und gefahren werden, daß das Abkühlen des Abkühlgutes sowohl mit niedrigem Wärmeübergangswert bei großer Kühllänge und geringer Druckwasser-Menge bei hohem Wärmeentzug pro dm³ Druckwasser als auch mit hohem Wärmeübergangswert bei kürzerer Kühllänge erreicht wird, dabei kann die Länge des Druckkühlaggregats bis zur Länge der gesamten Wasserkühlstrecke reichen, wenn das metallurgisch zulässig und abkühlgutquerschnittsmäßig physikalisch mit Wasser möglich ist oder es liegen zwei oder mehr Druckkühlaggregate, mit oder ohne Ausgleichstrecke, in einer Wasserkühlstrecke, wenn das metallurgisch und/oder verfahrensmäßig ratsam ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird Druckwasser mit mind. 2 bar aus einer Hüttenwasser-Ringleitung, ohne einer Druckerhöhung, in vierfacher Weise verwendet und zwar als:
Stau-Druckwasser - ist Wasser, das eine erfindungsgemäß notwendige Aufgabe erfüllt.
Kühl-Druckwasser - ist Wasser, das die Grundlast des Wärmeentzugs trägt und abmessungsbezogen fest eingestellt wird.
Führungs-Druckwasser - ist gegenüber über dem Kühl-Druckwasser in seiner Menge geringer um so rascher führbar zu sein.
Kondensations-Druckwasser - ist gegenüber dem Führungs-Druckwasser in seiner Menge noch geringer um so sehr rasch und fein regelbar zu sein.

Um den Wärmeentzug in seinem Charakter bestmöglich an den für die Verarbeitung des Abkühlguts notwendigen heranzuführen, ist die weitere Ausbildung so,

- daß das Druckkühlaggregat geteilt in ein Unter- und Oberteil ausgeführt ist.

Einteilig für Walzdraht, Betonbewehrungsstahl, kleine Profile, schmales Flachprofil und dgl., geteilt für schweres Rund, Spundbohlen, schwere Profile, Grobblech, Warmbreitband und dgl.,

- daß die in ihrer Funktion unterschiedlichen Druckwasser-Arten vorzugsweise jede für sich eine eigene Vorlage im Bereich der Druckwasserkühlstrecke hat, die beidseitig eingespeist ist,
- daß zur Beschleunigung des Wasser-Abflusses aus dem Druckkühlaggregat, in den Stabfolge-Pausen, Druckluft an geeigneter Stelle einströmt,
- daß das Druckkühlaggregat als Druckraum nur den Konvektions-Druckraum enthält,
- daß dem Konvektions-Druckraum vorne und/oder oder hinten mehr als ein Verdampfungs-Druckraum angeschlossen ist,
- die Druckräume, innerhalb des Druckkühlaggregats, von außen gekühlt werden,
- daß vor, ggf. innerhalb, und nach dem Druckkühlaggregat Führungen für das Abkühlgut angebracht sind,
- daß ggf. vor und hinter dem Druckkühlaggregat je ein Kondensationskasten mit Brausen angeordnet ist,
- daß vor und hinter dem Druckkühlaggregat geeignete Druckwasser- und/oder Druckluft-Wasserabstreifeinrichtungen angebracht sind,
- daß in ein Druckkühlaggregat mit einem Konvektions- Druckraum und zwei Verdampfungs- Druckräume oder mit nur einem Konvektions- Druckraum, in einer durch Meßfahrten ermittelten Menge pro Abkühlgut, nur das Staurand-Druckwasser und das Kühl-Druckwasser einströmen und die Abkühltemperatur, nur über die Führung der Menge des Staurand-Druckwasser, bei den beiden außenliegenden hydraulischen Staurändern, geführt wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die starren Stauränder und deren Wechseln entfällt, damit das Einlaufen des Abkühlguts in das Druckkühlaggregat erleichtert wird, z. B. bei schnellaufendem welligen Warmbreitband, daß schon mit einfachster Verfahrensweise und Ausführung des Druckkühlaggregats ein vergleichsweise gutes Abkühlergebnis erzielt werden kann und daß aufgrund der durch die Beweglichkeit der hydraulischen Stauränder, nunmehr auch Abkühlgut mit unregelmäßigen und/oder unterschiedlichen Querschnitten mit Druckkühlaggregaten abgekühlt werden kann.

Ein besonderer Vorteil ist weiter, daß neben dem Führen der Menge des Kühl-, des Führungs- und des Kondensations-Druckwassers von 0 bis 100%, auch die erfindungsgemäßen hydraulischen Stauränder in ihrer Stauwirkung von 0 bis über 95% stufenlos geführt werden können, wodurch das Führen des notwendigen Wärmeentzugs für die gewünschte Abkühltemperatur des Abkühlguts, bezogen auf dessen Intensität, in kcal/m² · h · °C, und dessen Zeitdauer, in 1000stel s, mit einer bislang kaum erreichten engen Bandbreite, ermöglicht wird.

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden anlagen- und verfahrensmäßig beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Druckkühlaggregat mit drei Druckräumen,

Fig. 2 ein Druckkühlaggregat mit einem Druckraum und Kühl-Druckwasser-Einströmung im Bereich der Mitte,

Fig. 3 ein Druckkühlaggregat mit einem Druckraum und Kühl-Druckwasser-Einströmung im vorderen Bereich,

Fig. 4 ein Druckkühlaggregat mit fünf Druckräumen, und Kühl-Druckwasser-Einströmung in den mittleren Druckraum.

Fig. 1: Sobald das Abkühlgut das hintere Ende des an beiden Seiten offenen Hohlraum 2 erreicht hat, strömt durch die Kühl-Druckwasser-Einströmungen 7, über das stufenlos regelbare Ventil mit Stellglied 10, das Kühl-Druckwasser aus der Vorlage 15, durch die Führungs- Druckwasser-Einströmungen 8, 8.1 und 8.2, die stufenlos regelbaren Ventile mit Stellgliedern 11, 11.2 und 11.2, das Führungs-Druckwasser aus der Vorlage 16 und durch die Kondensations-Druckwasser- Einströmungen 9.1 und 9.2, über die stufenlos regelbaren Ventile mit Stellgliedern 13.1 und 13.2, das Kondensations-Druckwasser aus der Vorlage 17 in den Hohlraum 2 ein; gleichzeitig strömt durch die Strand-Druckwasser-Einströmungen 3 und 4, 3.1 und 4.1, über die stufenlos regelbaren Ventile mit Stellgliedern 12.1 und 12.2, 12.3 und 12.4, das Staurand- Druckwasser aus der Vorlage 18 in den Hohlraum 2 ein und bildet darin zwischen den hydraulischen Staurändern 3 und 4 den Konvektions-Druckraum 5 und zwischen 3 und 3.1, 4 und 4.1 die Verdampfungs- Druckräume 6.1 und 6.2, womit das Druckkühlaggregat 1 gebildet ist; in das in den Stabfolge-Pausen, zum Beschleunigen des Wasserausfließens aus den Druckräumen, Druckluft durch die Einströmungen 14 einströmt.

Fig. 2: Das dargestellte Druckkühlaggregat stellt die einfache Ausführung dar, wenn man auf die Führungs- Druckwasser-Einströmung 7 und auf die Kondensations- Druckwasser-Einströmungen 9.1 und 9.2 verzichtet und die Staurand-Druckwasser aus der Kühl- Druckwasser-Leitung entnimmt.

Fig. 3: Das dargestellte Druckkühlaggregat kann ebenso einfach ausgebildet sein, wie bei Fig. 2 beschrieben. Diese Ausführung eignet sich besonders für die Umrüstung solcher Druckkühlaggregate von starren Staurändern auf hydraulische Stauränder.

Fig. 4: Das dargestellte Druckkühlaggregat mit großer physikalischer Kühllänge zeigt eine Ausführung bei der in der gesamten Wasserkühlstrecke nur zwei Druckkühlaggregate mit/ohne Ausgleichstrecke liegen oder nur ein einziges ohne Ausgleichstrecke.

Die Verteilung der in das Druckkühlaggregat einströmende Druckwasser-Menge wird aufgrund vorangegangener Meßverfahren, für einen bestimmten Wärmeentzug aus einem bestimmten Abkühlgut, im Moment des Einlaufens des Abkühlguts in das Druckkühlaggregats, etwa in der Größenordnung sein von 27% Kühl-Druckwasser, 20% Führungs-Druckwasser, 3% Kondensations-Druckwasser und 50% Staurand- Druckwasser. Die Menge des Kondensations-Druckwassers soll sehr klein sein, da das regelnde Verändern sehr kleiner Mengen extrem rasch erfolgen kann und aus Tests bekanntgeworden ist, daß mit sehr geringer Menge kalten Druckwassers (Kondensations-Druckwasser) der Wärmeübergangswert des Heißwasser- /Dampfgemisches im Druckwasser-/Heißwasser- /Dampfgemisch blitzartig verändert werden kann, was eine sehr rasche Veränderung des Wärmeentzugs bewirkt, wodurch die gewünschte Abkühllinie und Abkühltemperatur, soweit dies in einer Wasserkühlstrecke möglich ist, mit sehr geringer Bandbreite, schon sehr zwischen angelegten, ausgestalteten und wirkenden Staurändern auf die heiße Produktoberfläche gedrückt wird, wobei das Druckkühlaggregat aus einem länglichen, im Querschnitt produktanalogen, beidseits offenen glatten Hohlraum besteht, an dem innenseitig die Einströmungen für das zum Abkühlen notwendige Druckwasser angeordnet sind, damit physikalischen Zwangsmechanismen folgend, das Produktionsgut exakt geführt auf die gewünschte Abkühltemperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckkühlaggregat aus einem länglichen, im Querschnitt produktanalogen, beidseits offenen glatten Hohlraum besteht, in dem neben den Einströmungen für für das Kühl-, Führungs- und Kondensations- Druckwasser, nach dem Einlauf- und vor dem Auslauf- Trichter an den beiden Enden des Druckkühlaggregats, die Einströmungen für das Stau-Druckwasser, etwa 60 Grad gegen die Druckraumwand nach innen geneigt, bündig mit der Hohlrauminnenwandfläche, nahe an Null, gefahren werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Abkühlen durchlaufenden heißen Produktionsguts aus Stahl und anderem, bei dem in einem Abkühlaggregat (Druckkühlaggregat) Druckwasserr zwischen angelegten, ausgestalteten und wirkenden Stauränder auf die heiße Produktoberfläche gedrückt wird und dabei, physikalischen Zwangsmechanismen folgend, das Produktionsgut exakt geführt auf die gewünschte Abkühltemperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß, nach dem Einlauf- und vor dem Auslauf-Trichter, an den beiden Enden des Druckkühlaggregats Druckwasser, schräg nach innen geneigt mengenmäßig geführt, einströmt und so dem ausströmenden Kühl-, Führungs- und Kondensations- Druckwasser, bei dessen Ausströmen, während dessen Wärmeentzug aus dem durchlaufenden heißen Produktionsgut, aus dem Druckkühlaggregat an dessen beiden Enden, als ein hydraulischer Staurand einen so ausreichenden Staudruck entgegensetzt, daß der Druck des im Druckkühlaggregat entstehenden Wasser-Dampf-Gemisches geführt an der Höhe des Drucks des Druckwassers vor dem dem Druckkühlaggregat gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem, durch die hydraulischen Staurändern an den Enden des Druckkühlaggregats, geschaffenen Druckraum, mit einströmenden Stau-Druckwasser, nach produktbezogenen Abkühlrezepten führbar fahrend, zwei oder mehr hydraulische Stauränder, innerhalb des geschaffenen Druckraumes, gebildet werden.

3. Abkühlaggregat zum Durchführen des Verfahrens zum Abkühlen durchlaufenden heißen Produktionsguts aus Stahl und anderem, bei dem in einem Abkühlaggregat (Druckkühlaggregat) Druckwasser in zentrische oder in eine der Abkühlung des Produktionsguts nützlichere Richtung weisend, angeordnet sind, durch die Stau- Druckwasser einströmend, dort die hydraulische Stauränder bildet, dabei kann die Länge des Druckkühlaggregats (1) bis zur Länge der gesamten Wasserkühlstrecke reichen, wenn das metallurgisch zulässig und abkühlgut-querschnittsmäßig physikalisch mit Wasser möglich ist oder es liegen zwei oder mehr Druckkühlaggregate (1), mit oder ohne Ausgleichsstrecke, in einer Wasserkühlstrecke, wenn das metallurgisch und/oder verfahrensmäßig ratsam ist.

4. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckkühlaggregat (1) geteilt in ein Unter- und ein Oberteil ausgeführt ist.

5. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Funktion unterschiedlichen Druckwasser-Arten (15) bis (18) vorzugsweise jede für sich eine eigene Vorlage (15.1) bis (18.1) im Bereich der Druckwasserkühlstrecke hat, die beidseitig eingespeist ist.

6. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Wasser-Abflusses aus dem Druckkühlaggregat, in den Stabfolge-Pausen, Druckluft an geeigneter Stelle, (14) einströmt.

7. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckkühlaggregat (1) als Druckraum nur den Konvektions-Druckraum (5) enthält.

8. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Konvektions-Druckraum (5) vorne und/oder hinten mehr als ein Verdampfungs-Druckraum (6.1) bis (6.n) angeschlossen sind.

9. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (5) und (6.1) bis (6.n), innerhalb des Druckkühlaggregats (1), von außen gekühlt werden.

10. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor, innerhalb, und nach dem Druckaggregat Führungen (22) für das Abkühlgut angebracht sind.

11. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Druckkühlaggregat (1) je ein Kondensationskasten mit Brausen (23) angeordnet ist.

12. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem Druckkühlaggregat (1) geeignete Druckwasser- und/oder Druckluft-Wasserabstreifeinrichtungen (24) angebracht sind.

13. Verfahren und Druckkühlaggregat nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Druckkühlaggregat (1) mit einem Konvektions- Druckraum (5) und zwei Verdampfungs-Druckräume (6.1) und (6.2) oder mit nur einem Konvektions- Druckraum (5), in einer durch Meßfahrten ermittelten Menge pro Abkühlgut, nur das Staurand- Druckwasser (19) und das Kühl-Druckwasser (15) einströmen und die Abkühltemperatur, nur über die Führung der Menge des Staurand- Druckwassers (18), nur bei den zwei außenliegenden hydraulischen Stauränder (3.1) und (4.1) bzw. (3) und (4), geführt wird.