DE3929829A1 - Heat treatment cooling for cylindrical steel parts and containers - has part in continuous variable speed rotation sprayed with water at varying rate to maintain precise temp. gradient - Google Patents

Heat treatment cooling for cylindrical steel parts and containers - has part in continuous variable speed rotation sprayed with water at varying rate to maintain precise temp. gradient

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Abstract

Parts of oil hardening steels have their outer surfaces cooled to at least 200 deg.C. while in continuous rotation. The horizontal axis of rotation is their long axis which is otherwise held stationary relative to the cooling equipment. Control of the process is disclosed in German patent app. P 3 809 645.5. This describes a cooling fluid flow which is reduced during the process at a controlled rate with a 30% redn. from begining flow at the "Leidenfrost" temperature. Nominal values are calculated or chosen from previous tests for use in the control loop. USE/ADVANTAGE - Heat treatment of drill rods or feed rods with enlarged ends for screw connection and parts with unequal cross section. A precise temperature gradient during cooling and energy savings on water heating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen eines zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohres oder Behälters, aus Stahl im Rahmen einer Wärmebehandlung nach Patentanmeldung P 38 09 645.5.The invention relates to a method for cooling a cylindrical Hollow body, in particular a pipe or container made of steel in Frame of a heat treatment according to patent application P 38 09 645.5.

In der Patentanmeldung P 38 09 645.5 wird ein Abkühlverfahren für Hohlkörper aus Stahl im Rahmen einer Wärmebehandlung beschrieben, bei dem ein nichtbrennbares Kühlmittel auf die äußere Oberfläche des Hohlkörpers in der Weise dosiert aufgebracht wird, daß ein vorgegebener Temperaturverlauf in der jeweiligen Kühlzone auf dem Hohlkörper erreicht wird. Hierzu wird die Kühlmittelmenge mit Hilfe einer elektronischen Steuerung während der Kühlung fortlaufend oder in Intervallen vermindert, wobei bei Erreichen der Leidenfrosttemperatur eine scharfe Drosselung der Kühlmittelmenge auf unter 30% der ursprünglichen Kühlmittelmenge vorgesehen ist. Die elektronische Steuerung errechnet und steuert den zeitlichen Verlauf der spezifischen Kühlmittelmenge in Abhängigkeit von der Anfangstemperatur, der Wanddicke, dem Durchmesser und der Materialart des Hohlkörpers sowie von der Kühlmitteltemperatur anhand von in Vorversuchen ermittelten Vorgabewerten und/oder paßt die spezifische Kühlmittelmenge durch Vergleich der sich ständig ändernden Oberflächentemperatur der Kühlzone mit dem gewünschten Solltemperaturverlauf in einem Regelkreis an. In the patent application P 38 09 645.5 a cooling method for Hollow steel described in the context of a heat treatment, at a non-combustible coolant on the outer surface of the Hollow body is metered in the manner that a given Temperature profile achieved in the respective cooling zone on the hollow body becomes. For this purpose, the amount of coolant with the help of an electronic Control during cooling continuously or at intervals diminished, whereby when reaching the Leidenfrosttemperatur a sharp Reduction of the coolant quantity to less than 30% of the original Coolant quantity is provided. The electronic control calculates and controls the time course of the specific amount of coolant in Dependence on the initial temperature, the wall thickness, the diameter and the type of material of the hollow body and of the coolant temperature on the basis of preliminary values determined in preliminary tests and / or fits the specific amount of coolant by comparing the constantly changing Surface temperature of the cooling zone with the desired Setpoint temperature profile in a control loop.  

Der Hohlkörper wird während der Abkühlung im Durchlaufverfahren an unterschiedlich dimensionierten Kühlsystemen vorbeigeführt, wobei in der Art eines Reversierbetriebes auch mehrere Durchläufe entlang desselben Kühlsystems erfolgen können.The hollow body is during the cooling in a continuous process passed different sized cooling systems, wherein in the Type of Reversierbetriebes also several passes along the same Cooling system can be done.

Das beschriebene Verfahren eignet sich grundsätzlich auch für das Abkühlen von Hohlkörpern aus Werkstoffen, die gegenüber Härterissen empfindlich sind und für die an sich als Abschreckmedium Öl vorgeschrieben wird (ölhärtende Werkstoffe). Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei besonders kritischen ölhärtenden Werkstoffen mit dieser Verfahrensweise der Oberflächentemperaturverlauf nicht immer mit der wünschenswerten Genauigkeit eingehalten werden konnte. Dies gilt insbesondere für die Behandlung von zylindrischen Hohlkörpern mit entlang ihrer Längsachse ungleichmäßiger Wanddicke (z. B. Bohrgestängerohre oder Futterrohre mit verdickten Enden für die Schraubverbindungen) und/oder ungleichmäßiger Anfangstemperatur bei Beginn der Abkühlbehandlung.The described method is also suitable for the principle Cooling of hollow bodies made of materials that are resistant to hardening are sensitive and in themselves as a quenching medium oil is prescribed (oil-hardening materials). However, it has been shown that with particularly critical oil-hardening materials with this Procedure of the surface temperature course is not always with the desirable accuracy could be met. this applies in particular for the treatment of cylindrical hollow bodies with along its longitudinal axis of uneven wall thickness (e.g. Drill pipes or casings with thickened ends for the Screw connections) and / or uneven initial temperature Start of the cooling treatment.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine noch exaktere Temperaturführung und somit eine noch schonendere Abkühlung erreichbar ist, wobei auch Hohlkörper mit entlang ihrer Längsachse sich verändernder Wanddicke und/oder Anfangstemperatur in der gewünschten Weise abkühlbar sein sollen.The object of the invention is to the generic method to the effect educate that an even more accurate temperature control and thus a even more gentle cooling can be achieved, with hollow body with along its longitudinal axis of changing wall thickness and / or Initial temperature should be cooled in the desired manner.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. This object is achieved according to the invention with the characterizing Features of claim 1. Advantageous developments of Invention are given in the dependent claims 2 to 9.  

Um den zeitlichen Verlauf auf der Oberfläche des abzukühlenden Hohlkörpers exakter einstellen zu können, sieht die Erfindung vor, daß der Hohlkörper nicht mehr im Durchlaufverfahren an den eingesetzten Kühlsystemen vorbeigeführt wird, sondern daß er während der Abkühlung relativ zum Kühlsystem jeweils ortsfest gehalten wird, wobei er zur Erzielung einer über seinen Umfang gleichmäßigen Kühlung ständig um seine horizontal angeordnete Längsachse rotiert. Das bedeutet, daß ein einzelnes Kühlsystem (z. B. Vollkegelspritzdüse) jeweils nur für die Kühlung einer abgegrenzten Kühlzone auf dem Hohlkörper eingesetzt wird, wohingegen beim Durchlaufverfahren in der Regel die gesamte Oberfläche sukzessive von jedem Kühlsystem behandelt wird, so daß deren Kühlwassermenge in zeitlicher Hinsicht selbstverständlich auch in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit und von der aktuellen relativen Lage des Hohlkörpers zum Kühlsystem eingestellt werden muß. Bei einer für das Durchlaufverfahren ausgelegten Kühlanlagenkonfiguration ist letzteres vielfach sehr schwierig und je nach Anordnung der Kühlsysteme für bestimmte Hohlkörper sogar überhaupt nicht möglich. Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird dagegen die Einflußgröße "Transportgeschwindigkeit" vollständig ausgeschaltet, und es besteht von vornherein jeweils eine eindeutige Zuordnung der Kühlzonen auf dem Hohlkörper zu den einzelnen Kühlsystemen. Aus diesem Grunde können auch Hohlkörper mit sich entlang ihrer Längsachse verändernder Wanddicke und/oder Temperatur in der gewünschten Weise abgekühlt werden, d. h. das Erfordernis einer stärkeren bzw. zeitlich gestreckten Wärmeabfuhr aus einer Kühlzone mit gegenüber anderen Kühlzonen verdickter Wand kann problemlos erfüllt werden, da sämtliche Kühlsysteme von der elektronischen Steuerung unabhängig voneinander einstellbar sind. Um innerhalb einer Kühlzone auch in axialer Richtung des Hohlkörpers eine gleichmäßige Kühlung zu bewirken, kann es zweckmäßig sein, die Kühlwasseraustrittsöffnung jeweils in eine Pendelbewegung mit geringer Amplitude entlang der Längsachse des Hohlkörpers zu versetzen. To cool the time course on the surface of the To be able to adjust the hollow body more precisely, the invention provides that the hollow body no longer in the continuous process at the used Cooling systems is passed, but that during cooling each held stationary relative to the cooling system, wherein he Achieving a uniform over its circumference cooling around its horizontally arranged longitudinal axis rotates. That means a single cooling system (eg full cone spray nozzle) only for the Cooling a delimited cooling zone is used on the hollow body, whereas in the continuous process usually the entire surface is treated successively by each cooling system, so that their Cooling water quantity in time of course, also in Dependence on the transport speed and on the current one Relative position of the hollow body to the cooling system must be adjusted. In one designed for the continuous process Cooling system configuration, the latter is often very difficult and ever after arrangement of the cooling systems for certain hollow bodies even at all not possible. In the procedure according to the invention, however, the Influence variable "transport speed" completely switched off, and From the outset, there is an unambiguous assignment of each Cooling zones on the hollow body to the individual cooling systems. For this Basically, hollow bodies can also be along their longitudinal axis changing wall thickness and / or temperature in the desired manner be cooled, d. H. the requirement of a stronger or temporally stretched heat removal from one cooling zone with respect to others Cooling zones thickened wall can be easily met, since all Cooling systems of the electronic control independently of each other are adjustable. To within a cooling zone in the axial direction of the hollow body to effect a uniform cooling, it can be expedient, the cooling water outlet opening in each case Oscillation with low amplitude along the longitudinal axis of the To displace hollow body.  

Dadurch wird z. B. bei einer Spritzdüse die Wirkung einer ungleichmäßigen Ausbildung des Sprühstrahls weitgehend ausgeglichen. Die von benachbarten Kühlsystemen überstrichenen Kühlzonen überdecken sich dabei teilweise. Die Ausgleichswirkung läßt sich selbstverständlich auch erzielen, wenn der abzukühlende Hohlkörper in Längsrichtung um eine Nullage hin- und herbewegt wird. Der Hub dieser oszillierenden Bewegung beträgt im allgemeinen nur wenige Zentimeter.This z. B. at a spray nozzle, the effect of uneven Training the spray largely balanced. The of adjacent cooling systems covered cooling zones overlap partially. The balancing effect can of course be achieve when the cooled hollow body in the longitudinal direction of a Nullage is moved back and forth. The stroke of this oscillating movement is generally only a few centimeters.

Da die Schwierigkeit bei der Wasserkühlung von an sich ölhärtenden Werkstoffen darin besteht, jederzeit eine ausreichend milde Wärmeabfuhr zu gewährleisten, ist der Temperaturbereich unterhalb der Leidenfrosttemperatur wegen des sich rapide ändernden Wärmeübergangsverhaltens besonders kristisch. In dieser Hinsicht ergeben sich in Weiterbildung der Erfindung besondere Vorteile dadurch, daß zumindest zeitweilig, das heißt z. B. nach Erreichen einer Temperatur im Hohlkörper unter 500-600°C zur Kühlung angewärmtes Wasser, dessen Temperatur zweckmäßig zwischen 50-80°C gewählt wird, eingesetzt wird. Diese Erwärmung verschiebt unter sonst gleichen Bedingungen die Leidenfrosttemperatur zu tieferen und damit für den Werkstoff weniger kritischen Temperaturen. Aus Gründen der Energieeinsparung bietet es sich an, zur Erwärmung dieses Kühlwassers die Abwärme der abzukühlenden Hohlkörper zu nutzen.Since the difficulty in the water cooling of oil-hardening Materials in it, at any time a sufficiently mild heat dissipation to ensure the temperature range is below the Leidenfrost temperature due to the rapidly changing Heat transfer behavior especially kristlich. In this regard, arise itself in development of the invention particular advantages in that at least temporarily, that is z. B. after reaching a temperature in Hollow body at 500-600 ° C for cooling warmed water whose Temperature is suitably chosen between 50-80 ° C, is used. This warming shifts the conditions under otherwise identical conditions Leidenfrost temperature to lower and thus less for the material critical temperatures. For reasons of energy saving it offers to, to heat this cooling water, the waste heat to be cooled To use hollow body.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Abmilderung der Kühlwirkung des eingesetzten Wassers besteht in der Erhöhung der Drehzahl des Hohlkörpers. Insbesondere sollte die Drehzahl bei Erreichen der Leidenfrosttemperatur auf mindestens den doppelten Wert der Anfangsdrehzahl gesteigert werden, so daß durch ein Abschleudern von Wassertröpfchen von der Oberfläche des Hohlkörpers eine geringere Kühlwirkung erreicht werden kann. Another advantageous way to mitigate the cooling effect the water used is the increase in the speed of the Hollow body. In particular, the speed when reaching the Leidenfrosttemperatur to at least twice the value of Initial speed can be increased, so that by a centrifuging of Water droplets from the surface of the hollow body a smaller Cooling effect can be achieved.  

Mit dem erfindungsgemäßen Kühlverfahren können die z. Z. bekannten Vergütewerkstoffe besser ausgenutzt werden, weil die für eine optimale Gefügeausbildung notwendigen Abkühlgeschwindigkeiten exakt vorgegeben und praktisch realisiert werden können. Diese Kühlverfahren ermöglicht gleichmäßige Abkühlgeschwindigkeiten ohne plötzliche und unkontrollierbare Schwankungen.With the cooling method according to the invention, the z. Z. Known Tempering materials are better utilized because of the optimum Structure training required cooling rates exactly specified and can be realized practically. This cooling method allows uniform cooling rates without sudden and uncontrollable fluctuations.

Eine Zunahme der Abkühlgeschwindigkeit bei Erreichen einer bestimmten Temperatur, so z. B. bei einer Phasenumwandlung oder insbesondere bei der Leidenfrosttemperatur kann verhindert werden. Durch die ständige Anpassung der spezifischen Kühlmittelmenge an die augenblickliche Oberflächentemperatur bei vorgegebener Wanddicke bietet sich die Möglichkeit, jede gewünschte Kühlintensität einzustellen und einzuhalten und dabei als Kühlmittel Wasser zu verwenden. Kennzeichnend für das Verfahren ist die ständige kontrollierte Reduzierung der Kühlmittelbeaufschlagung während des Abkühlvorganges.An increase in the cooling rate when reaching a certain Temperature, such. B. in a phase transformation or in particular in the Leidenfrost temperature can be prevented. By the constant Adjustment of the specific coolant quantity to the current one Surface temperature at a given wall thickness offers the Ability to set and maintain any desired cooling intensity and to use water as the coolant. Characteristic of the Procedure is the constant controlled reduction of Coolant application during the cooling process.

Die Beeinflussung der spezifischen Kühlwassermenge wird von einer elektronischen Steuerung übernommen, die auf Regelventile in der Kühlmittelzufuhr entsprechend einwirkt und ggf. eine Umschaltung auf ein Kühlmittelzufuhrsystem mit geringerer Durchsatzleistung und entsprechend feinerer Regelbarkeit und/oder mit anderstemperiertem Kühlwasser und/oder eine Änderung der Drehzahl des Hohlkörpers veranlaßt. Die Einstellwerte für die Ventile bzw. die Schaltimpulse werden von der Steuerung während des Abkühlvorgangs zeitgerecht ausgegeben, wobei zwei Wege zu deren Ermittlung alternativ oder in Kombination vorgesehen sind: The influence of the specific amount of cooling water is from a Electronic control taken on control valves in the Coolant supply acts accordingly and, if necessary, switching over to Coolant supply system with lower throughput and accordingly finer controllability and / or with anderstemperiertem cooling water and / or causes a change in the rotational speed of the hollow body. The Values for the valves or the switching pulses are from the Control during the cooling process issued in a timely manner, with two Ways to identify them are provided alternatively or in combination:  

In Vorversuchen können anhand von Versuchsstücken manuell vorgegebene Zeitreihen für die Einstellwerte der Kühlmittelzufuhr auf ihre Eignung getestet werden, wobei die Ausgangsbedingungen (Temperatur des Hohlkörpers und des Kühlmittels, Wanddicke, Durchmesser, Materialart usw.) festgehalten werden. Wenn geeignete Werte ermittelt worden sind, mit denen der gewünschte Härteeffekt ohne Bildung von Härterissen realisierbar ist, können Hohlkörper, die den Versuchsstücken vom Material und der Geometrie her gleichen, erfolgreich abgeschreckt werden, indem die Durchflußmengensteuerung der Kühlsysteme programmgesteuert mit diesen Vorgabewerten erfolgt.In preliminary tests, manually given test pieces can be used Time series for the setting values of the coolant supply for their suitability be tested, the initial conditions (temperature of the Hollow body and the coolant, wall thickness, diameter, material type etc.). If suitable values have been determined, with which the desired hardness effect without formation of hardening cracks can be realized, hollow bodies, the test pieces of the Material and geometry are the same, successfully quenched by controlling the flow rate of the cooling systems programmatically with these default values.

Bei Abweichungen der Ausgangsbedingungen (z. B. Temperatur, Durchmesser, Wanddicke) können aus der ursprünglichen Zeitreihe geeignete Werte von der elektronischen Steuerung mit Hilfe eines Korrekturprogramms errechnet werden, so daß mit den extrapolierten oder interpolierten Werten aus der Vorversuchsreihe ohne weiteres auch andere Hohlkörper abgekühlt werden können. Dabei wird die spezifische Kühlmittelmenge V, bevor der Hohlkörper bis auf Leidenfrosttemperatur abgekühlt ist, vorzugsweise nach folgender Beziehung eingestellt:In case of deviations of the initial conditions (eg temperature, diameter, Wall thickness) can be from the original time series suitable values of the electronic control with the help of a correction program be calculated so that with the extrapolated or interpolated Values from the preliminary test series readily other hollow body can be cooled. The specific amount of coolant V, before the hollow body has cooled down to Leidenfrost temperature, preferably set according to the following relationship:

Darin bedeuten:In this mean:

Die spezifische Kühlmittelmenge wird auf die Werkstückoberfläche des zu kühlenden Gutes bezogen. Die Kühldauer T8-5 ist eine Werkstoffkenngröße und ist je nach gewünschtem Gefüge aus dem ZTU-Schaubild des betreffenden Werkstoffes zu entnehmen.The specific amount of coolant is related to the workpiece surface of the material to be cooled. The cooling time T 8-5 is a material parameter and, depending on the desired microstructure, can be found in the ZTU diagram of the relevant material.

Im Bereich der Werkstückoberflächentemperatur unterhalb der Leidenfrosttemperatur wird die spezifische Kühlwassermenge V vorzugsweise entsprechend folgender Beziehung eingestellt:In the area of the workpiece surface temperature below the Leidenfrosttemperatur is the specific amount of cooling water V preferably set according to the following relationship:

Die einzelnen Größen haben die gleiche Bedeutung wie oben, wobei der Wertebereich für F allerdings von 1 bis maximal 40 reicht. The individual sizes have the same meaning as above, wherein the Range of values for F, however, ranges from 1 to a maximum of 40.  

Alternativ zum Nachfahren einer vorgegebenen Zeitreihe für die spezifische Kühlwassermenge kann die Beeinflussung der Kühlwasserzufuhr während des Abkühlvorgangs auch im Sinne eines Regelkreises durchgeführt werden, wobei der elektronischen Steuerung ein zeitabhängiger Sollverlauf der Oberflächentemperatur des abzukühlenden Hohlkörpers vorgegeben wird. Die Vorgabewerte sind materialabhängig. In diesem Fall sind in der Abschreckanlage Sensoren zur Temperaturmessung vorzusehen und mit der elektronischen Steuerung zu verbinden. Die Steuerung ist dadurch in der Lage, die Einstellwerte für die Regel- und Absperrventile der Kühlsysteme selbsttätig aufzufinden und entsprechend dem angestrebten Abkühlverlauf zeitlich zu verändern.Alternatively to descend on a given time series for the specific amount of cooling water can affect the cooling water supply during the cooling process also carried out in the sense of a control loop be, with the electronic control a time-dependent Target profile of the surface temperature of the hollow body to be cooled is given. The default values are material-dependent. In this case In the quenching system sensors are to be provided for temperature measurement and to connect with the electronic control. The controller is thus able to adjust the settings for the control and shut-off valves to find the cooling systems automatically and according to the To change the desired course of cooling time.

Es ist auch möglich, eine Kombination von Steuerung und Regelung der Kühlmittelzufuhr anzuwenden, indem z. B. in der Anfangsphase des Abschreckvorgangs, in der eine schroffe Abkühlung erwünscht ist, im Sinne einer Steuerung, also mit fest vorgegebenen Einstellwerten der Ventile gearbeitet und erst später auf eine Regelung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Temperatur und der Abkühlzeit übergegangen wird.It is also possible to use a combination of control and regulation of Apply coolant supply by z. B. in the initial phase of Quenching process in which a rapid cooling is desired in the Meaning of a control, ie with fixed preset values of Valves worked and only later on a scheme depending on the actual temperature and the cooling time is transferred.

Anhand der in der Figur dargestellten Abkühlanlage wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert.On the basis of the cooling system shown in the figure is a Embodiment of the invention explained in more detail below.

Über ein nicht dargestelltes Temperatursystem ist ein abzukühlender Hohlkörper (z. B. Stahlrohr 1) in die Abkühlanlage einführbar. Die Abkühlanlage weist ein Gehäuse 3 auf, in dem ein Rollensystem 2 angeordnet ist, auf dem der Hohlkörper auf der Stelle um seine horizontale Achse motorisch drehbar ist. Entlang der Hohlkörperachse sind mehrere Kühlmittelzufuhrsysteme 4, 5, 6 parallel zueinander angeordnet. By means of a temperature system, not shown, a hollow body to be cooled (eg steel tube 1 ) can be introduced into the cooling system. The cooling system has a housing 3 , in which a roller system 2 is arranged, on which the hollow body is rotatably mounted on the location about its horizontal axis. Along the hollow body axis a plurality of coolant supply systems 4, 5, 6 are arranged parallel to each other.

Die Kühlmittelzufuhrsysteme 4, 5, 6 sind mit Einzelspritzdüsen bestückt, deren Apertur unterschiedlich gewählt ist, um gestufte Kühlmittelmengen, d. h. sehr große und auch kleine Mengen auf den abzukühlenden Hohlkörper aufbringen zu können. Die Abstände der Einzelspritzdüsen untereinander sind so gewählt, daß die ihnen zuzuordnenden Kühlzonen die gesamte Oberfläche des Hohlkörpers 1 überdecken können. Durch die in den Kühlmittelzuführleitungen angeordneten Regel- und Absperrventile (Motorventil 10, Magnetventil 11) kann die Kühlmittelmenge jedes Spritzdüsensystems 4, 5, 6 innerhalb des Regelbereichs variiert oder ganz unterbrochen werden. Während die schematische Darstellung für das Kühlmittelzufuhrsystem 5 lediglich ein gemeinsames Motorventil 10 und Magnetventil 11 zeigt, was zur Behandlung einfacher Hohlkörper vielfach ausreicht, kann im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch die entsprechende Regelbarkeit jeder einzelnen Spritzdüse vorgesehen sein, um entlang der Hohlkörperachse unterschiedliche Kühleffekte zu erzielen.The coolant supply systems 4, 5, 6 are equipped with individual spray nozzles whose aperture is chosen differently in order to be able to apply stepped amounts of coolant, ie very large and also small quantities, to the hollow body to be cooled. The distances between the individual spray nozzles are selected so that the cooling zones assigned to them can cover the entire surface of the hollow body 1 . By arranged in the Kühlmittelzuführleitungen control and shut-off valves (motor valve 10 , solenoid valve 11 ), the coolant quantity of each spray nozzle system 4, 5, 6 can be varied within the control range or completely interrupted. While the schematic representation of the coolant supply system 5 shows only a common engine valve 10 and solenoid valve 11 , which is often sufficient for the treatment of simple hollow body, of course, the corresponding controllability of each spray nozzle can be provided in the invention to achieve different cooling effects along the hollow body axis ,

Die Ansteuerung der Ventile 10, 11 erfolgt über die von der elektronischen Steuereinrichtung 8 (z. B. Prozeßrechner) ausgehenden Steuerleitungen 9. Die Steuereinrichtung 8 kann über die Ein-/Ausgabeeinheit 12 mit Steuerprogrammen und technologischen Daten 13 für die Beschreibung des gewünschten Abkühlvorgangs und der zu behandelnden Hohlkörper 1 versorgt werden. Für den Fall, daß die Prozeßführung in Form eines Regelkreises gestaltet werden soll, ist mindestens ein Temperatursensor 7 zur Ermittlung der Oberflächentemperatur des Hohlkörpers 1 innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet und steuerungsmäßig mit dem Prozeßrechner 8 verbunden. In der Abbildung ist nicht dargestellt, daß auch die Antriebe für das Rollensystem 2 vom Prozeßrechner 8 angesteuert sein können, um die Drehzahl des Hohlkörpers 1 einzustellen und/oder zu verändern. The actuation of the valves 10, 11 takes place via the control lines 9 originating from the electronic control device 8 (eg process computer). The control device 8 can be supplied via the input / output unit 12 with control programs and technological data 13 for the description of the desired cooling process and the hollow body 1 to be treated. In the event that the process control is to be designed in the form of a control loop, at least one temperature sensor 7 is arranged for determining the surface temperature of the hollow body 1 within the housing 3 and connected in terms of control with the process computer 8 . In the figure, it is not shown that the drives for the roller system 2 can be controlled by the process computer 8 to adjust the speed of the hollow body 1 and / or to change.

Ebenfalls ist in der Abbildung nicht dargestellt, daß der Abstand der Spritzdüsen der Kühlmittelzufuhrsysteme 4, 5, 6 von der Oberfläche des Hohlkörpers 1 zweckmäßigerweise einstellbar ist, um eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser zu ermöglichen, und daß die Kühlmittelzufuhrsysteme 4, 5, 6 parallel zur Drehachse in eine oszillierende Bewegung versetzbar sind.Also not shown in the figure, that the distance between the spray nozzles of the coolant supply systems 4, 5, 6 of the surface of the hollow body 1 is suitably adjustable to allow adaptation to different diameters, and that the coolant supply systems 4, 5, 6 parallel to Rotary axis are displaceable in an oscillating motion.

Der Betrieb der dargestellten Anlage, in der als Kühlmittel Wasser eingesetzt wird, erfolgt in der Weise, daß der zur Wärmebehandlung vorgesehene Hohlkörper 1 in erhitztem Zustand z. B. aus einem Ofen in das Gehäuse 3 der Abkühlanlage transportiert und parallel zu den Kühlmittelzuführsystemen 4, 5, 6 auf den Rollen 2 gelagert wird. Entsprechend den in den Prozeßrechner 8 eingegebenen und ggf. umgerechneten Vorgabedaten für die Ventilansteuerung werden die Kühlmittelzuführsysteme 4, 5, 6 in der ersten Abkühlphase z. B. alle zusammen mit voller Leistung betrieben, während sich der Hohlkörper 1 im Spritzbereich der Systeme 4, 5, 6 ständig dreht. Der Zeitpunkt hierfür ist entweder fest vorgegeben (Steuerung) oder wird während des Abkühlvorgangs über eine Temperaturmessung (Regelung) ermittelt.The operation of the system shown, in which water is used as a coolant, takes place in such a way that the intended for heat treatment hollow body 1 in a heated state z. B. transported from an oven in the housing 3 of the cooling system and is mounted parallel to the Kühlmittelzuführsystemen 4, 5, 6 on the rollers 2 . According to the input into the process computer 8 and possibly converted default data for the valve control, the Kühlmittelzuführsysteme 4, 5, 6 in the first cooling phase z. B. all operated together with full power, while the hollow body 1 in the spray area of the systems 4, 5, 6 is constantly rotating. The time for this is either fixed (control) or is determined during the cooling process via a temperature measurement (control).

Entsprechend den technologischen Erfordernissen wird die Kühlmittelzufuhr, während der Hohlkörper ständig weitergedreht wird, kontinuierlich gedrosselt, wobei die leistungsstärksten Kühlsysteme bei Bedarf völlig abgeschaltet werden können. Um besonders milde Kühleffekte zu realisieren, die insbesondere nach Erreichen der Leidenfrosttemperatur erforderlich sind, können Kühlmittelzufuhrsysteme vorgesehen sein, die z. B. Luft/Wasser-Gemische oder auch nur Druckluft oder ein inertes Druckgas auf die Kühlzone aufspritzen bzw. aufblasen. Zur Abschwächung des Kühleffektes empfiehlt es sich insbesondere bei Erreichen der Leidenfrosttemperatur die Drehzahl des Hohlkörpers 1 drastisch (z. B. auf den doppelten oder dreifachen Wert) zu erhöhen. According to the technological requirements, the coolant supply, while the hollow body is constantly being rotated, continuously throttled, the most powerful cooling systems can be completely shut down when needed. In order to realize particularly mild cooling effects, which are required in particular after reaching the Leidenfrosttemperatur, coolant supply systems may be provided, the z. B. air / water mixtures or even just compressed air or an inert pressurized gas spray on the cooling zone or inflate. In order to mitigate the cooling effect, it is advisable, in particular when the Leidenfrost temperature is reached, to increase the rotational speed of the hollow body 1 drastically (eg to twice or three times the value).

Eine weitere Möglichkeit zur Verminderung der Kühlwirkung ist darin zu sehen, vor Erreichen einer kritischen Abkühltemperatur im Hohlkörper auf die Zufuhr von Kühlmittel mit einer erhöhten Temperatur umzuschalten. Wenn beispielsweise in der Anfangsphase der Abkühlung mit Kühlwasser von 15°C gearbeitet wird, so kann vor Erreichen der Leidenfrosttemperatur mit Kühlwasser von z. B. 50-80°C weitergekühlt werden. Hierdurch verschiebt sich die Leidenfrosttemperatur zu tieferen Werten, so daß durch Aufrechterhaltung der Filmverdampfung eine mildere Abkühlung als bei der sonst einsetzenden Blasenverdampfung gewährleistet wird. Zur Erwärmung des Kühlmittels wird zweckmäßig die Abwärme der abzukühlenden Hohlkörper verwendet.Another way to reduce the cooling effect is to see before reaching a critical cooling temperature in the hollow body to switch the supply of coolant at an elevated temperature. If, for example, in the initial phase of cooling with cooling water of 15 ° C is worked, so may before reaching the Leidenfrosttemperatur with cooling water of z. B. 50-80 ° C to be further cooled. hereby the Leidenfrost temperature shifts to lower values, so that by maintaining the film evaporation a milder cooling than is ensured in the otherwise incipient bubble evaporation. to Heating the coolant is expedient the waste heat to be cooled Hollow body used.

Die elektronisch gesteuerte Umschaltung auf unterschiedliche Kühlmittelzufuhrsysteme gewährleistet mit der Regelbarkeit des Kühlmittelstromes ggf. in Verbindung mit einer Drehzahlbeeinflussung und/oder einer Veränderung der Kühlwassertemperatur die Erzielung beliebiger Abkühlintensitäten, die denen von Öl entsprechen oder sogar noch milder ausfallen, ohne daß teure oder problematische Kühlmedien verwendet werden müssen. Vielmehr kann mit Wasser und Wasser/Luft-Gemischen billig und umweltfreundlich gearbeitet werden. Zu Beginn der Abkühlung kann dabei auch mit einem einzigen leistungsstarken Kühlsystem, das z. B. auf der Basis eines laminaren Wasservorhangs arbeiten kann, gearbeitet werden, und es wird nach und nach auf leistungsschwächere Kühlsysteme umgeschaltet. Da es selbstverständlich auch möglich ist, nur Teilbereiche der verwendeten Kühlsysteme einzuschalten, kann bei Bedarf die Abkühlbehandlung auch gezielt auf einzelne Zonen des Hohlkörpers (z. B. auf die Rohrenden) beschränkt werden. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mehrere axial hintereinander angeordnete Hohlkörper gleichzeitig abgekühlt werden können.The electronically controlled switching to different Coolant supply systems ensures with the controllability of Coolant flow possibly in conjunction with a speed change and / or a change in the cooling water temperature, the achievement any cooling intensities, which correspond to those of oil or even even milder, without expensive or problematic cooling media must be used. Rather, it can be with water and Water / air mixtures are cheap and environmentally friendly. At the beginning of the cooling can also be done with a single powerful cooling system, the z. B. on the basis of a laminar Water curtain can work, be worked, and it will after and switched over to less powerful cooling systems. Because it Of course, also possible, only parts of the used If necessary, the cooling treatment can also turn on cooling systems targeted to individual zones of the hollow body (eg on the pipe ends) be limited. Finally, it should be noted that after the method according to the invention also several axially in a row arranged hollow body can be cooled simultaneously.

Claims (9)

1. Verfahren zum Abkühlen eines zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere eines Rohres oder Behälters, aus Stahl im Rahmen einer Wärmebehandlung, wobei in dem jeweils abzukühlenden Bereich (Kühlzone) auf die äußere Oberfläche des Hohlkörpers Kühlwasser durch Übergießen, Aufspritzen oder Aufblasen aufgebracht wird, wobei außerdem die auf die Kühlzone aufgebrachte spezifische Kühlwassermenge während der Abkühlung fortlaufend oder in Intervallen tendenziell vermindert wird, wobei ferner spätestens mit Erreichen des Bereiches der Leidenfrosttemperatur in der Kühlzone eine scharfe Drosselung der Kühlmittelzufuhr auf unter 30% der ursprünglichen spezifischen Kühlwassermenge erfolgt und wobei der zeitliche Verlauf der spezifischen Kühlwassermenge in Abhängigkeit von der anfänglichen Oberflächentemperatur, der Wanddicke, dem Durchmesser und der Materialart des Hohlkörpers sowie der Kühlwassertemperatur anhand von in Vorversuchen ermittelten Vorgabewerten zur Erzielung eines gewünschten zeitlichen Temperaturverlaufs in dem Hohlkörper errechnet und gesteuert und/oder durch Vergleich der sich ständig ändernden Oberflächentemperatur der Kühlzone mit dem gewünschten Solltemperaturverlauf in einem Regelkreis angepaßt wird, nach Patentanmeldung P 38 09 645.5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem ölhärtenden Werkstoff hergestellte Hohlkörper während seiner Abkühlung mindestens bis zum Erreichen einer Oberflächentemperatur von weniger als 200°C unter ständiger Rotation um seine horizontal liegende Längsachse im wesentlichen ortsfest zu den für das Aufbringen des Kühlwassers benutzten Einrichtungen gehalten wird. 1. A method for cooling a cylindrical hollow body, in particular a tube or container, made of steel in the course of a heat treatment, wherein in the respective area to be cooled (cooling zone) is applied to the outer surface of the hollow body cooling water by pouring, spraying or inflation, wherein also the specific cooling water quantity applied to the cooling zone during cooling is tended to be reduced continuously or at intervals, furthermore a sharp throttling of the coolant supply to less than 30% of the original specific cooling water quantity takes place at the latest when the range of the Leidenfrost temperature in the cooling zone is reached and the time course of the specific Cooling water quantity as a function of the initial surface temperature, the wall thickness, the diameter and the type of material of the hollow body and the cooling water temperature on the basis of preliminary values determined in preliminary experiments to achieve g calculated a desired temporal temperature profile in the hollow body and controlled and / or adapted by comparing the constantly changing surface temperature of the cooling zone with the desired setpoint temperature in a control loop, according to patent application P 38 09 645.5, characterized in that the made of an oil-hardening material Hollow body is kept during its cooling at least until reaching a surface temperature of less than 200 ° C with constant rotation about its horizontal longitudinal axis substantially stationary to the facilities used for the application of the cooling water. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Hohlkörpers in den Phasen mit höherer Abkühlgeschwindigkeit niedriger gehalten wird als in Phasen mit geringerer Abkühlgeschwindigkeit.2. The method according to claim 1, characterized, that the speed of the hollow body in the phases with higher Cooling rate is kept lower than in phases with lower cooling rate. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Hohlkörpers mit Erreichen der Leidenfrosttemperatur mindestens auf das Doppelte der anfänglichen Drehzahl gesteigert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the speed of the hollow body with reaching the Leidenfrost temperature at least twice the initial Speed is increased. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abkühlung zur Verminderung der Kühlwirkung auf die Zufuhr von Kühlwasser mit gegenüber der Anfangstemperatur deutlich erhöhter Temperatur umgeschaltet wird.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized, that during the cooling to reduce the cooling effect on the Supply of cooling water with respect to the starting temperature significantly is switched to elevated temperature. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur des Kühlwassers 50-80°C beträgt.5. The method according to claim 4, characterized, that the elevated temperature of the cooling water is 50-80 ° C. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerhöhung des Kühlwassers unter Ausnutzung der Abwärme des Hohlkörpers erfolgt. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized, that the temperature increase of the cooling water taking advantage of Waste heat of the hollow body takes place.   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Kühlmittelmenge V oberhalb der Leidenfrosttemperatur TL entsprechend folgender Bemessungsregel gedrosselt wird: Darin bedeuten: V = spezifische Kühlwassermenge in l/(m²×min) F = dimensionsloser Faktor von 5 bis 2000 s = Wanddicke in mm T8-5 = Kühldauer von 800 auf 500°C in s A = Temperaturleitkoeffizient in mm²/s T = Oberflächentemperatur in °C TU = mittlere Kühlwassertemperatur in °C TL = Leidenfrosttemperatur in °C
7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the specific amount of coolant V above the Leidenfrosttemperatur T L is throttled according to the following design rule: In this mean: V = specific cooling water quantity in l / (m² × min) F = dimensionless factor from 5 to 2000 s = Wall thickness in mm T 8-5 = Cooling time from 800 to 500 ° C in s A = Temperature coefficient in mm² / s T = Surface temperature in ° C T U = average cooling water temperature in ° C T L = Leidenfrost temperature in ° C
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Kühlmittelmenge V unterhalb der Leidenfrosttemperatur TL entsprechend folgender Bemessungsregel gedrosselt wird, wobei der Faktor F im Wertebereich 1-40 liegt: 8. The method according to any one of claims 1-7, characterized in that the specific coolant quantity V is throttled below the Leidenfrosttemperatur T L according to the following design rule, wherein the factor F is in the range 1-40: 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasseraustrittsöffnungen der für das Aufbringen des Kühlwassers benutzten Einrichtungen während der Abkühlung zur Vergleichmäßigung der Kühlwirkung eine Pendelbewegung entlang der Achse des Hohlkörpers ausführen.9. The method according to any one of claims 1-8, characterized, that the cooling water outlet openings for the application of the Cooling water used facilities during cooling to Equalization of the cooling effect a pendulum movement along the Execute the axis of the hollow body.
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