DE4202178A1 - Verfahren und vorrichtung zur vorbehandlung gegluehter stahlknueppel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung geglühter Stahlknüppel bestimmter Ausgangstemperatur für das anschließende Walzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 als Zusatz zu Patent Nr. (Patentanmeldung Nr. P 41 34 504.5).

Insbesondere beim Stranggießen von Stahlknüppeln bestimmter Stahlgüten, beispielsweise 100 Cr6, können Porositäten auftreten, die beim anschließenden Walzen nicht völlig verschwinden. Bei bestimmten Verwendungen des Stahls muß sichergestellt sein, daß auch diese Restporosität beseitigt ist.

Der Erfindung gemäß Hauptpatent lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren anzugeben, mit dem das Makrogefüge des Stahls homogenisiert wird.

Eine weitere Aufgabe lag darin, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Das angegebene Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, daß Metall, in diesem Fall Stahl, beim Abkühlen schrumpft. Bei diesem Verfahren besteht al­ lerdings die Schwierigkeit, daß der geglühte Stahlknüppel, abgesehen von der Kernporosität, einen mehr oder weniger homogenen Querschnitt besitzt. Damit der oben beschriebene Schrumpfeffekt gezielt zur Verdichtung des Kerns ein­ gesetzt werden kann, wird eine kühlere Oberflächenschicht erzeugt, die eine definierte Schichtdicke aufweist. D. h., daß der Temperaturgradient in dieser Randschicht, auch als Schwarte bezeichnet, wesentlich größer ist als im Kern des Knüppels.

Hierzu wird beim Abkühlen eine hohe Wärmeübergangszahl α angestrebt. Mit anderen Worten: Die Wärme wird aus der Oberflächenschicht möglichst rasch entzogen. An den Abkühlvorgang schließt sich der Walzvorgang direkt an, da­ mit das Temperaturgefälle erhalten bleibt.

Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß die kühlere Oberflächenschicht beim Schrumpfen radial nach innen eine Kompression des Kerns bewirkt, wo­ durch dieser verdichtet wird. Beim sich sofort anschließenden Walzen, wenn also die geschrumpfte, kühlere Oberflächenschicht und der heiße Kern noch existieren, wird im nicht abgekühlten Bereich durch die Walzkräfte eine weitere Verdichtung erreicht, die stärker ist als die durch das Walzen in der Oberflä­ chenschicht erzielte.

Beim Gegenstand der Hauptanmeldung wurde eine Druckwasserkühlung ein­ gesetzt, die aus einer Kühlstrecke besteht, die aus mindestens einem Druck­ kühlaggregat in Form eines Gehäuses mit relativ zum Gehäusequerschnitt ver­ engter Eintritts- und Austrittsöffnung für den zu kühlenden Stahlknüppel be­ steht, die so bemessen ist, daß bei eintretendem bzw. austretendem Knüppel ein möglichst enger Spalt zwischen Stahlknüppeloberfläche und Öffnungsrand erreicht wird, so daß das in das Gehäuse einströmende Wasser hauptsächlich für den Kühlvorgang unter Druck zur Verfügung steht.

Dabei wurde der geglühte Stahlknüppel auf seinem Weg zur Walze beim Durchlauf durch das Kühlaggregat kontinuierlich herabgekühlt. Es hat sich je­ doch herausgestellt, daß zur Erreichung des erfindungsgemäßen Effektes bei einem derartigen kontinuierlichen Verfahren ein einziges Kühlaggregat nicht ausreicht, so daß mehrere hintereinander angeordnet werden müssen. Das hat den Nachteil, daß neben dem enormen Platzbedarf ein unerwünscht hoher Wasserverbrauch zu verzeichnen ist, da jedes einzelne Kühlaggregat eine ei­ gene Wasserversorgung benötigt.

Das soll durch die vorliegende Erfindung vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Stahlknüppel in einen verschließbaren Druckkühlraum eingefahren wird. Der Kühlvorgang wird durch Beaufschlagung des Druckkühlraums mit Wasser bei ruhendem Stahlknüppel durchgeführt.

Dabei kann vorteilhafterweise der Druck des Kühlwassers im Druckkühlraum so geregelt werden, daß eine gezieltere Abkühlung ermöglicht wird. Es ist vor­ gesehen, ein vorher festgelegtes Druckverlaufsprofil während des Kühlvorgan­ ges abzufahren. Durch diese gezieltere Abkühlung kann zum einen die ge­ wünschte Dicke der Schwarte genauer erreicht werden. Darüber hinaus ist durch diese Maßnahme der Wasserverbrauch noch einmal reduziert.

Zur Durchführung des Verfahrens schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, die aus einem einzigen Druckkühlaggregat besteht. Das ist im vorliegenden Fall ein stirnseitig offenes Gehäuse, mit mindestens einer Druckwasserzufüh­ rung und mindestens einer Abwasserabführung. Sowohl die stirnseitige Ein­ tritts- als auch die entsprechende Austrittsöffnung für den Stahlknüppel ist ver­ schließbar ausgebildet, wobei sich im Aggregat erfindungsgemäß Sollundich­ tigkeiten für die Wasserabführung befinden.

Eine vorteilhafte, einfache Lösung zum Verschließen der stirnseitigen Öffnun­ gen sieht die Erfindung gemäß Anspruch 4 darin, Schieberplatten zu verwen­ den, die auch hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden können.

Nach Anspruch 5 können die zum Wasserabfluß dienenden Sollundichtigkeiten in diesen Schieberplatten, aber auch anderswo im Gehäuse, vorgesehen sein.

Wichtig ist, daß die Summe der Querschnitte der Wasserzuläufe um ein Mehr­ faches größer ist als die Summe der Querschnitte der Wasserabläufe, damit sich ein Überdruck einstellt, der groß genug ist, um ein hohes Maß an Turbu­ lenzen und Wasserfließgeschwindigkelt im Druckraum und damit einen hohen Wärmeübergangswert α zu erhalten.

Eine mögliche Anordnung zur Wasserzuführung ist durch das Merkmal des An­ spruchs 6 gegeben, die vorsieht, daß die Wasserzufuhr durch hintereinander angeordnete, das Gehäuse umgebende Ringleitungen erfolgt, die jeweils durch mindestens vier Zuleitungen mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden sind. Somit ist gewährleistet, daß der Knüppel von allen Seiten gleichmäßig gekühlt wird, so daß ein thermisches Verziehen des Knüppels vermieden wird. In einfachen Fällen kann auch vorgesehen sein, daß lediglich eine Ringleitung angeordnet ist.

Zur weiteren Reduzierung des Wasserverbrauchs wird das abgeführte Wasser in einer Sammeleinrichtung aufgefangen und in den Kühlwasserkreislauf zu­ rückgepumpt, wie es der Anspruch 7 vorschlägt.

Beim Abkühlvorgang ruht der Stahlknüppel gemäß Anspruch 8 auf Rollen eines gewöhnlichen Rollgangs, die von außen durch die Unterseite des Gehäuses in dieses hineinreichen und mittels Dichtlippen gegen das Gehäuse abgedichtet sind.

Somit ist neben dem Vorteil des problemlosen Weitertransports des Knüppels nach dem Kühlvorgang erreicht, daß der Knüppel beim Kühlvorgang tatsäch­ lich von allen Längsseiten her für das Kühlwasser zugänglich ist.

Zur Erhöhung der Wartungsfreundlichkeit und zur besseren Zugänglichkeit des Innenraums des Gehäuses (z. B. wenn sich ein Knüppel einmal im Gehäuse verkeilt hat oder zur Entfernung von Sinter bzw. Zunder) ist vorgesehen, das Gehäuse aus einem Unterkasten und einem dicht auf diesen aufgesetzten Oberkasten zusammenzusetzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein Druckkühlaggregat im Längsschnitt,

Fig. 2 das Druckkühlaggregat gemäß Fig. 1 im Querschnitt.

Das erfindungsgemäße Druckkühlaggregat ist in der Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Es besteht aus einem kastenförmigen Gehäuse 2, dessen Stirnseiten mit Hilfe von Absperrschiebern 5 und 6 verschließbar sind. Das Gehäuse 2 ist in den Verlauf eines Rollgangs integriert. Hierzu verfügt das Gehäuse 2 in seiner Unterseite über Ausnehmungen 7, durch die Rollen 8 des Rollganges in den Innenraum 9 des Gehäuses 2 hineinreichen. Auf diesen Rollen ruht in der Darstellung ein Stahlknüppel 10, welcher aus einem Glühofen kommend über den Rollgang und die Einfahröffnung 11 des Gehäuses 2 in den Innenraum 9 eingefahren wurde.

Die Rollen 8 sind mittels nicht dargestellter Dichtlippen gegen das Gehäuse ab­ gedichtet.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei Wasserzuführungen 12 und 13 dargestellt, die aus jeweils einer Ringleitung 14 bestehen, die über jeweils vier Zuleitungen 15 mit dem Innenraum 9 des Gehäuses 2 in Verbindung stehen.

Die Zuleitungen 15 sind dabei kreuzförmig angeordnet, so daß jede Seitenflä­ che des Knüppels 10 gleichmäßig mit Wasser beaufschlagbar ist. Gespeist werden die Ringleitungen 14 von einem beiden gemeinsamen Druckwasserbe­ hälter 16, der wiederum über eine Zuleitung 17 mit der Hauptwasserzufuhr ver­ bunden ist. Bei dieser Vorrichtung kann auch eine Druckerhöhungspumpe vor­ gesehen sein, die auch den Wasserdruck im Druckbehälter einstellt und für einen gleichbleibend hohen Druck sorgt. Es ist jedoch auch denkbar, daß im Verlaufe des Kühlprozesses ein bestimmtes Druckprofil abgefahren wird, so daß durch entsprechende kurzzeitige Druckveränderungen eine gezieltere Ab­ kühlung erreicht werden kann.

Das Gehäuse 2 ist vorteilhafterweise aus einem Unter- und einem auf diesen aufsetzbaren Oberkasten gebildet.

Der Abkühlvorgang ist folgender:

Mittels des Rollgangs wird der abzukühlende Stahlknüppel 10 in den Druck­ kühlraum 9 eingefahren und in einer Mittelposition angehalten. Die Schieber­ platten 5 und 6 werden in das Gehäuse 2 eingeschoben und verschließen es. Sodann strömt das im Druckwasserbehälter 16 gesammelte Wasser durch Öff­ nen des Schnellschiebers 3 über die Ringleitungen 14 und die Zuleitungen 15 von vier Seiten in den Druckkühlraum 9. Das Wasser soll von vier Seiten auf die Flächen des Stahlknüppels 10 strömen, um ein thermisches Verziehen des Stahlknüppels zu vermeiden. Wichtig ist, daß der Druckkühlraum 9 so schnell wie möglich mit Druckwasser gefüllt wird. Daher soll die Summe der Rohrquer­ schnitte der Wasserzuläufe 15 um ein Vielfaches größer sein (beispielsweise achtmal) als die Summe der Querschnitte der Wasserabläufe, die durch Sol­ lundichtigkeiten 18 in den Schieberplatten 5 und 6 und/oder im Gehäuseboden vorgesehen sind. Dadurch ist auch gewährleistet, daß sich ein Überdruck ein­ stellt, der groß genug ist, ein hohes Maß an Turbulenz im Druckraum und damit einen hohen Wärmeübergangswert α zu erhalten. Der Kühlvorgang dauert etwa 15 bis 20 Sekunden bei einem Bruttowasserverbrauch von etwa 5 m³. Diese Werte gelten für einen Stahlknüppel 10 mit einer Länge von 6 m, einer Breite von 20 cm und einer Höhe von 24 cm.

Der aus dem Glühofen kommende Stahlknüppel 10 weist eine Temperatur von ca. 1150°C auf. Nach dem Abkühlen soll eine Oberflächentemperatur von 650°C herrschen. Das ergibt eine mittlere Temperatur von 800°C, die in der Mitte einer gedachten Oberflächenschicht von etwa 15 mm herrscht. Diese gedachte Oberflächenschicht, d. h. die Schicht, in der ein wesentlich steilerer Tempera­ turgradient vorhanden ist als im Kern des Stahlknüppels, wird auch als Schwarte bezeichnet und bewirkt eine Kompression des heißen Kerns, wo­ durch die unerwünschten Porositäten innerhalb des Kerns entscheidend redu­ ziert werden. Nach dem Abkühlvorgang wird die Schieberplatte 6 aus dem Ge­ häuse 2 herausgezogen und der Stahlknüppel 10 wird durch die Ausfahröff­ nung 19 über den Rollgang der Walzstation zugeführt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Vorbehandlung geglühter Stahlknüppel bestimmter Aus­ gangstemperatur für das anschließende Walzen, wobei der Stahlknüppel unter Einstellung einer hohen Wärmeübergangszahl α allseitig abgekühlt wird, derart, daß sich eine relativ zur Ausgangstemperatur abgekühlte Oberflächenschicht bestimmter Dicke ergibt, während der Kern des Stahl­ knüppels in etwa noch die Ausgangstemperatur aufweist, wobei die beim Abkühlen schrumpfende, in sich geschlossene Oberflächenschicht einen Kompressionsdruck auf den heißen Kern ausübt und das Gefüge dieses Kerns verdichtet und beim anschließenden Walzen im noch nahezu Aus­ gangstemperatur aufwelsenden Kern eine weitere Verdichtung stattfindet, die höher ist als die durch das Walzen bedingte Verdichtung des kälteren Oberflächenschichtbereiches als Zusatz zu Patent Nr. ........ (Patentanmeldung P 41 34 504.5), dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlknüppel (10) in einen Druckkühlraum (9) eingefahren wird, der Druckkühlraum (9) verschlossen wird und der Kühlvorgang durch Be­ aufschlagung des Druckkühlraums (9) mit Druckwasser bei ruhendem Stahlknüppel (10) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlvorgang ein festgelegtes Druckverlaufsprofil abgefahren wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Druckkühlaggregat (1) in Form eines stirnseitig offenen Gehäuses (2), wo­ bei die stirnseitigen Öffnungen (11, 19) die Einfahr- und Ausfahröffnung für den Stahlknüppel (10) bilden, mit mindestens einer Druckwasserzuführung (14) und mindestens einer Wasserabführung (18), dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Öffnungen (11, 19) verschließbar ausgebildet und im Druckkühlaggregat (1) Sollundichtigkeiten (18) für die Wasserabführung vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnung (11, 19) des Gehäuses (2) mittels Schieberplatten (5, 6) verschließbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollundichtigkeiten (18) im Gehäuse (2) und/oder in den Schieber­ platten (5, 6) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzufuhr durch hintereinander angeordnete, das Gehäuse (2) umgebende Ringleitungen (14) erfolgt, die jeweils durch mindestens vier Zuleitungen (15) mit dem Innenraum (9) des Gehäuses (2) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeführte Wasser in einer Sammeleinrichtung aufgefangen wird, die mit der Wasserzufuhr (17) über eine Pumpe verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlknüppel (10) auf Rollen (8) eines Rollgangs ruht, die von au­ ßen durch die Unterseite des Gehäuses (2) in dieses hineinreichen und mittels Dichtlippen gegen das Gehäuse (2) abgedichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus einem Unterkasten und einem dicht auf diesen aufsetzbaren Oberkasten besteht.