DE4237991A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung von warmgewalzten Profilen insbesondere von Schienen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Abkühlung von warmgewalzten Profilen insbesondere von SchienenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abkühlung von in Walzgerü
sten warmgewalztem profilierten Walzgut, insbesondere von Schienen
auf einem Kühlbett mit natürlicher Konvektion oder mit forcierter
Luftkühlung. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des genannten Verfahrens zur Abkühlung von Schienen.
Auf Kühlbetten werden Schienen bis auf Temperaturen unter 80°C
abgekühlt. Dabei liegt die Schiene üblicherweise, wie dies in Fig.
1 dargestellt ist, einseitig mit Kopf und Fuß auf dem Kühlbettrechen
auf. Wegen der Unsymmetrie des Profils ergibt sich zwischen Kopf
und Fuß der Schiene ein unterschiedliches Abkühlverhalten. Der Fuß
kühlt schneller ab als der Kopf mit dem Ergebnis, daß die erkaltete
Schiene krumm ist. Diesem Krummwerden kann bis zu einem gewissen
Maße durch Vorbiegen der noch heißen Schiene begegnet werden.
Die abgekühlten Schienen müssen aber in jedem Fall gerichtet werden.
Das geschieht in besonders ausgestalteten Richtmaschinen. Sowohl
durch den Kühlprozeß als auch besonders durch den Richtprozeß
entstehen Eigenspannungen in der Schiene, die bei ungünstiger
Ausbildung zum Ausfall der Schiene führen können.
Es ist also das Bestreben der Schienenhersteller, die beim Richt
prozeß entstehenden Eigenspannungen dadurch gering zu halten, daß
sie der Richtmaschine möglichst "gerade" Schienen zuführen, z. B.
durch das obengenannte Vorbiegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlverfahren für
warmgewalztes profiliertes Walzgut, insbesondere für Schienen
bereitzustellen, mit welchem die Schienen möglichst verzugsfrei
abgekühlt werden und eine diesbezügliche Vorrichtung zu schaffen,
damit die besonders im nachfolgenden Richtprozeß mit der Richt
maschine entstehenden Eigenspannungen minimiert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der durch die Gattung be
stimmten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 stellen eine weitere Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Vorrichtungsmäßig wird die
Aufgabe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 6 gelöst. Dessen weitere Ausgestaltungen sind in den
Ansprüchen 7 bis 11 enthalten.
Nach Patentanspruch 1 wird die Aufgabe in Verbindung mit den Gat
tungsmerkmalen dadurch gelöst, daß die Schiene bzw. die Schienen
hängend, vorzugsweise mit dem Kopf nach unten, über das Kühlbett
transportiert werden. Durch diese Maßnahme werden bereits bei
natürlicher Konvektion die Wärmeübergangsverhältnisse so günstig
verändert, daß die Temperaturdifferenz zwischen Kopf und Fuß der
Schiene von ca. 140°C bei liegender Schiene auf ca. 50°C bei
hängender Schiene zurückgeht. Infolge der geringen Temperaturdiffe
renz zwischen Kopf und Fuß werden die eingangs beschriebenen Nach
teile des Krummwerdens der Schiene vermieden und es wird erreicht,
daß eine nahezu gerade Schiene in die Richtmaschine zum Fertigrich
ten eingeführt wird, wodurch die Eigenspannungen im Schienenmaterial
äußerst gering gehalten werden können.
Die obengenannte verminderte Temperaturdifferenz von 50°C zwischen
dem Schienenkopf und dem Schienenfuß kann noch stärker vermindert
werden, wenn mit gezielten Maßnahmen der Schienenkopf zusätzlich
gekühlt wird mit einem einstellbaren Medienstrom oder mit einem
Gemisch aus Kühlmedien, vorzugsweise mit Luft oder einem Luft/
Wasser-Gemisch. Das Abkühlverfahren kann noch weiter verbessert
werden und die Temperaturdifferenzen über den Querschnitt der
Schiene weiter vermindert werden, wenn nach einer weiteren Ausge
staltung der Erfindung die Schiene über ihre gesamte Länge mit einem
einstellbaren Medienstrom oder einem Gemisch von Kühlmedien gekühlt
wird, wobei jedoch der Schienenkopf und der Schienenfuß mit unter
schiedlicher Intensität gekühlt wird. Vorteilhaft ist dabei, wenn
der Schienenkopf und/oder der Schienenfuß von dem Kühlmedium oder
dem Gemisch aus Kühlmedien derart beaufschlagt wird, daß eine
Abkühlgeschwindigkeit von 0,5°C/sec bis 20°C/sec einstellbar ist.
Das erfindungsgemäße Abkühlverfahren, insbesondere die Einstell
barkeit der Abkühlgeschwindigkeit von 0,5°C/sec bis 20°C/sec läßt
sich vorteilhaft bei Schienen anwenden, die mit Endwalztemperaturen
von 540°C bis 900°C gewalzt werden.
Die aufgabengerechte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs
gemäßen Abkühlverfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß das Kühlbett
Tragelemente aufweist, in welche die Schiene mit dem Kopf nach unten
einhängbar ist. Zweckmäßigerweise sind die Tragelemente im wesentli
chen nach oben U-förmig ausgestaltet, wobei auf den Schenkeln des
U-förmigen Tragelements der Schienenfuß auflegbar ist und der
Schienenkopf nach unten in die U-förmige Ausnehmung ausgerichtet
ist. Eine Fortbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, daß
die Tragelemente miteinander zu einem Ketten-Kühlbett verbunden sind
und in Längsachse der Schiene voneinander beabstandet sind, vorzugs
weise in einem Abstand von 2 bis 6 m stehen.
Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung zeigt, daß die
Tragelemente bei einem Hubbalken-Kühlbett in die Hubbalken eingelas
sen sind und dort eine Ausnehmung bilden, die breiter als der
Schienenkopf aber kleiner als der Schienenfuß ist, so daß die
Schiene mit dem Kopf nach unten in die Ausnehmung einsetzbar ist
und der Schienenfuß seitlich der Ausnehmung aufliegen kann. Zur
besseren Einstellbarkeit der gezielten Abkühlung von Kopf und Fuß
der Schiene ist ferner vorgeschlagen, daß düsenartig ausgebildete
und mit Meß- und Regelorganen sowie mit Mischbatterien ausgestattete
Verteilerelemente vorgesehen sind für das Kühlmedium oder für das
Gemisch aus Kühlmedien, wobei die Verteilerelemente gezielt und
einstellbar auf den Schienenkopf und/oder den Schienenfuß ausricht
bar sind.
Weitere mit Vorteilen verbundene Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den sonstigen Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 eine auf dem Kühlbett liegende Schiene,
Fig. 2 ein Ketten-Kühlbett mit Tragelementen für die Schie
ne,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in
Fig. 2,
Fig. 4 ein Hubbalken-Kühlbett mit Ausnehmungen für das
Einhängen der Schienen in den Hubbalken mittels
Kran.
Fig. 5 Die in einem Temperatur-/Zeit-Diagramm dargestellte
Abkühlung für eine liegende Schiene gemäß Fig. 1.
Fig. 6 Die in einem Temperatur-/Zeit-Diagramm dargestellte
Abkühlung für eine hängende Schiene gemäß Fig. 3.
In Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Kühlbett 2 gezeigt, wobei die
Schiene 1 einseitig mit Kopf 3 und Fuß 4 auf dem Kühlbettrechen auf
liegt. Es ist erkennbar, daß wegen der Unsymmetrie des Profils sich
zwischen Kopf 3 und Fuß 4 der Schiene 1 ein unterschiedliches
Abkühlverhalten einstellen muß. Nicht zuletzt wegen der unterschied
lichen Materialverteilung kühlt der Fuß 4 schneller ab als der Kopf
3 mit dem Ergebnis, daß die erkaltete Schiene 1 krumm wird. In einem
nachfolgenden Richtprozeß muß die Schiene dann wieder ausgerichtet
d. h., gerade gerichtet werden, wobei Eigenspannungen im Material
der Schiene entstehen, die bei ungünstiger Ausbildung zum Ausfall
der Schiene führen können.
Die oben beschriebenen Nachteile werden verfahrenstechnisch mit
einer neuen Abkühltechnik und mit einer Neugestaltung eines Kühl
betts für warmgewalzte Schienen vermieden, dergestalt, daß die
Schienen mit dem Kopf nach unten hängend über das Kühlbett trans
portiert werden. Hierzu weist das Kühlbett 2 Tragelemente 5 auf,
in welche die Schiene 1 mit dem Kopf nach unten einhängbar ist.
In Fig. 2 ist ein Ketten-Kühlbett 8 dargestellt, bei welchem die
Tragelemente 5 miteinander verbunden sind und in Längsachse der
Schiene 1 voneinander beabstandet sind und vorzugsweise in einem
Abstand von 2 bis 6 m in Längsrichtung der Schiene stehen. Die
Tragelemente 5 sind im wesentlichen U-förmig ausgebildet und nach
oben offen. Auf den Schenkeln 6 des U ist der Schienenfuß 4 aufleg
bar, so daß der Schienenkopf 3 nach unten in die U-förmige Aus
nehmung 7 ausgerichtet ist.
Fig. 3 zeigt den Ausschnitt A in Fig. 1 mit den U-förmigen Trag
elementen 5, die miteinander zu einer Kette verbunden sind. Die
Schenkel 6 der Tragelemente 5 sind dabei der Form des Schienenfußes
4 angepaßt, wobei der Schienenfuß auf einer Seite gegen einen Absatz
18 anschlägt, um die Schiene mittig in dem U auszurichten.
Fig. 4 zeigt dagegen ein Hubbalken-Kühlbett 9, wobei die Trag
elemente 5 dadurch gebildet sind, daß in die Hubbalken 11 Ausnehmun
gen 10 eingelassen sind und in die Ausnehmungen 10 die Schienen 1
derart eingehängt sind, daß sie erfindungsgemäß mit dem Kopf 3 nach
unten hängend über das Kühlbett 2 transportiert werden. Die das
Tragelement bildende Ausnehmung 10 ist deshalb so gestaltet, daß
diese breiter als der Schienenkopf 3 ist, jedoch kleiner als der
Schienenfuß 4. Hierdurch ist der Schienenfuß seitlich der Ausnehmung
10 auf dem Hubbalken 11 aufsetzbar. Die Schiene 1 selbst wird von
einem Kran 12 in die Tragelemente 5 (Ausnehmung 10) im Hubbalken
11 eingesetzt.
Es sind düsenartig ausgebildete und mit Meß- und Regelorganen
(Temperaturfühler/Regelventil 14, 15) sowie mit Mischbatterien 16
ausgestattete Verteilerelemente 13 für das Kühlmedium (O2) oder für
das Gemisch aus Kühlmedien (H2O und O₂) vorgesehen, die gezielt und
einstellbar auf den Schienenkopf und/oder den Schienenfuß 4 aus
richtbar sind. Mit diesen Maßnahmen kann der Schienenkopf zusätzlich
gezielt und kontrolliert gekühlt werden. Es bietet sich die Möglich
keit an, die Schiene über ihre gesamte Länge mit einem einstellbaren
Medienstrom oder einem Gemisch von Kühlmedien zu kühlen, wobei
jedoch der Schienenkopf und der Schienenfuß mit unterschiedlicher
Intensität gekühlt wird. Die kontrollierte Einstellbarkeit der
Kühlmedien läßt es zu, daß der Schienenkopf 3 und/oder der Schienen
fuß 4 derart mit Kühlmitteln beaufschlagt wird, daß eine Abkühlge
schwindigkeit von 0,5°C/sec bis 20°C/sec eingestellt werden kann.
Dies findet besondere Anwendung bei Schienen, die in den Walzgerü
sten mit einer Endwalztemperatur von 540°C bis 900°C gewalzt
werden.
Fig. 5 zeigt in einem Temperatur-/Zeit-Diagramm das Abkühlverhalten
einer auf dem Kühlbett herkömmlich liegenden Schiene (Fig. 1) bei
natürlicher Konvektion und einer Endwalztemperatur von 900°C.
Auffällig ist die große Temperaturdifferenz von ca. 140°C zwischen
Schienenkopf (Linie 3) und Schienenfuß (Linie 1), welche zu den
zuvor geschilderten Nachteilen führt.
Fig. 6 zeigt das erfindungsgemäße Abkühlverfahren, ebenfalls in
einem Temperatur-/Zeit-Diagramm, für eine Schiene mit einer Endwalz
temperatur von 900°C und bei natürlicher Konvektion, die mit dem
Kopf nach unten hängend über das Kühlbett transportiert wird. Die
Temperaturdifferenz zwischen Schienenkopf (Linie 3) und Schienenfuß
(Linie 1) beträgt nur noch ca. 50°C.
Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Abkühlung von in Walzgerü
sten warmgewalzten Schienen und einem entsprechend ausgebildeten
Kühlbett wird erreicht, daß beim Abkühlen die Temperaturdifferenz
zwischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß soweit verringert
werden kann, daß ein Krummwerden der Schiene durch unterschiedliche
thermische Spannungen vermieden wird. Hierdurch ist es möglich, die
Schiene nahezu verzugsfrei dem anschließenden Richtprozeß in einer
Richtmaschine zuzuführen, in welcher nur noch geringe Richtvorgänge
notwendig werden. Hierdurch werden einerseits die Eigenspannungen
im Schienenmaterial ausgesprochen gering gehalten und andererseits
können die Richtmaschinen kleiner gebaut werden, da nur geringe
Richtkräfte auf die Schiene ausgeübt werden müssen. Mit der Erfin
dung wird also die eingangs genannte Aufgabe in idealer Weise
gelöst.
Bezugszeichenübersicht
1 Schiene(n)
2 Kühlbett
3 Schienenkopf
4 Schienenfuß
5 Tragelemente
6 Schenkel
7 Ausnehmung
8 Ketten-Kühlbett
9 Hubbalken-Kühlbett
10 Hubbalken-Ausnehmung
11 Hubbalken
12 Kranvorrichtung
13 Verteilerelemente
14, 15 Meß- und Regelorgane
16 Mischbatterien
17 Absperrventile
18 Absatz
19 Kettenrad
20 Steg
2 Kühlbett
3 Schienenkopf
4 Schienenfuß
5 Tragelemente
6 Schenkel
7 Ausnehmung
8 Ketten-Kühlbett
9 Hubbalken-Kühlbett
10 Hubbalken-Ausnehmung
11 Hubbalken
12 Kranvorrichtung
13 Verteilerelemente
14, 15 Meß- und Regelorgane
16 Mischbatterien
17 Absperrventile
18 Absatz
19 Kettenrad
20 Steg
Claims (11)
1. Verfahren zur Abkühlung von in Walzgerüsten warmgewalztem
profilierten Walzgut, insbesondere von Schienen (1) auf einem
Kühlbett (2) mit natürlicher Konvektion oder mit forcierter
Luftkühlung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schienen (1) hängend, vorzugsweise mit dem Kopf (3)
nach unten, über das Kühlbett transportiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schienenkopf (3) zusätzlich mit einem einstellbaren
Medienstrom oder mit einem Gemisch aus Kühlmedien, vorzugsweise
mit Luft oder einem Luft/Wasser-Gemisch gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schiene (1) über ihre gesamte Länge mit einem einstell
baren Medienstrom oder einem Gemisch von Kühlmedien gekühlt
wird, wobei jedoch der Schienenkopf (3) und der Schienenfuß
(4) mit unterschiedlicher Intensität gekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schienenkopf (3) und/oder der Schienenfuß (4) von dem
Kühlmedium oder dem Gemisch aus Kühlmedien derart beaufschlagt
wird, daß eine Abkühlgeschwindigkeit von 0,5°C/sec bis 20°C/sec
einstellbar ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellbarkeit der Abkühlgeschwindigkeit von 0,5°C/sec
bis 20°C/sec auf Schienen Anwendung findet, die mit
Endwalztemperaturen von 540°C bis 900°C gewalzt werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlbett (2) Tragelemente (5) aufweist, in welche die
Schiene (1) mit dem Kopf (3) nach unten einhängbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tragelemente (5) im wesentlichen eine U-förmige nach
oben offene Ausgestaltung aufweisen, auf dessen U-Schenkel der
Schienenfuß (4) auflegbar ist und der Schienenkopf (3) nach
unten in die U-förmige Ausnehmung (7) ausgerichtet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tragelemente (5) miteinander zu einem Ketten-Kühlbett
(8) verbunden sind und in Längsachse der Schiene (1) vonein
ander beabstandet sind, vorzugsweise in einem Abstand von 2
bis 6 m stehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tragelemente (5) bei einem Hubbalken-Kühlbett (9) in
die Hubbalken (11) eingelassen sind und dort eine Ausnehmung
(10) bilden, die breiter als der Schienenkopf (3) aber kleiner
als der Schienenfuß (4) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schiene (1) in die Ausnehmung (10) im Hubbalken (11)
von einer Kranvorrichtung (12) mit dem Schienenkopf (3) nach
unten einsetzbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
gekennzeichnet durch
düsenartig ausgebildete und mit Meß- und Regelorganen (14, 15)
sowie mit Mischbatterien (16) ausgestatteten Verteilerelementen
(13) für das Kühlmedium oder für das Gemisch aus Kühlmedien,
die gezielt und einstellbar auf den Schienenkopf (3) und/oder
den Schienenfuß (4) ausrichtbar sind.
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