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Verfahren zum Herstellen von Hartkopfschienen Bei der Herstellung
von Hartkopfschienen und ähnlichem Walzgut, bei dem bestimmte Zonen besonders vergütet
sein sollen, ist folgendes zu beachten: Bekanntlich zeigt Kohlenstoffstahl nach
plötzlicher Abschreckung von einer über seinem kritischen Punkt gelegenen Temperatur
Härtungsgefüge. Hand in Hand mit dieser Gefügeänderung geht die Änderung der Festigkeitseigenschaften
vor sich, so daß bei schroffster Kühlung größte Härte und Zerreißfestigkeit mit
verminderter Dehnung auftreten. Zwischen den extremsten Werten dieses martensitischen
Gefüges und dem bei langsamer Erkaltung auftretenden perlitischen Gefüge mit verminderter
Härte und Zerreißfestigkeit bei erhöhter Dehnung liegen charakterisierte Zwischenstufen
Troostit, Osmondit und Sorbit, deren Dehnung in der angeführten Reihenfolge zunimmt,
während ihre Härte und Zerreißfestigkeit fällt.
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Die Erzielung dieser Gefügearten kann entweder so erfolgen, daß der
schroff abgeschreckte Stahl einer nachträglichen Anlaßbehandlung bis zu dem gewünschten
Vergütungsgrade durch nochmaliges Erwärmen ausgesetzt wird, oder so, daß durch entsprechende
Regelung der Abkühlungsgeschwindigkeit sofort der gewünschte Vergütungsgrad erreicht
wird. Der praktischen Durchführung dieser Vergütungsarten stellen sich jedoch an
langgestrecktem Walzgut, wie sich aus nachstehendem ergibt, zunächst große technische
Schwierigkeiten entgegen. Am wirtschaftlichsten ist es natürlich, wenn die dem fertigen
Walzgut unmittelbar nach dem Verwalzen noch innewohnende Wärme zur Härtung benutzt
-,werden kann. Wenn nun die Vergütung nach dem ersten der beiden angeführten Fälle
erfolgt, so müßte das Walzgut einer nachträglichen Wiedererhitzung nach der Abschreckung
auf ganz bestimmte Temperaturgrade unterworfen werden. Es ist jedoch schwer, hier
eine einfache und sicher wirkende gleichmäßige Erhitzung auf die günstigsten Temperaturen
und deren Innehaltung zu erreichen.
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Ähnlich treten im zweiten Falle Schwierigkeiten bei der Regelung der
Abkühlungsgeschwindigkeit auf, da hierzu eine fortlaufende genaue Temperaturkontrolle
nötig ist, die sich im Betrieb kaum durchführen lassen wird. Ganz besonders schwierig
gestalten sich jedoch die Verhältnisse dann, wenn es aus Gründen der Betriebssicherheit
infolge zu großer Sprödigkeit der vergüteten Schiene nicht immer erwünscht ist,
daß sich die Vergütung über den ganzen Querschnitt erstreckt.
Der
Erfindung liegt das an sich bekannte Verfahren zugrunde., Schienen so zu behandeln,
daß lediglich die Lauffläche, die ja nur dem Verschleiß unterworfen ist, größere
Härte und somit größere Verschleißfestigkeit aufweist, während der Kern ungehärtet
bleibt. Dieses an sich bekannte Verfahren bietet den Vorteil, daß die Schienen aus
verhältnismäßig kohlenstoffarmem Werkstoff gefertigt werden können.
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Bei dem neuen Verfahren bewegt sich, wie es ähnlich schon vorgeschlagen
worden ist, die das Walzgerüst verlassende fertig? Schiene, zweckmäßig nach Absägen
ihres Kopfes, langsam an Brausen vorbei, wobei sie an den zu vergütenden Stellen,
also an der Lauffläche, durch die aus den Brausen austretende Flüssigkeit schroff
abgekühlt wird. Die zu verwendenden Flüssigkeitsmengen richten sich nach dem OOuerschnitt
der Schiene, nach der Tiefe der gewünschten Härtungszone und nach der Temperatur,
mit der die Schiene das Walzgerüst verläßt. Es bedarf nur einer kurzen Versuchsreihe,
um diese Flüssigkeitsmenge für die Regelfälle festzustellen. Regelbar ist die Härtungstiefe
durch die Geschwindigkeit, mit der die Schiene vor der Spritzvorrichtung vorbeigezogen
wird, und durch die Einstellung der Wasserzufuhr. Durch diese schroffe Kühlung an
den zu vergütenden Stellen wird dort, wie dies an sich bekannt ist, vorzugsweise
martensitisches Gefüge erzeugt. Die dem unbehandelten Teil des Querschnitts noch
innewohnende Wärme fließt nach dem abgeschreckten Teil ab und kann dort eine Anlaßwirkung
erzeugen. Die so vergüteten Schienen zeigen in der Regel einen allmählichen Übergang
vom Härtungsgefüge an der Lauffläche bis zum für einen unbehandelten Stahl normalen
Ferrit-Perlit-Gefüge in der Mitte des Kopfes.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einem solchen Verfahren das Walzgut
der Kühlbehandlung flachliegend unterworfen wird, wobei die der Wirkung des Kühlmittels
besonders auszusetzende Fläche den waagerecht ausströmenden Kühlmittel zugekehrt
ist.
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Es wird hierdurch erreicht, daß der der Vergütung zu unterwerfende
Schienenkopf selbst dann nicht aus dem Bereich der Kühlmittelstrahlen gelangt, wenn
ein Krümmen der im Ouerschnitt in verschiedenster Hi1T-sieht unsymmetrischen Schiene
stattfindet. Denn infolge der flachen Lage der Schiene wird letztere durch ihr Eigengewicht
stets in der waagerechten Auflagerebene verbleiben, so daß der Kopf überall von
den waagerechten Kühlmittelstrahlen getroffen wird und somit überall der gleichen
Vergütungswirkung unterliegt. Erfindungsgemäß wird die Möglichkeit des Verkrümmens
der Schiene weiterhin noch dadurch vermindert, daß durch eine zusätzliche Einwirkung
eines auf die Fußseite des flachliegenden Schienen- bzw. Walzstranges gerichteten
Kühlmittelstromes dem Verziehen oder Werfen der Schiene entgegengearbeitet wird.
Es ist zwar bereits ein Verfahren zum Kühlen von Schienen unmittelbar im Anschluß
an den Walzvorgang bekannt, wobei zur Vermeidung von Rissen in den verschieden starken
Schienenteilen das Kühlmittel aus Rohren sowohl dem Kopf wie dem Fuß der Schienen
zugeführt wird. Der Zweck dieses Verfahrens liegt aber lediglich in einer gleichmäßigen
völligen Abkühlung aller Schienenteile zur Verhinderung der Rißbildung und nicht
in einer Härtung des Schienenkopfes, was daraus hervorgeht, daß die Kühlbehandlung
in dem Temperaturbereich von q.5o bis 300° C erfolgt.
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Bei der Erfindung hat dagegen die Kühlung des Schienenfußes den Zweck,
ein Krümmen oder Werfen der Schiene infolge plötzlicher Abkühlung des Kopfes möglichst
zu verhindern. Während also der Strahl für die Härtung des Kopfes in solcher Stärke
auftreten muß, daß eine Härtung eintritt, so soll der Strahl auf den Fuß keine Härtung,
sondern nur eine geringe Abkühlung des Fußes herbeiführen. Dieses Abkühlen des Fußes
geschieht in der gleichen Zeit, in der der Kopf der Schiene des Härtens wegen abgeschreckt
wird. Etwa zwei oder drei Brausen werden zu dem genannten Zwecke den Härtebrausen
für den Kopf gegenüber angeordnet. Diese Ausführungsform des Verfahrens empfiehlt
sich stets dann, wenn der Kopf der Schiene erheblich mehr Stoff als der Fuß besitzt.
Die auf den Fuß gerichteten Kühlbrausen entziehen diesem eine gewisse Menge an Wärme,
wodurch bewirkt wird, daß die erkaltende Schiene sich kaum, jedenfalls nicht unzulässig
stark, krümmt.
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Das beschriebene Verfahren kann auch bei der Herstellung von Hartkopfrillenschienen
Verwendung finden. Dabei wird die Behandlung der Schienenfahrfläche durch das Kühlmittel
von der Behandlung der Zwangschiene durch das Kühlmittel getrennt durchgeführt.
Es ist auf diese Weise möglich, die für die Fahrfläche einerseits und die für die
Zwangschiene andererseits verschiedenen Bedingungen bei den Vergütungsbehandlungen
gesondert zu erfüllen, ein Vorteil, der namentlich für Kurvenschienen wichtig sein
kann.
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Durch Aufrechterhaltung eines stetig hohen Druckes des Kühlmittels
wird die waagerechte Lage der Kühlmittelzone gesichert, während die örtliche und
zeitliche Kühlinittelbehandlung sowie - die Wirkungstiefe der Gefügebeeinflussung
durch
Veränderung der Kühlmittelmenge sowie durch örtliche Verlegung der Kühlmittelwirkung
in bezug auf den vom Walzgut zu durchlaufenden Weg geregelt wird. Man hat es dann
in der Hand, jede für den Einzelfall gerade günstigste Vergütungswirkung zu erzielen.
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Eine besonders hohe Gleichmäßigkeit der Vergütung läßt sich dadurch
erreichen, daß überflüssiges, etwa auf dem Walzgut sich ansammelndes Kühlmittel
mittels eines Druckmittelstromes, vorteilhaft mittels Luft- oder Dampfstromes, von
dem Walzgut entfernt wird. Die Verwendung eines Druckmittelstromes in diAem Zusammenhang
ist zwar schon bekannt, doch dient derselbe dabei lediglich dem Zerstäuben der Kühlflüssigkeit,
damit diese wie ein Schleier den zu härtenden Gegenstand umgibt, nicht aber zum
Fortblasen der zum Härten benutzten Flüssigkeit von Teilen, die nicht gehärtet werden
sollen.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf Vorrichtungen, die zur Durchführung
des neuen Verfahrens besonders geeignet sind und sich namentlich auch den wechselnden
Erfordernissen verschiedenster Querschnittsformen und Ouerschnittsabmessungen des
Walzgutes sowie verschiedensten Vergütungsverfahren anpassen lassen.
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Diese Anpassungsmöglichkeiten werden insbesondere dadurch geschaffen,
daß Gruppen von Brausen zur Erzeugung einer waagerecht liegenden Kühlmittelzone
neben dem Weg des aus der Walze austretenden Walzgutes heb-und senkbar oder verschwenkbar
angeordnet sind, sowie dadurch, daß eine weitere Gruppe von Kühlmittelbrausen oder
-düs,en derart angeordnet ist, daß das Walzgut beim Vorbeilaufen an den vorgenannten
Düsen oder Brausengruppen einer zusätzlichen Kühlbehandlung seines Fußes ausgesetzt
wird.
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Durch Vereinigung der verschiedenen Brausen- oder Düsengruppen zu
einheitlich heb-, senk- oder verschwenkbaren Körpern können Bauart und Bedienung
der Vorrichtungen vereinfacht werden, während dadurch, daß die Brausen oder Düsen
einzeln regelbar sowie ein- und ausschaltbar sind, das neue Verfahren die erforderliche
Reglungsmöglichkeit erhält. Diese Reglungsmöglichkeit wird noch erhöht, wenn die
Einzelbrausen der Brausengruppen einzeln gegen das die Gruppe bildende Rohrgestell
verstellt oder verschwenkt werden können. Die Regelbarkeit, z. B. Ein- und Ausschaltung
einzelner Teile der Brausevorrichtung, ist insofern nicht unbekannt, als sie bei
einem dem vorliegenden ähnlichen Verfahren Verwendung findet. Doch ist das Werkstück
dabei fest eingespannt, so claß an den Stellen, wo das Kühlmittel abgeschaltet wird,
der darunter, befindliche Teil. des Werkstückes unv ergütet bleibt. Demgegenüber
dient die Regelbarkeit der Brausen bei der vorliegenden Erfindung zur Anpassung
an verschieden große Werkstücke.
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Eine sehr einfache Bedienung der ganzen Anlage wird dadurch gesichert,
daß die Steuerungen des Kühlmittelzuflusses sowohl für die waagerechte Kühlmittelzone
als auch für die die Oberseite des Walzgutes bestreichenden Druckmittelströme zu
gemeinsamer Bedienung miteinander gekuppelt sind; in entsprechender Weise kann schließlich
auch noch der Kühlmittelzufluß für die Kühlung des Schienenfußes zu gemeinsamer
Bedienung angeschlossen werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht das neue Verfahren und zeigt gleichzeitig
eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Abb. i stellt die Vergütungsanlage dar, die sich an eine Walzanlage
anschließt; Abb.2 ist die gleiche Anlage in einem größeren Maßstabe; Abb. 3 ist
die Queransicht dazu; Abb. q. stellt die gleiche Anordnung wie Abb.3 dar, jedoch
mit Schrägstellung der Brause, um so in erster Linie die Zwangsschiene einer Kurvenschiene
vergüten zu können.
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Abb. 5 zeigt die Ansicht einer etwa i m langen Brause.
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In Abb. i sind vor und hinter der Walze Brausen i, 2 und 3 angeordnet;
sie dienen dazu, die Schienenfahrfläche abzuschrecken bzw. die Temperatur derselben
schon beim Walzvorgange herunterzudrücken; ohne diese Kühlung würde die Schiene
mit etwa i ioo° C die Walze verlassen und somit eine für die nachfolgende Vergütung
unzulässige Temperatur besitzen. Nach dem Austritt aus der Walze läuft die Schiene
auf einem Rollgang an den Brausen q., 5, 6, 7, 8 und 9 vorbei, und zwar mit einer
Geschwindigkeit, die sich nach der Größe des Querschnittes und der Temperatur des
Fahrkopfes der Schiene zu richten hat.
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Aus Abb. 2 ist die Kühlmittel-, z. B. Wasserzubringung ersichtlich.
Durch die Rohre io und iöa dringt Druckwasser in die Abzweigrohre und von diesen
in die Brausen q. bis einschließlich 9. Um die eine oder andere Brause absperren
zu können, sind die Abzweigrohre mit Ventilen b versehen. Von der Steuerbühne aus
kann die Hauptleitung durch die Hähne G und G1 abgesperrt werden, etwa mittels eines
hydraulischen Druckzylinders F. Mit den verlängerten Kolbenstangen desselben sind
die Hebel der Absperrhähne G und G1 verbunden. Von demselben Zylinder F aus wird
gleichzeitig der Hahn H bedient, der die Leitung I
öffnet
oder absperrt. Von dieser Leitung J, durch welche Luft oder Dampf strömt, zweigen
hinter dem Hahn H die Abblaserohre K, KI bis KI ab, die den Walzsinter vom Schienensteg
entfernen und gleichzeitig auch das Wasser fortblasen sollen, welches etwa durch
dieBesprengung auf denSchienensteg gelangt und sich hier ansammelt. Um nach der
Besprengung die Schiene besser entfernen zu können, wird die Anlage durch den Steuerzylinder
L, der ebenfalls von der Steuerbühne aus bedient wird, mit Hilfe von Hebelübersetzungen
in die punktierte Lage, wie sie aus Abb. 3 ersichtlich ist, gebracht. Die Hauptleitung
für die Wasserzufuhr, ebenso auch die Nebenleitung für dieWasserzufuhr, ebenso auch
die Nebenleitung für Dampf- bzw. Luft läßt sich in den Stopfbüchsen 1V1, DNI' bzw.
N drehen. Die eigentliche Brause läßt sich durch die Flanschenanordnung O
etwas verstellen, so daß jeweils nach Bedarf entweder die Fahrfläche der Streckenschiene
oder die Zwangsschiene der Kurvenschiene vergütet werden kann. Selbstverständlich
können auch Zwangsschiene und Fahrfläche gleichzeitig vergütet werden, indem man
die Besprengung bei ein und demselben Durchlaufen der Schiene bei den einzelnen
Brausen entsprechend einstellt.
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Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen lassen sich in der verschiedensten
Weise verwenden. So kann man z. B. nur die Brausen 4, 5, 7 und 9 in Tätigkeit treten
lassen, während die Brausen 6 und 8 abgesperrt bleiben. Bei langsamem Durchlaufen
des durch das Absperren entstandenen Zwischenraumes kann das Walzgut von innen heraus
wieder angelassen werden. Die Wirkung ist die gleiche wie bei dem bekannten Tauchverfahren,
bei dem die Schiene mehrmals mit zeitlichen Abständen in einen Wasserbehälter eingetaucht
wird.
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In Abb. 3 ist punktiert eine Brause oder BrausengruppeP angedeutet,
die zur Kühlung des Schienenfußes dienen kann.