DE69806136T2

DE69806136T2 - Vorrichtung und verfahren zum kühlen von walzdraht

Info

Publication number: DE69806136T2
Application number: DE69806136T
Authority: DE
Inventors: J. Brain; L. Keyzer; V. Kiefer
Original assignee: Morgan Construction Co
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: TW369442B; DE69806136D1; AR012392A1; US5871596A; JP3420771B2; CA2283825C; AU6761898A; EP0973952B1; CN1111606C; JP2000511471A; BR9809072A; BR9809072B1; CN1251619A; MY119152A; CA2283825A1; EP0973952A1; ZA982767B; KR20010006093A; WO1998045487A1; KR100344381B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Walzwerke und betrifft insbesondere eine Verbesserung von Vorrichtungen und Verfahren, die angewendet werden, um warmgewalzten Stahldraht einer kontrollierten Kühlung auszusetzen, um optimale metallurgische Eigenschaften zu erreichen.

Beschreibung des Standes der Technik

In einer konventionellen Walzwerkinstallation, wie dargestellt in Fig. 1, kommt warmgewalzter Stahldraht 10 aus dem letzten Walzgerüst 12 des Werkes heraus mit einer Temperatur von 750-1100ºC. Der Draht wird dann schnell wasserabgeschreckt bis auf 550-1000ºC in einer Serie von Wasserboxen 14, bevor er geführt wird durch angetriebene Klemmwalzen 1,6 zu einem Legekonus 18 (laying head). Der Legekonus formt den Draht in eine kontinuierliche Serie von Schleifen 20, welche abgelegt werden auf einem Kühlband bzw. einer Förderanlage zum Kühlen, welche(s) im allgemeinen mit 22 bezeichnet ist. Die Förderanlage umfaßt angetriebene Rollgänge 24 (table rollers), welche die Schleifen in einem nicht- konzentrischen überlappenden Muster durch eine oder mehrere Kühlzonen tragen. Die Förderanlage weist eine Tragfläche 26 auf, welche unter den Rollen liegt. Die Tragfläche ist unterbrochen durch Schlitze oder Düsen 28, durch welche ein gasförmiges Kühlmedium, typischerweise Umgebungsluft, nach oben gerichtet wird zwischen die Rollen 24 und durch die Schleifen, welche darauf transportiert werden. Die Kühlluft wird befördert durch Lüfter 30, die an die Düsen 28 angeschlossen sind durch Plenumkammern/Ansaugluftsammler 32. Die so gekühlten Schleifen fallen von dem Lieferende der Förderanlage in eine Umformkammer 34, wo sie zusammengetragen werden in aufrechtstehende Spulen.
Wie am besten in Fig. 2 gesehen werden kann, weist das nicht konzentrische überlappende Schleifenmuster eine größere Dichte entlang der Eckbereiche 36 der Förderanlage auf, verglichen mit der Dichte in einem zentralen Bereich 38 der Förderanlage. Daher wird eine größere Menge an Luft zu den Eckbereichen 36 der Förderanlage gerichtet, um die größere Dichte von Metall in diesen Bereichen zu kompensieren. Typischerweise wird dies erreicht durch Vergrößern des Düsen- oder Schlitzbereiches in diesen Eckbereichen. Wie dargestellt in Fig. 2, kann dies ausgeführt werden durch Positionieren von kurzen Schlitzen oder Düsen 28a in den Eckbereichen 36 zwischen langen Schlitzen oder Düsen 28b, welche sich über der vollen Förderanlagenbreite erstrecken. Alternativ können Düsen oder Schlitze mit voller Breite ausschließlich in Verbindung mit mechanischen Mitteln, wie z. B. Lüftern, Dämpfern, etc. (nicht gezeigt) in der Plenumkammer verwendet werden, um mehr Kühlluft durch die Eckbereiche 36 der Förderanlage zu leiten.
Der Kühlungsverlauf durch die metallurgische Umformung ist eine Funktion der Luftgeschwindigkeit und der Menge an Luft (zusammen mit anderen Faktoren), die aufgebracht wird auf den Draht. Daher, weil der Draht gefördert wird durch die Rollgänge 24 über abfolgende, gegenseitig beabstandete Schlitze oder Düsen 28, erzeugen die resultierenden Intervalle zwischen der Kühlmittelauftragung einen gestuften Abkühlungsverlauf, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, resultieren die nicht gleichförmigen Intervalle zwischen abfolgenden Kühlmittelanwendungen, mit einer größeren Anzahl von Kühlmittelanwendungen in den Eckbereichen 36, verglichen zu dem Zentralbereich 38, in einem Kühlungsverlauf P&sub3;&sub6; in den Eckbereichen 36 und einem abweichenden Kühlungsverlauf P&sub3;&sub8; in dem zentralen Bereich 38. Diese unterschiedlichen Kühlungsverläufe verursachen, daß unterschiedliche Drahtsegmente durch die Umformung mit unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Raten hindurchtreten, was zu nicht gleichförmigen metallurgischen Eigenschaften entlang der Länge des Drahtes führt.
Ein zugehöriger Nachteil der konventionellen Luftverteilungssysteme ist der "harte" Übergang von hohen Luftgeschwindigkeiten in den Eckbereichen 36 der Förderanlage zu niedrigen Luftgeschwindigkeiten in dem zentralen Bereich 38. Wo unterschiedliche Anzahlen von Düsen in den Eck- und Zentralbereichen der Förderanlage positioniert sind, wie dargestellt in Fig. 2, führen die Eckdüsen 28a Luft nur über einem diskreten Bereich der gesamten Breite der Stahlschleifen, welche gekühlt werden, zu. Es gibt einen plötzlichen Wechsel von intensiver Luftkühlung zu keiner Luftkühlung in dem Übergang zwischen den Eck- und den Zentralbereichen. In dem Fall, daß Düsen verwendet werden, welche die vollständige Breite der Förderanlage überspannen, in Verbindung mit Lüftern oder Dämpfern (dampers), um eine größere Strömung zu den Ecken zu richten, gibt es ebenfalls einen "harten" Übergang von großer Strömung in den Ecken zu kleiner Strömung in dem Zentrum. Dies ist ein Ergebnis der Präsenz von Teilern in der Plenumkammer stromaufwärts der Düsen, welche die Luft von den Lüftern zu den Düsen kanalisieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Nachteile der konventionellen Luftverteilungssysteme zu vermeiden, durch Aufbringen von Kühlluft zu allen Ringsegmenten in regelmäßig beabstandeten Intervallen, gekoppelt mit einer Verminderung der Luftströmungsrate in dem zentralen Bereich des Bandes, wo die Schleifendichte niedriger ist als die in den Eckbereichen des Bandes.
Eine begleitende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Eliminierung des harten Übergangs von hohen Luftgeschwindigkeiten in den Eckbereichen der Förderanlage zu niedrigen Luftgeschwindigkeiten in dem zentralen Bereich der Förderanlage.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird warmgewalzter Stahldraht zu einem Legekonus geführt, wo er in eine kontinuierliche Serie von Schleifen geformt wird. Die Schleifen werden abgelegt auf einer Förderanlage bzw. einem Band in einem überlappenden Muster mit abfolgenden Schleifen, welche zueinander versetzt sind in der Richtung der Bewegung der Förderanlage, was darin resultiert, daß die Dichte der Drähte entlang der Eck-/Randbereiche der Förderanlage größer ist, verglichen mit der Drahtdichte in einem zentralen Bereich einer Förderanlage. Kühlluft wird nach oben gerichtet durch die Schleifen. Ein perforiertes Element wird angeordnet unterhalb des Weges der Schleifenbewegung, entlang des zentralen Bereiches der Förderanlage, um die Aufwärtsströmung der Luft in dem zentralen Bereich der Förderanlage zu verzögern und um Luft vorzugsweise zu den Eckbereichen der Förderanlage zu leiten. Die dichter gepackten Drähte in den Eckbereichen der Förderanlage profitieren von dieser vergrößerten Luftströmung und kühlen dabei ab durch dieselbe Umformung mit näherungsweise derselben Rate wie in dem zentralen Bereich der Förderanlage.
Die Erfindung wird beschrieben in den Ansprüchen 1 und 9. Vorzuziehende Ausführungen werden beschrieben in den Ansprüchen 2 bis 8.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Vorzugsweise Ausführungen der Erfindung werden nun beschrieben im größeren Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer konventionellen Walzwerkinstallation ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Bereich der Kühl-Förderanlage, welche in Fig. 1 gezeigt wird, ist;
Fig. 3 ein Graph ist, der einen konventionellen Kühlungsverlauf zeigt;
Fig. 4 ein anderer Graph ist, der den Kühlungsverlauf zeigt, der von Drahtsegmenten erfahren wird, welche auf der in Fig. 2 gezeigten Förderanlage behandelt werden;
Fig. 5 ist eine Draufsicht mit herausgebrochenen Bereichen eines Bereiches einer Kühl-Förderanlage gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, gezogen entlang der Linie 6-6 in Fig. 5.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Teildraufsicht der perforierten Luftverteilungselemente, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, gezogen entlang der Linie 8-8 in Fig. 7.
Fig. 9 ist eine teilweise Draufsicht auf ein Drahtgeflecht- Luftverteilungselement;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, gezogen entlang der Linie 10-10 in Fig. 9;
Fig. 11 ist ein Graph, der den Kühlungsverlauf der Drahtsegmente darstellt, welche behandelt werden auf der Förderanlage, welche in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist;
Fig. 12 ist eine teilweise Draufsicht einer Kühl-Förderanlage gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht, gezogen entlang der Linien 13-13 in Fig. 12;
Fig. 14 ist ein Graph, der die Abkühlkurven der Drahtsegmente darstellt, welche behandelt werden auf der Förderanlage, welcher in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist;
Fig. 15 ist eine teilweise Draufsicht einer anderen Ausführung eines Luftverteilungselementes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, gezogen entlang der Linie 16-16 in Fig. 15.

Detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungen

Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie dargestellt in den Fig. 5 und 6 ist die Förderanlagentragfläche 26 unterbrochen durch gleichmäßig beabstandete Schlitze oder Düsen 40, welche sich kontinuierlich erstrecken über beidem, die Eckbereiche 36 und den Zentralbereich 38. Ein perforiertes planares Element 42 erstreckt sich entlang des zentralen Bereiches 38 unter der Förderanlagentragfläche 26.
Wie in den Figuren i und 8 gezeigt, kann das perforierte Element 42 z. B. aus einer Metallplatte bestehen, die eine Dicke von 1 bis 25 mm aufweist, mit einem Feld von gebohrten oder gestanzten Löchern 44, welche einen 5-90% offenen Bereich zur Verfügung stellen. Alternativ, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt, kann das perforierte Element ein Drahtgeflecht 46 umfassen oder eine andere foramine Struktur, die geeignet ist, die Aufwärtsströmung von Luft durch die Schlitze 40 in dem zentralen Bereich 38 des Bandes/der Förderanlage zu verzögern.
Durch Verwenden einer perforierten Platte 42, Drahtgeflecht 46 oder etwas ähnlichem in dem zentralen Bereich 38 der Förderanlage wird die Luftströmung durch die regelmäßig beabstandeten Schlitze oder Düsen 40 rückverteilt, um die zusätzliche Kühlung, welche in den Eckbereichen der Förderanlage erforderlich ist, zur Verfügung zu stellen, während sichergestellt wird, daß die Drahtsegmente in beidem, den Eck- und Zentralbereichen, dieselben Intervalle zwischen den abfolgenden Kühlmittelanwendungen erfahren. Daher werden, wie in der Fig. 11 gezeigt, die Kühlungsverläufe P&sub3;&sub6; und P&sub3;&sub8; in den Eck- und Zentralbereichen 36, 38 im wesentlichen identisch sein, was wiederum gleichförmigere metallurgische Eigenschaften entlang der gesamten Länge des Drahtes hervorruft.
Die Implementierung von einer perforierten Luftverteilungsplatte oder von Drahtgeflecht hat Vorteile für (a) Systeme mit Düsen, welche die Luft direkt kanalisieren durch die Schleifen, die gekühlt werden, wobei sich die Luft prinzipiell in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Schleifen entlang der Förderanlage bewegt; und (b) Systeme mit "abgewinkelten" Düsen, welche sich typischerweise zwischen den Rollen erstrecken, dichter zu den Drahtschleifen und welche die Luft in einem Winkel zu der Vertikalen richten, um die Berührungszeit mit dem Material, welches gekühlt wird, zu vergrößern. In beiden Fällen helfen die perforierte Platte oder das Drahtgeflecht dabei sicherzustellen, daß beides, das Zentrum und die Ecken, dieselbe Anzahl von regelmäßig beabstandeten Kühlmittelanwendungen erfahren, wie oben diskutiert wurde. In dem Fall von winkligen Düsen, welche eine höhere Rate der Kühlung zur Verfügung stellen, ist es wichtiger, daß der Draht in den Ecken und den zentralen Bandregionen demselben Abkühlungsverlauf folgen, weil die Unterschiede der metallurgischen Eigenschaften, welche aus Umformung zu unterschiedlichen Zeiten und Temperaturen resultieren, weiter ausgeprägt werden, weil die Kühlungsrate vergrößert wird.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung, welche in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, werden perforierte Platten 48 und 50 verwendet, ohne Schlitze oder Düsen in einer zugehörigen Förderanlagentragfläche.
Die Eckplatten 48 weisen einen größeren Prozentsatz von geöffneten Bereichen auf, verglichen zu dem der zentralen Platte 50. Wie in der Fig. 14 gezeigt wird, stellt diese Anordnung im wesentlichen identische glatte (als entgegengesetzt zu gestuften) Kühlungsverläufe P&sub3;&sub6;, P&sub3;&sub8; für alle Schleifensegmente zur Verfügung.
In einer anderen Ausführung der Erfindung, wie in den Fig. 15 und 16 gezeigt wird, können zwei überlagerte perforierte Platten 52, 54 angeordnet werden entlang der Eckbereiche 36 der Förderanlage und/oder des zentralen Bereiches 38. Eine Platte 54 kann einstellbar hin und her bewegt werden, wie angezeigt durch den Pfeil 56, in Betracht auf die andere Platte 52, um das Volumen der Luft, welche dort durchströmt, zu steuern, für die Aufbringung auf die übereinanderliegenden Schleifensegmente.
Die Unterschiede in der Komponentengeometrie zwischen herkömmlich geöffneten Schlitzen oder Düsen gemäß des Standes der Technik und den foraminen Elementen der vorliegenden Erfindung produzieren signifikante funktionale Verbesserungen. Insbesondere tritt die Luft durch konventionell geöffnete Schlitze oder Düsen in großen "makroskopischen" Volumen und ist hochturbulent und neigt zu einem hohen Grad von Nicht-Bündelung. Mit dem Gebrauch von foraminen Luftverteilungselementen, z. B. perforierten Platten, Drahtgeflechten und dergleichen, wird ein "mikroskopischer" Effekt induziert, welcher in der Wirkung einen lokalisierten Druckabfall erzeugt, welcher, obwohl er sehr klein ist, ausreichend ist, um sicherzustellen, daß jede Öffnung (Loch, Lücke, etc.) eine relativ gleiche Menge an Luftströmung sieht. Die makroskopische Turbulenz wird aufgebrochen und ersetzt durch eine Vielheit von kleinen (minuskulen) Turbulenzen, welche schnell ausklingen, wodurch eine glattere und definiertere Luftströmung produziert wird, senkrecht zu der Ebene des foraminen Elementes. Die Wechsel des Kühlmittelvolumens und der -geschwindigkeit zwischen den Eck- und Zentralbereichen der Förderanlage sind ebenso mehr graduell, wodurch der harte Übergang vermieden wird, welcher die konventionellen Installationen kennzeichnet.
Im Lichte des Vorhergehenden wird es nun verständlicher für den Fachmann, daß verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können zu den offenbarten Ausführungen, ohne von dem beabsichtigten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er definiert wird durch die hier angehängten Ansprüche. Beispielsweise kann der Typ und die geöffnete Fläche des foraminen Luftverteilungselementes variiert werden, um zu gegebenen Betriebsbedingungen und -erfordernissen zu passen. Die foraminen Elemente können positioniert werden über oder unter der Förderanlagentragfläche und können getragen werden und/oder manipuliert werden durch jede geeignete Struktur oder Mechanismus. Die foraminen Elemente können hergestellt werden aus jedem Material, das geeignet ist, der Aussetzung zu dem heißen Draht zu widerstehen, umfassend Metall wie Stahl, Kupfer etc. und nicht-metallische Werkstoffe, umfassend Keramiken, Hochtemperaturplastiken, etc. oder Kombinationen von diesen.

Claims

1. Vorrichtung zum Kühlen von warmgewalztem Stahldraht (10), umfassend:

ein Ablegemittel (18) zum Formen des Drahtes in eine kontinuierliche Serie von Schleifen (20);

ein Beförderungsmittel (22) zum Aufnehmen der gesagten Schleifen von dem gesagten Ablegemittel und zum Transportieren der gesagten Schleifen entlang eines Weges, der durch wenigstens eine Kühlzone führt, die gesagten Schleifen werden angeordnet auf dem gesagten Beförderungsmittel in einem überlappenden Muster mit abfolgenden Schleifen, welche versetzt sind, eine zu der anderen in der Richtung des gesagten Weges, und wobei die Schleifendichte des gesagten Musters größer ist entlang der Eckbereiche (36) des gesagten Beförderungsmittels, verglichen zu der Schleifendichte in einem zentralen Bereich (38) des gesagten Beförderungsmittels, und Kühlmittel (30, 32), welches unter dem gesagten Beförderungsmittel liegt zum Richten eines gasförmigen Kühlmediums nach oben durch die gesagten Schleifen (20),

das gesagte Kühlmittel ist derart ausgebildet, daß es eine Aufwärtsströmung des gesagten gasförmigen Kühlmediums anpaßt, kontinuierlich über die Zentral- und Eckbereiche des gesagten Beförderungsmittels, wobei die gesagte Aufwärtsströmung modifiziert wird durch ein foramines Mittel (42, 46), welches vorgesehen ist zum Verzögern der gesagten Aufwärtsströmung durch die gesagten Schleifen entlang des zentralen Bereiches (38) des Beförderungsmittels, wobei der Draht in den Eckbereichen abkühlt durch eine Umwandlung mit näherungsweise derselben Rate wie der Draht in dem Zentralbereich.

2. Vorrichtung wie beansprucht in Anspruch 1, wobei das gesagte Kühlmittel Schlitze oder Düsen umfaßt, die sich quer und kontinuierlich erstrecken über die Zentral- und Eckbereiche des gesagten Beförderungsmittels und wobei das gesagte foramine Mittel (42, 46) wirkt durch Verzögern der Aufwärtsströmung des gesagten gasförmigen Kühlmediums durch die gesagten Schlitze oder Düsen entlang des Zentralbereiches des Beförderungsmittels.

3. Vorrichtung wie beansprucht in Anspruch 2, wobei die Schlitze oder Düsen über dem gesagten foraminen Mittel angeordnet sind.

4. Vorrichtung wie beansprucht in einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gesagte foramine Mittel eine perforierte Platte (42) umfaßt.

5. Vorrichtung wie beansprucht in einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das gesagte foramine Mittel ein Geflecht (46) umfaßt.

6. Vorrichtung wie beansprucht in einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das gesagte foramine Mittel sich zusätzlich erstreckt entlang der gesagten Eckbereiche (36) des gesagten Beförderungsmittels (22), der Prozentsatz von einem geöffneten Bereich, der zur Verfügung steht für eine Strömung des gesagten gasförmigen Kühlmediums durch das gesagte foramine Mittel kleiner ist in dem gesagten Zentralbereich (38) als in den gesagten Eckbereichen (36).

7. Vorrichtung wie beansprucht in Anspruch 6, weiterhin umfassend Einstellungsmittel zum Einstellen des Prozentsatzes von dem geöffneten Bereich des gesagten foraminen Mittels.

8. Vorrichtung wie beansprucht in Anspruch 7, wobei das gesagte Einstellungsmittel wenigstens zwei überlagerte perforierte Elemente (52, 54) umfaßt, wobei eines der gesagten Elemente verschiebbar ist relativ zu dem anderen gesagten Element.

9. Ein Verfahren zum Kühlen von warmgewalztem Stahldraht (10), umfassend:

das Formen des gesagten Drahtes in eine kontinuierliche Serie von Schleifen (20);

das Ablegen der gesagten Schleifen auf einer Förderanlage (22) zum Transport entlang eines Weges, der durch eine Kühlzone führt, die gesagten Schleifen werden angeordnet auf der Förderanlage in einem überlappenden Muster mit abfolgenden Schleifen, die versetzt sind eine zu der anderen in der Richtung des gesagten Weges, und wobei die Schleifendichte des gesagten Musters größer ist entlang der Eckbereiche (36) der gesagten Förderanlage, verglichen zu der Schleifendichte in einem Zentralbereich (38) der gesagten Förderanlage; und

das Richten eines gasförmigen Kühlmediums nach oben durch die gesagten Schleifen von unterhalb der gesagten Förderanlage in den Zentral- und Eckbereichen derselben;

gekennzeichnet durch Richten des gesagten gasförmigen Kühlmediums durch Schlitze oder Düsen, die sich kontinuierlich erstrecken über die Zentral- und Eckbereiche des gesagten Beförderungsmittels; und

durch selektives Verzögern der Aufwärtsströmung des gasförmigen Kühlmediums in dem Zentralbereich (38) der gesagten Förderanlage und durch Richten des Kühlmediums vorzugsweise zu den Eckbereichen durch Durchleiten des gesagten Kühlmediums durch ein foramines Element (42; 46), welches sich entlang des gesagten Zentralbereiches erstreckt, wobei der Draht in den Eckbereichen abkühlt durch eine Umformung mit näherungsweise derselben Rate wie der Draht in dem Zentralbereich.