EP0282472A1 - Verfahren zum Kühlen von Stab- oder Drahtmaterial sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

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EP0282472A1 EP88890031A EP88890031A EP0282472A1 EP 0282472 A1 EP0282472 A1 EP 0282472A1 EP 88890031 A EP88890031 A EP 88890031A EP 88890031 A EP88890031 A EP 88890031A EP 0282472 A1 EP0282472 A1 EP 0282472A1
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Franz Dipl.-Ing. Reitmann
Karl Dipl.-Ing. Reiter
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Voestalpine AG
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0224—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for wire, rods, rounds, bars

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling rod and / or wire material following hot working, e.g. hot rolling and on an apparatus for performing this method.
  • Sensitive rod or wire material may only be cooled relatively slowly after hot rolling to prevent material defects. It is known to provide water cooling for the cooling of rod and wire material, in which, however, the cooling usually takes place far too quickly. Furthermore, it has already been proposed to provide other coolants, in particular air, instead of water cooling, but heat transfer coefficients of at least 1000 W / m 2 ° K cannot be achieved with air cooling.
  • the invention now aims to provide a method of the type mentioned at the outset, which, especially in the case of sensitive rod or wire material, enables cooling which ensures the required qualitative properties.
  • the method according to the invention essentially consists in cooling with heat transfer numbers between 1000 W / m2 ° K and 10000 W / m2 ° K.
  • the procedure is such that the rod or wire material is introduced into a possibly perforated coolant-free tube, that the tube is arranged in a coolant container, the liquid level of which during the entry of the rod or wire material into the tube below the tube is held, and that the coolant level in the container is then raised to above the outer jacket of the cooling tube.
  • the fact that the rod tip or wire tip into a perforated coolant-free pipe is introduced it can first be introduced into the cooling pipe at relatively high rolling speeds, the desired heat transfer coefficients being achieved by filling the pipe with cooling liquid.
  • the filled pipe is under the hydrostatic pressure of the coolant contained in the cooler and this hydrostatic pressure practically corresponds to the ambient pressure or a slightly higher pressure.
  • the flow rate of the cooling water is also low in this case, so that the desired low heat transfer coefficients are made possible in comparison with the known water cooling systems.
  • the sudden raising of the liquid level to flood the cooling tube allows the rod or wire tip to be inserted even at higher speeds without the risk of deformation due to the impact on the coolant surface.
  • it may be sufficient to achieve the desired heat transfer coefficients by inserting the rod or the wire with a sufficient thickness thereof into a cooling tube filled with water within a cooling box. If the cooling tube is already filled with water at the time the wire tip or rod tip enters, the insertion of the wire tip or rod tip can be facilitated by blowing in air at correspondingly higher rolling speeds, the small amount of air added to the water making it possible to pass through without problems .
  • a preferred device for carrying out the method according to the invention is essentially characterized in that in a coolant container, in which a perforated cooling tube is arranged, a displacement body is mounted so that it can be raised and lowered, the displacement volume of which corresponds to the volume of the coolant container between a liquid level below the cooling tube and a liquid flooding the perforated cooling pipe corresponds to the mirror.
  • the arrangement of such a displacement body within the cooling box means that the liquid level can be raised quickly to above the outer jacket of the perforated cooling pipe, and it is therefore possible to wait until the wire or rod has reached the cooling pipe, especially in the case of rapidly entering rod or wire material fully enforced.
  • the rapid raising of the liquid level does not lead to excessive flow velocity in the tube, so that the desired lower heat transfer coefficients relative to known water cooling can be achieved.
  • At least one molded body which can be raised and lowered laterally to the cooling tube is preferably selected as the displacement body, which can in particular be cuboidal.
  • FIG. 1 shows a side view of a water tank suitable for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic end view with the displacement body raised
  • FIG. 3 shows a view corresponding to FIG. 2 with the displacement body lowered.
  • a water tank 1 in which a displacement body 2 is arranged to be raised and lowered.
  • the rolling stock 3 runs into a perforated cooling pipe 4 at one end of the water box, 5 wiping nozzles being indicated, which serve to guide the material.
  • air can be blown in via such stripping nozzles to facilitate the introduction of the rod material.
  • the water drain is indicated at 8 and can be closed.
  • the displacement body 2 is pulled out of the cooling liquid in the water tank 1. In this way, the liquid level drops to a level 9, which lies below the perforated cooling tube 4. As soon as the displacement body 2 is lowered, as shown in FIG. 3, the liquid level is raised to the level 10, the cooling tube 4 being filled and flooded. Due to the perforation of the cooling tube 4, the cooling liquid is distributed quickly and uniformly over the entire axial length of the cooling tube. The cooling liquid is under the hydrostatic pressure of the liquid column above the cooling tube 4 and due to the low overpressure and the low flow rate, a relatively low heat transfer coefficient can be achieved compared to known water cooling systems.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Kühlen von Stab- und/oder Drahtmaterial (3) im Anschluß an eine Warmverformung, wie z.B. ein Warmwalzen wird die Abkühlung mit Wärmeübergangszahlen zwischen 1000 W/m²°K und 10000 W/m²°K vorgenommen. Hiebei wird das Stab- oder Drahtmaterial (3) in ein perforiertes kühlmittelfreies Rohr (4), das in einem Kühlflüssigkeitsbehälter (1) angeordnet ist, eingeführt. Der Flüssigkeitsspiegel des Kühlflüssigkeitsbehälters (1) wird während dem Einlaufen des Stab- oder Drahtmaterials (3) in das Rohr (4) unterhalb des Rohres (4) gehalten und anschließend bis über den Außenmantel des Kühlrohres (4) angehoben.

Description

    Verfahren zum Kühlen von Stab- oder Drahtmaterial sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von Stab- und/oder Drahtmaterial im Anschluß an eine Warm­verformung, wie z.B. ein Warmwalzen sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Empfindliches Stab- oder Drahtmaterial darf im Anschluß an das Warmwalzen nur relativ langsam abgekühlt werden, um Materialfehler zu verhindern. Für das Abkühlen von Stab- und Drahtmaterial ist es bekannt Wasserkühlungen vorzusehen, bei welchen die Abkühlung jedoch in der Regel viel zu rasch erfolgt. Es wurde weiters bereits vorgeschlagen anstelle einer Wasserkühlung andere Kühlmittel, insbesondere Luft vorzusehen, jedoch können mit Luftkühlungen Wärmeübergangs­zahlen von mindestens 1000 W/m²°K nicht erreicht werden.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches vor allem bei empfind­lichem Stab- oder Drahtmaterial eine Abkühlung ermöglicht, welche die geforderten qualitativen Eigenschaften gewähr­leistet. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungs­gemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die Abkühlung mit Wärmeübergangszahlen zwischen 1000 W/m²°K und 10000 W/m²°K vorgenommen wird.
  • In besonders bevorzugter Weise wird hiefür so vorgegangen, daß das Stab- oder Drahtmaterial in ein ggf. perforiertes kühlmittelfreies Rohr eingeführt wird, daß das Rohr in einem Kühlflüssigkeitsbehälter angeordnet wird, dessen Flüssig­keitsspiegel während des Einlaufes des Stab- oder Draht­materials in das Rohr unterhalb des Rohres gehalten wird, und daß anschließend der Kühlflüssigkeitsspiegel im Behälter bis über den Außenmantel des Kühlrohres angehoben wird. Dadurch, daß die Stabspitze bzw. Drahtspitze in ein perforiertes kühlmittelfreies Rohr eingeführt wird, kann mit relativ hohen Walzgeschwindigkeiten zunächst eine Einführung in das Kühl­rohr erfolgen, wobei die gewünschten Wärmeübergangszahlen durch eine Füllung des Rohres mit Kühlflüssigkeit erzielt werden. Das gefüllte Rohr steht hiebei unter dem hydrostati­schen Druck der im Kühlkasten enthaltenen Kühlflüssigkeit und dieser hydrostatische Druck entspricht praktisch dem Umgebungsdruck bzw. einem geringfügig höheren Druck. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers ist gleichfalls in diesem Falle gering, so daß die gewünschten niedrigen Wärme­übergangszahlen im Vergleich zu den bekannten Wasserkühlungen ermöglicht werden. Das plötzliche Anheben des Flüssigkeits­spiegels zum Fluten des Kühlrohres erlaubt hiebei, daß das Einführen der Stab- bzw. Drahtspitze auch mit größeren Geschwindigkeiten ohne daß die Gefahr besteht, daß Ver­formungen durch das Auftreffen auf die Kühlmitteloberfläche auftreten. Bei entsprechend geringeren Walzgeschwindigkeiten kann es zur Erzielung der gewünschten Wärmeübergangszahlen ausreichen, den Stab oder den Draht bei ausreichender Dicke desselben in ein mit Wasser gefülltes Kühlrohr innerhalb eines Kühlkastens einzuführen. Wenn das Kühlrohr zum Zeit­punkt des Eintretens der Drahtspitze bzw. der Stabspitze bereits mit Wasser gefüllt ist, kann bei entsprechend höheren Walzgeschwindigkeiten das Einführen der Drahtspitze bzw. der Stabspitze durch Einblasen von Luft erleichtert werden, wobei die geringe dem Wasser beigefügte Luftmenge ein problemloses Durchlaufen ermöglicht.
  • Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­gemäßen Verfahrens ist hiebei im wesentlichen dadurch gekenn­zeichnet, daß in einem Kühlflüssigkeitsbehälter, in welchem ein perforiertes Kühlrohr angeordnet ist, ein Verdrängungs­körper heb- und senkbar gelagert ist, dessen Verdrängungs­volumen dem Volumen des Kühlflüssigkeitsbehälters zwischen einem unterhalb des Kühlrohres liegenden Flüssigkeitsspiegel und einem das perforierte Kühlrohr überflutenden Flüssig­ keitsspiegel entspricht. Durch die Anordnung eines derartigen Verdrängungskörpers innerhalb des Kühlkastens kann rasch eine Anhebung des Flüssigkeitsspiegels bis über den Außenmantel des perforierten Kühlrohres erfolgen und es kann daher insbesondere bei rasch einlaufendem Stab- bzw. Drahtmaterial der Zeitpunkt abgewartet werden bis zu welchem der Draht bzw. Stab das Kühlrohr vollständig durchsetzt. Das rasche Anheben des Flüssigkeitsspiegels führt hiebei zu keiner übermäßigen Strömungsgeschwindigkeit im Rohr, so daß die gewünschten relativ zu bekannten Wasserkühlungen geringeren Wärme­übergangszahlen erreicht werden können.
  • Für die Anhebung des Flüssigkeitsspiegels wird hiebei bevor­zugt wenigstens ein seitlich des Kühlrohres heb- und senkbar angeordneter Formkörper als Verdrängungskörper gewählt, welcher insbesondere quaderförmig ausgebildet sein kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1 eine Seitenansicht eines für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Wasserkasten, Fig. 2 eine schematische Stirnansicht mit angehobenem Verdrängungskörper und Fig. 3 eine Ansicht entsprechend der Fig. 2 mit abgesenktem Verdrängungskörper.
  • In Fig. 1 ist ein Wasserkasten 1 dargestellt, in welchem ein Verdrängungskörper 2 heb- und senkbar angeordnet ist. Das Walzgut 3 läuft an einer Stirnseite des Wasserkastens in ein perforiertes Kühlrohr 4 ein, wobei mit 5 Abstreifdüsen angedeutet sind, welche der Führung des Materials dienen. Bei mit Wasser gekühlten Kühlrohren kann über derartige Abstreif­düsen zur Erleichterung des Einführens des Stabmaterials Luft eingeblasen werden.
  • Mit 6 ist der Wasserüberlauf und mit 7 der Wasserzulauf zum Wasserkasten bezeichnet. Der Wasserablauf ist mit 8 angedeutet und ist verschließbar.
  • Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist der Verdrängungskörper 2 aus der Kühlflüssigkeit im Wasserkasten 1 herausgezogen. Der Flüssigkeitsspiegel sinkt auf diese Weise auf ein Niveau 9 ab, welches unterhalb des perforierten Kühlrohres 4 liegt. Sobald der Verdrängungskörper 2, wie in Fig. 3 dargestellt ist, abgesenkt wird, wird der Flüssigkeitsspiegel auf das Niveau 10 angehoben, wobei das Kühlrohr 4 gefüllt und über­flutet wird. Aufgrund der Perforation des Kühlrohres 4 verteilt sich die Kühlflüssigkeit rasch und gleichmäßig über die gesamte axiale Länge des Kühlrohres. Die Kühlflüssigkeit befindet sich unter dem hydrostatischen Druck der Flüssig­keitssäule oberhalb des Kühlrohres 4 und aufgrund des ge­ringen Überdruckes und der geringen Strömungsgeschwindigkeit kann eine relativ niedrige Wärmeübergangszahl im Vergleich zu bekannten Wasserkühlungen erzielt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Kühlen von Stab- und/oder Drahtmaterial (3) im Anschluß an eine Warmverformung, wie z.B. ein Warmwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mit Wärmeübergangs­zahlen zwischen 1000 W/m²°K und 10000 W/m²°K vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stab- oder Drahtmaterial (3) in ein ggf. perforiertes kühl­mittelfreies Rohr (4) eingeführt wird, daß das Rohr in einem Kühlflüssigkeitsbehälter (1) angeordnet wird, dessen Flüssig­keitsspiegel (9) während des Einlaufes des Stab- oder Draht­materials in das Rohr (4) unterhalb des Rohres gehalten wird, und daß anschließend der Kühlflüssigkeitsspiegel (10) im Behälter bis über den Außenmantel des Kühlrohres (4) ange­hoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei niedriger Walzgeschwindigkeit das Stab- oder Drahtmaterial (3) in ein mit Wasser gefülltes Kühlrohr (4), welches innerhalb eines mit Wasser gefüllten Kühlkastens (1) angeordnet ist, eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für höhere Walzgeschwindigkeiten während des Durchlaufes der Draht bzw. Stabspitze in das wassergefüllte Kühlrohr (4) Luft eingeblasen wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kühlflüssig­keitsbehälter (1), in welchem ein perforiertes Kühlrohr (4) angeordnet ist, ein Verdrängungskörper (2) heb- und senkbar gelagert ist, dessen Verdrängungsvolumen dem Volumen des Kühlflüssigkeitsbehälters (1) zwischen einem unterhalb des Kühlrohres (4) liegenden Flüssigkeitsspiegel (9) und einem das perforierte Kühlrohr (4) überflutenden Flüssigkeits­spiegel (10) entspricht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (2) von wenigstens einem seitlich des Kühlrohres (4) heb- und senkbar angeordneten Formkörper, insbesondere einem Quader, gebildet ist.
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