EP0282472B1 - Verfahren zum Kühlen von Stab- oder Drahtmaterial sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

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EP0282472B1
EP0282472B1 EP88890031A EP88890031A EP0282472B1 EP 0282472 B1 EP0282472 B1 EP 0282472B1 EP 88890031 A EP88890031 A EP 88890031A EP 88890031 A EP88890031 A EP 88890031A EP 0282472 B1 EP0282472 B1 EP 0282472B1
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cooling
pipe
rod
wire material
liquid level
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Ernest Dipl.-Ing. Dr. Fuhrmann
Franz Dipl.-Ing. Reitmann
Karl Dipl.-Ing. Reiter
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Primetals Technologies Austria GmbH
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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 a device for carrying out this method, a cooling tube being arranged in a coolant container.
  • 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. It has also already been proposed to provide other coolants, in particular air, instead of water cooling, but heat transfer coefficients of at least 1,000 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, particularly 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 that the cooling is carried out with heat transfer numbers between 1,000 W / m2K and 10,000 W / m2K, that the rod or wire material is inserted into a perforated coolant-free tube, that the tube is in a coolant container is arranged, the liquid level of which is kept below the tube during the entry of the rod or wire material into the tube, and that the coolant level in the container is then raised to above the outer jacket of the cooling tube.
  • the rod tip or wire tip Due to the fact that the rod tip or wire tip is inserted into a perforated coolant-free tube, it can first be introduced into the cooling tube at relatively high rolling speeds, the desired heat transfer coefficients being between 1,000 W / m 2 K and 10,000 W / m 2 K filling the tube with coolant can be achieved.
  • 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 at higher speeds without the risk of deformation due to the impact on the coolant surface.
  • a preferred device for cooling rod and / or wire material following hot forming for carrying out the method according to the invention a cooling tube being arranged in a cooling liquid container, is characterized in that in a cooling liquid container in which a perforated cooling tube is arranged, a displacement body is mounted such that it can be raised and lowered, the displacement volume of which corresponds to the volume of the cooling liquid container between a liquid level below the cooling tube and a liquid level flooding the perforated cooling tube.
  • 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 can be achieved relative to known water cooling systems.
  • 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 tube 4 at one end of the water box, 5 wiping nozzles being indicated which serve to guide the material.
  • cooling tubes cooled with water 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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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • 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, wobei in einem Kühlflüssigkeitsbehälter ein Kühlrohr angeordnet ist.
  • Aus der EP-A 1 169 827 ist ein Verfahren zum Kühlen von Stab und/oder Drahtmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden, wobei im Anschluß an ein Warmwalzen eine zweistufige Abkühlung mit stark unterschiedlichen Wärme- übergangswerten vorgenommen wird. Dabei erfolgt ein erste, starke Abkühlung bis auf die Martensitumwandlungstemperatur, während nachfolgend eine zweite Abkühlungsstufe bei spiralförmig ausgelegtem Draht mit relativ geringem Wärmeübergang erfolgt. Aus der FR-A 2 253 578 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 zum Abkühlen von mit hoher Geschwindigkeit aus einer Verformungseinheit austretendem Stab- oder Drahtmaterial bekanntgeworden, wobei zur Verhinderung eines Blockierens bzw. Verformens beim Eintreten in ein Kühlrohr dieses unterteilt ausgebildet ist und darin befindliche Kühlflüssigkeit vor dem Eintritt der Drahtspitze mittels Druckluft ausgeblasen wird.
  • 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 1 000 W/m2K 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 1 000 W/m2K und 10 000 W/m2K vorgenommen wird, daß das Stab- oder Drahtmaterial in ein 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 zwischen 1 000 W/m2K und 10 000 W/m2K durch eine Füllung des Rohres mit Kühlflüssigkeit erzielt werden. Das gefüllte Rohr steht hierbei 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 hierbei, daß das Einführen der Stab- bzw. Drahtspitze auch mit größeren Geschwindigkeiten erfolgen kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß Verformungen durch das Auftreffen auf die Kühlmitteloberfläche auftreten.
  • Eine bevorzugte Vorrichtung zum Kühlen von Stab- und/oder Drahtmaterial im Anschluß an eine Warmverformung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in einem Kühlflüssigkeitsbehälter ein Kühlrohr angeordnet ist, ist hierbei 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 Flüssigkeitsspiegel 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 (3)

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 1 000 W/m2K und 10 000 W/m2K vorgenommen wird, daß das Stab- oder Drahtmaterial (3) in ein 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.
2. Vorrichtung zum Kühlen von Stab- und/oder Drahtmaterial (3) im Anschluß an eine Warmverformung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei in einem Kühlflüssigkeitsbehälter (1) ein Kühlrohr (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlflüssigkeitsbehälter (1) ein perforiertes Kühlrohr (4) angeordnet ist und 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.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, 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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