EP1172448A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten, metallischen Langprodukten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten, metallischen Langprodukten Download PDF

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EP1172448A2
EP1172448A2 EP01113545A EP01113545A EP1172448A2 EP 1172448 A2 EP1172448 A2 EP 1172448A2 EP 01113545 A EP01113545 A EP 01113545A EP 01113545 A EP01113545 A EP 01113545A EP 1172448 A2 EP1172448 A2 EP 1172448A2
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/44—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for equipment for lining mine shafts, e.g. segments, rings or props

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cooling by hot forming metallic long products, especially sheet piles Steel.
  • Long products of this type are after they for example by hot rolling in a rolling mill have been thermoformed, usually others Undergo production steps such as straightening.
  • Prerequisite for entering the respective after the Hot forming is in the next production step Rule, however, that the long products except for a certain one Inlet temperature have cooled.
  • the object of the invention is a method and to provide a device with which Long products, especially sheet piles inexpensive way without the risk of unwanted Let the deformation cool.
  • This task is carried out in relation to the procedure for Cooling of metallic, produced by thermoforming Long products, especially sheet piles made of steel, solved that in a first step Long products first through a cooling time interval Wetting with a cooling fluid by a temperature difference be cooled and that in a second step over an equalization time interval without the influence of a Coolant temperature compensation in the long product is produced, the steps of the gradual Cooling and temperature compensation are repeated, until a target final temperature in the long product is reached is.
  • the cooling of the long products divided into several cooling steps, with between each Cooling step a time passes which is sufficient to one Establish temperature compensation in the respective product.
  • the temperature compensation they are the same the possibly due to the previous cooling existing deformations of the workpiece as well.
  • the gradual cooling according to the invention with each intermediately long enough Temperature compensation phases is the danger of one through the Cooling caused permanent deformation of the Long product reduced to a minimum. Doing so the length of the cooling phases, the intensity of the cooling in each cooling time interval, the amount of each achieved Decrease in temperature and the length of the Compensation time interval in a simple way coordinate with each other that an optimal cooling result is achieved.
  • the length of the Compensation time interval can be many times larger than the length of the cooling time interval. Practical trials with previously hot-rolled sheet piles have shown that get good results if the length of the Compensation time interval 10 to 30 times larger is the length of the cooling time interval.
  • a cooling medium can be water or a water-based emulsion can be used.
  • the method according to the invention can be conceivable with carry out simple, inexpensive means. So are usually simple, central to the surface of the Long products directed nozzles sufficient to the to gradually cool the relevant products.
  • a device for cooling by thermoforming produced, metallic long products, in particular Steel sheet piles solved with a Conveyor for the transport of the long products over a conveyor path and spaced apart on the conveyor path mutually arranged cooling nozzles is equipped which each have a cooling fluid over a cooling time interval emerges, the time interval which for the Transport between two cooling nozzles is needed to get one Is much longer than the respective one Cooling time interval.
  • each several are located transversely to the conveying direction of the long product extending and spaced apart in the conveying direction arranged rows of several cooling nozzles available.
  • the device 1 comprises a conventional one Walking beam cooling bed 2, through which in a not illustrated hot rolling mill produced sheet piles S, S1 gradually in a direction transverse to its longitudinal extent directional funding direction Q gradually promoted become.
  • a middle section 3 of this linear conveying path 4 covered are in even distances five across the conveying direction Q extending rows R1-R5 of cooling nozzles 5 are arranged.
  • the cooling nozzles 5 of each row R1-R5 are also included positioned at regular intervals.
  • Each of the rows of cooling nozzles 5 is one Supply line 6,7,8,9,10 assigned to which the Cooling nozzles 5 of the respective row R1 - R5 each are connected together. Via a control device 11 are the supply lines 6-10 to a central Cooling water supply 12 connected.
  • the from the hot rolling mill, not shown, with a Starting temperature coming sheet piles S, S1 are from the walking beam conveyors of the also not shown Cooling bed 2 added and gradually over the Conveyed path 4 of the cooling bed 2 promoted.
  • the section of the conveying path 4 is cooled sheet pile S1 to a temperature T0 in air.
  • the control device 11 acts on it Row R1 for a first, for example 1.5 seconds continuous cooling time interval K1 with cooling water, so that the sheet pile S1 concerned by a temperature difference ⁇ T1 is cooled. Then passes between the Transport from row R1 to row R2 Compensation time interval E1, its length, for example is 20 times larger than the cooling time interval Kl. Within the compensation time interval E1, the Sheet pile S1 a uniformly distributed temperature T1 on.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten metallischen Langprodukten, insbesondere Spundbohlen (S,S1) aus Stahl, bei dem in einem ersten Schritt die Langprodukte (S,S1) zunächst über ein Kühlzeitintervall (K1 - K5) durch Benetzen mit einem Kühlfluid um eine Temperaturdifferenz (ΔT1 - ΔT5) abgekühlt werden und bei dem in einem zweiten Schritt über ein Ausgleichszeitintervall (E1 - E4) ohne die Einwirkung eines Kühlmittels ein Temperaturausgleich in dem Langprodukt (S,S1) hergestellt wird, wobei die Schritte der stufenweisen Abkühlung und des Temperaturausgleichs wiederholt werden, bis eine Soll-Endtemperatur (ET) in dem Langprodukt (S,S1) erreicht ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen es, Langprodukte, insbesondere Spundbohlen, auf kostengünstige Weise ohne die Gefahr einer ungewollten Verformung abkühlen zu lassen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten metallischen Langprodukten, insbesondere Spundbohlen aus Stahl. Langprodukte dieser Art werden, nachdem sie beispielsweise durch Warmwalzen in einer Walzstraße warmgeformt worden sind, üblicherweise weiteren Produktionsschritten, wie einem Richten, unterzogen. Voraussetzung für das Eintreten in den jeweils nach der Warmverformung folgenden Produktionschritt ist in der Regel jedoch, daß die Langprodukte bis auf eine bestimmte Eintrittstemperatur abgekühlt sind.
Ein Problem bei der Abkühlung von Langprodukten besteht darin, daß es insbesondere bei Produkten mit einer komplexen Querschnittsform und über den Querschnitt wechselnden Dicken im Zuge der Abkühlung zu Verformungen aufgrund der örtlich unterschiedlich schnellen Temperaturabnahme im Produkt kommen kann. Besonders bestehen diese Probleme bei der Fertigung von durch Warmwalzen erzeugten Spundbohlen, bei denen die jeweils seitlichen, gegenüber einem Mittelabschnitt abgewickelten Abschnitte eine geringere Wandstärke aufweisen. Bei derartigen Langprodukten besteht die Gefahr, daß sie sich im Zuge des Abkühlens so stark verbiegen, daß sie unbrauchbar werden oder aufwendige Nacharbeiten erforderlich sind, um ihre Verwendbarkeit wieder herzustellen.
Der Gefahr der Verformung im Zuge der Abkühlung kann derzeit nur mit aufwendigen Kühlapparaturen begegnet werden, welche durch eine entsprechend verteilte Ausbringung des Kühlmediums eine über den Querschnitt des jeweiligen Produktes gleichmäßige Abkühlung sicherstellen. Derartige Apparaturen erfordern einen hohen Investitionsaufwand und führen zu ebenso hohen Betriebskosten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich Langprodukte, insbesondere Spundbohlen, auf kostengünstige Weise ohne die Gefahr einer ungewollten Verformung abkühlen lassen.
Diese Aufgabe wird in Bezug auf das Verfahren zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten, metallischen Langprodukten, insbesondere Spundbohlen aus Stahl, dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt die Langprodukte zunächst über ein Kühlzeitintervall durch Benetzen mit einem Kühlfluid um eine Temperaturdifferenz abgekühlt werden und daß in einem zweiten Schritt über ein Ausgleichszeitintervall ohne die Einwirkung eines Kühlmittels ein Temperaturausgleich in dem Langprodukt hergestellt wird, wobei die Schritte der stufenweisen Abkühlung und des Temperaturausgleichs wiederholt werden, bis eine Soll-Endtemperatur in dem Langprodukt erreicht ist.
Gemäß der Erfindung wird die Abkühlung der Langprodukte in mehrere Kühlschritte aufgeteilt, wobei zwischen jedem Kühlschritt eine Zeit vergeht, welche ausreicht, um einen Temperaturausgleich im jeweiligen Produkt herzustellen. Einhergehend mit dem Temperaturausgleich gleichen sich die aufgrund der vorangehenden Abkühlung eventuell vorhandenen Verformungen des Werkstücks ebenso aus. Durch die erfindungsgemäße schrittweise Abkühlung mit jeweils zwischengeschalteten ausreichend langen Temperaturausgleichsphasen ist die Gefahr einer durch die Abkühlung verursachten bleibenden Verformung des Langprodukts auf ein Minimum reduziert. Dabei lassen sich die Länge der Kühlphasen, die Intensität der Abkühlung in jedem Kühlzeitintervall, die Höhe der jeweils erzielten Temperaturabnahme und die Länge des Ausgleichszeitintervalls auf einfache Weise so aufeinander abstimmen, daß ein optimales Abkühlergebnis erzielt wird.
In den meisten Anwendungsfällen wird die Länge des Ausgleichszeitintervalls um ein Vielfaches größer sein als die Länge des Kühlzeitintervalls. Praktische Versuche mit zuvor warmgewalzten Spundbohlen haben gezeigt, daß sich gute Ergebnisse einstellen, wenn die Länge des Ausgleichszeitintervalls um das 10- bis 30-fache größer ist als die Länge des Kühlzeitintervalls. Als Kühlmedium kann dabei in üblicher Weise Wasser oder eine wasserhaltige Emulsion verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit denkbar einfachen, kostengünstigen Mitteln durchführen. So sind in der Regel einfache, zentral auf die Oberfläche der Langprodukte gerichtete Düsen ausreichend, um die betreffenden Produkte schrittweise abzukühlen.
Im Hinblick auf die Verwirklichung eines kontinuierlich ablaufenden Produktionsprozesses wird die oben genannte Aufgabe allerdings in besonders vorteilhafter Weise durch eine Vorrichtung zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten, metallischen Langprodukten, insbesondere Spundbohlen aus Stahl, gelöst, die mit einer Fördereinrichtung zum Transport der Langprodukte über einen Förderweg und mit am Förderweg beabstandet zueinander angeordneten Kühldüsen ausgestattet ist, aus denen jeweils über ein Kühlzeitintervall ein Kühlfluid austritt, wobei das Zeitintervall, welches für den Transport zwischen zwei Kühldüsen benötigt wird, um ein Vielfaches länger ist als das jeweilige Kühlzeitintervall. Dabei sind vorzugsweise jeweils mehrere sich quer zur Förderrichtung des Langproduktes erstreckende und in Förderrichtung beabstandet zueinander angeordnete Reihen von mehreren Kühldüsen vorhanden.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Transportzeiten zwischen den einzelnen Kühldüsen und die Kühlzeitintervalle, über die das jeweilige Langprodukt in einem der Kühlschritte abgekühlt wird, so aneinander angepaßt, daß am Ende des Förderweges die gewünschte Endtemperatur erreicht ist. Auf diese Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren problemlos auch in einem kontinuierlich ablaufenden Produktionsprozeß verwirklichen. Auch lassen sich bestehende Produktionsanlagen, insbesondere solche, bei denen die jeweiligen Produkte schrittweise über eine Kühlstrecke gefördert werden, mit einfachen Mitteln und zu geringen Kosten zu erfindungsgemäßen Vorrichtungen umrüsten. Da jeweils ausreichend Zeit für den Temperaturausgleich zwischen den einzelnen Kühlschritten zur Verfügung gestellt werden kann, muß die Plazierung der Düsen dabei nicht nach dem Gesichtspunkt einer möglichst homogenen Ausbringung der Kühlflüssigkeit vorgenommen werden, sondern kann sich nach den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten richten. Im Ergebnis stellt die Erfindung damit eine kostengünstig herstellbare und besonders wirtschaftlich betreibbare Vorrichtung zur Verfügung, mit denen sich Langprodukte der hier in Rede stehenden Art ohne die Gefahr einer durch den Abkühlvorgang hervorgerufenen Verformung abkühlen lassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1
eine Vorrichtung zum Abkühlen von Spundbohlen in einer Ansicht von oben;
Fig. 2
die zeitliche Abfolge der Kühl- und Ausgleichszeitintervalle in einem Diagramm.
Die Vorrichtung 1 umfaßt ein herkömmlich ausgebildetes Hubbalken-Kühlbett 2, durch das in einer nicht dargestellten Warmwalzstraße erzeugte Spundbohlen S,S1 schrittweise in einer quer zu ihrer Längserstreckung gerichteten Förderrichtung Q schrittweise gefördert werden. In einem mittleren Abschnitt 3 des dabei zurückgelegten geradlinigen Förderwegs 4 sind in gleichmäßigen Abständen fünf sich quer zur Förderrichtung Q erstreckende Reihen R1 - R5 von Kühldüsen 5 angeordnet.
Die Kühldüsen 5 jeder Reihe R1 - R5 sind ebenfalls mit regelmäßigen Abständen zueinander positioniert.
Jeder der Reihen von Kühldüsen 5 ist jeweils eine Versorgungsleitung 6,7,8,9,10 zugeordnet, an welche die Kühldüsen 5 der jeweiligen Reihe R1 - R5 jeweils gemeinsam angeschlossen sind. Über eine Steuereinrichtung 11 sind die Versorgungsleitungen 6 - 10 an eine zentrale Kühlwasserversorgung 12 angeschlossen.
Die aus der nicht dargestellten Warmwalzstraße mit einer Anfangstemperatur kommenden Spundbohlen S,S1 werden von den ebenfalls nicht gezeigten Hubbalkenbförderern des Kühlbetts 2 aufgenommen und schrittweise über den Förderweg 4 des Kühlbetts 2 gefördert. Im ersten Abschnitt des Förderweges 4 erfolgt dabei die Abkühlung der Spundbohle S1 auf eine Temperatur T0 an Luft.
Sobald die jeweilige Spundbohle S1 die erste Reihe R1 von Kühldüsen 5 im mittleren Abschnitt 3 des Kühlbetts 2 erreicht hat, beaufschlagt die Steuereinrichtung 11 diese Reihe R1 für ein erstes, beispielsweise 1,5 Sekunden dauerndes Kühlzeitintervall K1 mit Kühlwasser, so daß die betreffende Spundbohle S1 um eine Temperaturdifferenz ΔT1 abgekühlt wird. Anschließend vergeht zwischen dem Transport von der Reihe R1 zur Reihe R2 ein Ausgleichszeitintervall E1, dessen Länge beispielsweise um das 20-fache größer ist als das Kühlzeitintervall Kl. Innerhalb des Ausgleichszeitintervalls E1 nimmt die Spundbohle S1 eine gleichmäßig verteilte Temperatur T1 ein.
Wenn die eine derart gleichmäßig verteilte Temperatur T1 aufweisende Spundbohle S1 die Reihe R2 erreicht hat, werden die Kühldüsen 5 dieser Reihe R2 durch die Steuereinrichtung 11 für ein Kühlzeitintervall K2 mit Kühlwasser beaufschlagt. Die Spundbohle S1 wird dadurch um eine Temperatur ΔT2 abgekühlt. Innerhalb eines Ausgleichszeitintervalls E2 wird die Spundbohle S1 dann zur dritten Reihe R3 von Kühldüsen 5 transportiert. In diesem Zeitintervall E2 gleicht sich ihre Temperatur aus, so daß sie die Reihe R3 mit einer gleichmäßig verteilten Temperatur T2 erreicht.
Die Abfolge der schrittweisen Abkühlung über jeweils ein Kühlzeitintervall K3,K4,K5 mit einer darin jeweils erreichten Abkühlung um eine Temperaturdifferenz ΔT3, ΔT4 und dem anschließenden Ausgleich der Temperatur T3,T4 in einem Ausgleichszeitintervall E3,E4 wiederholt sich, bis die Spundbohle S1 mit einer Temperatur T5 den mittleren Abschnitt 3 des Kühlbetts 2 verläßt. Auf dem letzten Teilstück des Förderweges 4 erfolgt dann der Ausgleich der am Ende des Kühlzeitintervalls K5 erreichten Temperatur T5 bei gleichzeitiger langsamer Abkühlung an Luft, bis die Spundbohle S1 mit der geforderten Endtemperatur ET das Kühlbett 2 verläßt.
Der Ablauf der Kühlung ist voranstehend am Beispiel der Spundbohle S1 erläutert worden. Parallel dazu werden selbstverständlich die gleichzeitig mit der Spundbohle S1 in der Vorrichtung 1 befindlichen, kontinuierlich schrittweise weitergeförderten Spundbohlen S1 in gleicher Weise stufenweise abgekühlt, sobald sie den mittleren Abschnitt 3 des Förderwegs 4 erreicht haben.
BEZUGSZEICHEN
1
Vorrichtung
2
Hubbalken-Kühlbett
3
mittlerer Abschnitt des Förderwegs 4
4
Förderweg
5
Kühldüsen
6,7,8,9,10
Versorgungsleitung
11
Steuereinrichtung
12
Kühlwasserversorgung
E1,E2,E3,E4,E5
Ausgleichszeitintervalle
K1,K2,K3,K4,K5
Kühlzeitintervalle
Q
Förderrichtung
R1 - R5
Reihen von Kühldüsen 5
S,S1
Spundbohlen
T1,T2,T3,T5,ET
Temperaturen
ΔT1, ΔT2, ΔT3, ΔT4, ΔT5
Temperaturdifferenzen

Claims (6)

  1. Verfahren zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten metallischen Langprodukten, insbesondere Spundbohlen (S,S1) aus Stahl, bei dem in einem ersten Schritt die Langprodukte (S,S1) zunächst über ein Kühlzeitintervall (K1 - K5) durch Benetzen mit einem Kühlfluid um eine Temperaturdifferenz (ΔT1 - ΔT5) abgekühlt werden und bei dem in einem zweiten Schritt über ein Ausgleichszeitintervall (E1 - E4) ohne die Einwirkung eines Kühlmittels ein Temperaturausgleich in dem Langprodukt (S,S1) hergestellt wird, wobei die Schritte der stufenweisen Abkühlung und des Temperaturausgleichs wiederholt werden, bis eine Soll-Endtemperatur (ET) in dem Langprodukt (S,S1) erreicht ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ausgleichszeitintervalls (E1 - E4) um ein Vielfaches größer ist als die Länge des Kühlzeitintervalls (K1 - K5).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ausgleichszeitintervalls (E1 - E4) um das 10- bis 30-fache größer ist als die Länge des Kühlzeitintervalls (K1 - K5).
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid Wasser oder eine wasserhaltige Emulsion ist.
  5. Vorrichtung zum Abkühlen von durch Warmverformen erzeugten, metallischen Langprodukten, insbesondere Spundbohlen (S,S1) aus Stahl, mit einer Fördereinrichtung (2) zum Transport der Langprodukte (S,S1) über einen Förderweg (4) und mit am Förderweg (4) beabstandet zueinander angeordneten Kühldüsen (5), aus denen jeweils über ein Kühlzeitintervall (K1 - K5) ein Kühlfluid austritt, wobei das Zeitintervall (E1 - E4), welches für den Transport zwischen zwei Kühldüsen (5) benötigt wird, um ein Vielfaches länger ist als das jeweilige Kühlzeitintervall (K1 - K5).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in sich quer zur Förderrichtung (Q) des Langproduktes (S,S1) erstreckenden und in Förderrichtung (Q) beabstandet zueinander angeordneten Reihen (R1 - R5) jeweils mehrere Kühldüsen (5) angeordnet sind.
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