EP1626822B1 - Verfahren und vorrichtung zum kühlen bzw. abschrecken von brammen und blechen mit wasser in einem kühlbecken - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kühlen bzw. abschrecken von brammen und blechen mit wasser in einem kühlbecken Download PDF

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EP1626822B1
EP1626822B1 EP04731341A EP04731341A EP1626822B1 EP 1626822 B1 EP1626822 B1 EP 1626822B1 EP 04731341 A EP04731341 A EP 04731341A EP 04731341 A EP04731341 A EP 04731341A EP 1626822 B1 EP1626822 B1 EP 1626822B1
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EP
European Patent Office
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cooling
water
slabs
sheets
slab
Prior art date
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EP04731341A
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English (en)
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EP1626822A1 (de
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Dirk Schmidt
Harald Wehage
Frank Werner
Guenther Thues
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
Ilsenburger Grobblech GmbH
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Publication date
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for cooling or quenching of slabs and sheets with water in a cooling basin, in which the previously vertically erected by a tilting device slabs and sheets are lowered in a vertical position and temporarily adjusted.
  • a cooling device which consists of a cooling basin for receiving cooling water and a professional in the cooling basin adjustment framework for the vertical adjustment of the slabs by means of a movable over or along the cooling tank crane vehicle. This detects the slabs in a vertical position with suitable gripping devices, sets the slabs in the setting frame and lifts them after cooling back out.
  • a tilting device is arranged at the front end of the cooling bucket. Two independent tilting devices are also located in the area of supply and discharge roller tables for upending and depositing slabs.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type mentioned, with which can avoid the disadvantages mentioned and can achieve quenching with better quality.
  • This object is achieved by a method according to the invention in that the slabs and sheets are irradiated on both sides with cooling water.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the slabs and sheets are completely immersed in a water-filled cooling tank and additionally irradiated with cooling water in the water bath of the cooling pool. It can be done here a kind of whirlpool deterrent or cooling.
  • An alternative embodiment provides that the water level is lowered in the cooling pool, the slabs and sheets protrude above the water level and are irradiated with cooling water.
  • One and the same system thus makes it possible, depending on e.g. the quality of the material to change the cooling process and on the same cooling system without other or additional facilities to carry out the cooling process either as jet operation or in Whirlpool operation, taking into account still different fresh water demand and temperature and water temperature, each starting from a start and a final temperature, which also vary can.
  • the cooling system can advantageously be based on a physical-mathematical cooling model that describes the transient time-temperature behavior of the sheet / slab with the boundary conditions of the temperature-dependent physical properties and the heat transfer coefficient, which depends on the local surface temperature of the slab / sheet Using the finite element method and the Fourier equation of thermal conductivity as well as the disassembly of the slab / sheet into individual layers, the temperature distribution over the cooling material thickness is calculated.
  • a fundamental problem in accelerated cooling is the exact description of the time course of the temperature fields within the rolling stock.
  • the calculation using mathematical models is a suitable tool for planning, controlling and optimizing the process.
  • the material characteristics are determined according to the alloy constituents or the material characteristic class for each good to be cooled. The corresponding calculations are then carried out using these temperature-dependent material characteristics.
  • the cooling model it is also possible to simulate calculations offline. Thereby, e.g. the different cooling rates for different amounts of water are compared to optimize the cooling process. These offline calculations can be triggered by the dialog described above. Thus, it is possible to return a protocol with the most important parameters and operating results to the PLS system. Also included are parameters and coefficients for material and constraints, e.g. in the temperature model.
  • the cooling basin on both sides of the lowered slabs / sheets with alignment on the broadside surfaces arranged nozzle means which are connected to a cooling water circuit the means for lowering the water filling of a maximum , Upper water level has a lower, lower water level.
  • the additional cooling water directly at the scene after adjusting the slab or sheet, blast onto it.
  • a constant over the entire surface nozzle spacing is maintained; depending on the requirement profile, this can be between 10 and 500 mm.
  • the sheet or the slab can be aligned accordingly by means of a hydraulically operated pressing device.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the cooling pool is formed with raceways for a slab or a sheet receiving, lifting and lowering carriage. Carriage insertion and removal can be carried out very quickly.
  • the residence time for quenching slabs or sheets in the cooling basin is greater than 30 minutes.
  • the carriage is connected to a cable drive.
  • This preferably has guided on the carriage rope drums guided ropes, the rope drums are mechanically coupled to a frequency controlled three-phase motor.
  • the vertical lowering and lifting can be done with the cable drive in the shortest time interval; the time interval for the complete immersion of a slab / sheet is less than 10 seconds.
  • the good running ability of the carriage is favored here, when it is guided over rollers / wheels on the raceways.
  • a cooling system 20 shown in Fig. 1 consists of a cooling tank 1 and a pump reservoir tank 14 adjacent thereto.
  • the two basins 1 and 14 are connected by flow connections in the form of a lower and an upper overflow 15a and 15b with each other.
  • the refrigerator 20 e.g. after austenitizing, the hot slabs / sheets 2 on a coming from a heating oven hearth carriage 16 lying positioned via a transfer stage 17 supplied.
  • a hydraulically actuated tilting device 18 By means of a hydraulically actuated tilting device 18, the hot slab / sheet 2 is lifted from the bogie 16 and erect in upright position one handed over in the cooling basin 1 and lowered carriage 3.
  • the front, right cooling or quenching tank 1 associated tilting device 18 has a rotatably mounted shaft 19, are mounted on the Abhebearme 21, which are located to take over the slab / sheet 2 in a horizontal position and with the resting slab / sheet 2 of the bogie 16 are traversable.
  • the lift arms 21 are moved by hydraulic cylinders 22 from the horizontal position by 90 ° in the transfer position, in which the slab / sheet 2 is upright, rotated or pivoted.
  • the slab / sheet 2 is supported on the lower edge of pawls 23, which can be acted upon by hydraulic cylinders 24.
  • the position detection is carried out via a position sensor, not shown, wherein the raising of the supplied slabs / sheets 2 is carried out after manual release in automatic sequence.
  • the carriage 3 is raised slightly, whereby the slab / sheet 2 is released from the pawls 23, which can thus be pivoted away.
  • the carriage 3 is then lowered very quickly for cooling the slab / sheet 2.
  • the removal of the slab / sheet 2 proceeds in the reverse manner as described above for the setting in the automatic mode.
  • the cooled slab / the sheet 2 is then either against on the bogie 16 or can be transported away with the hall crane, including the transfer crane 17 must be moved laterally in the hall crane Abstransport.
  • the carriage 3 For lifting and lowering the carriage 3 with the slab 2 in the cooling basin 1, the carriage 3 is connected to a cable drive 4, the has guided on the slide 3 cable drums 5 guided and previously on pulleys 6 running ropes 7.
  • a not-shown, frequency-controlled three-phase motor with reduction gear acts mechanically coupled via cardan shafts on the cable drums 5.
  • the carriage 3 runs out with rollers or wheels 8 provided in the cooling tank 1 raceways 9.
  • the lowered completely with the slab 2 in the cooling tank 1 Position of carriage 3 and slab 2 is illustrated in Fig. 3 by dotted lines.
  • the slabs / sheets 2 set as described above are arranged in thedebekken 1 between the raceways 9 with alignment of nozzles 10 on each of the broad side surfaces of the slab / sheet 2 nozzle bars 11a, 11b (see Figures 4 and 5) associated. These are connected to a cooling water circuit 12, as it can be seen closer to Fig. 2.
  • the slab / sheet 2 is irradiated by the nozzle bars 11a, 11b with cooling water.
  • the here maximum, low water level 13a in quenching tank 1 - as well as the adjacent pump reservoir tank 14 - is below the lower edge of the slab / sheet 2 during the cooling process.
  • the cooling water is drawn from the Pumpenvorlagebekken 14 by the pumps 25a, 25b and conveyed through a filter 26 to the nozzle bars 11a, 11b.
  • a speed control for the pumps 25a, 25b allows depending on the sheet size and strength defined exposures to cooling water.
  • the function of the filter 26 is to retain scale particles which are larger than the nozzle openings and thus to avoid blockages. It is rinsed with own medium after each cooling process. The rinse water is guided to a sintering channel 27 and thereby supports the lowering of the water level after the cooling process. The majority of the scale settles on the bottom of the cooling pool 1, so that the pool bottom is cleaned from time to time.
  • the Absenkmenge and amount of fresh water are dependent on the final temperature of the last process and the start temperature of the next cooling program.
  • the basin 1 can be additionally lowered via a bypass 31 (see FIG. 2).
  • the slab / sheet 2 is submerged in the tank 1 filled with high water level 13b and simultaneously charged with water from the cooling beams 11a, 11b.
  • the water is through the nozzles 10 for Forced convection - from a free convection is a forced convection, which allows a better heat transfer from the slab / sheet 2 to the water as a simple dip.
  • a higher cooling start temperature is possible because of the larger storage volume in the whirlpool mode or it can be at low cooling start temperature several cooling down to reach the allowable water temperature limit.
  • cooling in the same cooling system 20 can optionally also be carried out by dive operation without jet irradiation.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen bzw. Abschrecken von Brammen und Blechen mit Wasser in einem Kühlbecken, in das die von einer Kippvorrichtung zuvor vertikal aufgerichteten Brammen und Bleche in Hochkantlage abgesenkt und temporär eingestellt werden.
  • Zum Kühlen von Brammen ist durch die DE 25 48 154 A eine Kühlvorrichtung bekanntgeworden, die aus einem Kühlbecken zur Aufnahme von Kühlwasser und einem in dem Kühlbecken fachartigen Einstellgerüst zum lotrechten Einstellen der Brammen mittels eines über bzw. entlang dem Kühlbecken verfahrbaren Kranfahrzeuges besteht. Dieses erfasst die Brammen in Hochkantlage mit geeigneten Greifvorrichtungen, stellt die Brammen in das Einstellgerüst ein und hebt diese nach dem Abkühlen wieder heraus. Zum Aufrichten der von einem Zufuhrrollgang übergeschobenen Bramme in Hochkantlage auf die schmale Seitenfläche ist am vorderen Stimende des Kühlbeckens eine Kippvorrichtung angeordnet Zwei voneinander unabhängige Kippvorrichtungen befinden sich außerdem im Bereich von Zu- und Abfuhrrollgängen zum Hochkantstellen und Ablegen von Brammen.
  • Die hiermit erreichbare Abkühlrate führt allerdings beim Abschrecken (Härten und Vergüten) von Blechen und Brammen zu einem länger dauernden Abschreckvorgang. Außerdem lässt sich aufgrund von ungleichmäßigen Abkühlraten über die Blech- bzw. Brammenoberfläche nicht vermeiden, dass das eingesetzte Material wellig und unplan wird. Im Anschluß an das Abschrecken ist daher In der Regel ein zusätzlicher Richtvorgang erforderlich.
  • Durch die EP 0 960 670 A ist es bekanntgeworden, zur Vermeidung von nach dem Kaltwalzen auftretenden Oberflächenfehlem eine horizontal in ein Wasserbecken abgesenkte Bramme nur auf der Unterseite mit einem Kühlmedium zu bestrahlen. Diese Verfahrensweise soll insbesondere bei 5 bis 30% Cr enthaltenden Stählen angewendet werden, um eine ansonsten stattfindende Cr-Seigerung zu unterdrücken, was nur bei Einhaltung eines bestimmten Temperaturbereichs möglich ist. Anschließend wird die Bramme vor der Warm- und Kaltumformung unter Ausnutzung der nach dem Stranggießen noch vorhandenen Restwärme spezifisch abgekühlt, sodann auf Umformtemperatur aufgeheizt und einem Warmwalzen unterzogen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen sich die genannten Nachteile vermeiden lassen und das Abschrecken mit besserer Qualität erreichen lässt.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brammen und Bleche beidseitig mit Kühlwasser bestrahlt werden. Indem somit nicht mehr im ruhenden Wasser des Kühlbeckens abgeschreckt wird, sondern durch die gezielte beidseitige Bestrahlung mit Kühlwasser eine stetige große Strömung im Wasser erreicht wird, lassen sich höhere und gleichmäßigere Abkühlraten als mit den herkömmlichen Kühlprozessen erreichen. Es werden nicht nur Welligkeiten und Unplanheiten deutlich minimiert, sondern die durch Strömung unterstützte Abkühlung führt außerdem zu verbesserten Gefüge- und Materialeigenschaften der eingesetzten Bleche und Brammen.
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Brammen und Bleche völlig in ein mit Wasser befülltes Kühlbecken eingetaucht und in dem Wasserbad des Kühlbeckens zusätzlich mit Kühlwasser bestrahlt werden. Es lässt sich hierbei eine Art Whirlpool-Abschreckung bzw. -Kühlung durchführen.
  • Eine alternative Ausführung sieht vor, dass der Wasserstand in dem Kühlbecken abgesenkt wird, die Brammen und Bleche über den Wasserstand hinausragen und mit Kühlwasser bestrahlt werden. Ein und dieselbe Anlage ermöglicht es somit, in Abhängigkeit von z.B. der Materialqualität den Kühlprozeß zu wechseln und auf derselben Kühlanlage ohne andere bzw. zusätzliche Einrichtungen den Kühlprozeß entweder als Düsenbetrieb oder im Whirlpoolbetrieb durchzuführen, unter Berücksichtigung weiterhin von unterschiedlichem Frischwasserbedarf und Kühlguttemperatur sowie Wassertemperatur, jeweils ausgehend von einer Start- und einer Endtemperatur, die ebenfalls variieren können.
  • Hierbei kann vorteilhaft dem Kühlsystem ein physikalisch-mathematisches Kühlmodell zugrundegelegt werden, daß das instationäre Zeit-Temperaturverhalten des Bleches/der Bramme mit den Randbedingungen der temperaturabhängigen Stoffwerte und dem Wärmeübergangskoeffizienten, der von der örtlichen Oberflächentemperatur der Bramme/des Bleches abhängt, beschreibt, wobei mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode und der Fourierschen Wärmeleitungsgleichung sowie der Zerlegung der Bramme/des Bleches in einzelne Schichten die Temperaturverteilung über die Kühlgutdicke berechnet wird.
  • Ein grundlegendes Problem beim beschleunigten Abkühlen ist die genaue Beschreibung des zeitlichen Verlaufs der Temperaturfelder innerhalb des Walzgutes. Die Berechnung mit Hilfe mathematischer Modelle stellt ein geeignetes Hilfsmittel zur Planung, Steuerung und Optimierung des Prozesses dar.
  • Folgende Berechnungen können mit dem Kühlmodell durchgeführt werden:
    • Berechnung der Abkühlrate bei einer gegebenen Wasserdurchflussmenge
    • Berechnung der benötigten Wassermenge bei einer vorgegebenen Abkühlrate
    • Kühldauer.
  • Die Materialkenndaten werden entsprechend den Legierungsbestandteilen oder der Werkstoffkennklasse für jedes zu kühlende Gut ermittelt. Mit diesen temperaturabhängigen Materialkenndaten werden dann die entsprechenden Berechnungen durchgeführt.
  • Es ist möglich, von einem externen Arbeitsplatz die Kühlberechnungen in Offline Modus durchzuführen. Die Ergebnisse können in einem PLS System (Prozeßleitsystem) gespeichert werden. Auf Anfrage werden diese Daten dem Prozeßrechner des Kühlsystems zur Verfügung gestellt. Grundsätzlich erfolgen alle Berechnungen auf dem Prozeßrechner des Kühlmodells, wobei die nachstehenden Daten an das Automatisierungssystem übergeben werden:
    • Materialkennung und Legierungsbestandteile
    • Blechdicke
    • Kühlstarttemperatur
    • Kühlstoptemperatur
    • Kühlrate oder max. Wasserfluß.
  • Damit werden die benötigte Wassermenge oder Abkühlrate und die entsprechenden Abkühlkurven für die Bramme/das Blech berechnet. Mit dem Kühlmodell ist es auch möglich, Berechnungen offline zu simulieren. Dabei können z.B. die unterschiedlichen Abkühlraten bei unterschiedlichen Wassermengen miteinander verglichen werden, um den Abkühlprozess zu optimieren. Diese Offline-Berechnungen können von dem oben beschriebenen Dialog angestoßen werden. Somit ist es möglich, ein Protokoll mit den wichtigsten Parametern und Betriebsergebnissen an das PLS-System zurückzugeben. Einbezogen werden können auch Parameter und Koeffizienten für Material sowie Randbedingungen, z.B. in dem Temperatur-Modell.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass der Wasserdruck und/oder der Volumenstrom der Kühlwasserbestrahlung sowie der Abstand der Bestrahlungsmittel zur Oberfläche der Brammen und Bleche geregelt wird.
  • Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen bzw. Abschrecken von Brammen und Blechen weist erfindungsgemäß das Kühlbecken beidseitig der abgesenkten Brammen/Bleche mit Ausrichtung auf deren Breitseiten-Oberflächen angeordnete Düsenmittel auf, die an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen sind, der Mittel zum Absenken der Wasserbefüllung von einem maximalen, oberen Wasserstand zu einem niedrigen, unteren Wasserstand aufweist. Somit können beispielsweise zentral mit Kühlwasser gespeiste Düsen von Düsenbalken das zusätzliche Kühlwasser direkt am Ort des Geschehens nach dem Einstellen der Bramme bzw. des Bleches auf diese aufstrahlen. Hierbei wird ein über die gesamte Oberfläche konstanter Düsenabstand eingehalten; dieser kann je nach Anforderungsprofil zwischen 10 bis 500 mm liegen. Um einen nach dem Absenken gleichen Abstand zwischen den Düsenbalken und dem vertikal eingestellten Blech bzw. der Bramme einzuhalten, kann das Blech bzw. die Bramme mittels einer hydraulisch betätigten Andrückvorrichtung entsprechend ausgerichtet werden.
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlbecken mit Laufbahnen für eine Bramme bzw. ein Blech aufnehmenden, heb- und senkbaren Schlitten ausgebildet ist. Die Schlittenein- und -ausbringung lässt sich sehr schnell durchführen. Die Verweildauer zum Abschrecken von Brammen bzw. Blechen im Kühlbecken ist größer 30 Minuten.
  • Nach einem Vorschlag der Erfindung ist der Schlitten an einen Seilantrieb angeschlossen. Dieser besitzt vorzugsweise über am Schlitten befestigte Seiltrommeln geführte Seile, wobei die Seiltrommeln mechanisch mit einem Frequenz geregelten Drehstrommotor gekoppelt sind. Das vertikale Absenken und Anheben kann mit dem Seilantrieb in kürzestem Zeitintervall erfolgen; das Zeitintervall für das vollständige Eintauchen einer Bramme/eines Bleches beträgt weniger als 10 Sekunden.
  • Die gute Lauffähigkeit des Schlittens wird hierbei begünstigt, wenn er über Rollen/Räder auf den Laufbahnen geführt ist.
  • Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in sehr schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:
    • Fig. 1
    von einer zwei nebeneinander angeordnete Kühlbecken aufweisenden Kühlanlage als Einzelheit einen Querschnitt durch die Kühlbecken mit diesen zugeordneter Kippvorrichtung sowie Senk- und Hebeeinrichtung zum Einstellen von Brammen/Blechen;
    Fig. 2
    die beiden Kühlbecken nach Fig. 1 mit Darstellung des Kühlwasserkreislaufs zur Brammen-/Blechabschreckung;
    Fig. 3
    in schematischer Darstellung als Einzelheit der Fig. 1 einen Querschnitt durch das dort rechte, das eingestellte Kühlgut aufnehmende Becken;
    Fig. 4
    in sehr vereinfachter Prinzip-Darstellung einen in der Kühlanlage nach Fig. 1 durchzuführenden Kühlprozeß; und
    Fig. 5
    in sehr vereinfachter Prinzip-Darstellung einen in der Kühlanlage nach Fig. 2 durchzuführenden anderen Kühlprozeß.
  • Eine in Fig. 1 gezeigte Kühlanlage 20 besteht aus einem Kühlbecken 1 und einem dazu benachbarten Pumpenvorlagebecken 14. Die beiden Becken 1 und 14 stehen durch Strömungsverbindungen in Form eines unteren und eines oberen Überlaufs 15a bzw. 15b miteinander in Verbindung. Der Kühlanlage 20 werden, z.B. nach dem Austenitisieren, die heißen Brammen/Bleche 2 auf einem von einem Erwärmungsofen kommenden Herdwagen 16 liegend über eine Verschiebebühne 17 positioniert zugeführt. Mittels einer hydraulisch betätigten Kippvorrichtung 18 wird die heiße Bramme/das Blech 2 vom Herdwagen 16 abgehoben und in Hochkantlage aufgerichtet einem in dem Kühlbecken 1 heb- und senkbaren Schlitten 3 übergeben.
  • Die dem vorderen, rechten Kühl- bzw. Abschreckbecken 1 zugeordnete Kippvorrichtung 18 besitzt eine drehbar gelagerte Welle 19, auf der Abhebearme 21 gelagert sind, die sich zur Übernahme der Bramme/des Bleches 2 in waagerechter Position befinden und mit der aufliegenden Bramme/dem Blech 2 von dem Herdwagen 16 überfahrbar sind. Die Abhebearme 21 werden von Hydraulikzylindern 22 aus der waagerechten Position um 90° in die Übergabeposition, in der die Bramme/das Blech 2 hochkant steht, gedreht bzw. verschwenkt. Während des Aufrichtvorganges wird die Bramme/das Blech 2 an der Unterkante von Klinken 23 abgestützt, die von Hydraulikzylindern 24 beaufschlagbar sind. Die Lageerfassung erfolgt über einen nicht dargestellten Positionsgeber, wobei das Hochstellen der zugeführten Brammen/Bleche 2 nach manueller Auslösung in Automatiksequenz durchgeführt wird. Zum Übernehmen der Bramme/des Bleches 2 wird der Schlitten 3 leicht angehoben, womit die Bramme/das Blech 2 von den Klinken 23 frei kommt, die somit weggeschwenkt werden können.
    Der Schlitten 3 wird danach zum Kühlen der Bramme/des Bleches 2 sehr schnell abgesenkt. Nach der vollständigen Abkühlung läuft das Entnehmen der Bramme/des Bleches 2 in umgekehrter Weise wie zuvor für das Einstellen beschrieben im Automatikmode ab. Die gekühlte Bramme/das Blech 2 liegt dann entweder wider auf dem Herdwagen 16 auf oder kann mit dem Hallenkran abtransportiert werden, wozu beim Hallenkran-Abstransport die Verschiebebühne 17 seitlich verfahren werden muß.
  • Die Fig. 3 zeigt eine in der vorbeschriebenen Weise in Hochkantlage gestellte und in den Schlitten 3 eingebrachte Bramme 2. Zum Heben- und Senken des Schlittens 3 mit der Bramme 2 in das Kühlbecken 1, ist der Schlitten 3 an einen Seilantrieb 4 angeschlossen, der über am Schlitten 3 befestigte Seiltrommeln 5 geführte und zuvor über Umlenkräder 6 laufende Seile 7 aufweist. Ein nicht gezeigter, frequenz geregelter Drehstrommotor mit Untersetzungsgetriebe wirkt mechanisch gekoppelt über Gelenkwellen auf die Seiltrommeln 5. Der Schlitten 3 läuft geführt mit Rollen bzw. Rädern 8 auf in dem Kühlbecken 1 vorgesehenen Laufbahnen 9. Die mit der Bramme 2 vollständig in das Kühlbecken 1 abgesenkte Position von Schlitten 3 und Bramme 2 wird in Fig. 3 durch gepunktete Linien verdeutlicht.
  • Den wie zuvor beschrieben eingestellten Brammen/Blechen 2 sind im Kühlbekken 1 zwischen den Laufbahnen 9 mit Ausrichtung von Düsen 10 auf jeweils die Breitseiten-Oberflächen der Bramme/des Bleches 2 angeordnete Düsenbalken 11a, 11b (vgl. die Fig. 4 und 5) zugeordnet. Diese sind an einen Kühlwasserkreislauf 12 angeschlossen, wie er näher der Fig. 2 zu entnehmen ist.
  • Der Kühlwasserkreislauf 12 ermöglicht variable Abkühlungen bzw. Kühlverfahren und stellt die Versorgung der Düsenbalken 11a, 11b im Abschreckbecken 1 zum Kühlen von Brammen/Blechen 2 sowohl in einem reinen Düsenbetrieb als auch nach Art eines Whirlpoolbetriebs sicher. Dabei lassen sich zum Beispiel drei Fälle unterscheiden:
    • Düsenbetrieb
      für HV-Stähle bis 15 t
    • Whirlpoolbetrieb
      für HV-Stähle bis 15 t und Edelstähle bis 10 t
    • Wasserbecken
      für HV-Stähle und Edelstähle bis 10 t.
  • Im Düsenbetrieb wird die Bramme/das Blech 2 durch die Düsenbalken 11a, 11b mit Kühlwasser bestrahlt. Der hier maximale, niedrige Wasserstand 13a im Abschreckbecken 1 - wie auch dem benachbarten Pumpenvorlagebecken 14 - liegt während des Kühlvorganges unterhalb der Unterkante der Bramme/des Bleches 2.
  • Das Kühlwasser wird von den Pumpen 25a, 25b aus dem Pumpenvorlagebekken 14 gesaugt und über einen Filter 26 zu den Düsenbalken 11a, 11b gefördert. Eine Drehzahlregelung für die Pumpen 25a, 25b ermöglicht abhängig von der Blechgröße und -stärke definierte Beaufschlagungen mit Kühlwasser.
  • Der Filter 26 hat die Funktion, Zunderpartikel zurückzuhalten, die größer sind als die Düsenöffnungen, und somit Verstopfungen zu vermeiden. Er wird nach jedem Abkühlvorgang mit Eigenmedium gespült. Das Spülwasser wird zu einer Sinterrinne 27 geführt und unterstützt dabei die Absenkung des Wasserspiegels nach dem Kühlprozess. Der Hauptanteil des Zunders setzt sich am Boden des Kühlbeckens 1 ab, so daß der Beckenboden von Zeit zu Zeit gereinigt wird.
  • Das von der Bramme/vom Blech 2 ablaufende Wasser wird im Becken 1 aufgefangen und gelangt von dort über einen Überlauf 15a zum Pumpenvorlagebecken 14.
  • Bei diesem sehr schematisch in Fig. 5 dargestellten Kühlprozeß durch Abschrecken der Bramme/des Bleches 2 im Düsenbetrieb durch Bestrahlung aus den Düsen 10 der Düsenbalken 11a, 11 b bleibt während der Kühlung ein Zusatz- und Abwasseranschluss 28 (vgl. Fig. 2) geschlossen. Wegen des im Düsenbetrieb niedrigen Speichervolumens kann bereits bei einem Abkühlvorgang die zulässige Wassertemperatur-Obergrenze erreicht werden. Nach dem Prozess wird daher ein Teil des erwärmten Wassers mit einer Pumpe 29 in die Sinterrinne 27 abgepumpt. Danach wird Frischwasser aus einem Direktkühlungszulauf 30 zugeführt, bis die Starttemperatur wieder erreicht ist.
  • Die Absenkmenge und Frischwassermenge sind abhängig von der Endtemperatur des letzten Prozesses und von der Starttemperatur des nächsten Kühlprogramms. Geschaltet wird die Absenk-/ Frischwassermenge über den Füllstand im Pumpenverlagebecken 14. Bei hohem Kühlbedarf kann zusätzlich über einen Bypass 31 das Becken 1 abgesenkt werden (vgl. Fig. 2).
  • In wiederum sehr schematischer Weise wird mit der Fig. 4 ein anderer Kühlprozeß gezeigt. In derselben Kühlanlage bzw. demselben Kühlbecken 1 wie zuvor für den Düsenbetrieb, wird hier ein Abschreckvorgang durch Whirlpoolbetrieb, d.h. mit stetiger kräftiger Strömung - wie in Fig. 3 durch die Wellenlinien im Kühlbecken 1 ebenfalls angedeutet - ermöglicht.
  • Im Whirlpoolbetrieb wird die Bramme/das Blech 2 in das mit hohem Wasserstand 13b gefüllte Becken 1 getaucht und gleichzeitig mit Wasser aus den Kühlbalken 11 a, 11 b beaufschlagt. Das Wasser wird durch die Düsen 10 zur Umwälzung gezwungen - aus einer freien Konvektion wird eine erzwungene Konvektion, welche einen besseren Wärmeübergang von der Bramme/vom Blech 2 zum Wasser ermöglicht als ein einfaches Tauchbad.
  • Die Funktion des Filters 26 und der Pumpen 25a, 25b bzw. der Pumpe 29 ist wie im Düsenbetrieb, ebenso die Frischwassersteuerung. Jedoch ist wegen des im Whirlpoolbetrieb größeren Speichervolumens eine höhere Kühlstarttemperatur möglich bzw. es lassen sich bei niedriger Kühlstarttemperatur mehrere Abkühlvorgänge bis zum Erreichen der zulässigen Wassertemperatur-Obergrenze durchführen.
  • In Abhängigkeit von der Materialqualität und den geforderten Eigenschaften (Gefüge) ist somit ohne zusätzliche Aggregate auf derselben Kühlanlage 20 ein Wechsel der Kühlprozesse, für die ein Kühlmodell hinterlegt ist, möglich. Der gesamte Kühlprozess läuft nach einem physikalisch-mathematischen Kühlmodell über einen übergeordneten Rechner, der Regelungen auch der Wassertemperatur, des Wasserdruckes, des Volumenstromes und des Abstandes der Düsen der Düsenbalken zur Brammen- bzw. Blechoberfläche erlaubt. Außer einem Whirlpool- oder Düsenbetrieb läßt sich in derselben Kühlanlage 20 optional auch eine Kühlung durch Tauchbetrieb ohne Düsenbestrahlung durchführen.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Kühlen bzw. Abschrecken von Brammen und Blechen (2) mit Wasser in einem Kühlbecken (1, 14); in das die von einer Kippvorrichtung (18) zuvor vertikal aufgerichteten Brammen und Bleche in Hochkantlage abgesenkt und temporär eingestellt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brammen und Bleche (2) beidseitig mit Kühlwasser bestrahlt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brammen und Bleche (2) völlig in ein mit Wasser befülltes Kühlbecken (1) eingetaucht und in dem Wasserbad des Kühlbeckens (1) zusätzlich mit Kühlwasser bestrahlt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Wasserstand in dem Kühlbecken (1, 14) abgesenkt wird, die Brammen und Bleche (2) über den Wasserstand (13a) hinausragen und mit Kühlwasser bestrahlt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß dem Kühlsystem ein physikalisch-mathematisches Kühlmodell zugrundegelegt wird, daß das instationäre Zeit-Temperaturverhalten des Bleches/der Bramme mit den Randbedingungen der temperaturabhängigen Stoffwerte und dem Wärmeübergangskoeffizienten, der von der örtlichen Oberflächentemperatur der Bramme/des Bleches abhängt, beschreibt, wobei mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode und der Fourierschen Wärmeleitungsgleichung sowie der Zerlegung der Bramme/des Bleches in einzelne Schichten die Temperaturverteilung über die Kühlgutdicke berechnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Wasserdruck und/oder der Volumenstrom der Kühlwasserbestrahlung geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Abstand der Bestrahlungsmittel (10, 11a, 11b) zur Oberfläche der Brammen und Bleche (2) geregelt wird.
  7. Vorrichtung zum Kühlen bzw. Abschrecken von Brammen und Blechen (2) mit Wasser in einem Kühlbecken (1, 14), in das die von einer Kippvorrichtung (18) zuvor vertikal aufgerichteten Brammen und Bleche (2) in Hochkantlage abgesenkt und temporär eingestellt werden, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlbecken (1) beidseitig der abgesenkten Brammen/Bleche (2) mit Ausrichtung auf deren Breitseiten-Oberflächen angeordnete Düsenmittel (10, 11a, 11b) aufweist, die an einen Kühlwasserkreislauf (12) angeschlossen sind, der Mittel (25a, 25b, 29) zum Absenken der Wasserbefüllung von einem maximalen oberen Wasserstand (13b) zu einem niedrigen, unteren Wasserstand (13a) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlbecken (1) in Strömungsverbindung mit einem Pumpenvorlagebecken (14) steht.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlbecken (1) mit Laufbahnen (9) für einen eine Bramme bzw. ein Blech (2) aufnehmenden, heb- und senkbaren Schlitten (3) ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schlitten (3) an einen Seilantrieb (4) angeschlossen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Seilantrieb (4) über am Schlitten (3) befestigte Seiltrommeln (5) geführte Seile (7) aufweist und die Seiltrommeln (5) mechanisch mit einem frequenzgeregelten Drehstrommotor gekoppelt sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schlitten (3) über Rollen/Räder (8) auf den Laufbahnen (9) geführt ist.
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