EP3370025A1 - Einrichtung und verfahren zum abkühlen eines flacherzeugnisses - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum abkühlen eines flacherzeugnisses Download PDF

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EP3370025A1
EP3370025A1 EP18158006.9A EP18158006A EP3370025A1 EP 3370025 A1 EP3370025 A1 EP 3370025A1 EP 18158006 A EP18158006 A EP 18158006A EP 3370025 A1 EP3370025 A1 EP 3370025A1
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EP
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passage
flat product
width
coolant
outlet opening
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Bora Özkan
Dominikus Schröder
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LOI Thermprocess GmbH
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    • 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 device for cooling a flat product, in particular a plate or sheet-like steel sheet, with transport means for the continuous transport of the flat product in the direction of passage, with at least one upper nozzle body, the at least one first nozzle outlet opening for acting on the upper side of the flat product over its width comprising a liquid coolant and having at least one lower nozzle body, the at least one second nozzle outlet opening for acting on the underside of the flat product over its width with the liquid coolant.
  • the flat products may consist of different materials.
  • An important field of application is the heat treatment of flat products, in particular steel heavy plates, which are used for example for the production of cranes.
  • the heavy plates are heated for heat treatment, in particular for curing in heat treatment plants in an industrial furnace and then cooled or quenched in a continuous process.
  • By cooling or quenching of heated steel its mechanical properties, in particular hardness or tensile strength, can be changed in a targeted manner.
  • the heated sheet is transported by means of transport, which are usually formed as upper and lower transport rollers, continuously in the direction of passage through the means for cooling.
  • the sheet runs between the upper and lower transport rollers, which are arranged in pairs spaced in the direction of passage from each other.
  • Heavy plates usually have a thickness of 2mm to 250mm.
  • the sheets which were first heated or heated to Austenitmaschinestemperatur, typically at 800 ° C to 950 ° C, are cooled in a continuous process with a cooling medium, usually water by means of full jet nozzles very quickly to produce a martensitic or bainitic structure ,
  • both the top and the bottom of the sheets must be uniformly cooled or quenched in the same way.
  • the course of the cooling on the upper side of the sheet must be congruent with the course of the cooling of the underside, because otherwise internal stresses occur, which usually lead to warping of the sheets.
  • full-steel nozzles usually nozzle body with a slot-shaped nozzle opening.
  • Such nozzles are also called slot nozzles.
  • the liquid coolant emerges as a flat jet, d. H. the incident surface of the coolant jet on the surface of the flat product is substantially rectangular and extends transversely to the direction of passage.
  • the nozzle exit opening may extend over the entire width of the sheet. From practice it is known to use three over the width of the sheet in series juxtaposed nozzle outlet openings in order to cool the sheet edges targeted.
  • a device for cooling plate or sheet-shaped steel sheet by means of a flat full jet, which is directed to the flat product to be cooled is for example from EP 1420912 B1 known.
  • a nozzle body has a connection for introducing a liquid coolant into a nozzle outlet opening, from which the cooling medium emerges.
  • the nozzle outlet opening is formed between plane-parallel surfaces.
  • the nozzle body is designed in its interior such that the cooling medium does not occur vertically on the sheet, but obliquely at an angle of attack.
  • the coolant usually water
  • the disc In order to ensure that no water vapor film can form between the very hot plate and the inflowing water, the coolant, usually water, must act on the disc to be quenched with a high exit pulse. Therefore, the water is under increased pressure. A water vapor film would prevent the direct contact of the sheet surface with the water and significantly reduce quenching rates.
  • cooling water For the quenching of heavy plates made of steel in a continuous process, high throughputs of cooling water are required.
  • the cooling water must be removed from the top and bottom of the sheet after striking the top of the sheet metal and the underside of the sheet metal.
  • a roll which may be formed as a disk roll or spiral roll to dissipate the cooling water.
  • a device for quenching of hot metal plates in which a roller is used with spirals for discharging the cooling water.
  • the known roles are used in addition to the discharge of the cooling water and the transport and / or the holder of the flat product in a plane and therefore lie on the flat product and attack on the top and bottom.
  • pressure is usually exerted on the sheet, d. H. Forces are transferred to the sheet, in particular to avoid distortion of the sheet.
  • the known rollers have between the discs or the spirals passage cross sections for the cooling water to dissipate the cooling water, which accumulates upstream of the roll in the direction of passage by means of discs or by means of spirals obliquely outward over the longitudinal edges of the sheet.
  • the passage cross sections for the cooling water formed between the disks or spirals have a large surface in order to be able to transport large quantities of cooling water in the shortest possible time.
  • the quality achieved on cooling, d. H. the uniformity with which the desired properties are achieved is decisively determined by how precisely and spatially uniformly the heat is removed from the flat product. Small deviations from the ideal quenching process can lead to significant variations in the mechanical properties of the quenched material, particularly steel.
  • a further disadvantage is that the use of the known disc rollers bluish streaks or discoloration on the top and bottom of the sheet has the consequence, because the surfaces on which the role with the discs or rollers on attack the sheet, be cooled differently than the other surfaces, so that there are unequal Abkühltechnik.
  • the prior art helical rolls result in V-shaped streaks or stains, also known as fishbone patterns. Depending on the design of a spiral roll, a continuous blue stripe may be created in the center of the sheet.
  • the bluish discolorations on the surface of the sheet arise as a result of oxidation and are not only optically disadvantageous, which has an effect on the sales properties, but also have the technological disadvantage that there the hardness of the sheet due to low cooling rates significantly lower than planned.
  • the quality requirements of sheet metal are constantly increasing, so hardness differences are a serious problem.
  • the object of the invention is therefore to improve a device and a method of the type mentioned above so that at high cooling intensity quality problems, especially banding on the top and bottom of the flat product and / or different material properties, especially hardness differences are avoided.
  • the object is achieved by a device according to claim 1.
  • An upper passage gap extends across the width of the flat product, preferably over the entire width of the flat product and is traversed by the coolant on the upper side of the flat product in the direction of passage.
  • a lower passage gap extends over the width of the flat product, preferably over the entire width of the flat product and is traversed by the coolant on the underside of the flat product in the direction of passage.
  • the upper passage gap is arranged downstream of the first nozzle outlet opening on the upper side and the lower passage gap of the second nozzle outlet opening on the lower side in the passage direction, wherein the passage gap is in each case spaced from the nozzle outlet opening.
  • the upper passage gap is defined by an upper element and the lower passage gap is delimited by a lower element extending transversely to the direction of passage of the flat product.
  • the upper and lower members are spaced apart from the flat product and define with the flat product the upper and lower passage gaps for the refrigerant.
  • an upper passage gap which extends across the width of the flat product, preferably over the entire Width of the flat product extends, formed in the vertical direction between the flat product and the upper element and is flowed through by the coolant on the upper side of the flat product during the cooling process in the direction of passage.
  • the upper passage gap is bounded vertically upward from the upper member and downward from the flat product.
  • a lower passage gap is formed, which extends across the width of the flat product, preferably over the entire width of the flat product and which of the coolant on the underside of the flat product during the cooling process in the passage direction (D) is flowed through.
  • the lower passage gap is bounded vertically upward from the flat product and downwardly from a lower element.
  • the upper passage gap is arranged downstream of the first nozzle outlet opening on the upper side of the flat product in the passage direction (D).
  • the first nozzle outlet opening is upstream of the first passage gap.
  • the lower passage gap is arranged downstream of the second nozzle outlet opening on the underside of the flat product in the direction of passage (D).
  • the second nozzle outlet opening is upstream of the second passage gap.
  • a cooling zone with a high heat transfer on the upper side and the lower side forms in each case.
  • gap-shaped passage gaps for the coolant are formed on the upper side and the lower side to increase and even out the flow speed of the coolant downstream of the impact point of the coolant on the upper and lower sides of the flat product.
  • the upper and lower elements do not attack the flat product, so that no forces are transmitted to the flat product.
  • the upper and lower members serve to channel or channel the refrigerant into the respective passageway.
  • the invention is based on the finding that liquid coolant, which through the passage gap parallel to the hot surface of the flat product is accelerated and thus flows through the passage gap at a high flow velocity, leading to optimal quenching conditions.
  • the invention also solves the problem of unequal cooling conditions. Bluish discoloration does not occur during the cooling process. Experiments have shown that the flat product after cooling is also very even.
  • the transport of the flat product through the means for cooling by means of a roller conveyor, in which the transport means are formed as a plurality of upper and lower transport rollers having a distance in the direction of passage relative to each other.
  • the transport rollers engage the flat product and continuously transport the flat product through the means for cooling.
  • the first nozzle outlet opening of the upper passage gap and the second nozzle outlet opening of the lower passage gap is arranged downstream in the passage direction with a predefined distance.
  • the predefined distance between the first nozzle exit opening and the upper passage gap or between the second nozzle exit opening and the lower passage gap substantially equal to half the distance between two adjacent in the feed direction transport rollers or transport roller pairs between which the flat product is located.
  • the upper and the lower passage gap preferably each have over the entire width of the flat product an equal large free passage cross-section for the coolant, so that the flow velocity over the width of the flat product is constant. Consequently, the cross section of the upper and the lower passage gap is the same or constant over the width of the flat product.
  • the passage area of the upper and lower passage gaps may increase continuously from the center of the flat product toward the lateral edges thereof. In this way, the speed of the coolant in the region of the lateral edges or edges can be optimized.
  • the height of the lower and the upper passage gap is selected so that the flow velocity of the coolant increases during the passage of the coolant through the passage gap to a predefined flow rate.
  • the upper and the lower passage gap preferably have a predefined height, the height being 3 mm to 10 mm, preferably 5 mm.
  • the predefined height refers to the smallest height in the middle of the flat product at a passage gap whose cross-section is not constant across the width.
  • the height of the upper passage gap is the vertical distance between the upper surface of the flat product and the upper element.
  • the height of the lower passage gap corresponds to the vertical distance between the underside of the flat product and the lower element.
  • the upper element and the lower element may be plate-shaped.
  • the plate-shaped element may have an inlet region, which directs the coolant in the direction of the passage gap.
  • the upper and lower elements are roller-shaped or formed as rollers, which are preferably rotatable.
  • the roller-shaped upper member and roller-shaped lower member can be driven at the same speed as the transport rollers, so that the flow of the coolant is promoted in the direction of the passage gap.
  • the upper and lower members which may be plate-shaped or roller-shaped, may be parallel to the flat product adjacent to the upper and lower passage nips.
  • the height of the respective passage gap is constant or equal over the width of the flat product.
  • the upper and lower members may have a profile that continuously varies across the width from the center of the flat product to the lateral edges of the flat product, such that the upper and lower passage cross-sections steadily increase toward the lateral edges of the flat product ,
  • the upper element and the lower element are mounted height-adjustable parallel to the flat product. In this way, the height of the upper and lower passage gap can be changed and thus the free passage cross section of the passage column can be changed.
  • the upper and lower elements have grooves which are spaced apart by webs.
  • a plurality of grooves are preferably arranged in parallel and at a distance from one another over the entire width of the upper and lower elements.
  • the grooves are notch-like depressions.
  • the grooves preferably extend in the direction of passage. It is also possible that the grooves are spiral to discharge the coolant obliquely to the outside. In the context of the invention, a part of the grooves may extend in the direction of passage and a part of the grooves may be spiral.
  • the coolant is optimally dissipated, without causing different cooling rates.
  • the webs are wider than the grooves, d. H. the groove width is less than the web width formed.
  • the ratio of the groove width to the land width is preferably between 1 to 1.5 (1: 1.5) and 1 to 6 (1: 6), more preferably about 1 to 3 (1: 3).
  • the cross section of the grooves can be arbitrarily shaped and is preferably rectangular, square or sawtooth. In a preferred embodiment, the cross section of the grooves is rectangular.
  • the width-height ratio of the grooves is preferably between 1: 0.5 (1: 0.5) and 1: 1.5 (1: 1.5), preferably 1: 0.8 (1: 0.8) ,
  • the grooves have a groove bottom and two opposite side walls, wherein the transition areas between the groove bottom and the side walls are rounded and / or wherein the groove bottom is rounded.
  • the groove bottom of the grooves may, for example, have the shape of a curve.
  • the corners and transition areas of the sidewalls and the groove bottom of the grooves are preferably rounded to optimize the flow characteristics.
  • a preferred embodiment is characterized in that the first nozzle outlet opening and the second nozzle outlet opening are adjustable in height relative to the flat product and / or configured such that the coolant at an angle ( ⁇ ) between 10 ° and 45 °, preferably between 20 ° and 30 ° on the The upper side and the lower side of the flat product impinges in the direction of passage. Consequently, the coolant exits in the passage direction behind the respective nozzle outlet opening on the top or the bottom.
  • an upper guide device can be provided on the upper side of the flat product and a lower guide device can be provided on the lower side in order to guide the coolant located on the upper side and the lower side in a targeted manner to the passage gaps.
  • Each of the two guide devices has a predefined distance from the top side and the bottom side of the flat product and forms a channel-shaped space for the coolant, which is open at the edges of the flat product.
  • the flow of the coolant to be removed is impressed in a preferred direction in the direction of the passage gap. It is particularly advantageous if the distance of the upper and lower guide device to the top and bottom of the flat product is adjustable. The distance of the upper guide from the top may differ from the distance of the lower guide from the bottom.
  • the upper and lower passage gaps are arranged at a predefined distance in the passage direction behind the first and the second nozzle exit openings and are each formed by an upper and lower element, which extend on the underside and the upper side of the flat product over its width.
  • the coolant exiting from the respective nozzle exit port is spaced from the impact site by a predetermined distance through gap-shaped through-gaps to increase and equalize the flow rate of the coolant downstream of the impingement point of the coolant on the top and bottom of the flat product. This leads in the area of the passage gaps to high heat transfer coefficients and thus to an optimal quenching effect. Because the flow rate of the coolant over the width of the flat product is the same size, the banding and the occurrence of different material properties, in particular hardness differences is avoided.
  • the upper element and the lower element form flow obstacles on the underside and the upper side of the flat product, such that the coolant, which is respectively directed against the top and the bottom of the flat product is forced during the cooling process, through a slit-shaped passage cross section or to flow the gap-shaped constriction that is formed because the upper and a lower element are each arranged in the vertical direction spaced from the flat product.
  • the flow velocity of the coolant at the exit from the first and second nozzle orifice is between 5m / s and 60m / s, preferably between 20m / s and 35m / s.
  • the speed of the coolant jet at the exit from the nozzle outlet opening corresponds in each case substantially to the impact speed of the coolant on the flat product.
  • the height of the gap-shaped passage gap or of the passage cross-section is selected such that the flow velocity of the coolant increases during the passage.
  • the coolant which emerges from the first or second nozzle outlet opening, preferably impinges obliquely on the flat product at an angle of incidence.
  • the Coolant may impinge on the top and bottom of the flat product at an angle ( ⁇ ) between 10 ° and 45 °, preferably between 20 ° and 30 °.
  • the first and the second nozzle outlet opening are designed so that the angle ( ⁇ ) is adjustable.
  • Fig. 1 shows schematically a device according to the invention for cooling heavy plate of steel with water as a coolant.
  • a sheet 1 which is moved continuously in the direction of passage D, there is an upper nozzle body 2, which has a connection, not shown, for the cooling water.
  • the connection serves to introduce the water into at least one first nozzle outlet opening 3, which is directed onto the upper side 4 of a metal sheet 1.
  • the upper first nozzle outlet opening 3 is formed as a slot and extends transversely to the passage direction D over the entire width of the sheet 1.
  • the first nozzle outlet opening 3 is designed such that the exiting cooling water at an angle ⁇ as a flat full jet on the upper side 4 of the sheet. 1 is directed.
  • the angle ⁇ in the exemplary embodiment is preferably between 20 ° and 30 °.
  • an upper element 6 in the form of a roll is arranged at a distance A in the direction of passage D on the upper side 4 of the sheet 1.
  • the distance A refers to the center of the roller-shaped upper element 6.
  • the roller-shaped upper element 6 extends parallel to the sheet 1 transverse to the passage direction D over the entire width of the sheet 1 and is mounted in a height-adjustable manner, not shown.
  • the roll-shaped upper member 6 does not interfere with the flat product. There are no forces transmitted to the flat product 1 from the upper element 6.
  • a passage gap 7 for the coolant 8 is formed, which is shown hatched.
  • the height H of the passage gap 7 is adjustable or adjustable.
  • the roller-shaped upper element 6 is rotatable and is preferably driven at the same speed as the transport rollers 5, 5 '.
  • the height H of the upper nozzle gap 7 is relatively small and is between preferably 3 mm to 10 mm, particularly preferably 5 mm.
  • a lower nozzle body 2 ' has a second nozzle outlet opening 3', which is designed as a slot and extends transversely to the passage direction D over the entire width of the sheet 1.
  • a lower element 6' Spaced from the second nozzle outlet opening 3 ', a lower element 6' is arranged in the form of a roller at a distance A in the passage direction D on the underside 9 of the metal sheet 1.
  • the lower roller-shaped element 6 ' extends parallel to the sheet 1 transverse to the passage direction D over the entire width of the sheet 1 and is mounted in a height-adjustable manner, not shown.
  • the distance A between the first nozzle outlet opening 3 and the upper passage gap 7 or the second nozzle outlet opening 3 'and the lower passage gap 7' corresponds substantially to half the distance R between two adjacent in the direction of passage D transport rollers or transport roller pairs 5, 5 ' ,
  • the flow velocity of the coolant 8 on the upper side 4 and underside 9 of the sheet 1 is thus spaced from the respective nozzle outlet opening 3, 3 'and thus spaced from the point of impact of emerging from the respective nozzle outlet opening 3, 3' cooling water on the top 4 and the bottom 9 of the sheet 1 increases. This leads to high heat transfer coefficients and a high quenching intensity. Because the flow velocity of the coolant 8 over the width of the sheet 1 is the same size, the banding and the occurrence of different material properties, in particular differences in hardness, are avoided.
  • the upper and lower roller-shaped element 6, 6 ' has grooves 10 which extend in the direction of passage D and in Fig. 2 are shown.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the roller-shaped element 6 to form the passage gap 7 from Fig. 1 shown.
  • the lower roller-shaped element 6 ' is in Fig. 2 not shown, because it is identical to the upper roller-shaped element 6 is executed.
  • the roller-shaped upper element 6 has grooves 10, which are spaced apart by webs 11.
  • the grooves 10 are narrower than the webs 11.
  • the ratio B / C of the width B of the grooves 10 to the width C of the webs 11 is between 1 to 1.5 (1: 1.5) and 1 to 6 (1: 6).
  • the width C of the web 11 is approximately 3 times the width B of the grooves 10, which in the exemplary embodiment is 10 mm wide.
  • the free passage cross-section which is formed by the upper and lower passage gap 6, 6 ', increased by 32%.
  • Fig. 3 is a partial section of the roller-shaped element 6 Fig. 2 shown.
  • the upper roller-shaped element 6 forms with the plate 1 on its upper side 4, the upper passage gap 7 with a height H.
  • the height H of the upper passage gap 7 is 5mm in the embodiment.
  • the cross section of the grooves 10 is substantially rectangular.
  • the grooves 10 have a groove bottom 10a and two opposing side walls 10b and 10b '.
  • the transition areas between the groove bottom 10a and the side walls 10b, 10b 'of the grooves 10 are rounded in order to optimize the flow conditions.
  • the width-height ratio of the grooves 10 is between 1 to 0.5 (1: 0.5) and 1 to 1.5 (1: 1.5), preferably 1 to 0.8 (1: 0.8) ,
  • Fig. 4 shows a perspective view of the roller-shaped element 6, 6 ' Fig. 1 ,
  • the upper and lower roller-shaped element 6, 6 ' is not on the sheet 1, but serves to form the upper and lower passage gap 7, 7'.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a view of a second embodiment of a device according to the invention in the direction of passage D of the sheet 1.
  • a guide device 12 which channels the coolant 8.
  • the guide device 12 is spaced from the upper side 4 of the sheet 1.
  • the predefined distance E of the guide device 12 from the upper side 4 of the sheet 1 is adjustable.
  • the guide device 12 extends over the width of the sheet 1 at least up to the sheet edges and forms a channel-shaped, open at the sheet edges space for the coolant 8.
  • On the bottom 9 of the sheet 1 is an identically constructed guide 12 'is arranged.
  • the upper element 6 and the lower element 6 ' may be plate-shaped.
  • the plate-shaped element 6, 6 ' can be designed so that in the passage direction, a narrowing inlet region for the passage gap 7, 7' is formed.
  • the grooves 10 in the upper and lower members 6, 6 ' may be spiral.
  • the cross section of the grooves 10 may be square or sawtooth.
  • the groove bottom 10a can also be made round or curved.
  • As the liquid coolant any other suitable cooling medium can be used besides water.
  • the upper and lower guide 12, 12 ' may be curved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abkühlen eines Flacherzeugnisses, insbesondere eines platten- oder bahnförmigen Bleches aus Stahl, mit Transportmitteln (5, 5') zum kontinuierlichen Transport des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D),mit mindestens einem oberen Düsenkörper (2), der mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung (3) zum Beaufschlagen der Oberseite (4) des Flacherzeugnisses (1) über dessen Breite mit einem flüssigen Kühlmittel (8) aufweist, mit mindestens einem unteren Düsenkörper (2'), der mindestens eine zweite Düsenaustrittsöffnung (3') zum Beaufschlagen der Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) über dessen Breite mit dem flüssigen Kühlmittel (8) aufweist. Erfindungsgemäß erstreckt sich ein oberer Durchtrittsspalt (7) über die Breite des Flacherzeugnisses (1). Der Durchtrittsspalt ist von dem Kühlmittel (8) auf der Oberseite (4) des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D) durchströmbar, wobei der obere Durchtrittsspalt (7) von einem oberen Element (6) begrenzt wird. Ein unterer Durchtrittsspalt (7') erstreckt sich über die Breite des Flacherzeugnisses (1) und ist von dem Kühlmittel (8) auf der Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D) durchströmbar, wobei der untere Durchtrittsspalt (7) von einem unteren Element (6) begrenzt wird. Der obere Durchtrittsspalt (7) ist der ersten Düsenaustrittsöffnung (3) auf der Oberseite (4) und der untere Durchtrittsspalt (7') der zweiten Düsenaustrittsöffnung (3') auf der Unterseite (9) in Durchlaufrichtung (D) nachgeordnet. Mittels des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes (7, 7') wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels auf der Oberseite (4) und Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) erhöht und über die Breite des Flacherzeugnisses vergleichmäßigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abkühlen eines Flacherzeugnisses, insbesondere eines platten- oder bahnförmigen Bleches aus Stahl, mit Transportmitteln zum kontinuierlichen Transport des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung, mit mindestens einem oberen Düsenkörper, der mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung zum Beaufschlagen der Oberseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite mit einem flüssigen Kühlmittel aufweist und mit mindestens einem unteren Düsenkörper, der mindestens eine zweite Düsenaustrittsöffnung zum Beaufschlagen der Unterseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite mit dem flüssigen Kühlmittel aufweist.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abkühlen eines Flacherzeugnisses, insbesondere eines platten- oder bahnförmigen Bleches aus Stahl, wobei das Flacherzeugnis mit Transportmitteln kontinuierlich in Durchlaufrichtung transportiert wird, mit den Schritten:
    • Aufbringen eines flüssigen Kühlmittels auf die Oberseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite mittels mindestens einem oberen Düsenkörper, der mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung aufweist,
    • Aufbringen eines flüssigen Kühlmittels auf die Unterseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite mittels mindestens einem unteren Düsenkörper, der mindestens eine zweite Düsenaustrittsöffnung aufweist.
  • Die Flacherzeugnisse können aus verschiedenen Materialien bestehen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Wärmebehandlung von Flacherzeugnissen, insbesondere Stahl-Grobblechen, die beispielsweise zur Herstellung von Kränen eingesetzt werden. Die Grobbleche werden zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Härten in Wärmebehandlungsanlagen in einem Industrieofen erhitzt und anschließend im Durchlaufverfahren abgekühlt bzw. abgeschreckt. Durch Abkühlen bzw. Abschrecken von erhitztem Stahl lassen sich dessen mechanische Eigenschaften, wie insbesondere Härte oder Zugfestigkeit, gezielt verändern.
  • Während des Abkühlprozesses wird das erhitzte Blech mittels Transportmitteln, die in der Regel als obere und untere Transportrollen ausgebildet sind, kontinuierlich in Durchlaufrichtung durch die Einrichtung zum Abkühlen transportiert. Das Blech läuft zwischen den oberen und unteren Transportrollen, die paarweise in Durchlaufrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind.
  • Grobbleche haben üblicherweise eine Dicke von 2mm bis 250mm. Die Bleche, die zunächst auf Austenitisierungstemperatur, typischerweise auf 800°C bis 950°C, erwärmt bzw. erhitzt wurden, werden im Durchlaufverfahren mit einem Kühlmedium, in der Regel Wasser, mittels Vollstrahldüsen sehr schnell abgekühlt, um ein martensitisches oder bainitisches Gefüge zu erzeugen.
  • Beim Abkühlvorgang muss sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Bleche auf gleiche Art und Weise gleichmäßig abgekühlt bzw. abgeschreckt werden. Der Verlauf der Abkühlung an der Blechoberseite muss deckungsgleich mit dem Verlauf der Abkühlung der Unterseite sein, weil ansonsten innere Spannungen auftreten, die in der Regel zu einem Verziehen der Bleche führen.
  • Zur schnellen Abkühlung mit großen Durchsätzen an Kühlmittel, in der Regel Wasser, werden Vollstahldüsen, in der Regel Düsenkörper mit einer schlitzförmigen Düsenöffnung verwendet. Derartige Düsen werden auch Schlitzdüsen genannt. Das flüssige Kühlmittel tritt als flacher Vollstrahl aus, d. h. die Auftrefffläche des Kühlmittelstrahls auf der Oberfläche des Flacherzeugnisses ist im Wesentlichen rechteckig und verläuft quer zur Durchlaufrichtung. Die Düsenaustrittsöffnung kann sich über die gesamte Breite des Bleches erstrecken. Aus der Praxis ist bekannt, drei über die Breite des Bleches in Reihe nebeneinander angeordnete Düsenaustrittsöffnungen zu verwenden, um die Blechränder gezielter abkühlen zu können.
  • Eine Vorrichtung zum Abkühlen von platten- oder bahnförmigem Blech aus Stahl mittels eines flachen Vollstrahls, der auf das zu kühlende Flacherzeugnis gerichtet ist, ist beispielsweise aus der EP 1420912 B1 bekannt. Ein Düsenkörper weist einen Anschluss zum Einleiten eines flüssigen Kühlmittels in eine Düsenaustrittsöffnung auf, aus der das Kühlmedium austritt. Die Düsenaustrittsöffnung wird zwischen planparallelen Flächen gebildet. Der Düsenkörper ist in seinem Inneren derart gestaltet, dass das Kühlmedium nicht vertikal auf das Blech auftritt, sondern schräg unter einem Anströmwinkel. Der Offenbarungsgehalt der EP 1420912 B1 , insbesondere die Konstruktion der Vorrichtung, wird ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt der Erfindung einbezogen.
  • Um zu gewährleisten, dass sich kein Wasserdampf-Film zwischen dem sehr heißen Blech und dem nachströmenden Wasser ausbilden kann, muss das Kühlmittel, in der Regel Wasser, mit einem hohen Austrittsimpuls auf das abzuschreckende Blech einwirken. Daher steht das Wasser unter erhöhtem Druck. Ein Wasserdampf-Film würde den direkten Kontakt der Blechoberfläche mit dem Wasser verhindern und die Abschreckgeschwindigkeiten deutlich reduzieren.
  • Zur Abschreckung von Grobblechen aus Stahl im Durchlaufverfahren werden hohe Durchsätze an Kühlwasser benötigt. Das Kühlwasser muss nach dem Auftreffen auf der Blech-Oberseite und der Blech-Unterseite von der Oberseite und der Unterseite des Bleches abgeführt werden.
  • Aus der Praxis ist bekannt, bei Einrichtungen zum Kühlen von Grobblechen stromab der Auftreffstelle des Kühlwassers in Durchlaufrichtung eine Rolle vorzusehen, die als Scheibenrolle oder Spiralrolle ausgebildet sein kann, um das Kühlwasser abzuführen. Aus der DE 22 45 390 A1 ist eine Einrichtung zum Abschrecken von heißen Metallplatten bekannt, bei der eine Rolle mit Spiralen zum Abführen des Kühlwassers eingesetzt wird.
  • Die bekannten Rollen dienen neben dem Abführen des Kühlwassers auch dem Transport und/oder der Halterung des Flacherzeugnisses in einer Ebene und liegen daher auf dem Flacherzeugnis auf und greifen an dessen Oberseite und Unterseite an. Mit den bekannten Rollen wird in der Regel Druck auf das Blech ausgeübt, d. h. es werden Kräfte auf das Blech übertragen, insbesondere um ein Verziehen des Bleches zu vermeiden. Die bekannten Rollen weisen zwischen den Scheiben oder den Spiralen Durchtrittsquerschnitte für das Kühlwasser auf, um das Kühlwasser, welches sich stromauf der Rolle staut, in Durchlaufrichtung mittels Scheiben oder mittels Spiralen schräg nach außen über die Längskanten des Bleches abzuführen. Die zwischen den Scheiben oder Spiralen gebildeten Durchtrittsquerschnitte für das Kühlwasser sind großflächig, um große Mengen an Kühlwasser in kürzester Zeit abtransportieren zu können.
  • Die beim Abkühlen erzielte Qualität, d. h. die Gleichmäßigkeit, mit der die gewünschten Eigenschaften erreicht werden, wird entscheidend dadurch bestimmt, wie zeitlich exakt und räumlich gleichmäßig die Wärme aus dem Flacherzeugnis abgeführt wird. Kleine Abweichungen vom idealen Abschreckvorgang können zu erheblichen Schwankungen der mechanischen Eigenschaften des abgeschreckten Materials, insbesondere von Stahl, führen.
  • Versuche haben gezeigt, dass in den freien Durchtrittsquerschnitten zwischen den Scheiben oder Spiralen das Kühlwasser mit einem geringen Strömungswiderstand fließt. Dadurch wird ein großes Volumen abgefördert, bei einer gleichzeitig relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit in unmittelbarer Nähe der Blechoberfläche, so dass die Abschreckwirkung nicht optimal ist.
  • Nachteilig ist weiterhin, dass der Einsatz der bekannten Scheibenrollen bläuliche Streifen oder Verfärbungen auf der Oberseite und der Unterseite des Bleches zur Folge hat, weil die Flächen, an denen die Rolle mit den Scheiben oder Rollen auf dem Blech angreifen, anders abgekühlt werden als die übrigen Flächen, so dass ungleiche Abkühlverhältnisse vorliegen. Die spiralförmig ausgeführten Rollen nach dem Stand der Technik führen zu V-förmigen Streifen oder Verfärbungen, die auch als Fischgrätenmuster (fishbone pattern) bekannt sind. Je nach Ausführung einer Spiralrolle kann in der Mitte des Bleches ein durchgängiger blauer Streifen entstehen.
  • Die bläulichen Verfärbungen auf der Oberfläche des Bleches entstehen infolge von Oxidation und sind nicht nur optisch nachteilig, was sich auf die Verkaufseigenschaften auswirkt, sondern haben auch den technologischen Nachteil, dass dort die Härte des Bleches aufgrund geringer Abkühlgeschwindigkeiten deutlich niedriger ausfällt als vorgesehen. Die Anforderungen an die Qualität von Blechen steigen ständig, so dass Härteunterschiede ein ernsthaftes Problem darstellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Einrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei hoher Abkühlintensität Qualitätsprobleme, insbesondere Streifenbildung auf der Oberseite und der Unterseite des Flacherzeugnisses und/oder unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere Härteunterschiede vermieden werden.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Einrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.
  • Ein oberer Durchtrittsspalt erstreckt sich über die Breite des Flacherzeugnisses, vorzugsweise über die gesamten Breite des Flacherzeugnisses und ist von dem Kühlmittel auf der Oberseite des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung durchströmbar. Ein unterer Durchtrittsspalt erstreckt sind über die Breite des Flacherzeugnisses, vorzugsweise über die gesamte Breite des Flacherzeugnisses und ist von dem Kühlmittel auf der Unterseite des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung durchströmbar. Der obere Durchtrittsspalt ist der ersten Düsenaustrittsöffnung auf der Oberseite und der untere Durchtrittsspalt der zweiten Düsenaustrittsöffnung auf der Unterseite in Durchlaufrichtung nachgeordnet, wobei der Durchtrittsspalt jeweils von der Düsenaustrittsöffnung beabstandet ist.
  • Der obere Durchtrittsspalt wird von einem oberen Element und der untere Durchtrittsspalt wird von einem unteren Element begrenzt, welche sich quer zur Durchlaufrichtung des Flacherzeugnisses erstrecken. Das obere und das untere Element weisen zu dem Flacherzeugnis einen Abstand auf und begrenzen mit dem Flacherzeugnis den oberen und unteren Durchtrittsspalt für das Kühlmittel.
  • Anders ausgedrückt wird während des Abkühlprozesses ein oberer Durchtrittsspalt, der sich über die Breite des Flacherzeugnisses, vorzugsweise über die gesamte Breite des Flacherzeugnisses erstreckt, in vertikaler Richtung zwischen dem Flacherzeugnis und dem oberen Element gebildet und wird von dem Kühlmittel auf der Oberseite des Flacherzeugnisses während des Abkühlprozesses in Durchlaufrichtung durchströmt. Somit wird der obere Durchtrittsspalt in vertikaler Richtung nach oben hin von dem oberen Element und nach unten hin von dem Flacherzeugnis begrenzt.
  • Auf gleiche Art und Weise wird während des Abkühlprozesses in vertikaler Richtung zwischen dem Flacherzeugnis und dem unteren Element ein unterer Durchtrittsspalt gebildet, der sich über die Breite des Flacherzeugnisses, vorzugsweise über die gesamte Breite des Flacherzeugnisses erstreckt und welcher von dem Kühlmittel auf der Unterseite des Flacherzeugnisses während des Abkühlprozesses in Durchlaufrichtung (D) durchströmt wird. Somit wird der untere Durchtrittsspalt in vertikaler Richtung nach oben hin von dem Flacherzeugnis und nach unten hin von einem unteren Element begrenzt.
  • Der obere Durchtrittsspalt ist der ersten Düsenaustrittsöffnung auf der Oberseite des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung (D) nachgeordnet. Anders ausgedrückt befindet sich die erste Düsenaustrittsöffnung stromauf des ersten Durchtrittsspaltes.
  • Der untere Durchtrittsspalt ist der zweiten Düsenaustrittsöffnung auf der Unterseite des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung (D) nachgeordnet. Anders ausgedrückt befindet sich die zweite Düsenaustrittsöffnung stromauf des zweiten Durchtrittsspaltes.
  • Im Auftreffbereich des aus der ersten und der zweiten Düsenaustrittsöffnung strömenden Kühlmittels bildet sich jeweils eine Abkühlzone mit hohem Wärmeübergang auf der Oberseite und der Unterseite aus. Beabstandet von dem Auftreffbereich werden auf der Oberseite und der Unterseite spaltförmige Durchtrittsspalte bzw. freie Durchtrittsquerschnitte für das Kühlmittel gebildet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels stromab der Auftreffstelle des Kühlmittels auf der Oberseite und Unterseite des Flacherzeugnisses zu erhöhen und zu vergleichmäßigen. Das obere und das untere Element greifen nicht an dem Flacherzeugnis an, so dass keine Kräfte auf das Flacherzeugnis übertragen werden. Während des Abkühlprozesses dienen das obere und das untere Element dazu, das Kühlmittel in den jeweiligen Durchtrittsspalt zu lenken bzw. zu kanalisieren.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass flüssiges Kühlmittel, welches durch den Durchtrittsspalt parallel zu der heißen Oberfläche des Flacherzeugnisses beschleunigt wird und somit durch den Durchtrittsspalt mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit fließt, zu optimalen Abschreckbedingungen führt. Die Erfindung löst zugleich die Problematik der ungleichen Abkühlverhältnisse. Bläuliche Verfärbungen treten beim Abkühlprozess nicht auf. Versuche haben gezeigt, dass das Flacherzeugnis nach dem Abkühlen zudem sehr eben ist.
  • Vorzugsweise erfolgt der Transport des Flacherzeugnisses durch die Einrichtung zum Kühlen mittels einer Rollenbahn, bei der die Transportmittel als Vielzahl von oberen und unteren Transportrollen ausgebildet sind, die in Durchlaufrichtung eine Entfernung relativ zueinander aufweisen. Die Transportrollen greifen an dem Flacherzeugnis an und transportieren das Flacherzeugnis kontinuierlich durch die Einrichtung zum Kühlen.
  • Vorzugsweise ist der ersten Düsenaustrittsöffnung der obere Durchtrittsspalt und der zweiten Düsenaustrittsöffnung der untere Durchtrittsspalt in Durchlaufrichtung mit einem vordefinierten Abstand nachgeordnet.
  • Vorzugsweise entspricht der vordefinierte Abstand zwischen der ersten Düsenaustrittsöffnung und dem oberen Durchtrittsspalt bzw. zwischen der zweiten Düsenaustrittsöffnung und dem unteren Durchtrittsspalt im Wesentlichen der Hälfte der Entfernung zwischen zwei in Durchlaufrichtung benachbarten Transportrollen bzw. Transportrollen-Paaren, zwischen denen sich das Flacherzeugnis befindet.
  • Der obere und der untere Durchtrittsspalt weisen jeweils vorzugsweise über die gesamte Breite des Flacherzeugnisses einen gleich großen freien Durchtrittsquerschnitt für das Kühlmittel auf, so dass die Strömungsgeschwindigkeit über die Breite des Flacherzeugnisses konstant ist. Folglich ist der Querschnitt des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes jeweils über die Breite des Flacherzeugnisses gleich groß bzw. konstant.
  • Alternativ kann sich der Durchtrittsquerschnitt des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes ausgehend von der Mitte des Flacherzeugnisses hin zu dessen seitlichen Kanten stetig vergrößern. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Kühlmittels im Bereich der seitlichen Ränder bzw. Kanten optimiert werden.
  • Die Höhe des unteren und des oberen Durchtrittsspaltes wird so gewählt, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels während des Durchtritts des Kühlmittels durch den Durchtrittsspalt auf eine vordefinierte Strömungsgeschwindigkeit erhöht.
  • Der obere und der untere Durchtrittsspalt weisen vorzugsweise eine vordefinierte Höhe auf, wobei die Höhe 3mm bis 10mm, vorzugsweise 5mm beträgt. Die vordefinierte Höhe bezieht sich bei einem Durchtrittsspalt, dessen Querschnitt über die Breite nicht konstant ist, auf die geringste Höhe in der Mitte des Flacherzeugnisses.
  • Anders ausgedrückt ist die Höhe des oberen Durchtrittsspaltes der vertikale Abstand zwischen der Oberseite des Flacherzeugnisses und dem oberen Element. Die Höhe des unteren Durchtrittsspaltes entspricht dem vertikalen Abstand zwischen der Unterseite des Flacherzeugnisses und dem unteren Element.
  • Das obere Element und das untere Element können plattenförmig ausgebildet sein. Das plattenförmige Element kann einen Einlaufbereich aufweisen, der das Kühlmittel in Richtung auf den Durchtrittsspalt lenkt. Vorzugsweise sind das obere und das untere Element rollenförmig bzw. als Rollen ausgebildet, welche vorzugsweise drehbar sind. Das rollenförmige obere Element und rollenförmige untere Element können mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Transportrollen angetrieben werden, so dass die Strömung des Kühlmittels in Richtung des Durchtrittsspaltes begünstigt wird.
  • Das obere und untere Element, welches plattenförmig oder rollenförmig ausgebildet sein kann, kann angrenzend zu dem oberen und unteren Durchtrittsspalt parallel zum Flacherzeugnis verlaufen. Die Höhe des jeweiligen Durchtrittsspaltes ist über die Breite des Flacherzeugnisses konstant bzw. gleich groß. Alternativ kann das obere und untere Element ein Profil aufweisen, das sich über die Breite ausgehend von der Mitte des Flacherzeugnisses hin zu den seitlichen Kanten des Flacherzeugnisses stetig verändert, derart, dass sich der obere und untere Durchtrittsquerschnitt in Richtung der seitlichen Kanten des Flacherzeugnisses stetig vergrößert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das obere Element und das untere Element parallel zu dem Flacherzeugnis höhenverstellbar gelagert. Auf diese Weise kann die Höhe des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes verändert und damit der freie Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsspalte verändert werden.
  • Vorzugsweise weisen das obere und das untere Element Rillen auf, die mittels Stegen voneinander beabstandet sind. Eine Vielzahl von Rillen ist vorzugsweise parallel und mit Abstand zueinander über die gesamte Breite des oberen und unteren Elements angeordnet. Bei den Rillen handelt es sich um einschnittartige Vertiefungen.
  • Mittels der Rillen wird Kühlmittel, welches sich bei sehr hohen Kühlmittel-Durchsätzen vor dem oberen und dem unteren Element stauen könnte, besser abgeführt, so dass das Kühlmittel nicht in Anlagenbereiche gelangt, wo es stört, insbesondere wird das Zurücklaufen von Kühlmittel in Richtung des Industrieofens vermieden.
  • Die Rillen erstrecken sich vorzugsweise in Durchlaufrichtung. Es ist auch möglich, dass die Rillen spiralförmig sind, um das Kühlmittel schräg nach außen abzuführen. Im Rahmen der Erfindung kann sich ein Teil der Rillen in Durchlaufrichtung erstrecken und ein Teil der Rillen spiralförmig sein.
  • In Versuchen wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn der freie Durchtrittsquerschnitt, der von dem oberen und unteren Durchtrittsspalt gebildet wird, mittels der freien Durchtrittsquerschnitte der Rillen um 12,5% bis 250,00%, vorzugsweise um etwa 40% vergrößert wird.
  • Infolge der Vergrößerung des freien Durchtrittsquerschnittes wird das Kühlmittel optimal abgeführt, ohne dass es zu unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten kommt.
  • Dieser Weiterbildung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der freie Durchtrittsquerschnitt der Rillen so gering wie möglich sein muss, damit die Unterschiede in der Strömungsgeschwindigkeit gering bleiben und es somit nicht zu unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten kommt, d. h. dass die Abkühlgeschwindigkeit so gleichmäßig ist, dass keine messbaren Härteunterschiede mehr auftreten. Gleichzeitig soll der freie Durchtrittsquerschnitt der Rillen bewirken, dass die Menge des Kühlmittels, welche sich vor dem oberen und dem unteren Element stauen könnte, so klein wie möglich bleibt.
  • Die Stege sind breiter als die Rillen, d. h. die Rillenbreite ist geringer als die Stegbreite ausgebildet. Das Verhältnis der Rillenbreite zu der Stegbreite beträgt vorzugsweise zwischen 1 zu 1,5 (1:1,5) und 1 zu 6 (1:6), besonders bevorzugt etwa 1 zu 3 (1:3).
  • Der Querschnitt der Rillen kann beliebig geformt sein und ist vorzugsweise rechteckig, quadratisch oder sägezahnförmig. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Querschnitt der Rillen rechteckig. Das Breite-Höhe-Verhältnis der Rillen beträgt vorzugsweise zwischen 1 zu 0,5 (1:0,5) und 1 zu 1,5 (1:1,5), vorzugsweise 1 zu 0,8 (1:0,8).
  • Die Rillen weisen einen Rillengrund und zwei sich gegenüberliegende Seitenwände auf, wobei die Übergangsbereiche zwischen dem Rillengrund und den Seitenwänden abgerundet sind und/oder wobei der Rillengrund gerundet ist.
  • Der Rillengrund der Rillen kann beispielsweise die Form einer Kurve aufweisen. Die Ecken und die Übergangsbereiche der Seitenwände und des Rillengrunds der Rillen sind vorzugsweise abgerundet, um die Strömungseigenschaften zu optimieren.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsenaustrittsöffnung und zweite Düsenaustrittsöffnung gegenüber dem Flacherzeugnis höhenverstellbar und/oder so ausgestaltet sind, dass das Kühlmittel unter einem Winkel (α) zwischen 10° und 45°, vorzugsweise zwischen 20° und 30° auf der Oberseite und der Unterseite des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung auftrifft. Folglich trifft das Kühlmittel beim Austritt in Durchlaufrichtung hinter der jeweiligen Düsenaustrittsöffnung auf die Oberseite oder die Unterseite auf.
  • Vorzugsweise kann auf der Oberseite des Flacherzeugnisses eine obere Leitvorrichtung und auf der Unterseite eine untere Leitvorrichtung vorgesehen werden, um das auf der Oberseite und der Unterseite befindliche Kühlmittel gezielt zu den Durchtrittsspalten zu leiten.
  • Jede der beiden Leitvorrichtungen weist jeweils eine vordefinierte Distanz von der Oberseite und der Unterseite des Flacherzeugnisses auf und bildet jeweils einen kanalförmigen, an den Kanten des Flacherzeugnisses offenen Raum für das Kühlmittel. Mittels der oberen und der unteren Leitvorrichtung wird der Strömung des abzutransportierenden Kühlmittels eine Vorzugsrichtung in Richtung auf den Durchtrittsspalt aufgeprägt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Distanz der oberen und unteren Leitvorrichtung zu der Oberseite und der Unterseite des Flacherzeugnisses verstellbar ist. Die Distanz der oberen Leitvorrichtung von der Oberseite kann sich von der Distanz der unteren Leitvorrichtung von der Unterseite unterscheiden.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Abkühlen eines Flacherzeugnisses, insbesondere eines platten- oder bahnförmigen Bleches aus Stahl, wobei das Flacherzeugnis mit Transportmitteln kontinuierlich in Durchlaufrichtung transportiert wird, mit den Schritten:
    • Aufbringen eines flüssigen Kühlmittels auf die Oberseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite mittels mindestens einem oberen Düsenkörper, der mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung aufweist,
    • Aufbringen eines flüssigen Kühlmittels auf die Unterseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite mittels mindestens einem unteren Düsenkörper, der mindestens eine zweite Düsenaustrittsöffnung aufweist,
    • Leiten des Kühlmittels auf der Oberseite des Flacherzeugnisses in Durchlaufrichtung durch einen oberen Durchtrittsspalt und Leiten des Kühlmittels auf der Unterseite in Durchlaufrichtung durch einen unteren Durchtrittsspalt zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels auf der Oberseite und Unterseite in Durchlaufrichtung, wobei sich der obere und untere Durchtrittsspalt jeweils über die Breite des Flacherzeugnisses erstreckt und in Durchlaufrichtung der ersten und zweiten Düsenaustrittsöffnungen nachgeschaltet ist.
  • Der obere und der untere Durchtrittsspalt sind mit einem vordefinierten Abstand in Durchlaufrichtung hinter der ersten und der zweiten Düsenaustrittsöffnung angeordnet und werden jeweils von einem oberen und unteren Element gebildet, welche sich auf der Unterseite und der Oberseite des Flacherzeugnisses über dessen Breite erstrecken.
  • Auf der Oberseite und der Unterseite wird das aus der jeweiligen Düsenaustrittsöffnung austretende Kühlmittel beabstandet von der Auftreffstelle mit einem vordefinierten Abstand durch spaltförmige Durchtrittsspalte geleitet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels stromab der Auftreffstelle des Kühlmittels auf der Oberseite und Unterseite des Flacherzeugnisses zu erhöhen und zu vergleichmäßigen. Dies führt im Bereich der Durchtrittsspalte zu hohen Wärmeübergangskoeffizenten und damit zu einer optimalen Abschreckwirkung. Weil die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels über die Breite des Flacherzeugnisses gleich groß ist, wird die Streifenbildung und das Auftreten von unterschiedlichen Materialeigenschaften, insbesondere Härteunterschieden vermieden.
  • Anders ausgedrückt bilden das obere Element und das untere Element Strömungshindernisse an der Unterseite und der Oberseite des Flacherzeugnisses, derart, dass das Kühlmittel, das jeweils gegen die Oberseite und die Unterseite des Flacherzeugnisses gerichtet ist während des Abkühlprozesses gezwungen wird, durch einen spaltförmigen Durchtrittsquerschnitt bzw. die spaltförmige Verengung zu strömen, der gebildet wird, weil das oberen und eines unteren Elements jeweils in vertikaler Richtung beabstandet zum Flacherzeugnis angeordnet sind.
  • Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels beim Austritt aus der ersten und zweiten Düsenaustrittsöffnung zwischen 5m/s und 60m/s, vorzugsweise zwischen 20m/s und 35m/s. Die Geschwindigkeit des Kühlmittelstrahls am Austritt aus der Düsenaustrittsöffnung entspricht jeweils im Wesentlichen der Auftreffgeschwindigkeit des Kühlmittels auf dem Flacherzeugnis. Die Höhe des spaltförmigen Durchtrittsspaltes bzw. des Durchtrittsquerschnitts wird so gewählt, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels während des Durchtritts vergrößert.
  • Das Kühlmittel, das aus der ersten oder zweiten Düsenaustrittsöffnung austritt, trifft vorzugsweise unter einem Anströmwinkel schräg auf dem Flacherzeugnis auf. Das Kühlmittel kann auf der Oberseite und der Unterseite des Flacherzeugnisses mit einem Winkel (α) zwischen 10° und 45°, vorzugsweise zwischen 20° und 30°, auftreffen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite Düsenaustrittsöffnung so ausgestaltet, dass der Winkel (α) verstellbar ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung;
    • Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vorderansicht eines rollenförmigen Elements zur Bildung des oberen und unteren Durchtrittsspaltes nach Fig. 1;
    • Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Teilschnitt des rollenförmigen Elements aus Fig. 2;
    • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des rollenförmigen Elements aus Fig. 1;
    • Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Ansicht auf eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung nach der Erfindung zum Abkühlen von Grobblech aus Stahl mit Wasser als Kühlmittel. Oberhalb eines Bleches 1, welches kontinuierlich in Durchlaufrichtung D bewegt wird, befindet sich ein oberer Düsenkörper 2, der einen nicht dargestellten Anschluss für das Kühlwasser aufweist. Der Anschluss dient zum Einleiten des Wassers in mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung 3, die auf die Oberseite 4 eines Bleches 1 gerichtet ist. Die obere erste Düsenaustrittsöffnung 3 ist als Schlitz ausgebildet und erstreckt sich quer zur Durchlaufrichtung D über die gesamte Breite des Bleches 1. Die erste Düsenaustrittsöffnung 3 ist derart gestaltet, dass das austretende Kühlwasser unter einem Winkel α als flacher Vollstrahl auf die Oberseite 4 des Bleches 1 gerichtet ist. Der Winkel α beträgt im Ausführungsbeispiel vorzugsweise zwischen 20° und 30°.
  • Transportmittel in Form von oberen Transportrollen 5 und unteren Transportrollen 5' dienen zum kontinuierlichen Transport des Bleches 1 in Durchlaufrichtung D.
  • Beabstandet von der ersten Düsenaustrittsöffnung 3 ist in einem Abstand A in Durchlaufrichtung D auf der Oberseite 4 des Bleches 1 ein oberes Element 6 in Form einer Rolle angeordnet. Der Abstand A bezieht sich auf den Mittelpunkt des rollenförmigen oberen Elements 6. Das rollenförmige obere Element 6 verläuft parallel zu dem Blech 1 quer zur Durchlaufrichtung D über die gesamte Breite des Bleches 1 und ist auf nicht dargestellte Art und Weise höhenverstellbar gelagert. Das rollenförmige obere Element 6 greift nicht an dem Flacherzeugnis an. Es werden von dem oberen Element 6 keine Kräfte auf das Flacherzeugnis 1 übertragen. Zwischen dem rollenförmigen oberen Element 6 und der Oberseite 4 des Bleches 1 wird ein Durchtrittsspalt 7 für das Kühlmittel 8 gebildet, welches schraffiert dargestellt ist. Die Höhe H des Durchtrittsspaltes 7 ist verstellbar bzw. einstellbar. Das rollenförmige obere Element 6 ist drehbar und wird vorzugsweise mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Transportrollen 5, 5' angetrieben. Die Höhe H des oberen Düsenspaltes 7 ist relativ gering und beträgt zwischen vorzugsweise 3mm bis 10mm, besonders bevorzugt 5mm.
  • Unterhalb des Bleches 1 sind spiegelbildlich gleiche Bauteile wie oberhalb des Bleches 1 angeordnet. Ein unterer Düsenkörper 2' weist eine zweite Düsenaustrittsöffnung 3' auf, die als Schlitz ausgebildet ist und sich quer zur Durchlaufrichtung D über die gesamte Breite des Bleches 1 erstreckt. Beabstandet von der zweiten Düsenaustrittsöffnung 3' ist in einem Abstand A in Durchlaufrichtung D auf der Unterseite 9 des Bleches 1 ein unteres Element 6' in Form einer Rolle angeordnet. Das untere rollenförmige Element 6' verläuft parallel zu dem Blech 1 quer zur Durchlaufrichtung D über die gesamte Breite des Bleches 1 und ist auf nicht dargestellte Art und Weise höhenverstellbar gelagert.
  • Das Kühlwasser 8, welches mit hoher Geschwindigkeit aus der schlitzförmigen ersten und der zweiten Düsenaustrittsöffnung 3, 3' auf die Oberseite 4 und die Unterseite 9 des Bleches 1 ausgetreten ist, strömt größtenteils unter Nutzung des Austrittsimpulses beabstandet von der Auftreffstelle durch den jeweiligen oberen und unteren Durchtrittsspalt 7, 7'.
  • Der Abstand A zwischen der ersten Düsenaustrittsöffnung 3 und dem oberen Durchtrittsspalt 7 bzw. der zweiten Düsenaustrittsöffnung 3' und dem unteren Durchtrittsspalt 7' entspricht im Wesentlichen der Hälfte der Entfernung R zwischen zwei in Durchlaufrichtung D benachbarten Transportrollen bzw. Transportrollen-Paaren 5, 5'.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels 8 auf der Oberseite 4 und Unterseite 9 des Bleches 1 wird somit beabstandet von der jeweiligen Düsenaustrittsöffnung 3, 3' und somit beabstandet von der Auftreffstelle des aus der jeweiligen Düsenaustrittsöffnung 3, 3' austretenden Kühlwassers auf der Oberseite 4 und der Unterseite 9 des Bleches 1 erhöht. Dies führt zu hohen Wärmeübergangskoeffizenten und einer hohen Abschreckintensität. Weil die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels 8 über die Breite des Bleches 1 gleich groß ist, wird die Streifenbildung und das Auftreten von unterschiedlichen Materialeigenschaften, insbesondere Härteunterschiede, vermieden. Das obere und untere rollenförmige Element 6, 6' weist Rillen 10 auf, die in Durchlaufrichtung D verlaufen und in Fig. 2 dargestellt sind.
  • In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung das rollenförmige Element 6 zur Bildung des Durchtrittsspaltes 7 aus Fig. 1 dargestellt. Das untere rollenförmige Element 6', ist in Fig. 2 nicht dargestellt, weil es identisch zu dem oberen rollenförmigen Element 6 ausgeführt ist.
  • Das rollenförmige obere Element 6 weist Rillen 10 auf, die mittels Stegen 11 voneinander beabstandet sind. Die Rillen 10 sind schmaler ausgebildet als die Stege 11. Das Verhältnis B/C der Breite B der Rillen 10 zu der Breite C der Stege 11 beträgt zwischen 1 zu 1,5 (1:1,5) und 1 zu 6 (1:6). In dem Ausführungsbeispiel beträgt die Breite C des Steges 11 ungefähr das 3-fache der Breite B der Rillen 10, welche im Ausführungsbeispiel 10 mm breit ist.
  • Mittels der Rillen 10 wird der freie Durchtrittsquerschnitt, der von dem oberen und unteren Durchtrittsspalt 6, 6' gebildet wird, um 32% vergrößert. Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise das Kühlwasser optimal abgeführt werden kann.
  • In Fig. 3 ist ein Teilschnitt des rollenförmigen Elementes 6 aus Fig. 2 dargestellt. Das obere rollenförmige Element 6 bildet mit dem Blech 1 auf dessen Oberseite 4 den oberen Durchtrittsspalt 7 mit einer Höhe H. Die Höhe H des oberen Durchtrittspaltes 7 beträgt im Ausführungsbeispiel 5mm.
  • Der Querschnitt der Rillen 10 ist im Wesentlichen rechteckig. Die Rillen 10 weisen einen Rillengrund 10a und zwei sich gegenüberliegende Seitenwände 10b und 10b' auf. Die Übergangsbereiche zwischen dem Rillengrund 10a und den Seitenwänden 10b, 10b' der Rillen 10 sind abgerundet, um die Strömungsverhältnisse zu optimieren. Das Breite-Höhe-Verhältnis der Rillen 10 beträgt zwischen 1 zu 0,5 (1:0,5) und 1 zu 1,5 (1:1,5), vorzugsweise 1 zu 0,8 (1:0,8).
  • Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht das rollenförmige Element 6, 6' aus Fig. 1. Das obere und untere rollenförmige Element 6, 6' liegt nicht auf dem Blech 1 auf, sondern dient zur Bildung des oberen und unteren Durchtrittsspaltes 7, 7'.
  • Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ansicht auf eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung in Durchlaufrichtung D des Bleches 1. Zwischen der ersten Düsenaustrittsöffnung 3 und dem oberen Durchtrittsspalt 7 befindet sich eine Leitvorrichtung 12, die das Kühlmittel 8 kanalisiert. Die Leitvorrichtung 12 ist beabstandet von der Oberseite 4 des Bleches 1. Die vordefinierte Distanz E der Leitvorrichtung 12 von der Oberseite 4 des Bleches 1 ist verstellbar. Die Leitvorrichtung 12 erstreckt sich über die Breite des Bleches 1 mindestens bis zu den Blechkanten und bildet einen kanalförmigen, an den Blechkanten offenen Raum für das Kühlmittel 8. Auf der Unterseite 9 des Bleches 1 ist eine gleich aufgebaute Leitvorrichtung 12' angeordnet.
  • Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungen möglich. So können das obere Element 6 und das untere Element 6' plattenförmig ausgebildet sein. Das plattenförmige Element 6, 6' kann so gestaltet sein, dass in Durchlaufrichtung ein sich verengender Einlaufbereich für den Durchtrittsspalt 7, 7' gebildet wird.
  • Die Rillen 10 in dem oberen und dem unteren Element 6, 6' können spiralförmig sein. Der Querschnitt der Rillen 10 kann quadratisch oder sägezahnförmig sein. Der Rillengrund 10a kann auch rund oder kurvenförmig ausgeführt werden. Als flüssiges Kühlmittel kann außer Wasser jedes andere geeignete Kühlmedium benutzt werden. Die obere und untere Leitvorrichtung 12, 12' kann gewölbt sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Flacherzeugnis/Blech
    2, 2'
    oberer und unterer Düsenkörper
    3, 3'
    erste und zweite Düsenaustrittsöffnung
    4
    Oberseite Blech
    5,5'
    Transportmittel
    6, 6'
    oberes und unteres Element
    7,7'
    oberer und unterer Durchtrittsspalt
    8
    Kühlmittel
    9
    Unterseite Blech
    10
    Rillen
    10a
    Grund der Rillen 10
    10b, 10b'
    Seitenwände der Rillen 10
    11
    Steg
    12, 12'
    obere und untere Leitvorrichtung
    A
    Abstand zw. Düsenaustrittsöffnung 3, 3' und Durchtrittsspalt 7, 7'
    B
    Breite der Rille 10
    C
    Breite des Steges 11
    D
    Durchlaufrichtung des Flacherzeugnisses 1
    E
    Höhe der Rillen 10
    F
    Distanz zw. Leitvorrichtung 12 und Flacherzeugnis 1
    H
    Höhe des Durchtrittsspaltes 7, 7'
    α
    Winkel zwischen Kühlmittelstrahl/Flacherzeugnis 1
    R
    Abstand Transportrollen in Durchlaufrichtung des Flacherzeugnisses 1

Claims (15)

  1. Einrichtung zum Abkühlen eines Flacherzeugnisses, insbesondere eines platten-oder bahnförmigen Bleches aus Stahl, mit
    Transportmitteln (5, 5') zum kontinuierlichen Transport des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D),
    mindestens einem oberen Düsenkörper (2), der mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung (3) zum Beaufschlagen der Oberseite (4) des Flacherzeugnisses (1) über dessen Breite mit einem flüssigen Kühlmittel (8) aufweist,
    mindestens einem unteren Düsenkörper (2'), der mindestens eine zweite Düsenaustrittsöffnung (3') zum Beaufschlagen der Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) über dessen Breite mit dem flüssigen Kühlmittel (8) aufweist,
    einem oberen Durchtrittsspalt (7), der sich über die Breite des Flacherzeugnisses (1) erstreckt und welcher von dem Kühlmittel (8) auf der Oberseite (4) des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D) durchströmbar ist, wobei der obere Durchtrittsspalt (7) von einem oberen Element (6) begrenzt wird,
    einem unteren Durchtrittsspalt (7'), der sich über die Breite des Flacherzeugnisses (1) erstreckt und welcher von dem Kühlmittel (8) auf der Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D) durchströmbar ist, wobei der untere Durchtrittsspalt (7') von einem unteren Element (6') begrenzt wird und wobei der obere Durchtrittsspalt (7) der ersten Düsenaustrittsöffnung (3) auf der Oberseite (4) und der untere Durchtrittsspalt (7') der zweiten Düsenaustrittsöffnung (3') auf der Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D) nachgeordnet sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel (5, 5') als obere und untere Transportrollen ausgebildet sind, dass mindestens zwei obere Transportrollen (5) und mindestens zwei untere Transportrollen (5') in Durchlaufrichtung in einer vordefinierten Entfernung voneinander angeordnet sind und/oder dass der ersten Düsenaustrittsöffnung (3) der obere Durchtrittsspalt (7) und der zweiten Düsenaustrittsöffnung (3') der untere Durchtrittsspalt (7') in Durchlaufrichtung (D) mit einem vordefinierten Abstand (A) nachgeordnet sind und/oder dass vorzugsweise der Abstand (A) im Wesentlichen der Hälfte der Entfernung (R) zwischen zwei in Durchlaufrichtung (D) benachbarten Transportrollen (5, 5') entspricht.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittsquerschnitt des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes (7, 7') über die Breite des Flacherzeugnisses (1) gleich groß ist oder dass sich der Durchtrittsquerschnitt des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes (7, 7') ausgehend von der Mitte des Flacherzeugnisses (1) hin zu dessen seitlichen Kanten stetig vergrößert.
  4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der obere und der untere Durchtrittsspalt (7, 7') eine Höhe (H) aufweisen und dass die Höhe (H) des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes (7, 7') 3mm bis 10mm, vorzugsweise 5mm beträgt.
  5. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das obere und das untere Element (6, 6') rollenförmig ausgebildet und vorzugsweise drehbar sind.
  6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das obere und das untere Element (6, 6') im Profil angrenzend zu dem oberen und unteren Durchtrittsspalt (7, 7') parallel zum Flacherzeugnis (1) verlaufen oder ein Profil aufweisen, welches sich von der Mitte des Flacherzeugnisses (1) über die Breite zu den seitlichen Kanten des Flacherzeugnisses (1) stetig verändert, derart, dass sich der Durchtrittsquerschnitt des oberen und des unteren Durchtrittsspaltes (7, 7') in Richtung der seitlichen Kanten des Flacherzeugnisses (1) stetig vergrößert.
  7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das obere und das untere Element (6, 6') höhenverstellbar gelagert sind.
  8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Element (6, 6') Rillen (10) aufweist, die mittels Stegen (11) voneinander beabstandet sind und/oder dass sich die Rillen (10) vorzugsweise in Durchlaufrichtung (D) erstrecken und/oder vorzugsweise spiralförmig sind.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittsquerschnitt, der von dem oberen und unteren Durchtrittsspalt (7, 7') gebildet wird, mittels der Durchtrittsquerschnitte der Rillen (10) um 10% bis 250%, vorzugsweise um 40%, vergrößert wird.
  10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Rillen (10) kleiner ausgebildet ist als die Breite (C) der Stege (11) und dass das Verhältnis (B/C) der Rillenbreite (B) zu der Stegbreite (C) vorzugsweise zwischen 1 zu 1,5 (1:1,5) und 1 zu 6 (1:6), besonders bevorzugt 1 zu 3 (1:3) beträgt.
  11. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (10) einen Rillengrund (10a) und zwei sich gegenüberliegende Seitenwände (10b, 10b') aufweisen und dass die Übergangsbereiche zwischen dem Rillengrund (10a) und den Seitenwänden (10b, 10b') abgerundet sind und/oder dass der Rillengrund (10 a) gerundet ist.
  12. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsenaustrittsöffnung (3) und die zweite Düsenaustrittsöffnung (3') gegenüber dem Flacherzeugnis (1) höhenverstellbar und/oder so ausgestaltet sind, dass das Kühlmittel unter einem Winkel (α) zwischen 10° und 45°, vorzugsweise zwischen 20° und 30° auf der Oberseite (4) und der Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) in Durchlaufrichtung (D) auftrifft.
  13. Einrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der ersten Düsenaustrittsöffnung (3) und dem oberen Element (6) eine obere Leitvorrichtung (12) erstreckt, dass sich zwischen der zweiten Düsenaustrittsöffnung (3') und dem unteren Element (6') eine untere Leitvorrichtung (12') erstreckt, um das auf der Oberseite (4) und der Unterseite (9) befindliche Kühlmittel (8) zu dem jeweiligen oberen Durchtrittsspalt (7) oder unteren Durchtrittsspalt (7') zu leiten.
  14. Verfahren zum Abkühlen eines Flacherzeugnisses, insbesondere eines platten-oder bahnförmigen Bleches aus Stahl, wobei das Flacherzeugnis (1) mit Transportmitteln (5, 5') kontinuierlich in Durchlaufrichtung (D) transportiert wird, mit den Schritten:
    - Aufbringen eines flüssigen Kühlmittels (8) auf die Oberseite (4) des Flacherzeugnisses (1) über dessen Breite mittels mindestens einem oberen Düsenkörper (2), der mindestens eine erste Düsenaustrittsöffnung (3) aufweist,
    - Aufbringen eines flüssigen Kühlmittels (8) auf die Unterseite (9) des Flacherzeugnisses (1) über dessen Breite mittels mindestens einem unteren Düsenkörper (2'), der mindestens eine zweite Düsenaustrittsöffnung (3') aufweist,
    - Leiten des Kühlmittels auf der Oberseite (4) in Durchlaufrichtung (D) durch einen oberen Durchtrittsspalt (7) und Leiten des Kühlmittels auf der Unterseite (9) in Durchlaufrichtung (D) durch einen unteren Durchtrittsspalt (7') zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels (8) in Durchlaufrichtung (D), wobei sich der obere und untere Durchtrittsspalt (7, 7') jeweils über die Breite des Flacherzeugnisses (1) erstreckt und in Durchlaufrichtung (D) der ersten und zweiten Düsenaustrittsöffnungen (3, 3') nachgeschaltet ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels (8) beim Austritt aus der ersten und zweiten Düsenaustrittsöffnung (3, 3') zwischen 5m/s und 60m/s, vorzugsweise zwischen 20m/s und 35m/s beträgt.
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