PL197074B1 - Urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego o znacznej długości oraz zastosowanie tego urządzenia - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do ulepszania cieplnego materia lu walcowanego o znacznej d lugo sci, mianowicie co najmniej czesci przekroju na d lugo sci produkowane- go seryjnie, profilowanego materia lu walcowanego, z obszaru temperatur walcowania, zw laszcza do hartowania co najmniej g lówek szyn o d lugo sci po- wy zej 50 m i nast epuj acego po nim ch lodzenia do temperatury pokojowej, które to urz adzenie sk lada si e w zasadzie z samotoku, srodka do osiowego ustawiania materia lu walcowanego, srodka transpor- towego z elementem podporowym do poprzecznego przemieszczania materia lu walcowanego, urz adze- nia hartuj acego z uk ladem manipulacyjnym i ch lodni, znamienne tym, ze samotok (1) zawiera urz adzenie do ustalania w kierunku wzd lu znym pozycji materia lu walcowanego (S), doprowadzanego w stanie pod- parcia w co najmniej jednym obszarze przekroju, oraz przyporz adkowany mu element prostuj acy (2), ze urz adzenie do hartowania (3) sk lada si e z co najmniej dwóch, umieszczonych obok siebie i usta- wionych swym wymiarem wzd lu znym w zasadzie równolegle do elementu prostuj acego, urz adze n do ch lodzenia ciecz a (31, 32) z manipulatorami……….. PL PL PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197074 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 368648 ⁽¹³⁾ (22) Data zgłoszenia: 12.09.2002 ^{(51) Int.Cl.}

C21D 9/04 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

12.09.2002, PCT/AT02/00264 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

20.03.2003, WO03/023076 PCT Gazette nr 12/03

Urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego o znacznej długości oraz zastosowanie tego urządzenia

(30) Pierwszeństwo: 13.09.2001,AT,A1442/2001	(73) Uprawniony z patentu: VOESTALPINE SCHIENEN GMBH,Leoben,AT
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 04.04.2005 BUP 07/05	(72) Twórca(y) wynalazku: Norbert Kock,St.Peter-Freienstein,AT Rainer Wahn,Leoben,AT
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.02.2008 WUP 02/08	(74) Pełnomocnik: Rogozińska Alicja, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) 1. Urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego o znacznej długości, mianowicie co najmniej części przekroju na długości produkowanego seryjnie, profilowanego materiału walcowanego, z obszaru temperatur walcowania, zwł aszcza do hartowania co najmniej główek szyn o długości powyżej 50 m i następującego po nim chłodzenia do temperatury pokojowej, które to urządzenie składa się w zasadzie z samotoku, środka do osiowego ustawiania materiału walcowanego, środka transportowego z elementem podporowym do poprzecznego przemieszczania materiału walcowanego, urządzenia hartującego z układem manipulacyjnym i chłodni, znamienne tym, że samotok (1) zawiera urządzenie do ustalania w kierunku wzdłużnym pozycji materiału walcowanego (S), doprowadzanego w stanie podparcia w co najmniej jednym obszarze przekroju, oraz przyporządkowany mu element prostujący (2), że urządzenie do hartowania (3) składa się z co najmniej dwóch, umieszczonych obok siebie i ustawionych swym wymiarem wzdłużnym w zasadzie równolegle do elementu prostującego, urządzeń do chłodzenia cieczą (31, 32) z manipulatorami...........

PL 197 074 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do hartowania materiału walcowanego o znacznej długości, przy zachowaniu dużej przepustowości, oraz zastosowanie tego urządzenia.

Celem poprawy własności materiału walcowanego poddaje się go najczęściej cieplnej obróbce ulepszającej, które korzystnie odbywa się przy wykorzystaniu ciepła walcowania. Ulepszanie to, powodujące w zasadzie podwyższenie mechanicznych własności materiału, jak twardość, wytrzymałość na ścieranie i temu podobne, można prowadzić na całym przekroju lub, jak ma to miejsce zazwyczaj w szynie trakcyjnej, jedynie w jej częściach. Znajdujący się w stanie austenitycznym materiał walcowany lub części jego przekroju zanurza się przy tym na całej długości w czynniku chłodzącym, doprowadzając tym samym do żądanej przemiany strukturalnej.

Urządzenia do realizacji tego rodzaju metod ulepszania są znane (EP-0441766B1) i znalazły zastosowanie przy wytwarzaniu szyn kolejowych z uwagi na poprawę ich własności użytkowych.

Zależnie od końcowej temperatury walcowania oraz zależnie od masy właściwej względnie masy przypadającej na jednostkę długości materiału walcowanego, jego ulepszania cieplne wymaga odpowiedniego czasu zanurzenia lub czasu przebywania w cieczy chłodzącej, w związku, z czym urządzenie do ulepszania powoduje ograniczenie przepustowości. Innymi słowy maksymalna możliwa przepustowość zanurzeniowego urządzenia do ulepszania, zaopatrzonego w zbiornik do chłodzenia, ogranicza wydajność umieszczonego przed nim urządzenia do walcowania.

Nowoczesne walcarki bruzdowe z umieszczonymi przed nimi piecami grzewczymi, zwłaszcza do materiału odlewanego w sposób ciągły, dysponują najczęściej wydajnościami, które są większe niż przepustowość znanych zanurzeniowych urządzeń do ulepszania, w związku z czym przy seryjnej produkcji hartowanych szyn należy zmniejszyć wydajność walcowania.

Aby wyeliminować tę, zwłaszcza ekonomiczną, niedogodność, zaproponowano ulepszanie materiału walcowanego podczas przejścia przez odcinek chłodzenia z rozpylanym czynnikiem chłodzącym. Ta metoda przelotowa wymaga jednak znacznych długości urządzenia, zaś uzyskiwana przy jej użyciu jakość materiału walcowanego jest najczęściej niezadowalająca.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie usterek, zwłaszcza zaś ekonomicznych niedogodności znanych urządzeń do obróbki cieplnej materiału walcowanego i opracowanie urządzenia, które zapewnia wysoką jakość i dobre własności użytkowe obrabianego materiału walcowanego, charakteryzuje się wysoką wydajnością i umożliwia obróbkę i ulepszanie cieplne produkowanego seryjnie materiału w postaci prętów, zwłaszcza szyn o długościach powyżej 50 m, z walcarek o wysokiej wydajności przy wykorzystaniu ciepła walcowania.

Urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego o znacznej długości, mianowicie co najmniej części przekroju na długości produkowanego seryjnie, profilowanego materiału walcowanego, z obszaru temperatur walcowania, zwłaszcza do hartowania co najmniej główek szyn o długości powyżej 50 m i następującego po nim chłodzenia do temperatury pokojowej, które to urządzenie składa się w zasadzie z samotoku, środka do osiowego ustawiania materiału walcowanego, środka transportowego z elementem podporowym do poprzecznego przemieszczania materiału walcowanego, urządzenia hartującego z układem manipulacyjnym i chłodni, według wynalazku charakteryzuje się tym, że samotok zawiera urządzenie do ustalania w kierunku wzdłużnym pozycji materiału walcowanego, doprowadzanego w stanie podparcia w co najmniej jednym obszarze przekroju, oraz przyporządkowany mu element prostujący, że urządzenie do hartowania składa się z co najmniej dwóch, umieszczonych obok siebie i ustawionych swym wymiarem wzdłużnym w zasadzie równolegle do elementu prostującego, urządzeń do chłodzenia cieczą z manipulatorami do przemieszczania materiału walcowanego, że obok nich i równolegle do wzdłużnego wymiaru urządzeń do chłodzenia cieczą znajduje się obszar odbiorczy chłodni oraz że środek transportu poprzecznego zawiera co najmniej dwa, poruszane symultanicznie pomiędzy samotokami ramiona nośne, na końcach których znajdują się podpory dla materiału walcowanego, przemieszczane na ramionach nośnych w kierunku poprzecznym od pozycji wyprostowanej w obszarze samotoku do obszaru odbiorczego chłodni i tak unoszone, że wyłącznie podpory mogą wystawać poza płaszczyznę transportu samotoku.

Korzystnie urządzenie według wynalazku stanowi urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego w postaci spoczywającej w dwóch obszarach przekroju na samotoku szyny trakcyjnej lub kolejowej, w którym urządzenie do ustalania pozycji jest sterowane elektronicznie i/lub zaopatrzone w liniał prostujący lub ogranicznik.

PL 197 074 B1

Korzystnie urządzenia do chłodzenia cieczą mają postać zbiorników zanurzeniowych, zaopatrzonych w działające na dnie i ewentualnie z boków, ustawione poziomo ograniczniki do prostowania materiału walcowanego.

Korzystnie każdemu zbiornikowi zanurzeniowemu przyporządkowane są manipulatory, za pomocą których materiał walcowany, zwłaszcza szyna, jest zdejmowana z podpór środka transportu poprzecznego, wprowadzana pionowo, główką do dołu, do zbiornika zanurzeniowego i ponownie układana na podporach.

Korzystnie urządzenie według wynalazku zawiera dociskacze do dociskania materiału walcowanego, zwłaszcza szyny, do ograniczników prostujących podczas chłodzenia w zbiorniku zanurzeniowym.

Opisane powyżej urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego o znacznej długości stosuje się według wynalazku do hartowania co najmniej główek szyn o długości powyżej 50 m, i następującego po nim chłodzenia do temperatury pokojowej przy czasie przechodzenia szyny przez urządzenie do hartowania, przekraczającym częstość doprowadzania.

Zalety wynalazku polegają w szczególności na tym, że w prosty sposób, przy użyciu urządzenia w sekwencji z obszarem samotoku, służącym do transportu poprzecznego, materiał walcowany można z wysoką dokładnością ustawiać osiowo, przy czym za pomocą podpór, należących do środka transportu poprzecznego, można równocześnie, zatem bez ingerencji w proces osiowego ustawiania materiału walcowanego, przemieszczać uprzednio ustawiony i przygotowany materiał walcowany do obszarów odbiorczych urządzeń chłodzących lub z tych urządzeń do obszaru odbiorczego chłodni, względnie bezpośrednio z samotoku do chłodni. Istotne jest przy tym, że jedynie podpory dla materiału walcowanego, znajdujące się na ramionach nośnych środka transportu poprzecznego, poruszanych pomiędzy rolkami samotoków, są unoszone powyżej górnego poziomu rolek samotoków względnie płaszczyzny ich transportu. W tej postaci wykonania urządzenia można co najmniej dwa urządzenia do hartowania umieścić z jednej strony samotoku, w związku z czym potrzebna jest tylko jedna chłodnia, co przynosi korzyści ekonomiczne. Ustawiony osiowo na samotoku materiał walcowany można unieść z niego za pomocą podpór, umieszczonych na ramionach nośnych, i umieścić przykładowo w obszarze odbiorczym urządzenia do chłodzenia cieczą, mającego postać manipulatora. Wówczas środek transportu poprzecznego jest do dyspozycji dla transportu kolejnych sztuk materiału walcowanego, przy czym manipulator sam ustawia ułożony materiał walcowany w odpowiednim położeniu jego przekroju, wprowadza go co najmniej częściowo w czynnik chłodzący, wyjmuje i przygotowuje do transportu do chłodni. Oddzielenie od poprzecznego transportu materiału walcowanego, realizowane także za pomocą urządzeń do chłodzenia, w połączeniu z układaniem w chłodni i dokładnym wprowadzaniem materiału walcowanego do czynnika chłodzącego zwiększa dokładność manipulacji oraz obróbki chłodzącej, a także niezawodnie prowadzi do otrzymywania hartowanych produktów walcowania o powtarzalnie wysokiej jakości. Korzystnie wydajność względnie przepustowość urządzenia przy zastosowaniu obok siebie dwóch urządzeń do hartowania ulega w przybliżeniu podwojeniu.

Jeżeli urządzenie jest przeznaczone dla materiału walcowanego w postaci szyny trakcyjnej lub kolejowej, która w dwóch obszarach przekroju spoczywa na samotoku, zaś urządzenie do ustalania pozycji ma postać urządzenia sterowanego elektronicznie i/lub jest zaopatrzone w liniał prostujący lub ogranicznik poprzeczny, wówczas można korzystnie skrócić czas przebywania szyny na samotoku, poprawić rozkład temperatury i ewentualnie zwiększyć wydajność instalacji. Ponadto ustawienie to jest szczególnie korzystne z punktu widzenia pionowego ustawienia szyny „główką do dołu” za pomocą manipulatorów.

Jeżeli urządzenia do chłodzenia cieczą mają postać zbiorników zanurzeniowych, zaopatrzonych w dział ają ce na dnie i ewentualnie z boków, ustawione poziomo i pionowo ograniczniki do prostowania i ustawiania materiał u walcowanego, wówczas moż na - zwłaszcza przy chł odzeniu części przekroju szyny - osiągnąć w najwyższym stopniu stałą szybkość chłodzenia i rozkład twardości na jej długości, co z kolei pociąga za sobą dobrą jakość wyrobu.

Z punktu widzenia stałych i dobrych własności użytkowych korzystne jest, jeżeli urządzenie zawiera dociskacze dla materiału walcowanego, zwłaszcza szyny, za pomocą których materiał walcowany/szyna podczas chłodzenia jest dociskana do ograniczników prostujących w zbiorniku zanurzeniowym, ponieważ zapobiega to skutecznie paczeniu materiału wskutek chłodzenia i pozwala utrzymać jednakowe lokalne chłodzenie powierzchni.

Szczególnie korzystne pod względem ekonomicznym, jest zastosowanie opisanego powyżej urządzenia do hartowania co najmniej główek szyn o długości powyżej 50 m, i następującego po nim

PL 197 074 B1 chłodzenia do temperatury pokojowej przy czasie przechodzenia szyny przez urządzenie do hartowania, przekraczającym częstość doprowadzania, ponieważ przy stosunkowo niskich kosztach urządzeń można osiągnąć znaczny wzrost wydajności.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pojedyncza figura przedstawia urządzenie do ulepszania cieplnego.

Przedstawione na rysunku urządzenie według wynalazku z urządzeniem do hartowania 3, składa się z dwóch urządzeń do chłodzenia cieczą 31 i 32, umieszczonych pomiędzy samotokiem 1 i chłodnią 4. Na rysunku ukazano przykładowo, że w jednym z urządzeń do chłodzenia cieczą 31 główka szyny S jest zanurzona w cieczy chłodzącej 315. Za pomocą dociskaczy 314 i ograniczników prostujących 313 szyna jest tak ustawiana w zbiorniku zanurzeniowym 312, że zachodzi wyłącznie wymuszone chłodzenie jej główki. Za pomocą ograniczników 313, umieszczonych niżej pod powierzchnią cieczy chłodzącej 315, można jednak również chłodzić w sposób wymuszony cały przekrój szyny. Drugie urządzenie do chłodzenia cieczą 32 pozostaje w stanie gotowości.

Jak również widać na rysunku, nadchodząca z walcarki (nieprzedstawionej) szyna S zostaje ustawiona na samotoku 1. Można ją również za pomocą elementu prostującego 2 ustawić zbieżnie z liniałem prostującym 21. Środek 5 do transportu poprzecznego, z ramionami nośnymi 51 i podporą 52 dla materiału walcowanego jest umieszczony z możliwością cofania do obszaru samotoku 1. Tego typu środek 5 do transportu poprzecznego można jednak także umieścić w obszarze chłodni.

W celu transportu poprzecznego nastę puje symultaniczny przesuw ramion noś nych 51, wskutek którego umieszczone na nich podpory 52 dla materiału walcowanego przy ich unoszeniu podnieść szynę S z samotoku 1 z zachowaniem zbieżności, osi, przenieść ją i przemieścić poprzecznie w kierunku chłodni 4. Istotne dla wynalazku jest to, że w trakcie transportu poprzecznego wyłącznie podpory 52 środka 5 transportu poprzecznego, nawet wówczas gdy są one przesunięte w skrajny obszar przeciwległy, na przykład przy odkładaniu szyny S na obszar odbiorczy 41 chłodni 4, mogą wystawać w pionie poza pł aszczyznę transportu 11 samotoku.

Ustawioną wzdłuż osi szynę S, leżącą korzystnie w dwóch obszarach przekroju na płaszczyźnie transportu 11 samotoku 1, można teraz unieść pionowo w tym położeniu za pomocą podpory 52 i przemieś cić w zasadzie poziomo, wzglę dnie poprzecznie, do pozostają cego w stanie gotowoś ci urządzenia do chłodzenia cieczą, na fig. 1 w pozycję 32. Takie ustawienie przekroju szyny S na podporach 52 jest korzystne z punktu widzenia jej przejmowania i pionowego ustawienia „główką do dołu” za pomocą manipulatora 321, przy użyciu którego można realizować także opuszczanie lub wprowadzanie główki szyny w ciecz chłodzącą 325. W trakcie czasu przebywania szyny w cieczy chłodzącej 325 można ją zamocować celem ustabilizowania za pomocą dociskaczy 324 i ograniczników prostujących 323.

Ponieważ według wynalazku, jak wspomniano powyżej, wyłącznie podpory 52 mogą być umieszczone na poziomie leżącym nad płaszczyzną transportu 11 samotoku 1, pomimo czynności związanych z transportem poprzecznym można następną szynę przemieścić z walcarki na samotok 1 i ustawić ją na nim. Wyjmowanie szyny S z urzą dzeń do chł odzenia cieczą 31, 32 za pomocą manipulatorów 311, 321 i jej odbiór przez podpory 52 może się odbywać w zasadzie w taki sam sposób, po czym następuje przemieszczanie i układanie w obszarze odbiorczym 41 chłodni 4.

Przy wysokich wydajnościach walcowania, urządzenie do hartowania 3 może również zawierać więcej niż dwa urządzenia do chłodzenia cieczą, korzystnie zaś tok produkcji jest wspomagany programowaną jednostką sterującą.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego o znacznej długości, mianowicie co najmniej części przekroju na długości produkowanego seryjnie, profilowanego materiału walcowanego, z obszaru temperatur walcowania, zwłaszcza do hartowania co najmniej główek szyn o długości powyżej 50 m i następującego po nim chłodzenia do temperatury pokojowej, które to urządzenie składa się w zasadzie z samotoku, środka do osiowego ustawiania materiału walcowanego, środka transportowego z elementem podporowym do poprzecznego przemieszczania materiału walcowanego, urządzenia hartującego z układem manipulacyjnym i chłodni, znamienne tym, że samotok (1) zawiera urządzenie do ustalania w kierunku wzdłużnym pozycji materiału walcowanego (S), doprowadzanego w stanie podparcia w co najmniej jednym obszarze przekroju, oraz przyporzą dkowany mu element

   PL 197 074 B1 prostujący (2), że urządzenie do hartowania (3) składa się z co najmniej dwóch, umieszczonych obok siebie i ustawionych swym wymiarem wzdłużnym w zasadzie równolegle do elementu prostującego, urządzeń do chłodzenia cieczą (31, 32) z manipulatorami (311, 321) do przemieszczania materiału walcowanego (S), że obok nich i równolegle do wzdłużnego wymiaru urządzeń do chłodzenia cieczą znajduje się obszar odbiorczy (41) chłodni (4).oraz że środek transportu poprzecznego (5) zawiera co najmniej dwa, poruszane symultanicznie pomiędzy samotokami ramiona nośne (51), na końcach których znajdują się podpory (52) dla materiału walcowanego, przemieszczane na ramionach nośnych w kierunku poprzecznym od pozycji wyprostowanej w obszarze samotoku (1) do obszaru odbiorczego (41) chłodni (4) i tak unoszone, że wyłącznie podpory mogą wystawać poza płaszczyznę transportu (11) samotoku (1).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stanowi urządzenie do ulepszania cieplnego materiału walcowanego (S) w postaci spoczywającej w dwóch obszarach przekroju na samotoku (1) szyny trakcyjnej lub kolejowej, w którym urządzenie do ustalania pozycji jest sterowane elektronicznie i/lub zaopatrzone w liniał prostujący (21) lub ogranicznik.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że urządzenia do chłodzenia cieczą (31, 32) mają postać zbiorników zanurzeniowych (312, 322), zaopatrzonych w działające na dnie i ewentualnie z boków, ustawione poziomo ograniczniki (313, 323) do prostowania materiału walcowanego (S).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że każdemu zbiornikowi zanurzeniowemu (312, 322) przyporządkowane są manipulatory (311, 321), za pomocą których materiał walcowany (S), zwłaszcza szyna, jest zdejmowana z podpór (52) środka transportu poprzecznego (5), wprowadzana pionowo, główką do dołu, do zbiornika zanurzeniowego (312, 322) i ponownie układana na podporach (52).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że zawiera dociskacze (314, 324) do dociskania materiału walcowanego (S), zwłaszcza szyny, do ograniczników prostujących (313, 323) podczas chłodzenia w zbiorniku zanurzeniowym (312, 322).
6. 6. Zastosowanie urządzenia określonego w zastrzeżeniach od 1 do 5 do hartowania co najmniej główek szyn o długości powyżej 50 m i następującego po nim chłodzenia do temperatury pokojowej przy czasie przechodzenia szyny przez urządzenie do hartowania, przekraczającym częstość doprowadzania.