WO2015113832A1 - Einrichtung zum kühlen von platten- oder bahnförmigem blech aus metall und verfahren zur wärmebehandlung - Google Patents

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WO2015113832A1
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cooling zone
coolant
cooling
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PCT/EP2015/050716
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Dominik Schröder
Holger KEHLER
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Loi Thermprocess Gmbh
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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling plate-like or sheet-like metal sheet, with transport means for the continuous transport of the sheet in the direction of passage, with a cooling zone in which extends above and below the sheet at least one outlet pipe transversely to the passage direction, wherein the outlet pipe Has at least one outlet opening and wherein the outlet pipe is connected with the interposition of control means to a coolant supply.
  • the invention relates to a method for heat treating plate or sheet metal sheet, wherein the sheet is heated and then continuously transported by a cooling device in the direction of passage and cooled in a cooling zone by means of at least one coolant jet, each on the top and bottom of the Sheet metal is directed, wherein the coolant jet exiting from at least one outlet opening, which is located in at least one outlet pipe, which extends transversely to the passage direction and wherein the outlet pipe is regulated or controlled applied with coolant.
  • a continuous quenching device for tempering steel sheet or strip, high-temperature industrial furnaces are used, followed by a continuous quenching device, also called a continuous quench.
  • the sheets are heated in the industrial furnace and then rapidly in the pass quench, d. H. with high cooling rates by means of a coolant, usually water under elevated pressure, cooled or quenched.
  • the rapid cooling is used to generate or transform the microstructure of the sheet metal structure.
  • the sheets are transported by means of transport, usually rollers, continuously in the direction of passage through the quenching device.
  • Cooling is uniform from the bottom and top of the sheet, minimizing sheet distortion.
  • the adjustment of the cooling water volume flows is done via recipes that are created individually for sheet metal qualities and geometry.
  • the cooling takes place in a cooling zone, which is formed in practice as a high-pressure cooling zone.
  • the pressure of the cooling water in the high-pressure cooling zone is relatively high at 5 to 10 bar.
  • the sheets are for example by means of flat jet nozzles or slot nozzles, which extend across the width of the sheet with cooling water applied under high pressure. Therefore, the high pressure cooling zone is usually relatively short.
  • the object of the invention is accordingly to develop a device of the type mentioned above, which makes it possible to cool individual sheets, in particular with different cooling speeds reproducible.
  • the object of the invention is to provide a method for heat treatment of plate or sheet-shaped metal sheet, in particular of steel, can be achieved exactly with the desired material properties of the sheet. This is usually a slower cooling rate than for curing to the highest hardness necessary.
  • the object is achieved by a device according to claim 1.
  • At least two outlet tubes are arranged in the cooling zone, in each case above and below the plate, the outlet openings of which are each of different sizes, ie. H. the outlet cross sections of the at least one outlet opening in each outlet tube are of different sizes.
  • the outlet openings of the outlet tubes are directed from above and below on the sheet so that the sheet is cooled uniformly from both sides.
  • the at least two exit tubes on each side of the plate extend adjacent to each other across the width of the plate transversely to the direction of passage.
  • the outlet pipes are aligned parallel to each other.
  • Each outlet tube has a different size than the outlet cross-section for the coolant than the Adjacent outlet pipe, ie the outlet cross sections of the outlet openings of adjacent outlet pipes are of different sizes, so that it is possible to respond variably to different cooling conditions during the cooling of the metal sheet.
  • each outlet pipe in each case above and below the sheet, a maximum of six, preferably three, outlet pipes, the outlet openings of which are each of different sizes, are arranged.
  • Each outlet pipe can be controlled individually and independently of the other outlet pipes and supplied with coolant.
  • Each outlet pipe can be shut off during the cooling period, i. H. Do not apply coolant while another exhaust pipe is being charged with coolant.
  • the coolant used is preferably water. But it can also be used another suitable coolant.
  • outlet pipes with differently sized outlet openings are located in the cooling zone above and below the sheet, the sheets can be cooled as required with different amounts of coolant per unit area and time unit and thus with different cooling rates and / or intensities, so that individual cooling is accurate the desired temperature is possible with or without predetermined gradients. Above all, it is possible to cool sheets or strips very slowly, so that desired material properties can be achieved exactly.
  • the outlet tubes whose outlet openings are each of different sizes, form an outlet tube group.
  • at least two outlet tube groups are arranged in succession above and below the plate in succession.
  • a plurality of outlet tube groups extend in the direction of passage over the entire length of the cooling zone above and below the plate in each case. All outlet tubes have in the passage direction preferably at an equal distance from each other, so that the sheet is evenly cooled. At least one outlet tube in each outlet tube group can be acted upon by the control means in parallel with coolant.
  • the device allows a very individual cooling of a sheet or a strip.
  • only outlet pipes are simultaneously subjected to cooling water at the same time, the outlet openings of which release the desired cooling water volume flow.
  • one or more outlet tubes are each subjected to cooling water during the cooling time.
  • different operating conditions occur: For example, during the cooling time only one outlet pipe per outlet tube group simultaneously with Coolant can be applied while all other outlet pipes are turned off.
  • all the outlet tubes from all outlet tube groups are in operation, ie are acted upon with coolant. If, for example, there are four outlet pipes in an outlet pipe group, each with differently sized outlet openings, the sheet can alternatively be cooled with thirteen different cooling water volume flows.
  • the at least one outlet opening may be formed as a slot-shaped outlet opening which extends over the entire length of the lateral surface of the outlet tube. Alternatively, there may be several arbitrarily shaped outlet openings in the lateral surface. In an advantageous embodiment of the invention, over the length of the outlet tube or the lateral surface of the tube a plurality of equal outlet openings, which are preferably circular, in at least one row behind the other, preferably with equal distances to each other, distributed.
  • the diameter of the outlet opening is 0.5 mm to 5 mm.
  • simple holes and commercial nozzles can be used. You can choose between full jet nozzles, flat jet and full cone nozzles.
  • the outlet openings of at least one outlet tube over the width of the sheet in at least two control groups preferably three control groups and / or in the direction of passage in at least two, preferably four control zones are summarized and that the outlet openings in each control zone means the control means are acted upon in parallel with the coolant. Under parallel is to be understood simultaneously.
  • the sheet can be cooled over the width of the sheet and / or in the zonal direction with different cooling water flow rates, different amounts of cooling water per area and time and thus with different cooling rates, for example, differences in the cooling behavior across the width by the expiring Avoid coolant or cooling water.
  • a lateral control zone extends along the width of the sheet along a central control zone.
  • the cooling zone is designed as a low-pressure cooling zone.
  • the low pressure cooling zone is preceded by a high pressure cooling zone.
  • the sheets in the high-pressure cooling zone can be set to a pre- cooled temperature and then cooled in the low-pressure cooling zone to the desired final temperature.
  • the low-pressure cooling zone is only the uniform cooling of the sheet to handling or water temperature or thick sheets of further cooling to the core of the sheet.
  • the object is further achieved by a method for heat treating plate or sheet metal sheet metal, wherein the sheet is heated and then transported continuously through a cooling zone in the direction of passage, wherein in the cooling zone during a cooling time at least one coolant jet each on the top and the The underside of the sheet is directed, wherein the coolant jet emerges from at least one outlet opening, which is located in at least one outlet pipe, which extends transversely to the passage direction and wherein the outlet pipe controlled or controlled with coolant is applied, characterized in that in the cooling zone above each and below the sheet at least two outlet pipes are arranged, the outlet openings are of different sizes and that by means of selective application of at least one outlet pipe respectively above and below the sheet with coolant, the sheet with is cooled at different cooling rate and / or cooling intensity.
  • the upper side and the lower side of the sheet are exposed during the cooling time with equal amounts per area and / or time unit with coolant.
  • the outlet pipes are controlled and acted upon by the coolant, the outlet openings of which ensures a suitable for the respective desired cooling rate and / or cooling intensity flow of refrigerant.
  • different coolant volume flows or coolant quantities per unit area and unit of time can be set in a manner that is simple in terms of taxation.
  • the sheet can be cooled in a simple manner, optionally by means of different cooling water volume flows.
  • the inventive method allows a reproducible heat treatment to achieve certain material properties, especially in steel sheets.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the outlet tubes whose outlet openings are of different sizes have an outlet form a tube group, that in the cooling zone in each case above and below the sheet at least two outlet tube groups are arranged one behind the other in the passage direction and that at least one outlet tube per outlet tube group controlled o- regulated regulated in parallel with coolant. At least one outlet tube per outlet tube group is simultaneously exposed to coolant. Preferably, one exit tube is simultaneously supplied with coolant per exit group during the cooling time.
  • outlet pipes which have the same size outlet openings, controlled or regulated applied in parallel with coolant.
  • outlet tubes are each acted upon simultaneously with coolant with equal outlet openings during the cooling time. Over the entire length of the cooling zone each outlet pipes, from which equal amounts of coolant per area and time unit emerge, subjected to cooling water.
  • the outlet tubes with equal outlet openings are connected by means of the control means in parallel to the coolant supply and can optionally be acted upon with coolant and regardless of the coolant supply to the other outlet tubes. All outlet pipes can be switched off as required during the cooling time. Downstream outlet pipes, no coolant is supplied during the cooling time. In order to ensure that the sheet is cooled uniformly, the sheet is reversed in the direction of passage in each case between two outlet pipes, each having an equally large outlet opening.
  • the coolant is controlled or supplied in different amounts per area and / or time unit and / or in variable amounts over time at least one outlet tube per outlet tube group.
  • the coolant is controlled or supplied in different amounts per area and / or time unit and / or in variable amounts over time at least one outlet tube per outlet tube group.
  • the coolant from the at least one outlet opening can be pulsed directed to the top and bottom of the sheet.
  • the coolant jets are pulsed when a continuous flow of water volume should result in too rapid cooling.
  • the cooling zone is designed as a low-pressure cooling zone, in the coolant pressure, which is present at the at least one outlet opening, 1 bar to 5 bar.
  • the sheet passes through a high pressure cooling zone prior to entering the low pressure cooling zone.
  • the sheets can already be cooled to a predetermined temperature in the high-pressure cooling zone.
  • the sheets are then cooled to exactly the desired final temperature with or without predetermined gradients.
  • the invention thus allows very individual cooling possibilities of the sheets or strips in the low-pressure cooling zone. For thicker sheets and reversing of the sheets in the low-pressure cooling zone is possible or necessary.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plan view of a device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a vertical view of a device according to the invention.
  • FIG. 3 in a schematic representation of three schematically illustrated outlet pipes of a device according to the invention.
  • a device (Quette) for cooling heavy plates made of steel is shown schematically.
  • the device has on the left a high-pressure cooling zone 1, to the right of a low-pressure cooling zone 2 with a plurality of outlet pipes 3a - 3c connects, each outlet pipe 3a - 3c is connected by means not shown control means to a coolant supply, not shown.
  • a sheet 4 which has been heated in an industrial furnace, not shown, passes through the Quette on a non-illustrated roller bed in the direction of passage D.
  • Fig. 2 shows the Quette of Fig. 1 in a vertical view.
  • Fig. 2 it is shown that over the entire length of the low-pressure cooling zone 2 respectively above and below the sheet outlet pipes 3a - 3c are located. All outlet pipes 3a - 3c extend transversely to the direction of passage D of the sheet and run parallel to each other.
  • the outlet pipes 3a - 3c are designed in the embodiment shown here as round tubes. 2 it can be seen that the outlet pipes below the sheet 4 mirror images of the outlet pipes 3a -3c above the lead Ches 4 arranged.
  • outlet pipes 3a -3c On both sides of the sheet 4 are each mirror images outlet pipes 3a -3c opposite, the vertically opposite outlet openings for the coolant are each the same size, so that the sheet can be cooled from above and below under the same conditions.
  • FIG. 3 three adjacent outlet pipes 3a - 3c of the device according to the invention shown in FIG. 1 are shown schematically.
  • the outlet openings 5a-5c are each successively distributed in a row, at the same distance from one another, over the length of the outlet pipes 3a-3c.
  • the outlet openings in an outlet pipe are each the same size, d, h.
  • outlet pipes 3a-3c all outlet openings of an outlet pipe have an equal outlet cross-section.
  • the three differently hatched outer lines or the different graphic design of the outlet pipes 3a-3c in FIG. 2 symbolize outlet pipes with different outlet cross-sections.
  • the different outer lines are explained on the left and assigned to the respective outlet pipes 3a-3c.
  • simple holes in the outlet pipes and nozzles of different characteristics and different levels of power can be used.
  • the three outlet pipes 3a - 3c whose outlet openings 5a - 5c are of different sizes, form an outlet tube group 6.
  • a plurality of outlet tube groups 6 are arranged one behind the other in each case above and below the plate 4 in its passage direction D.
  • the outlet pipes 3a-3c have an equal distance from each other over the length of the cooling zone 2.
  • All outlet pipes 3a which are located in the low pressure cooling zone and whose outlet openings 5a are the same size, are connected in the embodiment by means of the control means in parallel connection during the cooling time to the cooling water supply.
  • the remaining outlet pipes are switched off during the cooling time, d. H. disconnected from the cooling water supply via control means, not shown. Since the outlet openings of the outlet pipes 5a are small, the sheet is selectively cooled slowly in the low pressure zone.
  • the sheet reverses during the cooling process under the outlet pipes or the nozzle tubes so far that an integratively uniform cooling can be achieved. Due to the slow cooling in the low-pressure cooling zone, the desired material properties are reproducibly achieved.
  • the cooling water can be pulsed to further reduce the cooling rate.
  • Equally large outlet openings 5a -5c or nozzles in the outlet pipes 3a-3c belonging to different outlet pipe groups 6 are combined or controlled in three zones over the width of the metal sheet 4.
  • separate zones 8a, 8b are realized on the sides left and right of a central track 7 to compensate for the different cooling rates at the sheet metal edges.
  • the three zones 7, 8a, 8b extend in the direction of passage over the entire length of the cooling zone 2.
  • Conceivable are up to six outlet tubes with different sized outlet openings in an outlet tube group.
  • the outlet pipes may have any cross-section. Furthermore, it is possible to design the outlet openings as nozzles.
  • another suitable liquid cooling medium can be used instead of cooling water.
  • the coolant can be controlled or supplied in different amounts per area and / or time unit and / or in variable over time amounts.
  • the sheet may be cooled to a predetermined temperature in the high pressure quench zone before being cooled to final temperature in the low pressure cooling zone.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen von platten- oder bahnförmigern Blech aus Metall, mit Transportmitteln zum kontinuierlichen Transport des Blechs in Durchlaufrichtung, mit einer Kühlzone, in der sich jeweils oberhalb und unterhalb des Bleches mindestens ein Austrittsrohr quer zur Durchlaufrichtung erstreckt, wobei das Austrittsrohr mindestens eine Austrittsöffnung aufweist und wobei das Austrittsrohr unter Zwischenschaltung von Steuerungsmitteln an eine Kühlmittel-Versorgung geschlossen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmebehandeln von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall. Erfindungsgemäß sind in der Abkühlzone (2) jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs (4) mindestens zwei Austrittsrohre (3a - 3c) angeordnet, deren Austritts- Öffnungen (5a - 5c) jeweils unterschiedlich groß sind. Mittels wahlweiser Beaufschlagung mindestens eines Austrittsrohres (3a - 3c) mit Kühlmittel wird das Blech oder das Band (4) mit unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit und/oder Abkühlintensität abgekühlt.

Description

Einrichtung zum Kühlen von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall und
Verfahren zur Wärmebehandlung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall, mit Transportmitteln zum kontinuierlichen Transport des Blechs in Durchlaufrichtung, mit einer Kühlzone, in der sich jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens ein Austrittsrohr quer zur Durchlaufrichtung erstreckt, wobei das Austrittsrohr mindestens eine Austrittsöffnung aufweist und wobei das Austrittsrohr unter Zwischenschaltung von Steuerungsmitteln an eine Kühlmittel-Versorgung angeschlossen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmebehandeln von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall, wobei das Blech erwärmt und anschließend kontinuierlich durch eine Abkühleinrichtung in Durchlaufrichtung transportiert und in einer Kühlzone mittels mindestens eines Kühlmittelstrahls abgekühlt wird, der jeweils auf die Oberseite und die Unterseite des Blechs gerichtet ist, wobei der Kühlmittelstrahl aus mindestens einer Austrittsöffnung austritt, die sich in mindestens einem Austrittsrohr befindet, welches sich quer zur Durchlaufrichtung erstreckt und wobei das Austrittsrohr geregelt oder gesteuert mit Kühlmittel beaufschlagt wird.
Zum Vergüten von Blech oder Band aus Stahl werden Hochtemperatur-Industrieöfen eingesetzt, an die sich jeweils eine Durchlauf-Abschreckeinrichtung, auch Durchlauf- quette genannt, anschließt. Die Bleche werden in dem Industrieofen erhitzt und anschließend in der Durchlaufquette schnell, d. h. mit hohen Abkühlgeschwindigkeiten mittels eines Kühlmittels, in der Regel Wasser unter erhöhtem Druck, abgekühlt bzw. abgeschreckt. Das schnelle Abkühlen dient zur Erzeugung oder der Umwandlung der Mikrostruktur des Blechgefüges. Während der Abkühlung werden die Bleche mittels Transportmitteln, in der Regel Rollen, kontinuierlich in Durchlaufrichtung durch die Abschreckeinrichtung transportiert.
Die Kühlung erfolgt von der Unterseite und Oberseite des Blechs gleichmäßig, so dass der Verzug des Blechs minimiert wird. Die Einstellung der Kühlwasser- Volumenströme erfolgt über Rezepte, die individuell für Blechqualitäten und Geometrie erstellt werden. Die Abkühlung erfolgt in einer Kühlzone, die in der Praxis als Hochdruck-Kühlzone ausgebildet ist. Der Druck des Kühlwassers in der Hochdruck-Kühlzone ist mit 5 bis10 bar relativ hoch. Die Bleche werden beispielsweise mittels Flachstrahldüsen oder Schlitzdüsen, die sich über die Breite des Blechs erstrecken mit Kühlwasser unter hohem Druck beaufschlagt. Daher ist die Hochdruck-Kühlzone in der Regel relativ kurz.
Um bestimmte Zustände des Gefüges einzustellen oder die Bleche auf eine bestimmte Temperatur abzukühlen, ist eine genaue Regelung der Abkühlgeschwindigkeit in der Anlage notwendig. Dies ist nur bedingt oder gar nicht in dem nur relativ kurzen Hochdruck-Abkühlbereich der Durchlaufquette erreichbar. Aus der Praxis ist bekannt, im Hochdruckbereich mehrere unabhängige Regelzonen vorzusehen, über die jedoch nicht die notwendige Einstellung für die Abkühlung auf eine bestimmte Temperatur erreicht werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die es ermöglicht, Bleche individuell, insbesondere mit verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten reproduzierbar abzukühlen.
Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu Wärmebehandlung von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall, insbesondere aus Stahl zu schaffen, mit dem gewünschte Materialeigenschaften des Blechs genau erreicht werden können. Dafür ist in der Regel eine langsamere Abkühlgeschwindigkeit als für das Härten auf größte Härte notwendig.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind in der Kühlzone jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens zwei Austrittsrohre angeordnet, deren Austrittsöffnungen jeweils unterschiedlich groß sind, d. h. die Austrittsquerschnitte der mindestens einen Austrittsöffnung in jedem Austrittsrohr sind unterschiedlich groß.
Die Austrittsöffnungen der Austrittsrohren sind von oben und unten derart auf das Blech gerichtet, dass das Blech von beiden Seiten her gleichmäßig abgekühlt wird. Die mindestens zwei Austrittsrohre auf jeder Seite des Bleches erstrecken sich benachbart zueinander über die Breite des Bleches quer zur Durchlaufrichtung. Die Austrittsrohre sind parallel zueinander ausgerichtet. Jedes Austrittsrohr weist einen von der Größe her anderen Austrittsquerschnitt für das Kühlmittel auf als das be- nachbarte Austrittsrohr, d. h. die Austrittsquerschnitte der Austrittsöffnungen benachbarter Austrittsrohre sind unterschiedlich groß, so dass bei der Abkühlung des Bleches variabel auf unterschiedliche Abkühlbedingungen eingegangen werden kann.
Vorzugsweise sind in der Abkühlzone jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs maximal sechs, vorzugsweise drei Austrittsrohre, deren Austrittsöffnungen jeweils unterschiedlich groß sind, angeordnet. Jedes Austrittsrohr kann einzeln und unabhängig von den übrigen Austrittsrohren angesteuert und mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Jedes Austrittsrohr kann während der Kühlzeit abgeschaltet, d. h. nicht mit Kühlmittel beaufschlagt werden, während ein anderes Austrittsrohr mit Kühlmittel be- aufschlagt ist. Als Kühlmittel wird bevorzugt Wasser verwendet. Es kann aber auch ein anderes geeignetes Kühlmittel eingesetzt werden.
Da sich in der Kühlzone jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs Austrittsrohre mit unterschiedlich großen Austrittsöffnungen befinden, können die Bleche bedarfsweise mit unterschiedlicher Kühlmittelmenge pro Fläche und Zeiteinheit und somit mit un- terschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und/oder Intensitäten abgekühlt werden, so dass eine individuelle Kühlung genau auf die gewünschte Temperatur mit oder ohne vorgegebenen Gradienten möglich wird. Vor allem ist es möglich, Bleche oder Bänder sehr langsam abzukühlen, so dass gewünschte Materialeigenschaften genau erreicht werden können. Vorzugsweise bilden die Austrittsrohre, deren Austrittsöffnungen jeweils unterschiedlich groß sind, eine Austrittsrohr-Gruppe. In der Kühlzone sind jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens zwei Austrittsrohr-Gruppen in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs eine Vielzahl von Austrittsrohr-Gruppen in Durchlaufrichtung über die gesamte Länge der Abkühlzone. Alle Austrittsrohre weisen in Durchlaufrichtung bevorzugt einen gleich großen Abstand zueinander auf, so dass das Blech gleichmäßig abkühlbar ist. Mindestens ein Austrittsrohr in jeder Austrittsrohr-Gruppe ist mittels der Steuermittel parallel mit Kühlmittel beaufschlagbar.
Die Einrichtung ermöglicht eine sehr individuelle Abkühlung eines Blechs oder eines Bandes. In Abhängigkeit von der Soll-Abkühlgeschwindigkeit werden jeweils nur Austrittsrohre gleichzeitig mit Kühlwasser beaufschlagt, deren Austrittsöffnungen den gewünschten Kühlwasser-Volumenstrom freigeben. Aus jeder Austrittsrohr-Gruppe werden jeweils ein oder mehrere Austrittsrohre während der Kühlzeit mit Kühlwasser beaufschlagt. Dabei treten verschiedene Betriebszustände auf: Beispielsweise kann während der Kühlzeit nur ein Austrittsrohr pro Austrittsrohr-Gruppe gleichzeitig mit Kühlmittel beaufschlagt werden, während alle anderen Austrittsrohre abgeschaltet sind. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass während der Kühlzeit alle Austrittsrohre aus allen Austrittsrohr-Gruppen in Betrieb sind, d. h. mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Wenn sich in einer Austrittsrohr-Gruppe beispielsweise vier Aus- trittsrohre mit jeweils unterschiedlich großen Austrittsöffnungen befinden, kann das Blech alternativ mit dreizehn verschiedenen Kühlwasser- Volumenströmen abgekühlt werden.
Die mindestens eine Austrittsöffnung kann als schlitzförmige Austrittsöffnung ausgebildet sein, die sich über die gesamte Länge der Mantelfläche des Austrittsrohres erstreckt. Alternativ können sich in der Mantelfläche mehrere beliebig gestaltete Austrittsöffnungen befinden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist über der Länge des Austrittsrohres bzw. der Mantelfläche des Rohres eine Mehrzahl von gleich großen Austrittsöffnungen, die vorzugsweise kreisförmig sind, in mindestens einer Reihe hintereinander, vorzugsweise mit gleichen Abständen zueinander, ver- teilt. Der Durchmesser der Austrittsöffnung beträgt 0,5 mm bis 5 mm. Anstatt einfacher Bohrungen können auch handelsübliche Düsen eingesetzt werden. Zur Wahl stehen Vollstrahldüsen, Flachstrahl- und Vollkegeldüsen.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Austrittsöffnungen mindestens eines Austrittsrohres über die Breite des Blechs in mindestens zwei Regel- gruppen, vorzugsweise drei Regelgruppen und/oder in Durchlaufrichtung in mindestens zwei, vorzugsweise vier Regelzonen zusammengefasst sind und dass die Austrittsöffnungen in jeder Regelzone mittels der Steuermittel parallel mit dem Kühlmittel beaufschlagbar sind. Unter parallel ist gleichzeitig zu verstehen. Auf diese Weise kann das Blech über die Breite des Blechs und/oder in Durchlaufrichtung zonenweise mit unterschiedlichen Kühlwasser-Volumenströmen, unterschiedlichen Mengen an Kühlwasser pro Fläche und Zeit und somit mit unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten abgekühlt werden, um beispielsweise Unterschiede im Abkühlverhalten über der Breite durch das ablaufende Kühlmittel bzw. Kühlwasser zu vermeiden.
Vorzugsweise erstreckt sich über die Breite des Blechs je eine seitliche Regelzone entlang einer mittleren Regelzone.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Kühlzone als Niederdruck-Kühlzone ausgebildet. Der Niederdruck-Kühlzone ist eine Hochdruck-Kühlzone vorgeschaltet. Es besteht die Möglichkeit, dass die Bleche die Hochdruck-Kühlzone durchlaufen, ohne abgekühlt zu werden und ausschließlich in der Niederdruck-Abkühlzone abgekühlt werden. Alternativ können die Bleche in der Hochdruck-Kühlzone auf eine vorgege- bene Temperatur abgekühlt und anschließend in der Niederdruck-Kühlzone auf die gewünschte Endtemperatur abgekühlt werden.
Beim Stand der Technik dient die Niederdruck-Kühlzone nur dem gleichmäßigen Abkühlen des Blechs auf Handling- oder Wassertemperatur oder bei dicken Blechen der weiteren Abkühlung bis in den Kern des Blechs.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Wärmebehandeln von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall, wobei das Blech erwärmt und anschließend kontinuierlich durch eine Kühlzone in Durchlaufrichtung transportiert wird, wobei in der Kühlzone während einer Kühlzeit mindestens ein Kühlmittelstrahl jeweils auf die Oberseite und die Unterseite des Blechs gerichtet ist, wobei der Kühlmittelstrahl aus mindestens einer Austrittsöffnung austritt, die sich in mindestens einem Austrittsrohr befindet, welches sich quer zur Durchlaufrichtung erstreckt und wobei das Austrittsrohr geregelt oder gesteuert mit Kühlmittel beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abkühlzone jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens zwei Austrittsrohre angeordnet sind, deren Austrittsöffnungen unterschiedlich groß sind und dass mittels wahlweiser Beaufschlagung mindestens eines Austrittsrohres jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mit Kühlmittel das Blech mit unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit und/oder Abkühlintensität abgekühlt wird. Vorzugsweise wird jeweils die Oberseite und die Unterseite des Blech während der Kühlzeit mit gleichen Mengen pro Fläche und/oder Zeiteinheit mit Kühlmittel beaufschlagt.
Mit Hilfe der Steuermittel werden nur die Austrittsrohre angesteuert und mit dem Kühlmittel beaufschlagt, deren Austrittsöffnungen einen für die jeweils gewünschte Abkühlgeschwindigkeit und/oder Abkühlintensität geeigneten Durchfluss an Kältemittel gewährleistet. Auf diese Weise können auf steuertechnisch einfache Art und Weise unterschiedliche Kühlmittel-Volumenströme bzw. Kühlmittel-Mengen pro Fläche und Zeiteinheit eingestellt werden. Das Blech kann in Abhängigkeit von Sollwerten für die Abkühlgeschwindigkeit auf einfache Art und Weise wahlweise mittels unter- schiedlicher Kühlwasser- Volumenströme abgekühlt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine reproduzierbare Wärmebehandlung zur Erzielung bestimmter Materialeigenschaften, insbesondere bei Blechen aus Stahl.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrohre, deren Austrittsöffnungen unterschiedlich groß sind, eine Austritts- rohr-Gruppe bilden, dass in der Kühlzone jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens zwei Austrittsrohr-Gruppen in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind und dass mindestens ein Austrittrohr pro Austrittsrohr-Gruppe gesteuert o- der geregelt parallel mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Mindestens ein Austrittsrohr pro Austrittsrohr-Gruppe wird gleichzeitig mit Kühlmittel beaufschlagt. Vorzugsweise wird pro Austrittsgruppe jeweils einen Austrittsrohr während der Kühlzeit gleichzeitig Kühlmittel zugeführt.
Vorzugsweise werden Austrittsrohre, die gleich große Austrittsöffnungen aufweisen, gesteuert oder geregelt parallel mit Kühlmittel beaufschlagt. Vorzugsweise werden Austrittsrohre mit jeweils gleich großen Austrittsöffnungen während der Kühlzeit gleichzeitig mit Kühlmittel beaufschlagt. Über die gesamte Länge der Abkühlzone werden jeweils Austrittsrohre, aus denen gleich große Mengen Kühlmittel pro Fläche und Zeiteinheit austreten, mit Kühlwasser beaufschlagt. Die Austrittsrohre mit gleich großen Austrittsöffnungen sind mittels der Steuermittel in Parallelschaltung an die Kühlmittel-Versorgung angeschlossen und können wahlweise mit Kühlmittel beaufschlagt werden und zwar unabhängig von der Kühlmittel-Zufuhr zu den übrigen Austrittsrohren. Alle Austrittsrohre können bedarfsabhängig während der Kühlzeit abgeschaltet werden. Abgeschalteten Austrittsrohren wird während der Kühlzeit kein Kühlmittel zugeführt. Um zu gewährleisten, dass das Blech gleichmäßig abgekühlt wird, wird das Blech in Durchlaufrichtung jeweils zwischen zwei Austrittrohren, die jeweils eine gleich große Austrittsöffnung aufweisen, reversiert.
Vorzugsweise wird mindestens einem Austrittsrohr pro Austrittsrohr-Gruppe das Kühlmittel geregelt oder gesteuert in unterschiedlichen Mengen pro Fläche und/oder Zeiteinheit und/oder in über die Zeit veränderbaren Mengen zugeführt. Dadurch wird eine sehr große Flexibilität der Abkühlbedingungen erreicht, vor allem sind sehr geringe Abkühlgeschwindigkeiten realisierbar.
Im Rahmen der Erfindung kann das Kühlmittel aus der mindestens einen Austrittsöffnung gepulst auf die Oberseite und die Unterseite des Blechs gerichtet werden. Die Kühlmittel-Strahlen werden insbesondere gepulst, wenn ein kontinuierlicher Wasservolumenstrom zu einer zu schnellen Kühlung führen sollte.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone als Niederdruck-Kühlzone ausgebildet ist, in der Kühlmittel-Druck, der an der mindestens einen Austrittsöffnung ansteht, 1 bar bis 5 bar beträgt. Vorzugsweise durchläuft das Blech vor dem Eintritt in die Niederdruck-Kühlzone eine Hochdruck-Kühlzone. Die Bleche können bei Bedarf bereits in der Hochdruck- Kühlzone auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt werden. In der Niederdruck- Kühlzone werden die Bleche dann anschließend genau auf die gewünschte Endtem- peratur mit oder ohne vorgegebenen Gradienten abgekühlt. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das Blech die Hochdruck-Kühlzone durchläuft, ohne gekühlt zu werden. Die Erfindung ermöglicht somit sehr individuelle Kühlmöglichkeiten der Bleche oder Bänder in der Niederdruck-Kühlzone. Bei dickeren Blechen ist auch ein Reversieren der Bleche in der Niederdruck-Kühlzone möglich, beziehungsweise notwendig.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Einrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vertikalansicht einer Einrichtung nach der Erfindung;
Fig. 3 in schematischer Darstellung drei schematisch dargestellte Austrittsrohre einer Einrichtung nach der Erfindung. In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung (Quette) zum Kühlen von Grobblechen aus Stahl dargestellt. Die Einrichtung weist links eine Hochdruck-Kühlzone 1 auf, an die sich rechts eine Niederdruck-Kühlzone 2 mit einer Vielzahl von Austrittsrohren 3a - 3c anschließt, wobei jedes Austrittrohr 3a - 3c mittels nicht dargestellter Steuerungsmittel an eine nicht dargestellte Kühlmittelversorgung angeschlossen ist. Ein Blech 4, welches in einem nicht dargestellten Industrieofen erwärmt worden ist, durchfährt auf einem nicht dargestellten Rollenbett die Quette in Durchlaufrichtung D.
Fig. 2 zeigt die Quette nach Fig. 1 in einer Vertikalansicht. In Fig. 2 ist dargestellt, dass sich über der gesamten Länge der Niederdruck-Kühlzone 2 jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs Austrittsrohre 3a - 3c befinden. Alle Austrittsrohre 3a - 3c erstrecken sind quer zur Durchlaufrichtung D des Blechs und verlaufen parallel zueinander. Die Austrittsrohre 3a - 3c sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als runde Rohre ausgeführt. Fig. 2 ist zu entnehmen, dass die Austrittsrohre unterhalb des Bleches 4 spiegelbildlich zu den Austrittsrohren 3a -3c oberhalb des Ble- ches 4 angeordnet sich. Auf beiden Seiten dem Bleches 4 stehen sich jeweils spiegelbildlich Austrittsrohre 3a -3c gegenüber, Die sich vertikal gegenüber stehende Austrittsöffnungen für das Kühlmittel sind jeweils gleich groß, so dass das Blech von oben und unten unter gleichen Bedingungen abgekühlt werden kann. In Fig. 3 sind schematisch drei benachbarte Austrittsrohre 3a - 3c der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 1 dargestellt. In den Austrittsrohren 3a - 3c befinden sich über die gesamte Länge in regelmäßigen Abständen runde Austrittsöffnungen 5a - 5c, aus denen ein Kühlmittel, hier Wasser auf das Blech 4 gedüst wird. Die Austrittsöffnungen 5a - 5c sind jeweils hintereinander in einer Reihe, mit gleichem Ab- stand zueinander, über die Länge der Austrittsrohre 3a - 3c verteilt. Die Austrittsöffnungen in einen Austrittsrohr sind jeweils gleich groß, d, h. alle Austrittsöffnungen eines Austrittsrohres weisen einen gleich großen Austrittsquerschnitt auf. Die drei unterschiedlich schraffierten Außenlinien bzw. die unterschiedliche grafische Gestaltung der Austrittsrohre 3a - 3c in Fig. 2 symbolisieren Austrittsrohre mit unterschiedli- chen Austrittsquerschnitten. Neben der Fig. 3 sind links die unterschiedlichen Außenlinien erläutert und den jeweiligen Austrittsrohren 3a - 3c zugeordnet. Alternativ zu einfachen Löchern in den Austrittsrohren können auch Düsen unterschiedlicher Charakteristik und unterschiedlich hoher Leistung verwendet werden.
Die drei Austrittsrohre 3a - 3c, deren Austrittsöffnungen 5a - 5c unterschiedlich groß sind, bilden eine Austrittsrohr-Gruppe 6. In der Kühlzone 2 sind jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs 4 in dessen Durchlaufrichtung D mehrere Austrittsrohr-Gruppen 6 hintereinander angeordnet. Die Austrittsrohre 3a - 3c weisen über die Länge der Kühlzone 2 einen gleich großen Abstand zueinander auf.
Alle Austrittsrohre 3a, die sich in der Niederdruck-Kühlzone befinden und deren Aus- trittsöffnungen 5a gleich groß sind, sind bei dem Ausführungsbeispiel mittels der Steuermittel in Parallelschaltung während der Kühlzeit an die Kühlwasser- Versorgung angeschlossen. Die übrigen Austrittsrohre sind während der Kühlzeit abgeschaltet, d. h. über nicht dargestellte Steuerungsmittel von der Kühlwasser- Zufuhr abgekoppelt. Da die Austrittsöffnungen der Austrittsrohre 5a klein sind, wird das Blech in der Niederdruckzone gezielt langsam abgekühlt.
Das Blech reversiert während des Abkühlprozesses unter den Austrittsrohren bzw. den Düsenrohren so weit, dass eine integrativ gleichmäßige Kühlung erreicht werden kann. Durch die langsame Abkühlung in der Niederdruck-Kühlzone werden gewünschten Materialeigenschaften reproduzierbar erreicht. Das Kühlwasser kann gepulst werden, um die Kühlgeschwindigkeit weiter zu reduzieren.
Gleich große Austrittsöffnungen 5a -5c bzw. Düsen in den Austrittsrohren 3a- 3c, die verschiedenen Austrittsrohr-Gruppen 6 angehören, werden über die Breite des Blechs 4 in drei Zonen zusammengefasst geregelt oder gesteuert. Bei dem Ausführungsbeispiel sind getrennte Zonen 8a, 8b auf den Seiten links und rechts einer Mittelspur 7 zum Ausgleich der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten an den Blechrändern realisiert. Die drei Zonen 7, 8a, 8b erstrecken sich in Durchlaufrichtung über die gesamte Länge der Kühlzone 2. Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungen möglich. Denkbar sind bis zu sechs Austrittsrohre mit unterschiedlich großen Austrittsöffnungen in einer Austrittsrohr-Gruppe.
Die Austrittsrohre können einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Ferner ist es möglich, die Austrittsöffnungen als Düsen auszuführen. Im Rahmen der Erfindung kann anstelle von Kühlwasser auch ein anderes geeignetes flüssiges Kühlmedium eingesetzt werden. Mindestens einem Austrittsrohr pro Austrittsrohr-Gruppe kann das Kühlmittel geregelt oder gesteuert in unterschiedlichen Mengen pro Fläche und/oder Zeiteinheit und/oder in über die Zeit veränderbaren Mengen zugeführt werden. Das Blech kann in der Hochdruck-Abschreckzone auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt werden, bevor es in der Niederdruck- Kühlzone auf Endtemperatur abgekühlt wird.
Bezugszeichenliste
1 Hochdruck-Kühlzone
2 Niederdruck-Kühlzone 3a Austrittsrohr
3b Austrittsrohr
3c Austrittsrohr
4 Blech
5a Austrittsöffnung 5b Austrittsöffnung 5c Austrittsöffnung
6 Austrittsrohr-Gruppe
7 Mittelzone
8a Seitenzone
8b Seitenzone
D Durchlaufrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Einrichtung zum Kühlen von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall, mit Transportmitteln zum kontinuierlichen Transport des Blechs in Durchlaufrichtung (D), mit einer Kühlzone, in der sich jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens ein Austrittsrohr quer zur Durchlaufrichtung (D) erstreckt, wobei das
Austrittsrohr mindestens eine Austrittsöffnung aufweist und wobei das Austrittsrohr unter Zwischenschaltung von Steuerungsmitteln an eine Kühlmittel- Versorgung angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Kühlzone (2) jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens zwei Austrittsrohre (3a - 3c) angeordnet sind, deren Austrittsöffnungen (5a - 5c) jeweils unterschiedlich groß sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühlzone (2) jeweils oberhalb und unter- halb des Blechs sechs, vorzugsweise drei Austrittsrohre (3a - 3c), deren Austrittsöffnungen (5a - 5c) jeweils unterschiedlich groß sind, angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrohre (3a - 3c), deren Austrittsöffnungen (5a - 5c) jeweils unterschiedlich groß sind, eine Austrittsrohr-Gruppe (6) bilden, dass in der Kühlzone (2) jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mindestens zwei Austrittsrohr-Gruppen (6) in Durchlaufrichtung (D) hintereinander angeordnet sind und dass mindestens ein Austrittsrohr (3a - 3c) in jeder Austrittsrohr-Gruppe (6) mittels der Steuermittel parallel mit Kühlmittel beaufschlagbar ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass über der Länge des Austrittsrohres (3a - 3c) eine Mehrzahl von gleich großen Austrittsöffnungen (5a - 5c), die vorzugsweise kreisförmig sind, in mindestens einer Reihe hintereinander, vorzugsweise mit gleichen Abständen zueinander, verteilt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (5a -5c) mindestens eines Austrittsrohres (3a - 3c) über die Breite des Blechs (4) in mindestens zwei Regelgruppen (7, 8a, 8b), vorzugsweise drei Regelgruppen und/oder in Durchlauf- richtung (D) in mindestens zwei, vorzugsweise vier Regelzonen zusammenge- fasst sind und dass die Ausöffnungen (5a - 5c) in jeder Regelzone (7, 8a, 8b) mittels der Steuermittel parallel mit dem Kühlmittel beaufschlagbar sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich über die Breite des Blechs (4) je eine seitliche Regelzone (8a, 8b) entlang einer mittleren Regelzone (7) erstreckt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone (2) als Niederdruck-Kühlzone ausgebildet ist und dass der Niederdruck-Kühlzone (2) eine Hochdruck-Kühlzone (1 ) vorgeschaltet ist.
8. Verfahren zum Wärmebehandeln von platten- oder bahnförmigem Blech aus Metall, wobei das Blech erwärmt und anschließend kontinuierlich durch eine Kühlzone in Durchlaufrichtung (D) transportiert wird, wobei in der Kühlzone während einer Kühlzeit mindestens ein Kühlmittelstrahl jeweils auf die Oberseite und die Unterseite des Bleches gerichtet ist, wobei der Kühlmittelstrahl aus mindestens einer Austrittsöffnung austritt, die sich in mindestens einem Austrittsrohr befindet, welches sich quer zur Durchlaufrichtung (D) erstreckt und wobei das Austrittsrohr mit Kühlmittel beaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Kühlzone (2) jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs (4) mindestens zwei Austrittsrohre (3a - 3c) angeordnet sind, deren Austrittsöffnungen (5a - 5c) unterschiedlich groß sind und dass mittels wahlweiser Beaufschlagung mindestens eines Austrittsrohres (3a - 3c) jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs mit Kühlmittel das Blech (4) mit unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit und/oder Abkühlintensität abgekühlt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrohre (3a - 3c), deren Austrittsöffnungen (5a - 5c) unterschiedlich groß sind, eine Austrittsrohr-Gruppe (6) bilden, dass in der Kühlzone jeweils oberhalb und unterhalb des Blechs (4) mindestens zwei Austrittsrohr-Gruppen (6) in Durchlaufrichtung (D) hintereinander angeordnet sind und dass mindestens ein Austrittrohr (3a - 3c) pro Austrittsrohr-Gruppe (6) gesteuert oder geregelt parallel mit Kühlmittel beaufschlagt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass Austrittsrohre (3a - 3c), die gleich große Austrittsöffnungen (5a - 5b) aufweisen, gesteuert oder geregelt parallel mit Kühlmittel beaufschlagt werden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (4) jeweils zwischen zwei Austrittrohren (3a - 3c), die eine gleich große Austrittsöffnung (5a -5c) aufweisen, reversiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Austrittsrohr (3a - 3c) pro Austrittsrohr-Gruppe (6) das Kühlmittel geregelt oder gesteuert in unterschiedlichen Mengen pro Fläche und Zeiteinheit und/oder in über die Zeit veränderbaren Mengen zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelstrahl aus der mindestens einen
Austrittsöffnung (5a - 5c) gepulst auf die Oberseite und die Unterseite des Blechs (4) gerichtet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlzone (2) als Niederdruck-Kühlzone aus- gebildet ist, in welcher der Kühlmittel-Druck, der an der mindestens einen Austrittsöffnung (5a - 5c) ansteht, 1 bar bis 5 bar beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (4) vor dem Eintritt in die Niederdruck- Kühlzone (2) eine Hochdruck-Kühlzone (1 ) durchläuft und dass das Blech (4) in der Hochdruck-Kühlzone (1 ) entweder nicht gekühlt oder auf eine vorgegebene
Temperatur abkühlt wird, bevor es in der Niederdruck-Kühlzone (2) abgekühlt wird.
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