DE2358852C3 - Verfahren und Einrichtung zum Abkühlen von Stahlgut - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bzw. auf eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 4.

Wenn Walzblöcke, Knüppel, Stränge, Brammen, Platten oder anderes erhitztes Stahlgut großer Länge abgekühlt wird, tritt dann keine Verwerfung (Verformung) auf, wenn die Abkühlung des Stahlgutes als Ganzes gleichförmig durchgeführt wird. Eine derartige gleichförmige Abkühlung ist aber bei der praktischen Durchführung der Abkühlung kaum möglich. Entsprechend große Verwerfungen des .Suihlgutes waren daher bisher in der Regel unvermeidbar. Sie werden insbesondere durch die Trägereinrichtungen verursacht.

so

SS

852

auf denen das erhitzte Stahlgut liegt, beispielsweise die im Kühlbett angebrachten Gleitschienen. Es ist nämlich äußerst schwierig, den mit der Gleitschiene in Berührung stehenden Teil des Stahlgutes, dessen lokale Temperatur höher wird als die Temperatur anderer Teilbereiche, abzukühlen, wodurch eine plastische (bildsame) Verformung auftritt, die auf ungleichmäßige Wärmespannungen im Stahlgut zurückzuführen ist.

Da eine derartige Verformung Schwierigkeiten bei der Verarbeitung des Stahlgutes nach dem Kühlvorgang mit sich bringt, wurde verschiedentlich versucht, diese besonderen Schwierigkeiten zu überwinden. Beispielsweise versuchte man, das erhitzte Stahlgut schrittweise abzukühlen, wobei für das Stahlgut eine Fahrzeugschiene mit einer schmaleren Gleitschiene oder ein Rollgang als Auflage benutzt wurde. Diese Methode ist aber sehr aufwendig und entsprechend teuer und dennoch wenig wirkungsvoll.

Aus der DT-PS 9 55 042 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Abkühlen von warmgewalztem, flachem Walzgut bekannt, bei dem die üblichen starken Verwerfungen des Walzgutes dadurch vermieden werden sollen, daß die Rander des Walzgutes stärker abgekühlt werden als der mittlere Teil des Wal/gutes und seine Unterseite schneller gekühlt wird als die Oberseite desselben. Zu diesem Zweck wird den Rändern bzw. der Unterseite des Walzgutes mehr Kühlwasser zugeführt als den übrigen Walzgutbereichen. Das Verfahren kann mit einer Anlage durchgeführt werden, bei der das Walzgut während des Bespritzens mit Kühlwasser mit einem Spritzrohr so hin- und hergewegt wird, daß auch die Stellen des Walzgutes, die gegenüber dem Kühlwasser durch Tragrollen bei stillstehendem Blech abgedeckt sind, dem Kühlwasser ausgesetzt werden. In der Praxis zeigt sieh aber, daß die tatsächlichen Temperaturunterschiede zwischen den Randteilen und den Mittelteilen des Walzgutes sehr klein sind, während andererseits die an den Unter- und Oberseiten des Walzgutes unterschiedlichen Wärmespannungen elastische Verbiegungen des Walzgutes verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Abkühlen von Stahlgüt anzugeben, wobei das Stahlgut dabei eine geringere Verwerfung (Verformung) erfährt als bisher.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 4.

Durch die Erfindung werden die bisherigen Schwierigkeiten bei der Verarbeitung des Stahlgutes auf Grund von Verformungen während des Abkühlcns weitgehend vermieden.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß es möglich ist, ohne Schwierigkeiten einen fortlaufenden Arbeitsprozeß ablaufen zu lassen.

An Hand der Zeichnung werden die Erfindung und ihre Vorteile beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Beziehung zwischen der Größe der plastischen Verformung eines erhitzten Stahlgutes und der dadurch auftretenden Verkrümmung,

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Abkühlung von Stahlgut, das in Längsrichtung in zwei Zonen aufgeteilt ist,

Fig. 3A ein typisches Abkiihlsystem ml Mehrfachunterteilung, bei dem besonders ausgebildete Gleitschienen verwendet werden, und

F i g. 3B ein weitees typisches Abkiihlsystem mit Mehrfachunterteilung, bei dem gebrauchliche Förderketten benutzt werden.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß das Ausmaß der plastischen, bildsamen Verformung H von erhitztem Stahlgut, das abgekühlt wird, dem Quadrat der Länge L des Stahlgutes proportional ist Diese Tatsache wurde durch zahlreiche Experimente bestätigt, die auf dem Gebiet der plastischen Verformung durchgeführt wurden. Diese plastische Verformung wird durch ungleichmäßige thermische Spannungen innerhalb des Stahlgutes verursacnt, die durch die unterschiedlichen Kühlwirkungen auf der Ober- und auf der Unterseite des Stahlgutes hervorgerufen wird. Das dabei gewonnene Ergebnis sagt zusammengefaßt aus, daß die Verformung mit abnehmender Länge des Stahlgutes ebenfalls kleiner wird. F i g. 1 stellt diesen Zusammenhang bildlich dar. Dabei bedeutet , _s

0 Winkel, den die Stirnflachen des Stahlgutes

einschließen,
e Das Maß für die plastische Verformung, die bei

hoher Temperatur auftritt, _,₀

R Krümmungsradius,
L Länge des Stahlgutes,
2 AR Dicke des Stahlgutes,
AL Längenzunahme des Stahigutes an der Stelle (R + AR).

Aus dem dargestellten geometrischen Zusammenhang gemäß Fig. 1 erhält man dann die folgenden Beziehungen, wie leicht einzusehen ist:

V)

Kt IK
R

I. R

I /. IR

¹I. R

Der Betrag der Verformung //, der dabei auftritt, ist daher:

// K Λ cos

4-S

^r 4,K

: sin ι-1 ζ. ι/.

IK / /

j 1

SlK

ho

Wenn das erhitzte Stahlgut der Lange /. daher in /; Zonen bezüglich der Längsrichtung unterteilt worden ist und wenn die auf diese Weise unterteilten Zonen 6s einzeln abgekühlt werden, wird die dabei auftretende Verformung natürlich sehr viel kleiner sein. In diesem Falle wird die Abnahme um so größer sein, je größer die Zahl η ist. In Fig.2 ist ein Verfahren zur individuellen Abkühlung eines in zwei Zonen aufgeteilten Stahigutes dargestellt Dieses Verfahren ist in der japanischen Patentanmeldung 1 15 727/70 beschrieben, nämlich als ein Verfahren zur einzelnen Abkühlung der Zonen m und /72, um eine geringere Verformung des Stahlgutes zu ermöglichen.

Dieses Verfahren weist mehrere Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein erhitztes Stahlgut auf die Gleitschienen gelegt (Schritt a), danach wird die Zone n\ abgekühlt (Schritt b), und daraufhin wird das gleiche mit der Zone m durchgeführt (Schritt c). Nötigenfalls wird das Stahlgut schließlich noch als Ganzes gekühlt. Dieses Abkühlsystem zeigt eine geringe Verformung des genannten Materials, wie dies in Schritt d gemäß F i g. 2 dargestellt ist.

Die praktische Durchführung des Verfahrens zeigte jedoch, daß die Aufteilung des erhitzten Stahlgutes in lediglich zwei Zonen nach Art des in der zuvor genannten Patentanmeldung beschriebenen Verfahrens im praktischen Betrieb nicht ausreichend war. da das Stahlgut bezüglich seiner Lange immer größere Ausmaße annahm. Dementsprechend schlägt die vorliegende Erfindung vor, das erhitzte Stahigut in η Zonen autzuteilen. Eine derartige Aufteilung in η Zonen wird vorzugsweise so ausgeführt, daß die Trägereinrichtungen, auf denen das erhitzte Stahlgut gelagert ist, dabei berücksichtigt werden. F ι g. J zeigt ein derartiges Beispiel. Fig. 3A zeigt ein Abkühlsystem für das Stahlgut, bei dem als Träger Gleitschienen verwendet werden, während Fig. 3B Trägereinrichtungen nach Art eines Kettenförderers zeigt.

Wie bereits erwähnt wurde, wird in F i g. 3A das erhitzte Stahlgut 1 durch die als Gleitschienen ausgebildeten Träger 2, 3, 4 in vier Zonen n\ bis m aufgeteilt. Bei dieser Art eines Abkühisystenr, wird das Stahlgut 1 auf den Trägern 2, 3 und 4 in einem ersten Verfahrensschritt (a) aufgelegt, und dann werden die Stellen, an denen das Stahlgut mit den Trägern 2, 3, 4 in Verbindung steht, von der Unterseite oder von der Ober- und Unterseite mit Kühlwasser oder mit irgendeinem anderen Kühlmittel in einem /weiten Verfahrensschritt (b) abgekühlt.

Zu diesem Zwecke sollte als Träger ein USiahltrager oder eine Gleitschiene gewählt werden, in deren Mitte eine Hohlrinne oder Entsprechendes gebildet ist. Dadurch wird an den Stellen, an denen das Siahlgut mit den als Gleitschienen ausgebildeten Tragern in Berührung kommt, ein Zwischenraum zwischen Stahlgut und Schiene gebildet. Die Abkühlung des .Stahlgutes wird zunächst an der Unterseite, die dem Hohlraum gegenüberliegt, dadurch vorgenommen, daß ein Kühlmittel durch diesen Hohlraum gesprüht wird. Eine derartige örtlich begrenzte Abkühlung führt /u kalten Stellen 21, 31 und 41. Die dadurch erzeugten schmalen abgekühlten Streifen werden am Siahlgut in transversaler Richtung gebildet. In der DT C)S 23 13 190 wurde eine derartige Einrichtung mit Gleitschienen vorgeschlagen und beschrieben. In einem weiteren Schritt (c) wird das Stahlband dann als Ganzes abgekühlt. Nach Abschluß des Kühlvorganges zeigt das Siahlgut I in Schritt (α) geringe Verformung, d. h.. Krümmungen verursachen bei der nachfolgenden Weiterbearbeitung keine Schwierigkeiten. Hierbei ist es bei der praktischen Durchführung vorteilhaft, sowohl die dem Hohlraum zugewandte Unterseite als auch die dem Hohlraum gegenüberliegende Oberseite des Stahlgutes gleichzeitig abzukühlen.

Die Fig.3B zeigt ein Kühlsystem, bei dem das Stahlgut 1 auf Ketten 5, 6 und 7 gelagert ist und durch die zu Kühlzwecken angebrachten Sprühdjisen 8 und 9 in drei Zonen m bis ro aufgeteilt wird. Ähnlich dem zuvor beschriebenen Gleitschienen-Verfahren wird das erhitzte Stahlgut 1 auf die Ketten 5, 6 und 7 aufgelegt (Schritt a). Das bedeutet, daß das Stahlgut 1 zunächst auf der Unterseite, die den Sprühdüsen zugewandt ist, durch Besprühen mit irgendeinem Kühlmittel abgekühlt wird (Schritt b). Bei der praktischen Durchführung ist es in diesem Falle vorteilhaft, sowohl die der Sprühdüse gegenüberliegende Oberseite als auch die Unterseite gleichzeitig zu kühlen. Die dadurch erzeugten kalten Stellen 81 und 91 verlaufen in transversaler Richtung zum Stahlgut und bilden einen schmalen abgekühlten Streifen. Nach diesem Verfahrensschritt wird das Stahlgut als Ganzes abgekühlt (Schritt c).-Das auf diese Weise abgekühlte Stahlgut zeigt nur geringe Verformung (Schritt d).

Auf diese Weise ist es möglich, einen abgekühlten schmalen Streifen zu erhalten, der aus kalten Stellen in transversaler Richtung des erhitzten Stahlgutes gebildet wird. Danach wird das Stahlgut als Ganzes abgekühlt. Es ist möglich, daß bei Ausführung des Verfahrens beim Abkühlen ungleichmäßige Wärmespannungen im erhitzten Stahlgut vermieden werden. Es muß nicht extra gesagt werden, daß auch andere Abkühlsysteme mit mehrteiliger Aufteilung möglich sind, als dies in den F i g. 3A und 3B dargestellt ist. Beispielsweise schlägt die bereits genannte japanische Patentanmeldung 1 15 727/70 ein zweiteiliges Kühlsystem vor, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Dieses Kühlsystem kann dadurch abgewandelt werden, daß eine mehrteilige Aufteilung des Stahigutes in ~ Zonen vorgenommen wird, je nach der Länge des Stahlgutes, anstatt das Stahlgut nur in zwei Sektionen aufzuteilen. In diesem Falle werden die ungleichmäßigen Wärmespannungen auf Grund der in geeigneter Weise angeordneten Träger (Gleitschienen) sehr klein gehalten, und man erhält dieselbe Wirkung, wie dies in den Fig.3A und 3B dargestellt is:. Selbstverstänmdlich werden die mehrteiligen Zonen, wie bereits beschrieben, zunächst einzeln und dann schließlich als Ganzes abgekühlt.

Das beschriebene, erfindungsgemäße mehrstufige Kühlverfahren ist für langes Stahlgut sehr wirkungsvoll, beispielsweise bei Walzblöcken, Knüppeln, Strängen, Vorblöcken, Brammen oder Platten. Bei diesem Verfahren treten nur geringe Verformungen des Stahlgutes auf, und es ist wirkungsvoller und billiger als die gebräuchlichen Verfahren einer schrittweisen Abkühlung oder als Verfahren, bei denen drehbare Auflagetische oder Fahrzeugschienen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin deshalb von Vorteil, weil die Steuerung des Kühlwassers für das erhitzte Stahlgut vergleichsweise leicht durchgeführt werden kann. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind darin zu sehen, daß auf Grund der Verringerung unzulässig verformten Stahigutes die Produktionsausbeutc verbessert wird.

Hioi/u 2 Bl;ül /xidinuiiiien

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ■ 1, Verfahren zum weitgehend verwerfungsfreier. Abkühlen von Stahlgut, bei dem dieses zonenweise und in seiner Gesamtheit gezielt gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst mehrere im Verhältnis zur Länge des Stahlgutes schmale Zonen des Stahlgutes, die quer zu dessen Längsachse verlaufen und die in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind, abgekühlt werden (Fig. 3b) und daß dann anschließend die Kühlung der gesamten Länge des Stahlgutes erfolgt (Fig. 3c).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten der Zonec gekühlt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Seilen der Zonen gleichzeitig gekühlt werden.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der zum weitgehend verwerfungsfreien Abkühlen von Stahlgut Kühlmittelauslässe zum gezielten zonenweisen Beaufschlagen des vertikal abgestützten Stahlgutes vorgesehen sind und bei der darüber hinaus eine Einrichtung vorgesehen ist, die ein gleichzeitiges allseitiges Kühlen des Stahlgutes ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Abstützung des Stahlgutes (1) durch mehrere, mit gegenseitigem Abstand nebeneinander angeordnet*:, U-schienenförmige Träger (2, 3,4) erfolgt, wobei die offenen Seiten der Träger (2, 3, 4) dem Stahlgut zugewandt und die Kühlmittelauslässe sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Kühlen von mit den Trägern (2, 3, 4) fluchtenden, streifenförmigen Zonen der den Trägern abgewandten Seite des Stahlgutes (1) vorgesehen sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den vertikalen Abstützungen des Stahlgutes (I) mehrere, quer zum Stahlgut (1) verlaufende und im Abstand voneinander angeordnete Sprühdüsen (8,9) vorgesehen sind.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Sprühdüsen (8, 9) abgewandten Seite des Stahlgutes (1) Vorrichtungen zum Kühlen der den Sprühdüsen (8,9) abgewandten Seite der von den Sprühdüsen gekühlten Zonen vorgesehen sind.

   15