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Technisches Fachgebiet:
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Diese
Erfindung betrifft eine Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht und insbesondere
eine Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Draht aus Kohlenstoffstahl
für den
Einsatz im Maschinenbau oder legiertem Stahl mit ausgezeichnetem
Kaltumformverhalten.
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Die
Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Temperaturregelung
bei warmgewalztem Stahldraht und insbesondere auf Vorrichtungen
zur Temperaturregelung, die so konstruiert sind, dass vorgegebene
Bearbeitungsmuster in einer Linie aus verschiedenen Arten von Abkühl-, Wärmeretentionsbehandlungen
und Wärmebehandlungen
von Draht in Spulen in Übereinstimmung
mit der Materialqualität und
dem Endverbrauch des warmgewalzten Stahldrahts ausgewählt werden
können.
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Stand der Technik:
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Ein
gebräuchliches
Verfahren zur Herstellung vom Stahldraht enthält die folgenden Schritte: Erwärmen eines
Blocks auf eine vorgegebene Temperatur im Durchlaufofen, Warmwalzen
des Blocks in Draht mit vorgegebenen Maßen bzw. vorgegebenem Durchmesser,
Aufwickeln des Drahts in kontinuierlichen Ringen, Abkühlen und
Durchführung
einer geeigneten Wärmebehandlung
des Drahtes, Verpacken des Drahtes zu einem Ringbund und Banderollieren der
Spule. An der aufgewickelten Spule können, bevor sie zur Weiterverarbeitung
verschickt wird, weitere Behandlungen, so wie eine Glühung, falls
erforderlich, durchgeführt
werden. Mehrere Vorschläge
wurden unter Berücksichti gung
der Warmwalz- und Wärmebehandlungs-Schritte
bei der Stahldrahtherstellung gemacht.
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Bei
Betrachtung des Warmwalzens von Stahldraht, vom Standpunkt der Geräte aus,
weist beispielsweise ein Blockwalzwerk, das als Fertigwalzwerk für Stahldraht
entwickelt wurde, Vorteile speziell hinsichtlich Hochgeschwindigkeitswalzen, kompakter
Vorrichtungsanordnung und weniger Oberflächendefekten auf. Ein Blockwalzwerk
mit 8–10
eng, in Tandemstellung angeordneten Walzgerüsten in einem Gehäuse kann
das Material walzen, ohne es zu verdrehen bzw. verbiegen, und daher wurde
dieses in letzter Zeit in vielen Walzstraßen eingeführt.
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Bei
Betrachtung des Warmwalzens von Stahldraht vom Standpunkt der Werkstoffeigenschaften
und Struktur aus, ist es möglich,
die γ-Struktur
zu verfeinern, unter Verwendung eines Verfahrens für das Warmwalzen
bei einer so niedrigen Temperatur wie möglich, zum Beispiel, indem
800°C nicht überschritten
wird und die Fertigwalz-Temperatur niedriger zu setzen als die in
den üblichen
Walzverfahren (ein solches Walzverfahren wird nachstehend als gesteuertes
Walzen bezeichnet). Eine Verfahrenstechnik, um den Werkstoff des
Stahldrahts durch Aufteilen und Granulieren des lamellenförmigen Zementits in
einer Perlitstruktur weicher zu machen durch die Kombination des
vorstehenden Verfahrens mit langsamem Abkühlen in nachgeordneten Verfahrensschritten
ist bekannt. Da jedoch die Temperatur beim Fertigwalzen beim üblichen
Walzverfahren von Stahldraht in der Regel 900°C oder mehr beträgt, kann eine γ-Strukturverfeinerung
nicht erzielt werden und es ist erforderlich, den Stahldraht offline
zu glühen, um
den Drahtwerkstoff weicher zu machen.
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Das
japanische Patent Nr. 2857279 entsprechend
EP-A-0512735 behandelt ein herkömmliches Beispiel
der Verwendung einer Walzstraße,
die der in dieser Erfindung verwendeten äh nelt.
1 und
2 des
Patents zeigen einen Geräteaufbau,
wobei ein Nachfertigwalzwerk mit 4 Walzgerüsten einem Fertigwalzwerk mit
8 Walzgerüsten
nachgeschaltet wird, um Freimaßwalzen
und Präzisionswalzen
durchführen
zu können.
Zusätzlich
wird im Patent vorgeschlagen, eine Kühlvorrichtung eingangsseitig
am Nachfertigwalzwerk anzubringen.
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Mittlerweile
wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen, so wie eines zum Aufwickeln
und Aufweiten von warmgewalztem Stahldraht in nicht-konzentrische
Ringe und Durchführen
einer direkten Wärmebehandlung
an diesem während
des Packprozesses in eine gebündelte
Spule. Das Stelmore-Verfahren ist ein Beispiel für solche Vorschläge. Unter
diesen Vorschlägen
können
eine in der geprüften
japanischen Gebrauchsmusterschrift
Nr. H4-37898 offenbarte Vorrichtung zur Konstruktion einer
Aufwickelvorrichtung (Lagekonus), eines Beförderungswegs für Draht
in kontinuierlichen Ringen und eines mit einer geschlossenen Wärmeretentionsabdeckung
bedeckter Wärmeretentionsofen,
und ein in der geprüften
japanischen Patentschrift Nr. H7-98977 offenbartes Produktionsverfahren
zur Bereitstellung einer Linie für
die normale Wärmebehandlung
und einer weiteren Linie für
langsame Abkühlung
solcherart, dass ein Umschalten ermöglicht wird, und zum Einspeisen
des Stahldrahts auf einen Verteiler des gewählten nachfolgenden Verfahrens als
herkömmliche
Beispiele zur Behandlung von Stahldraht in Form von gebündelten
Spulen für
das langsame Abkühlen
nach dem Aufwickeln gelten.
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Bei
Verwendung eines Fertigwalzwerks, so wie das vorstehend genannte
Blockwalzwerk, entspricht aber die Gesamtquerschnittsverringerung durch
8 Walzgerüste
etwa 85% und ein gesteuertes Walzen mit harten Werkstoffen, die
große
Wärmemengen
während
der Bearbeitung erzeugen und vorwiegend im Maschinenbau verwendet
werden, so wie Kohlenstoffstahl mit 0,4% oder mehr Kohlenstoff, legierter
Stahl, Federstahl und Lagerstahl, ist praktisch unmöglich. Weiterhin
wird im vorstehend genannten
japanischen
Patent Nr. 2857279 ein Walzwerk mit 4 Walzgerüsten als
Fertigwalzwerk eingebaut und eine Abkühlvorrichtung eingangsseitig
am Walzwerk angebracht. Dieser Aufbau zielt jedoch auf die Unterdrückung von
abnormalen Kristallitwachstum ab und nicht auf die Online-Herstellung
von weichem Stahldraht mit verbesserten Kaltumformeigenschaften
durch die Kombination von Korngrößenverfeinerung
mittels gesteuertem Walzen und einer Abkühlvorrichtung in einem nachfolgenden
Verfahren, wobei dies ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.
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In
der vorstehend genannten geprüften
japanischen Gebrauchsmusterschrift
Nr. H4-37898 wird eine einzigartige Anordnung verwendet,
wobei eine Aufwickelvorrichtung mit einer geschlossenen Abdeckung
bedeckt ist, und daher gibt es ein Problem hinsichtlich der Anlagekosten,
da eine Spezialvorrichtung ausschließlich vom Aufwickeln zum langsamen Abkühlen erforderlich
ist und daher können
die meisten der existierenden Anlagen zur Drahtherstellung nicht
verwendet werden. Weiterhin gibt es, da gemäß der vorstehend genannten
japanischen geprüften Patentveröffentlichung
Nr. H7-98977 Topföfen
für das
langsame Abkühlen
der aufgewickelten Spulen verwendet werden, Probleme bei der Einzeltemperatureinstellung,
niedrige Produktivität
und das Verfahren ist nicht für
den kontinuierlichen Betrieb bzw. Dauerbetrieb geeignet. Da die
langsame Abkühlung bei
diesen herkömmlichen
Linien zur langsamen Abkühlung
bei einer vergleichsweise hohen Temperatur von 850°C oder mehr
beginnt, ergibt sich zusätzlich der
Nachteil, dass die Linienlänge
zwangsläufig
tendenziell zu lang ausfällt.
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Neben
den vorstehend genannten werden verschiedene Verfahren der gesteuerten
Abkühlung von
Stahldraht während
der Weiterbeförderung
auf einem Förderer
nach dem Warmwalzen durchgeführt,
wobei Ringe unter Verwendung einer Aufwickelvorrichtung mit einem
Lagekopf aufgewickelt und auf dem Förderer ausgebreitet werden.
Diese Verfahren schließen
die Abkühlung
durch Luftstrom, das natürliche
Abkühlen
bzw. Selbstabkühlen
(wobei diese beiden Verfahren nachstehend zur Vereinfachung jeweils
als Blasekühlung
und natürliche
bzw. Selbst-Abkühlung
bezeichnet werden), das aktive Raschabkühlen mit Wasser oder sonst
das langsame Abkühlen
oder die Wärmerückhaltung
durch die Abdeckung einer Beförderungslinie
mit einer Wärmeretentionsabdeckung
mit ein.
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Zum
Beispiel offenbart die geprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. S60-55572 ein Verfahren, wobei warmgewalzter Stahldraht,
der in Ringen auf einem Förderer
abgelegt wird, mit Luftstrom oder Wasserbesprühung abgekühlt wird und anschließend, nachdem
er in gebündelte
Spulen auf Palettenlager verpackt wird, auf einem abzweigenden Förderer in
einen Glühofen
zur kontinuierlichen Wärmebehandlung
eingespeist wird. Das Abkühlen durch
Wassersprühen
hat den Nachteil, dass eine gleichmäßige Abkühlung nicht erzielt werden
kann und der Drahtwerkstoff inhomogen wird. Zusätzlich ist für dieses
Verfahren zwangsläufig
eine sehr große Anlage
erforderlich, die sehr viel Platz einnimmt, wobei dies einen großen Nachteil
bezüglich
des betrieblichen Platzbedarfs darstellt. Die gleiche Veröffentlichung
offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Wasserabkühlung, das nach der Umformung
des Drahts in gebündelte
Spulen angewandt wird, aber dieses Verfahren führt zu stark inhomogener Abkühlung.
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Die
unveröffentlichte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. H6-336620 offenbart ebenfalls ein Verfahren, wobei
warmgewalzter Stahldraht, der in Ringen auf einem Förderer abgelegt
wird, rasch abgekühlt
wird, indem er direkt in einen Abkühltank getaucht wird, anschließend wird
er, nachdem er in gebündelte
Spulen verpackt wurde, in einem Anlassofen wärme behandelt (abgeschreckt
und angelassen). Diese Technologie verwendet jedoch ein Verfahren
zur Erwärmung
von gebündelten
Spulen auf einer Hakenförderanlage.
Da die maximale Ofenatmosphärentemperatur
in diesem Beförderungsverfahren
circa 650°C
nicht überschreiten
kann, da sich die gebündelten
Spulen bei einer Temperatur, die 650°C übersteigt, verformen, hat das
Verfahren das Problem, dass es für
schnelle Hochtemperaturwärmebehandlungen
nicht geeignet ist.
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Weiterhin
schlägt
die
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
Nr. H8-193222 Apparaturen zur selektiven Einspeisung des
warmgewalzten Stahls in verschiedene Linien für verschiedenartige Wärmebehandlungsarten
vor. Gemäß der dort
vorgestellten Technologie wird bei der Weiterleitung des in Ringen
auf einem Förderer
aufgewickelten Stahldrahts dieser wärmebehandelt und in gebündelte Spulen
auf dem Förderer
verpackt, wobei der Draht nach dem Aufwickeln zuerst in gebündelte Spulen verpackt
wird und dann an eine gesonderte Linie zur Abkühlung in eine Vorrichtung des
Typs Immersionskühlung
weitergeleitet wird, oder andernfalls werden gebündelte Drahtspulen einzeln
mit wärmeisolierenden
Hauben bedeckt und in einer bedeckten Box zur Erwärmung gesammelt
und die Produktionslinien für diese
und andere Wärmebehandlungen
werden so angeordnet, dass jede gewünschte ausgewählt werden
kann. In diesem Verfahren sind jedoch die verschiedenen Linien zur
Wärmebehandlung
in der gleichen Ebene angeordnet und daher ist die Bedienbarkeit
schlecht aufgrund eines verschränkten
Aufbaus der Linien und der Nachteil in Bezug auf den erforderlichen
Platzbedarf ist groß.
Darüber
hinaus kann der Stahldraht in Spulen nicht gleichmäßig abgekühlt werden,
da das Wasser nicht in das Innere eindringen kann, wenn eine gebündelte Spule
in Wasser versenkt wird.
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Wie
aus dem Vorstehenden ersichtlich wird, findet sich unter den früheren Technologien
in Bezug auf das Walzen und die Wärmebehandlung von Stahldraht
kein Beispiel, bei dem das gesteuerte Walzen und langsame Abkühlen in
Kombination miteinander betrachtet wird.
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Aus
Vorstehendem ergibt sich der Wunsch nach einer Verkörperung
einer ökonomischen
Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht aus Kohlenstoffstahl
für den
Gebrauch im Maschinenbau oder aus legiertem Stahl mit ausgezeichneten
Kaltumformeigenschaften, wobei eine gesteuerte Walzeneinrichtung
unter Verwendung eines Blockwalzwerks verwendet und eine langsame
Abkühlungseinrichtung
vernünftig
in einer kontinuierlichen Linie kombiniert werden und ein Arbeitsbetrieb sowohl
des Walzens als auch des langsamen Abkühlens auf hohem Niveau erzielt
werden kann und die Geräteanordnung
leicht in eine existierende Linie eingebaut werden kann.
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JP-A-61-257417 offenbart
ein Produktionsverfahren für
Draht mit ausgezeichneter Kaltumformbarkeit durch Aufwickeln eines
warmgewalzten Drahts in einem Halteofen oder einem Ofen zur langsamen
Abkühlung.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein
Ziel der Erfindung, die im Hinblick auf die vorstehende Situation
erstellt wurde, ist es, eine Geräteanordnung
zu erstellen, um Stahldraht herzustellen, wobei diese das gesteuerte
Walzen (Walzen bei niedrigen Temperaturen) auf einfache Weise realisieren
soll, das mit einem Blockwalzwerk herkömmlicherweise als problematisch
betrachtet worden ist, und die erfolgreiche Durchführung des
gesteuerten Walzens und der langsamen Abkühlung mittels einer effektiven
Inline-Kombination
einer Vorrichtung zum gesteuerten Walzen mit Vorrichtungen zur langsamen
Abkühlen.
Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine Geräteanordnung
zur Herstellung von Stahldraht zu erstellen, die die Produktion
von Stahldraht jeder Dicke ermöglicht,
wobei ein Glühverfahren
vermieden werden kann, welches als unabdingbar bei weiteren Verarbeitungsschritten
betrachtet wurde, wobei dies eine so kurze Linie wie möglich für das langsame
Abkühlen
erforderlich macht.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine deutliche Erweiterung des
Freiheitsgrades bei der Inline-Bearbeitung von warmgewalztem Stahl
zu erzielen, und zwar durch die fortlaufende Kombination eines Bereichs
zur gesteuerten Abkühlung
von Stahldrahtringen, wobei dies einen großen Bereich von Kühlverfahren
vom Wasserkühlen
bis zum langsamen Abkühlen
mit einem Bereich für
die Wärmebehandlung
der Drahtspulen einschließt,
sowie den erforderlichen Platz für
die Vorrichtungen so klein wie möglich
zu halten, indem eine kontrollierte Kühlzone einschließlich einer
Immersionskühleinrichtung
vertikal und vernünftig
angeordnet wird, und durch Bereitstellen einer gemeinsamen Konditionierungs-
und Banderollier- bzw. Abbindelinie für die Spulen bzw. Bunde, die
aus jeder der Bearbeitungslinien ausgespeist wurden.
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Eine
Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung
zum Erreichen der vorstehenden Ziele ist dadurch gekennzeichnet,
eine Warmwalzanlage zum Walzen von Kohlenstoffstahlblöcken für den Maschinenbau oder
legiertem Stahl auf einen gewünschten
Durchmesser, eine Aufwickelvorrichtung zum Aufwickeln und Umformen
des gewalzten Stahldrahts in Ringe, Bündelvorrichtungen zum Packen
der Drahtringe in gebündelte
Spulen bzw. Bunde und einen Inline-Ofen zur Wärmebehandlung zur langsamen
Abkühlung des
in gebündelte
Spulen bzw. Bunde verpackten Drahts sequenziell zu verbinden, und
ein Blockwalzwerk mit mindestens 4 Walzgerüsten als Fertigwalzwerk des
Warmwalzwerks zu verwenden. In dieser Konfiguration verhindert die
Eingrenzung der Querschnittsverringerung des Endfertig-Blockwalzwerks auf
25 bis 60% und die Konstruktion des Walzwerks, das maximal 4 Walzgerüste haben
sollte, die Bildung übermäßiger Bearbeitungswärme und
ermöglicht das
gewünschte
gesteuerte Walzen.
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Die
Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht gemäß dieser
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass neben dem vorstehenden
ein Inline-Ofen zur Wärmebehandlung
eine Kapazität
aufweist, um ¼ bis
zur Gesamtanzahl der gebündelten
Drahtspulen aufzunehmen, die in einer Stunde bei maximaler Walzleistung
gewalzt werden. Auch mit dieser Kapazität kann der Ofen für die Wärmebehandlung
den Draht bei einer sehr sanften Abkühlrate von 0,1°C/s oder
langsamer abkühlen
und ist langsam genug, um eine Aufspaltung und Körnung des lamellenförmigen Zementits
der Perlitstruktur hervorzurufen und daher muss die Linie zur Langsamabkühlung nicht
sehr lang sein.
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Weiterhin
ist die Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass sie neben dem oben genannten zwischen
der Aufwickelvorrichtung und den Vorrichtungen zum Bündeln eine
Vorrichtung zur kontrollierten Abkühlung und eine Vorrichtung
zur Weiterbeförderung,
die mit Wärmeretentionsabdeckungen
ausgerüstet
ist, aufweist, um Stahldraht, der in kontinuierliche, nicht-konzentrische Ringe
umgeformt wurde, weiterzuleiten, während er ohne ein Absenken
der Temperatur gehalten wird. Die Geräteanordnung ist ebenfalls dadurch
gekennzeichnet, dass Stahldraht unter Verwendung einer Aufwickelvorrichtung
nicht unterhalb der Temperatur des Ar1-Umwandlungspunktes
aufgewickelt, der aufgewickelte Draht ohne Absenkung der Temperatur unter
den Ar1-Umwandlungspunkt in einer gesteuerten
Kühl- und
Beförderungsvorrichtung
Wärmeretentionsabdeckungen
transportiert und der Draht den Vorrichtungen zum Bündeln und
einer Linie zur langsamen Abkühlung
zugeleitet wird. Die Vorrichtung zum Halten und zur Beförderung
ermöglicht
die Zuleitung der Stahldrahtringe zu stetig konstanten Bedingungen
zur Linie für
das langsame Abkühlen,
ohne eine spezielle Aufwickelvorrichtung, so wie eine mit geschlossener
Abdeckung, mit einzubeziehen. Die Vorrichtung ermöglicht auch
den einfachen und ökonomischen
Einsatz der Erfindung in einer vorhandenen Produktionslinie, auch
wenn Einschränkungen
in der räumlichen
Anordnung vorliegen beispielsweise, wenn der Abstand zwischen der
Aufwickelung und der Vorrichtung zum Bündeln zu lang ist. Zusätzlich hat
die Vorrichtung die Funktion, die Stahldrahttemperatur zu homogenisieren,
sowie die Drahttemperatur mit der Ausgangstemperatur des nachfolgenden langsamen
Abkühlverfahrens
abzugleichen, indem die Atmosphärentemperatur
innerhalb der Vorrichtung während
der Drahtbeförderung
innerhalb der Wärmeretentionsabdeckungen
sorgfältig
kontrolliert wird.
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Zusätzlich ist
die Geräteanordnung
für die kontinuierliche
Stahldrahtherstellung gemäß der Erfindung
so gekennzeichnet, dass sie ferner eingangsseitig an einem Endfertigwalzwerk
eine Zone zur Wasserabkühlung
und Erholung aufweist, die gleich lang oder länger als 1/10 der Länge ist,
die der Stahldraht in 1s bei Maximalwalzgeschwindigkeit zurücklegt.
Die Zone zur Wasserabkühlung
und Erholung ermöglicht
gesteuertes Walzen durch Einspeisung des gewünschten Stahldrahts in das
Fertigblockwalzwerk, ohne eine Werkstoffverschlechterung zu verursachen.
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Die
Geräteanordnung
für die
kontinuierliche Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung ist weiterhin
gekennzeichnet durch das Verpacken des in den Bündelungsvorrichtungen gebündelten
Stahldrahts in kompakte Spulen bzw. Bunde unter Verwendung von Spindeln,
die in den Innenraum der Spulen eingeführt werden, und das Befördern der Spulen
zu einem nachfolgenden Inline-Ofen zur Wärmebehandlung. Werden die Stahldrahtspulen
eher dicht gepackt als locker gepackt in den Ofen zur Wärmebehandlung
eingespeist, verhindert dies, dass die Linie zur langsamen Abkühlung zu
lang wird, dass die sanfte Abkühlung
wirken kann und dass die Stabilität während der Beförderung
gewährleistet
werden kann.
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Die
Geräteanordnung
für die
kontinuierliche Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung ist weiterhin
dadurch gekennzeichnet, dass sie im Einzelnen bezüglich des
Geräteaufbaus
folgendes aufweist:
die gesteuerte Abkühlzone Nr. 1, wobei diese einfach wahlweise
jeweils in eine Linie zur Wasserabkühlung, eine Linie zur Blaseabkühlung und
natürlichen bzw.
Eigen-Abkühlung
und eine Linie zur langsamen Abkühlung
und Wärmeretention
geschaltet werden kann und ausgangsseitig an der Aufwickelvorrichtung
zur Aufwickelung des warmgewalzten Stahls in Ringe, unter Verwendung
eines Lagekonus, angebracht ist,
die gesteuerte Abkühlzone Nr.
2, wobei diese einfach wahlweise jeweils in eine Linie zur Blaseabkühlung und
natürlichen
bzw. Eigen-Abkühlung
und eine Linie zur langsamen Abkühlung
und Wärmeretention
geschaltet werden kann und nach der gesteuerten Abkühlzone Nr.
1 angebracht ist,
eine Transfereinrichtung zum Befördern des
Stahldrahts in Ringen zwischen den gesteuerten Abkühlzonen
Nr. 1 und Nr. 2 und der Bündelungsvorrichtung Nr.
1 zum Verpacken der Stahldrahtringe in gebündelte Spulen, so dass jede
davon wahlweise in einer Zwischenposition zwischen den gesteuerten
Abkühlzonen
Nr. 1 und Nr. 2 platziert werden kann,
die Bündelungsvorrichtung
Nr. 2 am Ende der gesteuerten Abkühlzone Nr. 2 ist, und
eine
Wärmebehandlungseinrichtung
zum langsamen Abkühlen
oder Erwärmen
der gebündelten
Stahldrahtspulen, die mittels der Bündelungsvorrichtung Nr. 1 verpackt
wurden, welche mit der Position verbunden ist, an der die Bündelungsvorrichtung
Nr. 1 installiert ist, und
durch selektiven Gebrauch der gesteuerten
Abkühlzonen
und/oder der Wärmebehandlungseinrichtungen
gemäß der Temperaturvorgaben,
die für
die Erzielung der gewünschten
Werkstoffeigenschaften des Stahldrahts erforderlich sind.
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Der
vorstehend genannte Aufbau, wobei die gesteuerte Abkühlzone der
Drahtringe in die gesteuerten Abkühlzonen Nr. 1 und Nr. 2 aufgegliedert
ist, die gesteuerte Abkühlzone
Nr. 1 die Aufgaben dreier auswählbarer
Linien beinhaltet, nämlich
einer Linie zur Wasserkühlung,
einer Linie zur Blase- und zur Selbstabkühlung und einer langsamen Abkühl- und Wärmeretentions-Linie,
die gesteuerte Abkühlzone Nr.
2 die Aufgaben zweier wählbarer
Linien beinhaltet, nämlich
einer Linie zur Blase- und zur Selbstabkühlung und einer langsamen Abkühl- und
Wärmeretentions-Linie,
sowohl die verstellbare Transfereinrichtung als auch die Bündelungsvorrichtung
Nr. 1 zum Verpacken der Drahtringe in gebündelte Spulen im Zwischenbereich
zwischen den gesteuerten Abkühlzonen
Nr. 1 und Nr. 2 positioniert sind und die Bündelungsvorrichtung Nr. 1 mit
dem Ofen für
die Wärmebehandlung
verbunden ist, ermöglicht
es, zusätzlich
zum normalen Blaseabkühlen
und natürlichem
bzw. Selbst-Abkühlen der
Stahldrahtringe, Behandlungen on-line durchführen, die herkömmlich off-line
durchgeführt
wurden, so wie die Erwärmung von
verpackten Drahtspulen nach der Wasserabkühlung (Immersionsabkühlung) der
Drahtringe, Halten der gebündelten
Spulen nach der Blasekühlung
oder natürlichen
Kühlung
bzw. Selbstabkühlung
der Drahtringe und langsames Abkühlen
der gebündelten Spulen
nach dem langsamen Abkühlen
und der Wärmeretention
der Drahtringe.
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Die
Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung
ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Temperaturregelung
des Stahldrahts nach dem Aufwickeln als Wasserabkühleinrichtung
der gesteuerten Abkühlzone
Nr. 1 einen Abkühltank
aufweist, um den Stahldraht direkt einzutauchen, mit der Möglichkeit
wahlweise entweder kaltes oder heißes Wasser zu verwenden. Vorzugsweise
sollte der Tank für
die Immersionsabkühlung
nach der Beförderungslinie
für die
Blase- und natürliche
bzw. Selbstabkühlung
und Wärmeretention
montiert werden, um den Geräteaufbau
platzsparend zu gestalten.
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Ferner
sind die vorstehend genannten Vorrichtungen zur Temperaturregelung
durch die Anwendung von Wärmeretentionsabdeckungen
oder Wärmeretentionsabdeckungen
mit Wärmequellen als
langsame Abkühleinrichtungen
in den gesteuerten Abkühlzonen
Nr. 1 und Nr. 2 gekennzeichnet. Die Wärmeretentionsabdeckungen gewährleisten
eine sehr niedrige Abkühlrate
der durchlaufenden Stahldrahtringe und sind nützlich für die effektive Nutzung der
Walzwärme.
Der Stahldraht kann durch die Wärmequellen,
wenn erforderlich, wirksam erwärmt
werden. Die Vorrichtungen zur Temperaturregelung sind ferner gekennzeichnet
durch ihren kontinuierlichen Aufbau ausgangsseitig an der Walzlinie
für Stahldraht,
wobei diese als Fertigwalzwerk ein hochfestes Blockwalzwerk mit
einer Walzwerkfestigkeit von mindestens 40 t/mm oder mehr aufweist.
Die Geräteanordnung
der vorstehend genannten Anordnung kombiniert vernünftig die
Vorrichtungen für
das gesteuerte Walzen mit den Vorrichtungen zum Abkühlen, um Stahldraht
mit verbesserten Weiterverarbeitungseigenschaften effizient herstellen
zu können.
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Zusätzlich kann
die Vorrichtung zur Wärmebehandlung
für die
langsame Abkühlung
oder Erwärmung
des Stahldrahts in gebündelten
Spulen eine Tunnelform für
die Annahme und Weiterbeförderung der
Spulen oder eine Topfform zur Abdeckung jeder einzelnen aufweisen.
Jede dieser Formen kann, unter Berücksichtigung von Faktoren,
so wie einfache Durchführbarkeit
des Verfahrens, Zusammenspiel mit anderen Geräten und Kostenoptimierung,
ausgewählt
werden.
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Zusätzlich zum
vorstehend genannten ist die Geräteanordnung
zur kontinuierlichen Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung
gekennzeichnet durch das Weiterbefördern und die Einspeisung von Stahldrahtspulen,
die aus der Bündelungseinrichtung Nr.
2 und einer Wärmebehandlungseinrichtung
kommen, zu einer gemeinsamen Vorrichtung zum Konditionieren und
Banderollieren bzw. Abbinden. Dieser Aufbau verwirklicht einen vernünftigen
und kompakten Aufbau der gesamten Geräteanordnung, was zu großen Vorteilen
für den
Anlagenplatzbedarf und die Arbeitsleistung führt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine allgemeine schematische perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung
einer Ausführungsform
der Geräteanordnung
für die kontinuierliche
Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung
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2 ist
eine Schnittdarstellung zur Darstellung aller Vorrichtungen am Ende
einer Aufwickelvorrichtung in der Geräteanordnung für die kontinuierliche
Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung.
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3 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses von Querschnittsverringerung
und Temperaturanstieg in einem Walzwerk im Fall der Verwendung eines
Blockwalzwerks mit 4 Walzgerüsten
wie in der Erfindung verwendet.
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4 ist
ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses von Verweilzeit in
einem Inline-Ofen für die
Wärmebehandlung,
wie in der Erfindung verwendet, und der Temperatur der Stahldrahtspule.
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5 ist
ein Blockdiagramm für
den Fall, dass eine Geräteanordnung
bestehend aus Vorrichtungen zur Temperaturkontrolle gemäß der Erfindung in
eine Produktionslinie zur Herstellung von Stahldraht eingebaut wird.
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6 ist
eine allgemeine schematische Darstellung einer Ausführungsform
der Vorrichtungen zur Temperaturregulierung für Stahldraht gemäß der Erfindung,
wobei der Fall dargestellt ist, dass die Wärmeretentionsabdeckungen entfernt
wurden.
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7 ist
eine schematische Ansicht zur Darstellung der in 6 dargestellten
Ausführungsform, wobei
der Fall dargestellt ist, in dem die Wärmeretentionsabdeckungen eingesetzt
sind.
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8 sind erklärende Seitenansichten zur Darstellung
der Ausführungsformen
der gesteuerten Abkühlzone
Nr. 1, wobei diese eine Komponente in der Anordnung der Erfindung
ist.
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9 ist
eine erklärende
Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für die in der Erfindung verwendeten
Topföfen
zur Wärmebehandlung.
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Beste Ausführungsform zur Durchführung der
Erfindung:
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Die
Erfinder haben die Erfindung als ein Ergebnis von Forschung und
Experimenten vollendet, die darauf abzielen, Geräteanordnungen zur Herstellung
von Stahldraht mit ausgezeichneter Produktivität und Realisierbarkeit bereitzustellen,
die zu folgendem in der Lage sind:
Ausspeisung von Stahldraht
bei einer Temperatur von rund 750°C
bei der Anlieferung von einem Fertigwalzwerk mit Ermöglichung
des gesteuerten Walzens mit einem Blockwalzwerk,
konstante
Einspeisung gewickelter Ringe aus Niedertemperaturstahldraht direkt
in die Verfahrensschritte nach einer Aufwickelvorrichtung und besonders
zu einer Linie zur langsamen Abkühlung
und
Herstellung von Stahldraht mit den gewünschten Werkstoffeigenschaften
durch das Erzielen einer anvisierten Abkühlrate von höchstens
0,1°C/s
in der Linie für
langsame Abkühlung,
und
ohne Erfordernis einer groß angelegten
Veränderung
einer bereits bestehenden Walzlinie für Stahldraht.
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Einige
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beigefügten Abbildungen
beschrieben:
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1 ist
eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Beispiels für eine Geräteanordnung zur
Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung. In
der Figur ist die Referenzzahl 1 ein Vorfertig-Blockwalzwerk,
wobei dieses zum Beispiel ein Walzwerk eines bekannten Typus, bestehend
aus 8 bis 10 Walzgerüsten
darstellt und eine Querschnittsverringerung von 85% oder mehr aufweist.
Es sollte beachtet werden, dass vor der Wasserkühlzone 3a, welche eingangsseitig
an dem Vorfertig-Blockwalzwerk 1 montiert ist, obwohl nicht
in der Figur dargestellt, ein Durchlaufofen zum Erhitzen der Stahlblöcke als
Ausgangswerkstoffe und Grobwalzstraßen und Zwischenproduktwalzstraßen zum
Warmwalzen der auf eine vorgegebene Temperatur aufgewärmten Blöcke auf
die gewünschten
Maße montiert
sind.
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Die
nachstehenden Referenzzahlen in der Figur kennzeichnen die jeweiligen
nachstehenden Vorrichtungen: 2 ein Fertigwalzwerk zur Querschnittsverringerung
von Stahldraht auf eine endgültige
Größe, das
an der Ablieferungsseite des Vorfertig-Walzwerks 1 montiert
ist; 3b eine Wasserkühlzone
eingangsseitig am Fertigwalzwerk 2 montiert; 3c eine
weitere Wasserkühlzone
ausgangsseitig am Fertigwalzwerk 2 montiert; 4 eine
Aufwickelvorrichtung zum Aufwickeln des warmgewalzten Stahls in Ringe
mit vorgegebenem Durchmesser unter Verwendung eines Legekonus; 5 ein
Verteiler mit gesteuerter Kühlung
zur Ausbreitung des aufgewickelten Stahldrahts in nicht-konzentrische
Ringe und zur Weiterbeförderung; 6 eine
Wärmeretentionsabdeckung,
die den Drahtbeförderungsweg
vom Verteiler 5 mit gesteuerter Kühlung abdeckt; und 7 eine
Bündelungsvorrichtung,
um Stahldrahtringe 10, die auf den Verteiler weitergeleitet
wurden, vertikal nach unten fallen zu lassen und eine gebündelte Spule
oder einen Bund um eine darunter bereitgestellte Spindel zur Bündelung
zu bilden.
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Weiterhin
ist die Referenzzahl 8 ein Inline-Ofen zur Wärmebehandlung,
wobei ein Ende mit der Position der Vorrichtung zum Bündeln 7 und
das andere Ende in jeder gewählten
Richtung in jeder gewählten
Länge verläuft. Der
Ofen für
die Wärmebehandlung 8 weist
einen Transferverteiler 12 an seiner Unterseite zur Beförderung
mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und zur langsamen Abkühlung der Stahldrahtspulen 11,
die durch die Spindeln 9 gebündelt und eingespeist werden,
auf. Es muss bemerkt werden, dass das Innere des Ofens für die Wärmebehandlung 8 in
der Figur zweckmäßigerweise
transparent dargestellt ist, wobei dies nicht dem realen Erscheinungsbild
entspricht. Es muss ebenfalls bemerkt werden, dass nach der Vollendung
des Verfahrens zur langsamen Abkühlung
und nach der Ausspeisung aus dem Inline-Ofen 8 zur Wärmebehandlung
die Stahldrahtspulen allein an einer geeigneten Position ausgespeist
werden und die Spindeln allein stehend weiterbefördert werden, um wiederum in
den Ofen zur Wärmebehandlung 8 durch
ein Ende des Ofens für
ein weiteres Bündelungsverfahren
beladen zu werden, wobei dies eine umlaufende Route bildet. Es muss
weiterhin bemerkt werden, dass jede der Wasserkühlzonen 3b und 3c aus
mehreren Sektionen bestehen kann.
-
2 ist
eine Schnittansicht zur Darstellung eines spezifischen Beispiels
für Anordnungen
des Verteilers mit gesteuerter Kühlung 5,
der Vorrichtung zum Bündeln 7 und
des Inline-Ofens 8 für
die Wärmebehandlung,
wobei jede hinter der Aufwickelvorrichtung 4 montiert ist.
Der Verteiler 5 mit gesteuerter Kühlung zum Befördern der
Stahldrahtringe 10 ist während der Stufen nach dem Walzen
bis zum Bündeln über den
gesamten Umfang mit einer wärmeisolierenden
Wärmeretentionsabdeckung 6 zur
Verhinderung eines Temperaturabfalls bedeckt, um die maximale Wirkung
des gesteuerten Walzens zu erzielen und um dem Verteiler gleichzeitig
die Funktion als Verteiler mit Haltefunktion bzw. Halteverteiler
zu geben, damit das Verfahren zur langsamen Abkühlung bei einer vorgegebenen
Temperatur nicht unterhalb des Ar1-Übergangspunktes
beginnt. Die Wärmeretentionsabdeckung 6 ist
vorzugsweise mit Aufwärmvorrichtungen 13,
so wie Stahlrohrbeheizungen oder Heizapparaten ausgestattet, um
das Innere wie vorgegeben aufzuwärmen
und einen Temperaturabfall zu verhindern. Es muss bemerkt werden,
dass der Verteiler 5 mit gesteuerter Kühlung eine gewisse Länge aufweisen
muss, um die vorgegebene Haltedauer zu gewährleisten, und dass dieser,
wenn das Halten der Temperatur nicht erforderlich ist, weggelassen bzw.
ausgeschaltet werden kann und der Stahldraht unmittelbar nach dem
Aufwickeln in gebündelte
Spulen verpackt werden kann.
-
Die
rückseitig
am Verteiler 5 zur gesteuerten Abkühlung angebrachte Vorrichtung
zum Bündeln 7 dient
zur Aufnahme der Drahtringe, die so aus dem Verteiler fallen, dass
die darunter wartende bzw. in Wartestellung positionierte Spindel 9 in
den Innenraum der Ringe eingeführt
wird, um eine gebündelte Drahtspule
eines vorgegebenen Gewichts zu bilden. Es ist erwünscht, die
Spulen so dicht wie möglich
zu packen, um Temperaturunterschiede innerhalb der Spule während des
langsamen Abkühlens
zu minimieren. Vorzugsweise sollte die Position für das Bündeln ebenfalls
mit wärmeisolierenden
Wänden
abgedeckt werden, wobei diese zusammenhängend mit der Wärmeretentionsabdeckung 6 verbunden
sind.
-
Weiterhin
sind die Wände
des Inline-Ofens 8 zur Wärmebehandlung die sich von
der Position für das
Bündeln
aus erstrecken, ebenfalls aus einem kontinuierlichen Material zur
Wärmeisolierung
aufgebaut. Zu beiden Seiten des Ofens 8 für die Wärmebehandlung
sind Türen
(Eingangstür 14 und
Ausgangstür 15)
angebracht, um die Spindeln 9 für die Bündelung in den Ofen einzuspeisen
und sie von dort auszuspeisen. Jede entsprechende Transfereinrichtung, so
wie ein Rollenförderer
oder ein Kettenförderer kann
für den
Verteiler 12 zur Beförderung
der Spindeln innerhalb des Ofens 8 für die Wärmebehandlung ausgewählt werden.
Weiterhin können
vorzugsweise Stahlrohrbeheizungen oder jegliche andere geeignete
Vorrichtungen 16 zum Aufwärmen innerhalb des Ofens 8 zur
Wärmebehandlung
montiert werden, um notfalls einen Temperaturabfall zu verhindern
und ein langsames Abkühlen
bei einer sehr sanften bzw. niedrigen Abkühlrate von 0,1°C/s oder
langsamer im Ofen zu gewährleisten.
-
Nachstehend
wird der bevorzugte Aufbau des Walzwerks und die bevorzugten Längen der
Zonen für
die Wasserkühlung
und Erholung (vor allem die Zone für die Wasserkühlung und
Erholung eingangsseitig am Fertigwalzwerk 2) und der Inline-Ofen
für die
Wärmebehandlung
gemäß der Erfindung
beschrieben.
-
Das
Fertigblockwalzwerk 2 besteht aus einem Blockwalzwerk mit
höchstens
4 Walzgerüsten und
die Querschnittsverringerung liegt im Bereich von 25 bis 60% 3 zeigt
das Verhältnis
zwischen der Querschnittsverringerung beim Fertigwalzen und dem
Temperaturanstieg in einem Fertigwalzwerk im Fall eines Blockwalzwerks
mit 4 Walzgerüsten.
Aus der Abbildung kann entnommen werden, dass unter der Annahme,
der zulässige
Temperaturanstieg während
des Fertigwalzens läge
bei 60°C,
der angemessene Bereich für
die Querschnittsverringerung von 25 bis 60% reicht. Die oben genannte
Zahl für
eine zulässige
Temperaturerhöhung
wurde ausgewählt, da
die Erfinder mittels Studien bestätigt haben, dass die Vorteile
des gesteuerten Walzens dann voll ausgekostet werden können, wenn
der Werkstoff in der nachstehend beschriebenen Wasserabkühlzone 3b bis
zu einem maximalen Ausmaß abgekühlt wurde, aber
die Ausbildung einer überkühlten Struktur
nicht zugelassen wird und der Temperaturanstieg während des
Fertigwalzens wurde so eingestellt, dass er 60°C nicht überschritt.
-
Das
heißt,
wenn die Querschnittsverringerung während des Fertigwalzens unterhalb
25% liegt, dann reicht die auf das Material ausgeübte Belastung nicht
aus, um eine ungleichmäßige Belastungsverteilung
zu verhindern, was örtliches
Wachstum von Kristallkörnern
und stark variierende Korngrößenverteilungen
verursacht und zu dem sogenannten Auftreten von Grobkörnern führt. Dieses
Auftreten verschlechtert die Schneideeigenschaften und andere Aspekte
der Bearbeitbarkeit deutlich. Wenn die Querschnittsverringerung
60% überscheitet,
wird andererseits der Temperaturanstieg durch die Walzarbeit stark
beschleunigt, wobei das erwünschte
gesteuerte Walzen verhindert wird. Bei Betrachtung der Tatsache,
dass die optimale durchschnittliche Querschnittsverringerung an
jedem Walzstand eines Fertigblockwalzwerks annähernd 15% beträgt, sollte
die Anzahl der Walzgerüste
eines Blockwalzwerks vorzugsweise 2, 3 oder 4 betragen. Jede Anzahl
an Walzgerüsten,
die nicht über
4 hinausgeht, kann in Abhängigkeit
von der Dicke des zu walzenden Stahldrahts und anderen Bedingungen
gewählt
werden.
-
In
Anbetracht der Tatsache, dass die Werkstofftemperatur ausgangsseitig
am Vorfertigwalzwerk 1 auf nahezu 900°C ansteigt, hat die Wasserabkühlzone 3b eingangsseitig
am Fertigblockwalzwerk 2 die entscheidende Funktion, die
Werkstofftemperatur auf circa 700°C
zu halten, wobei dies die erforderliche Eingangstemperatur für die effektive
Durchführung
des gesteuerten Walzens im nachfolgenden Fertigwalzwerk 2 darstellt.
Der Bereich zwischen den Werken, die Zone zur Wasserkühlung 3b mit
eingeschlossen, muss neben der Abkühlfunktion mit Wasser eine
Erholungsfunktion ausüben,
um die während der
Wasserkühlung
entstandene zusammengesetzte Temperaturverteilung zu homogenisieren.
Es ist wichtig, den Abstand zwischen den Werken (in 1 als
d bezeichnet) zur Erfüllung
dieser Funktion festzulegen bzw. zu definieren. Hier genügt ein sehr
kurzer Zeitraum für
die Wasserkühlung,
aber für
die Erholung wird mindestens etwa 0,1 s benötigt. Wenn nicht genug Zeit
für die
Erholung gewährleistet
ist, dann verbleibt eine erhöhte
Resttemperatur im Werkstoffbereich, wobei dies zu beim Fertigwalzen
entstandenen, inhomogenen Werkstoffeigenschaften führt.
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Daher
muss für
die Wasserkühlung
und Erholung zwischen dem Vorfertig-Blockwalzwerk 1 und dem
Fertig-Blockwalzwerk 2 der besagte Abstand mindestens 1/10
des Abschnitts betragen, der bei der Maximalwalzgeschwindigkeit
(ausgangsseitige Geschwindigkeit von der Fertigblockwalzmühle) oder länger durchlaufen
wird. Wenn zum Beispiel die maximale Walzgeschwindigkeit 100 m/s
beträgt,
dann muss ein Wasserkühl-
und Erholungsbereich von mindestens 10 m Länge vorgesehen werden. In diesem
Fall muss, da die eingangsseitige Geschwindigkeit am Fertigwalzwerk
in einem Verhältnis
entsprechend der Querschnittsverringerung des Fertigwalzwerks langsamer
als die maximale Walzgeschwindigkeit ist, ein bisschen mehr Zeit
als die besagten, für die
Erholung benötigten
0,1 s gewährleistet
werden, und daher kann das Wasserkühlverfahren innerhalb der gewährleisteten
Zeit vollendet werden. Je länger die
besagte Zonenlänge
ist, desto vollständiger
wird die Erholung sein, aber dadurch entsteht das Problem, dass
die Materialeinbringung in das Walzwerk schwieriger wird, wobei
auch die Gesamtanordnungslänge
unnötig
lang wird. Daher ist eine zu große Länge nicht erwünscht und
vorzugsweise wird die Länge
auf 1/2 der maximalen Walzgeschwindigkeit oder weniger gewählt. Es
ist jedoch nicht beabsichtigt, in der Erfindung die Obergrenze dieser
Zonenlänge
zu definieren.
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Es
ist ebenfalls erwünscht,
die Länge
des Inline-Ofens 8 für
die Wärmebehandlung
näher zu
bestimmen, in anderen Wor ten, die Verweildauer der Stahldrahtspulen
in besagtem Ofen, um die langsame Abkühlung nach dem gesteuerten
Walzen wirksam durchzuführen.
In Anbetracht der Notwendigkeit zur langsamen Abkühlung der
gesamten Spule durch den Transformationstemperaturbereich, um den
anvisierten weichen Stahldraht zu erzielen, kann die Verweilzeit
unter Vorgabe einer Standardzielrate für das langsame Abkühlen von
0,1°C/oder
weniger definiert werden, wenn die Spulentemperatur eingangsseitig
am Ofen für
die Wärmebehandlung
gegeben ist.
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4 zeigt
das Verhältnis
zwischen der Ofenverweildauer der Stahldrahtspulen und der Temperatur.
Wie schematisch im oberen rechten Bereich der Abbildung dargestellt,
wird eine Stahldrahtspule in die Spulenoberflächenschicht (der schraffierte
Bereich der skizzierten Spule und der Bereich zwischen den Kurven
A und B) und den Spuleninnenbereich (dem Bereich zwischen den Kurven
B und C) aufgegliedert. Die Spulenoberflächenschicht ist der Bereich,
der mit einer schnelleren Abkühlrate
als die anvisierte langsame Abkühlrate
abkühlt,
wenn man sie natürlich
außerhalb
des Ofens selbstabkühlen
lässt, und
daher muss sie in einem Ofen für
die Wärmebehandlung
auf eine Temperatur unterhalb des Übergangstemperaturbereichs
abgekühlt
werden. Andererseits ist der Spuleninnenbereich der Bereich, der mit
einer langsameren Abkühlrate
gekühlt
wird als die anvisierte langsame Abkühlrate, auch wenn man sie natürlich außerhalb
des Ofens selbstabkühlen
lässt und
daher wird eine ausreichend langsame Abkühlrate erzielt, auch wenn sie
vor der Vollendung der Transformation aus dem Ofen ausgespeist werden.
-
Daraus
folgend entdeckten die Erfinder, dass, wenn ein langsamer Abkühlprozess
mit einer Ofentemperatur, die zur Kühlung des Spulenoberfächenschichtbereichs,
der am schnellsten abgekühlt wird
(A in 4), mit einer anvisierten Abkühlrate von 0,1°C/s festgelegt
wird, wird der am langsamsten abkühlende Oberflächenschichtanteil
(B in 4) mit einer Abkühlrate von 0,07°C/s abgekühlt, unabhängig von
Spulenform oder Drahtdurchmesser.
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Es
dauert mindestens 0,25 h, um Stahldraht langsam bei einer Abkühlrate von
0,07°C/s über einen
Temperaturbereich von etwa 60°C
abzukühlen, nämlich der
Temperaturbereich, in dem das langsame Abkühlen erforderlich ist, z. B.
von einer Ausgangstemperatur für
das langsame Abkühlen,
die gerade über
dem Ar1-Übergangspunkt
liegt, zu einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der der Übergang
vollendet ist. Dies ist der Untergrenzenindikator zur Festlegung
der Ofengröße für die Wärmebehandlung.
In Anbetracht der Temperaturschwankungen innerhalb einer Spule als
ein betriebsbedingter Schwankungsfaktor muss hier die Ausgangstemperatur
für das
langsame Abkühlen
etwas höher
angesetzt werden als der Punkt, der gerade oberhalb des Ar1-Übergangspunktes
liegt, und daher ist es erforderlich, eine Ofenverweildauer von
0,5 h oder mehr festzulegen, um eine gleich bleibende Produktqualität zu gewährleisten.
Es muss jedoch bemerkt werden, dass der Effekt des langsamen Abkühlens gesättigt wird
und kein besseres Ergebnis beim langsamen Abkühlen erreicht werden kann,
wenn die Ofenverweildauer auf 1,0 h oder mehr verlängert wird:
Der Ofen wäre
in so einem Fall einfach zu lang. Daraus resultierend muss der Ofen
zur Wärmebehandlung
die Kapazität
zur Aufnahme von ¼ bis
zur vollen Anzahl der Spulen aufweisen, die bei Maximalauslastung
des Walzwerks in 1h produziert werden können.
-
Die
Herstellschritte werden in Folge nachstehend beschrieben, basierend
auf der Geräteanordnung
zur Herstellung von Stahldraht gemäß der Erfindung, die in 1 dargestellt
ist. Zunächst
wird ein Block aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl auf 1000°C oder mehr
in einem nicht abgebildeten Durchlaufofen erwärmt, dann zu einer vorgegebenen Größe mittels
eines Grobwalzwerks und eines Zwischenwalzwerks gewalzt, und das
gewalzte Material in ein Vorfertig-Walzwerk 1 durch die
Wasserabkühlzone 3a eingespeist.
Das mit dem Vorfertig-Blockwalzwerk 1 mit einer Querschnittsverringerung
von mindestens 85% gewalzte Material wird in einer weiteren Wasserabkühlzone 3b wassergekühlt und
erholt, läuft
in das Fertig-Blockwalzwerk 2 ein, um auf einen Endproduktdurchmesser
mit einer Querschnittsverringerung von 25 bis 60% fertiggewalzt
zu werden, verlässt
das Walzwerk bei einer Fertigtemperatur von 750 bis 800°C und wird
anschließend, nach
dem Durchlaufen einer dritten Abkühlzone 3c mit einer
Aufwickelvorrichtung 4 in Ringe 10 mit vorgegebenem
Durchmesser gewickelt und auf einen gesteuerten Verteiler mit Wasserkühlung 5 abgelegt.
-
Auf
dem Verteiler 5 mit kontrollierter Wasserkühlung, die
mit einer Wärmeretentionsabdeckung 6 abgedeckt
sind, werden die Stahldrahtringe in der Form von nicht-konzentrischen
Kreisen unter Beibehaltung einer Temperatur nicht unterhalb des Übergangspunktes
Ar1 weiterbefördert. Dann werden sie nach
Eintreffen an der Vorrichtung für
die Bündelung 7 auf
eine Spindel 9 zur Bündelung
fallen gelassen, um eine dicht gebündelte Spule 11 mit
vorgegebenem Gewicht zu bilden, und die Spule wird langsam abgekühlt, wobei
sie gleichzeitig mit konstanter Geschwindigkeit in einen Inline-Ofen 8 zur
Wärmebehandlung
weiterbefördert
wird. Die Spindeln, die jeweils mit einer gebündelten Stahldrahtspule beladen sind,
werden in den Ofen befördert,
und zwar nacheinander in festgelegten Intervallen. Die Spulentemperatur
zu Beginn des langsamen Abkühlens
beträgt etwa
710 bis 780°C.
Der Stahldraht in der Spule wird innen im Ofen für die Wärmebehandelung mit einer Abkühlrate von
0,1°C/s
abgekühlt,
dann durch die Ofenausgangstür
bei etwa 650°C
ausgespeist, um natürlich
bzw. selbst abzukühlen.
Der gewickelte Draht vollendet den Über gang während der natürlichen
bzw. Selbstabkühlung
und wird für
das Banderollieren an einer geeigneten Position ausgespeist. Es
muss bemerkt werden, dass der Stahldraht in der Wärmeretentionsabdeckung 6 und/oder
dem Ofen für
die Wärmebehandlung 8 unter
Verwendung der Wärmevorrichtungen
bei Temperaturabfall erwärmt werden
kann.
-
Im
Folgenden werden die Vorrichtungen zur Temperaturregelung gemäß der Erfindung
näher beschrieben.
-
5 ist
ein elementares Blockdiagramm zur Darstellung der Ablaufreihen des
Herstellverfahrens vom Walzen zum Konditionieren und Banderollieren
des Stahldrahts. Der Walzaufbau zur Erwärmung der Blöcke und
Warmwalzen derselben bis zu einem vorgegebenen Durchmesser und die
Aufwickelvorrichtung zum Aufwickeln des gewalzten Drahts mittels
eines Lagekonus in Ringe wurden bereits vorstehend beschrieben.
Die Vorrichtungen zur Temperaturkontrolle gemäß der Erfindung enthalten weiterhin:
- (a) Die gesteuerte Abkühlzone Nr. 1, die unmittelbar
nach der Aufwickelvorrichtung folgt, und die einfach wahlweise jeweils
in eine Linie zur Wasserkühlung,
Linie zur Blase/natürlichen
bzw. Selbstabkühlung
und langsamen Abkühlung
und Linie zur Wärmeretention
(für lockere
Spulen) geschaltet werden kann,
- (b) ein Beförderungsmittel
zur Beförderung
der Ringe von der Zone zur kontrollierten Abkühlung Nr. 1 (a) zur nachstehend
beschriebenen Zone der kontrollierten Abkühlung der Nr. 2 (c) und der Bündelungsvorrichtung
Nr. 1 zum Packen der Stahldrahtringe in gebündelte Spulen, wobei beide
im Grenzbereich zwischen (a) und (c) so eingebaut sind, dass sie
wahlweise verwendet werden können,
- (c) die gesteuerte Abkühlzone
Nr. 2, die einfach wahlweise jeweils in eine Blase- und eine natürliche bzw.
Selbstabkühllinie
und eine Wärmeretentionslinie
geschaltet werden kann, wobei diese so eingebaut ist, dass sie der
Abkühlzone
Nr. 1 (für die
losen Spulen) nachgeschaltet ist,
- (d) die Bündelungsvorrichtung
Nr. 2, die ausgangsseitig an der gesteuerten Abkühlzone Nr. 2 angebracht ist,
- (e) eine Wärmeretentionsvorrichtung,
in Verbindung mit der Bündelungsvorrichtung
Nr. 1, um die hier gebündelten
Spulen langsam abzukühlen oder
aufzuheizen (für
die gebündelten
Spulen) und
- (f) eine Vorrichtung zum Konditionieren und Banderollieren,
die sowohl von der Bündelungsvorrichtung
Nr. 2 als auch von der Vorrichtung für die Wärmebehandlung beliefert wird.
-
6 ist
eine allgemeine schematische Ansicht, die im Detail wichtige Bauteile
der in 1 dargestellten Geräteanordnung darstellt, wobei
die Wärmeretentionsabdeckungen
der Förderlinien
nach der Aufwickelvorrichtung weggelassen sind, und der Inline-Ofen
für die
Wärmebehandlung
zur besseren Übersicht
transparent dargestellt ist. 7 ist, im
Gegensatz hierzu, eine schematische Darstellung, die die Wärmeretentionsabdeckungen
und den Ofen zur Wärmebehandlung,
wie er installiert ist, darstellt und 8 stellt
erklärende
Seitenansichten der gesteuerten Abkühlzone Nr. 1 nach der Aufwickelvorrichtung und
der Bündelungsvorrichtung
Nr. 1 dar.
-
In 6 bezeichnen
die folgenden Referenzzahlen jeweils die nachstehenden Vorrichtungen: 2 ist
ein hochfestes Fertigwalzwerk zur Verringerung des Stahldrahtquerschnitts
auf einen endgültigen
Durchmesser; 3c ist die ausgangsseitig am Blockwalzwerk 2 angebrachte
Wasserabkühlzone; 4 eine
Aufwickelvorrichtung; 5 ein Förderer mit Blase- und natürlicher
bzw. Eigenkühlung,
um den Stahldraht 10 weiterzubefördern, der aufgewickelt und
mittels der Aufwickelvorrichtung 4 zu nicht konzentrischen
Ringe ausgebreitet wird; 17 eine Vorrichtung zur Immersionskühlung hinter
dem vorhergehenden Bau teil der Vorrichtung 5 mit Blase-
und natürlicher bzw.
Selbstabkühlung,
im Wesentlichen parallel zum Förderer, 7-1 ist
die Vorrichtung zur Bündelung
Nr. 1 im Zwischenbereich des Förderers 5 mit
Blase- und natürlicher
bzw. Selbst-Abkühlung, 7-2 ist
die Vorrichtung zur Bündelung
Nr. 2 ausgangsseitig des Förderers 5 mit
Blase- und natürlicher
bzw. Selbstabkühlung, 18 ist
ein Förderer
für den
Wechsel der Linien an der Position der Vorrichtung zur Bündelung 7-1 Nr. 1,
um das Wechseln zu und von der Vorrichtung zur Bündelung 7-1 Nr. 1
zuzulassen, 8 ist ein tunnelförmiger Inline-Ofen für die Wärmebehandlung,
der von der Position der Vorrichtung 7-1 zur Bündelung
Nr. 1 vorragt, 9 ist eine Spindel zur Bündelung, die in die Vorrichtungen
zur Bündelung
zur Aufnahme der Drahtringe eingespeist wird, und 11 ist
eine gebündelte
Stahldrahtspule, die zum Inline-Ofen zur Wärmebehandlung 8 durch
ein Beförderungsmittel,
wie einen Förderer
befördert
wird, nachdem sie um eine Bündelungsspule 9 gebündelt wurde.
-
Es
muss bemerkt werden, dass der Förderer mit
Blase- und natürlicher
bzw. Selbstabkühlung 5 von
einer Position unterhalb der Aufwickelvorrichtung 4 bis
zur Position der Bündelungsvorrichtung 7-2 Nr. 2
via die Bündelungsvorrichtung 7-1 Nr.
1 und den Umschaltförderer 18 eingebaut
ist. Es muss ebenfalls bemerkt werden, dass der erstere und der
letztere Teil des Förderers
mit Blase- und natürlicher bzw.
Selbstabkühlung 5,
die an der Position der Bündelungsvorrichtung 7-1 Nr.
1 aufgeteilt sind, über
ihren Gesamtumfang mit jeweiligen Wärmretentionsabdeckungen 6a und 6b,
wie in 7 dargestellt, abgedeckt sind. Die Wärmeretentionsabdeckungen 6a und 6b sind
aus wärmeisolierendem
Material hergestellt und Wärmequellen,
so wie Stahlrohrbeheizungen oder Heizapparate, sind im Inneren angebracht, um
deren Innenbereiche, wie für
eine langsame Abkühlung
oder Wärmeretention
der Stahtdrahtringe erforderlich, aufzuwärmen. Außerdem ist eine nicht in der
Figur dargestellte Blasevorrichtung an einer Stelle unterhalb Figur
dargestellte Blasevorrichtung an einer Stelle unterhalb des Förderers
mit Blase- und natürlicher
bzw. Selbstabkühlung 5 zur
Abkühlung der
Drahtringe mit Luftstrom angebracht.
-
In
der Erfindung ist der erstere Teil der Vorrichtung mit Blase- und
natürlicher
bzw. Selbstabkühlung 5 direkt
ab der Aufwickelvorrichtung bis zur Bündelungsvorrichtung Nr. 1 mit
einer Wärmeretentionsabdeckung
bedeckt und die danach angebrachte Vorrichtung zur Immersionsabkühlung 17 wird
zusammen als gesteuerte Abkühlzone
Nr. 1 bezeichnet, und der hintere Teil 19 der Vorrichtung
mit Blase- und natürlicher
bzw. Selbstabkühlung 5 ist
direkt von der Bündelungsvorrichtung
Nr. 1 bis zur Bündelungsvorrichtung
von Nr. 2 mit einer Wärmeretentionsabdeckung
bedeckt und wird als gesteuerte Abkühlzone Nr. 2 bezeichnet (siehe 6 und 7).
-
Als
Nächstes
werden Beispiele für
die schaltbare Auswahl von verschiedenen Abkühl- und/oder Wärmeretentionsarten
in der gesteuerten Abkühlzone
Nr. 1, basierend auf 8, beschrieben.
Zuerst zeigt 8(a) einen Fall, bei dem die
Stahldrahtringe 10, die von der Aufwickelvorrichtung 4 angeliefert werden,
nach unten zur Vorrichtung zur Immersionsabkühlung 17 für ein schnelles
Abkühlen
gelassen werden, in der Vorrichtung für die Bündelung 7-1 Nr. 1
in gebündelte
Spulen verpackt werden und in den Ofen 8 zur Wärmebehandlung
für eine
geeignete Wärmebehandlung
eingespeist werden. In diesem Fall werden Förderer zum Wechseln der Linie
eingangsseitig an der Vorrichtung mit Blase- und natürlicher
bzw. Selbst-Abkühlung 5 und
an der Position der Apparatur zur Bündelung 7-1 Nr. 1
zu ihren jeweiligen eingefahrenen Positionen nach vorne bewegt (obwohl 6 nur
einen Umschaltförderer 18 an
der Position der Bündelungsvorrichtung
Nr. 1 zeigt, ist dort tatsächlich
auch ein ähnlicher
Umschaltförderer 20 eingangsseitig
zur Vorrichtung mit Blase- und natürlicher bzw. Selbstabkühlung 5 vorgesehen).
Jedes Verfahren zum Einfahren, so wie eine vertikale Bewegung, wie
in der Figur gezeigt, eine laterale Bewegung oder eine Drehbewegung
ist zulässig.
Die Stahldrahtringe 10, abgelegt durch die Aufwickelvorrichtung 4,
werden sofort in die Tauchwanne 21 der Vorrichtung zur
Immersionskühlung 17 eingetaucht, durch
einen Förderer 22 in
der Wanne weiterbefördert,
bis zur Ebene der Vorrichtung mit Blase- und natürlicher bzw. Selbstabkühlung 5 angehoben
und fallen dann auf die Spindel 9 der Vorrichtung 7-1 für die Bündelung
Nr. 1, um eine Spule mit vorgegebenem Gewicht zu bilden. In der
in 8(a) dargestellten Linie ist
zum Beispiel eine mögliche
Wärmebehandlung
ein Abschrecken durch Raschabkühlen
der Drahtringe 10 in der Vorrichtung zur Immersionsabkühlung 17 und
dann Anlassen im Ofen für
die Wärmebehandlung 8 in
Spulenform. Sowohl kaltes als auch warmes Wasser kann für die Wasserabkühlung verwendet
werden, wobei in Bezug auf Stahlklasse und erforderliches Behandlungsmuster
ausgewählt werden
kann.
-
Andererseits
zeigt 8(b) einen Fall, bei dem die
Umschaltförderer 20 und 18 im
Voraus in der Ebene der Vorrichtung mit Blase- und natürlicher bzw.
Selbstabkühlung 5 positioniert
werden, um die Drahtringe 10 direkt zur Vorrichtung Nr.
2 zur Bündelung 7-2 für die Bündelung
in Spulen zu befördern.
In diesem Fall können
die Drahtringe 10, während
des Transfers auf dem Förderer 5,
natürlich
bzw. selbst abkühlen,
blasegekühlt
werden durch Aufblasen einer ausgewählten Flüssigkeit auf die Ringe oder sonst
langsam abgekühlt
oder durch Wärmeretention mittels
der Wärmeretentionsabdeckungen 6a und 6b abgekühlt werden.
Es muss bemerkt werden, dass die Wärmeretentionsabdeckungen so
konstruiert werden sollten, dass sie geöffnet oder geschossen werden
können.
In 8(b) ist es ebenfalls möglich, an
der Bündelungsvorrichtung 7-1 Nr.
1 den Stahldraht in gebündelte
Spulen zu packen, durch Einfahren des Umschaltförderers 18 von der
Linie und Einspeisen der Spulen in den Inline-Ofen 8 für Wärmebehandlungen
für eine
langsame Abkühlung
oder Erwärmung.
Es ist möglich,
Stahldraht mit augezeichneten Kaltbearbeitungseigenschaften herzustellen, zum
Beispiel durch das langsame Abkühlen
des Stahldrahts in der Wärmeretentionsabdeckung 6a, wobei
ein Abkühlen
unter den Übergangspunkt
Ar1 verhindert werden kann, Bündeln in
Spulen mit der Bündelungsvorrichtung 7-1 Nr.
1 und langsames Abkühlen
der Spulen mit einer Abkühlrate
von 0,1°C/s oder
langsamer im Inline-Ofen für
die Wärmebehandlung 8.
In diesem Fall ist es erforderlich, dass das Stahlmaterial mit dem
Fertigblockwalzwerk 2 vor der Aufwickelvorrichtung 4 bei
der niedrigstmöglichen
Temperatur fertig gewalzt wird. Eine erwünschte Vorrichtung zur Herstellung
von warmgewalztem Stahldraht wird durch die Kombination des Fertigwalzwerks 2 mit
den Vorrichtungen zur Temperatursteuerung gemäß der Erfindung ermöglicht.
-
Es
muss beachtet werden, dass unabhängige Öfen 23 in
Topfform zur Einzelabdeckung der gebündelten Stahldrahtspulen 11,
wie in 9 gezeigt, für
das langsame Abkühlen
oder Aufheizen der Spulen in einem kontinuierlichen Tunnelofen,
so wie dem in 6 und 7 dargestellte
Inline-Ofen zur
Wärmebehandlung 8,
verwendet werden können.
Die Topföfen 23,
von denen jeder mit Innenheizquellen ausgestattet werden kann, werden
auf einem Förderer
bzw. Verteiler mit vorgegebener Geschwindigkeit in konstanten Intervallen
weiterbefördert.
-
Industrielle Anwendung
-
Die
erzielbaren Effekte durch die Verwendung der Geräteanordnung zur Stahldrahtherstellung gemäß der Erfindung,
wie vorstehend beschrieben, sind wie folgt:
- (1)
Die Erfindung hat zum ersten Mal eine vernünftige Koppelung einer Vorrichtung
für das
gesteuerte Walzen durch ein Blockwalzwerk mit Inline-Vorrichtungen
zur langsamen Abkühlung
des in gebündelte
Spulen verpackten Stahldrahts erzielt, wobei dies bisher als schwierig
eingeschätzt wurde.
- (2) Die Koppelung des gesteuerten Walzens mit einer langsamen
Abkühlung
ermöglicht
die Online-Herstellung von Stahldraht für den Maschinenbau mit ausgezeichneten
Eigenschaften für
die Kaltbearbeitung, ohne irgendwelche Offline-Wärmebehandlungen
zu benötigen.
- (3) Die Erfindung reduziert die Anlagekosten, da ihre Anwendung
keine signifikante Veränderung einer
existierenden Linie für
die Stahldrahtherstellung erforderlich macht, und ermöglicht das
Weglassen von Offline-Vorrichtungen für das Glühen.