DE68916603T2

DE68916603T2 - Verfahren zur schnellen Direktkühlung warmgewalzter Drähte.

Info

Publication number: DE68916603T2
Application number: DE68916603T
Authority: DE
Inventors: Toyoaki C O Technical D Eguchi; Katsumi C O Technical Depa Ito; Noriyoshi C O Technical Ohvada; Yutaka C O Technical Dep Sagae
Original assignee: Toa Steel Co Ltd
Current assignee: JFE Bars and Shapes Corp
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2009-09-16
Also published as: BR8904682A; KR900004946A; EP0359279B1; JPH0310023A; EP0359279A2; EP0359279A3; KR930003635B1; US5146759A; JP2721861B2; DE68916603D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum direkten Kühlen einer warmgewalzten Drahtstange.
Gegenwärtig ist als ein Kontroll-Kühlverfahren von einer warmgewalzten Drahtstange das Stelmor-Verfahren ein typisches Verfahren, das momentan umfangreich verwendet wird. Bei diesem Stelmor-Verfahren wird eine bei einer Temperatur von 850ºC bis 900ºC warmgewalzte Drahtstange zuerst von einer Wickelmaschine in eine Form aufeinanderfolgender Windungen zusammengerollt und die Drahtstange wird abgeworfen und auf eine Fördereinrichtung geleitet, auf der sie in einem Zustand, bei dem sie sich in Form einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von Windungen befindet, befördert wird. Anschließend wird die Drahtstange während der Beförderung von der Rückseite der Fördereinrichtung her durch Druckluft bei einem Betrag von 10 m bis 50 m pro Sekunde zwangsweise rasch gekühlt, um auf diese Weise die Festigkeit der Drahtstange zu vergrößern.
Die Leistungsfähigkeit der von solch einer Druckluftkühlung abhängigen Kühlung ist jedoch durch sich selbst auf einen bestimmten Umfang beschränkt. Liegt zum Beispiel eine Drahtstange mit einem Durchmesser von 11 mm vor, wird die Geschwindigkeit dieser Druckluftkühlung so gering, daß sie etwa bei einem Betrag von 5 bis 10ºC pro Sekunde liegt. Wenn eine Drahtstange aus einem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt mittels dieser Durckluftkühlung hergestellt wird, erhält die Drahtstange aufgrund der geringen Geschwindigkeit der Druckluftkühlung sowohl eine geringe Festigkeit als auch eine geringe Duktilität, verglichen mit einer Drahtstange, die durch separates Bleipatentieren hergestellt wird. Wenn ferner eine Drahtstange aus einem Stahl mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt mit einem sogenannten unterkühlten Gefüge wie etwa Bainit oder Martensit hergestellt werden soll, ist es unerläßlich dem Stahl Elemente wie etwa Mn, Cr und Mo hinzuzufügen, die die Härtbarkeit verbessern. Dieser Zusatz erhöht auch nachteilig die Produktionskosten. Im Falle einer direkten Härtung von nichtrostendem Stahl kann eine Drahtstange mit kohlenstoffarmen Eigenschaften nicht hergestellt werden, weil aufgrund ihrer geringen Kühlgeschwindigkeit Karbide während des Kühlvorgangs herbeigeführt werden.
Um diese Nachteile zu überwinden sind gemäß dem Stand der Technik verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, zum Beispiel ein Verfahren, das ein Warmwasser- oder Salzbad als direktes Patentierungsverfahren verwendet oder ein Verfahren, bei dem eine warmgewalzte Drahtstange zum direkten Abschrecken in ein Wasserbad gegeben wird. Aber bei Verwendung des warmen Wassers entspricht die Geschwindigkeit dieser Wasserkühlung nicht der des Bleipatentierens und bei dem Salzbad erfordert das Lösen des Salzes solch eine Zeit, daß die Betriebskosten erhöht werden. Bezüglich des Wasserbadverfahrens kann es nicht für Mehrzweck-Verwendungen angepaßt werden.
Ferner sind verschiedene Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Kühlung des Stelmor-Verfahrens in japanischen Patentschriften offenbart worden. Nämlich, (1) in der japanischen Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 112721/76 wird 0,01 bis 0,05 Liter Wasser / 1,0 m³ Druckluft als Sprühnebel verwendet; (2) in der japanischen Offenlegungsschrift (KOKAI) Nr. 138917/78 wird mit von 0,06 bis 0,27 Liter /Nm³ Wasser zu Nebel vermischte Druckluft verwendet; (3) in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 214133/87 (KOKAI) wird Feuchtigkeit mittels heißer Luft fortgeblasen, nachdem eine Drahtstange unter Verwendung des Spritzwassers rasch gekühlt wurde; und (4) in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 31831/84 (KOKAI) sind Gruppen von Wasserkühlungs-Düsen über den Walzen einer Fördereinrichtung angeordnet, die Oberfläche einer Luftkühlungskammer ist entlang der Förderrichtung der Drahtstange schräg gestellt, die Wasserkühlung wird durchgeführt, und das Wasser wird zu beiden Seiten der Förderrichtung abgelassen. Daneben werden einige Konzepte von Verfahren und Vorrichtungen zum Kühlen in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 214133/8/ und 31831/84 vorgeschlagen.
Diese Verfahren gemäß dem Stand der Technik sind jedoch in verschiedener Hinsicht nachteilig. Der oben unter (1) und (2) genannte Stand der Technik beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Drahtstange, welche sich in einem Zustand befindet, bei dem sich ihre Windungen überlappen, einfach einer raschen Kühlung ausgesetzt wird, was nicht das Problem löst die Abkühlgeschwindigkeit konstant zu halten und die Drahtstange gleichmäßig zu kühlen. Bei dem unter (3) beschriebenen Stand der Technik wird eine mit ihren Windungen überlappende Drahtstange lediglich rasch von oben gekühlt. Daher versagt auch diese Technik bei der Lösung des Problems. Zusätzlich bläst dieses Verfahren nach dem raschen Kühlen auf der Drahtstange befindliche Wassertropfen fort. Im Fall einer Unterkühlung aber, bei der solche Wassertropfen nicht wie gefordert fortgeblasen werden, sondern nach der Kühlung auf der Drahtstange verbleiben, werden unvermeidlich Bainit- oder Martensit-Gefüge gebildet. Als Ergebnis erhält die Drahtstange eine geringe Duktilität. In dem unter (4) zitierten Verfahren gemäß dem Stand der Technik wird die Kühlung außerdem ausschließlich mittels Wasserkühlung von oben durchgeführt und das Wasser durch eine Ableitung abgelassen. Deshalb stellt die Kühlung von unten keinen Unterschied zu der konventionell durchgeführten dar. Die oben in Bezug auf die Offenlegungsschriften Nr. 214133/87 und 31831/84 genannten Konzepte von Verfahren und Vorrichtungen zeigen keine speziellen Konzepte und geben daher keine spezifische Lehre, wie eine gleichförmige Abkühlgeschwindigkeit zu erreichen ist.
Ein weiterer Stand der Technik von Interesse ist die EP-A- 0 069 016, die einen warmgewickelten Stahldraht offenbart, der auf zwei parallel voneinander beabstandeten Ketten ruht, die auf einer flachen horizontalen Auflagefläche liegen. Die Ketten werden gezogen, um den zusammengerollten Stahldraht entlang der Oberfläche zu bewegen. Für Kühlzwecke ist die flache Oberfläche entlang ihrer Länge mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, wobei weniger Öffnungen in dem Gebiet der Oberfläche sind, das sich zwischen den Ketten erstreckt, als auf den beiden äußeren Bereichen der flachen Oberfläche, die sich parallel zu dem Zentralbereich aber nach außen gerichtet von den beiden Ketten erstrecken. Unterhalb jeder Öffnung befindet sich eine an eine Wasserversorgung angeschlossene Spritzdüse. Jede dieser Düsen ist in einer an eine Luftversorgungseinrichtung angeschlossene Kammer angebracht und eine geneigte Fläche in jeder Kammer führt das resultierende Gemisch aus Luft und Wasser durch die Öffnungen hindurch auf die Unterseite des warmgewickelten Stahldrahtes. Über den Ketten befinden sich Düsen, die ein Gemisch aus Luft und Wasser nach unten gerichtet auf die obere Fläche des heißgewickelten Stahldrahtes leiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtstange zu schaffen, die sowohl ausgezeichnete Festigkeit als auch Duktilität besitzt, und mit dem Verfahren eine gleichförmige Abkühlgeschwindigkeit zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung wird in den beiliegenden Patentansprüchen definiert. Die unabhängigen Ansprüche 1 und 11 wurden in der zweiteiligen Form formuliert, basierend auf der Annahme, daß die vorgenannte EP-A-0 069 016 den nächstliegenden Stand der Technik darstellt.
Gemäß einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum raschen direkten Kühlen einer warmgewalzten Drahtstange bereit, umfassend die nachfolgenden Schritte:
Befördern einer warmgewalzten und zusammengerollten Drahtstange auf einer Fördereinrichtung in einem Zustand, bei dem sich die Drahtstange in der Form einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von Windungen befindet;
Sprühen von Luft-Wassernebel auf die Drahtstange und Blasen von Druckluft auf die Rückseite der Drahtstange von unten, um die Drahtstange zu kühlen;
Durchführen der Kühlung bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 bis 100ºC /Sekunde während der Beförderung, der Luft- Wassernebel, der aus 0,5 bis 10 m³ pro Minute Wasser erzeugt wird, besitzt ein Luft zu Wasserverhältnis von 200 Nm³/m³;
und während der Beförderung auf der Fördereinrichtung wird die zusammengerollte Drahtstange zickzackartig vorwärts bewegt, indem sie mittels abwechselnd an jeder Seite der Fördereinrichtung angeordneten Führungseinrichtungen abwechselnd zu einer und dann zur anderen Seite der Fördereinrichtung geschoben wird;
die Führungseinrichtungen umfassen mehrere Walzen, die einen kleinen Berührungswiderstand zwischen den Windungen und den Führungseinrichtungen verursachen, um die Oberfläche der Windungen während der Zickzackbewegung unbeschädigt zu halten.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 gegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum raschen direkten Kühlen einer warmgewalzten Drahtstange zur Verfügung, umfassend die nachfolgenden Schritte:
Befördern einer warmgewalzten und zusammengerollten Drahtstange auf einer Fördereinrichtung in einem Zustand, bei dem sich die Drahtstange in der Form einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von Windungen befindet;
Sprühen von Spritzwasser auf die Drahtstange und Blasen von Druckluft auf die Rückseite der Drahtstange von unten, um die Drahtstange zu kühlen;
Durchführen der Kühlung bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 bis 100ºC pro Sekunde während der Beförderung, das Spritzwasser besteht aus feinen Partikeln, welche aus 0,5 bis 10 m³/Minute Wasser mittels einer Spritzeinrichtung erzeugt werden;
die zusammengerollte Drahtstange wird während der Beförderung auf der Fördereinrichtung zickzackartig vorwärts bewegt, indem sie mittels abwechselnd an jeder Seite der Fördereinrichtung angeordneten Führungseinrichtungen abwechselnd zu einer und dann zur anderen Seite der Fördereinrichtung geschoben wird;
die Führungseinrichtungen umfassen mehrere Walzen, die einen kleinen Berührungswiderstand zwischen den Windungen und den Führungseinrichtungen verursachen, um die Oberfläche der Windungen während der Zickzackbewegung unbeschädigt zu halten.
Bevorzugte Ausgestaltungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 21 gegeben.
Fig. 1 zeigt Ansichten, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung veranschaulichen, in der ein Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; Fig. 1(a) ist eine Frontalansicht der Vorrichtung, Fig. 1(b) eine Draufsicht der Vorrichtung, und Fig. 1(c) eine Seitenansicht der Vorrichtung;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Abkühlkurve der vorliegenden Erfindung und die gemäß dem Stand der Technik nach Stelmor zeigt, in Kombination mit einem darauf gezeichneten Umwandlungsschaubild von Stahl;
Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht, die einen überlappenden Zustand von ununterbrochenen Aufeinanderfolgen von Windungen zeigt, die eine Drahtstange gemäß der vorliegenden Erfindung bildet;
Fig. 4 ist eine Ansicht, die Abweichungen der Festigkeit zeigt, die in einem halbkreisförmigen Bereich einer der Windungen liegen, die jeweils kontinuierlich von einer Drahtstange der vorliegenden Erfindung und einer Kontrolle gebildet werden;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen Sprühgeschwindigkeit- Wasserdurchsatz und Abkühlgeschwindigkeit zeigt, um die Bedingungen der vorliegenden Erfindung zu beurteilen;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Abkühlgeschwindigkeit einer Drahtstange und Wasserdurchsatz bei Verwendung einer Druckluftgeschwindigkeit von 20 m/Sekunde zeigt, um die Bedingungen der vorliegenden Erfindung zu beurteilen;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die in Bezug auf Nebelkühlung und Spritzwasserkühlung das Verhältnis zwischen Abkühlgeschwindigkeit einer Drahtstange und der Wassertemperatur zeigt, um die Bedingungen der vorliegenden Erfindung zu beurteilen;
Fig. 8 ist eine schematische Schnittansicht, die in Gesamtheit die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung entlang der Vorschubrichtung einer Drahtstange darstellt;
Fig. 9 ist eine Ansicht, die eine Anordnungsauslegung von Luft-Wasserspritzdüsen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht, die einen Mechanismus zum Vorschieben einer Drahtstange darstellt, Fig. 10(a) ist eine Draufsicht des Mechanismus, Fig. 10(b) eine Frontalansicht des Mechanismus, und Fig. 10(c) eine Schnittansicht des Mechanismus entlang der Linie X-X in (b);
Fig. 11 zeigt in schematischer Ansicht einen überlappenden Zustand von Windungen, die in ununterbrochener Aufeinanderfolge durch eine Drahtstange während der Beförderung der Drahtstange gebildet werden, Fig. 11(a) in einem Fall der vorliegenden Erfindung und Fig. 11(b) im Fall eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 12 zeigt schematisch die Beförderung einer Aufeinanderfolge von Windungen einer Drahtstange, Fig. 12(a) im Fall der vorliegenden Erfindung und Fig. 12(b) im Fall eines Verfahrens gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die in Abhängigkeit von in Bezug auf die vorliegende Erfindung anzuwendende Kühlverfahren Temperaturveränderungen in Kühlzonen zeigt;
Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die die Härtbarkeit von überlappenden Abschnitten von Windungen zeigt, die in ununterbrochener Aufeinanderfolge durch eine Drahtstange gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden;
Fig. 15 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen Festigkeitsabweichungen und Vorschublänge von Windungen einer Drahtstange zeigt, die durch eine erfindungsgemäße Vorschubeinrichtung hergestellt wurde;
Fig. 16 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Temperatur des Kühlwassers und der Festigkeit einer Drahtstange gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen Kühlwasserdurchsatz und Temperatur einer Drahtstange gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn eine Temperatur an einem Eingang in eine dritte Kühlzone konstant ist.
Das grundlegende Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verfahren, bei dem unter Ausnutzung einer Verbesserung in der Ausstattung und Einrichtungen des Stelmor-Verfahrens Nebeldüsen zum Herstellen von Luft-Wassernebel über oder unter einer Fördereinrichtung einer warmgewalzten Drahtstange angeordnet werden, mittels Drucksprühen mit einem vorbestimmten Wasserdurchsatz und Luft-Wasserverhältnis durch die Nebeldüsen feiner Luft-Wassernebel hergestellt und der warmgewalzte Drahtrasch durch die Kombination von dem so produzierten feinen Luft-Wassernebel und Druckluft von unterhalb des warmgewalzten Drahtes während der Beförderung der warmgewalzten Drahtstange gekühlt wird.
Als erstes wird nun der Grund beschrieben werden, warum die Abkühlbedingungen bei der vorliegenden Erfindung numerisch definiert sind.
Der Wasserdurchsatz liegt in einem Bereich von 0,5 bis 10 m³/Minute. Wenn der für den Kühlnebel verwendete Wasserdurchsatz geringer als 0,5 m³/Minute ist, reicht die Kühlgeschwindigkeit nicht aus, um ein Produkt mit einem gewünschten Gefüge, das heißt Martensit oder Bainit oder Ferrit und Perlit, herzustellen. Ist der Wasserdurchsatz im Gegensatz dazu größer als 10 m³/Minute, dann ist er hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit uneffektiv.
Das durch Luft/Wasser dargestellte Luft-Wasserverhältnis ist 200 Nm³/m³ oder weniger. Wenn das Luft-Wasserverhältnis größer als 200 Nm³/m³ ist, ist die Existenz von Wasserpartikeln in einem Einheitsvolumen zu kurz, um eine warmgewalzte Drahtstange zu kühlen, das heißt die Kühlleistung ist nicht zufriedenstellend.
Die Abkühlgeschwindigkeit ist 10ºC/Sekunde oder mehr. Liegt die Abkühlgeschwindigkeit einer warmgewalzten Drahtstange unter 10ºC/Sekunde, versagt diese nicht nur beim Steigern der Festigkeit von Kohlenstoffstahl, sondern auch beim Erweichen der Eigenschaften von rostfreiem Stahl. Ferner liegt die Druckluft in einem Bereich von 10 bis 16 m/Sekunde. Ist die Druckluft geringer als 10 m/Sekunde, wird die Drahtstange nicht gleichförmig gekühlt. Sind es über 10 m/Sekunde, dann sind die Energiekosten hoch und die gleichförmige Ausbreitung des Luft-Wassernebels ist nicht zu gewährleisten. Es soll besonders erwähnt werden, daß die Abkühlgeschwindigkeit in einem Arbeitsvorgang praktisch in einem Bereich von 10 bis 100ºC/Sekunde liegt, obwohl, weil die vorliegende Erfindung darauf zielt, die Abkühlgeschwindigkeit von Wasserkühlung so weit wie möglich zu erreichen, es keine obere Grenze für die Abkühlgeschwindigkeit gibt.
Figur 2 zeigt in graphischer Darstellung das Umwandlungsschaubild von Mn-B-Stahl mit 0,2 Gew.-% C und bis 1,3 Gew.-% Mn und auf das Umwandlungsschaubild gezeichnete Abkühlkurven. Kurve (10> stellt die Abkühlkurve bei Anwendung des Stelmor-Verfahrens und Kurve (11) die Abkühlkurve bei Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Im Fall des Stelmor-Verfahrens ist die Abkühlgeschwindigkeit gering und das nach der Umwandlung produzierte Gefüge ist Ferrit und Perlit, während im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens das produzierte Gefüge Martensit ist. Es wird eine Drahtstange mit hoher Festigkeit hergestellt. In dieser Figur bedeutet F Ferrit, P Perlit, B Bainit und M Martensit.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht eines konventionellen Überlappungszustandes von einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von Windungen einer Drahtstange 1, die warmgewalzt wurde. An den beiden Seiten der Fördereinrichtung tritt die Überlappung der Windungen häufig auf und deshalb wird die Überlappung dick, während in der Nachbarschaft des Mittellinienabschnittes Überlappungen selten sind. Folglich können die selten überlappenden Teile in der Nachbarschaft des Mittellinienabschnittes bei einer beträchtlich geringeren Abweichung der Abkühlgeschwindigkeit durch Zwangskühlung entweder von oben oder unten gekühlt werden. Aber, soweit es die dicken Überlappungsabschnitte anbelangt, sogar wenn die Kühlung einfach von oben oder unten durchgeführt wird, kühlt dieses Einseitenkühlen nur eine Seite der Windungen und versagt, den größten Teil der anderen Seite der Windungen zu kühlen. Deshalb wird die Abkühlgeschwindigkeit stark ungleichmäßig und folglich werden das Gefüge und die Festigkeit sehr unausgeglichen. Um diese Unausgeglichenheit zu vermeiden, ist die Zwangskühlung sowohl von oben als auch von unten erforderlich. Bei der vorliegenden Erfindung werden Luft-Wassernebel von oben und Druckluft von unten gleichzeitig auf die Drahtstange aufgebracht. Bei dieser gleichzeitigen Kühlung vermischt sich das in dem Luftnebel von oben enthaltene Wasser mit der Druckluft von unten und die Druckluft wandelt sich in Druckluftnebel. Die Kühlung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt eine Nebelkühlung der Drahtstange sowohl von oben als auch von unten. Wichtig ist, daß die Druckluft Nebel beinhaltet. Zu diesem Zweck können Nebeldüsen verwendet werden, die unterhalb der Drahtstange angeordnet werden, damit sich der Nebel mit der Druckluft vermischt. Ferner kann zur Verstärkung der Kühlung der dicken Abschnitte der überlappenden Windungen Nebel horizontal auf die dicken Abschnitte geblasen werden. Allgemein erscheint es, daß die Druckluft von unten den von oben kommenden Nebel wegbläst, wodurch der Effekt des Vermischens des Nebels verlorengeht, was jedoch nicht der Fall ist. Dies liegt daran, daß der Luft-Wassernebel von oben in solch einer kurzen Entfernung von etwa 400 mm auftrifft, und deshalb ist die Strömungsgeschwindigkeit des Luft- Wassernebels hoch genug, um die der Druckluft zu übersteigen. Der Luft-Wassernebel wird nicht durch die Druckluft unterdrückt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird, falls erforderlich, die Temperatur des zugeführten Wassers in einem Bereich von 10 bis 30ºC geregelt oder die Temperatur der Drahtstange am Eingang einer dritten Kühlzone wird geregelt. Wenn ein Kühlbehälter in freier Luft installiert wird, verursacht dies, weil die Wassertemperatur etwa um 40º von der Temperatur von 0ºC oder weniger abweicht, ein Ungleichgewicht in der Festigkeit und Duktilität der Drahtstange, für den Fall, daß die Temperatur der Drahtstange mittels einer Wassermenge geregelt wird. Der Bereich von 10 bis 30ºC kann ohne Verschwendung von Extra-Energie für die Regelung erhalten werden. Es soll angemerkt werden, daß die Abkühlgeschwindigkeit durch Messen der Temperatur der Drahtstange geregelt wird, da die Wassertemperatur durch die Außenlufttemperatur oder ähnlichem beeinflußt wird, obwohl die Wassertemperatur in dem besagten Bereich liegt.
Figur 16 zeigt graphisch den Einfluß der Wassertemperatur auf die Festigkeit einer Drahtstange, wenn die Wassertemperatur unter den in der Tabelle 5, die im nachfolgenden beschrieben wird, gezeigten Bedingungen variiert. Dies deutet daraufhin, daß für den Fall, daß die Wassertemperatur geringer als 10ºC ist, die Drahtstange dadurch, daß sie der Außenluft ausgesetzt wird, unterkühlt wird, und daß für den Fall, daß die Wassertemperatur größer als 30ºC ist, die Abkühlgeschwindigkeit gering genug ist, um die Festigkeit zu vermindern.
Figur 17 zeigt graphisch ein Beispiel einer Regelung mittels Messen der Temperatur einer Drahtstange, die rasch gekühlt wurde. In diesem Beispiel wird die Temperatur am Eingang der dritten Kühlzone geregelt, um in einem Bereich von 430 bis 460ºC zu liegen, woraus keine Abweichung der Festigkeit resultiert. Die Temperatur nach der raschen Kühlung wird durch Einstellen der Luft-Wassernebelmenge geregelt, um in einem gewünschten Temperaturbereich von ± 20ºC zu liegen.
Wie oben erwähnt, wird bei der vorliegenden Erfindung ein Verfahren herangezogen, bei dem die Temperatur des zugeführten Wassers im voraus geregelt, oder die Menge des zugeführten Wassers durch Messen der Temperatur der Drahtstange am Eingang der dritten Kühlzone geregelt wird. Natürlich sollte abhängig von der Stahlsorte der Drahtstange der Temperaturbereich für die Regelung umgestellt werden.
Ferner sind zur Ausführung eines erfolgreichen Prozesses bei der vorliegenden Erfindung anstelle der Beförderung einer Drahtstange von der ersten zu der vierten Kühlzone, in einem Zustand, bei dem mehrere Windungen der Drahtstange überlappen und wobei die Windungen geradlinig vorangeschoben werden, Vorschubmechanismen jeweils abwechselnd an jeder der Seitenwände der Fördereinrichtung angeordnet, damit jeder der Kontaktpunkte der Windungen aneinander gleitet. Figur 10 zeigt schematische Ansichten des Vorschubmechanismus. Wie in Figur 10(a) gezeigt, umfaßt der Vorschubmechanismus einen Winkel 31, an dem mehrere kleinere Walzen 29 vertikal befestigt sind. Der Mechanismus ist nahe entlang jeder der Seitenwände 26 angeordnet, damit die Windungen zu der anderen Seite geschoben werden, so daß die Windungen der Drahtstange, die voranschreiten, geführt werden können, um im Zickzack auf einer Fördereinrichtung fortzuschreiten. Die kleinen Walzen werden verwendet, um den Berührungswiderstand zwischen den Windungen und dem Vorschubmechanismus klein und die Oberfläche der Windungen während der Zickzackbewegung unbeschädigt zu halten. Desweiteren ist der Winkel 31 durch eine Platte mit einer Vielzahl von mit Zwischenabständen angeordneten Löchern 33 für einen Bolzen 34 an einer Seitenwand 26 gelenkig gelagert. Eine Wellenlänge der von den Windungen der Drahtstange durchzuführenden Zickzackbewegung wird durch Verwendung der Wahl der mit Zwischenabständen angeordneten Löcher 33 eingestellt, in die der Bolzen 34 eingesteckt wird. Die Details der Ausführungsform werden später in dem Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Figur 11(a) zeigt schematisch, daß ein Anfangsüberlappungspunkt "P" schrittweise von "Q&sub1;", zu "Q&sub5;" verschoben wird. Auf diese Weise kann der Vorschubmechanismus die Zickzackbewegung mit kleinem Berührungswiderstand und der einfachen Zwischenabstandsanordnung für den Zickzackbeförderungswinkel ausführen.
Figur 14 zeigt in graphischer Darstellung die Verteilung der Härte von dicken Überlappungsabschnitten der Windungen. (a) stellt den Fall bei Gebrauch eines Vorschubmechanismus und (b) den Fall ohne Verwendung des Vorschubmechanismus dar. Aus diesem Vergleich geht hervor, daß "Fall (a)", das heißt "Verwendung des Vorschubmechanismus", eine viel größere Wirkung darauf ausübt, die Kühlung der Drahtstange gleichförmig auszubilden als "Fall (b)", das heißt "keine Verwendung des Vorschubmechanismus". Der Fall (a) stellt eine Testprobe der Nr. 4 der vorliegenden Erfindung und der Fall (b) eine Kontrolle der Nr. 5 dar, die im nachfolgenden erläutert werden wird. Figur 16 zeigt in graphischer Darstellung das Verhältnis zwischen der Vorschublänge und der Abweichung in der Festigkeit der Drahtstange auf Grundlage der in Tabelle 5 (d) und (e) gezeigten und im nachfolgenden beschriebenen Abkühlbedingungen. Die Abweichung wird bei einer Vorschublänge von 40 mm auf die Hälfte der Abweichung bei Verwendung keines Vorschubmechanismus reduziert und ist bei einer Vorschublänge von 80 mm minimal. Aber die Abweichung nimmt bei einer Vorschublänge von 100 mm ein wenig zu. Dies liegt daran, daß der Förderwiderstand aufgrund der Zunahme der Vorschublänge ansteigt, der Zwischenraum der Windungen klein und die Trennung der dicken Überlappungsabschnitte ungenügend wird. Deshalb liegt die Vorschublänge vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 100 mm. Zieht man in Betracht, daß das Ziel des Vorschubmechanismus der vorliegenden Erfindung darin liegt, die dicken Überlappungsabschnitte der in ununterbrochener Aufeinanderfolge gebildeten Windungen der Drahtstange schrittweise fortzubewegen, dann können anstelle der kleinen Walzen aus dünnem Drahtgewebte Bänder in Einklang mit der Vorschubsgeschwindigkeit der Drahtstange rotiert werden, um die Drahtstange vorzuschieben. Zusätzlich kann auch als Alternative dazu ein Verfahren wie das elektromagnetische oder schrittweise Neigen der Achsen der Walzen der Fördereinrichtung verwendet werden.
Ferner wird in der dritten bis vierten Kühlzone, wie bereits erwähnt, eine Abdeckung zur Wärmerückhaltung verwendet, um zum Beispiel eine Erholung der Drahtstange oder langsames Abkühlen bei einer Abkühlgeschwindigkeit von -2ºC/Sekunde bis 3ºC/Sekunde durchzuführen. Wenn eine Drahtstange mit einem kleinen Durchmesser in der Winterjahreszeit bei einem japanischen Klima patentiert wird und nur wenn die Gefahr des Auftretens von Unterkühlung und dem Einschluß von Martensiten in der Drahtstange besteht, wird die Abdeckung zur Wärmezurückhaltung wie oben erwähnt verwendet. Bei einer Abkühlgeschwindigkeit von weniger als -2ºC/Sekunde besteht die Gefahr unterkühltes Gefüge zu produzieren und die Erholung bei einem Wert von über 3ºC/Sekunde erfordert extra Zeit und Energieaufwand. Wenn die Temperatur an dem Eingang der dritten Kühlzone beim direkten Patentieren der Drahtstange 450ºC beträgt, ist dies ausreichend, um das Ziel des direkten Patentierens zu erreichen, nämlich daß die Temperatur an dem Ausgang der letzten Kühlzone nur auf 500ºC angehoben werden muß.
Die Drahtstange wird von einer Umformwanne aufgenommen und darin gekühlt. Deshalb ist es, sogar wenn einige Austenite, die bis jetzt noch nicht umgewandelt wurden, in der Drahtstange verbleiben, kein Problem, solange das untergekühlte Gefüge nicht in dem Prozeß von der dritten Kühlzone zu der Umformwanne produziert wird. Ferner kann ein in besagtem Zonenbereich installierter Heizmechanismus zum Anlassen der Drahtstange verwendet werden. In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel werden vier Gebläse zum Ausstoßen von Druckluft verwendet, aber die Anzahl der Gebläse kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fall erhöht oder erniedrigt werden.
In dem nachfolgend gegebenen Beispiel, bei dem ein Kühlbett von 1,6 x 9,0 m verwendet wird, ist 30 bis 300 m³/h Wasser erforderlich. Bei diesem Beispiel liegt die Anzahl der Luft- Wasserdüsen vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 300. Ist die Anzahl geringer als 50, dann ist die Kühlleistung unbefriedigend. Ferner sind 10 bis 40 Paare Luftversorgungskanäle und ein Wasserversorgungskanal erforderlich, die bzw. der in vorbestimmten Zwischenabständen anzuordnen sind bzw. ist, um die dicken überlappenden Abschnitte der Windungen der Drahtstange wiederholt 1,5 bis 4,0 mal mehr als die wenig überlappenden Abschnitte der Windungen der Drahtstange zu kühlen, die die Nachbarschaft der Mittellinie der Fördereinrichtung passieren.

BEISPIEL 1

In diesem Beispiel wird ein erfindungsgemäßes Verfahren ohne Verwendung eines Vorschubmechanismus beschrieben. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum raschen direkten Kühlen einer warmgewalzten Drahtstange gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 1(a) stellt eine Frontalansicht der Vorrichtung dar, Figur 1(b) eine Drauf sicht und Figur 1(c) eine Seitenansicht der Vorrichtung. Die Bezugsnummer 1 kennzeichnet eine warmgewalzte Drahtstange, 3 eine Fördereinrichtung, 5 Druckluft, 7 Druckluftnebel, 13 ein Wassersammelrohr, 14 ein Luftsammelrohr, 15 einen Wasserversorgungskanal, 16 einen Luftversorgungskanal, 17 eine Luft-Wasserspritzdüse, 18 Luft- Wassernebel, 19 den Sprühnebelfluß, 20 eine Gleichrichterplatte, 21 einen seitlichen Nebelspritzschutz, 22 eine Druckluftkammer, 23 einen Wasserablauf, 24 einen elektrisch betriebenen Zylinder und 25 eine Drehachse.
Durch den Wasserversorgungskanal 15 zugeführtes Wasser und durch den Luftversorgungskanal 16 zugeführte Luft werden zu Luft-Wassernebel vermischt und der Luft-Wassernebel wird der Luft-Wassernebel 18. Dann kühlt der Luft-Wassernebel die warmgewalzte Drahtstange von oben, die in einem Zustand einer Aufeinanderfolge von überlappenden Windungen auf der Fördereinrichtung 3 befördert wird. Die Druckluft 5 wird zu der Drahtstange 1 geblasen. Somit wird die Drahtstange 1 gleichzeitig sowohl von oben als auch unten zwangsweise gekühlt. Die über die Abschnitte der wenig überlappenden Teile der Windungen, die in der Nähe der Mittellinie in der Fördereinrichtung 3 passieren, gespritze Menge Luft- Wassernebel wird so geregelt, daß sie klein ist, und die über die dick überlappenden, entlang beider Seiten der Fördereinrichtung 3 passierenden Teile der Windungen aufgespritze Luft-Wassernebelmenge wurde so geregelt, daß sie groß ist, in Abhängigkeit des Überlappungsgrades der Überlappung der Windungen. Um diese Art der Kühlung durchzuführen, ist über der Oberseite der Drahtstange eine Anzahl Luft-Wassersprühdüsen angeordnet, wobei sich in der Nachbarschaft der beiden Seiten viel mehr Düsen als in der Nachbarschaft der Mittellinie befinden, um die überlappenden Windungen der Drahtstange in gleichförmiger Geschwindigkeit zu kühlen. Der von oben nach unten kommende Luft-Wassernebel wird in die Aufwärtströmung der Druckluft 5 vermengt und daraus folgend wird die Drahtstange rasch durch den Luft- Wassernebel gekühlt.
Figur 8 stellt schematisch eine Schnittansicht der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung entlang der Vorschubrichtung der Drahtstange 1 dar. A, B, C und D bezeichnen jedes einzelne von vier Gebläsen 4 für die Druckluft. Ein Kühlzonenbereich bestehend aus einer ersten bis zu einer vierten Kühlzone reicht von unterhalb der Wickeleinrichtung 2 bis zu einem Punkt, wo ein Temperaturmesser 10 angeordnet ist. Die dritte und die vierte Kühlzone sind jeweils durch eine Abdeckung zur Wärmerückhaltung 8 abgedeckt und in diesen zwei Zonen wird eine langsame Kühlung oder eine Erholung, die Erhitzen beinhaltet, durchgeführt.
In der Figur 8 ist ferner eine Luft-Wasserspritzeinrichtung 6 über der Drahtstange 1 angeordnet. Durch die Luft- Wasserspritzeinrichtung wird Luft-Wassernebel eingespritzt und Druckluft 5 von unten mit Luft/Wasser zu dem Sprühnebel 7 vermischt. Die Fördereinrichtung 3 in der Figur 8 ist durch eine einfache Linie dargestellt, aber die Fördereinrichtung 3 ist eine Walzenfördereinrichtung, wie sie in der Figur 1 gezeigt ist. Der Luftversorgungskanal 15 und der Wasserversorgungskanal 16 sind wie in der Figur 1(a) gezeigt mit der Luft-Wasserspritzdüse 17 verbunden. Zusätzlich wird die Luft-Wasserspritzeinrichtung gedreht. Anstelle der Drehung ist es möglich, die Luft-Wassernebeleinrichtung zu den Seiten verschiebbar auszulegen.
Figur 9 zeigt eine schematische Draufsicht einer Anordnungsauslegung von Luft-Wassersprühdüsen beim Patentieren einer Drahtstange gemäß der vorliegenden Erfindung. Luft-Wassersprühdüsen sind in dreizehn Reihen im rechten Winkel zu einer Vorschubrichtung und in neunzehn Reihen parallel zu der Vorschubrichtung angeordnet. Diese Anordnung ist jedoch verstreut ausgeführt, um einem Überlappungsgrad der Windungen der Drahtstange zu entsprechen. Das Öffnen und Verschließen dieser Luft- Wassersprühdüsen wird ausgeführt, um Bedingungen wie der Größe der Drahtstange, Temperatur des Kühlwassers und Abgekühlgeschwindigkeit zu entsprechen. Das Symbol bezeichnet geöffnete und das Symbol geschlossenen Luft- Wassersprühdüsen.
Nun wird ein Beispiel einer Kühlung der Drahtstange gegeben werden, das die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung verwendet. Die chemische Zusammensetzung verwendeter Probenwerkstoffe ist in der Tabelle 1 gezeigt. Mn-B-Stahl und Mn-Cr-B-Stahl sind Werkstoffe für Spannbeton-Stahldrahtstangen. Stahl mit geringem C-Si-Mn-Gehalt wird für Kettenstifte und Bolzen verwendet. SUS 304 ist ein austenitischer rostfreier Stahl. Tabelle 4 zeigt Kühlbedingungen von Proben der vorliegenden Erfindung und Kontrollen. Der Bereich einer Nebelkühlzone beträgt 1250 mm x 1800 mm.
In Tabelle 2 ist "a" eine Kontrolle des konventionellen Stelmor-Verfahrens; "b" ist eine Kontrolle eines Kühlverfahrens, bei dem die Kühlung ausschließlich mittels Luft-Wassernebel von oben und ohne die Verwendung von Druckluft durchgeführt; "c" ist eine Kontrolle für den Fall, daß der Wassergehalt des Nebels gering ist; "d" ist ein Beispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem Luft-Wassernebel und Druckluft in geeigneter Weise auf eine Drahtstange aufgebracht werden; "e" ist eine Kontrolle, bei der die Wassermenge ein wenig zu gering ist; "f" ist eine Kontrolle, bei der ausschließlich Luft- Wassernebel verwendet wird. Die Ergebnissse sind in der Tabelle 3 durch die Testnummern dargestellt. Für die Messung der Temperatur der Drahtstangen wurde ein Strahlungshitzemesser verwendet. Für den Zugversuch wurden drei Windungen von jeden von drei Abschnitten von einer Tonne Drahtstange genommen. Bei den Abschnitten handelt es sich um das vordere Ende, die Mitte und das hintere Ende der Drahtstange. Jede der Windungen wurde in 24 gleiche Teile geteilt. Zur Untersuchung des Gefüges wurde ein optisches Mikroskop verwendet. Die Probenstücke wurden mit 2% Nital oder 10% Oxalsäure geätzt.
Bezugnehmend auf Tabelle 3 werden die Ergebnisse nun beschrieben werden. Test Nr. 1 ist eine Kontrolle des Stelmor-Verfahrens, das angewendet wurde, um eine Drahtstange aus Mn-B-Stahl herzustellen, die für Spannbeton verwendet wird. Die Kontrolle Nr. 1 zeigt eine sehr geringe Zugfestigkeit. Um bei dem Stelmor-Verfahren eine hohe Zugfestigkeit zu erhalten, wurde, wie in Test Nr. 6 einer Kontrolle gezeigt, Mn-Cr-B-Stahl verwendet, und die Festigkeit betrug 150 kgf/mm². Im Test Nr. 4 eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch wurde ein Werkstoff aus Mn-B-Stahl verwendet und die Drahtstange zeigte eine sehr zufriedenstellende Festigkeit und auch eine Abweichung geringer als die der Kontrolle Nr. 6. In dem Fall, daß Stahl mit einem geringen C-Si-Mn-Gehalt verwendet wurde, ist die Festigkeit des Tests Nr. 10 des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erheblich höher als die von Nr. 4, dessen Kontrolle mit dem Stelmor-Verfahren hergestellt wurde. Soweit es SUS 304 anbelangt, zeigt die Kontrolle von Test Nr. 12, auf die das Stelmor-Verfahren angewandt wurde, eine hohe Festigkeit, weil aufgrund der langsamen Abkühlung Karbide während des Kühlprozesses ausgeschieden wurden. Aus diesem Grund war bei dem Stand der Technik eine Mischkristallbehandlung mit einem separaten Verfahren erforderlich. Im Gegensatz dazu konnte wie im Test Nr. 15 eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, eine Drahtstange mit kohlenstoffarmen Eigenschaften ohne die Ausscheidung von C produziert werden. In den Tests Nr. 2, 8 und 13 ist die Abweichung der Festigkeit groß, weil keine Druckluft ausgeblasen wurde und deshalb ausschließlich eine Seite des dicken Überlappungsabschnittes der Windungen mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit gekühlt wurde. Test Nr. 3, 9 und 14 zeigen, daß hinreichende Festigkeit und kohlenstoffarme Eigenschaften nicht erzielt wurden, weil aufgrund mangelnder Wassermenge und eines großen Luft- Wasserverhältnisses die Abkühlgeschwindigkeit nicht zufriedenstellend ist. Tests Nr. 5, 11 und 16 zeigen Fälle, bei denen die Wasserzufuhr zu groß war und in diesen Fällen sind die Ergebnisse die gleichen wie bei den Nr. 4, 10 und 15. Wird eine Drahtstange aus Kohlenstoffstahl rascher als notwendig gekühlt, wird bei der Drahtstange ferner leicht Rißbildung verursacht. Tests Nr. 17 bis 21 sind Beispiele von Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und jedes zeigt gewünschte Ergebnisse in der Qualität. Aus dem vorher genannten geht hervor, daß, wenn 0,6 bis 2,0 m³/Minute Wasser verwendet werden, das Luft-Wasserverhältnis vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 200 Nm³/m³ liegt. Wenn 2 bis 8 m³/Minute Wasser verwendet wird, beträgt das Wasserverhältnis vorzugsweise 15 bis 50 Nm³/m³ Ferner ist eine Abkühlgeschwindigkeit von 15 bis 40ºC/Sekkunde bevorzugt. Sogar in dem Fall von Spritzwasserkühlung sind ebenfalls 50 bis 40ºC/Sekunde empfehlenswert.
Figur 4 zeigt in Halbkreisanordnungen Abweichungen der Festigkeit für jede der Kontrollen und Proben gemäß der vorliegenden Erfindung in den Tests Nr. 7, 8 und 10. Winkel von 0º und 180º bedeuten die Mittellinie der Fördereinrichtung 3 und 90º die Seite der Fördereinrichtung, wo die dicksten Überlappungsabschnitte sind. Die Kontrolle von Nr. 7, auf die das Stelmor-Verfahren angewendet wurde, zeigt geringe Festigkeit. Bei der Kontrolle von Nr. 8, auf die lediglich die Luft-Nebelkühlung von oben angewendet wurde, ist eine große Abweichung der Festigkeit in der Nachbarschaft von 90º zu sehen, weil die dicken Überlappungsabschnitte nicht gleichmäßig gekühlt wurden. Im Gegensatz dazu zeigt Test Nr. 10, auf den die Luft- Wassernebelkühlung von oben und die Druckluftkühlung von unten angewendet wurde, eine insgesamt gleichmäßig hohe Festigkeit.
Außerdem wurde ein Verfahren zum Kühlen einer Drahtstange untersucht, bei dem die Drahtstange mittels Luft-Wassernebel von unten durch Nebeldüsen gekühlt wurde, die gegenüberliegend der Drahtstange nach oben gerichtet angeordnet waren. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigten, daß die Wirkung dieses Verfahrens keinen Unterschied zu dem des oben genannten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung macht.
Figur 5 zeigt in graphischer Darstellung das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Druckluft und der Abkühlgeschwindigkeit, wenn der Wasserdurchsatz (m³/Minute) verändert wird. Für diesen Test wurde eine Drahtstange mit einem Durchmesser von 9 mm verwendet. Figur 6 zeigt ebenfalls in graphischer Darstellung das Verhältnis zwischen Abkühlgeschwindigkeit und dem Durchmesser einer Drahtstange bei Veränderung des Wasserdurchsatzes in Kombination mit Druckluft. Aus diesen Darstellungen ist zu ersehen, daß wenn die Kühlbedingungen gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden, eine Abkühlgeschwindigkeit von 10ºC/Sekunde oder mehr zufriedenstellend erzielt wird.
Die oben genannten Fälle verwendeten Wasser mit einer Temperatur von 15 bis 30ºC. Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann aber auch heißes oder kaltes Wasser von 15ºC oder weniger verwenden. Das Verhältnis zwischen Temperatur von solch kaltem Wasser und der Abkühlgeschwindigkeit ist für den Fall von Luft- Wassernebelkühlung und Spritzwasserkühlung in einer graphischen Darstellung in Figur 7 zusammengefaßt. Wenn warmes oder heißes Wasser von über 30ºC verwendet wird, ist es möglich, die Spritzleistung abzuschwächen, was zu einer gleichmäßigen Kühlung führt, obwohl die Kühlkapazität im Vergleich zu der Kühlung mit kalten Wasser absinkt. In beiden Fällen von Spritzwasserkühlung und Luft-Wassernebelkühlung kann allgemein gesprochen, wenn der Wasserdurchsatz 0,5 m³/Minute oder mehr beträgt, eine Abkühlgeschwindigkeit von 10ºC oder mehr erzielt werden, was es ermöglicht, die Absicht der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Ist die Temperatur des Kühlwassers 15ºC oder weniger, wird die Abkühlgeschwindigkeit weiter angehoben.

BEISPIEL 2

In diesem Beispiel wird hauptsächlich ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, obwohl auch manchmal ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Verwendung des Vorschubmechanismus erklärt werden wird.
Wie oben erwähnt ist in der Figur 10 ein Vorschubmechanismus dargestellt. Eine Vorschublänge betrug 80 mm. Es wurden 247 Luft-Wassernebeldüsen verwendet und bei einem Maximum in der ersten Kühlzone betrieben. 41 der 247 Luft-Wasserdüsen waren geschlossen, wie in Figur 4 gezeigt. Figur 10(a) ist eine Draufsicht des Vorschubmechanismus, Figur 10(b) eine Frontalansicht davon und Figur 10(c) ist eine Schnittansicht des Vorschubmechanismus entlang der Linie X-X von Figur 10(b). Die Ansicht von Figur 10(a) zeigt, wie bereits in der vorangegangenen Beschreibung bemerkt, eine bevorzugte Ausführungsform. In der Ansicht der Figur 10(b) ist die kleine Walze 29 durch einen Bolzen 30 als eine Achse mit dem fest an der Seitenwand 26 der Fördereinrichtung 3 angeordneten Winkel 31 verbunden. Die Platte 32 stellt als eine Sperreinrichtung einen Zwischenraum zwischen den benachbarten kleinen Walzen 29 her.
Figur 11(a) zeigt schematisch, daß ein Anfangsüberlappungspunkt der Windungen einer Drahtstange schrittweise vorgeschoben wird. Figur 11(b) zeigt ebenfalls schematisch, daß sich die Drahtstange ohne begleitende Änderung der relativen Position der Überlappungspunkte der Windungen der Drahtstange gemäß des Verfahrens nach dem Stand der Technik bewegt. Figur 12 zeigt eine Bewegung einer durch den in Figur 12 (a) dargestellten Vorschubmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung geführten Drahtstange, im Gegensatz zu der Bewegung der durch in Figur 12(b) gezeigte vertikalen Walzen 27 gemäß dem Stand der Technik geführten Drahtstange. Aus diesem Gegensatz ist klar ersichtlich, daß die Drahtstange mittels des Vorschubmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zickzackbewegung durchführt. Die Zickzackbewegungen wurden bei folgenden Bedingungen durchgeführt: Luftdruck: 3,0 kgf/cm² G; Wasserdruck: 2,2 kgf/cm²; Luftdurchsatz: 36,3 Nm³/h; Wasserdurchsatz: 14,1 l/Minute; Luft zu Wasserverhältnis (Luft-Wasser) : 42,9 und Geschwindigkeit der Druckluft: 30 m/Sekunde.
Stahlsorten und chemische Zusammensetzungen der für die Zickzackbewegung verwendeten Probestücke sind in Tabelle 4 aufgelistet. Stahl A ist Stahldraht SWRH 82B, Stahl B ist Mn- Cr-B-Stahl für Vorspannungsverwendungen und Stahl C ist austenitisch rostfreier Stahl aus SUS 304. Die Bedingungen, uner denen die Stähle behandelt wurden, sind in der Tabelle 5 aufgelistet. Die Merkmale der Kühlbedingungen sind: (a): eine gewöhnliche Druckluftkühlung; (b): die Anzahl der Düsen ist gering, etwa 30; (c) : die Anzahl der Düsen ist 119, aber es wird keine Druckluft gleichzeitig verwendet; (d): Luft- Wasserdüsen werden zusammen mit Druckluft verwendet, jedoch ohne Einsatz eines Vorschubmechanismus; (e) : ergänzend zu den Bedingungen von (d) wird ein Vorschubmechanismus verwendet, wodurch die Windungen der Drahtstange bei einer Vorschublänge von 80 mm zickzackförmig bewegt werden; (f) : auf den Bedingungen von (e) wird die Kühlung verstärkt und nach dem raschen Kühlen eine Wärmebehandlung angewendet; (g) und (h): 160 Düsen sind in der zweiten Kühlzone angeordnet und dabei wird ein Abschrecken durchgeführt, Druckluft wird in der ersten und zweiten Kühlzone verwendet, und in (g) wird keine Zickzackbewegung durchgeführt und in (h) wird die Zickzackbewegung durchgeführt; (i) und (j): das Luft zu Wasserverhältnis ist Null, es wird nur Spritzwasser geblasen, und in (i) wird keine Zickzackbewegung durchgeführt und in (j) wird die Zickzackbewegung durchgeführt; (k): 30 m³/h Wasser wird als Spritzwasser geblasen; (l) bis (p) : in jedem der Fälle wird das Luft-Wasserverhältnis jeweils schrittweise von 250 auf 0 gesenkt in der Reihenfolge von (l) zu (p); und (k) bis (p) : in jedem der Fälle wird eine Zickzackbewegung durchgeführt und die Wassertemperatur beträgt 15ºC.
Tests Nr. 1 bis 6 verwenden ein Material aus SWRH 82B. Im Test Nr. 1 ist aufgrund der ausschließlichen Verwendung von Druckluft die Abkühlgeschwindigkeit klein. Aus diesem Grund wird grobes Perlitgefüge erzeugt und sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität ist gering.
Nr. 2 verwendet den Luft-Wassersprühnebel. Aber aufgrund der geringen Anzahl Düsen und des geringen Wasserdurchsatzes wird keine zufriedenstellende Festigkeit erhalten.
In Nr. 3 ist aufgrund der ausschließlichen Verwendung von Luft-Wassersprühnebel und keiner Druckluft von unten die Abkühlgeschwindigkeit gering. Es wird ebenfalls keine zufriedenstellende Festigkeit erlangt.
Nr. 4 entspricht im wesentlichen zufriedenstellend den Kühlbedingungen gemäß der vorliegenden Erfindung, der Vorschubmechanismus wurde aber nicht verwendet. Die Abkühlgeschwindigkeit ist groß. Der Maximalwert und der Durchschnittswert der Festigkeit ist groß, aber der Minimalwert ist gering, die Abweichung ist wahrnehmbar. Dies liegt daran, daß aufgrund der fehlenden Verwendung des Vorschubmechanismus die dick überlappenden Abschnitte der Windungen der Drahtstange nicht weicher gemacht werden.
Nr. 5 genügt den grundlegenden Kühlbedingungen der vorliegenden Erfindung und verwendet auch den Vorschubmechanismus. Die Kühlbedingungen waren sehr zufriedenstellend. Die Festigkeit und die Duktilität ist zufriedenstellend hoch und desweiteren ist die Abweichung gering. Die Qualität des Produktes ist gut genug, um der einer bleipatentierten Drahtstange zu entsprechen.
Nr. 6 ist ein Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, welches gut gekühlt ist und eine gute Festigkeit und eine Duktilität größer als die der bleipatentierten Drahtstange besitzt. Nach der Kühlung wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung durchgeführt, um das Erzeugen von unterkühltem Gefüge zu vermeiden, da unterkühltes Gefüge leicht auftritt. Es soll besonders erwähnt werden, daß bei dem gewünschten Bleipatentieren die erzielbare Festigkeit in der Umgebung von 123 kgf/cm² und die zu erzielende Duktilität im Bereich von 40% liegt und aus diesem Grund sind austenitische Körner der bleipatentierten Drahtstange bei weitem größer als die der direkt patentierten Drahtstange und aus diesem Grund ist die Duktilität der bleipatentierten Drahtstange gering.
Nr. 7 und 8 sind Beispiele von Mc-Cr-B-Stahl. Nr. 7 wurde nicht dem Luft-Wassersprühnebel in der zweiten Kühlzone ausgesetzt. Da aufgrund des Fehlens des Luft- Wassersprühnebels die Drahtstange nicht auf den Martensit- Umwandlungspunkt heruntergekühlt und kein Vorschubmechanismus verwendet wurde, ist die Kontrolle von Nr. 7 nicht wünschenswert. Es verbleibt eine Abweichung der Festigkeit. Nr. 8 wurde in all diesen nachteiligen Punkten verbessert und die hergestellte Drahtstange besitzt hohe Festigkeit und hohe Duktilität bei einer kleinen Abweichung.
Nr. 9 ist ein Beispiel, bei dem eine Mischkristallbehandlung auf einen rostfreien Stahl angewendet wurde. Bei diesem Beispiel finden sich keine Karbidausscheidungen und es wird ein Produkt von geringer Festigkeit und hoher Duktilität produziert. Dies ist ein wünschenswertes Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Nr. 10 und 11 wurden Drahtstangen aus Mn-Cr-B-Stahl den gleichen Bedingungen ausgesetzt. In dem Fall von Nr. 11, bei dem die Zickzackbewegung ausgeführt wurde, ist die Abweichung geringer als in Nr. 10. Aber sogar wenn keine Zickzackbewegung vorhanden ist, ist nahezu die gleiche Abweichung erlaubt, die in Nr.1 gezeigt ist.
In den Fällen von Nr. 12 bis 17 wurden Probestücke von Drahtstangen mit einem unterschiedlichen Durchmesser verwendet. In Test Nr. 12, bei dem Spritzwasser verwendet wurde, zeigen sich gute mechanische Eigenschaften.
Weil die Kühlkapazität etwas gering und die Kühlung nicht gleichmäßig war, ist bei Nr. 13, bei der der Test unter den Bedingungen von Nr. 1 mit einem großen Luft-Wasserverhältnis durchgeführt wurde, die Festigkeit gering und es wird vereinzelt grobkörniges Perlitgefüge gefunden.
In den Nr. von 14 bis 17 wurde die Kühlung bei den für jeden Durchmesser des verwendeten Drahtes angepaßten Bedingungen durchgeführt. Jeder der Fälle zeigt gute mechanische Eigenschaften. Für den Fall, daß die Zickzackbewegung und Luft-Wassernebelkühlung durchgeführt wird, beträgt der Wasserdurchsatz vorzugsweise 0,5 bis 5,0 m³/Minute und das Luft-Wasserverhältnis 40 bis 200 Nm³/m³. Ferner liegt die Abkühlgeschwindigkeit vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 30ºC/Sekunde. Für den Fall, daß Zickzackbewegung und Spritzwasserkühlung verwendet wird, ist ein Wasserdurchsatz von 0,5 bis 5 m³/Minute empfehlenswert. Außerdem liegt die Abkühlgeschwindigkeit vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 30ºC/Sekunde.
Figur 13 stellt graphisch die Temperaturverschiebung von Drahtstangen in zwei Fällen dar. Ein Fall ist die Druckluftkühlung von Nr. 1 und der andere die Kühlung von Nr. 5 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der Druckluftkühlung sind 34 Sekunden erforderlich, um die Drahtstange von 820ºC auf 620ºC herunter zu kühlen, das heißt die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit beträgt nur etwa 6ºC/Sekunde. Auf der anderen Seite werden bei der Kühlung in der ersten Kühlzone von Nr. 5 17 Sekunden benötigt, um von 800ºC auf 480ºC herunter zu kühlen, das heißt der Durchschnitt beträgt hier 20ºC/Sekunde,was einem dreimal größeren Wert als dem der Druckluftkühlung entspricht.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird mittels einer kleinen Verbesserung in Ausrüstung und Einrichtungen des Stelmor-Verfahrens gemäß dem Stand der Technik und mittels der Verwendung einer wirksamen Kombination von Luft- Wassernebel und Druckluft durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert die Duktilitätseigenschaften einer harten Drahtstange und ermöglicht nicht nur das Durchführen einer direkten Härtung von nicht angelassenem vorgestrecktem Betonstahl und auch direkte Härtung von Zweiphasen- Drahtstangen sonder auch die Herstellung einer hochfesten Kohlenstoffdrahtstange und kohlenstoffarmen rostfreien Drahtstangen.
Außerdem wird bei der vorliegenden Erfindung der Vorschubmechanismus verwendet, um die überlappenden Abschnitte der Windungen der Drahtstange in einer Zickzackbewegung während der Beförderung vorwärts zu bewegen, die Windungen in ununterbrochener Aufeinanderfolge verlaufen zu lassen und um die Kontaktpunkte der Überlappung der Windungen schrittweise vorzuschieben. Gleichzeitig wird die Drahtstange während der Beförderung mittels gleichzeitig angewendetem Luft-Wassersprühnebel von oben und Druckluft von unten gekühlt. Somit kann unter Zufuhr einer geringen Wassermenge eine Drahtstange mit einer geringen Abweichung von physikalischen Eigenschaften erhalten werden.
Wie vorhergehend erwähnt, verfügt die vorliegende Erfindung über einen großen Vorteil, um damit einen Beitrag für die Industrie in diesem Fachgebiet zu leisten.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen besonderen Formen ausgestaltet werden, ohne von dem Sinn oder wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Ausführungsform ist deshalb in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch die beigefügten Patentansprüche als durch die vorangegangene Beschreibung bezeichnet und alle Abänderungen, die in den Sinn oder in den Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche fallen, sind deshalb als darin beabsichtigt erfaßt zu betrachen.
Die Bezugszeichen in den Patentansprüchen dienen lediglich der Verdeutlichung und sollen den Schutzumfang der Patentansprüche nicht einschränken. Tabelle 1 Stahl gering Tabelle 2 Nebel von oben Wasserdurchsatz Luft-zu-Wasser-Verhältnis Kühlbedingung Probenart Druckluftgeschwindigkeit Stelmor Kontrolle Erfindung Tabelle 3 Probentyp Stahl Durchmesser mm Wickeltemp. ºC Kühlbedingung Abkühlgeschw. ºC/s Stelmor Kontrolle Erfindung gering Tabelle 3 (Fortsetzung von vorhergehender Seite) Zugfestigkeit (Kgf/mm²) Durchschnitt Maximum Minimum Abweichung Gefüge Tabelle 3 (Fortsetzung von vorhergehender Seite) Probentyp Stahl Durchmesser mm Wickeltemp. ºC Kühlbedingung Abkühlgeschw. ºC/s Stelmor Kontrolle Erfindung Tabelle 3 (Fortsetzung von vorhergehender Seite) Zugfestigkeit (Kgf/mm²) Durchschnitt Maximum Minimum Abweichung Gefüge Karbidausscheidung keine Karbidausscheidung # F: Ferrit, P: Perlit, B: Bainit, M: Martensit Tabelle 4 Stahl Stahlsorte Tabelle 5 Luft-Wasser-Sprühnebel Kühlbedingung Anzahl der Düsen Wasserdurchsatz m³/h Luft-Wasser-Verhältnis Nm³/m³ Druckluftgeschw. in 1. und 2. Kühlzone Zickzack Beförderung Behandlung nach rascher Kühlung Keine Zickzack Natürliche Kühlung Erhitzen Tabelle 5 (Fortsetzung von vorhergehender Seite) Luft-Wasser-Sprühnebel Kühlbedingung Anzahl der Düsen Wasserdurchsatz m³/h Luft-Wasser-Verhältnis Nm³/m³ Druckluftgeschw. in 1. und 2. Kühlzone Zickzack Beförderung Behandlung nach rascher Kühlung Zickzack Natürliche Kühlung Tabelle 6 Probenart Stahl Durchmesser mm Wickeltemp. ºC Kühlbedingung Abkühlgeschwindigkeit ºC/s Stelmor Kontrolle Erfindung Tabelle 6 (Fortsetzung von vorhergehender Seite) Zugfestigkeit (Kgf/cm²) Durchschnitt Maximum Minimum Abweichung durchschnitt der Streckung % Feingefüge grobes P grobes P + feines P feines P kein Karbid Tabelle 6 (Fortsetzung von der vorhergehenden Seite) Probenart Stahl Durchmesser mm Wickeltemp. ºC Kühlbedingung Abkühlgeschwindigkeit ºC/s Erfindung Kontrolle Tabelle 6 (Fortsetzung von vorhergehender Seite) Zugfestigkeit (Kgf/cm²) Durchschnitt Maximum Minimum Abweichung Durchschnitt der Streckung % Feingefüge feines P grobes P + feines P # Mit Vorschubeinrichtung ## Ohne Vorschubeinrichtung Mit Sprühnebel in der zweiten Kühlzone und ohne Vorschubeinrichtung Mit Sprühnebel in der zweiten Kühlzone und mit Vorschubeinrichtung

Claims

1. Verfahren zum raschen direkten Kühlen einer warmgewalzten Drahtstange, umfassend die nachfolgenden Schritte:

Befördern einer warmgewalzten und zusammgenrollten Drahtstange (1) auf einer Fördereinrichtung (3) in einem Zustand, bei dem sich die Drahtstange in der Form einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von Windungen befindet;

Sprühen von Luft-Wassernebel (18) auf die Drahtstange und Blasen von Luft (5) auf die Rückseite der Drahtstange von unten, um die Drahtstange zu kühlen;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Kühlung bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 bis 100ºC/Sekunde während der Beförderung durchgeführt wird, der Luft-Wassernebel, der aus 0,5 bis 10 m³/Minute Wasser erzeugt wird, ein Luft zu Wasservehältnis von 200 Nm³/m³ oder weniger besitzt;

die zusammengerollte Drahtstange (1) während der Beförderung auf der Fördereinrichtung zickzackartig vorwärts bewegt wird, indem sie mittels abwechselnd an jeder Seite der Fördereinrichtung angeordneten Führungseinrichtungen (31) abwechselnd zu einer und dann zur anderen Seite der Fördereinrichtung geschoben wird; und,

die Führungseinrichtungen (31) mehrere Walzen (29) umfassen, die einen kleinen Berührungswiderstand zwischen den Windungen und den Führungseinrichtungen (31) verursachen, um die Oberfläche der Windungen während der Zickzackbewegung unbeschädigt zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schieben der Drahtstange (1) zu einer Seite das Schieben der Drahtstange bei einer Vorschublänge von 30 bis 100 mm beinhaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich die Führungseinrichtungen (31) in einem Winkel zu den Seitenwänden der Fördereinrichtung erstrecken.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Winkel einstellbar ist.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprühen des Luft-Wassernebels das Sprühen des Luft-Wassernebels von oben beinhaltet.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprühen des Luft-Wassernebels das Sprühen des Luft-Wassernebels von unten beinhaltet.

7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit einen Bereich von 15 bis 30ºC/Sekunde beinhaltet.

8. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus 0,5 bis 5,0 m³/Minute Wasser hergestellte Luft-Wassernebel ein Luft zu Wasservehältnis von 40 bis 200 Nm³/m³ besitzt.

9. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner den folgenden zusätzlichen Schritt umfaßt: Regeln der Temperatur des Wassers in einem Bereich von 10 bis 30ºC.

10. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner den folgenden zusätzlichen Schritt umfaßt: Regeln des Wasserdurchsatzes für den Luft- Wassernebel mittels Messen einer Temperatur der Drahtstange, um die Temperatur der Drahtstange so zu regeln, daß sie innerhalb eines Bereichs von -20ºC bis +20ºC einer vorbestimmten Temperatur der Drahtstange liegt.

11. Verfahren zum raschen direkten Kühlen einer warmgewalzten Drahtstange, umfassend die nachfolgenden Schritte:

Befördern einer warmgewalzten und zusammengerollten Drahtstange (1) auf einer Fördereinrichtung (3) in einem Zustand, bei dem sich die Drahtstange in der Form einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von Windungen befindet:

Sprühen von Spritzwasser auf die Drahtstange und Blasen von Luft (5) auf die Rückseite der Drahtstange von unten, um die Drahtstange zu kühlen;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Kühlung bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 10 bis 100ºC pro Sekunde während der Beförderung durchgeführt wird, und das mittels einer Spritzeinrichtung aus 0,5 bis 10 m³/Minute Wasser erzeugte Spritzwasser aus feinen Partikeln besteht;

die zusammengerollte Drahtstange (1) während der Beförderung auf der Fördereinrichtung zickzackartig vorwärts bewegt wird, indem sie mittels abwechselnd an jeder Seite der Fördereinrichtung angeordneten Führungseinrichtungen (31) abwechselnd zu einer und dann zur anderen Seite der Fördereinrichtung geschoben wird; und

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Schieben der Drahtstange zu (1) einer Seite das Schieben der Drahtstange bei einer Vorschublänge von 30 bis 100 mm beinhaltet.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem sich die Führungseinrichtungen (31) in einem Winkel zu den Seitenwänden der Fördereinrichtung erstrecken.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Winkel einstellbar ist.

15. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieben der Drahtstange zu einer Seite das Schieben der Drahtstange bei einer Vorschublänge von 30 bis 100 mm beinhaltet.

16. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprühen von Spritzwasser das Sprühen von Spritzwasser von oben beinhaltet.

17. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprühen von Spritzwasser das Sprühen von Spritzwasser von unten beinhaltet.

18. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner folgenden zusätzlichen Schritt umfaßt: Regeln einer Temperatur des Wassers in einem Bereich von 10 bis 30ºC.

19. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzwasser aus feinen Partikeln ist mit einem Durchsatz von 0,5 bis 5,0 m³/Minute.

20. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner folgenden zusätzlichen Schritt umfaßt: Regeln der Temperatur des Wassers in dem Bereich von 10 bis 30ºC.

21. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner folgenden zusätzlichen Schritt umfaßt Regeln des Wasserdurchsatzes mittels Messen einer temperatur der Drahtstange, um die Temperatur der Drahtstange so zu regeln, daß sie innerhalb eines Bereiches von -20ºC bis +20ºC von einer vorbestmimten Temperatur der Drahtstange liegt.