EP1218562B1 - Method for heat treatment of metallic slugs - Google Patents
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- EP1218562B1 EP1218562B1 EP00960638A EP00960638A EP1218562B1 EP 1218562 B1 EP1218562 B1 EP 1218562B1 EP 00960638 A EP00960638 A EP 00960638A EP 00960638 A EP00960638 A EP 00960638A EP 1218562 B1 EP1218562 B1 EP 1218562B1
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- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/62—Quenching devices
- C21D1/667—Quenching devices for spray quenching
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C29/00—Cooling or heating work or parts of the extrusion press; Gas treatment of work
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
- B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
- B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
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Definitions
- the invention relates to methods for the heat treatment of metallic Press studs or - if using warm shears - bar sections in front of the Introducing into the extrusion press and devices for performing the Process.
- Cast, homogenized and then cooled blocks are immediately subjected to a heat treatment before being introduced into the pressing device, at which reheats the blocks, then cools them and the pressing device are fed.
- the surface of the crop is covered with burners or Hot gas jets generated by combustion are applied.
- the exhaust gas is collected with an exhaust duct above the heating area and fed to a preheating zone with convective heat transfer.
- the convective heat transfer takes place by blowing the heat material on the side arranged slot nozzles, the gas flow for feeding these slot nozzles with Fans are circulated in a closed circuit.
- This device is for Heating with narrow temperature tolerances with high throughput is only limited suitable because the temperature accuracy, which with a direct Flame exposure can be achieved even with moderate throughputs leaves a lot to be desired.
- the z. B. with direct flame exposure works to better exploit, is in DE-OS 26 37 646 Device described in which in the direction of good transport before Faster heating section with flame exposure to the hot exhaust gas Convection heating zones circulated and blown onto the goods with jet jets before it leaves the device through the exhaust stack.
- the nozzles are open Slit nozzles arranged on both sides of the good with perpendicular to the good axis standing longitudinal axes of the nozzle openings.
- This device also has the In view of the uniformity of the heating unfavorable arrangement of the Convection heating zone in front of the heating zone with direct flame exposure.
- Devices with heating by direct flame exposure do admit due to the high furnace chamber temperature - for devices for heating light metal alloys around 1000 ° C - quite high heating rates, however the temperature distribution in the estate is very uneven. Especially when changing Good surfaces can also be used due to the changing strong radiation influence with elaborate control and regulation technology no satisfactory Achieve temperature uniformity. If the production process suddenly stops, z. B. because of a press or tool problem, it even happens frequently for melting of the heating material. In addition, the energy utilization is low and consequently the heating power and energy requirements related to the material throughput high.
- US-A 5,027,634 describes a cooling device which consists of at least there is a cooling ring through which the block during the cooling process a pushing device is pushed. By changing the The cooling effect brought about by the cooling device can be achieved at an impact speed affect the block length.
- the cooling ring itself has numerous holes relatively small diameter through which the water used as the cooling fluid is sprayed on the block.
- the cooling ring is for the passage of the impact device open at the top.
- a disadvantage of this device besides the complicated control the block movements and the complex transport mechanics in particular the small cooling nozzles that tend to clog and the uneven cooling effect over the circumference through the opening in the top of the cooling ring for passage of the Shocking device is necessary because there are no cooling nozzles in this area.
- US-A 5,337,768 describes a further embodiment of the regulation of a such device, but which have the same basic disadvantages as the the aforementioned US-A 5,325,694.
- the invention has for its object methods for heat treatment of metallic press studs or rod sections before insertion into the Extrusion press, as well as devices to carry out the method to create who do not experience the disadvantages mentioned above.
- procedures and devices are proposed that are very fast and at the same time the temperature control very precise heat treatment from reheating and Allow cooling.
- This Temperaturtaper as has long been known as the prior art, is required by the increasing mechanical input from the beginning of the block to the end of the block Balance energy that is converted into heat during the pressing process, so that nevertheless the pressing process can proceed isothermally.
- bolts or rods i.e. blocks
- Typical is e.g. B. for Light metal alloys have a temperature tolerance of less than ⁇ 10 K, e.g. B. ⁇ 5 K for block diameters from 250 mm to 300 mm.
- the method according to the invention permits Provision of the block with exactly the required temperature or Temperature distribution and this with the necessary low temperature tolerance.
- the block has a defined higher temperature at the beginning than the pressing temperature distributed as evenly as possible in the rest of the block. This is also easily possible with the method according to the invention, because in addition to a uniform temperature distribution also locally over the block length Temperature differences, e.g. B. higher temperature only at the beginning of the block can be.
- Another advantage of the method according to the invention is its suitability for the Press operation with maximum productivity. If cooling time and Temperature compensation time are longer than the press sequence, the so-called Block sequence time, so two cooling devices can be operated in parallel, so that regardless of the block sequence time, each block individually the necessary cooling time as well as compensation time can experience, even if the two periods in the Addition are longer than the block sequence time.
- the invention has Process decisive advantages over the prior art on. This is because, according to the invention, the rapid heating by means of direct flame exposure during the first part of the heating process with a combined convective heating in the final part. With this convective Warming can be done by a suitable choice of gas temperature Material overheating even in the event of a press interruption and consequent standstill of Block transports can be excluded. As soon as the press is operational again, a block with exactly the right pressing temperature is immediately available.
- a major advantage, which concerns the production costs, is that in Extremely low compared to systems according to the state of the art Gas consumption due to the advantageous use of burners with integrated Exhaust gas recuperator for preheating the combustion air is reached.
- this cost advantage is the use of recuperative burners with integrated Combustion air preheating is also a great advantage in terms of control technology, because Combustion air preheating and burner operation are clearly linked are.
- the exhaust gas all burners collected in one place - the beginning of the is common Flame exposure zone - deducted and a central heat exchanger for the combustion air preheating supplied. Through the central exhaust gas extraction there is a longitudinal flow in the furnace which determines the temperature control behavior of the individual zones adversely affected.
- the door when removing a block on the outlet side of the heating device can be opened at continuous operation of the exhaust gas extraction even cold air enters the furnace, which in turn the temperature distribution in the material column as well as the Temperature control adversely affected.
- the method according to the invention and with the heating device according to the invention is by the operation of Recuperative burners with exhaust gas reducers achieved that only exhaust gas in the same or almost the same amount as the combustion gas generated is withdrawn, if the respective burner is really switched on.
- recuperator burners are namely operated at a very high flame exit speed. This creates a jet that flushes the block vigorously and for one Increase in convective heat transfer even without using a special flow drive ensures. On top of that, through the Induction effect of the pulsed burner jet also in the Existing hot exhaust gas is circulated with what in turn increases the convective heat transfer.
- recuperator burners also such recuperator burners to be used, which with so high furnace interior temperatures in the so-called Flox mode work with flameless oxidation.
- Flameless oxidation means that there is a mixture between gas, exhaust gas and combustion air in the burner in such a way that no flame is visible and the heat energy is released Oxidation takes place to a certain extent in the burner jet. This has crucial Advantages for the equalization of the heat transfer on the block surface.
- recuperator burners partly also suitable for Flox operation, are in EP 0 463 218 B1, EP 0 685 683 B1 and DE 195 41 922 C2.
- recuperative burners leads to the invention a shortening of the required system length in comparison with a system same performance according to the state of the art.
- the reason for this is that the Preheating zone, which is required in systems according to the state of the art, in order to There is no need to recuperate at least part of the exhaust gas heat.
- This shorter one Overall length with greater performance not only means saving space, it is also advantageous from a procedural point of view, since the block column contained in the system Shorter is what the operation of the plant with different alloys is essential simplified.
- the cooling method according to the invention and the Device for performing this method Because it won't be like in the prior art, a block through a cooling ring in the longitudinal direction moved through, but the block, held on its end faces, in total introduced a stationary cooling device.
- the cooling takes place by means of annular arrangement of individual nozzles, which are in during the cooling process precisely defined, fixed position in relation to the block.
- the Desired, to achieve the required temperature or temperature distribution necessary cooling effect is arranged by the operation of these in rings Individual nozzles with different pressures and / or different switch-on times reached.
- the effort for control and handling is much less than for devices according to the state of the art; in addition, the accuracy in the With regard to the temperature and temperature distribution to be achieved higher than at known facilities and methods.
- FIG. 1 is a schematic of the temperature profile for a block over time from Start of heating is shown until it is brought into the press.
- the completion of the warming takes place in at least one zone with convective heat transfer comparatively low overtemperature.
- the temperature compensation also takes place here for a maximum of 3 minutes. Then the transfer to the cooling station takes place.
- the block runs through one Temperature compensation time. In the end of this equalization period, the block becomes Press spent and then shows a temperature difference in isothermal pressing between the end of the block and the beginning of the block.
- Figure 2 shows schematically how the individual units for performing the invention Procedure are arranged.
- the press is schematic through the Reference numerals 2 and 3 indicated. 2 denotes the recipient in which the Block 1 inserted and during the extrusion process with the press ram 3 is pressed.
- the extruded profile, or with tools If there are several omissions, the profiles (not shown) are on the press outlet 12 out.
- the block 1 is loaded into the press 2, 3 with a block loader 4 is also only indicated schematically.
- the heating takes place in the direction of flow 9 initially by direct Flame application in the front part of the heating device 7 and then, for example, in two convection zones 8a connected in series and 8b, the last convection zone 8b in the direction of passage 9 being lower Gas temperature is operated as the front zone 8a.
- the block enters a transverse transport 5. Die Direction of movement is indicated by arrow 10. From the transverse transport 5 Block placed either in the cooling station 6a or in the cooling station 6b and moves in the direction of the movement arrows 11 a and 11 b.
- more than one cooling station makes sense if a system with high Productivity and short block sequence time works.
- the Gut 1 a pillar of individual bolts or sawn off to length Rods (only indicated in the figure for the sake of simplicity) via a transport device, e.g. B. as shown in Figure 3, via a roller table 20 passed through the device.
- the transport takes place with non-driven rollers via impact devices outside the device.
- Others, not in the figures Possibilities shown are the transport of the goods 1 through the device using a walking beam or a transport chain. It can also be powered Rolls or other transport options known from the prior art are used.
- the first part of the device essentially consists of the area where the flame is applied.
- two flame exposure zones are exemplary 7a, 7b.
- a separation zone 14 Closes the separation zone 14 the first 8a of two convection zones 8a, 8b; the in the direction of transport last convection zone 8b, which primarily applies to temperature compensation the completion of the device.
- the material 1 is heated by the flames generated with burner nozzles 15. Doing so the heat to a significant extent via radiation from the surrounding Transfer furnace space to good 1.
- the exhaust gas from the burner is collected and exhaust gas lines 16 from the Device derived.
- the convection zones 8a, 8b each have a flow system that at least a fan 17, at least one burner 22 for heating the heating gas and nozzles 18 arranged on both sides of the material for blowing, the material for Contains purpose of convective heat transfer.
- the nozzles 18 are over a Flow channel system 19 fed by the fan 17, s. Fig. 3.
- the exhaust gas is generated by a Heat exchanger 21 passed, with which the combustion air for the gas burner is preheated.
- the convection zones 8a, 8b are expediently used for Heating recuperative burner 22 used, so here by preheating the flue gas cooled by the combustion air escapes to the exhaust pipe of the burner.
- FIG. 1 A particularly advantageous embodiment of the flame exposure zone is shown schematically in FIG.
- the heating is done by a comparison to the smaller number of flame exposure zones shown in FIG Recuperator burners 22.
- the external one is therefore omitted in this embodiment Heat exchanger 21 for preheating the combustion air.
- the recuperator burners used cheaply as high-speed burners and / or High-speed Flox burner that works automatically when the appropriate one is reached Furnace temperature from normal combustion mode to Flox mode change, execute.
- the high speed burner beams can be made using the Coanda effect with favorable design of the burner nozzle, the material to be heated on one comparatively large area, as shown in Figure 5 by the schematic Flow arrows 23 is shown.
- the axes of the burners and thus the Flame beams 24 or burner beams during Flox operation can also be used against the Be inclined vertically to apply the flow to the surface of the crop improve. It is also possible to improve the burner jets 24 Good loading through nozzle mouthpieces made of high temperature resistant Material, e.g. B. affect silicon carbide.
- FIG. 6 shows such possible advantageous examples of the nozzles of high-speed burners.
- Figure 6a shows a burner nozzle which converts the round burner jet into a flat jet deformed
- Figure 6b shows a burner nozzle in which the flat jet in the middle has a web and the two partial beams are accordingly stronger are formed as in Figure 6a.
- Figure 6c shows a burner nozzle with a Exit cross-section of the kind of a "dog bone”
- Figure 6d shows the Cross section of a burner nozzle with which the burner jet from the vertical is distracted.
- Figure 6e shows a burner nozzle which in the burner jet several - in the figure in three - resolves individual rays, which with different Impact direction on the good surface. This way Heat flow densities of 300 kW / m2 and more also over larger portions of the Achieve block surface.
- the great advantage of the rapid heating device comes from the schematic Temperature profile for the core and the surface of the goods 1, which is shown in FIG 7 is shown.
- the flame exposure zones in the example of Figure 7 are two zones, F1 and F2, assuming the furnace temperature is extremely high, as in the usual flame exposure zones according to the prior art. Since these zones are now used at the beginning of the device, there is no danger of overheating, and that shown schematically in FIG Spreading the temperature curve for different points of the good does not play Role, because in the following two convection zones K1 and K2 the temperature can compensate.
- the block 1 is surrounded by groups of individual nozzles 25, which with a Spray pattern of the nozzles adapted pitch 26 in the longitudinal direction of the block 1 these are arranged in a ring.
- the nozzles 25 of a nozzle group are included connected to each other by a supply pipe 27.
- a supply pipe 27 is supplied with the cooling fluid from the supply pipe of a nozzle group 28.
- Cooling fluid is water that is specially prepared if necessary, e.g. B. is demineralized.
- a pressure accumulator can also be used to supply the spray nozzles 25, z.
- an elevated water tank can be used.
- the block 1 is held by a clamp bracket 34 on both ends, see. Fig. 9.
- the clamp bracket 34 like a screw clamp, consists of a fixed part 34a and a movable part 34b, the movable part z. B. is drawn to the fixed part by means of cylinders 35. It can be both Pneumatic cylinders as well as hydraulic cylinders are used.
- the Clamp bracket 34 designed so that a nose 34c prevents the block from falling prevent.
- This linear guide is fixed with guide rails 37 connected, which are displaceable in guide rollers 38 in the longitudinal direction of the block.
- This Shifting causes the moving in and out of the loading and unloading position 39 blocks received with the clamp bracket.
- the shift can be like also the clamping by means of cylinder 45 pneumatically or hydraulically or with another linear output, e.g. B. by means of chain drive, spindle or rack respectively.
- the block arrives in the loading and unloading position 39 with a transverse displacement device 40, which brings the block 1 into the open clamp bracket 34.
- a transverse displacement device 40 With the Clamp bracket 34, it is possible to clamp blocks of different lengths.
- the tool side of the block is always on the fixed clamp bracket 34a so that there is a clear assignment between the temperature profile and the block.
- Figure 9 is the possibility of clamping blocks of different lengths by the position 34b of the movable clamp holder shown in dashed lines indicated.
- the spray area of the device is enclosed by a housing 41 which can be easily removed.
- the housing has one on the loading and unloading side Door, e.g. B. a lifting door 42. It is advantageous in the housing, for. B. with a appropriately sized fan to create a vacuum by Exhaust air from the housing to the outside, e.g. B. over the roof. This will reliably prevents moisture and steam from entering the installation room Cooling device and thus get into the working area of the press.
- the whole Device is supported by a steel profile frame 43 which is on the flat Hut floor can be put on.
- the angular division 44 of the individual nozzles 25 depends on their spray pattern. in the in general, a pitch angle of 45 ° is sufficient. This pitch angle permits the problem-free arrangement of the linear guide 36 without impairment the spray pattern of the nozzles on the block surface.
- the nozzle groups can be activated individually.
- the associated regulating valve 31 allows individual setting of the nozzle pressure required for each nozzle group.
- the Adjustment of the regulating valves 31 and the actuation of the shut-off elements 30 take place expediently by means of a process control.
- a cooling process at which block 1 is both cooled as a whole and one To get "temperature tapers”
- all nozzle groups are initially at the same time switched on. After a time interval sufficient for total cooling the nozzle groups, starting at the tool side of the block, switched off one after the other so that the total cooling time from the beginning of the block (Tool side) to the end of the block (press ram side) increases.
- the bigger the Time difference between switching off the nozzle group at the beginning of the block and at Block end the greater the temperature difference over the block length and the more more pronounced the "temperature tapers".
- the one used according to the invention for block 1 and on the end faces of the block attacking clamp bracket 34 guarantees a uniform, not by any deposits affected the block surface the cooling fluid.
- the clamp bracket also shields the end faces of the block, so that the heat flow in block 1 also takes place almost radially at the ends and the temperature distribution caused by the cooling does not interfere with end effects is influenced on the end faces.
- the even exposure to the Cooling fluid, here water, is guaranteed in the interesting area of the block surface temperatures an even cooling, because above the suffering frost temperature in the area of stable film evaporation, the heat transfer on a flat surface essentially depends only on the density of water.
- Figure 10 shows typical cooling curves for different measuring points in a block.
- the position of the measuring points 1 to 12 is illustrated in the sketches in the figure.
- the Numbers on the curves refer to the numbers of the Temperature measurement points. It can be seen that after a cooling time of approx. 18 s and a desired compensation time of approx. 60 s following the cooling time "Temperature taper" of approx. 10 K / 100 mm block length and the temperature also across the block cross-section up to max. approx. 20 K is balanced. This Temperature compensation continues during the time that passes until the start of the press and the time required to move and position the block of approx. 25 s further, so that both the desired Cooling as well as the desired "temperature taper" with good, reproducible Accuracy.
- the cooling according to the invention in a fixed position with different cooling times over the block length uses the well-known physical property of temperature compensation processes, the same with increasing distance between points The temperature difference with the square is slower, i.e. in the radial direction occur much faster than in the axial direction.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Pressbolzen oder - bei Verwendung einer Warmschere - Stangenabschnitten vor dem Einbringen in die Strangpresse sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to methods for the heat treatment of metallic Press studs or - if using warm shears - bar sections in front of the Introducing into the extrusion press and devices for performing the Process.
Im Folgenden werden solche Bolzen bzw. Stangenabschnitte auch als "Blöcke" bezeichnet.In the following, such bolts or rod sections are also referred to as "blocks" designated.
Gegossene, homogenisierte und anschließend abgekühlte Blöcke werden unmittelbar vor dem Einbringen in die Pressvorrichtung einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der die Blöcke wiedererwärmt, anschließlich abgekühlt und der Pressvorrichtung zugeführt werden.Cast, homogenized and then cooled blocks are immediately subjected to a heat treatment before being introduced into the pressing device, at which reheats the blocks, then cools them and the pressing device are fed.
Ein solches Verfahren geht beispielsweise aus der EP-B 1-0 302 623 hervor. Dabei wird der in üblicher Weise gegossene Pressblock, vornehmlich aus einer AIMgSi-Legierung, zunächst, dem Stand der Technik entsprechend, nach dem Gießvorgang homogenisiert und gekühlt. Vor dem Verpressen wird er auf eine Temperatur über der Löslichkeitstemperatur der bei der Abkühlung nach der Homogenisierung ausgeschiedenen Phasen erwärmt und auf dieser Temperatur so lange gehalten, bis die Phasen wieder aufgelöst sind. Nach dieser Wiedererwärmung, bei welcher sich der Block höchstens 20 Minuten auf einer Temperatur von mehr als 350 °C befindet, wird der Block schnell auf die Presstemperatur, die niedriger ist als die Löslichkeitstemperatur und höchstens 510 °C beträgt, abgekühlt. Bei dieser Abkühlung soll die erneute Ausscheidung von Phasen verhindert werden. Such a method is evident, for example, from EP-B 1-0 302 623. there the press block, which is cast in the usual way, primarily from an AIMgSi alloy, First, according to the state of the art, after the casting process homogenized and chilled. Before pressing, it is brought to a temperature the solubility temperature of the cooling after homogenization excreted phases heated and held at this temperature until the phases are dissolved again. After this reheating, at which the block is at a temperature of more than 350 ° C for a maximum of 20 minutes, the block will quickly reach the pressing temperature, which is lower than that Solubility temperature and at most 510 ° C, cooled. At this Cooling should prevent the re-excretion of phases.
Abgesehen davon, dass es technisch kaum möglich sein dürfte, in einer auf hohen Durchsatz angelegten Produktionsanlage so lange zu warten, bis alle Phasen wieder aufgelöst sind, und dass hierbei die Haltezeit noch auf eine Zeit unter 20 Minuten begrenzt ist, was die Auflösung der ausgeschiedenen Phasen in Frage stellt, ist dieses Verfahren nicht geeignet, in einem Wärmebehandlungsprozess eingesetzt zu werden, der vor dem eigentlichen Strangpressvorgang mit einer hochproduktiven Strangpresse stattfindet.Apart from the fact that it should hardly be technically possible, in a high Throughput created production plant to wait until all phases again are resolved, and that the hold time is still less than 20 minutes what is in question is the resolution of the eliminated phases this method is not suitable for being used in a heat treatment process be the one before the actual extrusion process with a highly productive Extrusion takes place.
Aus der Beschreibung geht nämlich hervor, dass bei dem Verfahren nach der EP-B1-0 302 623 der Kühlvorgang zur Erreichung der niedrigsten Abkühltemperatur bis zu 20 Minuten dauerte. Es handelt sich folglich um einen Vorgang, der im Minutenbereich abläuft und bei welchem sich die Temperatur durch die Wärmeleitung auch über größere Distanzen, also auch merklich in Blocklängsrichtung, ausgleichen kann. Dies ist auch der Grund, warum in der vorgenannten Schrift jeweils nur von einer Temperatur die Rede ist.The description shows that in the process according to EP-B1-0 302 623 the cooling process to reach the lowest cooling temperature up to Took 20 minutes. It is therefore a process that takes place in the Minute range expires and at which the temperature changes through the Heat conduction also over longer distances, so also noticeably in Block longitudinal direction, can compensate. This is also the reason why in the the aforementioned document is only a temperature.
Eine solche nur mittelmäßig schnelle Abkühlung ist jedoch von Nachteil, wenn durch die Abkühlung vor dem Verpressen ein gegen die Pressrichtung abfallendes Temperaturprofil, ein sogenannter Temperatur-Taper, im Block erreicht werden soll, weil bei einer relativ langsamen Abkühlung auch ein erheblicher Temperaturausgleich in Längsrichtung erfolgt, wodurch die Erzeugung des gewünschten Temperatur-Tapers mit Hilfe einer kontrollierten Abkühlung erschwert oder unmöglich wird. Ein solcher Temperatur-Taper ist aber bei direkt arbeitenden Strangpressen Voraussetzung für das vorteilhafte isotherme Pressen.Such an only moderately fast cooling is disadvantageous, however, when the cooling before pressing a falling against the pressing direction Temperature profile, a so-called temperature taper, is to be achieved in the block, because with a relatively slow cooling, there is also considerable temperature compensation takes place in the longitudinal direction, thereby producing the desired temperature tapers with the help of controlled cooling becomes difficult or impossible. On Such a temperature taper is used in direct working extrusion presses Precondition for the advantageous isothermal pressing.
Der Hauptzweck des in der EP-B1-0 302 623 dargestellten Verfahrens ist eine
Verbesserung der Qualität der Strangpresserzeugnisse bei gleichzeitiger Erhöhung der
Pressgeschwindigkeit. Um diesen Vorteil zu belegen, werden in der vorgenannten
Schrift Beispiele beschrieben. Dabei wird ein Verfahren nach dem Stand der Technik
mit dem Verfahren nach der EP-B1-0 302 623 verglichen. Sowohl was die
Oberflächenbeschaffenheit angeht als auch bezüglich der Festigkeitswerte, nämlich
RPO 2, RM und Dehnung, lässt sich jedoch unter Berücksichtigung der Streuung
technischer Messwerte kein merklich positiver Effekt bei Anwendung dieses
Verfahrens feststellen. Dies ist nicht verwunderlich, da die Erfahrung gezeigt hat,
dass es beim Strangpressen insbesondere von Leichtmetalllegierungen mit hoher
Produktivität sehr auf genaueste Temperaturführung ankommt. Bezüglich dieser
Temperaturführung enthält aber die vorgenannte Schrift weder Aussagen darüber,
welche Temperaturgenauigkeit erforderlich ist, noch darüber, wie diese Genauigkeit
erzielt werden soll.The main purpose of the method described in EP-B1-0 302 623 is one
Improve the quality of extruded products while increasing the
Press speed. In order to demonstrate this advantage, the aforementioned
Scripture examples described. This is a method according to the prior art
compared with the method according to EP-B1-0 302 623. Both what the
Surface quality as well as regarding the strength values, namely
Weitere Druckschriften befassen sich mit der Erwärmung solcher Blöcke einerseits und ihrer Abkühlung andererseits.Other publications deal with the heating of such blocks on the one hand and their cooling on the other.
So wird eine Vorrichtung zur Erwärmung von Pressbolzen und Stangen in der WO 83/02661 beschrieben. Dabei wird die Gutoberfläche mit Brennern bzw. Heißgasstrahlen, die durch Verbrennung erzeugt werden, beaufschlagt. Das Abgas wird mit einem oberhalb des Erwärmungsbereichs geführten Abgaskanal gesammelt und einer Vorwärmzone mit konvektiver Wärmeübertragung zugeführt. Die konvektive Wärmeübertragung erfolgt durch Beblasen des Wärmegutes mit seitlich angeordneten Schlitzdüsen, wobei der Gasstrom zur Speisung dieser Schlitzdüsen mit Ventilatoren im geschlossenen Kreislauf umgewälzt wird. Diese Vorrichtung ist zur Erwärmung mit engen Temperaturtoleranzen bei hoher Durchsatzleistung nur bedingt geeignet, da die Temperaturgenauigkeit, welche mit einer direkten Flammenbeaufschlagung erreicht werden kann, schon bei mäßigen Durchsätzen zu wünschen übrig lässt. Die Möglichkeit der Temperaturregelung wird nämlich dadurch nachteilig beeinflusst, dass der Abgassammelkanal unabhängig von dem Wärmeeintrag und damit der örtlichen Abgaserzeugung in einem bestimmten Bereich der Vorrichtung ständig in gleicher Weise Abgas abzieht. Nachteilig ist ferner, dass die konvektive Erwärmung, welche vom Prinzip her gleichmäßiger ist als die Erwärmung mit direkter Flammenbeaufschlagung, am Anfang der Vorrichtung erfolgt, wo es auf eine hohe Temperaturgenauigkeit wegen der dort noch niedrigen Materialtemperaturen nicht besonders ankommt, während am Ende des Aufheizvorganges, wo nur geringe Temperaturunterschiede toleriert werden können, ausschließlich mit direkter Flammenbeaufschlagung erwärmt wird, was verfahrensbedingt zu größeren örtlichen Temperaturunterschieden führt. Die Vorrichtung gemäß WO 83/02661 ist also im Sinne der Erwärmungsgenauigkeit ungünstig, nämlich falsch herum, aufgebaut.So is a device for heating press bolts and rods in the WO 83/02661. The surface of the crop is covered with burners or Hot gas jets generated by combustion are applied. The exhaust gas is collected with an exhaust duct above the heating area and fed to a preheating zone with convective heat transfer. The convective heat transfer takes place by blowing the heat material on the side arranged slot nozzles, the gas flow for feeding these slot nozzles with Fans are circulated in a closed circuit. This device is for Heating with narrow temperature tolerances with high throughput is only limited suitable because the temperature accuracy, which with a direct Flame exposure can be achieved even with moderate throughputs leaves a lot to be desired. The possibility of temperature control is namely adversely affected by the fact that the exhaust manifold is independent of the Heat input and thus the local exhaust gas generation in a certain area the device continuously draws off exhaust gas in the same way. Another disadvantage is that convective heating, which in principle is more uniform than that Direct flame heating at the beginning of the device takes place where there is a high temperature accuracy because of the still low there Material temperatures don't particularly matter while at the end of Heating process, where only slight temperature differences can be tolerated, what is heated only with direct flame exposure leads to larger local temperature differences due to the process. The Device according to WO 83/02661 is therefore in the sense of heating accuracy unfavorable, namely built upside down.
Um die heißen Abgase der Erwärmungszone, die z. B. mit direkter Flammenbeaufschlagung arbeitet, besser auszunutzen, wird in der DE-OS 26 37 646 eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher in Guttransportrichtung vor dem Schnellerwärrnteil mit Flammenbeaufschlagung das heiße Abgas in Konvektionsheizzonen umgewälzt und mit Düsenstrahlen auf das Gut aufgeblasen wird, bevor es die Vorrichtung durch den Abgaskamin verlässt. Die Düsen sind auf beiden Seiten des Gutes angeordnete Schlitzdüsen mit senkrecht zur Gutachse stehenden Längsachsen der Düsenöffnungen. Auch diese Vorrichtung weist die im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Erwärmung ungünstige Anordnung der Konvektionsheizzone vor der Heizzone mit direkter Flammenbeaufschlagung auf.To the hot exhaust gases from the heating zone, the z. B. with direct flame exposure works to better exploit, is in DE-OS 26 37 646 Device described in which in the direction of good transport before Faster heating section with flame exposure to the hot exhaust gas Convection heating zones circulated and blown onto the goods with jet jets before it leaves the device through the exhaust stack. The nozzles are open Slit nozzles arranged on both sides of the good with perpendicular to the good axis standing longitudinal axes of the nozzle openings. This device also has the In view of the uniformity of the heating unfavorable arrangement of the Convection heating zone in front of the heating zone with direct flame exposure.
Weitere Vorrichtungen mit konvektiver Erwärmung ohne jegliche direkte Flammenbeaufschlagung des Gutes sind aus der DE-OS 35 09 483 A1, DE 34 18 603 C1 und DE 195 38 364 C2 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen wird der zum Zweck der konvektiven Wärmeübertragung in den Konvektionszonen umgewälzte Gasstrom mit Heizeinrichtungen erwärmt und die Wärme von diesem Gasstrom auf das Gut übertragen. Other devices with convective heating without any direct Flame exposure to the goods are from DE-OS 35 09 483 A1, DE 34 18 603 C1 and DE 195 38 364 C2 are known. In these devices, the purpose the convective heat transfer in the convection zones circulated gas flow heated with heaters and the heat from this gas stream to the estate transfer.
Alle diese Vorrichtungen weisen erhebliche Nachteile auf. Bei den Vorrichtungen mit konvektiver Erwärmung ohne direkte Flammenbeaufschlagung lässt sich zwar eine gleichmäßige Erwärmung mit hinreichend gleichförmiger Temperaturverteilung erzielen, durch die Begrenzung der Betriebstemperatur auf die maximal für das mit einem Heißgasventilator ausgestattete Konvektionssystem zuträgliche Temperatur ergibt sich jedoch eine Limitierung der auf die Gutoberfläche maximal übertragbaren Wärmestromdichte und damit eine Begrenzung der Aufheizgeschwindigkeit. Die Folge sind relativ kleine Durchsatzleistungen oder lange Anlagen mit den bekannten Nachteilen durch die relativ lange Gutsäule bei Legierungswechseln während der Produktion, die in der Regel auch eine Änderung der Gut-Endtemperatur erfordern. Dadurch sind solche Vorrichtungen im Produktionsbetrieb unflexibel und für die Durchführung von Verfahren die hohe Genauigkeit erfordern, ungeeignet. Weitere Nachteile sind die durch die größere Länge bedingten höheren Kosten sowie der höhere Platzbedarf.All of these devices have significant disadvantages. With the devices with convective heating without direct flame exposure can be done uniform heating with a sufficiently uniform temperature distribution achieve by limiting the operating temperature to the maximum for that a convection system equipped with a hot gas fan however, there is a limit to the maximum that can be transferred to the good surface Heat flow density and thus a limitation of the heating rate. The The result is relatively low throughput rates or long systems with the known ones Disadvantages due to the relatively long pillar when changing alloys during the Production, which usually also require a change in the final good temperature. Such devices are inflexible in production and for Performing procedures that require high accuracy is unsuitable. Further Disadvantages are the higher costs due to the longer length and the higher space requirements.
Vorrichtungen mit Erwärmung durch direkte Flammenbeaufschlagung gestatten zwar durch die hohe Ofenraumtemperatur - bei Vorrichtungen zur Erwärmung von Leichtmetall-Legierungen um 1000° C - recht hohe Aufheizgeschwindigkeiten, jedoch ist die Temperaturverteilung im Gut sehr ungleichmäßig. Insbesondere bei wechselnden Gutoberflächen lässt sich wegen des wechselnden starken Strahlungseinflusses auch mit aufwendiger Steuerung und Regeltechnik keine zufriedenstellende Temperaturgleichmäßigkeit erreichen. Bei plötzlichem Stopp des Produktionsablaufes, z. B. wegen eines Pressen- oder Werkzeugproblems, kommt es sogar häufig zu Anschmelzungen des Wärmgutes. Außerdem ist die Energieausnutzung gering und folglich der auf den Gutdurchsatz bezogene Heizleistungs- und Energiebedarf hoch.Devices with heating by direct flame exposure do admit due to the high furnace chamber temperature - for devices for heating light metal alloys around 1000 ° C - quite high heating rates, however the temperature distribution in the estate is very uneven. Especially when changing Good surfaces can also be used due to the changing strong radiation influence with elaborate control and regulation technology no satisfactory Achieve temperature uniformity. If the production process suddenly stops, z. B. because of a press or tool problem, it even happens frequently for melting of the heating material. In addition, the energy utilization is low and consequently the heating power and energy requirements related to the material throughput high.
Auch bei der aus DE-OS 26 37 646 bekannten Vorrichtung mit konvektiver Vorwärmung sind diese Nachteile vorhanden. Die Energieausnutzung ist zwar etwas besser, bedingt durch die Verknüpfung der Vorwärmung mit der Schnellerwärmung, z. B. durch direkte Flammenbeaufschlagung: Es fällt nur Abgas an, wenn die Flammenbeaufschlagung arbeitet, dafür ist die Temperaturregelung noch schwieriger und die Temperaturgenauigkeit im Gut, insbesondere bei Produktionsunterbrechungen, z. B. bei Werkzeugwechsel, unbefriedigend. Daher ist eine derartige Vorrichtung nicht einsetzbar, wenn an die Temperaturgleichmäßigkeit besondere Ansprüche gestellt werden müssen, wie z. B. beim Erwärmen von Aluminiumlegierungen AIMgSi auf Presstemperaturen im Homogenisierungstemperaturbereich und nahe der Schmelztemperatur mit anschließender Schnellkühlung vor dem Strangpressen zwecks Erhöhung der Produktivität und Qualität.Also in the device known from DE-OS 26 37 646 with convective preheating these disadvantages exist. The energy utilization is a bit better, due to the combination of preheating with rapid heating, e.g. B. through direct flame exposure: Exhaust gas is only generated when the flame is applied works, but the temperature control is even more difficult and Temperature accuracy in the goods, especially during production interruptions, e.g. B. when changing tools, unsatisfactory. Therefore, such a device is not Can be used if special demands are made on temperature uniformity need to be such. B. when heating aluminum alloys AIMgSi Press temperatures in the homogenization temperature range and close to the melting temperature with subsequent rapid cooling before extrusion to increase of productivity and quality.
Für die Durchführung des Abkühlvorganges sind eine Reihe von Kühleinrichtungen bekannt. Die US-A 5,027,634 beschreibt eine Kühleinrichtung, die aus zumindest einem Kühlring besteht, durch welchen der Block während des Kühlvorganges mittels einer Stoßeinrichtung geschoben wird. Durch die Veränderung der Stoßgeschwindigkeit lässt sich die mit der Kühleinrichtung bewirkte Abkühlung über der Blocklänge beeinflussen. Der Kühlring selbst weist zahlreiche Bohrungen mit relativ geringem Durchmesser auf, durch welche das als Kühlfluid benutzte Wasser auf den Block gespritzt wird. Zur Durchfahrt der Stoßeinrichtung ist der Kühlring oben offen. Nachteilig sind bei dieser Vorrichtung außer der komplizierten Steuerung der Blockbewegungen und der aufwendigen Transportmechanik insbesondere die kleinen Kühldüsen, die leicht zum Verstopfen neigen, und die ungleiche Kühlwirkung über dem Umfang, die durch die Öffnung oben im Kühlring zur Durchfahrt der Stoßeinrichtung bedingt ist, weil in diesem Bereich Kühldüsen fehlen.A number of cooling devices are used to carry out the cooling process known. US-A 5,027,634 describes a cooling device which consists of at least there is a cooling ring through which the block during the cooling process a pushing device is pushed. By changing the The cooling effect brought about by the cooling device can be achieved at an impact speed affect the block length. The cooling ring itself has numerous holes relatively small diameter through which the water used as the cooling fluid is sprayed on the block. The cooling ring is for the passage of the impact device open at the top. A disadvantage of this device, besides the complicated control the block movements and the complex transport mechanics in particular the small cooling nozzles that tend to clog and the uneven cooling effect over the circumference through the opening in the top of the cooling ring for passage of the Shocking device is necessary because there are no cooling nozzles in this area.
Durch die Vorrichtung nach der US-A 5,425,386 wird versucht, den Nachteil der kleinen Bohrungen im Kühlring durch einen Kreisringschlitz als Düsenöffnung zu vermeiden. Die komplizierte Transportmechanik und die aufwendige Steuerung der Blockbewegung sind aber nach wie vor erforderlich. Außerdem wird der Kreisring als Düsenöffnung aus einer Vorkammer mit dem Kühlfluid versorgt, so dass um den Umfang des ganzen Düsenschlitzes der gleiche Druck zur Verfügung steht. Es gibt daher keine Möglichkeit, die Kühlung den Erfordernissen der Orientierung der Blockoberfläche anzupassen. Während eines beträchtlichen Teils des Kühlvorganges befindet sich die Blockoberflächentemperatur weit oberhalb der Leidenfrost-Temperatur, so dass der Kühlvorgang durch den Dampffilm unmittelbar an der Oberfläche des Blocks bestimmt wird. Bei horizontaler Lage des Blocks ist dieser Dampffilm auf der Unterseite, auf der Oberseite und an den beiden Seiten des Blocks, wo die Tangente an die Oberfläche vertikal verläuft, unterschiedlich. Folglich sollte auch die Wasserbeaufschlagung zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Kühlung diesen unterschiedlichen Situationen angepasst werden können.The device according to US Pat. No. 5,425,386 attempts to overcome the disadvantage of small holes in the cooling ring through a circular slot as a nozzle opening avoid. The complicated transport mechanics and the complex control of the Block movements are still required. In addition, the annulus supplied as a nozzle opening from a prechamber with the cooling fluid, so that around the Circumference of the entire nozzle slot the same pressure is available. There are therefore no way to meet the needs of orientation of the cooling Adjust block surface. During a significant part of the cooling process the block surface temperature is far above the Suffering frost temperature, so that the cooling process through the vapor film immediately is determined on the surface of the block. When the block is horizontal this vapor film on the bottom, on the top and on both sides of the Blocks where the tangent to the surface is vertical are different. Consequently, water should also be applied to achieve an even level Cooling can be adapted to these different situations.
Mit der Vorrichtung nach der US-A 5,325,694 wird versucht, durch Aufbau eines Regelkreises, der die durch die Kühlung bewirkte Temperaturabsenkung des Blocks mit der Blockvorschubgeschwindigkeit verknüpft, die Handhabung der Vorrichtung zu vereinfachen und die Steuerung zu automatisieren. Dabei wird aber die Vorrichtung durch die zusätzlich erforderlichen Sensoren nicht nur aufwendiger, sondern auch störanfälliger.With the device according to US-A 5,325,694 an attempt is made to build a Control circuit, which reduces the temperature of the block caused by the cooling linked to the block feed rate, the handling of the device to simplify and automate the control. But the Device not only more complex due to the additionally required sensors, but also more prone to failure.
Die US-A 5,337,768 beschreibt eine weitere Ausführungsform der Regelung einer solchen Vorrichtung, welche aber die gleichen prinzipiellen Nachteile wie die vorgenannte US-A 5,325,694 aufweist.US-A 5,337,768 describes a further embodiment of the regulation of a such device, but which have the same basic disadvantages as the the aforementioned US-A 5,325,694.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Pressbolzen oder Stangenabschnitten vor dem Einbringen in die Strangpresse, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei denen die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere sollen Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen werden, die eine sehr schnelle und gleichzeitig in der Temperaturführung sehr exakte Wärmebehandlung aus Wiedererwärmung und Kühlung ermöglichen. The invention has for its object methods for heat treatment of metallic press studs or rod sections before insertion into the Extrusion press, as well as devices to carry out the method to create who do not experience the disadvantages mentioned above. In particular, procedures and devices are proposed that are very fast and at the same time the temperature control very precise heat treatment from reheating and Allow cooling.
Dies wird durch die Merkmale der jeweiligen Hauptansprüche 1, 2, 4 und 6 erreicht, während
zweckmäßige Varianten dieser Verfahren und Vorrichtung durch die zugehörigen
Unteransprüche definiert werden.This is achieved through the features of the respective
Beim Strangpressen, insbesondere von Leichtmetalllegierungen, kommt es zur Erzielung einer hohen Produktivität darauf an, dass der gesamte Strang mit möglichst hoher Geschwindigkeit bei Einhaltung einer bestimmten und optimalen Strangaustrittstemperatur verpresst wird. Um dieses Ziel zu erreichen, sind, abhängig von Profilform und Werkzeug - also vom Umformgrad - und von der gewünschten, aus Produktivitätsgründen möglichst hohen Pressgeschwindigkeit -also abhängig von der Umformleistung - unterschiedliche Anfangstemperaturen des Blocks erforderlich. Bei direkt arbeitenden Strangpressen, wie sie üblicherweise für Leichtmetalllegierungen verwendet werden, kommt es zusätzlich noch darauf an, dass der Block zu Beginn des Pressvorganges ein entgegen der Pressrichtung abfallendes Temperaturprofil, einen sogenannten "Temperaturtaper", aufweist. Dieser Temperaturtaper ist, wie seit längerem als Stand der Technik bekannt, erforderlich, um den vom Blockanfang bis zum Blockende zunehmenden Eintrag an mechanischer Energie auszugleichen, die beim Pressvorgang in Wärme umgewandelt wird, so dass dennoch der Pressvorgang isotherm ablaufen kann. Je genauer dieser Temperaturtaper auf die jeweiligen Pressbedingungen abgestimmt ist, umso höher kann die Pressgeschwindigkeit gewählt werden und umso größer ist die Produktivität.In extrusion, especially of light metal alloys, this is achieved a high level of productivity that the entire strand with as much as possible high speed while maintaining a certain and optimal Strand exit temperature is pressed. To achieve this goal are dependent of profile shape and tool - i.e. the degree of deformation - and the desired for productivity reasons the highest possible press speed - so depending on the forming capacity - different starting temperatures of the block are required. For directly working extrusion presses, as they are usually used for Light metal alloys are used, it is also important that the block at the beginning of the pressing process is falling against the pressing direction Has temperature profile, a so-called "Temperaturtaper". This Temperaturtaper, as has long been known as the prior art, is required by the increasing mechanical input from the beginning of the block to the end of the block Balance energy that is converted into heat during the pressing process, so that nevertheless the pressing process can proceed isothermally. The more precise this Temperature taper is matched to the respective pressing conditions, the higher the press speed can be selected and the greater the productivity.
Erfindungsgemäß werden Bolzen bzw. Stangen, also Blöcke, zunächst möglichst rasch auf eine möglichst hohe, vom jeweiligen Material abhängige Presstemperatur erwärmt, wobei nach dieser Erwärmung die Temperatur im Block mit sehr geringer Temperaturtoleranz gleichmäßig verteilt ist. Typisch ist z. B. für Leichtmetalllegierungen eine Temperaturtoleranz von weniger als ± 10 K, z. B. ± 5 K für Blockdurchmesser von 250 mm bis 300 mm. According to the invention, bolts or rods, i.e. blocks, are initially possible quickly to the highest possible pressing temperature, depending on the respective material heated, after this heating the temperature in the block with very low Temperature tolerance is evenly distributed. Typical is e.g. B. for Light metal alloys have a temperature tolerance of less than ± 10 K, e.g. B. ± 5 K for block diameters from 250 mm to 300 mm.
Nach dieser Erwärmung ist es besonders bei hochproduktivem Stangpressbetrieb vorteilhaft, den Block in einer Schroffkühleinrichtung mit Wasser möglichst rasch zu kühlen, so dass nach dieser Schroffabkühlung und dem Temperaturausgleich infolge der vom Blockmaterial abhängigen Wärmeleitung dieser mit der gewünschten engen Toleranz, die für das jeweilige Presswerkzeug - also die jeweilige Profilform - und die jeweils gewünschte, aus Produktivitätsgründen möglichst hohe Pressgeschwindigkeit optimale Anfangstemperatur an der dem Werkzeug zugewandten Seite des Blocks sowie die jeweils optimale Verteilung dieser Temperatur über der Länge des Blocks aufweist. Typisch ist für die möglichst rasche Abkühlung eine aktive Kühlzeit von ca. 30 s, an welche sich eine Zeit für den Temperaturausgleich durch Wärmeleitung, der vornehmlich über dem Querschnitt des Blocks stattfindet, anschließt, die typisch etwas länger ist als die aktive Kühlzeit. Nach der raschen Abkühlung wird der Block in die Strangpresse verbracht und verpresst. Die hierzu erforderliche Transferzeit wird bei der Bemessung der Zeitspanne für den Temperaturausgleich infolge Wärmeleitung mitberücksichtigt.After this heating, it is particularly important in highly productive extrusion operations advantageous to close the block as quickly as possible with water in a rugged cooling device cool so that after this rugged cooling and temperature compensation as a result the heat conduction depending on the block material with the desired tight Tolerance for the respective pressing tool - i.e. the respective profile shape - and the desired one, as high as possible for productivity reasons Press speed optimal starting temperature at the tool facing Side of the block and the optimal distribution of this temperature over the length of the block. It is typical for cooling as quickly as possible an active cooling time of approx. 30 s, followed by a time for temperature compensation by heat conduction, which mainly takes place over the cross section of the block, that is typically slightly longer than the active cooling time. After the quick After cooling, the block is placed in the extrusion press and pressed. The The transfer time required for this is used in the calculation of the time period for the Temperature compensation due to heat conduction also taken into account.
Das erfindungemäße Verfahren erlaubt im Gegensatz zum Stand der Technik die Bereitstellung des Blocks mit genau der jeweils erforderlichen Temperatur bzw. Temperaturverteilung und dies mit der notwendigen geringen Temperaturtoleranz.In contrast to the prior art, the method according to the invention permits Provision of the block with exactly the required temperature or Temperature distribution and this with the necessary low temperature tolerance.
Beim Verpressen schwer pressbarer Leichtmetalllegierungen, z. B. Legierungen mit den Nummern 7xxx und 2xxx, wozu üblicherweise indirekt arbeitende Strangpressen verwendet werden, um den Reibungseinfluss der Rezipientenwand auszuschließen, ist es vorteilhaft, dass der Block am Anfang eine definiert höhere Temperatur aufweist als die im übrigen Block möglichst gleichmäßig verteilte Presstemperatur. Auch dies ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einfach möglich, da neben einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auch über die Blocklänge örtlich Temperaturunterschiede, z. B. höhere Temperatur nur am Blockanfang, erzeugt werden können. When pressing light alloys that are difficult to press, e.g. B. Alloys with the numbers 7xxx and 2xxx, for which purpose usually indirect extrusion presses are used to exclude the influence of friction on the recipient wall, it is advantageous that the block has a defined higher temperature at the beginning than the pressing temperature distributed as evenly as possible in the rest of the block. This is also easily possible with the method according to the invention, because in addition to a uniform temperature distribution also locally over the block length Temperature differences, e.g. B. higher temperature only at the beginning of the block can be.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Eignung für den Pressbetrieb mit höchster Produktivität. Wenn nämlich Kühlzeit und Temperaturausgleichzeit länger sind als die Pressfolge, die sogenannte Blockfolgezeit, so können zwei Kühleinrichtungen parallel betrieben werden, so dass unabhängig von der Blockfolgezeit jeder Block individuell die notwendige Kühlzeit sowie Ausgleichszeit erfahren kann, auch wenn die beiden Zeitabschnitte in der Addition länger sind als die Blockfolgezeit.Another advantage of the method according to the invention is its suitability for the Press operation with maximum productivity. If cooling time and Temperature compensation time are longer than the press sequence, the so-called Block sequence time, so two cooling devices can be operated in parallel, so that regardless of the block sequence time, each block individually the necessary cooling time as well as compensation time can experience, even if the two periods in the Addition are longer than the block sequence time.
Auch bei unbeabsichtigten Unterbrechungen des Pressbetriebs, deren Folgen umso gravierender sind, je höher die Produktivität der Strangpresse ist, weist das erfindungsgemäße Verfahren entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Es wird nämlich erfindungsgemäß die Schnellerwärmung mittels direkter Flammenbeaufschlagung während des ersten Teils des Erwärmungsvorganges mit einer konvektiven Erwärmung im abschließenden Teil kombiniert. Bei dieser konvektiven Erwärmung kann durch geeignete Wahl der Gastemperatur jegliche Materialüberhitzung auch bei einer Pressunterbrechung und folglich Stillstand des Blocktransports ausgeschlossen werden. Sobald die Presse wieder betriebsklar ist, steht sofort ein Block mit genau der richtigen Presstemperatur zur Verfügung.Even in the event of unintentional interruptions in the press operation, the consequences of this are more serious, the higher the productivity of the extrusion press, the invention has Process decisive advantages over the prior art on. This is because, according to the invention, the rapid heating by means of direct flame exposure during the first part of the heating process with a combined convective heating in the final part. With this convective Warming can be done by a suitable choice of gas temperature Material overheating even in the event of a press interruption and consequent standstill of Block transports can be excluded. As soon as the press is operational again, a block with exactly the right pressing temperature is immediately available.
Dieser erfindungsgemäße wesentliche Vorteil wird bereits dadurch erreicht, dass nach der Erfindung eine Schnellerwärmungseinrichtung mit direkter Flammenbeaufschlagung entsprechend dem bekannten Stand der Technik mit einer konvektiven Nacherwärmung, in welcher auch der Temperaturausgleich stattfindet, kombiniert wird. Diese Lösung erfordert wegen der geringeren Kosten der üblichen Brenner im Vergleich zu den besonders vorteilhaft einzusetzenden Rekuperatorbrennern einen etwas geringeren Kostenaufwand. Der Hauptvorteil dieser einfachen Lösung ist jedoch, dass sie sich für Nachrüstungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet, indem an eine vorhandene Schnellerwärmungsanlage mit direkter Flammenbeaufschlagung einfach mindestens eine Konvektionserwärmungszone angebaut wird. This essential advantage according to the invention is already achieved in that according to the invention a rapid heating device with a direct Flame exposure according to the known prior art with a convective reheating, in which the temperature compensation also takes place, is combined. This solution requires the usual because of the lower cost Burner compared to the particularly advantageous to use Recuperative burners have a slightly lower cost. The main advantage However, this simple solution is that it is suitable for retrofitting Implementation of the method according to the invention is suitable by adding to an existing one Quick heating system with direct flame exposure simply at least a convection heating zone is being built.
Ein wesentlicher Vorteil, welcher die Produktionskosten betrifft, ist der im Vergleich zu Anlagen entsprechend dem Stand der Technik äußerst geringe Gasverbrauch, der durch den vorteilhaften Einsatz von Brennern mit integriertem Abgasrekuperator zur Vorwärmung der Verbrennungsluft erreicht wird. Neben diesem Kostenvorteil ist die Verwendung von Rekuperatorbrennern mit integrierter Verbrennungsluftvorwärmung auch regelungstechnisch von großem Vorteil, da Verbrennungsluftvorwärmung und Brennerbetrieb eindeutig miteinander verknüpft sind. Bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik wird demgegenüber das Abgas aller Brenner gesammelt, an einer Stelle - üblich ist der Anfang der Flammenbeaufschlagungszone - abgezogen und einem zentralen Wärmetauscher für die Verbrennungsluftvorwärmung zugeführt. Durch die zentrale Abgasabsaugung entsteht im Ofen eine Längsströmung, welche das Temperaturregelverhalten der einzelnen Zonen nachteilig beeinflusst. Wenn bei der Entnahme eines Blocks die Tür auf der Austrittsseite der Erwärmungseinrichtung geöffnet wird, kann bei kontinuierlichem Betrieb der Abgasabsaugung sogar Kaltluft in den Ofen eintreten, was wiederum die Temperaturverteilung in der Materialsäule sowie die Temperaturregelung nachteilig beeinflusst. Beim Verfahren gemäß Erfindung und mit der erfindungsgemäßen Erwärmungsvorrichtung wird durch den Betrieb von Rekuperatorbrennern mit Abgaseduktor erreicht, dass nur dann Abgas in gleicher oder nahezu gleicher Menge wie das erzeugte Verbrennungsgas abgezogen wird, wenn der jeweilige Brenner auch wirklich eingeschaltet ist.A major advantage, which concerns the production costs, is that in Extremely low compared to systems according to the state of the art Gas consumption due to the advantageous use of burners with integrated Exhaust gas recuperator for preheating the combustion air is reached. Next this cost advantage is the use of recuperative burners with integrated Combustion air preheating is also a great advantage in terms of control technology, because Combustion air preheating and burner operation are clearly linked are. In contrast, in systems according to the prior art, the exhaust gas all burners collected in one place - the beginning of the is common Flame exposure zone - deducted and a central heat exchanger for the combustion air preheating supplied. Through the central exhaust gas extraction there is a longitudinal flow in the furnace which determines the temperature control behavior of the individual zones adversely affected. If the door when removing a block on the outlet side of the heating device can be opened at continuous operation of the exhaust gas extraction even cold air enters the furnace, which in turn the temperature distribution in the material column as well as the Temperature control adversely affected. In the method according to the invention and with the heating device according to the invention is by the operation of Recuperative burners with exhaust gas reducers achieved that only exhaust gas in the same or almost the same amount as the combustion gas generated is withdrawn, if the respective burner is really switched on.
Zusätzlich zu diesem regelungstechnischen Vorteil ergibt sich auch noch ein Vorteil im Hinblick auf eine Verbesserung des Wärmeübergangs. Die Rekuperatorbrenner werden nämlich mit einer sehr hohen Flammenaustrittsgeschwindigkeit betrieben. Dadurch bildet sich ein Strahl, welcher den Block kräftig umspült und für eine Steigerung des konvektiven Wärmeübergangs auch ohne die Verwendung eines besonderen Strömungsantriebes sorgt. Hinzu kommt, dass durch die Induktionswirkung des impulsreichen Brennerstrahls auch das in der Erwärmungsvorrichtung vorhandene heiße Abgas mit umgewälzt wird, was wiederum den konvektiven Wärmeübergang steigert.In addition to this control advantage, there is also an advantage with a view to improving heat transfer. The recuperator burners are namely operated at a very high flame exit speed. This creates a jet that flushes the block vigorously and for one Increase in convective heat transfer even without using a special flow drive ensures. On top of that, through the Induction effect of the pulsed burner jet also in the Existing hot exhaust gas is circulated with what in turn increases the convective heat transfer.
Ferner besteht noch die Möglichkeit, beim erfindungsgemäßen Verfahren, welches zur Erwärmung Rekuperatorbrenner vorsieht, auch solche Rekuperatorbrenner einzusetzen, welche bei entsprechend hohen Ofeninnenraumtemperaturen im sogenannten Flox-Modus mit flammenloser Oxidation arbeiten. Flammenlose Oxidation bedeutet, dass im Brenner eine Vermischung zwischen Gas, Abgas und Verbrennungsluft derart erfolgt, dass keine Flamme sichtbar ist und die Wärmeenergie freisetzende Oxidation gewissermaßen im Brennerstrahl stattfindet. Dies hat entscheidende Vorteile für die Vergleichmäßigung des Wärmeübergangs an der Blockoberfläche.Furthermore, there is also the possibility, in the method according to the invention, which provides for recuperator burners, also such recuperator burners to be used, which with so high furnace interior temperatures in the so-called Flox mode work with flameless oxidation. Flameless oxidation means that there is a mixture between gas, exhaust gas and combustion air in the burner in such a way that no flame is visible and the heat energy is released Oxidation takes place to a certain extent in the burner jet. This has crucial Advantages for the equalization of the heat transfer on the block surface.
Die vorerwähnten Rekuperatorbrenner, teilweise auch für Flox-Betrieb geeignet,
sind in der EP 0 463 218 B1, EP 0 685 683 B1 sowie DE 195 41
922 C2 beschrieben.The aforementioned recuperator burners, partly also suitable for Flox operation,
are in
Schließlich führt die erfindungsgemäße Verwendung von Rekuperatorbrennern zu einer Verkürzung der erforderlichen Anlagenlänge im Vergleich mit einer Anlage gleicher Leistung nach dem Stand der Technik. Der Grund hierfür ist, dass die Vorwärmzone, welche bei Anlagen gemäss Stand der Technik erforderlich ist, um wenigstens einen Teil der Abgaswärme zu rekuperieren, entfällt. Diese kürzere Baulänge bei größerer Leistung bedeutet nicht nur eine Platzersparnis, sondern ist auch verfahrenstechnisch von Vorteil, da die in der Anlage enthaltene Blocksäule kürzer ist, was den Betrieb der Anlage mit unterschiedlichen Legierungen wesentlich vereinfacht.Finally, the use of recuperative burners leads to the invention a shortening of the required system length in comparison with a system same performance according to the state of the art. The reason for this is that the Preheating zone, which is required in systems according to the state of the art, in order to There is no need to recuperate at least part of the exhaust gas heat. This shorter one Overall length with greater performance not only means saving space, it is also advantageous from a procedural point of view, since the block column contained in the system Shorter is what the operation of the plant with different alloys is essential simplified.
Zusammengefasst weist also das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf die
Erwärmung folgende Vorteile auf:
Weitere Vorteile weisen das erfindungsgemäße Kühlverfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens auf. Es wird nämlich nicht, wie beim Stand der Technik, ein Block durch einen Kühlring in Längsrichtung hindurchbewegt, sondern der Block, an seinen Stirnflächen gehalten, insgesamt in eine stationäre Kühleinrichtung eingebracht. Die Kühlung erfolgt mittels ringförmiger Anordnung von Einzeldüsen, die sich während des Kühlvorganges in genau definierter, fester Position, bezogen auf den Block, befinden. Die gewünschte, zur Erzielung der geforderten Temperatur bzw. Temperaturverteilung notwendige Kühlwirkung wird durch den Betrieb dieser in Ringen angeordneten Einzeldüsen mit unterschiedlichen Drücken und/oder unterschiedlichen Einschaltzeit erreicht. Der Aufwand für Steuerung und Handhabung ist wesentlich geringer als für Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik; zudem ist die Genauigkeit im Hinblick auf die zu erreichende Temperatur und Temperaturverteilung höher als bei bekannten Einrichtungen und Verfahren.The cooling method according to the invention and the Device for performing this method. Because it won't be like in the prior art, a block through a cooling ring in the longitudinal direction moved through, but the block, held on its end faces, in total introduced a stationary cooling device. The cooling takes place by means of annular arrangement of individual nozzles, which are in during the cooling process precisely defined, fixed position in relation to the block. The Desired, to achieve the required temperature or temperature distribution necessary cooling effect is arranged by the operation of these in rings Individual nozzles with different pressures and / or different switch-on times reached. The effort for control and handling is much less than for devices according to the state of the art; in addition, the accuracy in the With regard to the temperature and temperature distribution to be achieved higher than at known facilities and methods.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende, schematische Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments Reference to the accompanying schematic drawing explained in more detail.
Es zeigen
-
Figur 1 - den Temperaturverlauf für einen Block über der Zeit von Beginn der Schnellerwärmung über die Schroffabkühlung bis zum Verbringen in die Presse;
-
Figur 2 - die Anordnung der einzelnen Aggregate zur Durchführung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung;
-
Figur 3 - eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der Schnellerwärrnung mit Schnittdarstellungen der hintereinander angeordneten Vorrichtungsteile, wobei die Erwärmung mit direkter Flammenbeaufschlagung nach dem Stand der Technik erfolgt;
-
Figur 4 - ein Fließbild der in
Figur 3 schematisch dargestellten Anlage zur Durchführung der Schnelleerwärmung; -
Figur 5 - eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform der Zone der Vorrichtung mit direkter Flammenbeaufschlagung mit Verwendung von Rekuperatorbrennern;
-
F igur 6 - vorteilhafte Düsen-Formen für Hochgeschwindigkeits-Rekuperator brenner;
-
Figur 7 - einen typischen Temperaturverlauf in den einzelnen Teilen der Erwärmungsvorrichtung und im mit der Vorrichtung erwärmten Gut;
- Figur8
- die Schroffabkühlvorrichtung in einem schematisch dargestellten, vereinfachten Querschnitt;
-
Figur 9 - eine schematisch vereinfachte Längsansicht der Schroffabkühlvorrichtung, bei welcher das Gehäuse im Schnitt dargestellt ist;
-
Figur 10 - ein Diagramm mit typischen Abkühlkurven für die im Diagramm bezeichneten Messpunkte im abzukühlenden Block.
- Figure 1
- the temperature curve for a block over time from the start of rapid heating through the cooling of the rug to the time it was brought into the press;
- Figure 2
- the arrangement of the individual units for carrying out the heat treatment according to the invention;
- Figure 3
- a schematic representation of a device according to the invention for performing the rapid heating with sectional views of the device parts arranged one behind the other, the heating being carried out with direct flame exposure according to the prior art;
- Figure 4
- a flow diagram of the plant shown schematically in Figure 3 for performing the rapid heating;
- Figure 5
- another embodiment according to the invention of the zone of the device with direct flame application using recuperative burners;
-
F igur 6 - advantageous nozzle shapes for high-speed recuperator burners;
- Figure 7
- a typical temperature profile in the individual parts of the heating device and in the material heated with the device;
- Figur8
- the Schroffabkühlvorrichtung in a schematic, simplified cross section;
- Figure 9
- a schematically simplified longitudinal view of the Schroffabkühlvorrichtung, in which the housing is shown in section;
- Figure 10
- a diagram with typical cooling curves for the measuring points designated in the diagram in the block to be cooled.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Figur 1 erläutert. In Figur 1 ist schematisch der Temperaturverlauf für einen Block über der Zeit vom Beginn der Erwärmung bis zum Verbringen in die Presse dargestellt ist. Zunächst erfährt der Block eine Schnellerwärmung in maximal 20 Minuten im Bereich der Vorrichtung, welche im Beispiel der Figur 1 mit direkter Flammenbeaufschlagung durch Rekuperator- bzw. Rekuperator-Flox-Brenner arbeitet, so dass keine Vorwärmzone zur Abgaskühlung vorhanden ist. Der Abschluss der Erwärmung erfolgt in mindestens einer Zone mit konvektiver Wärmeübertragung bei vergleichsweise geringer Übertemperatur. Hier findet auch der Temperaturausgleich für maximal 3 Minuten statt. Anschließend erfolgt die Verbringung zur Kühlstation. Nach der aktiven Kühlzeit von maximal 30 Sekunden durchläuft der Block eine Temperaturausgleichszeit. Im Endteil dieser Ausgleichszeit wird der Block zur Presse verbracht und weist dann bei isothermem Pressen eine Temperaturdifferenz zwischen Blockende und Blockanfang auf. The method according to the present invention is illustrated by FIG. 1. In Figure 1 is a schematic of the temperature profile for a block over time from Start of heating is shown until it is brought into the press. First the block experiences rapid heating in a maximum of 20 minutes in the area of the Device, which in the example of Figure 1 with direct flame exposure works through recuperator or recuperator Flox burners, so that none Preheating zone for exhaust gas cooling is available. The completion of the warming takes place in at least one zone with convective heat transfer comparatively low overtemperature. The temperature compensation also takes place here for a maximum of 3 minutes. Then the transfer to the cooling station takes place. After the active cooling time of maximum 30 seconds, the block runs through one Temperature compensation time. In the end of this equalization period, the block becomes Press spent and then shows a temperature difference in isothermal pressing between the end of the block and the beginning of the block.
Figur 2 zeigt schematisch, wie die einzelnen Aggregate zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens angeordnet sind. Die Presse ist schematisch durch die
Bezugszeichen 2 und 3 angedeutet. 2 bezeichnet den Rezipienten, in welchem der
Block 1 eingeschoben und während des Extrusionsvorganges mit dem Pressenstempel
3 gepresst wird. Das extrudierte Profil, bzw. bei Werkzeugen mit
mehreren Auslassen die Profile (nicht dargestellt), werden auf dem Pressenauslauf
12 geführt. Geladen wird der Block 1 in die Presse 2, 3 mit einem Blocklader 4, der
ebenfalls nur schematisch angedeutet ist.Figure 2 shows schematically how the individual units for performing the invention
Procedure are arranged. The press is schematic through the
Die Erwärmung erfolgt in der Durchlaufrichtung 9 zunächst durch direkte
Flammenbeaufschlagung in dem vorderen Teil der Erwärmungsvorrichtung 7 und
anschließend beispielhaft in zwei hintereinander geschalteten Konvektionszonen 8a
und 8b, wobei die in Durchlaufrichtung 9 letzte Konvektionszone 8b mit niedriger
Gastemperatur betrieben wird als die vordere Zone 8a. Von der
Erwärmungsvorrichtung 7 gelangt der Block in einen Quertransport 5. Die
Bewegungsrichtung ist durch den Pfeil 10 angedeutet. Vom Quertransport 5 wird der
Block entweder in die Kühlstation 6a oder in die Kühlstation 6b eingebracht und
bewegt sich dabei in Richtung der Bewegungspfeile 11 a bzw. 11 b. Wie bereits
erwähnt, ist mehr als eine Kühlstation dann sinnvoll, wenn eine Anlage mit hoher
Produktivität und kurzer Blockfolgezeit arbeitet.The heating takes place in the direction of
Das Gut 1, eine Säule aus bereits auf Länge abgesägten einzelnen Bolzen oder
Stangen (in der Figur aus Gründen der Vereinfachung lediglich angedeutet), wird
über eine Transporteinrichtung, z. B. wie in Figur 3 gezeigt, über einen Rollengang
20 durch die Vorrichtung geführt. Der Transport erfolgt bei nicht angetriebenen Rollen
über Stoßeinrichtungen außerhalb der Vorrichtung. Andere, in den Figuren nicht
dargestellte Möglichkeiten, sind der Transport des Gutes 1 durch die Vorrichtung
mittels eines Hubbalken oder einer Transportkette. Es können auch angetriebene
Rollen oder andere Transportmöglichkeiten, die aus dem Stand der Technik bekannt
sind, verwendet werden.The
Der erste Teil der Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Bereich der Flammenbeaufschlagung.
In der Figur 3 sind beispielhaft zwei Flammenbeaufschlagungszonen
7a, 7b dargestellt. Vor der in Transportrichtung ersten Flammenbeaufschlagungszone
7 befindet sich eine Eingangszone 13 und hinter der zweiten (letzten)
Flammenbeaufschlagungszone 7b eine Trennzone 14. An die Trennzone 14 schließt
sich die erste 8a von zwei Konvektionszonen 8a, 8b an; die in Transportrichtung
letzte Konvektionszone 8b, die vornehmlich dem Temperaturausgleich gilt, bildet
den Abschluss der Vorrichtung. In den Flammenbeaufschlagungszonen 7a, 7b wird
das Gut 1 durch die mit Brennerdüsen 15 erzeugten Flammen erwärmt. Dabei wird
die Wärme zu einem wesentlichen Anteil über Strahlung von dem umgebenden
Ofenraum auf das Gut 1 übertragen. In der Eingangszone 13 und der Trennzone 14
wird das Abgas der Brenner gesammelt und über Abgasleitungen 16 aus der
Vorrichtung abgeleitet.The first part of the device essentially consists of the area where the flame is applied.
In Figure 3, two flame exposure zones are exemplary
7a, 7b. Before the first flame exposure zone in the direction of
Die Konvektionszonen 8a, 8b verfügen über je ein Strömungssystem, das mindestens
einen Ventilator 17, mindestens einen Brenner 22 zur Beheizung des Heizgases und
zu beiden Seiten des Gutes angeordnete Düsen 18 zur Beblasung, des Gutes zum
Zweck des konvektiven Wärmeübergangs enthält. Die Düsen 18 werden über ein
Strömungskanalsystem 19 vom Ventilator 17 gespeist, s. Fig. 3.The
Wie aus dem Fließbild nach Figur 4 ersichtlich, wird das Abgas durch einen
Wärmetauscher 21 geleitet, mit welchem die Verbrennungsluft für die Gasbrenner
vorgewärmt wird. In den Konvektionszonen 8a, 8b werden zweckmäßigerweise zur
Beheizung Rekuperatorbrenner 22 eingesetzt, so dass hier das durch Vorwärmung
der Verbrennungsluft abgekühlte Abgas an den Abgasstutzen der Brenner austritt. As can be seen from the flow diagram according to FIG. 4, the exhaust gas is generated by a
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Flammenbeaufschlagungszone ist
in Figur 5 schematisch dargestellt. Die Erwärmung erfolgt durch eine im Vergleich
zur in Figur 3 dargestellten Flammenbeaufschlagungszone geringere Anzahl von
Rekuperator-Brennern 22. Es entfällt also bei dieser Ausführungsform der externe
Wärmetauscher 21 für die Verbrennungsluftvorwärmung. Außerdem lassen sich die
verwendeten Rekuperatorbrenner günstig als Hochgeschwindigkeitsbrenner und/oder
Hochgeschwindigkeits-Flox-Brenner, die selbsttätig bei Erreichen der entsprechenden
Ofenraumtemperatur vom normalen Verbrennungsmodus in den Flox-Modus
wechseln, ausführen.A particularly advantageous embodiment of the flame exposure zone is
shown schematically in FIG. The heating is done by a comparison
to the smaller number of flame exposure zones shown in
Die Hochgeschwindigkeitsbrennerstrahlen können unter Nutzung des Coanda-Effekts
bei günstiger Ausbildung der Brennerdüse das zu erwärmende Gut auf einer
vergleichsweise großen Fläche beaufschlagen, wie in Figur 5 durch die schematischen
Strömungspfeile 23 dargestellt ist. Die Achsen der Brenner und damit der
Flammenstrahlen 24 bzw. Brennerstrahlen bei Flox-Betrieb können auch gegen die
Senkrechte geneigt sein, um die Strömungsbeaufschlagung der Gutoberfläche zu
verbessern. Es ist auch möglich, die Brennerstrahlen 24 zur Verbesserung der
Gutbeaufschlagung durch Düsenmundstücke aus hochtemperaturbeständigem
Werkstoff, z. B. Siliziumkarbid zu beeinflussen. Figur 6 stellt solche mögliche,
vorteilhafte Beispiele für die Düsen von Hochgeschwindigkeitsbrennern dar. Figur
6a zeigt eine Brennerdüse, welche den runden Brennerstrahl zu einem Flachstrahl
verformt; Figur 6b zeigt eine Brennerdüse, bei welcher der Flachstrahl in der Mitte
einen Steg aufweist und die beiden Teilstrahlen dementsprechend kräftiger
ausgebildet sind als bei Figur 6a. Figur 6c zeigt eine Brennerdüse mit einem
Austrittsquerschnitt von der Art eines "Hundeknochens"; Figur 6d zeigt den
Querschnitt einer Brennerdüse, mit welcher der Brennerstrahl aus der Vertikalen
abgelenkt wird. Figur 6e zeigt eine Brennerdüse, welche den Brennerstrahl in
mehrere - in der Figur in drei - Einzelstrahlen auflöst, welche mit unterschiedlicher
Richtung auf die Gutoberfläche auftreffen. Auf diese Weise lassen sich
Wärmestromdichten von 300 kW/m2 und mehr auch über größere Anteile der
Blockoberfläche erzielen.The high speed burner beams can be made using the Coanda effect
with favorable design of the burner nozzle, the material to be heated on one
comparatively large area, as shown in Figure 5 by the
Der große Vorteil der Schnellerwärmungsvorrichtung geht aus dem schematischen
Temperaturverlauf für den Kern und die Oberfläche des Gutes 1 hervor, der in Figur
7 dargestellt ist. In den Flammenbeaufschlagungszonen, im Beispiel der Figur 7 sind
zwei Zonen, F1 und F2, angenommen, ist die Ofenraumtemperatur extrem hoch,
wie auch bei den üblichen Flammenbeaufschlagungszonen nach dem Stand der Technik.
Da diese Zonen nunmehr aber am Anfang der Vorrichtung eingesetzt sind, besteht
keine Gefahr der Überhitzung, und die in Figur 7 schematisch dargestellte
Spreizung der Guttemperaturkurve für verschiedene Punkte des Gutes spielt keine
Rolle, da sich in den nachfolgenden beiden Konvektionszonen K1 und K2 die Temperatur
ausgleichen kann. In der zweiten Zone K2 schließlich liegt die
Gastemperatur (=Ofenraumtemperatur) im Bereich der gewünschten
Gutendtemperatur. Dadurch ist eine Überhitzung des Gutes auch bei ungeplanten
Stillständen der Presse und dadurch bedingten Unterbrechungen des Guttransportes
in der Vorrichtung ausgeschlossen.The great advantage of the rapid heating device comes from the schematic
Temperature profile for the core and the surface of the
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung zur Durchführung der Abkühlung des Blocks entsprechend des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens wird anhand der Figuren 8 bis 10 beschrieben.An advantageous embodiment of a cooling device for performing the Cooling of the block according to the heat treatment process according to the invention is described with reference to Figures 8 to 10.
Der Block 1 ist von Gruppen von Einzeldüsen 25 umgeben, die mit einer dem
Spritzbild der Düsen angepassten Teilung 26 in Längsrichtung des Blocks 1 um
diesen ringförmig angeordnet sind. Die Düsen 25 einer Düsengruppe sind dabei
durch ein Versorgungsrohr 27 miteinander verbunden. Ein Versorgungsrohr 27 wird
von dem Versorgungsrohr einer Düsengruppe 28 mit dem Kühlfluid versorgt. Als
Kühlfluid wird Wasser verwendet, das bei Bedarf noch besonders aufbereitet, z. B.
demineralisiert, wird. Zwischen dem zentralen Versorgungsrohr 29, in welches die
nicht dargestellte Pumpe fördert, befinden sich ein von der Steuerung betätigtes
Absperrorgan 30 und ein Druckregulierventil 31, das entweder von der Steuerung
oder manuell verstellt werden kann. Unterhalb des Blocks 1 befindet sich ein
Wasserbecken 32, aus welchem die nicht dargestellte Pumpe über eine Ansaugleitung
33 das Kühlfluid in die zentrale Versorgungsleitung 29 zurückfördert. In diesen
Kreislauf sind, entsprechend dem allgemeinen Stand der Technik, noch eine
Filtereinheit sowie ein Rückkühler zur Abfuhr der vom Kühlfluid dem Block
entzogenen Wärme eingebaut. Statt der Rückförderpumpe kann auch eine
Fall-Leitung verwendet werden, wenn ein Wassertank mit entsprechender
Höhendifferenz unterhalb der Kühlvorrichtung aufgestellt werden kann.The
Statt einer Pumpe kann zur Versorgung der Spritzdüsen 25 auch ein Druckspeicher,
z. B. ein Wasser-Hochbehälter, verwendet werden.Instead of a pump, a pressure accumulator can also be used to supply the
Der Block 1 wird von einer Klemmhalterung 34 auf beiden Stirnseiten gehalten, s.
Fig. 9. Die Klemmhalterung 34 besteht, ähnlich wie eine Schraubzwinge, aus einem
festen Teil 34a und einem beweglichen Teil 34b, wobei der bewegliche Teil z. B.
mittels Zylindern 35 zum festen Teil hingezogen wird. Es können sowohl
Pneumatikzylinder als auch Hydraulikzylinder eingesetzt werden. Zusätzlich ist die
Klemmhalterung 34 so ausgeführt, dass eine Nase 34c ein Herabfallen des Blocks
verhindern. Zur Führung des beweglichen Teils 34b der Klemmhalterung 34 dient
eine Linearführung 36. Diese Linearführung ist mit Führungsschienen 37 fest
verbunden, die in Führungsrollen 38 in Blocklängsrichtung verschieblich sind. Diese
Verschiebung bewirkt das Ein- und Ausfahren des von der Be- und Entladeposition
39 mit der Klemmhalterung aufgenommenen Blocks. Die Verschiebung kann wie
auch die Klemmung mittels Zylinder 45 pneumatisch oder hydraulisch oder mit
einem anderen Linearabtrieb, z. B. mittels Kettentrieb, Spindel oder Zahnstange
erfolgen.The
In die Be- und Entladeposition 39 gelangt der Block mit einer Querverfahreinrichtung
40, welche den Block 1 in die geöffnete Klemmhalterung 34 einbringt. Mit der
Klemmhalterung 34 ist es möglich, Blöcke unterschiedlicher Länge zu klemmen.
Dabei liegt die Werkzeugseite des Blocks immer an der festen Klemmhalterung 34a
an, so dass eine klare Zuordnung zwischen Temperaturprofil und Block gegeben ist.
In Figur 9 ist die Möglichkeit des Klemmens von Blöcken unterschiedlicher Länge
durch die gestrichelt dargestellte Position 34b der beweglichen Klemmhalterung
angedeutet.The block arrives in the loading and unloading
Der Spritzbereich der Vorrichtung ist von einem Gehäuse 41 umschlossen, das
einfach entfernt werden kann. Das Gehäuse hat auf der Be- und Entladeseite eine
Tür, z. B. eine Hubtür 42. Es ist vorteilhaft, in dem Gehäuse, z. B. mit einem
entsprechend dimensionierten Ventilator, einen Unterdruck zu erzeugen, indem
Abluft aus dem Gehäuse nach außen, z. B. über Dach, geleitet wird. Dadurch wird
zuverlässig verhindert, dass Feuchtigkeit und Dampf in den Aufstellungsraum der
Kühleinrichtung und damit in den Arbeitsbereich der Presse gelangen. Die gesamte
Vorrichtung wird von einem Profilstahlgestell 43 getragen, das auf dem ebenen
Hüttenboden aufgesetzt werden kann.The spray area of the device is enclosed by a
Abweichend von dieser beschriebenen Blockhalterung ist es auch möglich, bekannte Halterungen für den Block zu verwenden, wie sie von Block-Bürstmaschinen bekannt sind.Deviating from this block holder described, it is also possible to use known ones Use brackets for the block, as known from block brushing machines are.
Die Winkelteilung 44 der Einzeldüsen 25 richtet sich nach deren Spritzbild. Im
allgemeinen ist ein Teilungswinkel von 45° ausreichend. Dieser Teilungswinkel
gestattet die problemlose Anordnung der Linearführung 36 ohne Beeinträchtigung
des Spritzbildes der Düsen auf der Blockoberfläche.The
Mit Hilfe der von der Steuerung betätigten Absperrorgane können die Düsengruppen
individuell aktiviert werden. Das zugehörige Regulierventil 31 erlaubt die
individuelle Einstellung des für jede Düsengruppe gewünschten Düsendruckes. Die
Einstellung der Regulierventile 31 und die Betätigung der Absperrorgane 30 erfolgen
zweckmäßigerweise mittels einer Prozesssteuerung. Für einen Abkühlvorgang, bei
welchem der Block 1 sowohl insgesamt abgekühlt wird als auch einen
"Temperaturtaper" erhalten soll, werden zunächst alle Düsengruppen zugleich
eingeschaltet. Nach einem für die Gesamtabkühlung ausreichenden Zeitintervall
werden die Düsengruppen, an der Werkzeugseite des Blocks beginnend,
nacheinander abgeschaltet, so dass die Gesamtkühldauer vom Blockanfang
(Werkzeugseite) zum Blockende (Pressstempelseite) zunimmt. Je größer die
Zeitdifferenz zwischen Abschalten der Düsengruppe am Blockanfang und am
Blockende, umso größer ist die Temperaturdifferenz über der Blocklänge und umso
ausgeprägter der "Temperaturtaper".With the help of the shut-off devices operated by the control, the nozzle groups can
can be activated individually. The associated regulating
Die erfindungsgemäß für den Block 1 verwendete und an den Stirnflächen des Blocks
angreifende Klemmhalterung 34 garantiert eine gleichmäßige, nicht durch
irgendwelche Auflagerungen beeinträchtigte Beaufschlagung der Blockoberfläche mit
dem Kühlfluid. Die Klemmhalterung schirmt zudem die Stirnflächen des Blocks ab,
so dass der Wärmefluss im Block 1 auch an den Enden nahezu radial erfolgt und die
durch die Abkühlung bewirkte Temperaturverteilung nicht störend durch Endeffekte
an den Stirnseiten beeinflusst wird. Die gleichmäßige Beaufschlagung mit dem
Kühlfluid, hier Wasser, garantiert im interessierenden Bereich der Blockoberflächentemperaturen
eine gleichmäßige Abkühlung, da oberhalb der Leidenfrosttemperatur
im Bereich der stabilen Filmverdampfung der Wärmeübergang an einer planen Fläche
im wesentlichen nur von der Wasserbeaufschlagungsdichte abhängt. Der Einfluss
der unterschiedlichen Orientierung der zylindrischen Blockoberfläche auf die
Kühlwirkung - horizontal bei Kühlung von oben an der Blockoberseite, vertikal an
den beiden Seiten und horizontal bei Kühlung von unten an der Blockunterseite-kann
bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Einzeldüsen durch entsprechend
ausgewählte Spritzdüsen unterschiedlicher Größe, vorzugsweise des gleichen Typs,
ausgeglichen werden. The one used according to the invention for
Figur 10 zeigt typische Abkühlkurven für verschiedene Messstellen in einem Block. Die Lage der Messstellen 1 bis 12 ist in den Skizzen in der Figur verdeutlicht. Die an den Kurven verzeichneten Ziffern beziehen sich auf die Nummern der Temperaturmessstellen. Man erkennt, dass sich nach einer Kühlzeit von ca. 18 s und einer sich an die Kühlzeit anschließenden Ausgleichszeit von ca. 60 s der gewünschte "Temperaturtaper" von ca. 10 K/100 mm Blocklänge einstellt und die Temperatur auch über den Blockquerschnitt bis auf max. ca. 20 K ausgeglichen ist. Dieser Temperaturausgleich setzt sich während der bis zum Pressbeginn verstreichenden und für die Bewegung und Positionierung des Blocks erforderlichen Zeitspanne von ca. 25 s weiter fort, so dass während des Pressvorganges sowohl die gewünschte Abkühlung als auch der gewünschte "Temperaturtaper" mit guter, reproduzierbarer Genauigkeit vorliegen. Da die mit der erfindungsgemäßen Abkühlvorrichtung bewirkte Abkühlung insbesondere der Steigerung der Pressgeschwindigkeit und damit der Produktion dient, lassen sich kurze Blockfolgezeiten von 60 s und weniger erreichen. Für solch kurze Blockfolgezeiten ist es daher sinnvoll, mehr als eine der beschriebenen erfindungsgemäßen Kühleinrichtungen parallel zu betreiben, so dass trotz der kurzen Blockfolgezeit noch eine ausreichende Zeitspanne für den gewünschten Temperaturausgleich über dem Blockquerschnitt zur Verfügung steht.Figure 10 shows typical cooling curves for different measuring points in a block. The position of the measuring points 1 to 12 is illustrated in the sketches in the figure. The Numbers on the curves refer to the numbers of the Temperature measurement points. It can be seen that after a cooling time of approx. 18 s and a desired compensation time of approx. 60 s following the cooling time "Temperature taper" of approx. 10 K / 100 mm block length and the temperature also across the block cross-section up to max. approx. 20 K is balanced. This Temperature compensation continues during the time that passes until the start of the press and the time required to move and position the block of approx. 25 s further, so that both the desired Cooling as well as the desired "temperature taper" with good, reproducible Accuracy. Since with the cooling device according to the invention caused cooling in particular the increase in the pressing speed and So that production is used, short block sequence times of 60 s and less can be achieved to reach. For such short block sequence times, it makes sense to use more than one of the to operate described cooling devices according to the invention in parallel, so that despite the short block sequence time, there is still enough time for the desired temperature compensation over the block cross section is available.
Die erfindungsgemäße Abkühlung in fester Position bei unterschiedlicher Kühlzeit über die Blocklänge nutzt dabei die bekannte physikalische Eigenschaft von Temperaturausgleichvorgängen, die mit zunehmender Distanz zwischen Punkten gleicher Temperaturdifferenz mit dem Quadrat langsamer ablaufen, also in radiale Richtung wesentlich rascher erfolgen als in Achsrichtung.The cooling according to the invention in a fixed position with different cooling times over the block length uses the well-known physical property of temperature compensation processes, the same with increasing distance between points The temperature difference with the square is slower, i.e. in the radial direction occur much faster than in the axial direction.
Claims (13)
- A method for heat treating a cast, homogenised and subsequently cooled metallic extrusion bolt or - when hot shears are used - slug, preferably made of a light metal alloy, immediately before it is fed into the extruder,a) wherein the extrusion bolt/slug (1) is reheated,b) the reheated extrusion bolt/slug (1) is subsequently cooled, andc) is delivered to the extrusion device, characterised in thatd) the extrusion bolt/slug (1), based on a diameter of 200 mm, is reheated to the desired temperature in 20 minutes at most, and in thate) the reheated extrusion bolt/slug (1) is exposed to passive temperature equalisation for 3 minutes at most,f) said temperature equalisation resulting in a temperature uniformity, based on a diameter of 200 mm, of less than ± 10 K.
- A method for heat treating a cast, homogenised and subsequently cooled metallic extrusion bolt or - when hot shears are used - slug, preferably made of a light metal alloy, immediately before it is fed into the extruder,a) wherein the extrusion bolt/slug (1) is reheated,b) the reheated extrusion bolt/slug (1) is subsequently cooled, andc) is delivered to the extrusion device,d) the reheated extrusion bolt/slug (1) is exposed to rapid cooling using water spray nozzles (25), such that - based on a diameter of 200 mm - a temperature at least 150 K below the extrusion temperature is set on the surface of the extrusion bolt/slug (1) within a nozzle spraying period of 30 seconds at most, and in thate) the desired temperature distribution is set in the extrusion bolt/slug (1), both over its cross-section and along its length, by the end of a temperature equalisation period which is longer than the nozzle spraying period.
- The method for heat treating an extrusion bolt/slug (1) as set forth in any one of claims 1 or 2, characterised in that the extrusion bolt/slug (1) is heated to the highest optimal temperature for the respective alloy, and at an extrusion temperature which is lower than this temperature due to the requirements of the extrusion process is rapidly cooled following said heating, wherein the extrusion bolt/slug (1) is cooled such that after an active cooling period and a following temperature equalisation period it exhibits the desired, lower extrusion temperature, in particular when a so-called temperature taper is generated while cooling from the highest optimal temperature for the respective alloy to the lower extrusion temperature required for the extrusion process.
- A method for heat treating an extrusion bolt/slug, characterised in that: the extrusion bolt/slug is heated in a first part (7) by gas burner flames which contact the surface, and in a second part (8) by forced convection by means of hot gas nozzle jets blown onto the surface of the material; in that the last sub-section (8b) of heating by forced convection, as viewed in the material transport direction, substantially serves to equalise the temperature in the material and is operated with only a low excess temperature as compared to the end temperature; in that - directly following a preceding rapid heating - rapid cooling is anticipated using individual water spray nozzles (25) whose axes are radially directed towards the horizontal axis of the material and which may be operated, individually or in groups, at different pressures and/or with different activation times.
- The method as set forth in any one of claims 1 to 4, characterised in that de-mineralised water is used as the cooling fluid.
- A device for heat treating a cast, homogenised metallic extrusion bolt or - when hot shears are used - slug, preferably made of a light metal alloy, immediately before it is fed into the extruder,a) comprising a heating device (7, 8) andb) comprising a cooling device, characterised in thatc) the heating device comprises a first part (7) using heating by gas burner flames which contact the surface, and a second part (8) using heating by forced convection by means of hot gas nozzle jets blown onto the surface of the material,d) wherein the last sub-section (8b) of heating by forced convection, as viewed in the material transport direction, substantially serves to equalise the temperature in the material and is operated with only a low temperature above the end temperature.
- The device as set forth in claim 6, characterised in that recuperation burners (22) are used to generate the gas burner flames, and in that the nozzles of the recuperation burners (22) are fitted with dies made of a material with high temperature stability, to alter the cross-section of the burner jets (24), wherein in particular the nozzles of the recuperation burners (22) change the direction of the burner jets (24) and/or the dies divide the burner jets (24) up respectively into at least two individual jets.
- The device as set forth in at least one of claims 6 or 7, characterised in that the extrusion bolt or slug (1) is in a fixed position in the rapid cooling device during the cooling process, said rapid cooling device consisting of annular arrangements of individual nozzles (25), wherein in particular each group of nozzles is formed by the nozzles of an annular arrangement of nozzles and/or the nozzles exhibit different sizes according to their orientation with respect to the shell surface of the bolt.
- The device as set forth in any one of claims 6 to 8, characterised in that during the cooling process, the bolt is held by a clamp mounting (34) which grips the facing sides of the bolt and may be set to various bolt lengths, and which in particular comprises catches (34c) on the lower face of the bolt, for additionally securing the bolt through a positive lock.
- The device as set forth in claim 9, characterised by a loading and unloading position for the clamp mounting (34), before the cooling means.
- The device as set forth in any one of claims 6 to 10, characterised in that the cooling period is different for the individual groups of nozzles, wherein in particular a period of time for temperature equalisation follows the cooling period.
- The device as set forth in at least one of claims 6 to 11, characterised in that - for short times per bolt - at least two cooling devices are operated in parallel.
- The device as set forth in any one of claims 6 to 12, characterised in that the nozzles of the rapid cooling device are supplied with cooling fluid from a pressure accumulator.
Priority Applications (1)
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EP03000006A EP1300484B1 (en) | 1999-09-10 | 2000-09-08 | Method for the heat treatmant of metallic slugs |
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DE19943354 | 1999-09-10 | ||
DE19943354A DE19943354C1 (en) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | Heat treating homogenized cooled cast light metal slugs or rod, comprises reheating, and subjecting to passive temperature compensation to lead to specified temperature uniformity |
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DE19946998A DE19946998B4 (en) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | Apparatus for cooling a metallic billet or rod section |
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