DE2165049B2

DE2165049B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abschrecken

Info

Publication number: DE2165049B2
Application number: DE19712165049
Authority: DE
Inventors: Tadasu Fukuyama Hiroshima Hirabayashi; Kazuo Yokohama Kanagawa Kunioka; Masao Tokio Takumi
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1973-11-15
Also published as: GB1336490A; FR2120966A5; DE2165049A1

Description

1. Zur Verbesserung der Abschreckkapazität ist es notwendig, eine große Quantität von Kühlflüssigkeit unter hohem Druck zuzuführen, wodurch die Kosten der Kühlanlagen inklusive Umlaufpumpe, Vorratsbehälter, Kühlturm u. ä. erhöht werden.

2. Da zum Kühlen eine Flüssigkeit verwendet wird, ist es notwendig, eine Pumpe von einer Kapazität zu verwenden, die groß genug ist, um eine maximale, unmittelbar zur Verfügung stehende Menge abzugeben, und der Bereich der Kühlgeschwindigkeitssteuerung ist beschränkt. Zum Beispiel kann die für das Härten konstruierte Vorrichtung nicht für andere Kühlarten verwendet werden.

3. Im Fall einer Flüssigkeitskühlung kann keine große Kühlgenauigkeit erreicht werden, w^nn die Kühlgeschwindigkeit durch Veränderung des Flüssigkeitsdruckes oder der Durchflußmenge gesteuert wird.

4. Auch unter beträchtlich horuin Druck ist es nicht möglich, eine Ausspritzgeschwindigkeit zu erreichen, die hoch genug ist, um die auf der Oberfläche des zu kühlenden Metallblechs gebildete Dampfschicht, zu zerstören und auf diese Weise den Koeffizienten der Wärmeübertragung zu senken. Die Kühlkapazität wird eher dadurch verbessert, daß der Dampf durch eine große Menge von Kühlflüssigkeit absorbiert wird.

5. Da es notwendig ist, eine große Anzahl von Paaren oberer und unterer Walzen vorzusehen, um den flachen Charakter der Metallplatten zu gewährleisten, wird die Ausspritz- und Kühlfähigkeit der oberen und unteren Seite unterschiedlich.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen mittels mehreren Paaren von Nebelsprühdüsen, welche ober- und unterhalb eines heißen, abzuschreckenden bzw. zu kühlenden Metalls angeordnet sind, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit Nebelsprühdüsen, welche jeweils einen sich in Querrichtung zum Metall erstreckenden zylindrischen Vorratsbehälter aufweisen, und mit einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen Düsenrohr, welches einen Düsenhals aufweist, dessen Durchmesser in Richtung des Austrittsschlitzes des Düsenrohrs allmählich abnimmt.

Zwar sind verschiedene Verfahrensweisen und Vorrichtungsarten zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen bekannt, jedoch ist das Walzabschreckverfahren am wirksamsteh, bei dem ein zu härtendes Metallblech zwischen oberen und unteren Walzen eingespannt ist, um es in eine bestimmte Richtung zu befördern, und eine Abschreckflüssigkeit von unten auf die Metallplatte gesprüht wird, um letztere gleichmäßig abzuschrecken, während sie flach gehalten wird. Dieses Verfahren ist vorteilhafter als das Druckabschreckverfahren, da es ein aufeinanderfolgendes Herausnehmen der Metallplatten aus einem warmen Ofen und das laufende Abschrek-Eine dieser bekannten Vorrichtungen ist beispielsweise in der österreichischen Patentschrift 278 072 gezeigt und beschrieben. Bei der dort geschilderten Vorrichtung sind zum Aufsprühen des Kühlmittels Rohre vorgesehen, welche in einem bestimmten Be-

reich ihrer Mantelfläche perforiert sind. Diese Rohre sind beiderseits der zu behandelnden Metallplatte angeordnet. Ein Versuch, die Kapazität dieser Vorrichtung noch weiter zu steigern, würde zu den bereits oben geschilderten Nachteilen führen.

Außerdem ist es durch die USA.-Patentschrift 510 065 bekanntgeworden, parallel zur zu behandelnden Oberfläche angeordnete Rohre mit mehreren, sich verjüngenden Düsen zu verwenden, durch welche Wasser aufgesprüht wird. Auch bei dieser Vorrichtung ist eine Steigerung der Intensität der Kühlung bzw. Steigerung der Kapazität mit den bereits oben geschilderten Nachteilen verbunden.

Ferner ist durch die USA.-Patentschrift 3 208 742 eine Vorrichtung zum Abschrecken bekanntgewor-

den, bei welcher der aufgesprühte Wassernebel durch über getrennt angeordnete Luftdüsen ausgeblasene Luft auf einen bestimmten Bereich beschränkt wird. Auch in diesem Fall kann eine Kapazitätssteigerung nur durch eine Steigerung der aufgebrachten Kühlflüssigkeitsmenge erreicht werden. Dabei treten ebenfalls die eingangs geschilderten Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren und eine eben-

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solche Vorrichtung zum Abschrecken, insbesondere Abschnitten aufgeteilt sind. Die Konstruktion der

von Metallplatten, zu schaffen, welche eine hohe Sprühdüsen 3 ist in Fig. 2 genauer gezeigt. Die

Kühlfähigkeit, die Eigenschaft, Metallmaterial Druckluft wird durch das Rohr 5 einem Vorratsbe-

gleichmäßig abzukühlen, und eine einfache Kon- halter 19 zugeführt. Mit dem Vorratsbehälter 19 ist

struktion und Arbeitsweise aufweisen. 5 in radialer Richtung ein Düsenrohr 22 verbunden,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem und unter Druck stehendes Kühlwasser wird durch Verfahren der eingangs genannten Art dadurch ge- ein Rohr 7 am Ansatz des Düsenrohres 22 in dieses löst, daß Wasser und Druckluft zu jeder Düse züge- eingeführt und durch die Druckluft in den Sprühführt und in der Düse gemischt werden und das so nebel c zerstäubt. Der auf diese Weise gebildete Sprüherhalte ae Ctmisch zum Abschrecken bzw. Abkühlen xo nebel wird beim Passieren eines Düsenhalses 20 bogegen das Metall gesprüht wird, und daß das Mi- schleunigt, dessen Durchmesser in Richtung der Ausschungsverhältnis von Wasser und Luft zum Steuern trittsöffnung bzw. des Düsenschlitzes 21 abnimmt, des Abschreckens bzw. der Kühlung eingestellt wird. Das Kühlwasser wird durch ein Absperrventil 16, ein Dabei wird eine Vorrichtung der oben geschilderten Reglevventil 18, ein gemeinsames Kopfstück 15 und Art verwendet, die erfindungsgemäß so aufgebaut ist, 15 ein Einzelkopfstück 6 zu den Rohren 7 geführt, daß der Vorratsbehälter einen Dvuckluftanschluß Bei einem Beispiel besitzen die Nebelsprühdüsen 3 aufweist und das Düsenrohr zwischen Vorratsbehäl- eine (in Querrichtung zur Metallplatte gemessene) ter und Düsenhals einen Anschluß für die Kühlflüs- Länge von 3000 mm, und Paare von Sprühdüsen sigkeit aufweist. sind über und unter der Bahn des Metallblechs in

So wird mit der Erfindung eine neue und verbes- 20 Abständen von 500 mm angeordnet. In dem Beispiel serte Abschreckvorrichtung geschaffen, die für eine folgen auf drei solche Pa?^e weitere nicht gezeigte Vielzahl von Anwendungen zu gebrauchen ist, z. B. Druckwalzen. Nach den uoickwalzen ist eine herin Kombination mit einem Wärmeofen für Metallma- kömmliche (nicht gezeigte) Sprühkühlvorrichtung terial oder unmittelbar in Kombination mit Warm- vorgesehen, welche dazu dient, das gehärtete Metallwalzwerken. 25 blech (nach Kühlung unter den Ms-Funkt) nachzu-

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung '- ühlen. Bei diesem Beispiel ist es nicht notwendig,

werden im folgenden an Hand eines Ausführungsbei- eine große Kühlwassereinrichtung, sondern nur eine

Spieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä- Förderpumpe in einem Kanal einzubauen,

her erläutert und beschrieben. Es zeigt Eine Regelung der Kühlgeschwindigkeil beim be-

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht der erfin- 30 schleunigten Abkühlen kann dadurch vorgesehen

dungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen mit hoher sein, daß die Geschwindigkeit des Walzentisches des

Geschwindigkeit. Druckminderelements oder Reglerventils 18 steuer-

F i g. 2 einen Schnitt durch eine in der Vorrichtung bar ist. Weiterhin kann eine Höhenverstelleinrich-

gemäß F i g. 1 verwendete Sprühdüse und tung für die obere Anordnung vorgesehen sein, um

F i g. 3 eine vergleichende grafische Darstellung 35 die Abkühlwirkung auf die obere und untere Fläche

der Kühlwirkung bekannter Verfahren mit der des des Metallblechs auszugleichen. Dies kann durch

erfindungsgemäßen Verfahrens. Verstellen des Gewichtsverhältnisses zwischen Was-

Eine bevorzugte Ausführungsform der zum be- ser und Luft geschehen. Es ist vorteilhaft, einen schleur igten Abkühlen dienenden Vorrichtung ge- Luftdruck von mehr als 2 kg/cm^s (oder mehr als die maß F i g. 1 enthält eine Vielzahl von Tischwalzen 2, 40 Summe des Luftdrucks und 1 kg/cm²) und ein Gedie dazu dienen, eine Metallplatte 1 von einem nicht wichtsverhältnis von Wasser zu Luft von 4,3 bis 4,6 gezeigten Wärmeofen in der durch einen Pfeil ange- zu verwenden. Eine unter diesem Verhältnis liegende zeigten Richtung zu der Kühlvorrichtung zu beför- Wassermenge vermindert die Abkühlfähigkeit, wähdern. Die Metallplatte 1 wird durch eine oder meh- rend eine Erhöhung der Wassermenge über das Verrere von Drucköl angetriebene Kühlwalzen 14 ge- 45 hältnis keine wesentliche Verbesserung der Abkühlführt. Ein aus einer Mischung von Luft und Wasser fähigkeit erzeugt.

bestehender Nebel wird auf die obere und untere Bei einem Beispiel wurden folgende Verhältnisse

Seite der Metallplatte 1 aus einer Vielzahl von in Ab- angewendet: ständen angeordneten Sprühüüsen 3 gesprüht, um die

Metallplatte beschleunigt abzukühlen. Die durch 50 Abstand zwischen den Sprüheinen Luftkompressor 13 verdichtete Luft wird in düsenpaaren (gemessen in der einem Zwischenbehälter 12 gespeichert und dann BewegungsrichtungderMetall-

über ein Expansionsventil 11 und ein Druckminde- platte) 200 bis 400 mm

rungsventil 17 einem großen Haupt-Kopfstück 10 zu- (durchschnitlich 300 mm)

geführt. Zur Durchführung des Abschreckvorganges 55 Breite des Austrittsschlitzes der

wird ein Umschaltventil 9 betätigt, um die Druckluft Sprünebeldüse 1 mm

unmittelbar um ein Druckregelelement 8 angeordne- Abzukühlendes Material Metallplatten

ten Kopfstücken 4 zuzuführen, während zur Durch- gemäß SM58 Q von

führung eines beschleunigten Abkühlens das Um- 30-2000-10 000 mm

schaltventil 9 geschaltet wird, um die Druckluft über 60 _T „_ftn,.„„_{a n}, _Q „,·>/„,:„

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das Druckregelelement 8 den Kopf stucken zuzufuh- „, _A e ·

ren. Wenn es im Fall des Abschreckens notwendig Wassermenge 4,5 t/nun

ist, den Luftdurchlaß der Kopfstücke zu verstellen, Abkühlzeit 90 Sekunden

kann ein zweites Regulierelement parallel zum

Druckregelelernent 8 eingesetzt werden. Die Druck- 65 Die folgende Aufstellung zeigt die vorteilhafte er-

luft wird aus den Kopfstücken 4 jeweils durch Ver- finderischc Leistung des Verfahrens im Vergleich mit

bindungsrohre 5 in quergerichtete Sprühdüsen 3 ab- herkömmlichen Verfahren, ausgedrückt in Zug- bzw.

gegeben, welche über ihre Länge in eine Vielzahl von Bruchfestigkeitswerten des abgeschreckten Materials.

Abschrecken	Zug bzw. Bruchfestigkeit kg/mm*
Abschrecken durch Walzen.. Abschrecken durch Druck .. Erfindungsgemäßes Abschrecken	136,0 bis 139,4 88,6 bis 114,4 137,4 bis 141,0

Diese Aufstellung zeigt die ausgezeichnete Abschreckwirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Außerdem bestehen die folgenden Vorteile:

1. Einsparung von Einbaukosten. Es ist nicht notwendig, einen Vorratsbehälter, eine Pumpe und einen Kühlturm einzubauen, wie es bei der herkömmlichen Abkühleinrichtung der Fall ist. Es ist lediglich ein kleiner Luftkompressor und ein Luft-Zwischenbehälter notwendig. _ao

2. Verbesserung der Kühlfähigkeit. Wie der graphischen Darstellung gemäß F i g. 3 zu entnehmen ist, offenbart die Erfindung eine höhere Abkühlgeschwindigkeit als die herkömmlichen Druck- bzw. Walzabschreckverfahren, wodurch »5 die Abschreckfähigkeit verbessert wird. Die Kurven gemäß F i g. 3 zeigen das Resultat von an Stahlblech von 30 mm Dicke vorgenommenen Prüfungen.

3. Großer Anwendungsbereich. Da ein großer Bereich für die Abkühlgeschwindigkeit erzielbar ist, ist es auch möglich ein beschleunigtes Abkühlen nach der Normalisierbehandlung durchzuführen und auf diese Weise Einbaukosten zu sparen.

4. Gleichmäßige Abkühlung. Da das Abkühlmedium ein aus einem Gemisch feiner Teilchen von Wasser und Luft bestehender Nebel ist, verbleibt dieser nicht auf der Oberfläche des abzukühlenden Materials, wodurch eine gleichmäßige Abkühlung mit minimaler Spannung und Deformierung gewährleistet ist. Außerdem ist es möglich, Metallrohlinge komplizierten Aufbaus zu kühlen.

Die neuartige Abkühlvorrichtung kann als Einrichtung zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen in Verbindung mit einem Stahlofen, als unmittelbar parallel angeordnete Abschreckeinrichtung oder an Stelle einer unmittelbar einer Warmwalzstraße zugeordneten Sprühkühleinrichtung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen mittels mehreren Paaren von Nebelsprühdüsen, welche ober- und unterhalb eines heißen, abzuschreckenden bzw. zu kühlenden Metalls angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser und Druckluft zu jeder Düse zugeführt und in der Düse ge- ίο mischt werden und das so erhaltene Gemisch zum Abschrecken bzw. Abkühlen gegen das Metall gesprüht wird und daß das Mischungsverhältnis von Wasser und Luft zum Steuern des Abschreckens bzw. der Kühlung eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von "Wasser zu Luft innerhalb eines Bereiches von 4,3 bis 4,6 liegt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Nebelsprühdüsen, weiche jeweils einen sich in Querrichtung zum Metall erstreckenden zylindrischen Vorratsbehälter aufweisen, und mit einem mit dem Vorratsbehälter verbundenen Du- »5 senrohr, welches einen Düsenhals aufweist, dessen Durchmesser in Richtung des Austrittsschlitzes des Düsenrohrs allmählich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (19) einen Druckluftanschluß aufweist und das Dusenrohr (22) zwischen Vorn '.sbehälter (19) und Düsenhals (20) einen Abschluß für die Kühlflüssigkeit aufweist.

4. Vorrichtung-nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Regeln des Verhältnisses, mit dem den Nebelsprühdüsen (3) Luft und Wasser zugeführt werden, vorgesehen sind.

ken derselben gestattet. Dieses Verfahren ist jedoch in den folgenden Punkten mangelhaft: