DE2548116A1 - Vorrichtung zum vertikalen abschrekken eines heissen metallrohres sowie verwendung der vorrichtung - Google Patents

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Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Aalage AUwaetdim

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Drever Company

Vorrichtung zum vertikalen Abschrecken eines heißen Metallrohres sowie Verwendung der Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschreckhärten eines Rohres, um dieses mit ausgewählten Eigenschaften zu versehen.

Eine Nachfrage nach dünnwandigem Stahlrohr großen Durchmessers mit hoher Festigkeit durch die Erdölindustrie ist von den Rohrherstellern vorweggenommen. Es wird angenommen, daß beträchtliche Mengen dünnwandigen Stahlrohrs großen Durchmessers und hoher Festigkeit hergestellt werden, um der API-Bestimmung (American Petroleum Institute) 5LU (Mai 1972) für "Ultrahochtest-wär»ebehandelte Rohrleitung" (Ultra High-Test Heat Treated Line Pipe) gerecht zu werden, welche erfordert, daß geschweißtes Rohr nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung erhalten soll. Diese Bestimmungen betreffen Rohr mit Außendurchmessern von 16,83 cm bis 121,92 cm und Wandstärken von 2,11 mm bis 25,4O mm einschließlich; die Längen müssen nach Vorschrift mindestens 5,33 m bzw. 1O,67 m betragen und sie sind in einer Länge von 18,29 m hergestellt worden. Die Rohre größten Durchmessers werden mittels U-Pressen und O-Pressen hergestellt, welche Blech zu zylindrischer Gestalt formen, wonach ein Verschweißen des Längssaumes folgt. Es kann aber auch das Rohr spiralig aus Blech gebildet und der spiralige Saum verschweißt werden. In jedem Fall besitzt der Schweißsaum eine "überfüllung" (bzw. Schweißwülste), welche über die Ebnung der Rohroberfläche vorspringen. Es ist vorgeschrieben, daß die überfüllung des äußeren Schweißwulstes 3,175 mm bei einer Wandstärke von bis zu und einschließlich 12,7O mm nicht überschreitet, und 4,76 mm für eine Wandstärke über 12,7O mm nicht überschreitet. Ohne weitere Gestaltgebung entspricht die Rundheit des Rohres (vor der Wärmebehandlung) nicht dem gewünschten Fertigprodukt.

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Eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung solchen Rohres muß fähig sein, eine Kombination von Ergebnissen zu erreichen. Hierzu gehören:

(a) Entwicklung aer Einheitlichkeit der hohen mechanischen Festigkeit und der erforderlichen Schlagfestigkeitseigenschaften;

(b) die Fähigkeit, das Rohr mit seinen Schweißwulstvorsprüngen und seiner Nichtrundheit zu handhaben;

(c) die Fähigkeit, das Rohr auf die Abschrecktemperatur zu erhitzen, ohne mehr Nichtrundheit zu erzeugen als bereits im unbehandelten Rohr vorhanden ist;

(d) die Fähigkeit, die Nichtrundheit des heißen Rohres bei seinem Austritt aus dem Heizofen zu entfernen;

(e) die Fähigkeit, das Rohr einheitlich abzuschrecken und es nach Erfordernis festzuhalten, um es daran zu hindern, daß es während des Abschreckens seine Rundheit verliert; und

(f) das Rohr iuuß sowohl innen als auch außen wirksam abgeschreckt werden, um die Anwendung der geringstmöglichen Menge an Härtungselementen in der Stahlzusammensetzung für die Dicke des betreffenden Abschnitts zu erlauben.

Selbstverständlich ist gute Rundheit des wärmebehandelten Rohres erforderlich, so daß die Enden der Rohre richtig aneinandergepaßt werden können für das Feldschweißen der Rohrlängen zur Herstellung einer Rohrleitung. Es ist auch wichtig, einen Stahl mit dem Mindestmaß an Härtungselementen zu verwenden, nicht nur um geringste Kosten zu erzielen, sondern, was höchst wichtig ist, können die Stähle mit geringerer Härtbarkeit leichtestens unter Feldbedingungen geschweißt werden, ohne Risse oder andere Schweißschäden zu entwickeln.

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Die handelsübliche Ausrüstung ist so gebaut, daß sie das Rohr durch fortschreitendes äußeres Induktionserhitzen eines kurzen Abschnittes des Rohres abschreckhärtet, wonach das aufeinanderfolgende Anwenden von Abschreckfließmittel auf nur die äußere Oberfläche folgt. Die Gestalt des heißen Rohres wird zwangsläufig aufrechterhalten durch die kalten Abschnitte in Nachbarschaft der erhitzten Abschnitte» Diese Technik besitzt schwerwiegende praktische Einschränkungen. Das Aufbringen von Abschreckfließmittel lediglich auf den äußeren Durchmesser macht es erforderlich, Härtungselemente hinzuzusetzen, welche für das Doppelte der zu bearbeitenden Wandstärke angemessen sind, verglichen mit Härtungselementen, welche für ein Rohr benötigt werden, welches sowohl innen als auch außen abgeschreckt wird. Ferner ist die Geschwindigkeit, mit welcher das Rohr durch die Abschreckung bei solcher Technik durchgeführt werden kann, auf die Erhitzungsrate des engen Abschnittes unter der Induktionsspule beschränkt, was wiederum die Produktionsrate an Rohr einschränkt. Offensichtlich gestattet das gleichzeitige Erhitzen der gesamten Länge des Rohres in einem Ofen eine viel schnellere Produktionsrate als das Induktionserhitzen kurzer Ringabschnitte.

Ein weiterer Nachteil des abschnittsweisen Induktionserhitzens besteht darin, daß sowohl das Vorderende als auch das Hinterende eines so behandelten Rohres abgeschnitten und verworfen werden muß, weil die Enden unwirksam gehärtet sind.

Die USA Patentschrift 3 294 599 lehrt eine Methode und eine Vorrichtung zum Abschreckhärten eines Rohres. Diese Patentschrift zeigt das horizontale Erhitzen eines Rohres in einem Ofen und sein Bewegen durch einen fortlaufenden Strom an Abschreckmedien, welche sowohl außen als auch innen aufgebracht werden. Gleichzeitig, wird das Rohr gedreht, um zu erreichen, daß im erhitzten Zustand das Rohr seine runde Gestalt nicht verliert. Das Abschreckfließmittel wird in der Form stabartiger Ströme gegen die Oberfläche des Rohres in einem Winkel geschleudert, welcher von dem nicht

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abgeschreckten Teil des Rohres leicht fortgerichtet ist, um vorzeitiges Abkühlen des nicht abgeschreckten Teiles des heißen Rohres zu verhindern, was sonst durch Verspritzen der Abschreckmedien verursacht werden würde.

Diese Technik weist jedoch überwiegende Nachteile auf, welche sie für das Abschrecken langen, dünnwandigen Rohres unpraktisch machen. In der horizontalen Lage neigt die Schwerkraft dazu, das heiße Rohr zu veranlassen, seine runde Gestalt zu verlieren und vor dem Aufbringen von Abschreckfließmittel eine verzogene, ovale Gestalt anzunehmen. Das Drehen des Rohres,um diesem entgegenzuwirken, ist unwirksam. Wenn es auch möglich sein mag, ein heißes, dünnwandiges Rohr großen Durchmessers in einer Geschwindigkeit zu drehen, welche zum Auftreten eines plastischen Fließens keine Zeit lassen würde, so ist doch klar, daß eine hinreichende Drehgeschwindigkeit zur Erzeugung von Zentrifugalkräften, welche die Schwerkraft aufwiegen und so stark übersteigen, daß der Verlust der Rundheit unbedeutend wäre, unpraktisch ist. Ferner fließt Abschreckfließmittel, welches der Innenseite des Rohres in horizontaler Lage zugeführt wird, auf den Boden des Rohres und sammelt sich dort, was ein einheitliches Abkühlen unmöglich macht. Die Aufbringung von Abschreckfließmittel in Form stabartiger Ströme erzeugt keine einheitliche Abschreckung in Stählen, welche geringe Mengen an Härtungselementen enthalten, sondern nur in Stählen mit hoher Härtbarkeit.

Die genannte USA Patentschrift kennt die Anwendung früherer vertikaler Abschreckungen, wobei sowohl die Innenseite als auch die Außenseite des Rohres abgeschreckt wird, während sich das Rohr in vertikaler Richtung dreht. Die genannte USA Patentschrift verwirft das vertikale Abschrecken und stellt fest, daß wegen "praktischer Einschränkungen" solche Einrichtungen nur zum Oberflächenhärten von Gegenständen wie Futterrohr benutzt werden. Die genannte USA Patentschrift stellt auch die Notwendigkeit fest, zuerst den inneren Abschreckkopf vollständig innerhalb des Rohres anzuordnen, bevor man entweder mit dem Erhitzen oder dem Abschrek-

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ken beginnt, was für alles, mit Ausnahme des Induktionserhitzens, unpraktisch ist. Offenbar aus diesen Gründen ist die USA Patentschrift 3 294 599 von der vertikalen Vorstellung abgegangen und hat sich der horizontalen Vorstellung zugewandt.

Die USA Patentschrift 2 556 236 lehrt eine Methode zum Behandeln eines Rohres oder einer zylindrischen Hülse aus abschreckhärtbarem Stahl hohen Kohlenstoffgehaltes durch Induktionserhitzen von Materialschichten der inneren und äußeren Oberfläche mit anschliessendem Abschrecken. Dies erzeugt eine größere Härtetiefe auf der äußeren Oberfläche als auf der inneren Oberfläche in einem Verhältnis von etwa vier zu drei, was zu einer Kombination von EinSchlußSpannungen führt, welche entgegengesetzt gleich sind, wodurch keine Neigung zum Verziehen des Rohres besteht. Die Methode erfordert ein Einschränken des Härtens nur auf Oberflächenschichten des hoch kohlenstoffhaltigen, abschreckhärtbaren Materials. Diese Methode ist vollkommen ungeeignet zum Abschreckhärten von dünnwandigen Rohren großen Durchmessers, welche:

(i) aus Stahl mit den geringstmöglichen Härtungselementen hergestellt sind; oder

(ii) durch Verformen und Schweißen gebildet wurden.

Einheitliches Erhitzen würde nicht erreicht wegen der schwereren Stellen, wo die erforderliche Schweißtechnik "überfüllung" zurückläßt. Es könnte kein wirksames Härten eines mageren Stahles vollzogen werden, weil die sehr langsame Bewegung der Heizspulen in bezug auf das Rohr genügend Zeit für kalte Teile des Rohres lassen würde, benachbarte erhitzte Teile unter die kritische Temperatur vorzukühlen, was so das Härten unmöglich macht. Aus diesen Gründen ist das in der USA Patentschrift 2 556 236 beschriebene Verfahren nur für saumlose Rohre aus leicht abschreckhärtbaren Stählen hohen Kohlenstoffgehaltes geeignet.

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Was die in dieser Patentschrift gezeigte und beschriebene Vorrichtung betrifft, könnten die "Halteringe" nur eine kurze Länge schwerwandigen Rohres exakt in Stellung halten. Die Halteringe wären vollständig unwirksam bei der Formgebung oder dem Festhalten während des Abschreckens eines großen, relativ dünnwandigen, langen Rohrabschnittes.

Die USA Patentschrift 2 295 272 lehrt auch ein Verfahren zum unterschiedlichen Härten der inneren und äußeren Oberfläche eines Rohres, was zu einer Kombination von Spannungen führt. Wie die USA Patentschrift 2 556 236 und aus den gleichen Gründen ist dieses Verfahren für das Abschreckhärten von Stahlrohr mit geringstmöglichen Härtungselementen sowie von Stahlrohr, welches durch Formgebung und Verschweißung gebildet wurde, ebenfalls ungeeignet. Außerdem ist in der USA Patentschrift 2 295 272 irgendeine Einrichtung zur Formgebung bzw. zum Festhalten eines Rohres weder beschrieben noch gezeigt.

Die USA Patentschrift 3 420 083 beschreibt eine Einrichtung und ein Verfahren zum Abschreckhärten erhitzten Metallbleches. Es könnte die beschriebene Vertikalrohrabschreckung im wesentlichen als das bisherige Rollendruck-Abschrecksystem hoher Intensität ("Roller Pressure High Intensity Quench System") betrachtet werden mit der Abschreckfließmittel-Zuführungsmethode und mit Festhalterollen, welche modifiziert sind, um dem kreisförmigen Rohr statt des Bleches bzw. des Streifens gerecht zu werden. Jedoch ist dies aus den folgenden Gründen nicht der Fall:

1) Das kreisförmige Rohr, welches dem Heizofen zugeführt wird und welches den Heizofen verläßt, ist in Wahrheit nicht rund, doch ist es wesentlich, daß es genau rund gestaltet ist, bevor das Rohr in die Abschreckströme bewegt wird, anderenfalls eine einheitliche Abschreckfließmittel-Aufbringung nicht erreicht werden könnte.

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2) Beim Zuliefern des bisherigen Blechs zum Heizofen kann dieses flach oder nicht flach sein, doch während des Erhitzens neigt das Blech dazu, eine flache Gestalt anzunehmen, weil es in der Nähe oder bei Abschrecktemperatur plastisch wird und nachsackt, um sich der im Blecherhitzungsofen vorhandenen flachen Umgebung anzupassen.

3) Falls gekrümmtes Blech nach irgendeinem der bestehenden bekannten Blechabschreckungssysteme erzeugt wird, kann das Blech mittels einer herkömmlichen Rolleinebnungsausrüstung leicht abgeflacht werden. Umgekehrt existiert keine mechanische Einrichtung und es ist auch keine solche ausführbar, welche gekrümmtes Rohr der typischen dünnwandigen langen Rohre großen Durchmessers rundet und begradigt. Die einzige bekannte Methode zum Verbessern der Rundheit solchen gekrümmten Rohres besteht in der hydraulischen Ausdehnung, welche eine dauerhafte Vergrößerung sowohl des Innendurchmessers als auch des Außendurchmessers verursacht und das Ausmaß, bis zu welchem dieses Hilfsmittel nach der A*P.I.-Vorschrift erlaubt ist, ist begrenzt auf 0,5 % des Rohrdurchmessers.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Probleme, welche sowohl der bisherigen horizontalen als auch der bisherigen vertikalen Abschreckvorstellung innewohnen.

Erfindungsgemäß wird ein Rohr mit seiner vertikal gestellten Längsachse erhitzt und dann aus einem Ofen abgesenkt. Beim Austreten des Rohres aus dem Ofen kommt es in Tuchfühlung mit einem inneren Ring an Rollen und einem äußeren Ring an Rollen, welche gegen das heiße Rohr drücken, um es in runde Gestalt zu formen und um das Rohr während des anfänglichen Aufpressens des Abschreckfließmittels festzuhalten. Mit dem weiteren Abwärtsbewegen des Rohres wird dieses abgeschreckt, indem man auf die innere und äußere Oberfläche konvergierende Kegel aus Abschreckflüssigkeit mit hoher Intensität auftreffen läßt, wobei sich auf der inneren und äußeren Oberfläche des Rohres gegenüberliegende Auf-

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treffringe bilden. Das Abkühlen durch Aufbringen zusätzlichen Fließmittels und das Festhalten durch Rollenringe wird nach dem Durchgang durch die Zone hoher Intensität fortgesetzt, bis das Rohr Umgebungstemperatur erreicht.

Erfindungsgemäß wird eine Vertikaltechnik angewandt und das heiße Rohr wird von einem Aufzug gehalten und fortlaufend in ein Paar Ringe sich entsprechender und gegenüberliegender innerer und äußerer Rollen abgesenkt, welche gegen das heiße Rohr drücken und zwar aus drei Gründen, nämlich:

1) um das Rohr exakt rund zu gestalten, was für das fertige Produkt notwendig ist;

2) um das einheitliche Aufbringen des Abschreckfließmittels sicherzustellen; und

3) um die runde Gestalt des Rohres beizubehalten.

Das Rohr bewegt sich fortwährend und wird vertikal abgesenkt, hervorkommend zwischen den anfänglichen Rollen, in eine Abschreckzone hoher Intensität, welche Abschreckfließmittel auf die innere Oberfläche und äußere Oberfläche des Rohres aufbringt, wobei sich gegenüberliegende Auftreffringe auf den Oberflächen des Rohres bilden. Mit dem Absenken des Rohres wird das Abschrecken fortgesetzt durch Aufbringen zusätzlichen Abschreckfließmittels mit einer geringeren Intensität als derjenigen des anfänglichen Auftreffens. Diese Technik schreckt das Rohr mit der höchstmöglichen Wirksamkeit ab, vermeidet Uneinheitlichkeit der-Abschreckung und erzeugt die runde Konfiguration des Rohres vor und während des Abschreckens. Sie gestattet die Verwendung der geringstmöglichen Härtungselemente, was nicht nur die Stahlkosten auf ein Mindestmaß herabsetzt, sondern auch sehr wichtig ist für die Qualität der Feldschweißungen, welche zum Verbinden von Längeneinheiten der Rohrleitung angewandt werden.

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Die Einrichtung zum Bewegen des Rohres kann sich entweder oberhalb oder unterhalb des Ofens befinden und das Rohr kann gehaltert sein durch Befestigung am Oberende des Rohres oder Halterung des Unterendes oder durch beides. Die vorliegende Ausführungsform ist in den Zeichnungen gezeigt, welche das Haltern des Rohres vom Unterende her zeigen.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum vertikalen Abschrecken eines heißen Metallrohres geschaffen, wobei sich diese Vorrichtung durch die folgenden Merkmale kennzeichnet: eine erste Einrichtung zum Formen des heißen Rohres in runde Gestalt und zum Festhalten des Rohres in der runden Gestalt; eine zweite Einrichtung zum Aufbringen hochintensiver Vorhänge aus Abschreckfließmittel auf die innere Oberfläche des Rohres und auf die äußere Oberfläche des Rohres, wobei die Abschreckmittelvorhänge auf die innere und die äußere Oberfläche in Form von Ringen auftreffen; und eine dritte Einrichtung zum Haltern des Rohres und zum fortlaufenden Bewegen des Rohres zu der ersten Einrichtung und durch diese hindurch, und dann durch die zweite Einrichtung hindurch und zwar auf einem im wesentlichen vertikalen Weg in der Richtung der Längsachse des Rohres.

Fig. IA-IF sind schematische Darstellungen, welche die Reihenfolge der Operationen zeigen;

Fig. 2 ist eine Ansicht des Aufbaues der vertikalen Rohrabschreckvorrichtung und eines Teils des Ofenaufbaues;

Fig. 3 ist ein ausschnittsweiser Querschnitt des Ofens, der Vertikalrohrabschreckung und des Aufzuges, allgemein mit Schnitt auf Linie 3-3 von Fig. 5;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht mit Schnitt auf Linie 4-4 von Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Querschnitt, teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht auf Linie 5-5 von Fig. 3;

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Fig. 6 ist eine ins einzelne gehende Querschnittsansicht eines in Fig. 3 gezeigten Vorhangkopfstückes; und

Fig. 7 ist eine isometrische Ansicht, teilweise im Schnitt, des in Fig. 3 gezeigten Aufzuges. »

Die Fig. 1A-1F zeigen die allgemeine Aufeinanderfolge der Operationen. Jede der Figuren zeigt einen Ofen 2 mit einem Ofenhalterungsaufbau 4. Am Oberende des Ofenhalterungsaufbaues 4 befindet sich ein Kran 6. Eine Vertikalrohrabschreckung 8 zum Abschrecken eines Metallrohres 10 ist auf einem beweglichen Wagen 12 angebracht. Die Fig. IA zeigt das Rohr 10, wie es in die vertikale Rohrabschreckung 8 mittels des Kranes 6 abgesenkt wird. Fig. IB zeigt das Rohr 10 im Inneren der vertikalen Rohrabschreckung 8. Die vertikale Rohrabschreckung 8 wird dann unter den Ofen 2 bewegt. Fig. IC zeigt das Rohr IO bei der Anhebung mittels eines Aufzuges in den Ofen 2, wo das Rohr auf die genaue Temperatur zum Abschreckhärten erhitzt wird und bei dieser Temperatur die richtige Zeitdauer gehalten wird. Wie in Fig. ID gezeigt, wird dann das Rohr IO in die vertikale Rohrabschreckung δ abgesenkt und das Abschreckfließmittel wird auf das Rohr 10 aufgebracht. Fig. IE zeigt das abgeschreckte Rohr 10 innerhalb der vertikalen Rohrabschreckung 8, welche von unterhalb des Ofens 2 fortbewegt wird. Fig. IF zeigt das abgeschreckte Rohr 10 beim Entfernen aus der vertikalen Rohrabschreckung 8 mittels des Kranes 6. Nunmehr wird der Arbeitszyklus wiederholt.

Die verbleibenden Figuren zeigen einen genaueren Aufbau der vertikalen Rohrabschreckung 8. In Fig. 2 ist der Kran 6 am Oberende des Ofenhalterungsaufbaues 4, welcher den Ofen 2 haltert, gezeigt. Das Rohr IO ist gezeigt, wie es in den Ofen 2 eintritt (bzw. den Ofen verläßt) und in die vertikale Rohrabschreckung 8 eintritt (bzw. diese verläßt), wobei die Abschreckung 8 unmittelbar unter dem Ofen 2 sich befindet. Die Anhebeeinrichtung und die Plattform 14 dienen zum Anheben und Absenken des Aufzuges 16, auf welchem das Rohr IO ruht. Eine Teilträgersäule 18 verschafft der vertikales

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Rohrabschreckung 8 Halterung. Am Unterende der vertikalen Rohrabr schreckung 8 befinden sich die Hochdruck- und Niederdruckwasserpumpen in der Pumpenabteilung 20. Die vertikale Rohrabschreckung 8 ist auf dem Wagen 12 angebracht bzw. ruht darauf. Unter dem Wagen 12 befindet sich ein Sammelbecken 22 zum Auffangen des Abschreckfließmittels, welches aus der vertikalen Rohrabschreckung 8 fällt.

Die Fig. 3 zeigt eingehender den Aufbau des Ofens 2 und der Vertikalrohrabschreckung 8. Am oberen Teil der Figur ist die Offenhülle 2 gezeigt. Der Ofen 2 besitzt eine kalte Wandung 24 und eine kalte Wandung 26. Auf der kalten Wandung 26 angebracht, befinden sich Rohrzentrierführungen 28 zum Zentrieren des Rohres 10, wenn dieses in den Ofen 2 eingesetzt wird. Die Ofenheizkammer 30 wird durch geeignete Einrichtungen geheizt, welche elektrische Heizelemente 32 sein können. Am ünterende 34 des Ofens 2 befindet sich der Ofeneingang bzw. Ringspalt 36, welcher so gebaut ist, daß er den freien Durchgang des Rohres 10 in den Ofen 2 gestattet. Der Ofeneingang ist wassergekühlt und es sind Kammern 38 und 40 zur Aufnahme zirkulierenden Wassers vorgesehen. Auf dem Ofen 2 ist auch ein Verriegelungsmechanismus gezeigt, welcher aus einem Verriegelungsbolzen 42 besteht, der an einen Hydraulikzylinder 44 angekoppelt ist. Der Zweck dieser Verriegelungsanordnung besteht darin, den Ofendichtring 46 gegen den Eingang zum Ofen zu halten. Der Dichtring 46 haltert auch das Rohr 10 im Ofen.

Der Verriegelungsbolzen (es sind acht vorhanden) tritt in die acht Verriegelungsbolzenschlitze 48 (es sind acht vorhanden) ein, welche im Aufzug 16 eingeschlitzt sind. Die vertikale Rohrabschreckung 8 befindet sich direkt unterhalb des Ofens 2. Am Oberende der vertikalen Rohrabschreckung' 8 befindet sich ein äußerer Ring 50. Es and ein äußerer Ring und ein innerer Ring vorhanden, wobei jeder Ring eine Anzahl entsprechender Formrollen 52 und 54 aufweist. Diese Rollen stehen sich direkt gegenüber und sind so gelagert, daß sie das Rohr 10 aufnehmen. Die Rollen 52 und 54 sind an Halterungen 56 bzw. 58 befestigt. Hydraulische Zylinder 60 und

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drücken die Rollen 52 und 54 gegen das Rohr 10. Auf die Formrollen 52 und 54 folgt ein äußeres Abschreckvorhangkopfstück 64 und ein inneres Abschreckvorhangkopfstück 66. Das äußere Abschreckvorhang-* kopfstück 64 erzeugt einen konischen Abschreckvorhang aus Fließmittel 68 mit einem imaginären Scheitelpunkt nach abwärts längs der Längsachse des Zentrums der vertikalen Rohrabschreckung 8. Das innere Abschreckkopfstück 66 erzeugt einen konischen Vorhang von Abschreckfließmittel 70 mit einem imaginären Scheitelpunkt nach aufwärts längs der Längsachse. Die beiden konischen Abschreckvorhänge 68 und 70 laufen zusammen und bilden ein Paar Ringe 72 und 74 des Auftreffens auf die Oberflächen des Rohres, wobei diese Ringe einander direkt gegenüberliegen. Das Verteilerrohr 76 schafft das Abschreckfließmittel zum äußeren Abschreckvorhangkopfstück 64 hoher Intensität und das Verteilerrohr 78 schafft das Abschreckfließmittel zum inneren Abschreckvorhangkopfstück 66 hoher Intensität. Die Abschreckvorhangkopfstücke 64 und 66 hoher Intensität befinden sich so dicht wie möglich an den festhaltenden Formrollen 52 und 54. Direkt unterhalb der Hochintensität s-Abschreckvorhangkopfstücke 64 und 66 befindet sich eine Anzahl innerer und äußerer Ringe mit einer Anzahl innerer und äußerer Düsen 80 und 82, welche kreisförmige Bänder von Sprühungen 84 und 86 gegen das Rohr 10 herbeiführen, um die durch die anfänglichen Abschreckaufprallungen 72 und 74 herbeigeführte Oberflächentemperatur aufrechtzuerhalten. Diese Sprühdüsen 80 und 82 werden durch Verteilerrohre 87 bzw. 85 versorgt. Die Ringe der Sprühdüsen 80 und 82 befinden sich im Abstand längs der Längsachse der vertikalen Rohrabschreckung 8. Zwischen den Ringen der Sprühdüsen längs der Längsachse der vertikalen Rohrabschreckung 8 verteilt, befinden sich innere Führungsrollen 88, welche das Rohr-10 während seiner -fortlaufenden Bewegung durch die vertikale Rohrabschreckung 8 auf dem Aufzug 16 führen. An den Aufzug 16 ist ein Kettenzahnrad 90 angeschlossen, um welches herum eine Anhebekette 92 geht, welche sich bis zu einem Kettenzahnrad 9.4 erstreckt, welches durch den Anhebemechanismus 14 angetrieben wird. Die Anhebekette 92 besitzt ein totes Ende, welches an der in Fig. 2 gezeigten Abschreckkonstruktion bei 96 verankert ist. Die Abschreckaufzug 16 besitzt Aufzugführungen 98, welche mit Aufzugführungsschienen 100 in Berührung stehen. 609831/0607

Der in Fig. 4 dargestellte Querschnitt zeigt die Ringe der äußeren und inneren Formrollen 52 und 54, wobei diese Formrollen durch Gabelköpfe 122 bzw. 124 gehaltert sind. Hydraulische Zylinder 60 und 62 drücken die Rollen 52 und 54 gegen das Rohr 10. Die Rollen 52 und 54 definieren einen Ringspalt 126, durch welchen das Rohr 10 hindurchgeht, während dieses zur runden Gestalt geformt wird und die runde Gestalt wird beibehalten und festgehalten, während das Rohr 10 abgeschreckt wird.

Der in Fig. 5 dargestellte Querschnitt der vertikalen Rohrabschrekkung 8 zeigt Einzelheiten der Ringe, welche zusätzliche Bereiche an Abschreckfließmittel schaffen, die auf den Abschreckvorhang hoher Intensität folgen. Jeder der äußeren Ringe 126 und der inneren Ringe 128 besitzt eine Anzahl Sprühdüsen 82 bzw. 80. Im Abstand voneinander an verschiedenen Punkten zwischen den inneren und den äußeren Sprühdüsen 80 und 82 befinden sich innere und äußere Führungsrollen 88 und 89, welche mit dem Rohr 10 in Tuchfühlung stehen. Die äußeren und inneren Ringe werden durch Verteilerrohre 85 und 87 geringer Intensität versorgt. Die Plattform 14 ist mit dem Anhebemechanismus gezeigt, welcher Geschwindigkeitsverminderer 132, im rechten Winkel arbeitende Antriebseinheiten 130 und das angetriebene Kettenzahnrad 94 mit Hebekette 92 aufweist. Die Antriebskettenzahnräder 94 werden sämtlich durch den Antriebsmotor 134 des Aufzuges angetrieben.

Fig. 6 ist ein Einzelheiten zeigender Querschnitt durch das äußere Abschreckvorhangkopfstück 64 mit O-Ringdichtungen 136 und einem Abschreckabteil 138. Einstellschrauben 140 legen die Stellung der Einstellplatte 142 fest, so daß der Spalt 144 geschaffen wird, welcher den konischen Wasservorhang 68 (bzw. 70) erzeugt, der auf das Rohr 10 auftrifft.

Fig. 7 stellt die Einzelheiten des Aufzuges 16 dar und zeigt die Aufzugführungen 98 (welche mit den Schienen 100 in Tuchfühlung

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stehen, die Kettenzahnräder 90 und die Verriegelungsbolzenschlitze 48, welche die Verriegelungsbolzen 42 (Fig. 3) aufnehmen. Auf dem Oberende des Aufzuges 16 ruht der Dichtring 46, welcher das Rohr 10 haltert, wobei das Rohr auf der Bördelung 146 des Dichtringes 46 ruht. Der Dichtring 46 ist entfernbar und kann auch als ein aufwendbarer Gegenstand ersetzt werden, nachdem er die Abschreckung passiert hat. Der Ring 46 kann aus geeignetem Material, beispielsweise aus feuerfestem Material, hergestellt sein.

Die typische Aufeinanderfolge der Operationen ist in den Fig. IA bis IF gezeigt. Das Rohr 10 wird so ausgerichtet, daß seine Längsachse vertikal steht und es auf der Bördelung 146 des Dichtringes 46 ruht. Die vertikale Rohrabschreckung wird in Stellung unter dem Ofen bewegt. Der Aufzug 16 wird gehoben und trägt das Rohr 10 in den Ofen 2. Der hydraulische Verriegelungszylinder 44 wird betätigt und der Verriegelungsbolzen 42 geht durch die Verriegelungsbolzenschlitze 48 hindurch und hält den Dichtring, welcher zwei Funktionen besitzt. Er hält das Rohr 10 im Ofen 2 und dichtet die öffnung 30 des Ofens 2 ab. Wenn der Ofen 2 das Rohr IO auf die richtige Abschreckhärtungstemperatur erhitzt und es die angemessene Zeitdauer darauf gehalten hat, wird die Abschreckeinheit 8 auf einer (nicht gezeigten) Fahrbahn direkt unter den Ofen 2 zurückgeführt. Es ist klar, daß die vertikale Rohrabschreckung 8 für einige öfen dienen kann. Nachdem der Aufzug gegen den Dichtring angehoben ist, werden dann die Verriegelungsbolzen 42 aus den Schlitzen 48 ausgeklinkt und der Aufzug 16 wird mit einer gesteuerten geeigneten Geschwindigkeitsrate mittels des Antriebes 134, der Reduziereinrichtung 132, des Kettenzahnrades und der Kette 92 und 94 und des Ketten Zahnrades 90 fortlaufend abgesenkt. Soweit das Rohr keine wirklich runde Gestalt besitzt, drücken die Formrollen 52 und 54 gegen das Rohr 10 und formen das Rohr rund und halten diese runde Gestalt aufrecht und halten das Rohr fest, wenn das Rohr 10 zu den benachbarten Abschreckkopfstücken 64 und 66 hoher Intensität abgesenkt wird, welche einen konisch gestalteten Abschreckvorhang hoher Geschwindigkeit schaffen, der auf das Rohr 10 auf trifft und ein Paar Auf tref fringe 74 und 72 bildet,

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die auf der inneren und der äußeren Oberfläche des Rohres IO sich direkt gegenüberliegen. Die Abschreckvorhänge 68 und 70 treffen das Rohr 10 in einem Winkel, welcher ein Zurückspritzen, welches ein Vorkühlen des Rohres verursachen könnte, vermeidet. Die Oberflächentemperatur des Rohres 10 ist durch das anfängliche Auftreffen bei 72 und 74 festgesetzt. Diese Temperatur wird aufrechterhalten durch die Aufbringung zusätzlicher Bereiche an Abschreckfließmittel, welche aus äußeren und inneren Ringen der Düsen 82 und 80 zugeliefert werden. Innere und äußere Führungsrollen 88 und 89 halten das Rohr 10 in Stellung und halten dessen Ausrichtung in bezug auf die Düsen aufrecht, wenn das Rohr kontinuierlich die vertikale Rohrabschreckung 8 passiert. Ein Sammelbecken 22 sammelt das Abschreckfließmittel, welches nach Wunsch gekühlt und rückgeführt werden kann.

Wenn die Formrollen 52 und 54 zurückgezogen sind, so stehen ihre Flächen in genügendem Abstand voneinander, um der Dichtung 46 und dem Rohr 10 den Durchgang zwischen ihnen zu erlauben. Ausgestreckt treffen sich die Rollenflächen so, daß beim Durchgang des Rohres zwischen ihnen die (nicht gezeigten) Federn in einem Ausmaß zusammengedrückt werden, welches ausreichend ist, um die erforderliche Formungskraft zu erzeugen. Wenn das Rohr rund ist, wird sowohl auf die innere als auch auf die äußere Oberfläche des Rohres eine gleiche Kraft ausgeübt. Wenn nichtrundes Rohr zwischen den Formrollen 52 und 54 eintritt, drücken diejenigen Teile des Rohres, welche innerhalb der korrekten ringförmigen Stellung liegen, die Federn in jenem Bezirk ein größeres Ausmaß zusammen als in den benachbarten Bezirken, was eine größere Kraft erzeugt, die das Rohr nach auswärts drückt. Benachbarte Bezirke um das Rohr herum liegen außerhalb der genauen kreisförmigen Stellung. Dort werden die äußeren Rollen um ein zusätzliches Ausmaß gedrückt und es werden an diesen Punkten zusätzliche Kräfte erzeugt. Die so erzeugten Kräfte üben eine Biegebewegung auf das heiße Rohr aus und drücken es in eine runde Gestalt.

- Patentansprüche 609831/0607

Claims (12)

Dr.-lng. E. BERKENFELD ■ Dipl.-lng. ri. B E RKc N FE LD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom Name d. Anm. Drever Company Patentansprüche

1. Vorrichtung zum vertikalen Abschrecken eines heißen Metallrohres , gekennzeichnet durch:

(a) eine erste Einrichtung (52, 54), welche das heiße Rohr (10) in runde Gestalt formt und das Rohr in der runden Gestalt festhält;

(b) eine zweite Einrichtung (64, 66), welche hochintensive Vorhänge aus Abschreckfließmittel auf die innere Oberfläche des Rohres und auf die äußere Oberfläche des Rohres aufbringt, wobei die Abschreckvorhänge auf die innere und auf die äußere Oberfläche in Form von Ringen auftreffen; und

(c) eine dritte Einrichtung (16), welche das Rohr (10) trägt und es fortwährend zu der ersten Einrichtung und durch sie hindurch bewegt und dann durch die zweite Einrichtung hindurch bewegt und zwar auf einem im wesentlichen vertikalen Weg in Richtung der Längsachse des Rohres.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung die hochintensiven Vorhänge aus Abschreckfließmittel gleichzeitig auf die Innenseite des Rohres und auf die Außenseite des Rohres aufbringt, wobei die Abschreckvorhänge auf die innere und äußere Oberfläche in Form von Rin-j gen auftreffen, welche sich einander gegenüberliegen. i

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß;

die zweite Einrichtung die folgenden Merkmale aufweist: '

* i

(a) ein inneres Kopfstück (66) zum Gebrauch auf der Innensei- . te des Rohres (10), wobei dieses Kopfstück einen inneren ■ konischen Vorhang hoher Geschwindigkeit aus Abschreckfließmittel erzeugt; und ι

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(b) ein äußeres Kopfstück (64) zum Gebrauch auf der Außenseite des Rohres, wobei das Kopfstück einen äußeren konischen Vorhang hoher Geschwindigkeit aus Abschreckfließmittel erzeugt ,

wobei die beiden Kegel zusammenlaufen und einen Ring zwischen den äußeren und inneren Kopfstücken bilden und die beiden Kegel aus Abschreckfließmittel so gerichtet sind, daß die Vorhänge die Oberflächen des Rohres in einem nach abwärts gerichteten Auftreffwinkel treffen, welcher weniger als 90° ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen inneren Ring mit einer Anzahl Rollen zum Gebrauch auf der Innenseite des Rohres aufweist und zwar an einer Stelle oberhalb der zweiten Einrichtung, welche die hochintensiven Vorhänge aufbringt; und daß die erste Einrichtung einen äußeren Ring mit einer Anzahl Rollen zum Gebrauch auf der Außenseite des Rohres aufweist, wobei diese Rollen den Rollen auf dem inneren Ring gegenüberliegen; und jede der Rollen auf beiden Ringen gegen das heiße Rohr pressen, wodurch die Rollenringe am heißen Rohr angreifen und es vor dem Abschrecken formen und es festhalten, während das Rohr abgeschreckt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet durch eine vierte Einrichtung, welche sich unterhalb der zweiten Einrichtung befindet und welche zusätzliches Abschreckfließmittel auf die innere Oberfläche und die äußere Oberfläche des Rohres aufbringt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung aus einem Aufzug besteht, auf welchem das Rohr ruht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Anzahl Ringe an Führungsrollen (88, 89), welche zum Gebrauch auf der Innenseite und der Außenseite des Rohres und unterhalb der zweiten Einrichtung gelagert sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung, welche Abschreckfließmittel aufbringt, eine Anzahl Paare entsprechender innerer und äußerer Ringe mit einer Anzahl Sprühdüsen (80, 82) aufweist, wobei die inneren Ringe zum Gebrauch auf der Innenseite des Rohres gelagert sind und die äußeren Ringe zum Gebrauch auf der Außenseite des Rohres gelagert sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum vertikalen Erhitzen und vertikalen Abschreckhärten eines Metallrohres, gekennzeichnet durch:

(a) einen Ofen (2);

(b) einen Aufzug (16) zum vertikalen Bewegen des Rohres (10) in den Ofen hinein und aus ihm heraus, wobei die Längsachse des Rohres vertikal steht;

(c) eine Einrichtung (52, 54) zum Formen des heißen Rohres zu runder Gestalt, wenn das Rohr den Ofen verläßt, wobei sich diese Einrichtung direkt unterhalb des Ofens befindet; und

(d) eine Abschreckeinrichtung (64, 66), welche mit hoher Intensität Abschreckfließmittel auf die innere und auf die äußere Oberfläche des Rohres aufbringt, nachdem dies geformt worden ist, wobei sich die Abschreckeinrichtung unterhalb der Einrichtung zum Formen des erhitzten Metallrohres befindet.

10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9 zum vertikalen Abschrecken eines heißen Metallrohres, durch; Haltern des Rohres mit seiner Längsachse in vertikaler Stellung; dann Bewegen des Rohres in vertikaler Richtung; dann Formen des heißen Metallrohres zu runder Gestalt, wenn sich das Rohr in der vertikalen Richtung bewegt; und dann Aufbringen hochintensiver Vorhänge aus Abschreckfließmittel auf die innere Oberfläche und die äußere Oberfläche des Rohres, wobei die Vorhänge sich gegenüberliegende Auftreffringe bilden, wenn sich das Rohr bewegt, wobei

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das Abschreckfließmittel so aufgebracht wird, daß ein Vorkühlen durch Zurückspritzen beim Bewegen des Rohres vermieden wird.

11. Verwendung nach Anspruch 10 mit einer zusätzlichen Stufe des Aufbringens eines Abschreckfließmittels auf die innere und äußere Oberfläche des Rohres nach dem anfänglichen Auftreffen von Abschreckfließmittel.

12. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1-9 zum vertikalen Erhitzen und vertikalen Abschreckhärten eines Metallrohres durchj Bewegen des Rohres nach aufwärts mit vertikalstehender Längsachse in einen Ofen; dann Erhitzen des Rohres; dann Absenken des Rohres aus dem Ofen heraus; dann Formen des Rohres zu runder Gestalt, während es den Ofen verläßt; und dann Abschrecken des Rohres mit Vorhängen aus Abschreckfließmittel, welches auf die innere und äußere Oberfläche des Rohres aufgebracht wird.

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