DE1608327C3 - Kuhlstrecke fur Walzdraht oder Stabmatenal - Google Patents
Kuhlstrecke fur Walzdraht oder StabmatenalInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft eine Kühlstrecke für Walzlraht
oder Stabmaterial, bestehend aus einem Kühl- :ohr oder mehreren über weite Einströmöffnungen
in eine Druckwasserleitung angeschlossenen hintereinander angeordneten Kühlrohren, wobei die beiden
Enden jedes Kühlrohres mit verengten Endstücken für den Kühlwasserabfluß versehen sind.
Bei der Herstellung von Walzdraht oder Stabmaterial verläßt das Walzgut das letzte Walzgerüst mit
einer Walzendtemperatur über 900° C. Anschließend wird das Walzgut abgekühlt, wobei die Abkühlung
so geführt werden soll, daß sich — entsprechend dem Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild
— ejn gut ziehbares Sekundärgefüge ergibt.
Ein derartiges Gefüge wird erreicht, wenn die Abkühlung bis zu Temperaturen oberhalb der
Martensit-Temperatur sehr schnell und gleichmäßig über den Walzgutumfang und über die Walzgutlängc
durchgeführt wird.
Es ist bekannt, daß das Abkühlen des Walzdrahtes oder Stabmaterials dadurch geschieht, daß das Walzgut
durch offene mit Wasser gefüllte Kästen geführt wird; daß das Walzgut durch weite glatte Rohre geführt
wird, bei denen das Wasser in der Regel durch öffnungen an der Rohroberseite und über einen großen
Teil der Kühlrohrlänge eintritt; daß das Walzgut durch Ringdüsen od. dgl. geführt wird, die das Wasser
mit Druck auf die Walzgutoberfläche spritzen.
Bekannt sind weiter kombinierte Kühlaggregate, bei denen das Abkühlen des Walzgutes dadurch geschieht,
daß das Walzgut Kühiapparate durchläuft, in denen durch eine Ringdüse oder durch Bohrungen
zuerst das Wasser mit Druck auf die Walzgutoberfläche gespritzt wird, und das Wasser weiter an der
Walzgutoberfläche gehalten wird, wozu man das Wasser sowohl durch das walzgutdurchfahrene Innenrohr
als auch durch Bohrungen in ein Mantelrohr und von dort wieder durch Bohrungen in das Innenrohr
und weiter zu verengten Wasseraustrittsöffnungen strömen läßt. Bei einem anderen Beispiel erfolgt
die Abkühlung des Walzgutes dadurch, daß man das Walzgut ebenfalls durch eine Reihe von Kühlaggregaten
führt, in denen durch eine Ringdüse od. dgl. zuerst das Wasser mit Druck auf die Walzgutoberfläche
gespritzt wird und das Wasser weiter drucklos an der Walzgutoberfläche gehalten wird, wozu man
ein mit Entspannungsbohrungen versehenes Rohr — in Walzrichtung gesehen — hinter der Ringdüsc angeordnet
hat.
Es sind umfangreiche Untersuchungen über die anzustrebenden optimalen Bedingungen für die Abkühlung
von Walzdraht oder Stabmaterial bekannt gemacht worden. Die Untersuchungen ergaben, daß es
für die erstrebenswerte Abkühlung qualitätsabhängig darauf ankommt, daß die Abkühlung — der Wärmeübergang
— unmittelbar nach der Warmverformung möglichst groß ist. Der Wärmeübergang wird wesentlich
durch die Ablösegeschwindigkeit der Dampfbläschen, die sich an der heißen Walzgutoberfiäche bilden,
beeinflußt. Je größer die Dampfbläschen an der heißen Walzgutoberfläche werden können, desto geringer
ist der Wärmeübergang.
Beim Betreiben der bekannten Kühlstrecken treten verschiedene Mangel am gekühjten Walzgut auf. Haben
die Kühlaggregate für Walzdraht oder Stabmaterial einen großvolumigen Kühlwasserraum, so wird
die un- und schlechtgekühlte Walzgutspitze sehr lang, da das Füllen des Kühlaggregates erst beginnen
darf, wenn die Walzgutspitze gerade das Kühlaggregat durchfahren hat. Bei den immer höher werdenden
Endwalzgeschwindigkeiten ist dies ein besonderer Nachteil, da bei vielen Qualitäten diese schlecht
gekühlte Spitze abgeschnitten werden muß und in den Schrott geht. Bei den Drahtkühlaggregaten, die
in Rohren mit gleichbleibendem Durchmesser kühlen, ist die Oberflächentemperatur am gekühlten Walzgut
für viele Qualitäten zu ungleichmäßig, da sich bei Rohren mit offenen Enden die wirksame Kühllänge
durch das stark vibrierende und sich an die Rohrwandungen anlegende Walzgut ständig verändert.
Bei Kühlstrecken, bei denen das Wasser nur mit Druck auf die Walzgutoberfläche gespritzt wird, ist
der Druckwasserverbrauch sehr hoch. Bei den Drahtkühlaggregaten, bei denen Wasser mit Druck auf die
Walzgutoberfläche gespritzt wird und es dann weiter an der Walzgutoberfläche gehalten wird, ist es von
der konstruktiven Ausbildung abhängig, inwieweit durch die damit erreichte Senkung des Druckwasserverbrauchs
eine größere Schwankung in der Oberflächentemperatur des gekühlten Walzgutes entsteht.
Haben Kühlaggregate neben dem walzgutdurchlaufenden Strömungsraum noch Nebenströmungsräume,
so herrschen in den verschiedenen Strömungsräumen verschiedene Strömungswiderstände, wodurch in Teilen
des Kühlaggregates — mit bestimmter Frequenz — Vollverdampfungen eintreten, die Kältespitzen in
der Oberflächentemperatur des gekühlten Walzgutes verursachen. Diese unerwünschte Erscheinung wird
noch begünstigt, wenn bei diesen Aggregaten die öffnungen für den Kühlwasserabfluß die Kühlwassermenge
drosseln, da dabei durch die geringere Kühlwassermenge die Frequenz der Temperaturschwankungen
noch erhöht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Abkühlung von Walzdraht oder Stabmaterial die
Länge der ungleichmäßig gekühlten Walzgutspitze zu verringern, die Abkühlzeit zu verkürzen, die Gleichmäßigkeit
der Oberflächentemperatur über den Walzgutumfang und über die Walzgutlänge zu verbessern
und dabei den Verbrauch an Kühlwasser zu senken.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Einströmöffnungen auf einem im Vergleich
zur Rohrlänge kurzen Bereich in der Mitte des Kühlrohres angeordnet sind und daß der Innendurchmesser
der verengten Endstücke für den Kühlwasserabfluß des Kühlrohres nur wenig größer —
höchstens etwa doppelt so groß — ist als der Durchmesser des Walzgutes.
Die Einströmöffnungen für das Kühlwasser sind mit Vorteil auf einem im Vergleich zur Rohrlänge
kurzen Bereich in der Mitte des Kühlrohres angeordnet, wodurch erreicht wird, daß die Strömungswege
zu den Endstücken für den Kühlwasserabfluß ungefähr gleich lang sind.
Gemäß der Erfindung ist der Innendurchmesser der verengten Endstücke nur wenig größer als der
Durchmesser des Walzgutes. Er ist höchstens doppelt so groß, vorzugsweise jedoch kleiner als das eineinhalbfache
des Walzgutdurchmessers. Dieser Bemessung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Endstücke
so geformt sein sollen, daß sie einen möglichst hohen Strömungswiderstand haben. Bei geringen Drahtdurchmessern
wählt man den Innendurchmesser der Endstücke etwa 1,5 bis 2 mal so groß wie den Drahtdurchmesser.
Bei größeren Walzgutdurchmessern kann der Innendurchmesser der Endstücke kleiner
sein, er kann vorzugsweise weniger als das eineinhalbfache des Walzgutdurchmessers betragen.
Eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes der Endstücke läßt sich zweckmäßig durch zwei oder
mehrere Engstellen mit dazwischenliegenden Aufweitungen in den Endstücken erreichen.
Im Kühlrohr selber herrscht ein etwas verminderter Druck gegenüber der Druckwasserleitung, der
mindestens 2, vorzugsweise jedoch mehr als 4 atü betragen soll. Durch den im Kühlrohr herrschenden
Druck und der sich aus der notwendigen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers sich ergebenden
ίο hohen Turbulenz werden die sich an der heißen
Walzgutoberfläche bildenden Dampfbläschen komprimiert, und damit ihre Wärmeisolation gegenüber
der heißen Walzgutoberfläche vor dem Abreißen verringert, sowie die Dampfbläschenablösegeschwindigkeit
und die Rekondensationsgeschwindigkeit gesteigert.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlrohr mit dem mittigen Eintritt des zur Abkühlung verwendeten
Druckwassers und den verengten Endstücken wird ein einteiliger — in zwei Richtungen durchströmter
— in seiner Länge konstanter Druckraum (Kühlraum) geschaffen, in dem sich, bei gleichbleibenden
Eingangsmeßwerten des Walzgutes und des Kühlwassers, in jedem Rohrquerschnitt ein konstantes physikaiisches
Milieu einstellt. Die Abkühlung kann dadurch exakt geführt werden.
Der Innendurchmesser der Kühlrohre ist zweckmäßig höchstens dreimal, vorzugsweise jedoch nicht
mehr als doppelt so groß, wie der Durchmesser des stärksten auf der Anlage zu kühlenden Walzgutes.
Durch die Wahl eines kleinen Innendurchmessers des Kühlrohres wird erreicht, daß sich das Kühlrohr in
sehr kurzer Zeit mit Kühlwasser füllt.
Zum Erreichen einer besonders hohen Turbulenz ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Innenwand
des Kühlrohres etwa nach Art eines Gewehrlaufes gedrallt ist.
Die Einströmöffnungen sind mit Vorteil weite Bohrungen in der Rohrwand der Kühlrohre, die das
Rohrinnere mit dem Innenraum der das Kühlrohr umschließenden Anströmkästen verbinden. Die Anströmkästen
sind an die Druckwasserleitung angeschlossen. Die Anströmkästen haben auch ein kleines
Volumen, damit ihre Wasser-Füllzeit sehr kurz ist.
Die Bohrungen für die Einströmöffnungen sind auf den Umfang des Kühlrohres gleichmäßig verteilt.
Die Achsen der Bohrungen für die Einströmöffnungen sind zum Rohrradius unter einem Winkel angeordnet,
so daß sich eine tangentiale Einströmung ergibt, die die Turbulenz erhöht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind die Bohrungen in zwei Gruppen aufgeteilt,
denen voneinander getrennte und unabhängig voneinander mit Kühlwasser beaufschlagbare Anströmkästen
zugeordnet sind. Je nachdem, ob man den einen, den anderen oder beide Anströmkästen mit
Kühlwasser beaufschlagt, erreicht man eine Abstufung der Abkühlwirkung.
Zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Kühlrohren einer Kühlstrecke sind zweckmäßig Schotten mit engen Bohrungen für den Walzgutdurchtritt angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß in ein nicht mit Kühlwasser beaufschlagtes Kühlrohr ablaufendes Kühlwasser aus den benachbarten Kühlrohren nicht eindringen kann und so in diesem Rohr keine nicht führbare zusätzliche Abkühlung erfolgen kann.
Zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Kühlrohren einer Kühlstrecke sind zweckmäßig Schotten mit engen Bohrungen für den Walzgutdurchtritt angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß in ein nicht mit Kühlwasser beaufschlagtes Kühlrohr ablaufendes Kühlwasser aus den benachbarten Kühlrohren nicht eindringen kann und so in diesem Rohr keine nicht führbare zusätzliche Abkühlung erfolgen kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die ungleichmäßig gekühlte
Walzgutspitze sehr kurz wird, da die Abkühlintensität
sehr rasch voll wirksam wird. Durch die hohe Turbulenz im strömenden Kühlwasser im Kühlrohr,
durch die konstante Länge der wirksamen Kühlrohrlänge, verbunden mit dem hohen erreichbaren Wärmeübergangswert
wird gewährleistet, daß die Gleichmäßigkeit der Oberflächentemperatur des gekühlten
Walzgutes über den Walzgutumfang und über die Walzgutlänge eine gute ist. Der erreichbare hohe
Wärmeübergangswert bewirkt eine sehr rasche Abkühlung und macht kürzere Kühlstrecken möglich
oder erlaubt höhere Endwalzgeschwindigkeiten bei festgelegter Kühlstreckenlänge, wobei der Kühlwasserverbrauch
vergleichsweise geringer ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Kühlstrecke mit mehreren Kühlrohren, F i g. 2 ein einzelnes Kühlrohr im Schnitt,
F i g. 3 das verengte Endstück eines Kühlrohres auf der Einlauf seite des Walzgutes,
F i g. 4 das verengte Endstück eines Kühlrohres auf der Auslaufseite des Walzgutes,
Fig. 5 den Schnitt A-B aus Fig. 2 durch ein
Kühlrohr,
F i g. 6 einen Teil eines gedrallten Kühlrohres im Längsschnitt.
Die Kühlstrecke besteht aus mehreren koaxial hintereinander angeordnete Kühlrohre la, Ib, Ic, die
von dem heißen Walzgut nach dem Verlassen des letzten Walzgerüstes in der Richtung des Pfeiles 13
durchlaufen werden. Der Innendurchmesser der Kühlrohre beträgt das eineinhalb- bis zweifache,
höchstens das dreifache des größten Walzgutdurchmessers des Walzgutes das auf der Anlage abgekühlt
werden soll. Die Länge der Kühlrohre beträgt 1 bis 2 m. Zwischen den einzelnen Kühlrohren sind
Schotten 6 angeordnet. Diese bestehen aus Blechplatten, die eine mit den Kühlrohren fluchtende enge
Bohrung 15 aufweisen.
Etwa in der Mitte eines jeden Kühlrohres sind die gleichmäßig über den Umfang verteilten Einströmöffnungen
für das Kühlwasser angebracht. Diese sind gemäß F i g. 5 weite Bohrungen 14, deren Achsen
zu den entsprechenden Radien des Kühlrohres geneigt sind, so daß das Kühlwasser tangential in den
Kühlrohrinnenraum einströmt. Der Gesamtquerschnitt der Einströmöffnungen soll etwa von der gleichen
Größenordnung sein wie der lichte Querschnitt des Kühlrohres. Die einzelne Einströmöffnung soll
weit und nicht als enge Düse ausgebildet sein. Anzahl und/oder Querschnitt der Einströmöffnungen
können von Anströmkasten zu Anströmkasten verschieden sein. Der Querschnitt der Einströmöffnungen
in den beiden Anströmkästen eines Kühlrohres verhält sich vorzugsweise wie 2:1. Durch diese Abstufung
in Verbindung mit den Einstellhähnen 5 ergibt sich die Steuerungsmöglichkeit für die Abkühlung,
je nachdem ob man den einen oder den anderen oder beide Anströmkästen mit Kühlwasser beaufschlagt.
Das Steuerventil 7 läßt dem Kühlrohr — automatisch in Abhängigkeit von der Lage der Walzgutspitze
beim Durchlauf durch das Kühlrohr — das Kühlwasser aus der Druckwasserleitung 8 zuströmen.
An den Enden des Kühlrohres 1 befinden sich die Endstücke 3 und 4. Das Endstück 3 hat im vorderen
Teil die Form des bekannten Trichters, damit ein sicheres Einfädeln des Walzgutes gewährleistet ist. Das
Endstück 4 ist innen ebenfalls trichterförmig verengt. Der Innendurchmesser der Engstellen 9 in den
Endstücken 3 und 4 beträgt höchstens das eineinhalb- bis zweifache des Walzgutdurchmessers. Hinter
der Engstelle 9 befindet sich in dem Endstück 4 eine
Aufweitung 10 mit einer Kreuzbohrung 11, an die sich eine weitere Engstelle 12 anschließt. Die Engstelle
12 dient im wesentlichen als Wasserfang. Das Wasser läuft größtenteils durch die Kreuzbohrung 11
ab. Die Engstelle 12 braucht nur so weit zu sein, daß das Walzgut ungehindert passieren kann. Die Endstücke
3 und 4 bestehen aus nichtrostendem warmfestem Material. Dadurch wird die Oberfläche des
Walzgutes bestens geschont.
Da die Endstücke sich mit ihrer Engstelle 9 nach dem Walzgutdurchmesser richten sollen, sollen sie
bei dem Übergang von einem Walzgutdurchmesser zu einem anderen ebenfalls gewechselt werden. Es ist
jedoch angängig, bei Walzgut mit nur wenig verschiedenen Durchmessern die gleichen Endstücke zu verwenden.
{ (
In F i g. 6 ist ein anderes Kühlrohr 1' dargestellt, bei dem die Innenrohrwand nach Art eines Gewehrlaufes
gedrallt ist. Dadurch wird, in Verbindung mit der tangentialen Einströmung des Kühlwassers, eine
noch höhere Turbulenz im Kühlwasser beim Durchströmen des Kühlrohres erzielt.
Die Arbeitsweise der Anlage ist folgendermaßen:
Sobald die Spitze des Walzgutes 16 das Kühlrohr 1 durchlaufen hat und das hintere Endstück 4 erreicht
hat, öffnet automatisch das Steuerventil 7. Das Kühlwasser, das vorher schon in den Anströmkästen 2 bis
zur Unterkante des Kühlrohres gestanden hatte, strömt nun, je nach der Stellung der Einstellhähne 5,
über den oder die Anströmkästen 2 und durch die Bohrungen 14 in das Kühlrohr 1 ein. Da das Volumen
des Kühlrohres klein ist, erreicht das Kühlwasser im Bruchteil einer Sekunde die Endstücke 3 und 4.
Im selben Augenblick stellt sich durch die verengten Endstücke der angestrebte Druck im Kühlrohr ein,
und es beginnt die exakt geführte Abkühlung des Walzgutes. Sie dauert so über die ganze Walzgutlauf- i't
zeit an und ist jederzeit reproduzierbar. Sobald das ^*
Walzgut das Kühlrohr verlassen hat, schaltet automatisch das Steuerventil 7 den Kühlwasserzufluß ab.
Der Wasserverbrauch beträgt etwa ein Drittel oder weniger des Verbrauches bei herkömmlichen Kühlaggregaten.
Da mit einer geringeren Wassermenge die Abkühlung erreicht wird, tritt das Kühlwasser
mit vergleichsweise höherer Temperatur aus den Kühlrohren aus. Die jahreszeitliche Schwankung der
Temperatur des Kühlwasser beim Einströmen in die Kühlrohre hat sich auf die Abkühlung als unbedeutend
erwiesen. Auf Grund der Ausbildung des Kühlrohres liegt das Ende der Druckwasserleitung an die
die Kühlrohre angeschlossen sind praktisch an den beiden verengten Endstücken des Kühlrohres.
Eine Anlage gemäß der Erfindung ist beispielsweise für Walzdraht von 5 bis 12 mm Durchmesser
ausgelegt. Der Innendurchmesser der Kühlrohre beträgt 19,8 mm. Bei einem Walzgutdurchmesser von 5
bis 6 mm beträgt der Innendurchmesser der verengten Endstücke 10 mm, bei 7 bis 9 mm = 12 mm und
bei 10 bis 12 mm = 15 mm.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Kühlstrecke für Walzdraht oder Stabmaterial, bestehend aus einem Kühlrohr oder mehreren
über weite Einströmöffnungen an eine Druckwasserleitung angeschlossenen hintereinander angeordneten
Kühlrohren, die mit verengten Endstücken für den Kühlwasserabfluß versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-Strömöffnungen (14) auf einem im Vergleich zur
Rohrlänge kurzen Bereich in der Mitte des Kühlrohres (1) angeordnet sind und daß der Innendurchmesser
der verengten Endstücke (3, 4) nur wenig größer — höchstens etwa doppelt so groß
— ist als der Durchmesser des Walzgutes (16). .
2. Kühlstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Innendurchmesser der Endstücke (3, 4) kleiner ist als das Eineinhalbfache
des Walzgutdurchmessers.
3. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (3,
4) zwei oder mehrere Engstellen mit dazwischenliegenden Aufweitungen aufweisen.
4. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser
der Kühlrohre (1) höchstens dreimal, vorzugsweise jedoch nicht mehr als doppelt so groß
ist wie der Durchmesser des stärksten auf der Anlage zu behandelnden Walzgutes.
5. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (V)
gedrallt ist.
6. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmöffnungen
Bohrungen (14) in der Rohrwand sind, die das Innere des Kühlrohres (1) mit dem Innenraum
der Anströmkästen (2) verbinden, die an die Druckleitung (8) angeschlossen sind.
7. Kühlstrecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14) gleichmäßig
über den Umfang des Kühlrohres (1) verteilt sind.
8. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der
Bohrungen (14) zum Rohrradius unter einem schiefen Winkel angeordnet sind.
9. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen
(14) in zwei Gruppen aufgeteilt sind, denen voneinander getrennte Anströmkästen (2) zugeordnet
sind.
10. Kühlstrecke nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Kühlrohren (1 a, 1 b, 1 c) Schotten mit engen Bohrungen (15) angeordnet
sind.
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