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Wasserkühleinrichtung für schnellaufenden Walzdraht Die Erfindung
betrifft eine Wasserkühleinrichtung fUr schnelllaufenden Walzdraht einer zwischen
dem letzten Gerüst und einem Drahthaspel angeordneten Wasserkühlstrecke. Die WasserkUhleinrichtung
besteht hierbei aus einem Drahteinlauftrichter mit anschließendem, den Draht aufnehmenden
Rohr, das an seinem Ende von einer in Drahtlaufrichtung weisenden Ringschlitzdüse
umgeben ist, aus der ein in seiner Stärke veränderbarer Kühlwasserstrahl mit etwa
der Drahtdurchlaufgeschwindigkeit austritt, und einem daran anschließenden zweiten
langen Rohr, das an seinem Ende einen sich trichterförmig erweiternden und dann
zylindrisch verlaufenden Abschnitt mit Wasserabflußlöchern aufweist und mit einem
Auslauftrichter abschließt.
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Derartige Wasserkühlstrecken werden seit langem verwendet, um den
aus dem Walzgerüst austretenden Draht bis zum Eintritt in den Windungsleger möglichst
schnell auf die zur Wärmebehandlung des Drahtes gewünschte Temperatur abzukühlen.
Hierbei darf aber nicht zu schroff gekühlt werden, da sonst zu hohe Temperaturunterschiede
zwischen Drahtkern und Drahtoberfläche entstehen. Die veränderten Umwandlungsbedingungen
können dann Gefügeinhomogenitäten über den Drahtquerschnitt verursachen.
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Schließlich darf auch eine Sicherheitstemperatur von etwa 500° C nicht
unterschritten werden, da sonst die Gefahr der Martensitbildung besteht.
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Zwischen den einzelnen Kühlrohren sind zum Temperaturausgleich zwischen
Drahtkernund -oberfläche sogenannte Ausgleichsstrecken vorgesehen, in denen der
Draht trocken durchgeführt wird. Damit das Kühlwasser durch den Draht nach Verlassen
der Kühlrohre nicht mitgerissen wird und dadurch die Drahtoberfläche in den zum
AusgLeich der Oberflächen- und Kerntemperatur vorgesehenen
Erholstrecken
undefiniert weiter abkühlt, sind hinter jeder Kühleinheit Wasserabscheider angebracht.
Diese bestehen aus kurzen Rohren mit gegen die Drahtlaufrichtung weisenden Ringschlitzdüsen,
aus denen Spritzwasser mit einer das am Auslauftrichter auslaufende Kühlwasser zurückweisenden
Geschwindigkeit austritt. Der Abkühlungsverlauf von Oberflächen- und Kerntemperatur
ist in Fig. 5 der beigefügten Zeichnung veranschaulicht und wird in der Zeichnungsbeschreibung
näher erläutert.
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Für das. nachfolgende Ziehen von Stahldrähten ist neben einer hohen
Festigkeit vor allem die Gleichmäßigkeit aller Eigenschaften über die Ringlänge
von Bedeutung. Um die innerhalb eines Ringes schwankenden Walzendtemperaturen auszugleichen
und eine konstante Temperatur am Windungsleger zu gewährleisten, muß eine kontinuierliche
Regelmögllchkeit vorhanden sein. Hierzu ist es bekannt, die Wasserzufuhr in der
ersten Kühlgruppe der Kühlstrecke in Abhängigkeit von der gemessenen Temperaturabweichung
am Ende der Kühlstrecke durch Veränderung des Durchflußquerschnitts in der Zufuhrleitung
zu regeln (vgl. US-PS 2 994 528).
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Die Regelung der Wasserzufuhr am Anfang der Kühlstrecke ist jedoch
aus dem Grunde problematisch, weil an dieser Stelle die Wärmeübergangszahl infolge
der noch hohen Drahttemperatur relativ niedrig ist. Um die Kühlwirkung in der Kühleinrichtung
in dem erforderlichen Maße beeinflussen zu können, ist daher ein beträchtlicher
Regelbereich für die Wasserzufuhr erforderlich. Dies stört aber wiederum das vorher
eingestellte Gleichgewicht zwischen dem aus dem Düsenkühlrohr austretenden Wasserstrahl
und dem aus dem Wasserabscheider dagegengerichteten Wasserstrahl. Aus diesem Grunde
ist bei einer aus Düsenkuhlrohr und Wasserabscheider bestehenden Kühleinheit eine
Regelung der Wasserzufuhr zur Anderung der Kühlwirkung nicht.moglich.
Aufgabe
der Erfindung ist. daher, einen Weg zu finden, der eine wirkungsvolle Regelung der
Wasserzufuhr ermöglicht, ohne daß das einmal eingestellte System Düsenkühlrohr und
Wasserabscheider zerstört wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin,
die Kühleinriohtung so auszubilden, daß sie möglichst im hinteren Bereich der Kühlstrecke
verwendet werden kann, weil dort die Kühlwirkung der Einheit größer und damit die
Regelung der Wasserzufuhr wirkßamer ist als im vorderen Bereich.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen,
zwischen dem Düsenkühlrohr mit veränderbarer Wasserzufuhr und dem nachfolgenden
Wasserabscheider ein zweites Düsenkühlrohr der gleichen Art, jedoch mit konstanter,
der Drahtgeschwindigkeit angepaßten Wasserzufuhr anzuordnen.
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Um die erfindungsgemäße Kühleinrichtung auch im hinteren Bereich der
Kühistrecke einsetzen zu können, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen,
das zwischengeschaltete Düsenkühlrohr so auszubilden, daß unmittelbar auf die Ringschlitzdüse
anstelle des zweiten langen Rohres der sich trichter förmig erweiternde und dann
zylindrisch verlaufende Abschnitt mit den Wasserabflußlöohern folgt. Mit dieser
konstruktiven Maßnahme ist es möglich, die Regelung der Wasserzufuhr in dem Bereich
der Kühlstrecke durchzuführen, wo sie ohne Gefahr der örtlichen Unterkühlung der
Drahtoberfläche am wirkungsvollsten ist. In der Praxia lot sich auf diese Weise
ein Regelbereich von # 35° C der Drahtendtemperatur erreichen.
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Für stark schwankende Walzendtemperaturen von Ring zu Ring kann noch
eine Vorsteuerung der Kühlstrecke in der Weise vorgesehen werden, daß Uber ein Temperaturmeßgerät
vor der Fertigstaffel je nach Temperaturabweichung die letzte Kühleinrichtung der
Kühlstrecke ein- Oder ausgeschaltet wird.
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Die Kühlintensität in der Wasserkühlstrecke ist durch diese Maßnahmen
reproduzierbar und automatisch kontrollierbar. Sie läßt sich der Art des Werkstoffes
und dem gewünschten Endprodukt anpassen.
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i)ie Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Wasserkühleinrichtung mit einer bevorzugten
Ausbildung des mittleren Düsenkühlrohrs, Fig. 2 eine Prinzipskizze der Wasserkühletrecke
mit Wasserumfaufschema rnid Regelsystem und Fig. 3 ein Abkühlungsdiagramm für die
Drahtoberflächen- und kerntemperatur.
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Die in Fig. 1 dargestellte Wasserkühleiniichtung zeigt zwei hintereinander
angeordnete Düsenkühlrohre 1 und 2 und einen diesen nachgeschalteten Wasserabscheider
3, wobei die Wasserzufuhr des vorderen Düsenkühlrohrs 1 in noch zu erläuternder
Weise regelbar ist.
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Das Düsenkühlrohr 1 bestebt hierbei aus einem Drahteinlauftrichter
4 mit anschließendem Robr 5, das un seinem Ende von einer in Drahtlauflichtung weisenden
Ringschlitzdüse 6 umgeben ist.
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pas bei 16 zugeführung und aus der Düse 6 austretende Kühlwasfer
umgibt in einen deren anschliebenden jangen Pohr 7 den durch laufenden Draht und
kühlv diesen a@@@einer Oberfläche entsprechend der Wärmcaustauschzeit al Das lange
Rohr 7 weist an seinem Ende einem sich irichterförwig erweiternden und dars zylindrisch
wellaucenden Abschnitt mit tesserabilußlöchern 9 auf und schließt mit einem Auslanftrichter
10 ah.
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An des Düsenkübl @@r 1 schließt sich kenne Zwischenraum eit gleiches
Kühlronr a an, bei dem jeduch, wie im Ausführungsbeispiel
dargestellt,
unmittelbar auf die R1ngsclilt;zdUse 6 der Abschnitt 8 mit den Abflußlöchern 9 folgt.
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Hinter dem Auslauftrichter 10 des Düsenkühlrohrs 2 ist im Abstand
von etwa 50 mm der Wassorabscheider 3 angeordnet. Dieser besteht aus einem Einlauftrichter
11 und einer dicht dahinter angeordneten, gegen die Drahtlaufrichtung weisenden
Ringschlitzdüse 12, aus der das beim Anschlußstück 14 zugeführte Spritzwasser mit
einer derartigen Geschwindigkeit iuid Menge austritt, daß das aus dem Auslauftrichter
10 des Düsenkühlrohrs 2 austretende Restwasser zurückgehalten wird und der Drunt
trocken durch das Ausführrohr 15 weiterläuft. Um eine stabile Druckwand zwischen
dem Düsenkühlrohr 2 und dem Abschelder 3 zu errelchen, muß darauf geachtet werden,
daß das bel 15 zugeführte und an der Düse etwa mit der Drahtdurchlaufgeschwindigkeit
austretende Kühlwasser zum größton teil durch die Abflußlöcher 9 antweichen lann.
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Dies läßt slch aufgrund von praktischen Versuchen am besten dadurch
erreichen, daß der Querschnitt des Rohres 8 etwa doppelt so groß ist wie der Querschnitt
des Auslauftrichters 10, und daß der Winkel, den der Ringschltz 12 des Abschelders
3 zu dem austretenden Kühlwasserstrahl bildet, etwa bel 10° liegt.
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In Fig. 2 ist die gesamte Wasserkühlstrecke mit Wansserumlaufschema
und Regelsystem dargestellt. Die Kühlstre @@@ beginnt hinter der Drahtfertigstraße
17 mit einem sogenannten Ausführukühlrohr 18, in dem der austretende, walzwarme
Draht zur Erhähung der Knlekstellflgkeit oberflächlich schon etwas abgekühlt wird.
Es folgen zwel aus je zwei gloichen Düsenkühlcohren 1 elt nachgesehaltetem Wasserabschelder
3 bestehenden Künleinrichtungen vom Typ 1-1-3 und eine weltere Kühleinrichtung zum
Trg 1,3, der Draht durchläuft dann die erfindudngsgemäße Kähleidrlehtung vom Typ
1-2-3 mit geregeltes Wasserzufuhr und zwei weihre kühl@@@-richtungen vom Typ 1-3
und wird am hnde der Kühlstre@@@ @@@ einem
Windungsleger 20 in zunächst
stehende und anschließend umkippende Drahtwindungen 21 ausgestoßen. Vor dem Windungsleger
ist noch die Scherengruppe 19 angeordnet, die zum Schopfen des Drahtes an beiden
Enden vorgesehen ist.
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Unter der gesamten Wasserkühlstrecke befindet sich ein Auffangbehälter
22, aus dem das aus den Kühlrohren 1 und 2 und den Wasserascheidern 3 ausgestoßene
Wasser einem Sammelbehälter 23 zugeführt wird. Von diesem wiru das Kühlwasser durch
einen Filter 24 mittels einer Pumpe 25 in die gemeinsame llauptleitung 26 und weiter
in die verschiedenen Kühleinrichtungen gefördert. DeF Ausgleich des Kühlwasserverlustes
des an sich geschlossenen Kreislaufs erfolgt durch die Leitung 29 über ein von einem
Schwimmer 21 betätigten Hahn 28. Um zu verhindern, daß eine Destimmte Kühlwasserlamperatur
überschritten wird, ist ein Thermostat 35 vorgesehen, cter den Hahn 28 bei überschreitung
der eingestellten Temperatur betätigt. Das warme Wasser fließt über der£ Überlauf
36 ab.
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Die Regelung der Wasserzufuhr in der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung
geschieht folgendrmaßen: Am Ende der Kühlstrecke wird tier Temparatur-Istwert de'
Drahtes von einem Pyrometer 50 erfaut und durch einen Regler 35 mit dem Sollwert
verglichen. Die sich ergebende Abweichung wird durch ein in der Zwieltung 16 (Fig.
1) dos vorderne Kühlrohres I befindliches Regelventil 52 ausgeregelt. Für sark schwankende
Walzendtemperaturen von Ring zu Ring ist noch eine Ein-Aus-Vorsteuerung im vorletzten
Kühlrohr der Kühlstrecke vorgesehen, die von einem Pyrometer 31 vor der Fertigstraße
erfolgt.
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Der zeitliche Verlauf der Oberflächen - und Keintemperatur in der
Wasserkühistrecke wird in Fig. 3 anhend eines Abkühlungsdiagramms veranschaulecht,
Hierbel wird der Draht von 1050°C
auf ca. 620° C Endtemperatur intermittierend
heruntergekühlt, wobei die Erholstrecken zwischen den einzelnen Kühleinrichtungen
zum Ende hin immer größer werden. Das Diagramm macht deutlich, daß die Regelung
der Kühlintensität im hinteren Bereich der Kühlstrecke am wirkungsvollsten ist.
Der Regelbereich ist schraffiert dargestellt und beträgt # 35° C der Drahtendtemperatur.