DE2165049A1

DE2165049A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Abschrecken von Metallmaterial

Info

Publication number: DE2165049A1
Application number: DE19712165049
Authority: DE
Inventors: Kazuo Yokohama Kanagawa; Takumi Masao Tokio; Hirabayashi Tadasu Fukuyama Hiroshima; Kunioka (Japan). P
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1972-07-13
Also published as: FR2120966A5; DE2165049B2; GB1336490A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN DIPL-ING-W-EITLe · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWÄLTE 4t I U ί? U 4 5/

D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Nippon Kokau Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Vorrichtung und Verfahren zum Abschrecken von Metallmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum beschleunigten Abkühlen von Metallmaterial verschiedener Formen um dasselbe abzuschrecken oder beschleunigt zu kühlen, wobei Sprühkühlung verwendet ist, um ein gleichmäßiges und sehr rasches Abkühlen bei wechselnden Abkühlgeschwindigkeiten vorzusehen.

Zwar sind verschiedene Verfahrens- und Vorrichtungstypen zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen bekannt, jedoch

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ist das Walzabschreckverfahren am wirksamsten, 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 Abschrecken derselben gestattet. Dieses Verfahren ist jedoch in den folgenden Punkten mangelhaft:

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 und ähnlichem 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 auszugeben, und der Bereich der Kühlgeschwindigkeitssteuerung ist beschränkt. Z.B. kann die für das Härten konstruierte Vorrichtung nicht für andere Kühlarten verwendet werden.

3. Im Fall einer Flüssigkeitskühlung kann keine große Kühlgenauigkeit erreicht werden, wenn die Kühlgeschwindigkeit durch Veränderung des Flüssigkeitsdruckes oder der Flußmenge gesteuert wird.

4. Auch unter beträchtlich hohem Druck ist es nicht möglich eine Auswurfgeschwindigkeit vorzusehen, die hoch

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BAD ORfGtNAL

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 Auswurf- und KUhIfähigkeit der oberen und unteren Seite unausgeglichen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren und eine ebensolche Vorrichtung zum Abschrecken von Metallmaterial, insbesondere Metallplatten vorzusehen, und zwar mit hoher Kühlfähigkeit, der Eigenschaft Metallmaterial gleichmäßig abzukühlen» und von einfacher Konstruktion und Arbeitsweise.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Abschreckvorrichtung vorzusehen, die für eine Viefeahl von Anwendungen zu gebrauchen ist, z.B. in Kombination mit einem Wärmeofen für Metallmaterial oder unmittelbar in Kombination mit Warmwalzwerken.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Durchführen von Abschrecken oder beschleunigtem Abkühlen von Metallmaterial vorgesehen, mit einer Vielzahl von Paaren von Nebelsprühdüsen mit an der oberen und unteren Seite des Metalls quer zu demselben angeordneten und in seiner Bewegungsrichtung voneinander abgesetzten oberen und unteren Paaren von Nebelsprühdüsen, weiterhin Ein-

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richtungen, die zum stark beschleunigten Aufbringen von Nebel auf die obere und untere Metailfläche den Nebelsprühdüsen Druckluft und Kühlflüssigkeit zuführen, und schließlich mit Einrichtungen, die das Verhältnis regeln, mit dem Wasser und Luft den Nebelsprühdüsen zugeführt wird.

Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Gesichtspunkt ist ein Verfahren zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen von Metallmaterial vorgesehen, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte: Vermischen von Druckluft und Kühlflüssigkeit zum Herstellen von Nebel, und Aufsprühen des Nebels auf die obere und untere Fläche von sich bewegendem Metall mittels einer Vielzahl von entlang der Bahn des Metalls angeordneten Paaren von Ne be1s prühdüs en.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen beschleunigten Kühlvorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendete Sprühdüse, und

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung zum Vergleichen der Kühlwirkung -bekannter Verfahren mit der des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der zum beschleu-

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nigten Abkühlen dienenden Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthält eine Vielzahl von Tischwalzen 2, die dazu dienen, eine Metallplatte 1 von einem nicht gezeigten Wärmeofen in der durch einen Pfeil angezeigten Richtung zu der Kühlvorrichtung zu befördern. Die Metallplatte 1 wird durch eine oder mehrere von Drucköl angetriebene Kühlwalzen 14 geführt. Ein aus einer Mischung von Luft und Wasser bestehender Nebel wird auf die obere und untere Seite der Metallplatte 1 aus einer Vielzahl von in Abständen angeordneten Sprühdüsen 3 gesprüht, um die Metallplatte beschleunigt abzukühlen. Die durch einen Luftkompressor IJ> verdichtete Luft wird in einem Zwischenbehälter 12 gespeichert und dann über ein Expansionsventil 11 und ein Druckminderungsventil 17 einem großen Haupt-Kopfstück 10 zugeführt. Zur Durchführung des Abschreckvorganges wird ein Umschaltventil 9 betätigt, um die Druckluft unmittelbar um ein Druckregelelement 8 angeordneten Kopfstücken 4 zuzuführen, während zur DurchiUhrung eines beschleunigten Abkühlens das Umschaltventil 9 geschaltet wird, um die Druckluft über das Druckregelelement 8 den Kopfstücken 4 zuzuführen. Wenn es im Fall des Abschreckens notwendig ist, den Luftdurchlaß der Kopfstücke zu verstellen, kann ein zweites Regulierelement parallel zum Druckregelelement 8 eingesetzt werden. Die Druckluft wird aus den Kopfstücken 4 jeweils durch Verbindungsrohre 5 in quergerichtete Sprühdüsen 5 abgegeben, welche über ihre Länge in eine Vielzahl von Abschnitten aufgeteilt sind. Die Konstruktion der Sprühdüsen 3 ist in Fig. 2 genauer gezeigt. Die Druckluft wird durch das Rohr 5 einem Vorratsbehälter 19 zugeführt. Mit dem Vorratsbehälter I9 ist in radialer Richtung ein Düsenrohr 22 verbunden, und unter Druck stehendes Kühl-

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wasser wird durch ein Rohr 7 am Ansatz des Düsenrohres in dieses eingeführt und durch die Druckluft in den Sprühnebel c zerstäubt. Der auf diese Weise gebildete Sprühnebel wird beim Passieren eines Düsenhalses 20 beschleunigt, dessen Durchmesser in Richtung der Austrittsöffnung bzw. des Düsenschlitzes 21 abnimmt. Das Kühlwasser wird durch ein Absperrventil 16 , ein Reglerventil 18, ein gemeinsames Kopfstück I5 und ein Einzelkopfstück 6 zu den Rohren 7 geführt.

Bei einem Bespiel besitzen die Nebelsprühdüsen j5 eine (in Querrichtung zur Metallplatte gemessene) Länge von 3 000 mm und Paare von Sprühdüsen sind über und unter der Bahn des Metallblechs in Abständen von 500 mm angeordnet. In dem Beispiel folgen auf drei solche Paare weitere nicht gezeigte Druckwalzen. Nach den Druckwalzen ist eine herkömmliche (nicht gezeigte) Sprühkühlvorrichtung vorgesehen, welche dazu dient, das gehärtete Metallblech (nach Kühlung unterden Ms-Punkt) nachzukühlen. Bei diesem Beispiel ist es nicht notwendig, eine große Kühlwassereinrichtung sondern nur eine Förderpumpe in einem Kanal einzubauen.

Eine Regelung der Kühlgeschwindigkeit beim beschleunigten Abkühlen kann dadurch vorgesehen sein, daß die Geschwindigkeit des Walzentisches des Druckminderelements oder Reglerventils l8 steuerbar ist. Weiterhin kann eine Höhenverstelleinrichtung für die obere Anordnung vorgesehen sein, um die Abkühlwirkung auf die obere und untere Fläche des Metallblechs auszugleichen. Dies kann durch Verstellen des Gewichtsverhältnisses zwischen Wasser und Luft geschehen. Es ist vorteilhaft, einen Luft-

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druck von mehr als 2 kg/cm (oder mehr als die Summe des Luftdrucks und 1 lcg/cm ) und ein Gewichtsverhältnis von Wasser zu Luft von 4,3 : 4,6 zu verwenden. Eine unter diesem Verhältnis liegende Wassermenge vermindert die Abkühlfähigkeit, während eine Erhöhung der Wassermenge über das Verhältnis keine wesentliche Verbesserung der Abkühlfähigkeit erzeugt.

Bei einem Beispiel wurden folgende Verhältnisse angewendet:

Abstand zwischen den Sprühdüsenpaaren (gemessen in der Bewegungsrichtung der Metallplatte) ... 200 bis 400 mm (durchschnittlich 300 mm) Breite des Austrittsschlitzes der Sprühnebeldüse ... 1 mm
Abzukühlendes Material ... Metallplatten gemäß

SM58Q von 30 mm χ 2000 mm χ 10 000 mm Luftmenge ... 769 nr/min.
Wassermenge ... 4,5 ton./min.
Abkühlzeit ... 90 Seienden

Die folgende Aufstellung zeigt die vorteilhafte erfinderische Leistung des Verfahrens im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, ausgedrückt in Zug- bzw. Bruchfestigkeitswerten des abgeschreckten Materials.

Abschreckart Zug-bzw. Bruchfestigkeit

Abschrecken durch Walzen kg/mm

Abschrecken durch Druck 88 6 - 114 4

Erfindungsgemäßes Abschrecken 137*4 - 141,0

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

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- 8 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.

2. Verbesserung der Kühlfähigkeit.

Wie der graphischen Darstellung gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, offenbart die Erfindung eine höhere Abkühlgeschwindigkeit als die herkömmlihen Druck- bzw. Walzabschreckverfahren, wodurch die Abschreckfähigkeit verbessert wird. Die Kurven gemäß Fig. 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 Einrichtungen zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen in Verbindung mit einem Stahlofen, als unmittelbar parallel angeordnete Abschreckeinrichtung oder anstelle einer unmittelbar einer Warmwalzstraße zugeordneten Sprühkühleinrichtung verwendet werden .

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Abschrecken bzw. zum beschleunigten Abkühlen von Metall, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung eine Vielzahl von Paaren von Nebelsprühdusen mit an der oberen und unteren Seite des Metalls (1) quer zu demselben angeordneten und in seiner Bewegungsrichtung voneinander abgesetzten oberen und unteren Paaren von Nebelsprühdüsen (3)* weiterhin Einrichtungen, die zum stark beschleunigten Aufbringen von Nebel auf die obere und untere Metallfläche den Nebelsprühdüsen (3) Druckluft und Kühlflüssigkeit zuführen, und schließlich Einrichtungen vorgesehen sind, die das Verhältnis regeln, mit dem Wasser und Luft den Nebelsprühdüsen (3) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebelsprühdüsen (3) jeweils einen sich in Querrichtung zu Metall (1) erstreckenden zylindrischen Vorratsbehälter (19) und Einrichtungen enthalten, die dem Vorratsbehälter (19) Druckluft zuführen, und daß ein mit dem Vorratsbehälter verbundenes Düsenrohr (22) einen Düsenhals (20) besitzt, dessen Durchmesser in Richtung des Austrittsschlitzes (21) des Düsenrohres allmählich abnimmt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Kühlflüssigkeit dem Düsenrohr (22) zwischen Vorratsbehälter (19) und Düsenhals (20) zuführen.

3>. Verfahren zum Abschrecken oder beschleunigten Abkühlen von Metall, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Arbeitsschritte vorgesehen sind: Vermischen von Druckluft und Kühlflüssigkeit zum Herstellen von Nebel, und Aufsprühen des Nebels auf die obere und untere Fläche

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von sich bewegendem Metall mittels einer Vielzahl von entlang der Bahn des Metalls angeordneten Paaren von Nebelsprühdüsen.

4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Wasser und Luft innerhalb eines Bereiches von 4,3 : 4,6 verändert wird.

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