DE602004005362T2

DE602004005362T2 - Kühlprozess und -vorrichtung für eine stahlplatte

Info

Publication number: DE602004005362T2
Application number: DE602004005362T
Authority: DE
Inventors: Stephane Lecomte; Andre Fouarge; Denis Bouquegneau
Original assignee: Arcelor France SA
Current assignee: ArcelorMittal France SA
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: DE602004005362D1; EP1687455A1; DK1687455T3; PT1687455E; KR20060128880A; AU2004294469A1; US7645417B2; EP1538228A1; CN100465303C; EP1687455B1; AU2004294469B2; RU2006124519A; CA2544269A1; JP2007512431A; CA2544269C; BRPI0416333B1; ES2282918T3; ATE356891T1; CN1886524A; RU2356949C2

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die für den Einsatz der Kühlung eines Stahlbandes im Rahmen eines Durchlaufglühverfahrens bestimmt ist. Diese Kühlung erfolgt insbesondere mit Hilfe von eingetauchten Wasserstrahlen. Dieses Kühlverfahren kann nach einem ersten Kühlvorgang in einem siedenden Wasserbad durchgeführt werden.
Stand der Technik
Das Durchlauf glühen ist eine thermochemische Behandlung, die an den Stahlbändern nach dem Kaltwalzen angewandt wird. Das „Band" aus Stahl ist das Produkt der Eisen- und Stahlindustrie, das geschnitten Bleche ergibt, die insbesondere für die Herstellung der Kraftfahrzeugkarosserien, der Gehäuse von elektrischen Haushaltsgeräten, usw. verwendet werden.
Das Durchlaufglühverfahren besteht darin, das Stahlband durch einen Ofen laufen zu lassen, wo es einer kontrollierten Erhitzung und Kühlung unterzogen wird. Im Durchlaufglühofen läuft das Band vertikal entlang einer Reihe von aufeinander folgenden aufsteigenden und absteigenden Abschnitten um und passiert somit nacheinander die verschiedenen Behandlungsschritte.
Die Behandlung des Bandes im Ofen umfasst im Allgemeinen nacheinander die folgenden thermischen Schritte:

– Vorerhitzung und Erhitzung: das Band erreicht eine Temperatur von 700 bis 850°C in 2 bis 3 Minuten;
– Halten auf Maximaltemperatur während ungefähr 1 Minute;
– langsames Abkühlen, beispielsweise mit siedendem Wasser;
– rasches Abkühlen („Abschrecken" genannt), beispielsweise mit Wasser in flüssiger Form, das auf das Band mit einer Temperatur gespritzt wird, die maximal bis zu seiner Siedetemperatur gehen kann,
– Überalterung;
– endgültiges Abkühlen.

Diese verschiedenen Schritte sind für den Einsatz der vorgesehenen metallurgischen Bearbeitung, nämlich der Rekristallisierung, der Ausfällung der Karbide, des Erhalts der endgültigen Strukturen oder auch des Erhalts eines nicht alternden Stahls, usw. notwendig.
Insbesondere war insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugindustrie in den letzten Jahren ein steigender Bedarf an Stahlblechen festzustellen, die bessere Eigenschaften sowohl der Festigkeit als auch der Formbarkeit aufweisen.
In diesem Rahmen spielt die Kühlphase eine besonders entscheidende Rolle, da sie es in manchen Fällen ermöglicht, die Konzentration an kostspieligen Legierungselementen, die für die Herstellung von besonderen mikroskopischen Strukturen notwendig sind, beispielsweise vom Typ „dual phase", multiphase, „HLE" (Hohe Elastizitätsgrenze), usw. notwendig sind, zu verringern. Das Kühlverfahren entspricht somit einem nicht zu unterschätzenden metallurgischen und wirtschaftlichen Aufwand.
Die Hauptkühltechnologien, die industriell eingesetzt werden, sind:

– die Kühlung durch Gasstrahlen;
– das Eintauchen in ein eventuell „bewegtes" Wasserbad;
– die Kühlung durch Führen über gekühlte Walzen;
– die Kühlung durch Wasserstrahlen;
– die Kühlung durch einen Wassernebel, der durch Zerstäubung mit Hilfe eines Überschallgases erzeugt wird, wobei diese Technologie „misting jet" genannt wird.

In der Vergangenheit entwickelte die Anmelderin ein Kühlverfahren, das darin besteht, das Stahlband in ein Wasserbad nahe seiner Siedetemperatur zu tauchen. Obwohl dieses Verfahren durch eine außerordentliche Kühlhomogenität und einen konstanten Wärmeübertragungskoeffizienten unabhängig von den Linienbedingungen gekennzeichnet ist, hat es auch gewisse Grenzen.
Einerseits sind die Kühlgeschwindigkeiten, die erreicht werden können, relativ gering, nämlich ungefähr 50°C/s für ein Stahlband von 1 mm Dicke. Diese Einschränkung kommt daher, dass sich beim Eintauchen eines Stahlbandes bei hoher Temperatur in ein siedendes Wasserbad in der Nähe seiner Oberfläche ein stabiler Dampffilm in einem so genannten „Heizflächenbelastungsbetrieb" bildet, der die Wärmeaustausche erheblich einschränkt. Unter Heizflächenbelastung ist das Vorhandensein eines Dampffilms zu verstehen, der durch starkes Sieden zwischen einer heißen Wand und einem Fluid, das entweder eine Flüssigkeit oder ein Zweiphasengemisch von Flüssigkeit und Dampf ist, erzeugt wird, wobei dieses Vorhandensein eine schlechte Wärmeübertragung zwischen der Wand und dem Fluid zur Folge hat.
Andererseits muss die Temperatur es Stahlbandes am Ausgang des siedenden Wasserbades über ungefähr 300°C bleiben. Wenn die Temperatur des Bandes geringer als diese Temperatur wird, wird der Dampffilm instabil und geht in einen so genannten nukleierten Siedebetrieb über. In diesem letztgenannten Betrieb werden Bereiche nahe dem Band unterschiedlichen Wärmeströmen ausgesetzt, was zu starken Temperaturunterschieden führt. Diese Temperaturgradienten führen im Stahl zu mechanischen Spannungen, die plastische, somit permanente Verformungen erzeugen und zu Planheitsfehlern führen können.
Es wurden Lösungen vorgeschlagen, um diese Fehler zu vermeiden. Beispielsweise kann das Stahlband in ein statisches Kaltwasserbad eingetaucht werden. Aber diese Lösung führt auch zum Auftreten von Planheitsfehlern.
Weitere Lösungen wurden vorgeschlagen, die darin bestehen, das Stahlband mit Hilfe von eingetauchten Strahlen zu kühlen, um die lokale Bildung von Siedezonen in der Nähe desselben zu verhindern. Vor diesen Kühlsystemen kann eine langsamere Kühlung vom Typ „gas jet cooling" oder Eintauchen in ein statisches Wasserbad durchgeführt werden oder nicht.
So wird in der Patentanmeldung JP-A-58 039210 das Band zuerst in einem Wasserbad gekühlt, dessen Temperatur über 60°C bis zu einer Temperatur zwischen 200 und 500°C gekühlt, einem Temperaturbereich, in dem es zum Übergang zwischen dem filmartigen Sieden und dem nukleierten Sieden kommt. Es wird nun vorgeschlagen, das Band direkt vor oder direkt nach dem Übergang mit Hilfe von eingetauchten Wasserstrahlen zu kühlen, bis das Band die Temperatur des Bades erreicht.
Eine ähnliche Lösung (JP-A-60 009834) verwendet eine Gesamtheit von Kühlrampen, die beiderseits des Stahlbandes angeordnet und in eine Wasserwanne getaucht sind, deren Temperatur zwischen 60 und 75% der Siedetemperatur beträgt. Für eine gegebene Konfiguration der Besprengungsrampen wird ein laminares Abfließen erzeugt, das die Bildung eins Dampffilms in der Nähe des Stahlbandes verhindert.
Eine weitere Lösung besteht auch darin, Wasser zwischen zwei flachen Platten parallel und gegen die Ablaufrichtung des Bandes umlaufen zu lassen (EP-A-210847, JP-A-63 145722, JP-A-62 238334).
Ein weiteres Dokument schlägt vor, den Auftreffdruck der Strahlen zu verwenden, um die Verformungen des Bandes beim Abschrecken zu vermeiden (siehe JP-A-11 193418). Der Anmelder empfiehlt, beiderseits des Stahlbandes einen Druck von mindestens 500N/cm² anzulegen.
Schließlich ist es auch möglich, die Kühlung mit Hilfe von Zusätzen im Abschreckbad zu kontrollieren, um das Sieden zu vermeiden und somit das Niveau der inneren Spannungen im Stahl beim Abschrecken zu begrenzen (JP-A-57 085923).
Obwohl zahlreiche Lösungen vorgeschlagen wurden, bleibt der gleichzeitige Erhalt von hohen Wärmeleistungen und einer guten Planheit am Ausgang der raschen Kühlung auf flüssigem Weg bis heute große Herausforderung.
Im Dokument EP-A-1 300 478 ist ein kontinuierliches Kühlverfahren für ein Stahlband im Rahmen einer Durchlaufglühbehandlung beschrieben, bei dem das Band zumindest den folgenden Schritten unterzogen wird:

– das Band wird einer so genannten langsamen Kühlung vom Typ „mit siedendem Wasser" und einer so genannten raschen zweiten Kühlung mit Wasser oder Abschrecken unterzogen;
– zwischen diesen beiden Kühlvorgängen wird das Band in eine Schleuse oder Dichtungsvorrichtung geleitet, um einen vorzugsweise hinsichtlich Druck und Temperatur kontrollieren Übergang zwischen der ersten langsamen Kühlung und der zweiten raschen Kühlung zu sichern, wobei Wasserleckagen in die Richtung vom ersten Kühlvorgang zum zweiten und umgekehrt unterbunden oder verringert werden; wobei die Aufeinanderfolge dieser drei Schritte derart erfolgt, dass die Dauer zwischen zwei beliebigen aufeinander folgenden Schritten möglichst kurz, vorzugsweise gleich Null ist.

Ziele der Erfindung
Die vorliegende Erfindung solle ein so genanntes Abschreckverfahren, typischerweise mit einer Geschwindigkeit über 1000°C/s, vorschlagen, das für flache metallurgische Produkte, vorzugsweise aus Stahl, in Form von kalt gewalzten Bändern anwendbar ist.
Dieser Abschreckvorgang muss mit Hilfe von kalten Wasserstrahlen durchgeführt werden, deren Temperatur vorzugsweise zwischen 0°C und 50°C beträgt, wobei die Strahlen eingetaucht sind.
Die Erfindung soll Kühlbedingungen mit hohen Leistungen sichern, die über die gesamte Breite des Stahlbandes durch Kontrolle des Abfließens innerhalb der Vorrichtung homogen sind.
So muss die Temperatur des Bandes am Eingang der Vorrichtung zwischen 750°C und 350°C und die Temperatur am Ausgang vorzugsweise zwischen 0°C und 150°C betragen.
Hauptmerkmale der Erfindung
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Basiskühlvorrichtung zur Durchführung eines Abschreckvorgangs bei einer Durchlaufglühbehandlung eines Flachproduktes in Form eines Metallbandes, vorzugsweise eines Stahlbandes, wobei sich die Vorrichtung an einem im Wesentlichen senkrecht nach oben oder unten laufenden Abschnitt befindet, eine Ablaufvorrichtung umfasst, in die eine Vielzahl von Rohren vollständig eintauchen, die im Wesentlichen senkrecht und symmetrisch auf beiden Seiten des Bandes entlang desselben angeordnet sind und die jeweils eine Kühlflüssigkeit in einem im Wesentlichen horizontalen, turbulenten Strahl durch einen Schlitz oder eine Vielzahl von Öffnungen auf das Band spritzen. Die Vorrichtung ist ferner in ihrem unteren Bereich mit Mitteln zur Abdichtung ausgestattet.
Erfindungsgemäß sind zwei beliebige, aufeinander folgende Rohre, die sich auf derselben Seite des Bandes befinden, durch einen Zwischenraum getrennt, der für alle Rohre gleich ist, um die Kühlflüssigkeit abzuleiten. Der Zwischenraum wird für einen gegebenen spezifischen Durchflusswert des Kühlmittels in Kubikmetern pro Stunde pro Quadratmeter einer Seite des Bandes gewählt, um den Druckhöhenverlust in den Auslaufkanälen, die dem Zwischenraum entsprechen, zu minimieren (der Druckhöhenverlust für jeden Zwischenraum und der Gesamtdruckhöhenverlust sind identisch).
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung weist die Wand der Ablaufvorrichtung, die sich hinter den Rohren befindet, eine Breite auf, die mindestens der der Rohre entspricht, und der horizontale Abstand dieser Wand von der Rückwand der Rohre wird so gewählt, dass der durch die Ablaufvorrichtung verursachte Druckhöhenverlust weniger als 5% des von den Zwischenräumen zwischen zwei aufeinander folgenden Rohren verursachten Druckhöhenverlusts, der vernachlässigbar ist, ausmacht. Das Abfließen ist somit bidimensional.
Die Erfindung ermöglicht es vorzugsweise, die Phänomene des lokalen Siedens zu vermeiden, wobei eine spezifische Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit auf einer Seite des Bandes zwischen 250 und 1000 m³ pro Stunde und pro m² beträgt. In einem Beispiel einer Vorrichtung, die von der Anmelderin getestet wurde, betrug die maximale spezifische Durchflussmenge pro Seite ungefähr 580 m³ pro Stunde und pro m².
Vorzugsweise ist der Druckhöhenverlust, der durch die Zwischenräume verursacht wird, geringer als 150 mm Wassersäule.
Ebenfalls vorzugsweise ist der abstand zwischen dem Ende jedes Rohres und dem Band bei allen Rohren gleich und beträgt zwischen 50 mm und 200 mm.
Ebenfalls erfindungsgemäß entspricht die Auswurfgeschwindigkeit (V_JET) folgendem Kriterium:

- für Löcher
- für Schlitze
wobei A den Abstand zwischen dem Rohr und dem Band und d den Durchmesser eines Loches oder die Dicke des Schlitzes darstellen. A und d sind in denselben Längeneinheiten ausgedrückt, beispielsweise in Metern. Ihr Quotient ist adimensional. V_JET ist in m/s ausgedrückt.

Diese beiden Kriterien, die von der Theorie der turbulenten Strahlen stammen, ergeben die Dämpfung der Maximalgeschwindigkeit eines turbulenten Strahls mit einem Umfeld mit Nullgeschwindigkeit. Die Kriterien werden auf Basis einer Mindestgeschwindigkeit von 2,5 m/s berechnet. Die Maximalgeschwindigkeit des Strahls bei A = 50 mm (Position des Bandes in Bezug auf die Öffnung des Strahls) beträgt 0,65 m/s. Die Geschwindigkeit von 0,65 m/s wird somit als die Mindestgeschwindigkeit des Strahls betrachtet, wenn dieser das Band erreicht, um die Heizflächenschicht zu durchbrechen.
Vorzugsweise ist die Kühlflüssigkeit flüssiges Wasser, das auf einer Temperatur unter 50°C gehalten wird.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung auf einem im Wesentlichen senkrechten nach oben laufenden Abschnitt (Winkelabweichung zur Senkrechten geringer als 30°) angeordnet, wobei direkt vor ihr eine Wasserwanne angeordnet ist, die im Wesentlichen auf Siedetemperatur gebracht wird.
Die Erfindung wird vorzugsweise auf einer Anlage eingesetzt, auf der das zu behandelnde Metallprodukt eine Ablaufgeschwindigkeit zwischen 0,25 m/s und 20 m/s und eine Dicke zwischen 0,1 mm und 10 mm aufweist.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in der Tatsache, dass die Kühlrohre derart dimensioniert sind, dass die Auswurfgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit über die gesamte Bandbreite homogen ist.
Vorzugsweise werden die Rohre derart dimensioniert, das die Verteilung der Geschwindigkeiten derart ist, dass sich ein relativer Abstand zwischen der Maximalauswurfgeschwindigkeit (V_max) und der Minimalauswurfgeschwindigkeit (V_min) entlang der Breite des Rohres unter 5% ergibt oder
Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen dem Durchgangsquerschnitt eines Rohres und dem freien Besprengungsquerschnitt dieses Rohres, d.h. der Bereich des Schlitzes oder der kumulierte Bereich der Löcher, größer als 1.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung haben diese Rohre einen rechteckigen Querschnitt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen einer Seite zu einer angrenzenden Seite des rechteckigen Querschnitts zwischen 0,1 und 10 und die Dicke der Rohre zwischen 0,25 mal und 10 mal den Durchmesser der Löcher oder die Dicke des Schlitzes, um die Kohärenz des Strahls zu kontrollieren, wobei das Verhältnis zwischen der Dicke der Rohre und dem Durchmesser der Löcher gegebenenfalls vorzugsweise gleich 2/3 ist.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfassen die vorgenannten Abdichtungsmittel eine Schleuse mit einem doppelten Rollenpaar, die sowohl das Durchlaufen des Bandes als auch die Erzeugung eines Druckhöhenverlustes ermöglichen, der die Leckagen der Ablaufvorrichtung nach unten auf einen Mindestwert begrenzt.
Ebenfalls erfindungsgemäß umfassen diese Abdichtungsmittel auch Mittel zum Einspritzen eines Fluids zwischen die Rollen, deren Druck und/oder Temperatur kontrolliert werden kann.
Vorzugsweise ist das obere Rohr mit einem Damm ausgestattet, dessen Höhe mindestens der Summe der Dicke des Wasserstreifens an der Ablaufvorrichtung und der Höhe der Wassersäule entsprechend dem Druckhöhenverlust zwischen den Rohren bei maximalem Durchfluss entspricht.
Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Abschreckverfahren bei der Durchlaufglühbehandlung eines Flachproduktes in Form eines Metallbandes, vorzugsweise eines Stahlbandes, bei der eine Vorrichtung, die unter einer der oben erwähnten Ausführungsarten beschrieben ist, eingesetzt wird, um eine spezifische Kühlleistung zwischen 1000 kW/m² und 10000 kW/m² pro Seite des Metallprodukts zu erreichen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Temperatur des Bandes am Eingang der Vorrichtung zwischen 350°C und 750°C und die Temperatur am Ausgang zwischen 50°C und 450°C, vorzugsweise zwischen 50°C und 100°C oder zwischen 350°C und 450°C.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 stellt schematisch eine Schnittansicht der Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
2 stellt schematisch eine Anordnung der Löcher dar, die für das Spritzen des Wassers auf das Stahlband in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bestimmt sind.
3 stellt grafisch die Wärmeleistungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung dar.
4 stellt die Leistungen der Vorrichtung im Hinblick auf die Planheit des Stahlbandes dar.
Die 5 und 6 stellen die Auswirkung der Gleichmäßigkeit der Kühlung auf die Homogenität der mechanischen Eigenschaften des Stahlbandes dar. 5 betrifft einen Stahl der Familie „dual phase", während sich 6 auf einen Stahl der Familie der Mehrphasenstähle bezieht.
7 zeigt schematisch die verschiedenen Positionen der in Abhängigkeit von der Breite des Blechs entnommenen Proben für die Durchführung der Tests in Zusammenhang mit den 5 und 6.
8 zeigt die Parameter, die es ermöglichen, den Planheitsindex zu berechnen, wobei diese Parameter die Sinuswelle kennzeichnen, mit der das Längsprofil des Bandes an der Kante gleichzusetzen ist.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung
Wie 1 zeigt, ist die Kühlvorrichtung von einer Gesamtheit von Rohren 1, „Rampen" oder „Kühlrampen" genannt, gebildet, die symmetrisch beiderseits des zu kühlenden Stahlbandes angeordnet sind. Diese Rampen sind eingetaucht und werden seitlich mit Kühlfluid versorgt. Ihr Querschnitt ist vorzugsweise rechteckig. In der nachfolgenden Darlegung der Erfindung werden die Begriffe „Rohre" und „Rampen" unterschiedslos verwendet.
Das Eintauchen der Rampen erfolgt mit Hilfe eines Abdichtungssystems, das sich im unteren Teil der Vorrichtung befindet, das sowohl den Durchgang des Stahlbandes 2 als auch die Erzeugung eines maximalen Druckhöhenverlustes ermöglicht, um die die Leckagemenge des Kühlfluids nach unten zur Kassette auf ein Minimum zu begrenzen. Bei der dargestellten Anwendung ist dieses Abdichtungssystem von einem doppelten Rollenpaar 3 gebildet, das an das Stahlband angelegt und symmetrisch zu diesem positioniert ist. Zwischen den Rollen wird ein Fluid eingespritzt, dessen Druck und/oder Temperatur kontrolliert werden können.
Das Kühlfuid ist vorzugsweise Wasser. Die Kühlrampen befinden sich in einem Abstand A zur Durchgangslinie des Bandes 2. Aus Platzgründen einerseits und um die Gesamtdurchflussmenge im System zu verringern andererseits, ist der maximale Abstand zwischen dem Band und den Kühlrampen auf 200 mm festgesetzt.
Ein Raum B ist zwischen zwei aufeinander folgenden Rampen frei gelassen, damit das von den Rampen eingespritzte Wasser zwischen diesen abgeleitet werden kann. Dies gewährleistet ein möglichst homogenes Abfließen entlang der Breite des Stahlbandes. Die Wahl des Abstands B ergibt sich aus einem Kompromiss zwischen einer spezifischen maximalen Kühlleistung P, wobei die spezifische Leistung als die Kühlleistung pro Flächeneinheit und pro Seite des zu kühlenden Bandes definiert ist, und einem minimalen Druckhöhenverlust durch die Ableitungskanäle, um eine ausreichend rasche Erneuerung des Kühlfluids in der Nähe des Bleches zu sichern und so die Bildung von lokalen Siedezonen in der Nähe des Bandes zu verhindern. Der Abstand B wird zwischen zwei aufeinander folgenden Rampen für alle Rampen identisch gewählt, um identische Fließbedingungen gegenüber allen Besprengungsrampen zu sicher. Dies ermöglicht es somit eine senkrechte Fließhomogenität zu erzielen. Auf diese Weise wird das über eine gegebene Rampe eingespritzte Kühlfluid mit Hilfe der direkt an diese Rampe angrenzenden Kanäle abgeleitet. Es wird so vermieden, bevorzugte Wege zu erzeugen, und die Durchgangszeit des Kühlfluids in der Nähe des Bandes wird minimiert, ebenfalls um die lokale Bildung von Siedezonen zu vermeiden.
Jede Kühlrampe 1 ist auf ihre dem Band ausgesetzten Seite mit mindestens einem Schlitz oder einer Gesamtheit von Löchern, wie in 2 dargestellt, versehen, die für das Spritzen des Kühlfluids auf das Band bestimmt sind. Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Löchern muss derart sein, dass das Abfließen in die nächste Nähe des Bandes jenem eines Schlitzes gleichgesetzt werden kann. Die Auswurfgeschwindigkeit des Fluids muss ausreichend sein, um zu vermeiden, dass Siedezonen in der Nähe des Bandes gebildet werden. Diese Auswurfgeschwindigkeit V wird in Abhängigkeit vom Abstand A zum Fand gewählt und beträgt typischerweise zwischen 0 und 10 m/s.
Stromabwärts zu den Ableitungskanälen umfasst die Kühlvorrichtung oder -kassette eine Ablaufvorrichtung 4 über die gesamte Breite der Kassette, deren Höhe dem Niveau des Strahls der letzten Rampe entspricht, was garantiert, dass unter allen Funktionsbedingungen die letzte Rampe im gleichen Maße wie die anderen eingetaucht wird.
Um identische Fließbedingungen gegenüber jeder Rampe zu gewährleisten:

– ist über der oberen Kühlrampe ein Damm 5 montiert, dessen Höhe mindestens gleich der Summe der Dicke H der Wasserschicht in der Ablaufvorrichtung und der Höhe der Wassersäule ΔH entsprechend dem Druckhöhenverlust ΔP durch die Ableitungskanäle für die maximale Durchflussmenge Qmax ist;
– ein Ableitungskanal ist unter der letzten Rampe ausgeführt.

Wenn somit das System in Betrieb ist, besteht ein Wasserstandunterschied zwischen der Vorderseite oder Bandseite und der Rückseite oder Ablaufseite der Rampen. Dieser Unterschied ist gleich der Höhe der Wassersäule entsprechende dem Druckhöhenverlust zwischen zwei Rampen für eine gegebene Durchflussmenge.
Die Kühlleistungen der Vorrichtung, die in 3 dargestellt sind, wurden unter industriellen Bedingungen mit einer Wärmebilanz auf Basis der folgenden Größen gemessen: Temperaturen des Stahlbandes am Eingang und am Ausgang der Vorrichtung, Länge des Kühlquerschnitts und Ablaufgeschwindigkeit des Stahlbandes durch die Vorrichtung. 3 zeigt, dass die spezifische Kühlleistung, ausgedrückt in kW pro Quadratmeter und pro Bandseite, eine lineare Funktion der spezifischen Durchflussmenge ist, die selbst in Kubikmetern pro Stunde und Quadratmeter für die beiden kumulierten Seiten ausgedrückt wird. Unter den hier betrachteten Bedingungen beträgt die spezifische Leistung zwischen 4000 und 6000 kW/m² und pro Produktseite.
4 stellt die Leistungen der Vorrichtung im Hinblick auf die Planheit des Stahlbandes dar. Sie sind das Bild der Homogenität der Kühlung und folglich der Kontrolle des Fließens in der Vorrichtung. Die Kennzeichnung der Planheit betrifft hier die langen Kanten. Jeder Punkt der Figur stellt einen Funktionspunkt der Vorrichtung – definiert durch die zugehörige spezifische Kühlleistung – zu einem gegebenen Zeitpunkt während der industriellen Testreihe dar. Jedem Funktionspunkt wird ein Planheitsindex, ausgedrückt in Einheiten „I", zugeordnet. Eine Einheit „I" entspricht einer relativen Verlängerung von 1 mm für 100 m Stahlband.
Im Falle eines Fehlers vom Typ „lange Kante" kann das Längsprofil des Bandes an der Kante einer Sinuswelle mit einer Wellenlänge L und einer Amplitude X gleichgesetzt werden. Der Planheitsindex wird auf Basis der Maße von L und X (siehe 8) mit Hilfe des folgenden Verhältnisses berechnet:
In 4 sind zwei Referenzschwellen 120 und 240 Einheiten „I" dargestellt, die den zulässigen Planheitstoleranzen für zwei elektrische Verzinkungsanlagen entsprechen. Die Figur zeigt, dass die Mehrzahl der Funktionspunkte über der Schwelle der stärksten Anlage angesiedelt ist.
Die 5 und 6 stellen die Auswirkung der Gleichmäßigkeit der Kühlung auf die Homogenität der mechanischen Eigenschaften dar. 5 betrifft einen Stahl der Familie „dual phase". 6 betrifft einen Mehrphasenstahl (Ferrit, Martensit, Bainit, Perlit). In beiden Fällen sind die mechanischen Eigenschaften durch einen Zugtest gekennzeichnet. Die Proben werden an verschiedenen Positionen je nach der Breite des Blechs nach dem in 7 dargestellten Schema entnommen:

1) äußerste Kante
2) Kante
3) Viertel
4) Zentrum
5) Zentrum
6) Viertel
7) Kante
8) äußerste Kante.

In den 5 und 6 sind die Bruchbelastung, die Elastizitätsgrenze (nur 6) und die Verlängerung bei 80% der Bruchbelastung dargestellt. Aus diesen Beobachtungen kann geschlossen werden, dass entlang der Breite des Bandes eine gute Homogenität der mechanischen Eigenschaften vorhanden ist.
3

Spezifische Leistung (kW/m²/Seite)
Spezifische Durchflussmenge (m³/h/m²)

4

Planheitsindex (U.I.)
Spezifische Leistung (kW/m²)

5

Bruchbelastung (Rm), MPa
Verlängerung (A80),
Position je nach Breite des Bandes

6

Bruchbelastung (Rm), MPa
Elastizitätsgrenze (Rp), MPa
Verlängerung (A80),
Position je nach Breite des Bandes

Claims

Kühlvorrichtung für die Durchführung eines Abschreckvorgangs bei einer Durchlauf-Glühbehandlung eines Flachprodukts in Form eines Metallbandes (2), vorzugsweise eines Stahlbandes, wobei die besagte Vorrichtung: – sich an einem im Wesentlichen senkrecht nach oben oder unten laufenden Abschnitt befindet, – eine Ablaufvorrichtung (4) umfasst, in die eine Mehrzahl von Rohren (1) vollständig eintauchen, die im Wesentlichen senkrecht und symmetrisch auf beiden Seiten des Bandes (2) und entlang desselben angeordnet sind und die jeweils eine Kühlflüssigkeit in einem im Wesentlichen horizontalen, turbulenten Strahl durch einen Schlitz oder eine Vielzahl von Öffnungen auf das Band spritzen, – in ihrem unteren Bereich mit Mitteln zur Abdichtung (3) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei beliebige, aufeinander folgende Rohre (1), die sich auf der gleichen Seite des Bandes (2) befinden, durch einen Zwischenraum (B) getrennt sind, der für alle Rohre (1) gleich ist und für einen gegebenen spezifischen Durchflusswert des Kühlmittels in Kubikmetern pro Stunde pro Quadratmeter einer Seite des Bandes gewählt wird, um den Druckhöhenverlust in den Auslaufkanälen, die dem besagten Zwischenraum (B) entsprechen, zu minimieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Ablaufvorrichtung (4), die sich hinter den Rohren (1) befindet, eine Breite aufweist, die mindestens der der Rohre (1) entspricht, und der horizontale Abstand dieser Wand von der Rückwand der Rohre (1) wird so gewählt, dass der durch die Ablaufvorrichtung (4) verursachte Druckhöhenverlust weniger als 5% des von den Zwischenräumen (B) zwischen zwei aufeinander folgenden Rohren (1) verursachten Druckhöhenverlusts ausmacht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Durchfluss der Kühlflüssigkeit zwischen 250 und 1000 m³ pro Stunde pro m² und pro Seite des Bandes entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Zwischenräumen (B) verursachte Druckhöhenverlust weniger als 150 mm Wassersäule beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen dem Ende jedes Rohres (1) und dem Band (2) bei allen Rohren gleich ist und zwischen 20 mm und 200 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Rohre (1) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abdichtungsmittel (3) eine Schleuse mit Rollenpaaren umfassen, die gleichzeitig das Durchlaufen des Bandes (2) und die Erzeugung eines Druckhöhenverlusts ermöglichen, der die Lecks der Ablaufvorrichtung (4) nach unten auf ein Minimum begrenzt, und Mittel zum Einspritzen eines Mediums zwischen die besagten Rollenpaare, mit Druck- und/oder Temperaturkontrolle.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Rohr (1) mit einem Damm (5) ausgestattet ist, dessen Höhe mindestens der Summe der Dicke des Wasserstreifens (H) und der Höhe der Wassersäule (ΔH) entsprechend dem Druckhöhenverlust zwischen den Rohren bei maximalem Durchfluss entspricht.
Abschreckverfahren bei einer Durchlauf-Glühbehandlung eines Flachprodukts in Form eines Metallbandes, vorzugsweise eines Stahlbandes, bei der eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche eingesetzt wird, um eine spezifische Kühlleistung zwischen 1000 kW/m² und 10000 kW/m² pro Seite des Metallprodukts zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bandes am Einlauf der Vorrichtung zwischen 350°C und 750°C beträgt und die Temperatur am Auslauf zwischen 50°C und 450°C, vorzugsweise zwischen 50°C und 100°C oder zwischen 350°C und 450°C.