DE69113326T2

DE69113326T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen stählerner Doppel-T-Träger mit dünnem Steg.

Info

Publication number: DE69113326T2
Application number: DE69113326T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Fujita; Hiroaki Hadano; Hiroyuki Hasegawa; Takeshi Hioki; Yasushi Horiuchi; Akira Inagaki; Toshihiro Ishibashi; Masao Kurokawa; Yasushi Takeshima; Yoshimi Toriyama; Teruyuki Wakatsuki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1991-06-18
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: EP0462783A3; US5191778A; EP0462783A2; DE69113326D1; EP0462783B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines stählernen Doppel-T-Trägers bzw. eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers, bei dem der Steg dünner als die Flansche ist, wobei das Auftreten eines welligen Stegs verhindert wird, das Härten der Flanschoberflächen beim Zwangskühlen unterdrückt wird, die Zeit zum Abkühlen eines warmgewalzten Doppel-T-Trägers verringert wird, und eine exakte Regelung der Abkühlung gesichert ist.
Der hier verwendete Begriff "dünnstegiger Doppel-T-Stahlträger" bezeichnet einen Doppel-T-Stahlträger, bei dem der Steg dünner als der ist, der durch den "Japanese Industrial Standard (JIS)" oder die "American Society for Testing and Material (ASTM)" vorgeschrieben wird, oder der ein Dickenverhältnis von Flansch/Steg aufweist, das größer als das dort vorgeschriebene ist.
Der Doppel-T-Stahlträger wird auch gelegentlich als "Stahl mit Doppel-T-Querschnitt" bezeichnet.

2. Beschreibung des zugehörigen Fachgebietes

Dünnstegige Doppel-T-Stahlträger, die ein hohes Widerstandsmoment im Verhältnis zum Gewicht pro Längeneinheit aufweisen und sehr ökonomisch sind, werden gewöhnlich als geschweißter oder zusammengebauter Doppel-T-Träger hergestellt; kürzlich wurden jedoch Verfahren zur Herstellung von Doppel-T-Trägern durch Warmwalzen vorgeschlagen. Eine der wichtigsten Aufgaben besteht darin, das Auftreten eines welligen Stegs beim Abkühlen des warmgewalzten Doppel-T-Trägers zu verhindern, und es wurden einige praktische Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen.
Auf diesem Fachgebiet ist allgemein bekannt, daß der Steg von dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgern wellig wird, wenn die Druckbeanspruchung im Steg die Knickfestigkeit bzw. Beulfestigkeit des Stegs übersteigt, die durch die restliche innere Spannung aufgrund des Unterschiedes zwischen der Temperatur des Stegs und der Flansche des Doppel-T-Trägers beim Abkühlen von der Temperatur des abschließenden Warmwalzens hervorgerufen wird.
Die hier genannten Erfinder und andere haben eine Lösung des Problems des welligen Stegs vorgeschlagen, die in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 1-205028 beschrieben wird, die das Zwangskühlen der Flansche des dem abschließenden Warmwalzen unterzogenen Doppel-T-Stahlträgers mit Wasser sofort nach Abschluß des Warmwalzens umfaßt. Damit gesichert ist, daß der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und des Steges am Ende der Abkühlung in einem gewünschten Bereich liegt, erfolgt die Zwangskühlung der Flansche in einer solchen Weise, daß entweder die Kühlzeit nicht länger als ein oberer Grenzwert ist oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs am Ende der Abkühlung nicht geringer als ein unterer Grenzwert ist, da der wellige Steg beim Abkühlen innerhalb dieses oberen und unteren Grenzwertes nicht auftritt, und daß entweder die Kühlzeit nicht geringer als ein unterer Grenzwert ist oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs beim Abschluß der Abkühlung nicht mehr als ein oberer Grenzwert beträgt, da die im Steg bei der Luftkühlung auf Raumtemperatur erzeugte thermische Spannung innerhalb dieses unteren und oberen Grenzwertes die Knickfestigkeit des Stegs nicht übersteigt. Dieser obere und untere Grenzwert werden im Hinblick auf die Größe des Doppel-T-Trägers und der Durchsatzdichte des Kühlwassers vorher festgelegt.
Die hier genannten Erfinder haben auch eine andere Lösung des Problems des auftretenden welligen Stegs vorgeschlagen, die in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 60-248818 beschrieben wird, bei der der untere Grenzwert der Temperatur des Stegs, bei der oder oberhalb der beim Abkühlen eines warmgewalzten Doppel-T-Trägers ein welliger Steg auftritt, vorher im Hinblick auf die Größe des warmgewalzten Doppel-T-Trägers festgelegt wird, ein Doppel-T-Träger mit einer höheren Temperatur als dieser untere Grenzwert an den Längsenden festgehalten wird, um die thermische Kontraktion zu unterdrücken, die Flansche dann zwangsgekühlt werden, damit in diesem Abschnitt eine plastische Verformung durch Zug eingeleitet wird und gleichzeitig der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs verringert wird, und danach die Enden aus dieser Zwangshaltung befreit werden.
Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 58-34130 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Doppel-T-Stahlträgers mit geringerer Restspannung. Das Verfahren bestimmt den Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs, der der zu erzielenden Restspannung entspricht, erstellt eine Formel, die die Restspannung des Doppel-T-Trägers als Funktion der Temperatur des Flansches und der des Stegs am Ende des abschließenden Warmwalzens und der Querschnittsgröße des warmgewalzten Doppel-T-Trägers ausdrückt und bestimmt mit dieser Formel die Temperatur des abschließenden Warmwalzens, die der zu erzielenden Restspannung entspricht, und stellt die Temperatur des Flansches und die des Stegs auf die so bestimmte Temperatur des abschließenden Warmwalzens ein.
Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 62-174326 beschreibt eine Vorrichtung zum Sprühen eines Kühlmittels über die Flansche eines Doppel-T-Stahlträgers, wobei zwei Typen von Sprühdüsen verwendet werden, damit das Kühlmittel über unterschiedliche Abschnitte des Flansches gesprüht wird, so daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung für die Flansche gesichert ist und die Kühlwirkung des Flansches ebenfalls verbessert wird. Insbesondere umfassen diese beiden Typen von Sprühdüsen eine Sprühdüse zum Sprühen eines Kühlmittels allgemein über die gesamte Oberfläche des Flansches und eine Sprühdüse zum Sprühen eines Kühlmittels selektiv über den mittelbreiten Abschnitt des Flansches, der die höchste Temperatur hat.
Die geprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Kokoku) Nr. 57-59003 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Temperatur des Flansches und die des Stegs des Doppel-T-Trägers, der nicht dem abschließenden Warmwalzen unterzogen wurde, gemessen werden, die Temperaturen bestimmter Kühlstellen des Doppel-T-Trägers von den gemessenen Temperaturen geschätzt werden, der Unterschied zwischen den geschätzten Temperaturen bestimmt wird, und die Kühlleistung der Zwangskühlvorrichtungen, die an bestimmten Kühlstellen vorgesehen sind, auf der Basis der Wärmelücke zwischen dem geschätzten Temperaturunterschied und dem zulässigen Temperaturunterschied eingestellt wird. Die Kühlleistung wird gewöhnlich als Produkt folgender drei Terme ausgedrückt: der Durchsatz pro Flächeneinheit oder die Durchsatzdichte; die Breite des Flansches; und die Länge des Flansches innerhalb der die Abkühlung effektiv ist, oder die abgekühlte Flanschlänge. Eine bekannte Vorrichtung, die für die Zwangskühlung verwendet wird, umfaßt einen Kühlwasserweg mit einem Stromregelventil und einem Durchflußmeßgerät, die in Reihe eingesetzt sind, wobei der Strom des Kühlmittels durch Rückkopplungssteuerung geregelt wird.
Die oben genannten japanischen Patentschriften Nr. 60-248818 und 1-205028 wenden die Zwangskühlung in einer solchen Weise an, daß der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs verringert wird, wodurch eine grundsätzliche Lösung für das Problem des Auftretens eines welligen Stegs von dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgern beim Abkühlen geliefert wird. Die erste japanische Patentschrift Nr. 60-248818 hat jedoch den Nachteil, daß sie eine umfangreiche Ausrüstung benötigt, damit die thermische Kontraktion des Doppel-T-Stahlträgers unterdrückt wird; die letztgenannte japanische Patentschrift Nr. 1-205028 benötigt diese spezielle Ausrüstung nicht und ist in der Praxis vorteilhafter.
In der japanischen Patentschrift Nr. 1-205028 muß der zulässige Bereich der Kühlzeit zwischen dem oberen und dem unteren Grenzwert in Übereinstimmung mit der Temperatur des Flansches und der des Steges zu Beginn der Abkühlung des Flansches trotzdem sehr gering sein, und besonders dann, wenn der Steg eine sehr geringe Dicke hat oder das Dickenverhältnis von Flansch/Steg sehr hoch ist, ruft eine Änderung der Temperatur innerhalb der Länge des gewalzten Materials ein Problem hervor, so daß ein welliger Steg nicht vollständig verhindert werden kann und die Produktausbeute wiederum verringert wird. Sie ist auch dadurch nachteilig, daß eine lange Kühlzeit notwendig ist, um den welligen Steg durch die Abkühlung des Flansches zu verhindern, und die Produktivität wird unvermeidlich gering.
Die hier genannten Erfinder haben auch festgestellt, daß das Abkühlen des Flansches gemäß der japanischen Patentschrift Nr. 1-205028 den welligen Steg wirksam verhindert, jedoch gelegentlich das Abschreckhärten des Flansches verursacht, d. h. daß die Oberflächenhärte des Flansches zu hoch wird. Es ist bekannt, daß das Bohren und eine andere Bearbeitung im allgemeinen schwierig sind, wenn der Doppel-T-Stahlträger eine zu hohe Oberflächehärte hat; und insbesondere hat die abschreckgehärtete Oberfläche eine extrem hohe Streckgrenze (YP) und Zugfestigkeit (TS) und eine geringe Dehnung, und somit kann die gewünschte mechanische Eigenschaft nicht erhalten werden. Die Erfinder haben auch festgestellt, daß eine Zunahme der Oberflächenhärte am deutlichsten auftritt, wenn dünnstegige Doppel-T- Stahlträger mit einer Zwangskühlung des Flansches hergestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den welligen Steg von dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgern vollständig zu verhindern, gleichzeitig die Zeit für die Wasserkühlung zu verringern und eine Zunahme der Oberflächenhärte durch das Abschreckhärten zu verhindern, die durch die Zwangskühlung hervorgerufen wird.
Die herkömmlichen Vorschläge bieten keine befriedigenden Lösungen der oben genannten Probleme.
Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 58-34130 ruft das Problem hervor, daß die Zwangskühlung des Flansches beendet werden muß, ehe das abschließende Warmwalzen eingeleitet wird, damit das Auftreten eines welligen Stegs verhindert wird, dies beschleunigt jedoch das Abschreckhärten des Flansches und verringert die Temperatur, bei der das abschließende Warmwalzen erfolgt, dies beeinträchtigt oft die mechanische Eigenschaft des erzeugten Doppel-T-Trägers.
Das durch die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 62-174326 vorgeschlagene Abkühlen ist nicht wünschenswert, da es auf dem Gebiet der Stahlmetallurgie allgemein bekannt ist, daß das Abschreckhärten des Flansches durch dieses selektive starke Abkühlen des mittelbreiten Abschnittes des Flansches beschleunigt wird, der eine höhere Temperatur und größere Körner aufweist und deshalb leichter abschreckgehärtet werden kann, als die anderen Abschnitte des Doppel-T-Stahlträgers.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lösung für das folgende Problem. Die oben genannte geprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung (Kokoku) Nr. 57-59003 hat den Nachteil, daß die Steuerung der Kühlung nur durch Einstellung der Kühlleistung erfolgt, damit das Auftreten eines welligen Stegs des dünnstegigen Doppel-T- Stahlträgers verhindert wird, bei dem die Wärmekapazitäten des Flansches und des Stegs deutlich verschieden sind, und die Toleranz der Unterschiede zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs, damit das Auftreten eines welligen Stegs verhindert wird, sehr gering ist, und somit ergeben sich folgende Schwierigkeiten beim Verfahren:
(1) Die Einstellung der Kühlleistung muß gleichzeitig mit der Einstellung des Stroms des Kühlmittels über die Breite des Flansches erfolgen, die Regelung dieser Einstellungen ist jedoch durch die verwendete Ausrüstung begrenzt, insbesondere durch das wechselseitige Verhältnis zwischen den Ventilen und dem Reduzierverhältnis des Wasserdrucks.
(2) Die Zwangskühlung, die durch die Einstellung der Kühlgeschwindigkeit hervorgerufen wird, beinhaltet Probleme, da ein langsames Walzen die Produktivität des Walzens verringert und die Ausrüstung zur Regelung der Kühlleistung eine hohe Regeltoleranz haben muß, die für die Temperaturschwankungen innerhalb der Länge des Doppel-T-Trägers ausreichend ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Zwangskühlung des Flansches von dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgern. Es wurden verschiedene Vorrichtungen zum Abkühlen des Flansches von allgemeinen Doppel-T-Stahlträgern beim Warmwalzen vorgeschlagen, beim Zwangskühlen des Flansches von dünnstegigen Doppel-T- Stahlträgern ist jedoch eine exaktere Regelung notwendig. Im Vergleich mit herkömmlichen Kühlvorrichtungen ist es wesentlich, die Schwankung des Kühlmittelstroms beim Beginn und am Ende des Sprühens von Wasser durch die Sprühdüsen zu minimieren und die Genauigkeit beim Ansprechen zu verbessern.
Damit die oben genannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst werden, wird ein Verfahren zur Herstellung eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers bereitgestellt, bei dem der Steg dünner als dessen Flansche ist, welches die Schritte umfaßt:
Zwangskühlung der Außenoberfläche der Flansche mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen vor dem abschließenden Warmwalzen, wodurch die Außenoberflächen des Flansches auf eine Temperatur von 700ºC oder weniger abgekühlt werden;
Unterbrechung der Zwangskühlung mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen, so daß die Temperatur der Außenoberflächen des Flansches auf einen Wert von mehr als 700ºC zurückkehrt; Wiederholung der Zwangskühlung mit Wasser und deren Unterbrechung beim dazwischenliegenden Warmwalzen, wodurch die Mikrostruktur der Flanschoberfläche bis zu einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche gefeint bzw. gesintert wird;
abschließendes Warmwalzen des dem dazwischenliegenden Warmwalzen unterzogenen Doppel-T-Stahlträgers; und Zwangskühlung der Flansche des abschließend warmgewalzten Doppel-T-Stahlträgers mit Wasser sofort nach Abschluß des Warmwalzens in einer Art und Weise, daß entweder die Zwangskühlzeit nicht oberhalb eines oberen Grenzwertes liegt oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs beim Abschluß der Zwangskühlung nicht geringer als ein unterer Grenzwert ist, da der wellige Steg beim Zwangskühlen innerhalb dieses oberen und unteren Grenzwertes nicht auftritt, und daß entweder die Kühlzeit nicht unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs am Ende der Kühlung nicht mehr als der obere Grenzwert beträgt, da innerhalb des oberen und des unteren Grenzwertes die thermische Spannung, die im Steg bei der Luftkühlung auf Raumtemperatur erzeugt wird, die Knickfestigkeit des Stegs nicht übersteigt, wobei der obere und der untere Grenzwert vorher im Hinblick auf die Größe des Doppel-T-Trägers und der Durchsatzdichte des Kühlwassers festgelegt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt vorzugsweise weiterhin:

Erwärmen des Stegs gleichzeitig mit der Zwangskühlung der Flansche mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen, wodurch der zulässige Bereich der Zeit der Zwangskühlung des Flansches mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen verlängert wird, wobei dieser Bereich durch den oberen und den unteren Grenzwert definiert wird, und wodurch die Zeit der Zwangskühlung verkürzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt vorzugsweise weiterhin auch:

Verwendung einer Einrichtung zur Zwangskühlung der Flansche, wobei die Kühleinrichtung in den Strecken zum dazwischenliegenden und zum abschließenden Warmwalzen angeordnet ist, und Zonen mit separater Regelung der Kühlung aufweist, die in Folge betrieben werden, wodurch das Kühlwasser auf der Basis der Taktinformation von bestimmten Positionen in der Länge des Doppel-T-Stahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen soll, über den Doppel-T-Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt außerdem vorzugsweise: Verwendung eines Leitungssystems mit einem Tor oder Ventil, die entweder zur Zwangskühleinrichtung, wenn das Kühlen erfolgt, oder zum Kühlmittelablaß geschaltet werden können, wenn das Kühlen nicht erfolgt; und Schalten der Tore oder Ventile beim Warmwalzen in Übereinstimmung mit den Zonen mit Regelung der Kühlung, wodurch das Kühlwasser auf der Basis einer Berechnung, die die Beförderungsgeschwindigkeit des Stahls und eine Information über die Temperaturen an den bestimmten Positionen entlang der Länge des Stahls enthält, oder auf der Basis eines vorher festgelegten Zustands gesprüht wird, wobei ein bestimmter Kühlwasserstrom im Verhältnis zur Stahlgröße aufrechterhalten wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers, dessen Steg dünner als die Flansche ist, bereitgestellt, welche umfaßt:
Eine Einrichtung zum Zwangskühlen der Flansche, wobei die Kühleinrichtung in den Strecken zum dazwischenliegenden und zum abschließenden Warmwalzen angeordnet sind und Zonen mit separater Regelung der Kühlung aufweisen, die in Folge betrieben werden, so daß das Kühlmittel auf der Basis der Taktinformation von bestimmten Positionen entlang der Länge des Doppel-T-Stahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen soll, über den Doppel-T- Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird; und eine Anzahl von Steuerblöcken für den Durchsatz, die parallel angeordnet sind und jeweils ein Leitungssystem aufweisen, das ein Dreiwegeventil mit einer Öffnung zur Seite der Wasserzufuhr, einer Öffnung zur Seite der Sprühdüse und einer Öffnung zur Seite des Wasserabflusses, eine Anzahl von Ein-Aus-Ventilen, die mit der Öffnung zur Seite der Sprühdüse verbunden sind und dazu dienen, aus einer damit verbundenen Sprühdüsengruppe Sprühdüsen auszuwählen, und einen variablen Drosselmechanismus umfaßt, der mit der Öffnung zur Seite des Wasserabflusses verbunden ist, wobei der Drosselmechanismus einen vorgegebenen Wert aufnehmen kann und bei einem bestimmten Drosselwert gedrosselt werden kann, so daß der Druckverlust bei einem vorgegebenen Wasserstrom an der Seite zum Wasserabfluß gleich dem an der Seite zur Sprühdüse ist.
Nach der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Abkühlung eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers bereitgestellt, bei dem der Steg dünner als die Flansche ist und der eine Länge aufweist, umfassend:
Eine Einrichtung zur Bestimmung der Taktinformation an bestimmten Positionen in der Länge des Doppel-T-Stahlträgers;
eine Einrichtung zur Zwangskühlung der Flansche, wobei die Kühleinrichtung in den Strecken zum dazwischenliegenden und zum abschließenden Warmwalzen angeordnet sind und Zonen mit separater Regelung der Kühlung aufweisen, die in Folge betrieben werden, wodurch das Kühlwasser auf der Basis der Taktinformation der bestimmten Positionen entlang der Länge des Doppel-T-Stahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen soll, auf den Doppel-T- Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird;
eine Anzahl von Steuerblöcken für den Durchsatz, die parallel angeordnet sind und jeweils ein Leitungssystem aufweisen, das ein Dreiwegeventil mit einer Öffnung zur Seite der Wasserzufuhr, einer Öffnung zur Seite der Sprühdüse und einer Öffnung zur Seite des Wasserabflusses, eine Anzahl von Ein-Aus-Ventilen, die mit der Öffnung zur Seite der Sprühdüse verbunden sind und dazu dienen, aus einer damit verbundenen Sprühdüsengruppe in Übereinstimmung mit der Flanschbreite des Doppel-T-Stahlträgers Sprühdüsen auszuwählen, und einen variablen Drosselmechanismus umfaßt, der mit der Öffnung zur Seite des Wasserabflusses verbunden ist, wobei der Drosselmechanismus einen vorgegebenen Wert erhält und auf einen bestimmten Drosselwert gedrosseit wird, so daß der Druckverlust bei einem vorgegebenen Wasserstrom an der Seite zum Wasserabfluß gleich dem Druckverlust an der Seite zur Sprühdüse ist, wodurch das Schalten des Dreiwegeventils eines der Steuerblöcke für den Durchsatz die anderen Steuerblöcke für den Durchsatz nicht beeinflußt;
eine Anzahl von Sprühdüsengruppen;
Kühlwasserzufuhrleitungen, die mit jeder Sprühdüsengruppe verbunden sind; und Zufuhrleitungen für eine Wasserauffrischung, die getrennt von den Kühlwasserzufuhrleitungen mit jeder Sprühdüsengruppe verbunden sind, damit jeder Sprühdüsengruppe selbst dann eine Wasserauffrischung zugeführt wird, wenn kein Kühlwasser versprüht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) zeigt ein Beispiel von Kühlkurven eines warmgewalzten Doppel-T-Stahlträgers, wenn er nach dem Warmwalzen mit Luft oder Wasser gekühlt wurde, und Fig. 1(b) zeigt die Stegspannung, die sich mit der in Fig. 1(a) gezeigten Temperatur ändert;
Fig. 2 zeigt den Einfluß des Temperaturunterschiedes von Flansch/Steg zu Beginn der Wasserkühlung auf den zulässigen Bereiche in dem der wellige Steg des abschließend warmgewalzten Produktes verhindert wird;
Fig. 3 zeigt den Einfluß der Stegtemperatur zu Beginn der Wasserkühlung auf die erforderliche Zeit der Wasserkühlung;
Fig. 4 zeigt die erforderliche Zeit der Wasserkühlung als Funktion des Dickenverhältnisses von Flansch/Steg;
Fig. 5 zeigt die Folge des Zwischenwalzens bezüglich der Stahltemperatur, die sich mit der Zeit ändert;
Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 7 zeigt einen Schnitt bei A-A von Fig. 6;
Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung;
Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung;
Fig. 10 zeigt eine Anordnung der Leitung, in der das Kühlwasser von links nach rechts fließt;
Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung der Anordnung von Fig. 10;
Fig. 12 zeigt eine Anordnung, in der eine Anzahl von Zonen mit den Leitungen von Fig. 10 vorgesehen ist;
Fig. 13 zeigt die logische Schaltung der Dreiwegeventile für die Auswahl der Zonen;
Fig. 14 zeigt eine grundsätzliche Anordnung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 zeigt die Anordnung zum Ausgleichen der Druckverluste an der Seite zur Sprühdüse und der Seite zum Wasserabfluß des Dreiwegeventils bei einem vorhandenen Strom;
Fig. 16 zeigt eine weitere Anordnung zum Ausgleich der Druckverluste;
Fig. 17 und 18 zeigen Anordnungen, bei denen eine Anzahl von Regelzonen der Fig. 15 parallel angeordnet sind;
Fig. 19 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die beim Abkühlen der Flansche eines dünnstegigen Doppel-T- Stahlträgers angewendet wird;
Fig. 20 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung der Anordnung von Fig. 19;
Fig. 21 und 22 zeigen eine Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 23(a), 23(b) und 23(c) zeigen Anordnungen, bei denen ein Sprühdüsen-Verteiler mit einem automatischen Luftablaß versehen ist;
Fig. 24(a) und 24(b) zeigen die Temperaturen von Flansch und Steg zu Beginn der Wasserkühlung des Flansches zur Verhinderung eines welligen Stegs nach Abschluß des abschließenden Warmwalzens und die zulässige Zeit der Wasserkühlung des Flansches, die aus diesen Temperaturen vorhergesagt wird, innerhalb der Länge des Stahls für das herkömmliche Verfahren (a) und das erfindungsgemäße Verfahren (b);
Fig. 25(a) und 25(b) sind Mikroaufnahmen, wobei Fig. 25(a) die Mikrostruktur der Oberflächenschicht des Flansches eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers zeigt, der durch herkömmliche Wasserkühlung des Flansches nach dem abschließenden Warmwalzen hergestellt wurde, und Fig. 25(b) die Mikrostruktur desselben Abschnittes eines Produktes mit der gleichen Größe zeigt, das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde; und
Fig. 26(a) und 26(b) zeigen die Zeitverzögerung, die beim erfindungsgemäßen Verfahren (a) bzw. beim herkömmlichen Verfahren (b) erhalten wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das folgende ist eine Erläuterung des grundsätzlichen Mechanismus beim Auftreten des welligen Stegs von Doppel-T-Strahlträgern, insbesondere des Einflusses der Bedingung bei der Zwangskühlung des Flansches und der Zeit, die nach Abschluß der Zwangskühlung des Flansches vergangen ist, und der Stegtemperaturen und der Stegspannung usw. Der gleiche Mechanismus wird auch bei der oben genannten ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 1-205028 vom gleichen Inhaber angewendet.
Figur 1(a) ist ein Beispiel der Abkühlungskurven eines warmgewalzten Doppel-T-Stahlträgers, der nach dem Warmwalzen mit Luft oder Wasser abgekühlt wurde, und Figur 1(b) zeigt die Stegspannung, die sich mit der in Fig. 1(a) gezeigten Temperatur ändert. Die Abszisse zeigt die Stegtemperatur im mittleren Breitenabschnitt, wobei die Temperatur nach Abschluß des Warmwalzens im Verlauf der Zeit von links (hoch) nach rechts (gering) abfällt.
In Figur 1(a) ist die Kurve 11 die Kurve der Luftkühlung des Flansches, und die Kurven 12-14 sind für die Wasserkühlung des Flansches, wobei die Zwangskühlung mit Wasser eingeleitet wurde, wenn die Stegtemperatur "D" betrug und die Wasserkühlung andauerte, bis die Stegtemperatur auf "E", "F" bzw. "G" gefallen war, d. h. die Zeit der Wasserkühlung war im Falle der Kurve 12 am geringsten, im Falle der Kurve 14 am längsten und im Falle der Kurve 13 in der Mitte. Die gerade Linie 15 ist die Kühlkurve für den Steg, der nicht mit Wasser zwangsgekühlt wurde, sondern nur mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wurde.
In Figur 1(b) entsprechen die Kurven 16-19 der Stegspannung den Kühlkurven 11-14 des Stegs von Figur 1(a), wobei die Kurve 20 die Knickfestigkeit des Stegs darstellt, die abnimmt, wenn die Stegtemperatur steigt. Wie bereits beschrieben, wird der wellige Steg durch die innere Kompressionsspannung des Stegs hervorgerufen, die größer als die Knickfestigkeit ist. Im Hinblick auf die im Steg erzeugte thermische Spannung 16 beim Kühlen des Flansches mit Luft, wie es in Figur 1(b) gezeigt ist, wird die Kompressionsspannung größer, wenn die Stegtemperatur sinkt, und erreicht die Knickfestigkeit 20 am Punkt "a", wodurch das Auftreten eines welligen Stegs verursacht wird.
Die Kurven 17-19 der thermischen Spannung, bei denen der Flansch mit Wasser gekühlt wird, haben gemein, daß die Kompressionsspannung größer wird, wenn der Unterschied zwischen der Temperatur des Flanschs und der des Stegs bei der Kühlung mit Wasser geringer wird, die thermische Spannung einmal zur Zugspannung wird, nachdem die Wasserkühlung beendet ist, und danach wieder komprimierend wird. Die Ursache liegt darin, daß der Temperaturunterschied von Flansch/Steg durch die Wasserkühlung des Flansches abnimmt, nach Abschluß der Wasserkühlung einmal größer wird und dann wieder abnimmt. Die Kompressionsspannung des Stegs, die bei der Wasserkühlung erzeugt wird, ist größer, wenn die Zeit der Wasserkühlung länger ist, wie es durch die Punkte "d", "c" und "b" gezeigt ist, wohingegen die Kompressionsspannung des Stegs, die bei Raumtemperatur erhalten bleibt, geringer ist, wenn die Zeit der Wasserkühlung länger ist, wie es durch die Punkte "g", "f" und "e" gezeigt wird.
Im Falle der längsten Wasserkühlung oder der Kurve 19 für die Stegspannung erreicht die Stegspannung bei der Wasserkühlung die Knickfestigkeit 20 am Punkt "h", wodurch das Auftreten des welligen Stegs bei der Wasserkühlung verursacht wird. Im Falle der kürzesten Wasserkühlung oder der Kurve 17 der Stegspannung ist die größte bei der Wasserkühlung erzeugte Stegspannung, die als Peak "b" bezeichnet wird, geringer als die Knickfestigkeit 20, und bei der Wasserkühlung tritt kein welliger Steg auf, nachdem die Wasserkühlung beendet wird, erreicht die thermische Spannung jedoch bei der Abkühlung auf Raumtemperatur die Knickfestigkeit 20 am Punkt "i".
Somit tritt der wellige Steg entweder bei der Wasserkühlung, wenn die Wasserkühlung zu stark ist, oder bei der Abkühlung auf Raumtemperatur nach Abschluß der Wasserkühlung auf, wenn die Wasserkühlung zu schwach ist. Im Falle einer mittleren Kühlzeit oder der Kurve 18 der Stegspannung erreicht die Stegspannung die Knickfestigkeit des Stegs während der gesamten Kühlfolge nicht, und zwar während der Kühlung mit Wasser und während der Kühlung mit Luft auf Raumtemperatur nach Abschluß der Wasserkühlung, und es ist somit möglich, daß der wellige Steg mit dieser mittleren Wasserkühlung verhindert wird. Bei einem dünnstegigen Doppel-T-Stahlträger kann der wellige Steg durch eine Wasserkühlung nicht verhindert werden, die in der Weise erfolgt, daß nur der Temperaturunterschied von Flansch/Steg verringert wird, wie es herkömmlich erfolgt, wenn die Restspannung allgemeiner Doppel-T-Stahlträger minimiert wird.
Die hier genannten Erfinder haben somit in der bereits genannten ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 1-205028 vom gleichen Inhaber ein Verfahren vorgeschlagen, wobei dieses Verfahren umfaßt Zwangskühlung der Flansche eines abschließend warmgewalzten Doppel-T-Stahlträgers mit Wasser sofort nach Abschluß des Warmwalzens in einer Art und Weise, daß entweder die Kühlzeit nicht oberhalb eines oberen Grenzwertes liegt oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs bei Abschluß der Kühlung nicht geringer als ein unterer Grenzwert ist, da der wellige Steg innerhalb dieses oberen und unteren Grenzwerts beim Abkühlen nicht auftritt, und daß entweder die Kühlzeit nicht unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und des Stegs bei Abschluß der Abkühlung nicht oberhalb eines oberen Grenzwerts liegt, da die bei der Abkühlung auf Raumtemperatur im Steg erzeugte thermische Spannung die Knickfestigkeit innerhalb dieses unteren und oberen Grenzwerts nicht übersteigt; wobei der obere und der untere Grenzwert in Anbetracht der Größe des Doppel-T- Trägers und der Dichte der Kühlwassermenge bestimmt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren verhindert das Auftreten eines welligen Stegs bei einem dünnstegigen Doppel-T-Stahlträger, der bei dessen Abkühlung vorkommt, hat jedoch den Nachteil, daß eine lange Kühlzeit notwendig ist, und die Produktivität somit abnimmt, wenn der Temperaturunterschied von Flansch/Steg zu Beginn der Wasserkühlung hoch ist und die Stegtemperatur gering ist - selbst für jene mit geringer Größe, oder wenn das Dickenverhältnis von Flansch/Steg hoch ist. Die erforderliche starke Wasserkühlung verursacht außerdem eine unerwünschte Änderung der Materialeigenschaft der wassergekühlten Oberfläche.
Diese Situation wird nachfolgend anhand der Figuren 2, 3 und 4 und der Tabelle 1 erläutert. In diesen Figuren hat die Durchsatzdichte den gleichen Wert von 400 l/m²-min.
Figur 2 zeigt den Einfluß des Temperaturunterschiedes von Flansch/Steg zu Beginn der Wasserkühlung auf den zulässigen Bereich, in dem der wellige Steg des abschließend warmgewalzten Produktes verhindert wird, wobei die Stegtemperatur zu Beginn der Wasserkühlung 680ºC beträgt, bei einem dünnstegigen Doppel- T-Stahlträger mit einer Steghöhe von 550 mm, einer Flanschbreite von 200 mm, einer Stegdicke von 6 mm und einer Flanschdicke von 12 mm (als H550 x 200 x 6/12 bezeichnet). Der Temperaturunterschied von Flansch/Steg wurde durch die vorbereitende Wasserkühlung beim Warmwalzen vor der Zwangskühlung bewußt geändert, damit der wellige Steg verhindert wird. Eine stärkere vorbereitende Wasserkühlung führt zu einem geringeren Temperaturunterschied von Flansch/Steg (dies wird durch die Abszisse dargestellt). Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß ein großer Temperaturunterschied von Flansch/Steg eine längere Zeit für die Wasserkühlung erfordert und den zulässigen Bereich der Kühlzeit verringert, so daß die Verhinderung des welligen Stegs unmöglich wird, wenn der Temperaturunterschied von Flansch/Steg 150ºC oder mehr beträgt. Es ist auch ersichtlich, daß bei einem geringen Temperaturunterschied von Flansch/Steg, und zwar wenn beim Walzen eine starke vorbereitende Wasserkühlung erfolgt, der untere Grenzwert für die Zeit gering ist, so daß eine kurze Wasserkühlung den welligen Steg verhindern kann.
Fig. 3 zeigt den Einfluß der Stegtemperatur zu Beginn der Wasserkühlung auf die erforderliche Zeit der Wasserkühlung, wenn die Wasserkühlung bei einer Flanschtemperatur von 760ºC begonnen wurde, für Stahl mit der gleichen Größe von H550 x 200 x 6/12, wobei die Stegtemperatur beim Walzen durch Erwärmen mit einer Gasflamme geändert wurde und die Stegtemperatur beim stärkeren Erwärmen höher war. Wenn die Stegtemperatur zu Beginn der Kühlung des Flansches mit Wasser geringer ist, ist eine längere Zeit für die Wasserkühlung notwendig, und der zulässige Bereich der Zeit für die Wasserkühlung ist eng.
Wenn der Steg beim Walzen erwärmt wird, ist der Bereich für die erforderliche Zeit der Wasserkühlung groß. Dies verbessert die Stabilität des Verfahrens. Der untere Grenzwert für die Zeit ist ebenfalls niedrig, so daß eine kurzzeitige Wasserkühlung den welligen Steg verhindern kann und somit die Produktivität verbessert wird.
Figur 4 zeigt die notwendige Zeit für die Wasserkühlung als Funktion des Dickenverhältnisses von Flansch/Steg für eine Reihe von Stahlträgern mit H550 x 200 mit der gleichen Stegdicke von 6 mm und Flanschdicke, wobei die Wasserkühlung bei einer Stegtemperatur von 680ºC eingeleitet wurde. Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß ein größeres Dickenverhältnis von Flansch/Steg eine längere Zeit für die Wasserkühlung oder eine stärkere Wasserkühlung erfordert, da der dickere Flansch zu Beginn der Wasserkühlung eine höhere Temperatur hat.
Wie oben erwähnt, wird die Außenoberfläche des Flansches bis zu einer nicht akzeptierbaren hohen Härte abschreckgehärtet, wenn die Flanschtemperatur zu Beginn der Wasserkühlung hoch ist, oder wenn eine längere Wasserkühlung notwendig ist, wie im Falle eines hohen Dickenverhältnisses von Flansch/Steg.
Tabelle 1 zeigt ein derartiges Beispiel, bei dem die Flanschoberfläche eine extrem hohe Härte hat, obwohl der wellige Steg verhindert werden kann, und deshalb eine hohe Festigkeit und eine geringe Dehnung aufweist, und zwar hat die Flanschoberfläche eine Bainitstruktur und im Vergleich mit der nicht wassergekühlten ist die Oberflächenhärte (HV(10)250), als Wert der Vickers-Härte ausgedrückt, um 90 höher, und die Dehnung nimmt um 14% ab. Tabelle 1 Temperatur zu Beginn der Wasserkühlung (ºC) Temperatur am Ende der Wasserkühlung Zeit der Wasserkühlung Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung Oberflächenhärte nicht wassergekühlt Bemerkung) Größe H500 x 200 x 6/16. Chemische Zusammensetzung (Gew.-%): 0,140 C, 0,35 Si, 1,16 Mn, 0,020 P, 0,006 S, 0,019 Ti
Die hier genannten Erfinder haben festgestellt, daß das Abschreckhärten durch Abkühlung nach dem Endwalzen unterdrückt wird, wenn die Mikrostruktur der Außenoberfläche des Flansches gesintert wird, ehe die Zwangskühlung mit Wasser zur Verhinderung des welligen Stegs vorgenommen wird, die unmittelbar nach Abschluß des abschließenden Warmwalzens erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Schritte:

Zwangskühlen der Außenoberfläche der Flansche mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen vor dem abschließenden Warmwalzen, so daß die Außenoberflächen des Flansches auf eine Temperatur von 700ºC oder weniger abgekühlt werden;
Unterbrechen der Zwangskühlung mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen, so daß die Temperatur der Außenoberflächen des Flansches auf einen Wert von mehr als 700ºC zurückkehrt; Wiederholen der Zwangskühlung mit Wasser und deren Unterbrechung beim dazwischenliegenden Warmwalzen, wodurch die Mikrostruktur der Oberfläche des Flansches bis zu einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche gesintert wird;
abschließendes Warmwalzen des dem dazwischenliegenden Warmwalzen unterzogenen Doppel-T-Stahlträgers; und Zwangskühlen der Flansche des abschließend warmgewalzten Doppel-T-Stahlträgers mit Wasser unmittelbar nach Abschluß des Warmwalzens.
Figur 5 zeigt die Folge des dazwischenliegenden Walzens in Hinblick auf die Stahltemperatur, die sich mit der Zeit ändert. Die durchschnittliche Temperatur des Flansches sinkt sich mit der Zeit allmählich, wohingegen die Oberflächentemperatur im Wechsel gesenkt und wiederhergestellt wird, wodurch eine Zick- Zack-Linie gebildet wird. Das Verfahren aus Temperatursenkung/wiederherstellung beim Walzen ermöglicht es, daß die Mikrostruktur der Außenoberfläche des Flansches durch Fällung einer Ferrit-Phase, Sintern der nicht umgewandelten Austenit-Phase, gesintert wird, und dadurch das Härtungsvermögen durch Abschrecken gesenkt wird. Die Grenztemperatur beim Abkühlen/Wiederherstellen von 700ºC kann sich im strengen Sinn mit der chemischen Zusammensetzung des Stahls ändern, sie gilt jedoch als Richtlinie, wenn die erfindungsgemäßen dünnstegigen Doppel-T-Stahlträger mit einer Zugfestigkeit von 40 bis 50 kg/mm² hergestellt werden. Die so gesinterte Oberflächenschicht des Flansches weist eine Tiefe oder Dicke auf, die von der Zwangskühlung mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen abhängt, eine Dicke von 5 mm oder weniger ist jedoch bei Stählen mit einer Flanschdicke von 30 mm oder weniger ausreichend.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Steg gleichzeitig mit der Wasserkühlung des Flansches beim dazwischenliegenden Warmwalzen erwärmt, wodurch das Verfahren weiter stabilisiert wird, indem der zulässige Bereich für die Kühlzeit zur Verhinderung des welligen Stegs erweitert und eine gute Produktivität gesichert wird, indem der untere Grenzwert für die Kühlzeit verringert wird.
Figur 6 zeigt eine Anordnung zur Durchführung der Erfindung, die ein Vorwalzwerk 24, eine dazwischenliegende Strecke, die ein Universalwalzwerk 21 und ein Stauchgerüst 22 umfaßt, und eine abschließende Warmwalzstrecke des abschließenden Warmwalzwerks 23 umfaßt. Einrichtungen 1 für die Wasserkühlung des Flansches und Einrichtungen 2 zum Erwärmen des Stegs sind sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite der dazwischenliegenden Warmwalzstrecke angeordnet. Eine Einrichtung 3 für die Zwangskühlung mit Wasser, damit der wellige Steg verhindert wird, ist hinter dem abschließenden Warmwalzwerk 23 angeordnet. Figur 7 zeigt den Schnitt A-A der Figur 6. Die Einrichtung 1 für die Wasserkühlung des Flansches weist eine Anzahl von Sprühdüsen 1a auf, die für die Zuführung von Wasser je nach Flanschbreite eines Doppel-T-Stahlträgers angeordnet sind. Die Düsen 1a sind mit einer Seitenführung 4 versehen und können der Höhe des Stegs angepaßt werden. Die Heizelemente 2a der Einrichtung zum Erwärmen des Stegs, die Niveauregler 5 und 6 für die Einstellung der Höhe des Elementes aufweist, so daß es in Abhängigkeit von der Flanschbreite mit dem Förderniveau des Stegs übereinstimmt, sind quer oder in Höhenrichtung des Stegs aufgeteilt, so daß sie den verschiedenen Innenabmessungen des Stegs entsprechen, und die notwendige Zahl der Elemente kann nahe an den Steg gebracht werden, damit dieser erwärmt wird.
Die Einrichtung 1 zum Kühlen des Flansches mit Wasser und die Einrichtung 2 zum Erwärmen des Stegs können vor und/oder hinter der Strecke für das dazwischenliegende Walzen oder zwischen dem Universalwalzwerk 22 und dem Stauchgerüst 21 vorgesehen sein. Die Anordnung ermöglicht es, daß einer der Vorgänge aus Kühlen mit Wasser und Erwärmen des Stegs oder beide gleichzeitig beim dazwischenliegenden Warmwalzen erfolgen, wodurch zu Beginn der Zwangskühlung unmittelbar nach Abschluß des abschließenden Warmwalzens die Temperatur des Flansches verringert und die Temperatur des Stegs erhöht wird.
Die Regelung der Stärke der Kühlung in Übereinstimmung mit der Stahlgröße und der Temperatur beim Kühlen erfolgt im allgemeinen durch Einstellen der Kühlleistung oder der Walzgeschwindigkeit. Die Einstellung der Kühlleistung ist in Anbetracht der verwendeten Ventile und des Reduzierverhältnisses des Wasserdrucks begrenzt. Die Einstellung der Walzgeschwindigkeit zeigt das Problem, daß bei einer Größe des Doppel-T-Stahlträgers, der eine lange Abkühlungszeit erfordert, die Temperatur beim Zwangskühlen, damit der wellige Steg nach dem abschließenden Warmwalzen verhindert wird, stark mit der Länge des Stahls schwankt, so daß die Verhinderung des welligen Stegs am Ende des Stahls schwierig ist, der eine verhältnismäßig geringe Temperatur aufweist. Die vorliegende Erfindung bietet folgende Lösungen für diese Probleme.
Die erste Lösung umfaßt die Anwendung einer Einrichtung für die Zwangskühlung der in den Strecken für das dazwischenliegende und das abschließende Warmwalzen angeordneten Flansche, wobei diese Kühleinrichtungen Zonen mit separater Regelung der Kühlung haben, die in Folge betrieben werden, so daß das Kühlwasser auf der Basis der Taktinformation von bestimmten Positionen entlang der Länge des Doppel-T-Strahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen sollte, auf den Doppel-T-Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird.
Die zweite Lösung umfaßt die Verwendung eines Leitungssystems mit einem Tor oder Ventil, das zwischen der Einrichtung zum Zwangskühlen, wenn das Kühlen erfolgt, und einem Kühlmittelablaß geschaltet werden kann, wenn das Kühlen nicht erfolgt; und beim Warmwalzen, wenn bezüglich der Stahlgröße ein bestimmter Kühlwasserfluß aufrechterhalten wird, das Schalten der Tore oder Ventile entsprechend der Zonen mit einer Regelung der Kühlung, wodurch das Kühlwasser auf der Basis einer Berechnung, die die Beförderungsgeschwindigkeit des Stahls und eine Information über die Temperaturen an den bestimmten Positionen entlang der Länge des Stahls enthält, oder auf der Basis eines bestimmten Zustands versprüht wird.
Figur 8 zeigt die Anordnung nach der ersten Lösung, wobei Einrichtungen 26 und 27 für die Zwangskühlung des Flansches auf beiden Seiten der Beförderungsrichtung 43 oder 44 des Stahls oder vor und hinter der Strecke "Ur" für das dazwischenliegende Walzen vorgesehen sind, die aus einem Universalwalzwerk "U" und einem Stauchgerüst "E" besteht. Die Einrichtung 26 für die Zwangskühlung des Flansches, die vor dem Universalwalzwerk "U" vorgesehen ist, ist in zwei Zonen 39 und 40 unterteilt, und die Einrichtung 27 für die Zwangskühlung des Flansches, die vor dem Stauchgerüst "E" vorgesehen ist, besteht aus den beiden Zonen 41 und 42. Flanschthermometer 37a, 37b, 37'a und 37'b und Stegthermometer 38 und 38' sind vor oder an der Einlaßseite der Kühleinrichtung 26 bzw. 27 für den Stahl vorgesehen.
Wenn der Stahl nach rechts oder in der Richtung 43 befördert wird, messen die Flanschthermometer 37a und 37b und die Stegthermometer 38 die Temperaturen von Flansch und Steg, und auf der Basis des Unterschiedes zwischen den Temperaturen wird die erforderliche Kühlung in jeder Zone der Kühleinrichtung 26 und 27 bestimmt, wobei eine Computerberechnung oder eine durch Computerberechnung bestimmte Tabelle angewendet werden. Danach werden die Positionen in der Länge des Stahls in einem Computer gespeichert, für die die notwendige Kühlung bestimmt wurde. Auf der Basis der Taktinformation, die für vorangegangene Walzverfahren erhalten wurde, wird ermittelt, daß die Positionen des Stahls die Zonen durchlaufen haben, und danach befiehlt der Computer das Sprühen des Kühlwassers oder das Ende des Sprühvorgangs. Es ist eine Steuerung über die gesamte Länge des Stahls möglich, wenn die Flansch- und Stegtemperaturen an einer Anzahl willkürlicher Punkte in der Länge des Stahls gemessen werden.
Wenn der Stahl nach links oder in der Richtung 44 befördert wird, wird die gleiche Folge angewendet, außer daß die Flanschthermometer 37'a und 37'b und das Stegthermometer 38' verwendet werden. Im vorstehenden Beispiel sind zwei Zonen vor und hinter der Strecke "Ur" für das dazwischenliegende Walzen vorgesehen, die Zahl der Zonen muß jedoch nicht auf zwei begrenzt sein, oder die Zahl der Zonen vor und hinter der Strecke "Ur" muß nicht gleich sein.
Figur 9 zeigt eine Anordnung, bei der die Einrichtung 28 zum Kühlen des Flansches, die aus den Zonen 47 bis 52 besteht, hinter dem Endwalzwerk "Uf" vorgesehen ist. Wenn der Stahl nach rechts befördert wird, und zwar in der Richtung 53, sind die Flanschthermometer 45a und 45b und das Stegthermometer 46 vor dem Endwalzwerk "Uf" vorgesehen. Das Kühlen beim abschließenden Walzen wird ebenfalls in der gleichen Weise wie bei der oben genannten Steuerung des dazwischenliegenden Walzens geregelt.
Wie es bereits festgestellt wurde, wird die Kühlleistung durch die von der Einrichtung zum Kühlen des Flansches zugeführten Durchsatzdichte bestimmt. Der Durchsatz des Kühlwassers ist das Produkt der Durchsatzdichte, die für die Stahlgröße bestimmt wurde, der Flanschbreite und der Länge der Zone. Damit das Sprühen des Kühlwassers auf den Stahl, der gewalzt wird, in jeder Zone exakt geregelt wird, zeigt die vorliegende Erfindung folgende Merkmale.
Figur 10 zeigt eine Anordnung von Leitungen, bei der das Kühlwasser von links nach rechts fließt. Ein Stromregelventil 63 weist eine Öffnung auf, die für den Durchsatz eingestellt ist, der vom Computer vorgegeben wird, und einer Rückkopplungssteuerung ausgesetzt wird, die auf dem angezeigten Wert des Durchflußmeßgerätes 62 basiert. Ein Dreiwegeventil 64, das stromabwärts des Stromregelventils 63 vorgesehen ist, weist zwei Auslässe auf, einer ist mit der Flanschkühleinrichtung 66 und der andere mit der Wasserablaßeinrichtung 65 verbunden, die auf der Basis der Taktinformation geschaltet werden. Figur 11 ist ein Blockschema dieser Steuerung.
Figur 12 zeigt eine Anordnung, bei der eine Anzahl von Zonen mit den Leitungen von Figur 10 vorgesehen ist. Wenn der Stahl von links nach rechts befördert wird, werden die Dreiwegeventile, die den Zonen 55 bis 60 entsprechen, nacheinander in dieser Reihenfolge zu der Seite zur Flanschkühleinrichtung geschaltet, dies basiert auf dem Zonenauswahlbefehl aufgrund der Taktinformation.
Figur 3 zeigt die Logik der Schaltung der Dreiwegeventile für die Auswahl der Zonen. Die erforderlichen Durchsatzdichten und die Temperaturunterschiede von Flansch/Steg werden für die Stahlgrößen vorherbestimmt und im Computer gespeichert, werden abgerufen und zusammen mit den Temperaturen des Flansches und des Stegs verwendet, die beim Walzen gemessen werden, um die Zeit der Zwangskühlung zu berechnen. Die erforderliche Zahl der Kühlzonen wird erhalten, indem das Produkt von Zwangskühlzeit und Beförderungsgeschwindigkeit des Stahls durch die Länge der einzelnen Zonen der Kühleinrichtung geteilt wird. Beim Walzen einer Stahlgröße, für die eine Computerberechnung nicht notwendig ist, kann die Kühlzone vorherbestimmt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, damit die Strömungsschwankungen beim Schalten der Ventile minimiert werden, indem der Kühlmittelstrom durch die in jeder Kühlzone der oben beschriebenen Flanschkühleinrichtung verwendeten Sprühdüsen exakt geregelt wird.
Dies wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht, die mit einer Anzahl von Steuerblöcken für den Durchsatz versehen ist, die parallel angeordnet sind und jeweils ein Leitungssystem aufweisen, das Dreiwegeventile mit einer Öffnung zur Seite der Wasserzufuhr, einer Öffnung zur Seite der Sprühdüse und einer Öffnung zur Seite des Wasserabflusses, eine Anzahl von Ein- Aus-Ventilen, die mit der Öffnung zur Seite der Sprühdüse verbunden sind und der Auswahl von Düsen aus einer damit verbundenen Düsengruppe dienen, und einen variablen Drosselmechanismus umfaßt, der mit der Öffnung zur Seite des Wasserabflusses verbunden ist, wobei der Drosselmechanismus einen vorgegebenen Wert aufnehmen kann und bei einem bestimmten Drosselwert gedrosselt werden kann, so daß der Druckverlust bei einem vorgegebenen Wasserstrom an der Seite des Wasserabflusses gleich dem an der Seite der Sprühdüse ist.
Figur 14 zeigt die grundsätzliche Anordnung nach der vorliegenden Erfindung, die eine Anzahl von Steuerblöcken für den Strom umfaßt, die parallel angeordnet sind und ein Leitungssystem umfassen, das ein Dreiwegeventil 71 mit einer Öffnung zur Seite der Wasserzufuhr, einer Öffnung zur Seite der Sprühdüse und einer Öffnung zur Seite des Wasserablaufs, eine Anzahl von Ein- Aus-Ventilen 77, die an der Seite zur Sprühdüse des Dreiwegeventils 71 vorgesehen sind und der Auswahl von Düsen aus einer Düsengruppe 76 dienen, und einen variablen Drosselmechanismus 75 umfaßt, der an der Seite zum Wasserabflußn des Dreiwegeventils 71 vorgesehen ist.
Figur 5 zeigt eine Anordnung zum Ausgleich der Druckverluste an der Seite zur Sprühdüse und der Seite zum Wasserabfluß des Dreiwegeventils bei einem vorgegebenen Strom. Der Computer liefert eine Information über die Öffnung des Ventils 78 mit einstellbarer Öffnung in Übereinstimmung mit der verwendeten Anzahl der Sprühdüsen, die durch die Bedingung bestimmt wird, bei der das Ein-Aus-Ventil 77 verwendet wird, und auf der Basis dieser Öffnungs-Information stellt das Ventil 78 mit regelbarer Öffnung den Leitungswiderstand so ein, daß der Druckverlust an der Seite zur Sprühdüse gleich dem an der Seite zum Wasserabfluß ist. Die Düsen sind in senkrechter Richtung angeordnet, so daß sich eine Anzahl von Sprühdüsenschritten ergibt.
Der wechselseitige Zusammenhang zwischen dem Druckverlust H des Leitungssystems, dem Durchsatz Q, der inneren Fläche A der Leitung und der Strömungsgeschwindigkeit V wird ausgedrückt als:
V = Q/A
H = x 1/2 x V²/g
worin der Koeffizient des Leitungswiderstands ist und g die Beschleunigung durch Schwerkraft ist.
Der Druckverlust H ist dem Quadrat des Durchsatzes proportional, und zwar Q². Der Druckverlust im Abschnitt stromabwärts des Dreiwegeventils 71 wird entsprechend dem Durchsatz ausgeglichen, da der Widerstand ein charakteristischer Wert des Leitungssystems ist und da der stromabwärtige Abschnitt zur Luft hin offen ist.
Der Druckverlust an der Düsenseite beruht hauptsächlich auf der Leitung zu den Sprühdüsen und auf den Sprühdüsen. Wenn die Anzahl der verwendeten Sprühdüsen geändert wird, ändert sich der Leitungswiderstand, und der Durchsatz, der mit dem Druckverlust an der Seite der Sprühdüse ausgeglichen wird, ändert sich ebenfalls. Durch das Ausgleichen des Druckverlustes an der Abflußseite des Dreiwegeventils mit dem an der Seite zur Sprühdüse wird die Schwankung des Durchsatzes beim Schalten des Dreiwegeventils vermutlich nur durch einen Fehler bei der Bestimmung des Koeffizienten des Leitungswiderstands verursacht.
Das Durchflußmeßgerät 79 und das Stromregelventil 80 sind stromaufwärts des Dreiwegeventils 71 angeordnet und bilden eine Ringleitung für die Strömungsregelung, damit der Strom innerhalb des Leitungssystems gesteuert wird. Wie oben beschrieben, bewirkt das Schalten des Dreiwegeventils keine Änderung der Strömung, wenn die Druckverluste sowohl an der Seite zur Sprühdüse als auch der Seite zum Abfluß ausgeglichen sind. Durch Ausnutzung dieser Eigenschaft kann die Öffnung des Ventils 78 mit regelbarer Öffnung, das an der Abflußseite des Dreiwegeventils vorgesehen ist, bestimmt werden.
Obwohl oben die Regelung der Öffnung durch ein einziges Ventil beschrieben wurde, ist es möglich, einen Drosselmechanismus zu verwenden, der an der Abflußseite des Dreiwegeventils vorgesehen ist und aus einer Gruppierung einer Anzahl von Drosselmechanismen besteht, wie es in Figur 16 gezeigt ist, falls es Verfahrensvorschriften gibt, z. B. einen Bereich für die Regelung der Strömung. In diesem Fall kann durch Auswahl einer Kombination von Widerstandsleitungen 75' mit unterschiedlichen Leitungswiderständen der gleiche Effekt wie bei der oben genannten Einstellung der Öffnung des Ventils 78 mit regelbarer Öffnung erhalten werden, das an der Abflußseite des Dreiwegeventils vorgesehen ist. Dies erfolgt auf folgende Weise.
Wenn das Ein-Aus-Ventil 77 eingestellt wird, hat der Leitungswiderstand an der Seite des Dreiwegeventils zur Sprühdüse einen charakteristischen Wert, der in folgender Weise in die Öffnung des Ventils 78 mit einstellbarer Öffnung umgewandelt werden kann. Nach der Einstellung des Ein-Aus-Ventils 77 wird zuerst die Öffnung des Stromregelventils 80 fixiert, danach kann ein Fluid in den Abschnitt der Sprühdüsenseite des Dreiwegeventils strömen, und der Durchsatz wird mit einem Strömungsmeßgerät 79 gemessen, wenn sich eine stabile Strömung eingestellt hat. Danach wird das Dreiwegeventil 71 zur Abflußseite geschaltet, und die Öffnung des Ventils 78 wird manuell geändert, so daß der konstante Durchsatz dem auf der Sprühdüsenseite gleicht. Nach Abschluß dieses Ausgleichs wird die Öffnung des Dreiwegeventils 71 im Computer in einer Tabelle gespeichert. Die Öffnungen des Ventils 78, die den jeweiligen Bedingungen entsprechen, unter denen das Ein-Aus-Ventil 77 verwendet wird, werden ebenfalls gespeichert. Wenn das Leitungssystem von Figur 16 verwendet wird, wird das Ein-Aus-Ventil 77' gleichzeitig mit dem Einstellen des Ein-Aus-Ventils 77 eingestellt, und die Drosselungen der Widerstandsleitungen 75' werden geregelt.
Figuren 17 und 18 zeigen Anordnungen, bei denen eine Anzahl von Regelzonen der Figur 15 parallel angeordnet ist. Die Durchflußmeßgeräte 79 und die Stromregelventile 80 können in einem Durchflußmeßgerät 81 bzw. einem Stromregelventil 82 integriert sein, wie es in Figur 18 gezeigt ist, sofern die Regelgenauigkeit des Ventils 78 mit regelbarer Öffnung gesichert ist. Die Anordnung von Figur 18 verwendet eine einzelne Ringleitung zur Kontrolle der Strömung, die eine Anzahl von Regelzonen abdeckt, in dieser Anordnung können die Öffnungen des Dreiwegeventils an der Seite zur Sprühdüse und der Seite zum Abfluß in Übereinstimmung mit den Strömungsbedingungen eingestellt werden, indem nur die zu regelnden Dreiwegeventile geschaltet werden, ohne daß die anderen Dreiwegeventile der Zonen geändert werden, die nicht Gegenstand der Regelung sind. Im Vergleich mit der Regelung in einer einzigen Regelzone, die ein Strömungsmeßgerät verwendet, das einem stärkeren Strom angepaßt ist, können die Regelzonen ökonomisch integriert werden, wenn die Regelgenauigkeit für die Fehlerfaktoren der Strömungsmessung in Betracht gezogen werden.
Figur 19 zeigt eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung, die für das Kühlen der Flansche eines dünnstegigen Doppel-T- Stahlträgers angewendet wird. Figur 20 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung der in Figur 19 gezeigten Anordnung.
Die Flansche 84 werden gekühlt, indem durch die Sprühdüsen 83 Wasser gesprüht wird, die in einer Anzahl von Schritten angeordnet sind. Die Auswahl der Sprühdüsen 83 erfolgt, indem das Ein-Aus-Ventil 77 der Figur 19 in der Weise eingestellt wird, daß die erforderlichen Schritte der Sprühdüsen je nach Flanschbreite ausgewählt werden. Um die erforderliche Bedingung beim Kühlen des Stahls zu erfüllen, wird das Kühlprofil geändert, indem das Dreiwegeventil für eine Anzahl getrennter Kühlzonen entweder zur Seite zur Sprühdüse oder zur Abflußseite geschaltet wird, wie es in den Figuren 17 und 18 gezeigt ist.
Die Öffnung des Ventils 78 mit regelbarer Öffnung von Figur 19 wird für jede Regelzone in Übereinstimmung mit der Vorgabe des Ein-Aus-Ventils 77 durch eine Computertabelle geliefert. Die Öffnung des Ventils 78 mit regelbarer Öffnung weist einen Wert auf, der durch die Regelung des Leitungswiderstandes für die Sprühdüsenseite und die Abflußseite des Dreiwegeventils in der oben genannten Folge bestimmt wird. Wenn eine Anzahl von Widerstandsleitungen verwendet wird, werden die Ein-Aus-Ventile der Widerstands leitungen ausgewählt.
Danach erfolgt die Einstellung oder Auswahl der für die Stahlgrößen registrierten Durchsätze.
Obwohl der Regelkreis von Figur 18 aus der Intergration einer Anzahl von Regelzonen besteht, ist die Strömungsschwankung beim Schalten des Dreiwegeventils gering, da die Flanschkühleinrichtung im Leitungsabschnitt stromabwärts des Dreiwegeventils im wesentlichen den gleichen Leitungswiderstand aufweist. Der Einfluß auf die Durchführung des Verfahrens wird minimiert, da das Einstellen der Strömung durch das Strömungsmeßgerät 81 und das Stromregelventil 82 der Figur 18 erfolgen kann, wenn das Fluid in die Abflußseite des Dreiwegeventils strömen kann, d. h. ohne daß Kühlwasser zur Seite der Walzstrecke gesprüht wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verbesserung der Genauigkeit bereit, mit der auf den Beginn und den Abschluß des Sprühens von Kühlwasser durch die Sprühdüsen angesprochen wird, wenn jeder Kühlzone der oben genannten Flanschkühleinrichtung Kühlwasser zugeführt wird.
Nach dieser Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers bereitgestellt, in der die Sprühdüsen, die auf einer Anzahl von Sprühdüsen-Verteilern befestigt sind, die in einem Winkel zur Außenoberfläche des Flansches des Doppel-T-Stahlträgers nach unten gerichtet sind, die Kühlwasserzufuhrleitungen mit den Sprühdüsen-Verteilern verbunden sind, und auch Zufuhrleitungen für die Wasserauffrischung getrennt von den Kühlwasserzufuhrleitungen mit den Sprühdüsen-Verteilern verbunden sind. Die Sprühdüsen-Verteiler haben vorzugsweise in ihrem oberen Abschnitt eine automatische Entlüftung.
Die Figuren 21 und 22 zeigen eine Vorrichtung nach dieser Ausführungform, die Kühlwasserzufuhrleitungen 112 und Zufuhrleitungen für die Wasserauffrischung 113 aufweist. Die Kühlwasserzufuhrleitungen 112 weisen ein Stromregelventil 96 zur Regelung des Durchsatzes, ein Strömungsmeßgerät 95 zum Messen des Durchsatzes, ein Ein-Aus-Ventil 94 zur Ermöglichung oder Unterbrechung des Kühlmittelstroms, ein Absperrventil 93 zur Verhinderung des Rückstroms des Kühlwassers auf. Die Zufuhrleitungen 113 für die Wasserauffrischung weisen ein Absperrventil 98 auf, damit der Eintritt des Kühlwassers in die Leitungen für die Wasserauffrischung verhindert wird. Die Zufuhrleitungen 113 für die Wasserauffrischung sind mit den Kühlwasserzufuhrleitungen 112 stromabwärts des Absperrventils 93 verbunden. Kühlwasser und eine Wasserauffrischung werden den Sprühdüsen-Verteilern 92 zugeführt und durch die Sprühdüsen 91 versprüht. Ein einzelner sprühdüsen-Verteiler 92 und eine Anzahl von Sprühdüsen 91, die auf dem Sprühdüsen-Verteiler 92 vorgesehen sind, bilden eine einzelne Kühleinheit 115. Ein Paar Kühleinheiten 115 ist symmetrisch auf beiden Seiten des Doppel-T-Stahlträgers angeordnet, der befördert wird, wodurch eine einzelne Kühlzone gebildet wird. Die Sprühdüsen 91 sind in einem Winkel zur Außenoberfläche des Flansches 110 des Doppel-T-Stahlträgers nach unten gerichtet.
Wenn das Ein-Aus-Ventil geöffnet wird, strömt das Kühlwasser, das von der Kühlmittelzufuhrleitung 112 zugeführt wird, durch das Ein-Aus-Ventil 94 zum Sprühdüsen-Verteiler 92 und wird dann durch die Spühdüsen 91 versprüht. Das so durch die Sprühdüsen 91 versprühte Wasser liegt in der gleichen Menge vor, wie sie vom Stromregelventil 96 eingestellt wird, da das Absperrventil 98 verhindert, daß das Kühlwasser die Zufuhrleitung 113 für die Wasserauffrischung betritt, und da die Wasserauffrischung mit einem geringeren Druck als das Kühlwasser nicht in die Kühlwasserzufuhrleitung 112 strömt.
Wenn das Ein-Aus-Ventil 94 geschlossen ist, wird die Zufuhr des Kühlwassers unterbrochen, und die Wasserauffrischung strömt durch das Absperrventil 98 zum Sprühdüsen-Verteiler 92 und wird durch die Sprühdüsen 91 versprüht. Die so versprühte Wasserauffrischung kann einen ausreichenden Durchsatz aufweisen, damit der Rückstrom von Luft in den Sprühdüsen-Verteiler 92 verhindert wird.
Die Figuren 23(a), 23(b) und 23(c) zeigen Anordnungen, bei denen der Sprühdüsen-Verteiler mit einer automatischen Entlüftung versehen ist. Ein Doppel-T-Stahlträger 108 wird auf einem Rollgang 109 befördert. Die in Figur 23(a) gezeigte Anordnung weist eine automatische Entlüftung in Form eines Absperrventils 105 auf, das im oberen Teil des Sprühdüsen-Verteilers 92 vorgesehen ist, wobei das Ventil 105 einen Berstdruck aufweist, der geringer als der Zufuhrdruck des Kühlwassers ist. Die Anordnung von Figur 23(b) weist eine automatische Entlüftung in Form eines Ein-Aus-Ventils 106 auf, das auf dem oberen Teil des Sprühdüsen-Verteilers 92 vorgesehen ist. Der Einlaß zum Ein-Aus-Ventil 106 kann mit dem oberen Abschnitt des Sprühdüsen-Verteilers 92 verbunden sein. Das Ein-Aus-Ventil 106 wird in Übereinstimmung mit dem Öffnen und Schließen des Ein-Aus-Ventils 94 der Kühlwasserzufuhrleitung 112 geöffnet und geschlossen. Bei der Ausführungsform von Figur 23(c) ist eine automatische Entlüftung 114 an einer Verlängerung vorgesehen, die zwischen dem Sprühdüsen-Verteiler 92 und dem Ein-Aus-Ventil 94 der Kühlwasserzufuhrleitung vorgesehen ist.

Beispiel

Ein dünnstegiger Doppel-T-Stahlträger wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Das Produkt hatte eine Steghöhe von 550 mm&sub1; eine Flanschbreite von 200 mm, eine Stegdicke von 6 mm und eine Flanschdicke von 16 mm, es wurde als "H550 x 200 x 6/16" bezeichnet, und zwar war es ein typisches Produkt mit einem hohen Dickenverhältnis von Flansch/Steg und einer großen Steghöhe im Verhältnis zur Stegdicke.
Es wurde folgende Vorrichtung verwendet, die wie folgt angeordnet war.
(1) Eine Strecke für das dazwischenliegende Warmwalzen wies die Einrichtung 1 zum Kühlen des Flansches mit Wasser auf, die vor dem Universalwalzwerk 21 und dem Stauchgerüst 22 vorgesehen war, wie es in Figur 6 gezeigt ist und war in zwei Zonen unterteilt, z. B. 39 und 40 (oder 41 und 42) von Figur 8.
(2) In der gleichen Position entlang der Länge des Stahls wie die Einrichtung 1 zum Kühlen des Flansches mit Wasser war eine Einrichtung 2 zum Erwärmen des Stegs vorgesehen, damit beide Seiten des Stegs erwärmt werden, wie es in Figur 6 gezeigt ist. Die Einrichtung 2 zum Erwärmen des Stegs hat eine derartige Heizleistung, daß ein Steg mit einer Dicke von 6 mm in einem Durchgang um etwa 10ºC erwärmt werden kann.
(3) Ein dem abschließenden Warmwalzen unterzogener Doppel-T- Stahlträger wurde durch die Einrichtung zum Kühlen des Flansches mit Wasser, die sieben getrennte Kühlzonen aufwies mit Wasser gekühlt.
Die Temperatursteuerung beim dazwischenliegenden Warmwalzen erfolgte in der in Tabelle 2 zusammengefaßten Weise, dies wird mit dem herkömmlichen dazwischenliegenden Warmwalzen verglichen. Tabelle 2 Kühlen des Flansches mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen Erwärmen des Stegs beim dazwischenliegenden Warmwalzen Herkömmlich Erfindung Nicht erfolgt In allen 7 Durchgängen vorgenommen In mindestens 2 Durchgängen
Die Figuren 24(a) und 24(b) zeigen die Temperaturen des Flansches und des Stegs zu Beginn des Kühlens des Flansches mit Wasser, damit nach Abschluß des abschließenden Warmwalzens ein welliger Steg verhindert wird, und die zulässige Zeit für das Kühlen des Flansches mit Wasser, die von diesen Temperaturen vorhergesagt wurde, innerhalb der Länge des Stahls bei einem herkömmlichen Verfahren (a) und dem erfindungsgemäßen Verfahren (b). Es wurde eine Durchsatzdichte des Kühlwassers von 400 l/m²-min angewendet.
Wenn die erfindungsgemäße Temperatursteuerung beim dazwischenliegenden Warmwalzen erfolgte, wurden im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren der Temperaturunterschied von Flansch/Steg zu Beginn der Kühlung des Flansches mit Wasser nach Abschluß des abschließenden Warmwalzens verringert und die Stegtemperatur erhöht. Aus Figur 24(a) ist auch ersichtlich, daß beim herkömmlichen Verfahren der zulässige Zeitbereich der Kühlung des Flansches mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen an der hinteren Hälfte des Stahls sehr gering ist, an der die Temperatur aufgrund der thermischen Absenkung geringer ist; als Folge davon kann der wellige Steg in der hinteren Hälfte des Stahls nicht verhindert werden. Tatsächlich konnte der wellige Steg selbst dann nicht verhindert werden, wenn das Kühlen des Flansches mit Wasser 50 s lang erfolgte, indem alle Kühlzonen (11 Zonen) bei konstanter Beförderungsgeschwindigkeit des Stahls verwendet wurden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde der zulässige Zeitbereich für die Kühlung des Flansches mit Wasser erweitert, ein gemeinsamer zulässiger Zeitbereich von etwa 30 s ist in der gesamten Länge des Stahls vorhanden, und der untere Grenzwert für die Zeit ist gering, und zwar kann eine kurzzeitige Wasserkühlung einen welligen Steg verhindern. Der wellige Steg wurde tatsächlich innerhalb der gesamten Länge des Stahls vollständig verhindert, indem der Flansch 30 s mit Wasser gekühlt wurde, wobei neun Kühlzonen mit konstanter Beförderungsgeschwindigkeit des Stahls verwendet wurden.
Figur 25(a) zeigt die Mikrostruktur der Oberflächenschicht des Flansches eines dünnstegigen Doppel-T-Strahlträgers, der mit der herkömmlichen Kühlung des Flansches mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen hergestellt wurde, und Figur 25(b) zeigt die Mikrostruktur des gleichen Abschnittes des Produktes mit gleicher Größe, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, bei dem beim dazwischenliegenden Warmwalzen die Wasserkühlung und die Wiederherstellung der Temperatur der Außenoberflächen des Flansches im Wechsel wiederholt wurden und auch das Kühlen des Flansches nach dem abschließenden Warmwalzen erfolgte. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß das herkömmliche Produkt eine Oberflächenschicht des Flansches mit einer Bainitstruktur aufweist, die in Figur 25(a) gezeigt ist, wohingegen das erfindungsgemäße Produkt eine Oberflächenschicht des Flansches mit einer Ferrit-Perlit-Struktur aufweist, wie es in Figur 25(b) gezeigt ist.
Tabelle 3 faßt die Kühlbedingungen nach dem abschließenden Warmwalzen und die mechanischen Eigenschaften der Doppel-T- Stahlträgerprodukte zusammen, die den Figuren 25(a) und 25(b) entsprechen. In Tabelle 3 war die herkömmliche Kühlzeit länger als die bei der vorliegenden Erfindung, da erstere das Kühlen beim dazwischenliegenden Warmwalzen nicht beeinflußt, und deshalb war eine längere Zeit für die Wasserkühlung notwendig, damit der wellige Steg verhindert wird. Tabelle 3 Kühlbedingung nach dem abschließenden Walzen Mechanische Eigenschaften des dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgerproduktes T-Einleitung Kühlzeit Oberflächenhärte Herkömmlich Erfindung < Anmerkungen> T-Einleitung: Flanschtemperatur, bei der das Kühlen des Flansches mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen eingeleitet wurde. Streckgrenze Zugfestigkeit El.: Gesamtdehnung beim Bruch
Es ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung den zulässigen Zeitbereich der Wasserkühlung nach dem abschließenden Warmwalzen erweitert, so daß eine konstante Verhinderung des welligen Stegs erhalten wird und eine hohe Ausbeute der Produktion gesichert ist, und auch den unteren Grenzwert der Zeit verringert, so daß die Produktivität verbessert und eine gute mechanische Eigenschaft erhalten wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung minimiert auch die Zeitverzögerung beim Ansprechen auf das beginnende Versprühen des Kühlwassers.
Figur 26(a) und 26(b) zeigt die Zeitverzögerung, die beim erfindungsgemäßen Verfahren (a) bzw. beim herkömmlichen Verfahren (b) erhalten wird. Die Ordinate zeigt den Kühlwasserdruck im Sprühdüsen-Verteiler, und die Abszisse die vergangene Zeit. Die Kurve zeigt die erforderliche Zeit, damit der Anfangsdruck einen bestimmten Wert erreicht - ausgedrückt in Sekunden, die vom Öffnen des Ein-Aus-Ventils vergangen sind, bei folgender Versuchsbedingung:

Versuchsbedingung

Druck in der Verteilerleitung: 2 kg/cm²,
Nennweite der Verteilerleitung: 2 in
Anzahl der Düsen: 15 pro 1 Verteilerleitung
Nennweite der Düse: 3/8 in
Durchsatz pro Düse: 7,2 1/min
Leitung vom Ein-Aus-Ventil 4 zum Verteiler 2: Größe 1-1/4, Länge 10-25 m
Aus Fig. 26 ist ersichtlich, daß es herkömmlich 2 bis 15 s vom Öffnen des Ein-Aus-Ventils bis zum Druckanstieg dauerte, und daß die Zeitverzögerung in Abhängigkeit von der Kapazität des Luftreservoirs auch eine große Schwankung aufwies. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Zeitverzögerung merklich verringert, so daß es nur 0,5 s vom Öffnen des Ventils bis zum Druckanstieg dauerte, und die Schwankung der Zeitverzögerung war auch im wesentlichen eliminiert. Fast die gleiche Wirkung wurde beobachtet, wenn das Versprühen des Kühlwassers unterbrochen wurde.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet ein schnelles Ansprechen und sichert eine angemessene Kühlung innerhalb der gesamten Länge des Doppel-T-Stahlträgers. Bei der herkömmlichen Vorrichtung, die z. B. eine Zeitverzögerung von 10 s erfordert, muß das Ein-Aus-Ventil 10 s vorher geöffnet werden, damit der vorgegebene Druck erreicht wird, damit der Öffnungswinkel der Sprühdüse beim Sprühen erreicht wird, der für das Abkühlen der gesamten Oberfläche des Flansches notwendig ist. Zu diesem Zeitpunkt hat die führende Oberseite des Doppel-T-Stahlträgers die Kühlposition der Sprühdüse jedoch noch nicht erreicht, und deshalb strömt Kühlwasser über die Oberseite des Stahls und bleibt auf der oberen Oberfläche des Stegs. Somit wird der Steg zu stark abgekühlt, dies verursacht einen welligen Steg, und eine schlechte mechanische Eigenschaft. Dieses herkömmliche Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, da das Ein-Aus-Ventil im wesentlichen zur gleichen Zeit geöffnet werden kann, wie die Oberseite des Stahls in die Position der Sprühdüse gelangt.
Beim herkömmlichen Verfahren war der zulässige Zeitbereich zum Kühlen des Flansches mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen sehr klein, und bei einigen Stahlgrößen war ein hoher unterer Grenzwert für die Zeit notwendig; als Folge davon konnte der wellige Steg nicht vollständig verhindert werden, und die Produktivität nahm ab. Bei der vorliegenden Erfindung wird nicht nur der wellige Steg vollständig verhindert, sondern auch die Produktivität verbessert, und zwar kann ein dünnstegiger Doppel-T-Stahlträger mit hoher Produktivität hergestellt werden.
Beim herkömmlichen Verfahren ist es unvermeidlich daß das Kühlen des Flansches mit Wasser nach dem abschließenden Warmwalzen die Härte der Flanschoberfläche erhöht und dies wird von einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften begleitet. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Anstieg der Härte der Oberfläche des Flansches nur durch die zusätzliche Abkühlungs/Wiederherstellungs-Behandlung beim dazwischenliegenden Warmwalzen unterdrückt, ohne daß spezielle Legierungszusatzelemente verwendet werden, wodurch der wellige Steg verhindert wird, damit kann der dünnstegige Doppel-T-Stahlträger sehr ökonomisch hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auch, daß das Abkühlen in Übereinstimmung mit dem Materialverlauf vor dem Walzen geeignet geregelt wird, dies erfolgt durch eine Regelzone der Flanschkühleinrichtung.
Die vorliegende Erfindung verbessert die Genauigkeit der Strömungsregelung und der Reaktion auf den Beginn und den Abschluß der Kühlung deutlich, dies erfolgt durch eine Strömungsregelung mit einem Dreiwegeventil.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines dünnstegigen Doppel-T- Stahlträgers, bei dem der Steg dünner als die Flansche ist, welches die Schritte umfaßt:

Zwangskühlung der Außenoberfläche der Flansche mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen vor dem abschließenden Warmwalzen, wodurch die Außenoberflächen des Flansches auf eine Temperatur von 700ºC oder weniger abgekühlt werden; Unterbrechung der Zwangskühlung mit Wasser beim dazwischenliegenden Warmwalzen, so daß die Temperatur der Außenoberflächen des Flansches auf einen Wert von mehr als 700ºC zurückkehrt;

Wiederholung der Zwangskühlung mit Wasser und deren Unterbrechung beim dazwischenliegenden Warmwalzen, wodurch die Mikrostruktur der Flanschoberfläche bis zu einer bestimmten Tiefe von der Oberfläche gesintert wird;

abschließendes Warmwalzen des dem dazwischenliegenden Warmwalzen unterzogenen Doppel-T-Stahlträgers; und Zwangskühlung der Flansche des abschließend warmgewalzten Doppel-T-Stahlträgers mit Wasser sofort nach Abschluß des Warmwalzens in einer Art und Weise, daß entweder die Zwangskühlzeit nicht oberhalb eines oberen Grenzwertes liegt oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs beim Abschluß der Kühlung nicht geringer als ein unterer Grenzwert ist, da der wellige Steg beim Abkühlen innerhalb dieses oberen und unteren Grenzwertes nicht auftritt, und daß entweder die Kühlzeit nicht unterhalb eines unteren Grenzwertes liegt oder der Unterschied zwischen der Temperatur des Flansches und der des Stegs am Ende der Kühlung nicht mehr als ein oberer Grenzwert beträgt, da innerhalb des oberen und des unteren Grenzwertes die thermische Spannung, die im Steg bei der Luftkühlung auf Raumtemperatur erzeugt wird, die Knickfestigkeit des Stegs nicht übersteigt, wobei der obere und der untere Grenzwert vorher im Hinblick auf die Größe des Doppel-T-Trägers und der Durchsatzdichte des Kühlwassers festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem umfaßt:

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches außerdem umfaßt:

Verwendung einer Einrichtung zur Zwangskühlung der Flansche, wobei die Kühleinrichtung in den Strecken zum dazwischenliegenden und zum abschließenden Warmwalzen angeordnet ist, und Zonen mit separater Regelung der Kühlung aufweist, die in Folge betrieben werden, wodurch das Kühlwasser auf der Basis der Taktinformation von bestimmten Positionen in der Länge des Doppel-T-Stahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen soll, über den Doppel-T-Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, welches außerdem umfaßt:

Verwendung eines Leitungssystems mit einem Tor oder Ventil, die entweder zur Zwangskühleinrichtung, wenn das Kühlen erfolgt, oder zum Kühlmittelablaß geschaltet werden können, wenn das Kühlen nicht erfolgt; und Schalten der Tore oder Ventile beim Warmwalzen in Übereinstimmung mit den Zonen mit Regelung der Kühlung, wodurch das Kühlwasser auf der Basis einer Berechnung, die die Beförderungsgeschwindigkeit des Stahls und eine Information über die Temperaturen an den bestimmten Positionen entlang der Länge des Stahls enthält, oder auf der Basis eines vorher festgelegten Zustands gesprüht wird, wobei ein bestimmter Kühlwasserstrom im Verhältnis zur Stahlgröße aufrechterhalten wird.

5. Vorrichtung zur Herstellung eines dünnstegigen Doppel-T- Stahlträgers, bei dem der Steg dünner als die Flansche ist, welches umfaßt:

eine Einrichtung zum Zwangskühlen der Flansche, wobei die Kühleinrichtung in den Strecken zum dazwischenliegenden und zum abschließenden Warmwalzen angeordnet sind und Zonen mit separater Regelung der Kühlung aufweisen, die in Folge betrieben werden, so daß das Kühlmittel auf der Basis der Taktinformation von bestimmten Positionen entlang der Länge des Doppel-T-Stahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen soll, über den Doppel-T-Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird; und

eine Anzahl von Steuerblöcken für den Durchsatz, die parallel angeordnet sind und jeweils ein Leitungssystem aufweisen, das ein Dreiwegeventil mit einer Öffnung zur Seite der Wasserzufuhr, einer Öffnung zur Seite der Sprühdüse und einer Öffnung zur Seite des Wasserabflusses, eine Anzahl von Ein-Aus-Ventilen, die mit der Öffnung zur Seite der Sprühdüse verbunden sind und dazu dienen, aus einer damit verbundenen Sprühdüsengruppe Sprühdüsen auszuwählen, und einen variablen Drosselmechanismus umfaßt, der mit der Öffnung zur Seite des Wasserabflusses verbunden ist, wobei der Drosselmechanismus einen vorgegebenen Wert aufnehmen kann und bei einem bestimmten Drosselwert gedrosselt werden kann, so daß der Druckverlust bei einem vorgegebenen Wasserstrom an der Seite zum Wasserabfluß gleich dem an der Seite zur Sprühdüse ist.

6. Vorrichtung zum Abkühlen eines dünnstegigen Doppel-T-Stahlträgers mit einem Steg, der dünner als die Flansche ist, und einer Länge, umfassend:

eine Einrichtung zur Bestimmung der Taktinformation an bestimmten Positionen in der Länge des Doppel-T-Stahlträgers; eine Einrichtung zur Zwangskühlung der Flansche, wobei die Kühleinrichtung in den Strecken zum dazwischenliegenden und zum abschließenden Warmwalzen angeordnet sind und Zonen mit separater Regelung der Kühlung aufweisen, die in Folge betrieben werden, wodurch das Kühlwasser auf der Basis der Taktinformation der bestimmten Positionen entlang der Länge des Doppel-T-Stahlträgers, an denen das Sprühen erfolgen soll, auf den Doppel-T-Stahlträger gesprüht wird, der warmgewalzt wird;

eine Anzahl von Steuerblöcken für den Durchsatz, die parallel angeordnet sind und jeweils ein Leitungssystem aufweisen, das ein Dreiwegeventil mit einer Öffnung zur Seite der Wasserzufuhr, einer Öffnung zur Seite der Sprühdüse und einer Öffnung zur Seite des Wasserabflusses, eine Anzahl von Ein-Aus-Ventilen, die mit der Öffnung zur Seite der Sprühdüse verbunden sind und dazu dienen, aus einer damit verbundenen Sprühdüsengruppe in Übereinstimmung mit der Flanschbreite des Doppel-T-Stahlträgers Sprühdüsen auszuwählen, und einen variablen Drosselmechanismus umfaßt, der mit der Öffnung zur Seite des Wasserabflusses verbunden ist, wobei der Drosselmechanismus einen vorgegebenen Wert erhält und auf einen bestimmten Drosselwert gedrosselt wird, so daß der Druckverlust bei einem vorgegebenen Wasserstrom an der Seite zum Wasserabfluß gleich dem Druckverlust an der Seite zur Sprühdüse ist, wodurch das Schalten des Dreiwegeventils eines der Steuerblöcke für den Durchsatz die anderen Steuerblöcke für den Durchsatz nicht beeinflußt;

eine Anzahl von Sprühdüsengruppen;

Kühlwasserzufuhrleitungen, die mit jeder Sprühdüsengruppe verbunden sind; und Zufuhrleitungen für eine Wasserauffrischung, die getrennt von den Kühlwasserzufuhrleitungen mit jeder Sprühdüsengruppe verbunden sind, damit jeder Sprühdüsengruppe selbst dann eine Wasserauffrischung zugeführt wird, wenn kein Kühlwasser versprüht wird.