DE3027846C2

DE3027846C2 - Verfahren und Einrichtung zum Abkühlen von Blech, insbesondere Stahlblech, mittels Wasser

Info

Publication number: DE3027846C2
Application number: DE3027846A
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Osaka Ban; Shuichi Izumisanoshi Osaka Hara; Haruo Yokosuka Kanagawa Kokubun; Osamu Mitaka Tokyo Takeuchi; Hisashi Osaka Yoshinaga
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1984-01-26
Also published as: JPS5848019B2; JPS5669322A; US4371149A; GB2062520B; DE3027846A1; GB2062520A; FR2469461B1; FR2469461A1; CA1129643A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von Stahlblech mittels Wasser mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur

Durchführung des Verfahrens, die die Merkmale nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5 aufweist

Im allgemeinen muß die Kühlbehandlung von Metallblech im Rahmen des Spannungsfreiglühens oder Normalisierens nach dem Warmwalzen ausgeführt werden. Hauptziel der Normalisicrungsbehandlung sind eine Kornverfeinerung, eine Spannungsfreisetzung und eine chemische Homogenisierung, so daß sowohl die erwünschte mechanische Festigkeit als auch Duktilität erreicht werden. Warmgewalztes Metallblech muß auf eine gleichförmige Temperatur abgekühlt werden, ohne daß es örtlich abgeschreckt wird, so daß an dem warmgewalzten Blech anschließend auszL '-"ⁱ 2nde Verfahrensweisen vereinfacht werden ^nG ι.«, e hohe Produktivität gewährleistet ist

Im Rahmen des üblichen Normans: jrungsprozesses

wird das Blech über die austenitK .ie Umwandlungs- ^temperatur erhitzt und ansch', ;ßend abgekühlt Wenn

Sdie Abkühlgeschwindigkeit inner'.alb des Bereiches, in ^Hern eine Abschreckung nicht zu befürchten ist variiert rd. h. zweckmäßigerweise auf die Legierung des Bleches Optimal eingestellt werden kann, läßt sich der Kühltisch in seiner Größe kompakt halten, und der Vorgang selbst kann mit dem erwünschten Ergebnis ausgeführt werden, -weil die Zeitdauer, während der das hocherhitzte Blech auf dem Kühltisch liegt dadurch beträchtlich abgekürzt werden kann. Jedoch muß sowohl bei der Kühlbehand-Jung im Rahmen des Spannungsfreiglühens als auch nach dem Warmwalzen große Sorgfalt angewendet werden, um die Gefahr eines Verwerfens der Bleche zu verhindern.

Bei einem bekannten Verfahren asr im Oberbegriff ^des Patentanspruches 1 angegebenen Art (US-PS 41 48 673; US-PS 35 46 911) wird eine Stahlblechplatte zum Zweck der Kühlung längs einer Kühlstrecke geführt und beiden Seiten Kühlwasser in einer Menge bis zu 6000 l/min · m² zugeführt Die zugeführte Wassermenge wird in Abhängigkeit von auftretenden Deformationen des Stahlbleches gesteuert, z. B. in der Form, ή S die Wasserzuführung an der Ober- und Unterseite der Stahlblechplatte zu unterschiedlichen Zeiten einsetzt.

Nachteilig an diesen bekannten Verfahren ist die erforderliche sehr große Kühlwassermenge und der damit einhergehende Energieverbrauch in Form von Pumpleistung. Darüber hinaus lassen sich durch das gezielte starke Überfluten der Stahlblechflächen allenfalls großflächige Verwerfungen des Stahlbleches vermeiden, jedoch nicht lokale Verformungen, die durch ungleichmäßige Temperaturverteilung oder Gefügezustände verursacht sein können.

Es ist auch bereits bekannt Stahlbleche mittels einer Wasser-Sprühkühliing abzukühlen.

Bei der Wasser-SurühkühlunE wird Wasser durch Düsen von Metallrohren auf die Oberflächen des heißen Stahlbleches gesprüht oder gespritzt. Dieses Verfahren ist insoweit auch bereits zum Härten angewendet worder Jedoch ist bei der Sprüheinrichtung, die hierzu verwendet wird, eine voifstämiige Zerstäubung des Wassers nicht erzielbar, so daß Wassertropfen und Wasserstrahlen auf die Oberflächen des Stahlbleches gespritzt werden. Das hat zur Folge, daß es schwer ist, die Wärmeübergangszahl zwischen dem Stahlblech und dem Kühlwasser au,' unter 1000 kcal/m² · h · ⁰C zu senken. Außerdem werden die Teile des Stahlbleches, auf die Wassertropfen auftreffen, abgeschreckt und dadurch gehärtet Weiterhin muß, da die Wasser-Sprühkühl-Einrichtung auch 7 «ti Abschrecken verwendet wird, das Kühlwasser in einer hohen Durchsatzmenge von 500 bis 5000 l/m² · min aufgesprüht werden. Dabei ist es schwierig, bei dieser Einrichtung den Wasserdurchsatz auf weniger als 100 l/m² min einzustellen.

Bei dem Verfahren, bei dem Wasser unter Anwendung eines Zerstäubungsmittels, wie z. B. Dampf oder Luft zur Kühlung verwendet wird, besteht der Vorteil darin, daß die Abkühlgeschwindigkeit in einem weiten Bereich variiert werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß

κι eine grcße Menge an Zerstäubungsmittel notwendig ist und zusätzliche Energie zum Zerstäuben des Wassers verbraucht wird. Wenn z. B. Luft als Zerstäubungsnättel eingesetzt wird, sind 300 bis 4001 Luft notwendig, um einen Liter Wasser zu zerstäuben. Das bedeutet einen Leistungsaufwand von 2500 W, der einem Kompressor zugeführt werden muß, um den Druck von 300 I Luft auf 6 bar zu erhöhen, um dadurch ein Liter Wasser/min zu zerstäuben. Darüber hinaus verursacht die Ausführung des bekannten Sprühverfahrens eine starke Geräuschentwicklung, da beim Durchströmen der Zerstäubungsmittels durch die Sprühdüsen aufgrund der hohen Geschwindigkeiten Schallpegel von 90 bis HOdB erzeugt werden.
Beide vorstehend beschriebenen Wasser-Kühlverfahren haben 'olgende gemeinsame Nachteile: In Blechstraßen werden die Bleche über horizontale Tische od. dgl. von einer zur nächsten Station geführt oder transportiert Daraus folgt, daß die Kühleinrichtung horizontal angeordnet sein muß, d.h. das Kühlwasser

to wird in vertikaler Richtung gegen die obere und untere Blechfläche gesprüht Das gegen die Blechunterseite gesprühte Wasser tropft nunmehr davon aufgrund der Schwerkrafteinwirkung wieder ab, so daß ein Problem nicht besteht Das auf die Blechoberseite gespritze Wasser verbleibt jedoch dort und bildet wärmeisolierende Schichten gegenüber dem neu hinzukommenden Kühlwasser. Da im Ergebnis das neu hinzukommende Kühlwasser die Wärme von der Blechoberseite :':jr durch die stehenden Wasserschichten hindurch abführen Kann, wird eine effektive Kühlung nicht erreicht. Auch eine gleichmäßige Kühlung der Blechoberseite ist unmöglich, weil das stehende Wasser nicht in Form einer Wasserschicht vor. gleichmäßiger Dicke vorliegt, sondern die Dicke schwankt.

Bei der Sprühkühlung von Stahlblech, das auf über 100⁰C liegende Temperaturen erhitzt worden ist bilden sich Dampfschichten zwischen dem Kühlwasser und dem Blech. Diese Dampfschichtenbildung ist auf der Blechoberseite und der Blechunterseite hauptsächlich aufgrund der unterschiedlichen Wassermengen, die auf Ober- und Unterseite verbleiben, verschieden. Die Fil-nsc'iichtbildung schwarkt sogar auf derselben Blechseite aufgrund einer stes vorhandenen ungleichförmigen i emperaurverteilung. Als Ergebnis hiervon schwankt die örtliche Wärmeflußdichte zwischen dem Stahlblech und dem Kühlwasser praktisch von einem Punkt zum andern. Durch die ungleichmäßige Kühlung mit den daraus resultierenden ungleichmäßigen örtlichen Wärmeübergängen ergeben sieh Verwerfungen des Bleches. Diese Verwerfungen verursachen wieder eine Veränderung des Kühlwassers, das auf der Oberseite der Bleche steht, so daß hierdurch die Kühlbedingungen wiederum verändert, meistens sogar verschlechtert werden. Daraus folgt insgesamt, daß nach dem Stand der Technik abgekühltes Stahlblech keine gleichmäßige Materialstruktur aufweist !.md folglich hochqualitatives Blech nicht erzielbar ist. Die auftretenden Verwerfungen des Bleches mußten bisher

durch Streckeinrichtungen od. dgl. gerichtet oder korrigiert werden.

Der Erfindung liegt ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abkühlen von Stahlblech und eine Einrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, mit denen unvei formte Stahlbleche erhalten werden können, der Wasser- und Energieaufwand hierzu jedoch erheblich herabgesetzt ist.

Erfindurtgsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmä-Big durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Einrichtung ergibt sich aus dem Kennzeichenteil des Patentanspruches 5.

In Abkehr von den bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Kuhlwasser in einer verhältnismäßig geringen Menge und vor allem in feinzerstäubter Form auf die Stahlblechflächen aufgesprüht. In Abhängigkeit von auftretenden Verformungen des Stahlbleches wird der Sprühwinkel und/oder der Durchsatz an Kühlwasser eingestellt, so daß die Stahlblechflächen gerade mit der Kühlwassermenge beaufschlagt werden, dem dem herrschenden Temperaturfeld und den Wärmeübergangsbedingungen entspricht Infolge der geringen Wassermenge können Dampfschichten, die den Wärmeübergang gegenüber Wasser erhelblich verändern, nicht auftreten. Die Abkühlgeschwindigkei« ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dennoch sehr hoch, da infolge der Verdampfung des in geringer und feinzerstäubter Form aufgesprühten Kühlwassers der Verdampfungrwärmemen.ge entsprechende Wärme dem Stahlblech entzogen wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man eine optimale Wärmeübergangszahl von dem Stahlblech an das Kühlwasser, indem die Fördergeschwindigkeit des Bleches, die Zuführmenge an Kühlwasser, der Druck des Kühlwassers an den Zerstäuberdüsen und der Sprühwinkti entsprechend eingestellt werden. Die daraus resultierende gleichmäßige Kühlung ergibt unverworfene ebene Bleche.

Übtrdies ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Leistungsaufwand von z. B. lediglich 50 W erforderlich, der von einer Pumpe aufgenommen wird, um einen Zerstäuberdruck von 10 bar zu erreichen. Der Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den geschilderten bekannten Kühiverfahren beträgt somit nur etwa 1/50.

Der Energieverbrauch und auch die Geräuschentwicklung können durch eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter herabgesetzt werden, bei der das Kühlwasser durch den Zusammenprall von zwei Kühlwasserstrahlen zerstäubt wird In diesem Fall ist Zerstäubermedium, z.B. Druckluft, nicht erforderlich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Kühleinrichtung nach der Erfindung;

Fig.2 eine Stimansicht der Kühleinrichtung gem. Fig.1:

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Zerstäuberdüse, die in der Einrichtung gemäß den Fig. 1, 2 zur Anwendung kommt:

F i g. 4 eine Stirnansicht eines Düsenhaiters;

Fig.5a, b Detailansichten des Düäienhalters gemäß F i g. 4 zum Zweck der Veranschaulichung der Arbeitsweise davon;
Fig.6 eine grafische Darstellung, aus der sich die Beziehung zwischen der Wasser-Sprßhdichte und der Wärmeübergangszahl ergibt, und

F i g. 7 eine grafische Darstellung, die den zeitlichen .Temperaturverlauf der Kühlung eines Stahlbleches von 35 mm Dicke zeigt

ίο ■ Gemäß der Darstellung in den Ft g, 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Kühlen von Stahlblech durch Aufsprühen von Wasser einen unteren Rollenförderer Xa und einen oberen Rollenförderer Xb auf. Jeder Rollenförderer besteht aus einer Vielzahl von Rollen, die auf einer durchgehenden Achse oder Welle montiert sind. Der untere Rollenförderer Xa ist an eine Antriebseinheit 2 angekoppelt (Fig.2), z.B. an einen Elektromotor, der von einer Umkehrsteuerung 3 gesteuert ist Damit ist es möglich, ein auf dem unteren Rollenförderer liegendes Stahlblech 4 für Zwecke, die anschlipⁿ Ί näher erläutert werden, vor- und rückwärts zu bewegen.

Der obere Rollenförderer Xb ist an einem vertikal beweglichen Rahmen 5 aufgehängt und symmetrisch zu dem unteren Rollenförderer ta angeordnet Der bewegliche Rahmen 5 ist in vertikaler Richtung an einem Portalrahmen mittels einer Hubeinrichtung 6 auf- und abverstellbar. In dem gezeigten Auführungsbeispiel besteht die Hubeinrichtung 6 aus Kraftzylindern, so daß der obere Rollenförderer Xb in Abhängigkeit von der Dicke des Stahlbleches 4 an den unteren Rollenförderer Xa angenähert oder von diesem wegbewegt werden kann.

Die Kühleinrichtung umfaßt weiterhin ein unteres Kühlwasser-Sprühsystem, das unmittelbar unterhalb dem unteren Rollenförderer Xa angeordnet ist sowie ein oberes Kühlwasser-Sprühsystem, das wiederum unmittelbar über dem oberen Rollenförderer Xb symmetrisch dem unteren Kühlwasser-Sprühsystem liegt Das

obere Kühlwasser-Sprühsystem ist ebenfalls an dem beweglichen Rahmen 5 montiert so daß es zusammen mit dem oberen Rollenförderer lÄauf- und abbewegbar ist

Die beiden Kühlwasser-Sprühsysterr.e sind hinsicht-Hch Konstruktion und Betriebsweise einander so weitgehend ähnlich, daß es ausreicht lediglich das obere Kühlwasser-Sprühsystem für das Verständnis der Erfindung zu erläutern. Dieses besteht im wesentlichen aus einer Matrixanordnung von Zerstäuberdüsen 7, von

so denen in den Fig. 1 und 2 gemäß dem Ausfühnmgsbeispiel vier in der Breitenrichtung (Spalte) und fünf in der Längsrichtung (Zeile), also insgesamt zwanzig vorgesehen sind. Die vier Zerstäuberdüsen 7 in derselben Spalte sind hydraulisch miteinander verbunden und zwar über

ein gemeinsames Verteilerrohr 8, das querverlaufend angeordnet ist Die Erfindung sieht eine besondere Gruppenaufteilung der Zerstäuberdüsen 7 vor: Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind diese in eine vordere Gruppe bestehend aus den Zerstäuberdüsen der ersten

und zweiten Spalte der Matrix (beginnend von rechts in Fig. 1) und eine hintere Gruppe bestehend aus den Zerstäuberdüsen der dritten bis fünften Spalte der Matrix aufgeteilt Die Zerstäuberdüsen der vorderen Gruppe sind hydraulisch mit ihren jeweflBgen Verteiler-

rohren 8 an ein gemeinsames vorderes Druckrohr 9 angeschlossen, während die hintere Gruppe durch die jeweiligen Verteilerrohre 8 mit einem gemeinsamen Druckrohr 10 verbunden sind. Die vordere Düsengrup-

pe an der Eingangsseite der Kühleinrichtung ist somit zahlenmäßig kleiner als die hintere Gruppe.
- Die Anzahl von Druckrohren 9 und 10, die in Längsrichtung an dem beweglichen Rahmen 5 montiert sind, muß somit der Anzahl von Gruppen entsprechen, in welche die Zerstäuberdüsen-7 aufgeteilt sind. Die Druckrpi. e 9 und 10 sind durch biegsame Anschlüsse, z. B, durch biegsame Schläuche 11, Mengenregelventile 12 und Zuleitungsrohre an eine gemeinsame Kühlwasserversorgung 13 angeschlossen, die das Kühlwasser unter Druck den Zerstäuberdüsen 7 zuführen. Die Mengenregelventile 12 stehen mit einer Durchfluß-Steuereinheit 14 in Verbindung, so daß die Abgabemenge (je Zeiteinheit) jeder Düsengruppe optimal und unabhängig von den anderen Düsengruppen gesteuert werden kann. Beispielsweise wird in der gezeigten Ausführung jedes Mengenregelventil Ii! durch die Steuereinheit 14 so gesteuert, daß die Durchflußmenge zwischen 5 und 50 l/m² · min eingestellt werden kann.

Die Konstruktion der Zerstäuberdüse 7 gemäß F i g. 3 ist so, daß das durch einen Einlaß 15 zugeführte Kühlwasser in zwei Stromzweige aufgeteilt wird, die unterschiedliche Vektoren haben, d. h. in unterschiedlicher Richtung und ggf. mit unterschiedlicher Geschwindigkeit strömen. Die beiden Stromzweige oder Strahlen stoßen unmittelbar innerhalb einer Düsenöffnung 7a aufeinander. Aufgrund des dadurch resultierenden Aufpralls und der entstehenden Turbulenz werden die beider Stromzweige aufgebrochen und intensiv zerkleinert.

Die Zerstäuberdüse 7 weist hierzu ein Düsengehäuse 16 auf, in dem ein zylindrischer Abweiskörper 19 mit einem durch eine schraubenförmig verlaufende Rippe gebildeten Strömungskanal 17 und einem axialen Strömungskanal 18 angeordnet ist. Das durch den Einlaß 15 zugeführte Kühlwasser wird somit in einen axialen Stromzweig und einen schraubenförmig rotierenden Stromzweig aufgespalten, von denen der erstere den Strömungskanal 18 durchsetzt, während der letztere längs das durch die schraubenförmige Rippe erzeugten schraubenförmigen Durchlasses strömt. Genau im Bereich der Düsenöffnung 7a durchschlägt der axiale Stromzweig den rotierenden Stromzweig, so daß beide aufgrund des entstehenden Aufpralls und der resultierenden Turbulenz aufgebrochen und zerstäubt werden.

In den F i g. 4 und 5 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Winkellage der Zerstäuberdüsen 7 dargestellt. Jede Zerstäuberdüse 7 ist am unteren Ende eines 90°-Krümmers 20 angesetzt, der hydraulisch mittels eines flexiblen und drehbaren Anschlusses 21 an das Verteilerrohr 8 angeschlossen ist Anstelle des Anschlusses 21 kann jede geeignete nachgiebige Verbindung eingesetzt werden, die eine Drehung des Krümmers 20 durch einen kleinen Winkelbereich zuläßt, so daß die Zerstäuberdüse 7 in die durch Pfeile in F i g. 4 und 5a angegebenen Richtungen verstellt werden kann.

Der Krümmer 20, der die Zerstäuberdüse 7 an seinem unteren Ende trägt, ist mit einer Tastrolle 24 durch eine Kreuzkopf-Lenkführung 26 verbunden, die eine an dem horizontalen Arm des Krümmers 20 fest angeordnete Scheibe 27 betätigt Die Scheibe 27 ist drehfest mit dem Krümmer 20 verbunden. Die Lenkführung 26 umfaßt einen Gleitstein 25, der auf- und abbeweglich gleitend in einer Führung 23 angeordnet ist, der auf einem Tragrahmen 22 montiert ist. Der Tragrahmen 22 verläuft parallel zu den und unterhalb der Verteilerrohre 8. Zwischen der Scheibe 27 und dem Gleitstein 25 ist eine Lenkerstange 28 eingeschaltet. Die Tastrolle 24 ist ,drehbar am unteren Ende des Gleitsteines 25 gelagert. _r'Wenn daher der Gleitstein 25 sich auf- und abbewegt,

j ''wird die Scheibe 27 um einen entsprechenden kleinen

Winkel jeweils -verdreht, so daß .,dadurch auch die -j Zerstäuberdüse durch einen Winkelbereich zwischen 0 - und 70° relativ zur Vertikalen verschwenkt wird. '
λ Anstelle der Lenkerstange 28 mit einer vorbestimmten Länge, die nicht veränderbar ist, kann diese auch aus zwei Abschnitten bestehen, die miteinander durch eine spannerartige Gewindehüise 28a (s. F i g. 5b) verbunden sind, weiche mit oberen und unteren, entgegengesetzt zueinander steigenden Gewinden versehen ist. Auf diese Weise kann die Länge der Lenkerstange 28 vergrößert oder verkleinert werden, so daß die Zerstäuberdüse 7 dadurch in die gewünschte optimale Ausgangsstellung eingestellt werden kann.

Die Wirkungsweise der Kühleinrichtung nach dem oben geschilderten Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 5 ist folgende:

Das zu behandelnde Stahlblech 4 läuft in die vor- und rückwärts fördernde »Pilgerschritt«-Kühlstrecke zwischen dem oberen und dem unteren Rollenförderer ib und la ein, wie das in Fig. 1 mit Pfeil angedeutet ist.

Aufgrund des reversierenden Antriebes unter dem Einfluß der Umkehrsteuerung 3 wird es in Längsrichtung vorwärts und rückwärts beweert Die Zuflußmengen an unter Druck stehendem Kühlwasser, die durch die Kühlwasserversorgung 13 den jeweiligen Düsengruppen zugeführt werden, werden durch die Mengenregelventile 12 eingestellt Die Abgabemenge der jeweiligen Düsengruppen ist unabhängig von den jeweils anderen Düsengruppen steuerbar. Das Kühlwasser wird über beide Großflächen des Stahlbleches 4 während dessen Vor- und Rückbewegung gesprüht, so daß eine Schwankung der Abgabemenge innerhalb der Zerstäuberdüsen 7 einer selben Düsengruppe kompensiert wird und folglich das Stahlblech 4 gleichmäßig gekühlt wird. Eine Deformation des Bleches wird dadurch vermieden. Zusätzlich wird das Gewicht des Stahlbleches 4 während des Kühlvorganges gleichmäßig auf die Rollen der Rollenförderer verteilt, so daß auch dadurch eine unter der Gewichtsbelastung hervorgerufene Verformung vermieden werden kann.

Wenn die Achse der Zerstäuberdüsen 7 zunächst in einem Winkel zur Vertikalen geneigt ist. wie dies aus den F i g. 4 und 5 hervorgeht, schlagen die Sprühtropfen auf die Blechoberfläche unter einem entsprechenden Winkel zur Vertikalen auf. so daß die Horizontalkomponenten der Aufprallkräfte der Wassertröpfchen auf die Wasserschicht einwirken, die über der Bfechoberfläche steht Auf diese Weise wird das verbleibende Wasser der Wasserschicht längs der Oberfläche in Richtung auf die Ränder des Stahlbleches 4 bewegt Als Ergebnis davon wird nur eine minimale Menge an Wasser auf der Blechoberfläche stehen bleiben oder praktisch eine stehende Wasserschicht vermieden, so daß eine gleichmäßige Kühlung gewährleistet ist Dadurch wird eine Verwindung oder Verzerrung des Bleches unter dem Einfluß von Wärmespannungen ausgeschaltet

Wie erläutert, kann eine unzulässige Deformation des Stahlbleches 4 während des Kühlvorganges aufgrund der erfindungsgemäßen Einrichtung vermieden werden. Sollte sich zeigen, daß bei der gewählten Einstellung trotzdem Verfonnungen über zulässige Toleranzgrenzen hinaus auftreten, so läßt sich dies mittels der •Einrichtung zur Steuerung der Winkelposilion der Zerstäuberdüsen 7 effektiv korrigieren. Zu diesem

. Zweck sind die Tastrollen 24 in einem bestimmten Vertikalabstand von der Oberseite des Stahlbleches 4 . angeordnet. Sollte sich das Stahlblech 4 unter Überschreitung eines vorbestimmten Toleranzbereiches werfen, so kommt es mit irgendeiner der Tastrollen

, ·, 24 in Kontakt und schiebt diese nach oben, so daß die "'■. ;- zugehörigen Zerstäuberdüsen 7 h der beschriebenen ;_~. Weise vef schwenkt werden und somit auch die _r .4Aufsprührichtung des Kühlwassers geändert wird.

>' '.Dadurch wird das Wasser der Wässerschichteri, die sich aufgrund der Verwerfung des Stahlbleches 4 gebildet haben, durch die Kraft der Sprühstrahlen weggeschoben. Folglich kann eine ungleichmäßige Kühlung aufgrund von Wasserschichten, die auf der Oberseite des Bleches stehengleiben, vermieden werden und die ebene Ausrichtung des Stahlbleches 4 kann in einem bestimmten und einstellbaren Toleranzbereich gewährleistet werden.

Wie bereits erwähnt, sind die Zerstäuberdüsen 7 in Bereiche, d. h. mindestens zwei Gruppen, unterteilt, wobei die Abgabemenge an Kühlwasser innerhalb jeder Gruppe unabhängig von der anderen Gruppe gesteuert werden kann, so daß dementsprechend auch die Abkühlrate gesteuert und während des Kühlprozesses verändert werden kann. Auf diese Weise lassen sich die Eigenschaften des Bleches überwachen. Wenn z. B. die Abgabemenge der Zerstäuberdüsen 7 in der vorderen Düsengruppe größer als diejenige der Zerstäuberdüsen 7 in der hinteren Gruppe eingestellt wird, so kann das Stahlblech 4 einer intensiveren und schnelleren Kühlung am Eintritt in die Einrichtung unterzogen werden. Bei seiner weiteren Förderung nach links in Richtung auf die Abgabeseite erfolgt dann eine mildere oder langsamere Kühlung.

Der Abstand zwischen den oberen und unteren Rollenförderern \b und la und der Abstand zwischen den Zerstäuberdüsen 7 und der Oberseite des Stahlbleches 4 können in Abhängigkeit von der Dicke des Bleches durch Betätigung der Hubeinrichtung 6 eingestellt werden. Unabhängig von der Dicke der zu behandelnden Bleche kann dieser Abstand aber auch während des Kühlvorgc^ges in einer gewünschten Weise zur Erzielung optimaler Ergebnisse verändert werden, so daß eine gleichmäßige Kühlung auf Ober- und Unterseite des Bleches zugleich durch horizontale und vertikale Veränderungen des Kühleffektes erzielbar ist

Wenn das Stahlblech 4 in der geschilderten Weise auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt ist, schaltet die Umkehrsteuerung 3 die Antriebseinheit 2 weiter, so daß das abgekühlte Blech auf der linken Seite (in F i g. 1) der Kühleinrichtung weggefördert werden kann.

Die vorstehend allgemein beschriebene Wirkungsweise der Einrichtung wird nunmehr im einzelnen unter Heranziehung einiger vorteilhafter und in der Praxis bedeutsamer Parameter erläutert: Die Strömungs- oder Abgabemenge jeder Flächeneinheit des zu behandelnden Bleches wird zwischen 5 und 50 I/m² - min verändert während der Sprühdruck an der Düsenmündung zwischen 0,5 und 20 bar eingestellt wird. Zugleich _f wird das Produkt ν ■ t auf einen Wert zwischen 20 und 150 mm · m/min gehalten, wobei mit ν die Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegung des Bleches in m/min und mit t die Blechdicke in mm bezeichnet ist Wenn der Abkühlvorgang unter Einhaltung dieser Bedingungen ausgeführt wird, können die Bleche ohne Abschreckung gekühlt werden. Dementsprechend treten auch keine unerwünschten Struktur- oder Kristallumwandlungen, i\e durch eine Abschreckung hervorgerufen sein können, auf.

Der angegebene Geschwindigkeitsbereich für die Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegung von 20 bis 150 mm · m/min wird aus folgendem Grund gewählt: Eine gleichmäßige Kühlung des Bleches hängt von der Dicke und von der Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegung des Bleches ab. Wenn das zu . - behandelnde Blech nur eine geringe Dicke aufweist und

ι (T je höher die Bewegungsgescnwindigkeit ist, umso g ringer ist die Gefahr einer Blechdeformation. Untersuchungen haben gezeigt, daß bei Einhaltung des Produktes ν ■ t zwischen 20 und 150 mm m/min eine Verwerfung des Bleches auf einem Minimum gehalten werden kann.

Beträgt die Abgabemenge an Kühlwasser weniger als 5 l/m² · min, dann wird die Abkühlgeschwindigkeit zu gering. Wenn andererseits die Abgabemenge an Kühlwasser 50 l/m² · min übersteigt, wird die Abkühlgeschwindigkeit zu groß, so daß eine Abschreckung des Stahlbleches die Folge ist Folglich liegt die einzuhaltende Abgabemenge zur Erzielung zufriedenstellender Resultate bei spannungsfreier Abkühlung zwischen 5 und 50 l/m² · min.

Um den optimalen Bereich für den Sprühdrucl- in den Düsen zu ermitteln, der nunmehr als zwischen 0,5 und 20 bar liegend erachtet wird, wurden ausgedehnte Studien und Versuche durchgeführt anläßlich denen auch die Mündungsgröße und die Abgabemenge in dem erwähnten Bereich zwischen 5 und 50 l/m² · min verändert wurden. Die Größe der Wassertröpfchen beim Spannungsfreikühlen von Stahlblech muß unter 700 μ liegen. Beträgt der Sprühdruck weniger als 0,5 bar, so läßt sich eine gleichförmige räumliche Verteilung nicht erreichen. Bei einer Abgabemenge von 50 l/m² · min erhält man eine zufriedenstellende räumliche Verteilung mit einer Tröpfchengröße von unter 700 μ, wenn der Druck an der Düsenmüdnung unter 20 bar liegt Dies ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die obere Grenze.

Bemerkenswerte Verbesserungen bezüglich der räumlichen Verteilung lassen sich nicht mehr erreichen, selbst wenn der Sprühdruck auf über 20 bar angehoben werden. Dies führt nur noch zur Steigerung des Energiebedarfes.

Der Winkelbereich für den Schwenkwinkel der Zerstäuberdüsen 7 wird mit 70° gewählt weil bei einem Einstellen auf mehr als 70° praktisch keine Wassertröpfchen mehr auf das Stahlblech auftreffen.

Im folgenden werden einige mittels des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung erzielbare Effekte, Merkmale und Vorteile erläutert. Im Fall der Abkühlung von Stahlblech, das auf eine Temperatur über der austenitischen Umwandlungstemperatur erhitzt war, zeigte sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Einrichtung, daß man eine zufriedenstellende Normalisierung der Kornstruktur erhält wenn die Wärmeübergangszahl zwischen 100 und 800 kcal/m² - h - "C eingestellt wird, wobei die Höhe der letztgenannten Zahl zu beachten ist Dieser Bereich der Wärmeübergangszahl kann aber eingestellt werden, wenn das Produkt ν ■ t auf dem Wert von 20 bis 150 mm - m/min, die Abgabemenge zwischen 5 und 50 I/m² - min und der Düsendruck zwischen 0,5 und 20 bar gehalten werden. Unter diesen

t>5 Bedingungen erfolgt eine gleichmäßige spannungsfreie höher und Normalisierung des Stahlbleches mit einer annehmbaren Kühlgeschwindigkeit ohne daß örtlich eine Abschreckung auftritt

Die Beziehung zwischen def Abgabemenge an Kühlwasser und der Wärmeübergangszahl geht aus der Darstellung in Fig.6 hervor. Der Bereich A zeigt die erzielbaren örtlichen und Gesamt-Wärmeübergangszahlen, wenn das Kühlwasser in einer Abgabemenge zwischen 5 und 50 l/m² · min aufgestäubt wird, so daß dadurch das Stahlblech ohne Abschreckung spannungsfrei abgekühlt wird. Der Bereich B hingegen gibt die örtlichen Wärmeübergangszahlen an, die man erhält, wenn Kühlwasserstrahlen auf das Blech aufgespritzt werden, ohne zerstäubt zu werden. Es ist offensichtlich, daß mittels der Kühlverfahren nach dem Stand der Technik, bei denen das Kühlwasser in Form von Wasserstrahlen auf das Stahlblech aufgespritzt wird, ohne daß es zerstäubt wird, der durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Einrichtung erzielbare Effekt nicht erreicht werden kann.

Zui Beurteilung der Erfindung wurde auch ein Vergleich bezüglich der Abkühlgeschwindigkeit in der Mitte eines Stahlbleches von 35 mm Dicke einerseits bei Luftkühlung, andererseits bei Kühlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angestellt. Die Ergebnisse sind in F i g. 7 wiedergegeben, in der die Kurve I die Abkühlgeschwindigkeit zeigt, wenn das Stahlblech nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Abgabemenge von 5 l/m² · min gekühlt wird. Die Kurve !I zeigt die Abkühlgeschwindigkeit bei einer Abgabemenge von 50 l/m² · min und die Kurve IH die Abkühlgeschwindigkeit bei Luftkühlung. Es zeigt sich, daß die notwendige Kuhldauer zur Abkühlung eines J leches von einer Temperatur von 850⁰C auf eine Temperatur von 300⁰C bei Luftkühlung 2000 Sekunden beträgt, während sie bei 1000 bzw. 200 Sekunden bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, einerseits bei einer Abgabemenge von 5 l/m² · min, andererseits bei einer Abgabemenge von 50 l/m² · min, liegt Angenommen, es müssen zehn Stahlbleche von jeweils zehn Meter Länge und 35 mm jeweils Dicke jeweils 2000 Sekunden lang abgekühlt werden, dann wird zur Durchführung des Luftkühlungsverfahrens III ein Kühltisch von 100 Meter Länge erforderlich, während bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens imit einer Abgabemenge von 50 l/m² ■ min eine Kühleinrichtung von 10 m Länge und entsprechend eine Kühltischlänge von 10 Meter genügt Auf den Kühltisch wird das Stahlblech aus der Kühleinrichtung zur Handhabung mittels eines Kranes abgelegt Somit kann die Gesamtlänge der Einrichtung im Vergleich mit der Luftkühleinrichtung auf ein Fünftel reduziert werden.
■ Folgende Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich zusammenfassen:

1. Wenn beispielsweise Stahlblech von 35 mm Dicke von einer Temperatur von 850⁰C auf eine Temperatur von 300⁰C abgekühlt werden soll, kann die Abkühlgeschwindigkeit, d. h. die Wärmeübergangszahl in einem Bereich zwischen 100 und 800 kcal/m² · h · ⁰C ausgewählt werden, indem entsprechend die Abgabemenge zwischen 5 und 50 l/m² · min aaf beiden Blechflächen eingestellt wird. Damit läßt sich im Kühlvorgang eine spannungsfreie Behandlung bei optimaler Abkühlgeschwindigkeit erreichen, die außerdem entsprechend den Eigenschaften des zu behandelnden Stahles veränderbar ist

2. Aufgrund der Vorgangsweise nach 1. kann man eine optimale Kühlgeschwindigkeit einstellen, die erheblich höher als diejenige ist, die sich mittels Luftkühlung erzielen läßt Als Ergebnis davon kann die Gesamtlänge deY Kühlstation, d. h. einschließlich Kühleinrichtung und Ausgabetisch, beträchtlich verkürzt werden.

3. Das Kühlwasser wird durch die Zerr'äuberdüsen 5; mit einer Abgabemenge von 5 bis 50 l/m² · min und unter einem Düsendruck von 0,5 bis 20 bar ausgesprüht.

Dabei wird das dem Einlaß der Zerstäuberdüsen .zugeführte Kühlwasser In zwei Siromzweige unterteilt, ^: die unterschiedliche Strömungsvektoren haben. In dem

geschilderten Ausführungsbeispiei wird das Wasser in einen axialen Strahl und in einen Wirbelstrahl unterteilt, und diese beiden Strahlen prallen unmittelbar in der Mündung der Zerstäuberdüse aufeinander. Als Ergebnis davon wird jeder Strahl in Sprühtröpfchen von unter 700 μ Größe aufgebrochen. Somit prallen fein zerstaubte Wassertröpfchen auf die beiden Blechflächen, wodurch eine gleichmäßige Abkühlung ohne die sonst feststellbaren Begleiterscheinungen von örtlichem Abschrecken erzielbar ist. Zusätzlich kann die Abkühlgeschwindigkeit bzw. die Wärmeübergangszahl in dem bereits erwähnten Bereich zwischen 100 und 800 kcal/ m² · h · "C verändert werden, indem lediglich c"ie Abgabemenge und der Düsendruck in den oben angegebenen Bereichen verändert wird. Das hat im Vergleich zu den Kühlverfahren nach dem Stand der Technik auch eine b· trächtüche Einsparung an Wasser zur Folge.

4. Das Wasser kann allein durch entsprechende Drucksteuerung vollständig und ohne Anwendung eines Zerstäubungsmittels zerstäubt werden. Damit spart man die ansonsten notwendige Energie zum Mischen des Zerstäubungsmittels mit dem Kühlwasser ein. Auch die Geräuscherzeugung kann beträchtlich gesenkt werden.

5. Die Zerstäuberdüsen werden in mindestens zwei Düsengruppen in Längsrichtung der Kühleinrichtung unterteilt, so daß auch während des Kühlvorganges die Kühlbedingungen verändert werden können.

6. Aufgrund der Anwendung von Rollenrörderern mit deren im wesentlichen punktförmiger Auflage für das Stahlblech können auch nachteilige Auswirkungen bezüglich einer ungleichmäßigen Kühlung des Bleches vermieden werden, die sonst durch eine unmittelbare Körperkühlung an den Förderrollen selbst av>reten würden.

7. Die oberen Zerstäuberdüsen können in vertikale· Richtung gegenüber der Oberseite des StabHeJ.cs eingestellt werden, so daß gleichmäßige Kühlbedingungen unabhängig von der Blechdicke erreichbar sind.
8. Die Achslage der Zerstäuberdüsen kann automatisch verändert werden, wenn während des Kühlvorganges das zu behandelnde Blech sich werfen sollte, so daß ein übermäßiger Verzug vermieden bzw a"f eine Verformung innerhalb zulässiger Toleranzgrenzen zurückgeführt wird.

9. Gegenüber den bekannten Abkühlverfahren läßt ■sich in erheblich höherem Maße eine Kornverfeinerung des Stahlbleches erreichen. Auch ein höherer Grad an Duktilität ist erzielbar. Somit kann Stahlblech, das bestimmten mechanischen und chemischen Anforderungen gewachsen sein soll, schon bei Anwendung geringerer Mengen an Legierungszusätzen (Metallen) erreicht werden. Zusätzlich kann mit der Absenkung der Mengen an Legierungsmetall der Kohlenstoffgehalt äquivalent reduziert werden, so daß die Schweißeigenschäften des Stahlbleches beträchtlich verbessert werden.

Hierzu 4 Elatt Zeichnungen

Claims

30 27 84ö Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abkühlen von Stahlblech mittels Wasser, bei dem während der Beaufschlagung .beider Seiten einer Stahlblechplatte mit Kühlwasser die Stahlblechplatte in ihrer Ebene vor- und zurückbewegt wird und die Wasserbeaufschlagung in Abhängigkeit von dem Auftreten von Deformationen der Stahäblechplatte verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser mit einem auf die Flächeneinheit des Stahlblechs bezogenen Durchsatz von 5 bis 50 l/min - m² und mit einem Druck von 0,5 bis 20 bar unter einem bestimmten Sprühwinkel in feinzerstäubter Form aufgesprüht wird, daß die Vor- und Rückbewegung der Stahlblechplatte so ausgeführt wird, daß das .-produkt aus Bewegungsgeschwindigkeit ν (gemessen in m/min) und Blechdicke t (gemessen in mm) in einem Bereich von 20 bis 150 mm · m/min liegt, und daß innerhalb eines Temperaturintervalles von 850 bis 300° C bei Auftreten von Deformationen der Stahlblechplatte während des Abkühlvorganges der Sprühwinkel und/oder der Durchsatz an Kühlwasser in dem angegebenen Bereiche verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei auftretenden Deformationen des Bleches der Sprühwinkel, gemessen zu einer Normalen zur Blechoberfläche, in einem Bereich von 0 bis 70° vergrößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlwasser durch den Zusammenprall von zwei Kühlwasserstrahlen zerstäubt wird.

^: 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Sprühwinkels automatisch durch Abtastung der Blechoberfläche ausgeführt wird.

5. Einrichtung zum Abkühlen von Stahlblech mittels Wasser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Kühlstrecke in Gestalt von beiden Seiten einer Stahlblechplatte zugeordneten Förderern, von denen mindestens einer reversierend anireibbar ist, und mit auf die beiden Seiten der Stahlblechplatte gerichteten Wasserzuführungen, deren Beaufschlagung in Abhängigkeit von Deformationen der Stahlblechplatte durch eine Steuereinrichtung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderer in an sich bekannter Weise Rollenförderer (la, b) sind, und daß die Wasserzuführungen durch Zerstäuberdüsen (7) gebildet sind, deren Sprührichtung quer zur Förderrichtung der Stahlblechplatte (4) einstellbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

IIVIUblVI

Seiten der Kühlstrecke symmetrisch ausgebildet und mil den Zerstäuberdüsen (7) zusammen in einem gemeinsamen Rahmen (5) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Rollenförderer [Xb) zusammen mit den Zerstäuberdüsen (7) senkrecht zu dem zu behandelnden Stahlblech (4) verstellbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüsen (7) in Förderrichtung in mindestens zwei Düsengruppen zusammengefaßt sind, die getrennt voneinander mit Kühlwasser in regelbarer Menge beaufschlagbar

sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüsen (7) jeweils zwei zu der Düsenöffnung (7a) führende Strömungskanäle (17, 18) aufweisen, die in der Düsenöffnung (Ja) münden, wodurch die Zerstäubung allein unter dem Druck des Kühlwassers erfolgt

10. Einrichtung nach Anspruch 9, d&Jurch ίο gekennzeichnet, daß die beiden Strömungskanäle (17, 18) an einen gemeinsamen Einlaß (15) zu der Zerstäuberdüse (7) angeschlossen sind und zur Erzielung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung der darin geführten Wasserstromzweige unterschiedliche Länge und Richtung aufweisen.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zerstäuberdüse (7> einen Abweiskorper (19) enthält, der einen axialen geraden Strömungskanal (18) und einen schraubenförmig verlaufenden Strömungskanal (17) an seiner zylindrischen Umfangsfläche aufweist

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der

Achsrichtung der Zerstäuberdüsen (7) eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, die eine von dem zu behandelnden Stah'blech (4) unmittelbar mechanisch betätigbare Lenkerstange (28) aufweist, weiche an einer Scheibe (27) der verschwenkbar gelagerten Zerstäuberdüse (7) angreift

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß jede Zerstäuberdüse (7) an einem 90°-Krümmer (2Ö) angeordnet ist dessen einer Arm parallel zur Längsachse der Kühlstrecke

J5 gerichtet und mittels eines nachgiebigen und drehbaren Anschlusses (21) an ein Verteilerrohr (8) angeschlossen ist während dessen anderer Arm in einer zu dem Stahlblech (4) senkrecht stehenden Ebene verschwenkbar ist

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Scheibe (27) an dem zur Kühlstrecke parallelen Arm des 90°-Krümmers (20) drehfest befestigt ist

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet daß die Lenkerstange

(28) mittels einer Gewindehülse mit gegensinnig steigenden Gewinden längenverstellbar ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerstange

(28) an einen in einer zum Stahlblech (4) senkrecht stehenden Führung (23) geführten Gleitstein (25) angelenkt ist, der an seinem unteren Ende eine Tastrolle (24) trägt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch

ec „~i -,„:„!,„„. A„a A\o x~_r»-«ll^ itA\ ~..f _o\_non

— — gVnVllll^VIVMIIbt, UUM ""* · ···»»■ VHw ^- Wf uw· ν···ν>·

bestimmten Abstand von dem Stahlblech (4) einstellbar ist und bei Überschreitung dieses Abstandes durch eine Kühldeformation des Stahlbleches (4) während dessen Förderbewegung auf diesem abrollt