Verfahren und Vorrichtung zum Waermebehandeln von Blechen

Abstract

 Die Bleche werden in einem Ofen erwärmt, sodann in eine Standquette transportiert und dort durch Besprühen ihrer Ober- und Unterseite mit Wasser abgeschreckt. Dabei werden die Ober- und Unterseite der Bleche je in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer und/oder zeitlich versetzt zueinander abgeschreckt werden. Dadurch läßt sich der Abschreckvorgang vergleichmäßigen, so daß ebene Bleche entstehen, die anschließend nicht mehr gerichtet werden müssen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Blechen, wobei die Bleche chargenweise

• in einem Ofen erwärmt,
• aus dem Ofen in eine Standquette transportiert und
• in der Standquette durch Besprühen ihrer Ober- und Unterseite mit Wasser abgeschreckt werden.

[0002] Dieses Verfahren findet beim Vergüten von Grobblechen Anwendung. Die Bleche werden durch das Abschrecken gehärtet und im weiteren Verlauf des Vergütens angelassen. Sie finden beispielsweise im Schiffs-, Konstruktions-, Rohrleitungs- und im Behälterbau Verwendung oder aber auch zur Herstellung von Teilen mit besonders hohem Verschleiß, z. B. Baggerschaufeln.

[0003] Die Dicke der Bleche kann 60 mm und mehr betragen. Auch kann die Dicke der Bleche sehr viel geringer sein, nämlich weniger als 10 mm und auch weniger als 5 mm.

[0004] Es wurde gefunden, daß insbesondere dünne und sehr dünne Bleche dazu neigen, sich beim Abschrecken zu verziehen. Daher ist es bisher unerläßlich, vor allen Dingen dünne Bleche von weniger als 10 mm im Anschluß an das Härten zu richten. Dieser Vorgang ist zeit- und arbeitsintensiv, ganz abgesehen davon, daß der Kostenaufwand für eine Kaltrichtmaschine mehr als 10 Mio. DM beträgt.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wärmebehandlung insbesondere von dünnen und sehr dünnen Blechen bis unter 5 mm derart zu gestalten, daß nach dem Härten Bleche von exzellenter Ebenheit vorliegen, die ein anschließendes Kaltrichten überflüssig machen.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt werden und daß die Zonen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer und/oder zeitlich versetzt zueinander abgeschreckt werden. Durch unterschiedliches zeitliches Ansteuern der Zonen und durch Dosieren der Wassermengen kann der Wärmeentzug aus dem Blech über die Fläche vergleichmäßigt werden.

[0007] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Verzug der Bleche beim Härten bisher darauf zurückzuführen war, daß die unterschiedlichen Gefügeänderungen nicht ausreichend berücksichtigt wurden. Vor dem Härten werden die Bleche auf ca. 940 °C erwärmt, um ein austenitisches Gefüge zu erzielen. Beim Abschrecken entsteht Martensit, woraus Gefügevergrößerung resultiert. Erfolgt das Abschrecken ungleichmäßig, so kann diese Gefügevergrößerung nicht kompensiert werden.

[0008] Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Bleche bei geringer Dicke von unter 10 mm ganz erhebliche Abmaße besitzen, beispielsweise 14 m x 3,5 m. Werden derartige Bleche in der Mitte schneller als am Rand abgekühlt, so wellt sich das Material in der Mitte; bei einer schnelleren Randkühlung ergeben sich Randwellen.

[0009] Beim Abschrecken der horizontal ausgerichteten Bleche liegen auf deren Oberseite andere Verhältnisse vor als auf der Unterseite. Das gegen die Unterseite gesprühte Wasser fällt sofort wieder nach unten ab. Auf der Oberseite hingegen läuft das Wasser zu den Rändern hin ab, und zwar zum Rand hin mit zunehmender Ablaufgeschwindigkeit. Die jeweiligen Verhältnisse werden also stark von den Abmaßen der Bleche bestimmt. Hinzu kommt, daß auch die Blechdicke den Härtevorgang beeinflußt.

[0010] Die Erfindung bietet die Möglichkeit, die jeweiligen Verhältnisse optimal zu berücksichtigen, wobei die entscheidenden Parameter aus der Werkstoffanalyse, der Dickenabhängigkeit und der Breitenabhängigkeit resultieren. Ferner sind die Verhältnisse auf der Oberseite und auf der Unterseite der Bleche gesondert zu berücksichtigen. Es ergeben sich also oben und unten unterschiedliche Voraussetzungen für die Mitte, die Seiten, die Ecken und die vorderen und hinteren stirnseitigen Bereiche. Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens trägt diesen Verhältnissen Rechnung. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Behandlung dünner Bleche, ist allerdings mit Vorteil auch auf dicke Bleche anwendbar.

[0011] Vorzugsweise wird die Abschreckgeschwindigkeit jeweils durch die Wassermenge pro Fläche und Zeiteinheit und/oder durch die Wassertemperatur eingestellt.

[0012] Die Abschreckintensität kann jeweils durch den Sprühabstand oberhalb und unterhalb des Bleches eingestellt werden. Bei vorgegebenem Düsenwinkel kann man auf diese Weise unterschiedliche Sprühmuster erzeugen. Die Sprühabstände können sich während des Abschreckens ändern, um den jeweiligen Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen. Auch eine von Zone zu Zone abweichende Beeinflussung ist möglich, wenn allerdings auch mit erheblichem Aufwand.

[0013] Auch die geometrische Ausbildung und Anordnung der Zonen kann den genannten Abschreck-Parametern Rechnung tragen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Zonen in Transportrichtung der Bleche erstrecken, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Bleche in Längsrichtung ausgerichtet transportiert werden. Drei in Transportrichtung ausgerichtete Zonen haben sich als besonders günstig erwiesen.

[0014] Die Zonen können sich auch quer zur Transportrichtung erstrecken, und zwar insbesondere dergestalt, daß ein längs- und quergerichtetes Muster entsteht. Auch in Querrichtung arbeitet man vorteilhafterweise mit drei Zonen.

[0015] In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß mehrere Zonen der Ober- und/oder der Unterseite der Bleche zu einer oder mehreren Zonengruppen zusammengefaßt werden, wobei die Zonen jeder Zonengruppe nach gemeinsamen Parametern abgeschreckt werden. Es hat sich gezeigt, daß an bestimmten voneinander entfernten Stellen der Bleche übereinstimmende Verhältnisse vorliegen, was durch die Bildung entsprechender Zonengruppen berücksichtigt wird. Dies führt zu einer beträchtlichen Vereinfachung der Verfahrenssteuerung.

[0016] Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Ober- und/oder Unterseite der Bleche je in neun Zonen zu unterteilen, die je zu vier Zonengruppen zusammengefaßt werden, nämlich

• zwei Zonen vorne/außen und zwei Zonen hinten/außen,
• zwei Zonen Mitte/außen,
• eine Zone vorne/Mitte und eine Zone hinten/Mitte,
• eine Zone Mitte.

[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren kann einem weiteren Effekt Rechnung tragen, der sich aus dem Transport der Bleche ergibt. Wie erwähnt, verlassen die Bleche den Ofen mit ca. 940 °C. Ein wirksamer Abschreckvorgang sollte so rasch wie möglich einsetzen. Dem sind aber durch das Transportsystem Grenzen gesetzt.

[0018] Bei einer Blechlänge von ca. 14 m verläßt das rückwärtige Ende den Ofen deutlich später als das vordere Ende, und zwar auch dann, wenn mit hohen Transportgeschwindigkeiten von ca. 120 m/min gefahren wird. Hinzu kommt, daß das vordere Blechende bis zum Stillstand auf dem Rollengang der Standquette eine wesentlich höhere Anzahl von Rollen überlaufen hat als das hintere Blechende. Im Ergebnis ist das vordere Blechende deutlich kühler als das hintere Blechende. Die Temperaturdifferenz kann durchaus 100 K betragen.

[0019] Dies läßt sich durch entsprechende Steuerung des Abschreckvorganges berücksichtigen.

[0020] In wesentlicher Weiterbildung dieses erfindungsgemäßen Aspektes wird vorgeschlagen, die Zonen im Ofen unterschiedlich zu erwärmen. Dies leistet einen deutlichen Beitrag zur Vergleichmäßigung des Abschreckvorganges. Da das Verfahren chargenweise arbeitet, kann der Ofen ohne weiteres in Zonen unterschiedlicher Temperatur unterteilt werden, woraus eine entsprechend sorgfältige Vorbereitung auf den anschließenden Abschreckvorgang resultiert. Dies kann manuell oder über ein Rechenmodell automatisch geschehen.

[0021] Vorzugsweise nimmt die Temperatur in Transportrichtung zu. Es ergibt sich nach dem Transport und zu Beginn des Abschreckvorgangs eine nahezu konstante Blechtemperatur über die Blechlänge.

[0022] Von wesentlicher Bedeutung ist, daß der Erwärmungsvorgang und der anschließende Abschreckvorgang mit großer Variabilität aufeinander abgestimmt werden und letztlich als einheitlicher, integrierter Verfahrensschritt betrachtet werden können.

[0023] Jede Charge kann aus einer einzelnen Blechbahn bestehen oder aber auch aus Neben- und/oder hintereinander angeordneten Einzelblechen. Die Behandlungsparameter tragen der jeweiligen Blechgeometrie und -belegung Rechnung. Die Parameter werden in einem Rechner gespeichert und können nach Bedarf abgerufen werden.

[0024] Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Standquette zum chargenweisen Abschrecken von erwärmten Blechen, mit einem Rollengang und einer Mehrzahl von Düsen, die oberhalb und unterhalb des Rollenganges angeordnet und unter Zwischenschaltung von Steuermitteln an eine Wasserversorgung angeschlossen sind. Diese Standquette ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zu Düsenzonen zusammengefaßt sind und daß die Düsen jeder Zone in Parallelschaltung an die Steuermittel angeschlossen sind.

[0025] Die erfindungsgemäße Standquette ermöglicht eine variable Durchführung des Abschreckvorganges und damit eine Praktizierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0026] Vorteilhafte Weiterbildungen der Standquette ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.

[0027] Vorzugsweise werden die Düsen von Düsenrohren gebildet, die sich quer zur Transportrichtung des Rollenganges erstrecken und in gegeneinander abgedichtete, gesondert an die Steuermittel angeschlossene Rohrabschnitte unterteilt sind. Dabei ist es vorteilhaft, drei Rohrabschnitte vorzusehen und den mittleren Rohrabschnitt über eine durch einen der seitlichen Rohrabschnitte führende Leitung an die Steuermittel anzuschließen.

[0028] Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Zeitspanne zwischen dem Verlassen des Ofens und dem Beginn des eigentlichen Abschreckens, also dem Beginn des Wassersprühens, so kurz wie möglich sein sollte. Sind die Bleche in die Standquette eingefahren, so wird der Rollengang der Standquette abgesenkt, so daß die Bleche auf von unten nach oben gerichteten Pratzen aufruhen. Gleichzeitig wird ein oberer Quettenrahmen, der ebenfalls mit Pratzen besetzt ist, abgesenkt, bis die Bleche zwischen den oberen und unteren Pratzen eingespannt sind. Der obere Quettenrahmen trägt außerdem die oberen Düsen.

[0029] Die oberen Düsen können bereits während des Absenkens des oberen Quettenrahmens eingeschaltet werden. Man erzielt auf diese Weise das gewünschte Sprühmuster. Das Sprühen setzt allerdings erst ein, wenn die Düsen einen vorgegebenen Abstand oberhalb der Bleche erreicht haben. Gerade bei dünnen Blechen, deren Abschreckung nur wenige Sekunden dauert, ist die erste Phase des Abschreckvorganges von besonderer Bedeutung.

[0030] Um diese Phase möglichst rasch einleiten zu können, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Hubhöhe des oberen Quettenrahmens in Abhängigkeit von der Dicke der abzuschreckenden Bleche zu steuern. Werden also sehr dünne Bleche verarbeitet, so ist es nicht mehr notwendig, den oberen Quettenrahmen so hoch anzuheben, wie es beispielsweise bei Blechen mit einer Dicke von 60 mm erforderlich wäre. Vielmehr genügt eine Hubhöhe, die das Einfahren der dünnen Bleche ermöglicht. Der Absenkvorgang des Quettenrahmens reduziert sich also auf ein zeitliches Minimum, so daß frühzeitig mit dem Abschreckvorgang begonnen werden kann.

[0031] In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, der Standquette eine Einrichtung zum definierten Ausrichten der Bleche vorzuschalten, um eine Störung der Zonen- und Gruppeneinteilungen beim Aufsprühen des Wassers zu vermeiden. In der Regel wird man diese Einrichtung bereits dem Ofen vorschalten.

[0032] Die Erfindung beinhaltet schließlich eine Kammer-Pendelrollenherd-Erwärmungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Standquette. Derartige Erwärmungsanlagen werden chargen- bzw. satzweise betrieben. In der Kammer befindet sich ein Rollenherd, dessen Rollen aus Stabilitätsgründen ständig in Bewegung sind, so daß eine Pendelbewegung entsteht. Bei einer derartigen Erwärmungsanlage können im Gegensatz zu einer kontinuierlich betriebenen Durchlauferwärmungsanlage Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen eingerichtet werden.

[0033] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 die Ober- und die Unterseite eines Blechs;

Figur 2 einen schematischen Schnitt durch ein Düsenrohr.

[0034] Gemäß Figur 1 ist das Blech auf seiner Ober- und Unterseite je in neun Zonen unterteilt, die ihrerseits zu vier Gruppen zusammengefaßt sind, nämlich zu der Gruppe 8 mit zwei Zonen vorne/außen und zwei Zonen hinten/außen, der Gruppe 4 mit zwei Zonen Mitte/außen, der Gruppe 1 mit einer Zone vorne/Mitte und einer Zone hinten/Mitte, sowie der Gruppe 3 mit einer Zone Mitte. Sämtliche Zonen jeder Gruppe werden auf der Basis gemeinsamer Parameter abgeschreckt. Die Aufteilung der Unterseite entspricht der der Oberseite, wobei diese Gruppen anders gesteuert werden können als die der Oberseite.

[0035] Figur 2 zeigt ein Düsenrohr, welches in drei gegeneinander abgedichtete Rohrabschnitte 11, 12 und 13 unterteilt ist. Die Rohrabschnitte sind über gesonderte Leitungen an nicht dargestellte Steuermittel angeschlossen, und zwar der Rohrabschnitt 11 über eine Leitung 14, der Rohrabschnitt 12 über eine Leitung 15 und der Rohrabschnitt 13 über eine Leitung 16. Dabei führt die Leitung 15 durch den Rohrabschnitt 13 hindurch. Die einzelnen Rohrabschnitte können also getrennt voneinander gesteuert werden.

[0036] Häufig wird es angebracht sein, den zentralen Rohrabschnitt beidseitig zu beschicken, wobei eine weitere Leitung 15 durch den Rohrabschnitt 11 hindurchführt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Wärmebehandeln von Blechen, wobei die Bleche chargenweise

- in einem Ofen erwärmt,

- aus dem Ofen in eine Standquette transportiert und

- in der Standquette durch Besprühen ihrer Ober- und Unterseite mit Wasser, abgeschreckt werden,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt werden und daß die Zonen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer und/oder zeitlich versetzt zueinander abgeschreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckgeschwindigkeit jeweils durch die Wassermenge pro Fläche und Zeiteinheit eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckgeschwindigkeit jeweils durch die Wassertemperatur eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckintensität jeweils durch den Sprühabstand eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zonen in Transportrichtung der Bleche erstrecken.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in drei sich in Transportrichtung erstreckende Zonen unterteilt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zonen quer zur Transportrichtung erstrecken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in drei sich quer zur Transportrichtung erstreckende Zonen unterteilt werden.

9. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zonen der Ober- und/oder der Unterseite der Bleche zu einer oder mehreren Zonengruppen zusammengefaßt werden, wobei die Zonen jeder Zonengruppe nach gemeinsamen Parametern abgeschreckt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterseite der Bleche je in neun Zonen unterteilt werden, die je zu vier Zonengruppen zusammengefaßt werden, nämlich

- zwei Zonen vorne/außen und zwei Zonen hinten/außen,

- zwei Zonen Mitte/außen,

- eine Zone vorne/Mitte und eine Zone hinten/Mitte,

- eine Zone Mitte.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen im Ofen unterschiedlich erwärmt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Ofen in Transportrichtung zunimmt.

13. Standquette zum chargenweisen Abschrecken von erwärmten Blechen, mit einem Rollengang und einer Mehrzahl von Düsen, die oberhalb und unterhalb des Rollengangs angeordnet und unter Zwischenschaltung von Steuermitteln an eine Wasserversorgung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zu Düsenzonen zusammengefaßt sind und daß die Düsen jeder Düsenzone in Parallelschaltung an die Steuermittel angeschlossen sind.

14. Standquette nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düsenzonen in Transportrichtung des Rollenganges erstrecken.

15. Standquette nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb und unterhalb des Rollenganges angeordneten Düsen je zu drei sich in Transportrichtung des Rollenganges erstreckenden Düsenzonen zusammengefaßt sind.

16. Standquette nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düsenzonen quer zur Transportrichtung des Rollengangs erstrecken.

17. Standquette nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb und unterhalb des Rollenganges angeordneten Düsen je zu drei sich quer zur Transportrichtung des Rollenganges erstreckenden Düsenzonen zusammengefaßt sind.

18. Standquette nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der oberhalb und/oder unterhalb des Rollenganges angeordneten Düsenzonen zu Düsenzonengruppen zusammengefaßt sind, wobei die Düsenzonen jeder Düsenzonengruppe in Parallelschaltung an die Steuermittel angeschlossen sind.

19. Standquette nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb und unterhalb des Rollenganges angeordneten Düsen je zu neun Düsenzonen zusammengefaßt sind, die ihrerseits je vier Düsenzonengruppen bilden, nämlich

- zwei Düsenzonen vorne/außen und zwei Düsenzonen hinten/außen,

- zwei Düsenzonen Mitte/außen,

- eine Düsenzone vorne/Mitte und eine Düsenzone hinten/Mitte,

- eine Düsenzone Mitte.

20. Standquette nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen von Düsenrohren (10) gebildet werden, die sich quer zur Transportrichtung des Rollengangs erstrecken und in gegeneinander abgedichtete, gesondert an die Steuermittel angeschlossene Rohrabschnitte (11 bis 13) unterteilt sind.

21. Standquette nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß drei Rohrabschnitte (11 bis 13) vorgesehen sind und daß der mittlere Rohrabschnitt (12) über eine durch einen der seitlichen Rohrabschnitte (13) führende Leitung (15) an die Steuermittel angeschlossen ist.

22. Standquette nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb des Rollenganges vorgesehenen Düsen an einem vertikal verfahrbaren Quettenrahmen angeordnet sind, dessen Hubhöhe in Abhängigkeit von der Dicke der abzuschreckenden Bleche gesteuert wird.

23. Standquette nach einem der Ansprüche 13 bis 22, gekennzeichnet durch eine vorgeschaltete Einrichtung zum definierten Ausrichten der Bleche.

24. Kammer-Pendelrollenherd-Erwärmungsanlage mit einer Standquette nach einem der Ansprüche 13 bis 23.

Zeichnung