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Title:
FORCED AIR COOLING FOR COOLING LONG STEEL PRODUCTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/253489
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a heat treatment unit, in particular a cooling cowl, comprising a chamber with an inlet opening through which a gaseous cooling medium can be fed to the chamber and a slit-shaped outlet opening through which the gaseous cooling medium can be discharged faster, wherein the chamber comprises a central chamber segment and a first and a second outer chamber segment extending from the central chamber segment and both outer chamber segments have a cross-section tapering proportionally towards the distal ends of said chamber segments, and a device for heat treatment of hot-rolled long steel products.

Inventors:
YANG RAN (DE)
OESTRICH JENS (DE)
STEDEN FRANK (DE)
WINTERFELDT DIRK (DE)
KOCH OLAF (DE)
DRÜGH HANS-PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/060726
Publication Date:
December 08, 2022
Filing Date:
April 22, 2022
Export Citation:
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Assignee:
SMS GROUP GMBH (DE)
International Classes:
F27D15/02; C21D1/613; C21D9/04
Domestic Patent References:
WO2007014406A12007-02-08
Foreign References:
EP2535431A12012-12-19
CN203269984U2013-11-06
US4398700A1983-08-16
US5183519A1993-02-02
EP2987872A12016-02-24
AT384624B1987-12-10
EP1412543B12005-02-02
US4913747A1990-04-03
Attorney, Agent or Firm:
KROSS, Ulrich (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Wärmebehandlungseinheit (1), insbesondere Kühlhaube, umfassend eine Kammer (4) mit einer Eintrittsöffnung (5), über die ein gasförmiges Kühlmedium der Kammer (4) zuführbar ist, und einer spaltförmigen Austrittsöffnung (6), über die das gasförmige Kühlmedium beschleunigt ausführbar ist, wobei die Kammer (4) ein mittleres Kammersegment (7) sowie ein erstes und zweites, sich von dem mittleren Kammersegment (7) erstreckendes, äußeres Kammersegment (8, 9) umfasst und beide äußeren Kammersegmente (8, 9) einen zu ihren distalen Enden hin proportional verjüngenden Querschnitt aufweisen.

2. Wärmebehandlungseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei das mittlere Kammersegment (7) entlang einer Längsachse der Kammer (4) einen konstanten Querschnitt aufweist.

3. Wärmebehandlungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Eintrittsöffnung (5) in dem mittleren Kammersegment (7) angeordnet ist.

4. Wärmebehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der an den distalen Enden der äußeren Kammersegmente (8, 9) angeordneten Querschnitte (13) im Vergleich zu dem Querschnitt (12) des mittleren Kammersegments (7) mindestens um den Faktor 3, bevorzugt um den Faktor 4 kleiner ist.

5. Wärmebehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Kammersegmente (7, 8, 9) einen sich in Richtung der spaltförmigen Austrittsöffnung (6) konisch verjüngenden Querschnittsabschnitt (15) aufweist.

6. Wärmebehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen in der Eintrittsöffnung (5) angeordneten Einlassstutzen (16), der aus einem becherförmigen Körper (17) gebildet ist und jeweils eine zu den äußeren Kammersegmenten (8, 9) ausgerichtete Öffnung (21) aufweist.

7. Wärmebehandlungseinheit (1) nach Anspruch 6, wobei jede der beiden Öffnungen (21) einen Querschnitt aufweist, der zumindest dem halben Einlassquerschnitt entspricht.

8. Wärmebehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Querschnitt der spaltförmigen Austrittsöffnung (6) verstellbar ausgeführt ist.

9. Vorrichtung (2) zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen (3), umfassend eine Aufnahmeeinrichtung (22) zur Aufnahme des warmgewalzten Langstahlerzeugnisses (3) sowie zumindest eine Wärmebehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, über die das zu kühlende Langstahlerzeugnis (3) mit einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Luft, beaufschlagbar ist.

10. Vorrichtung (2) nach Anspruch 9, weiter umfassend zumindest einen Temperatursensor (27), über den die Temperatur des Langstahlerzeugnisses (3), vorzugsweise während einer Wärmebehandlung, detektierbar ist.

11. Vorrichtung (2) nach Anspruch 10, wobei der Temperatursensor (27) ein Pyrometer ist.

12. Verfahren zur Wärmebehandlung eines warmgewalzten Langstahlerzeugnisses (3), wobei das Langstahlerzeugnis (3) im Anschluss an einen Warmwalzvorgang direkt einer Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 zugeführt und wärmebehandelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das gasförmige Kühlmedium, insbesondere Luft, mit einer Geschwindigkeit von mindestens 25 m/s, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/s, mehr bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 m/s, noch mehr bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 125 m/s, und am meisten bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 150 m/s auf das warmgewalzte Langstahlerzeugnis (3) aufgeblasen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Langstahlerzeugnis (3) ein H-Träger, ein U-Profil, ein Winkel und/oder eine Schiene ist. 15. Verwendung einer Wärmebehandlungseinheit (1) nach einem der

Ansprüche 1 bis 8 oder einer Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Bildung einer perlitischen, einer ferritischen, einer bainitischen und/oder einer martensitischen Mikrogefügestruktur in einem warmgewalzten Langstahlerzeugnis (3). 16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei die Gefügestruktur bis zu einer Tiefe von 50 mm, bevorzugt bis zu einer Tiefe von 45 mm, mehr bevorzugt bis zu einer Tiefe von 40 mm, noch mehr bevorzugt bis zu einer Tiefe von 35 mm gebildet wird.

Description:
Forcierte Luftkühlung zur Kühlung von Langstahlerzeugnissen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmebehandlungseinheit, insbesondere eine Kühlhaube, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen.

Um die mechanischen Eigenschaften, wie insbesondere die Streckgrenze, die Zugfestigkeit oder die Härte, von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen einzustellen, werden diese während und/oder nach einem Warmwalzvorgang mittels Kühleinrichtungen gezielt gekühlt. Hierzu wird im Stand der Technik in der Regel Wasser oder ein Wasser-Luft-Gemisch als Kühlmedium verwendet, wie dies beispielsweise in der EP 1 412 543 B1 offenbart wird. Derartige Kühlmedien führen allerdings zur Ausbildung des so genannten Leidenfrost-Phänomens, welches zu Abweichungen in der Abkühlrate über die gesamte Länge des Langstahlerzeugnisses und somit zur Ausbildung von inhomogenen Mikrostrukturen führt.

Aus der US 4,913,747 ist zudem ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten eines Schienenkopfes mittels Luft oder Stickstoff bekannt. Hierbei wird das Kühlmittel über ein Leitungssystem einem Sammler zugeführt, der eine Vielzahl von Düsen umfasst. Nachteilig bei dieser Ausführungsvariante ist die aufwendige Konstruktion der Kühlapparatur mit den vielen Düsen und Bohrungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung sowie ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen bereitzustellen. Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Wärmebehandlungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Wärmebehandlungseinheit, insbesondere eine Kühlhaube, vorzugsweise zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen, umfassend eine Kammer mit einer Eintrittsöffnung, über die ein gasförmiges Kühlmedium der Kammer zuführbar ist, und einer spaltförmigen Austrittsöffnung, über die das gasförmige Kühlmedium beschleunigt ausführbar ist, wobei die Kammer ein mittleres Kammersegment sowie ein erstes und zweites, sich von dem mittleren Kammersegment erstreckendes, äußeres Kammersegment umfasst und beide äußeren Kammersegmente einen zu ihren distalen Enden hin proportional verjüngenden Querschnitt aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Wärmebehandlungseinheit, insbesondere die proportionale Verkleinerung des Strömungsquerschnitts über die Länge des jeweiligen äußeren Kammersegments, wird eine gleichmäßige Strömung des gasförmigen Kühlmediums, wie Luft oder Stickstoff, an der spaltförmigen Austrittsöffnung über die gesamte Länge der Kammer ermöglicht. Durch den Einsatz derartiger Wärmebehandlungseinheiten können die warmgewalzten Langstahlerzeugnisse homogen und gleichmäßig abgekühlt werden, so dass deren mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Dadurch, dass die Austrittsöffnung spaltförmig ausgebildet ist, ist zudem der Wartungsaufwand im Gegensatz zu konventionellen Kegel- oder Flachstrahldüsen geringer. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Unter dem Begriff „Querschnitt“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Querschnittsfläche verstanden.

Unter dem Begriff „Langstahlerzeugnis“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein metallisches Erzeugnis verstanden, welches eine Länge von bis zu 200 m aufweisen kann, wie beispielsweise Schienen, insbesondere Eisenbahnschienen, H-förmige Träger, U-förmige Profile, Winkel, etc.

Das mittlere Kammersegment weist vorteilhafterweise einen entlang einer Längsachse der Kammer konstanten Querschnitt auf, wobei in diesem Zusammenhang bevorzugt vorgesehen ist, dass die Eintrittsöffnung in dem mittleren Kammersegment angeordnet ist. Die Eintrittsöffnung kann einen zu dem Querschnitt des mittleren Kammersegments kleineren Eintrittsquerschnitt aufweisen. Durch den größeren Querschnitt in dem mittleren Kammersegment kann sich das durch die Eintrittsöffnung in die Kammer strömende Kühlmedium zunächst beruhigen, bevor es in Richtung der spaltförmigen Austrittsöffnung weiter strömt. Durch den im Vergleich zu der spaltförmigen Austrittsöffnung größeren Eintrittsquerschnitt wird zudem die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums am Einlass der Kammer sehr niedrig und am Auslass groß gehalten. Durch die Querschnitts- und die damit einhergehende Strömungsgeschwindigkeitsänderung werden die Verwirbelungen signifikant reduziert, so dass sichergestellt werden kann, dass das Kühlmedium sehr gleichmäßig über die gesamte Länge der spaltförmigen Austrittsöffnung ausströmt. Der Faktor der Geschwindigkeitsänderung zwischen Einlass und Auslass der Kammer kann vorzugsweise 3 bis 20 betragen. So kann die Strömungsgeschwindigkeit am Einlass beispielsweise 10 bis 50 m/s betragen. Entsprechend kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums sodann am Auslass in Abhängigkeit der gewählten Querschnittsverhältnisse dem 3- bis 20-fachen hiervon betragen. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass die an den distalen Enden der beiden äußeren Kammersegmente angeordneten Querschnitte im Vergleich zu dem Querschnitt des mittleren Kammersegments mindestens um den Faktor 3, bevorzugt mindestens um den Faktor 4, noch mehr bevorzugt mindestens um den Faktor 10 kleiner sind.

Um die Gleichmäßigkeit der Strömung am Auslass weiterhin zu erhöhen, weist vorteilhaftweise jedes der Kammersegmente einen sich in Richtung der spaltförmigen Austrittsöffnung konisch verjüngenden Querschnittsabschnitt auf, der symmetrisch oder alternativ auch asymmetrisch ausgebildet sein kann.

Die Eintrittsöffnung kann grundsätzlich direkt in dem mittleren Kammersegment in Form einer Öffnung ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass die Wärmebehandlungseinheit einen in der Eintrittsöffnung angeordneten Einlassstutzen umfasst, der aus einem becherförmigen Körper gebildet ist und jeweils eine zu den äußeren Kammersegmenten ausgerichtete Öffnung aufweist. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt vorgesehen, dass jede der beiden Öffnungen einen Querschnitt aufweist, der zumindest dem halben Einlassquerschnitt entspricht. Dies verhindert ebenfalls die Bildung von Verwirbelungen innerhalb der Kammer und wirkt sich somit vorteilhaft auf die Strömungseigenschaften aus. Hierbei sorgt der Boden des becherförmigen Einlassstutzens zum einen dafür, dass das in das mittlere Kammersegment einströmende Kühlmedium in die beiden äußeren

Kammersegmente umgelenkt wird und somit nicht direkt über die spaltförmige Austrittsöffnung des mittleren Kammersegments wieder austreten kann. Zum anderen kann der Druck oberhalb der spaltförmigen Austrittsöffnung über die gesamte Länge der Kammer konstant gehalten werden.

Um eine weitere Flexibilität bei der Einstellung des Verhältnisses zwischen Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeit zu erhalten, die wie bereits erläutert durch die Einstellung der Querschnitte erzielbar ist, ist vorteilhaftweise vorgesehen, dass der Querschnitt der spaltförmigen Austrittsöffnung verstellbar ausgeführt ist. Somit kann die Kühlrate für das warmgewalzte Langstahlerzeugnis stufenlos durch Einstellung des Querschnitts der spaltförmigen Austrittsöffnung geregelt werden Vorzugsweise kann die spaltförmige Austrittsöffnung je nach angeforderter Kühlbreite im Bereich von 0.5 bis 50 mm eingestellt werden.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen, umfassend eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des warmgewalzten Langstahlprodukts sowie zumindest eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungseinheit, über die das zu kühlende Langstahlerzeugnis mit einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere Luft oder Stickstoff, beaufschlagbar ist. Um dies zu erreichen kann beispielsweise Umgebungsluft als Kühlmedium mittels einer geeigneten Gebläseeinrichtung der Wärmebehandlungseinheit zugeführt werden. Durch die Querschnittverengung an der spaltförmigen Austrittsöffnung wird das Kühlmedium durch diese derart beschleunigt, dass das Kühlmedium mit einer hohen Geschwindigkeit, die beispielsweise 200 m/s betragen kann, die zu kühlende Oberfläche des warmgewalzten Langstahlerzeugnisses beaufschlagt. Vorteilhafterweise ist daher vorgesehen, dass die Vorrichtung zudem mindestens eine Gebläseeinrichtung umfasst, über die ein gasförmiges Kühlmedium, wie Luft oder Stickstoff, der Wärmebehandlungseinheit zuführbar ist. Da die Kühlrate auf der Oberfläche des warmgewalzten Langstahlerzeugnisses von der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden kann, ermöglicht zudem eine drehzahlgeregelte Gebläseeinrichtung eine stufenlose Einstellung der Kühlrate, die beispielsweise 1 bis 20 K/s betragen kann.

Die zumindest eine Wärmebehandlungseinheit ist vorteilhafterweise derart in der Vorrichtung angeordnet, dass die spaltförmige Austrittsöffnung längsparallel zu der Aufnahmeeinrichtung positioniert ist. Zudem ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand zwischen der spaltförmigen Austrittsöffnung und der Aufnahmeeinrichtung einstellbar ist, besonders bevorzugt derart, dass der Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der zu kühlenden Oberfläche des Langstahlerzeugnisses 5 bis 300 mm beträgt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die Vorrichtung zur Wärmebehandlung modular ausgebildet, so dass eine oder mehrere Wärmebehandlungseinheit(en) um ein Längensegment des Langstahlerzeugnisses und/oder eine oder mehrere

Wärmebehandlungseinheit(en) entlang mehrerer Längensegmente oder entlang der gesamten Länge des Langstahlerzeugnisses anordenbar ist bzw. sind.

Die Kühlintensität in jedem der Kühlmodule kann individuell anhand der detektierten Temperatur des Langstahlerzeugnisses angepasst werden. So können unterschiedliche Temperaturprofile über die gesamte Länge des Langstahlerzeugnisses durch eine gezielte Kühlung ausgeglichen werden. Um eine entsprechende Temperaturregelung vorzunehmen, umfasst die Vorrichtung daher vorteilhafterweise zumindest einen Temperatursensor, über den die Temperatur des Langstahlerzeugnisses, vorzugsweise während einer

Wärmebehandlung, detektierbar ist. Vorzugsweise ist der Temperatursensor ein Pyrometer oder eine Wärmebildkamera. Auch weitere dem Fachmann zum Zeitpunkt der Anmeldung bekannte Temperatursensoren können vorteilhafterweise verwendet werden. Ein weiterer Vorteil der modularen Bauweise ist deren Einsatzbarkeit. So können durch den Einsatz einer Mehrzahl von Wärmebehandlungseinheiten unterschiedliche Werkstücks-Geometrien gekühlt werden. Eine individuelle Anpassung an die Formgebung und nötige Kühlleistung wird durch Änderung der Anzahl und Umgestaltung der Wärmebehandlungseinheit bzw. der Kühlhaube möglich.

Ergänzend können mittels elektromagnetischen Sensoren Gefügeumwandlungen in dem Langstahlerzeugnis direkt im Kühlprozess detektiert und überwacht werden. Anhand der ermittelten Gefügestrukturen kann die Kühlrate entsprechend angepasst werden.

Je nach Ausführungsvariante der Wärmebehandlungseinheit, insbesondere der Kühlhaube, oder der Vorrichtung ergeben sich zudem die weiteren Vorteile: die Kühlrate ist zuverlässig und stabil einstellbar und bietet die Flexibilität, die notwendigen Kühlraten für den Wärmebehandlungsprozess für alle gängigen und auch besonderen Werkstoffzusammensetzungen, flexibel anzupassen; - die Verwendung von Umgebungsluft als Kühlmedium ist besonders ressourcenschonend im Vergleich zu den derzeit verwendeten flüssigen Kühlmedien, wie Wasser, Öl und/oder Wasser-Luft-Gemischen; durch den Einsatz einer Gebläseeinrichtung, wie eines Ventilators, kann viel Luftvolumen mit einem geringen Druck, bevorzugt bis 1320 mbar, transportiert werden, so dass kein Kompressor erforderlich ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines warmgewalzten Langstahlerzeugnisses, wobei dieses im Anschluss an einen Warmwalzvorgang direkt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt und wärmebehandelt wird. Das gasförmige Kühlmedium, insbesondere Luft oder Stickstoff, kann je nach gewünschter Kühlintensität mit einer Geschwindigkeit von mindestens 25 m/s, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/s, mehr bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 100 m/s, noch mehr bevorzugt mit einer

Geschwindigkeit von mindestens 125 m/s, und am meisten bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 150 m/s auf das warmgewalzte

Langstahlerzeugnis aufgeblasen werden.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungseinheit oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildung einer perlitischen, einer ferritischen, einer bainitischen und/oder einer martensitischen Mikrogefügestruktur in einem warmgewalzten

Langstahlerzeugnis.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Wärmebe handlungseinheit in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsvariante der Wärmebehandlungseinheit in einer seitlichen Darstellung, Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch die in den vorhergehenden Figuren dargestellte Wärmebehandlungseinheit,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante des Einlassstutzens in einer perspektivischen Darstellung, Fig. 5 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Langstahlerzeugnissen,

Fig. 6 eine Ausführungsvariante eines Regelprozesses,

Fig. 7 eine Aufnahme eines Schienenkopfs nebst ermittelten Härtewerten ohne Wärmebehandlung, Fig. 8 eine Aufnahme eines Schienenkopfs nebst ermittelten Härtewerten mit einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlung,

Fig. 9 Ergebnisse einer Kühlung mittels eines Wasser-Luft-Gemisches, und Fig. 10 Ergebnisse einer Kühlung gemäß dem erfindungsgemäßen Prozess. In den Figuren 1 bis 4 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Wärmebehandlungseinheit 1 gezeigt, die für eine Vorrichtung 2 zur Wärmebehandlung von warmgewalzten Langstahlerzeugnissen (siehe Figur 5), wie beispielsweise Schienen 3, geeignet und vorgesehen ist. Die Wärmebehandlungseinheit 1, insbesondere Kühlhaube, umfasst eine sich längserstreckende Kammer 4 mit einer Eintrittsöffnung 5, über die ein gasförmiges Kühlmedium, wie insbesondere Umgebungsluft, der Kammer 4 zuführbar ist, sowie eine sich über die gesamte Länge der Kammer 4 längserstreckende, spaltförmige Austrittsöffnung 6, über die das gasförmige Kühlmedium beschleunigt ausführbar ist. Die Umgebungsluft kann vorzugsweise über eine Gebläseeinrichtung (nicht dargestellt), wie einen Ventilator, angesaugt und über ein entsprechendes Leitungssystem (nicht dargestellt) der Kühlhaube 1 zugeführt werden. Hierbei sollte die Entfernung zwischen der Kühlhaube 1 und der Gebläseeinrichtung möglichst kurz gewählt werden. Wie anhand der Darstellung in den Figuren 1 und 2 erkennbar, wird die Kühlhaube 1 von einem mittleren Kammersegment 7, der die Eintrittsöffnung 5 umfasst, sowie einem ersten und einem zweiten äußeren Kammersegment 8, 9 gebildet, welche sich jeweils von dem mittleren Kammersegment 7 erstrecken und über Flanschverbindungen 10, 11 mit diesem verbunden sind.

Das mittlere Kammersegment 7 ist derart ausgebildet, dass es einen entlang der Längsachse der Kammer 4 gleichgroßen Querschnitt aufweist, der vorliegend mit der Bezugsziffer 12 in der in Figur 3 gezeigten Schnittdarstellung verdeutlicht wird Im Gegensatz hierzu weisen die beiden äußeren Kammersegmente 8, 9 einen sich zu ihren distalen Enden hin proportional verjüngenden Querschnitt auf, der an jedem der distalen Enden der äußeren Kammersegmente 8, 9 in einem im Bereich von 2 bis 6-fach kleineren Wert im Querschnitt 13 resultiert. Hierbei wird ersichtlich, dass jedes der Kammersegmente 7, 8, 9 neben einem viereckigen Querschnittsabschnitt 14 zusätzlich einen sich in Richtung der spaltförmigen Austrittsöffnung 6 konisch verjüngenden Querschnittsabschnitt 15 aufweist.

Weiterhin umfasst die Kühlhaube 1 in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante einen in der Eintrittsöffnung 5 angeordneten Einlassstutzen 16. Dieser wird vorliegend aus einem becherförmigen Körper 17 gebildet, der einen Boden 18 und eine zylindrische Wandung 19 umfasst und dessen Einlassstutzen-Öffnung 20 den Einlass für das gasförmige Kühlmedium bildet. Damit das gasförmige Kühlmedium die gesamte Kammer 4 durchströmen kann, sind in der zylindrischen Wandung 19 zumindest zwei Öffnungen 21 vorgesehen, die jeweils zu den äußeren Kammersegmenten 8, 9 ausgerichtet sind. Jede der beiden Öffnungen 21 weist vorwiegend einen Querschnitt auf, der dem halben Querschnitt der Einlassstutzen-Öffnung 20 entspricht.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird sichergestellt, dass das Kühlmedium, trotz mittiger Einspeisung in die Kühlhaube 1, ein über die gesamte Kammerlänge bzw. Kühlhaubenlänge stets gleichbleibenden Luftdruck am Auslass 6 hat, so dass eine über die Kühllänge gleichbleibende Ausströmungsgeschwindigkeit sichergestellt werden kann.

In Figur 5 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zur Wärmebehandlung von Langstahlerzeugnissen 3 gezeigt, die eine Aufnahmeeinrichtung 22 zur Aufnahme des warmgewalzten Langstahlerzeugnisses 3 sowie vorliegend drei Wärmebehandlungseinheiten 1 umfasst, über die das zu kühlende Langstahlerzeugnis 3 mit dem gasförmigen Kühlmedium beaufschlagbar und somit gezielt kühlbar ist. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Transporteinrichtung 23 sowie einen Hubtisch 24, über den das in Form einer Schiene 3 gezeigte Langstahlerzeugnis angehoben und der Aufnahmeeinrichtung 22 zugeführt werden kann. Die Aufnahmeeinrichtung 22 umfasst eine Klemmvorrichtungen 25 mittels derer die Schiene 3 geklemmt werden kann. Die Klemmvorrichtung 25 kann derart ausgebildet sein, dass die Schiene 3 mittels Rollgangsrollen 26 in der Vorrichtung 2 longitudinal verfahrbar ist.

In einer alternativen Ausführungsvariante kann die Schiene 3 stationär auf einem Tisch fixiert und das Kühlsystem longitudinal, während dem Abkühlen, hin und her über die Schiene 3 verfahren werden.

In Figur 6 ist eine Ausführungsvariante eines Regelprozesses für die Wärmebehandlung eines Langstahlerzeugnisses bzw. einer Schiene 3 dargestellt. Jeder der drei Kühlhauben 1 wird jeweils ein Temperatursensor 27, der in Form eines Pyrometers ausgebildet ist, zugeordnet und derart positioniert, dass die Temperaturen von den Schienenkopfseiten TOP, SIDE-LEFT und SIDE-RIGHT während dem Abkühlprozess gemessen werden können. Die aufgenommen Temperaturen T_TOPi St , T_ SIDE-LEFTist und T_ SIDE-RIGHTist werden an eine Rechnereinheit 28 signaltechnisch übertragen und mit einer Soll-Temperatur (T SO II) eines technologischen Models verglichen. Sofern eine der detektierten Temperaturen größer ist als die Soll-Temperatur, kann die Kühlleistung durch eine Erhöhung der Drehzahl eines entsprechenden Ventilators 29 individuell angepasst werden, so dass die Temperaturdifferenz minimiert wird.

Beispiele Beispiel 1 :

In den Figur 7 sind Härtemessungen in der Querschnittsfläche eines Schienenkopfs dargestellt, die keiner Wärmebehandlung unterzogen worden ist. In Figur 8 ist eine Schiene dargestellt, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelt worden ist. Wie anhand der Werte erkennbar, sind die Härten im Schienenkopf durch den erfindungsgemäßen Abkühlprozess durchschnittlich um bis zu 22 % höher.

Beispiel 2:

Es wurden jeweils mehrere warmgewalzte Schienen mit einer Temperatur von 900 °C gekühlt, um die gewünschte Mikrogefügestruktur einzustellen. Die Schienen wurde zum einen mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens unter Nutzung eines Wasser-Luft-Gemisches (Vergleichsbeispiel; Fig. 9) und zum anderen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Nutzung von reiner Umgebungsluft (Fig. 10) gekühlt. Die Kühlparameter waren unverändert in jedem Abkühlverfahren. Nach der Wärmebehandlung wurden von den Schienen gemäß DIN13674 die Brinell-Härten an den definierten Stellen im Querschnitt des Schienenkopfs ermittelt.

Wie anhand der Ergebnisse in Figur 9 ersichtlich, schwanken die Härten von Schiene zu Schiene sehr stark. Im Gegensatz dazu sind die Härten der Schienen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gekühlt worden sind, sehr stabil (Fig. 10). Bezugszeichenliste

1 Wärmebehandlungseinheit / Kühlhaube

2 Vorrichtung

3 Langstahlerzeugnis / Schiene 4 Kammer

5 Eintrittsöffnung

6 spaltförmige Austrittsöffnung / Spaltdüse / Auslass

7 mittleres Kammersegment

8 ersten äußeren Kammersegment 9 zweites äußeres Kammersegment

10 Flanschverbindung

11 Flanschverbindung

12 Querschnitt mittleres Kammersegment

13 Querschnitt an den distalen Enden der äußeren Kammersegmente 14 Querschnittsabschnitt

15 Querschnittsabschnitt

16 Einlassstutzen

17 Körper

18 Boden 19 zylindrische Wandung

20 Einlassstutzen-Öffnung

21 Öffnung

22 Aufnahmevorrichtung

23 Transporteinrichtung 24 Hubtisch

25 Klemmvorrichtung

26 Rollgangsrollen

27 Temperatursensor / Pyrometer

28 Rechnereinheit 29 Gebläseeinrichtung / Ventilator