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Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines bewegten
Metallbandes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines bewegten Metallbandes, insbesondere auf das kontinuierliche Ausglühen von Metallbändern. Die Vorrichtung gehört jenem Typ an, der aus einem eine Wärmeübertragungsflüssigkeit aufnehmenden Behälter besteht, in welchem die Wärmeübertragungsflüssigkeit entgegengesetzt zum laufenden Metallband vom Bandauslaufende her durch eine Heizzone und von da durch eine Vorwärmzone und im geschlossenen Kreis wieder zurück in die Bandauslaufzone umgewälzt wird, in welchem Behälter eine Einrichtung zur Führung und Fortbewegung des Metallbandes durch die Einlauf-,
Heiz- und Auslaufzone sowie eine Vorrichtung zu Er- hitzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit in der Heizzone vorgesehen sind. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Heizzone durchgehend gleichmässigen Querschnitt hat und als Widerstand in einem Heizstromkreis, vorzugsweise in Sekundärkreis eines an sich bekannten Heiztransformators, geschaltet ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kern des Transformators um die Heizzone herum angeordnet und es verbindet ein Kurzschlussglied die Enden der Heizzone, das zusammen mit dieser als Sekundärwicklung wirkt.
Es ist-abgesehen von dem Typ, zu dem die erfindungsgemässe Vorrichtung zählt-ein Salzbadofen bekanntgeworden, bei dem die Salzschmelze selbst oder ein Teil derselben die Niedervoltwicklung eines Transformators bildet. Dieser Ofen dient der Spezialbehandlung von Werkstücken, z. B. dem Härten von Schnelldrehstahl. Eine weitere bekannte Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Blech-, Rohr-, Band- oder Drahtmaterial im Gegenstromverfahren arbeitet mit Tauchheizelementen, die im Zuge des bewegten Wärmeübertragungsmediums auf dieses bzw. das zu behandelnde Material wirken. Die Heizzone besitzt weder durchgehend gleichmässigenQuerschnitt noch ist sie als Widerstand in einem Heizstromkreis, geschweige denn als im Sekundärkreis eines Heiztransformators geschaltet.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nun an Hand der Zeichnungen für zwei Ausführungbeispiele näher beschrieben.
Fig. l zeigt eine Ausführung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung nach der Erfindung, Fig. 2 eine andere solche Vorrichtung und Fig. 3 Kurven zur Erläuterung der Funktionsweise dieser Vorrichtungen.
Die Vorrichtung nach Fig. l weist einen Behälter 1 auf, der durch einen hohlen Trennkörper 4, der sich quer zum Behälter 1 erstreckt, in zwei Kammern 2 und 3 unterteilt wird. Der Trennkörper 4 reicht nicht ganz bis zum Boden des Behälters 1 und bildet einen Kanal 5 zwischen seiner Unterseite und dem Boden des Behälters.
In den Kammern 2 und 3 sind Führungsrollen 6 und 7 vorgesehen, durch welche das Metallband 8 zwischen den Kammern durch den Kanal 5 in der durch Pfeile angegebenen Richtung geführt werden kann, so dass die Kammer 2 die Bandeinlaufzone und die Kammer 3 die Bandauslaufzone bildet.
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Quer zum Behälter 1 ist oberhalb des Trennkörpers 4 ein Schaufelrad 9 gelagert, wobei der Trennkörper an seiner Oberseite in geeigneter Weise vertieft ist, damit die jeweils nach unten stehenden Schaufeln des Rades 9 Platz finden. Der Trennkörper 4 besitzt auch horizontale Ausläufer 10 an seiner Oberseite.
Ein Heiztransformator 11 ist rund um den die Heizzone bildenden Kanal 5 angeordnetund liegt zum Teil innerhalb des Trennkörpers 4. Der Kanal bzw. die Heizzone hat durchgehend gleichmässigen Querschnitt.
Beim Betrieb dieser Einrichtung wird der Behälter l mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 12 bis über den Trennkörper 4 gefüllt, so dass sie durch das Schaufelrad 9 von der Einlaufzone 2 über den Trennkörper 4 zur Auslaufzone 3 und schliesslich durch den Kanal 5 zurück in die Einlaufzone 2 in Zirkulation gehalten werden kann (s. Pfeil). Wie ersichtlich, verläuft die Strömung der Flüssigkeit 12 im Kanal 5 entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Bandes 8.
Der geschlossene Kreislauf der Flüssigkeit 12 wirkt als Sekundärkreis des Heiztransformators 11, so dass die Flüssigkeit erhitzt wird. Die Erhitzung tritt vorwiegend innerhalb des Kanals 5 auf, wo der Querschnitt der Flüssigkeit im Vergleich zu den andern Teilen des geschlossenen Kreislaufes am kleinsten ist und daher den hochohmigsten Teil des Sekundärkreises darstellt.
Die Erhitzung der Flüssigkeit 12 durch die Transformatorwirkung ist zur Aufheizung des Bandes 8 bis zur erforderlichen Glühtemperatur vorgesehen. Auch zufolge der entgegengesetzten Bewegung des Bandes 8 hinsichtlich der Zirkulation der Flüssigkeit 12 heizt die Flüssigkeit 12 zusätzlich das in den Kanal 5 eintretende Band vor und wird selbst dabei abgekühlt. Sie kühlt das Band, das den Kanal 5 verlässt und wird dabei vorgewärmt.
Dieser Wärmekreislauf sei an Hand der Kurven in Fig. 3 näher erläutert. Nimmt man das Band 8 als ruhend an, würde die Flüssigkeit 12 während des Durchganges durch den Kanal 5 von rechts nach links fortschreitend erwärmt und ihre Temperatur im wesentlichen linear ansteigen, wie Fig. 3 (a) zeigt.
Nimmt man umgekehrt an, dass sich die Flüssigkeit 12 auf einheitlicher Temperatur innerhalb des Kanals 5 befindet und das Band 8 sich bewegt, dann würde die Temperatur des Bandes fortlaufend von
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wie in Fig. 1 zu erkennen ist. In diesem Fall erhält man die in Fig. 3 (c) dargestellten, im allgemeinen gleichen und im wesentlichen symmetrischen Kurven. Das Band beginnt beim Eintritt in den Kanal 5 bei einer Temperatur unterhalb jener der Flüssigkeit und wird durch Wärmeübertragung von der Flüssigkeit fortschreitend erwärmt, bis es etwa in der Mitte des Weges durch den Kanal 5 die höchste Temperatur erreicht. Die Bandtemperatur wird hierauf fortschreitend durch Wärmeabgabe an die Flüssigkeit erniedrigt und das Band verlässt den Kanal 5 mit einer Temperatur, die über jener der Flüssigkeit an dieser Stelle liegt.
Dieselbe Darstellung zeigt, dass der Temperaturgradient in der Flüssigkeit längs des Kanals 5 ähnlich verläuft.
In Fig. 3 sind die zum Band bzw. zur Flüssigkeit gehörenden Temperaturkurven durch übereinstimmen- de Bezugsziffern 8 bzw. 12 bezeichnet.
Voraussetzung für den tatsächlich linearen Verlauf der Kurve in Fig. 3a betreffend die Erwärmung der Flüssigkeit 12 ist der durchgehend gleichmässige Querschnitt der Heizzone bzw. des Kanals 5. Nur bei Einhaltung dieser Bedingung ergeben sich die in Fig. 3c dargestellten Kurven.
Durch die gegenläufige Bewegung von Wärmeübertragungsflüssigkeit und Band erzielt man einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad. Somit wäre in einem Idealsystem der oben beschriebenen Art nur die Wärmemenge nötig, um die Temperatur des Bandes von der Raumtemperatur auf die Aushärtetemperatur zu bringen. Die weiter zur Erhöhung auf Bandtemperatur bis zur Glühtemperatur erforderliche Wärme würde bei der Abkühlung zurückgewonnen werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist von ähnlicher Art wie jene nach Fig. 1 und es wurden für die gleichen Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet. Gemäss Fig. 2 ist jedoch kein hohler Trennkörper 4 vorgesehen. Die Vorrichtung besteht wieder aus zwei Kammern 2 und 3, die durch einen Teil mit geringem, aber durchgehend gleichmässigem Querschnitt in Form eines Kanals 5 als Heizzone verbunden sind.
Weiters ist bei dieser Vorrichtung eine elektromagnetische Pumpe 9 zur Aufrechterhaltung der Zirkulation der Flüssigkeit 12 durch ein Rohr 13 vorgesehen, das sich zwischen den Kammern 2 und 3 erstreckt.
Es wird auch die gleiche Heiztransformatoranordnung wie in Fig. 1 unter Verwendung eines geschlossenen Flüssigkeitskreislaufes als Sekundärwicklung verwendet. Der Kern des Transformators 11 ist wie bei Fig. 1 um die Heizzone 5 herum angeordnet. Vorzugsweise wird die Sekundärwicklung bei der Aus-
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bildungsform nach Fig. 2 durch einen Kurzschlussbügel 15 vervollständigt, der die Enden der Heizzone verbindet, also mit dieser zusammen als Sekundärwicklung wirkt. Die Anordnung des Kurzschlussgliedes 15 ermöglicht es, das Rohr 13 mit kleinerem Querschnitt auszubilden als notwendig wäre, um den Widerstand im Flüssigkeitskreis ausserhalb der Heizzone 5 niedrig zu halten.
Dieses Problem tritt bei der Vorrichtung nach Fig. 1 normalerweise nicht auf, da der Flüssigkeitskreis ausserhalb des Kanals 5 grossen Querschnitt und damit kleinen elektrischen Widerstand im Vergleich zum Kanal 5 aufweist.
Trotzdem kann ein Kurzschlussbügel ebenso bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden.
Die Temperatur der Flüssigkeit in den Kammern 2 und 3 und am Ende des Kanals 5 in den oben beschriebenen Einrichtungen liegt in der Grössenordnung von 2000C und in der Grössenordnung von 7000C im mittleren Bereich des Kanals 5, im Falle des kontinuierlichen Ausglühens, beispielsweise von Weicheisenbändern. Zufolge der hohen erforderlichen Temperatur wird geschmolzenes Metall als flüssiger Wärmeträger gemäss der Erfindung vorgesehen. Geeignete Materialien für diesen Zweck sind Blei, Blei-Wismut-und Blei-Antimonlegierungen oder flüssige Salze, wie z. B. Bariumsalze. Von diesen Bei- spielen ist Blei wirtschaftlich, besitzt aber den Nachteil eines verhältnismässig hohen Schmelzpunktes,
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nung von 2000C zur kontinuierlichen Vergütung von Bandstahl.
Obwohl eine Blei-Wismutlegierung teurer ist, wird sie bevorzugt, da mit einem Blei-Wismut-Eutektikum ein Schmelzpunkt von 1240erreicht werden kann. Ausserdem ändert Blei-Wismut das Volumen beim Erstarren nicht nennenswert, so dass man es in der Vorrichtung erstarren lassen und nachträglich wieder aufschmelzen kann, wenn die Vorrichtung zeitweise ausser Betrieb ist.
Bei der Herstellung der Vorrichtung nach der Erfindung werden vorzugsweise zumindest die den Kanal 5 bildenden Teile, in dem die Flüssigkeit die höchste Temperatur erreicht, aus einem Material geformt, das nicht mit dem flüssigen Wärmeträger reagiert. Die übrigen Teile der Vorrichtung, wie die Rohrteile 13, können aus andern billigeren Materialien, wie Weichstahl, hergestellt werden.
Bezüglich der üblichen Stromversorgungseinrichtungen können bei der Vorrichtung nach Fig. 1 Schwierigkeiten hinsichtlich der Grösse des Heiztransformators auftreten, der zur Aufheizung der Flüssigkeit 12 auf die nötige Temperatur erforderlich ist, im Vergleich zur Grösse des Trennkörpers 4, in den der Transformator passen muss. Diesen Schwierigkeiten kann man durch Verwendung von Stromversorgungseinrichtungen höherer Frequenz begegnen, wie z. B. in der Grössenordnung von 500 Hz. Es sei erwähnt, dass die Transformatorheizeinrichtung nur als Beispiel angeführt wurde und jede geeignete Heizmethode für die Flüssigkeit 12 Anwendung finden kann.
Um die Aufrechterhaltung eines im wesentlichen vorgegebenen Temperaturgradienten innerhalb der Flüssigkeit und des Bandes zu unterstützen, können Tauchwände innerhalb der Vorheiz- und Abkühlkammer angeordnet werden.
Obwohl in der Beschreibung auf die kontinuierliche Vergütung von Bandmaterial Bezug genommen wurde, ist die Anwendbarkeit der Erfindung nicht darauf beschränkt. Unter anderem kann z. B. auch Draht oder Blech behandelt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines bewegten Metallbandes, bestehend aus einem eine Wärmeübertragungsflüssigkeit aufnehmenden Behälter, in welchem die Wärmeübertragungsflüssigkeit entgegengesetzt zum laufenden Metallband vom Bandauslaufende her durch eine Heizzone und von da durch eine Vorwärmzone und im geschlossenen Kreis wieder zurück in die Bandauslaufzone umgewälzt wird, in welchem Behälter eine Einrichtung zur Führung und Fortbewegung des Metallbandes durch die Einlauf-, Heiz- und Auslaufzone sowie eine Vorrichtung zur Erhitzung der Wärmeübertragungs- flüsbigkeit in der Heizzone vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizzone (5) durchgehend gleichmässigen Querschnitt hat und als Widerstand in einem Heizstromkreis,
vorzugsweise im Sekundärkreis eines an sich bekannten Heiztransformators (11), geschaltet ist.