AT399163B - Verfahren zur erhöhung der anlagenkapazität von haubenglühöfen beim glühen von festbunden - Google Patents

Description

AT 399 163 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhoehung der Anlagenkapazitaet von Haubengluehoefen beim Gluehen von Festbunden. Anwendungsgebiet der Erfindung sind metallurgische Betriebe, in denen eine Gluehbehandlung gewickelter Halberzeugnisse in diskontinuierlich arbeitenden Gluehvorrichtungen unter Einsatz von Schutzgasen vorgenommen wird.

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich ebenso auf Haubengluehoefen anderer Bauart, z.B. sogenannte Hochkonvektionsgluehoefen.

Technische Loesungen zur Gluehbehandlung von Festbunden in diskontinuierlich arbeitenden Gluehvorrichtungen sind an sich bekannt. Die gebraeuchlichste Ausfuehrungsform dieser Gluehvorrichtung sind dabei Haubengluehoefen. Zur Gewaehrleistung einer fuer die nachfolgende Verarbeitung des Bandstahls ausreichende Oberflaechenqualitaet ist die Anwendung einer Schutzgasatmosphaere ueblich.

Ein wirtschaftlicher Betrieb derartiger Haubengluehoefen geraet zunehmend unter den Zwang zur Intensivierung, wobei diese Tendenz permanenten Charakter annimmt.

Fuer die Intensivierung vorhandener Anlagen ergeben sich dabei zwei grundsaetzliche Wege: a) Rekonstruktion bzw. Ersatzinvestion und b) Verbesserung der Prozessfuehrung.

Rekonstruktion bzw. Ersatzinvestion fuehren dabei neben dem Kostenaufwand zu einer in der Regel nicht unbetraechtlichen, zeitweisen Einschraenkung der Produktionskapazitaet, da vorhandene Gluehanlagen u.a. kaum eine Flaechenreserve, einschliesslich Gluehplatzreserve, besitzen. Auch in den anderen Faellen ergibt sich zumindest eine wesentliche Belastung der Produktionsorganisation und -durchfuehrung. Unabha-engig davon sind technische Loesungen zur Intensivierung des Anlagenbetriebes mit verbesserten Ausrue-stungen bekannt und haben in der Vergangenheit in ihrer Gesamtheit zur Entwicklung des Hochkonvek-tionsgluehofens gefuehrt. Dieser Prozess dauert noch an.

Eine Verbesserung der Prozessfuehrung als Mittel der Intensivierung des Anlagenbetriebes weist zunaechst den Vorteil auf, dass sowohl kostenmaessige als auch kapazitaetsseitige Belastungen aus bautechnischen Massnahmen weitgehend entfallen.

Neben direkten Massnahmen zur Senkung der Betriebskosten, z.B. Einsparung von Energie oder Schutzgas, stellt die Verkuerzung der Prozesszeit eine Quelle verbesserter Wirtschaftlichkeit der Verfahrensdurch-fuehrung dar. Die somit realisierbare Steigerung der Anlagenkapazitaet zieht eine indirekte Kostensenkung nach sich, da die t/h - Leistung gesteigert wird.

Einer Verkürzung der Aufheizzeit, bezogen auf die Zieltemperatur, stehen bei der Bundglühung in Haubenglühöfen sowohl technische Grenzen (z.B. Warmfestigkeit der Muffel), als auch thermodynamische Einschränkungen (z.B. Wärmetransport in das Bundinnere) entgegen. Unabhängig von den technischen Konsequenzen ist der Kostenanstieg infolge des Mehrverbrauchs an Energie sicherlich höher zu bewerten als der erreichbare Effekt durch Verkürzung der Aufheizzeit. Wesentlich dafür ist auch der Sachstand, daß in der Vergangenheit diese Prozeßphase aus energetischer Sicht weitgehend optimiert wurde.

Eine andere Möglichkeit teilt die Verkürzung der Abkühlzeit der Bunde dar. Um die Abkühlgeschwindigkeit der Bunde unter der Muffel zu erhöhen, wird die direkte Kühlung der Muffel durch Berieselung mit Wasser angewandt. Die Nachrüstung bestehender Haubenglühanlagen mit derartigen Berieselungsvorrichtungen ist neben den grundsätzlichen Kosten mit einem verstärkten Verschleiß der Muffel verbunden. In gleicher Weise führt die Erhöhung des Wasserstoffanteils im Schutzgas, um das Wärmeleitvermögen zu verbessern, zu einer Steigerung der Betriebskosten, welche durch die Effekte infolge Verkürzung der Abkühlzeit nicht kompensiert werden dürfte. Dies tritt besonders dann ein, wenn aus sicherheitstechnischen Erfordernissen heraus eine Umrüstung der Anlage erforderlich wird. Ebenso ist der wirtschaftliche Effekt einer Erhöhung der installierten Kühlerleistung fragwürdig, da neben den Kosten für leistungsstärkere Kühler auch ein entsprechender Aufwand für eine intensivere Schutzgasumwälzung mit Zirkulation durch den Kühler auftritt.

Daraus ergibt sich, daß die Wirtschaftlichkeit technischer Lösungen zur Verkürzung der Abkühlzeit um so sicherer zu sicherer zu erwarten ist, je geringer der Gesamtaufwand zu ihrer Realisierung ist. In diesem Sinne wird z.B. in der SU-EB 1 330 193 eine veränderte Betriebsweise der Brenner vorgeschlagen und damit eine Verkürzung der Gesamtprozeßzeit von ca. 8% ausgewiesen. Dieser Effekt basiert aber ursächlich nicht auf der Verkürzung der Abkühlzeit. Offensichtlich gibt es dafür bisher kaum hinreichende Ansatzpunkte zur Gestaltung entsprechender Lösungen.

Entsprechend des abnehmenden Verlaufs der Triebkräfte vom Bund an das Schutzgas (Temperaturdifferenz) wird gemäß DE-PS 3 519 994 die Menge des durch den Glühraum über den Kühler zirkulierenden Schutzgasvolumenstoms durch Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit reguliert, so daß mehr Zeit für die Aufnahme von Wärme durch das Schutzgas im Bereich des Glühraumes zur Verfügung steht. Daraus ergibt sich eine Verbesserung der spezifischen Kühlleistung des eintretenden Schutzgases trotz abnehmender Triebkräfte für den Wärmeübergang, womit in jedem Fall eine Verringerung der Gebläseleistung 2

AT 399 163 B ermöglich wird. Eine Verringerung der Kühlzeit ist jedoch nur erreichbar, wenn die bekannte offenbarte Lösung dazu fuhrt, daß mit der Verringerung des umgewälzten Schutzgasvolumenstroms eine deutliche Zunahme seiner Eintrittstemperatur in den Kühler verbunden ist, d.h., daß durch den Schutzgasvolumenstrom aus der Glühhaube je Zeiteinheit mehr Wärme abgeführt wird als zu Beginn der Kühlung.

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Verfahrensdurchführung beim Glühen von Festbunden in Haubenglühöfen durch Steigerung der Kapazität der in Verfahren benutzten Haubenglühöfen infolge Verkürzung der Zeitdauer der Bundabkühlung in einer Schutzgasatmsphäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Anlagenkapazität von Haubenglühöfen zu entwickeln, welches zu einer spezifischen Gestaltung der Schutzgasbeufschlagung während der Abkühlphase zur Steigerung der Kapazität der in Verfahren benutzten Haubenglühöfen, insbesondere zu einer Verkürzung der Zeitdauer der Bundabkühlunng in einer Schutzgasatmosphäre, führt.

Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass zur Erhoehung der Anlagenkapazitaet von Hautbengluehoefen ein Verfahren durchgefuehrt wird, welches folgende Verfahrensschritte enthaelt: a) Einbringen der Festbunde in die Gluehvorrichtung, b) Entfernen der Umgebungsatmosphaere aus dem Gluehraum, c) Erwaermung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphaere ueblicher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Erwaermung durch die zu diesem Zeitpunkt kaelteste Zone der Festbunde, d) Beibehaltung einer Temperatur der kaeltesten Zone der Festbunde, die mindestens gleich der Endtemperatur der Erwaermung gemaess Verfahrensschritt c) ist, waehrend einer vorgegebenen Mindestzeit, e) Abkuehlung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphaere ueblicher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Abkuehlung durch die zu diesem Zeitpunkt heisseste Zone der Festbunde, f) Ausbringen der Festbunde aus der Gluehvorrichtung, g) Abkuehlen der Festbunde unter Umgebungsbedingungen auf Umgebungstemperatur, wobei waehrend des Verfahrensschrittes e) eine Schutzgasbeaufschlagung des Gluehraumes in der Weise vorgenommen wird, dass, beginnend mit einer ersten Spuelphase (eintretender gleich austretender Schutzgasvolumenstrom), nach einer spuelfreien Zeit (austretender Schutzgasvolumenstrom = 0) mindestens eine weitere Spuelphase folgt, wobei in spuelfreien Zeiten (austretender Schutzgasvolumenstrom = 0) ein Teilstrom des im Gluehraum umgewaelzten Schutzgases durch einen Kuehler zirkulieren kann.

Durch die erfindungsgemaesse Gestaltung von Spuelphasen waehrend der Bundabkuehlung in einer Schutzgasatmosphaere werden folgende Effekte erzielt: - Austragen der sich zu Abkuehlungsbeginn noch in der Gasphase des Gluehraums anreichernden Reste belagsbildender Komponenten des verdampften Walzmittels bzw. seiner Rueckstaende und - Steigerung der Abkuehlungsgeschwindigkeit der Festbunde durch Erhoehung des Temperaturgradienten infolge des vollstaendigen, kurzzeitigen Austauschs der Schutzgasatmosphaere im Gluehraum durch frisches Schutzgas.

Fuer die beschriebenen Effekte ist ausschlaggebend, dass die Temperatur der Gasphase im Gluehraum, insbesondere in der Anfangsphase der Bundabkuehlung, wesentlich hoeher als die Temperatur des frischen Schutzgases ist, weil das durch den Kuehler zirkulierende Schutzgas beim Wiedereintritt in den Gluehofen sich mit der Schutzgasatmophaere sofort vermischt und somit an der Bundoberflaeche nur die gegenueber der Kuehleraustrittstemperatur wesentlich hoehere Mischungstemperatur wirksam wird. Deshalb tritt die Kuehlerwirkung erst allmaehlich ein, da es technisch-oekonomisch unvertretbar ist, den zum Austausch der Schutzgasatmosphaere analogen Effekt ueber das durch den Kuehler zirkulierende Schutzgas zu realisieren.

Die Zweckmaessigkeit des Spuelens in Zeitintervallen ergibt sich daraus, dass der Waermetransport aus dem Bundinneren an die Oberflaeche zeitlich verzoegert ablaeuft. Es ist deshalb guenstig, nach der mit dem Spuelen mit frischem Schutzgas verbundenen kurzzeitigen Ab- bzw. Unterkuehlung der Bundoberflaeche einen Ausgleich des Temperaturprofils in den Festbunden zu gewaehrleisten. Waehrend dieser Zeit ist es wirtschaftlich, das Schutzgas im Gluehraum umzuwaelzen und nur einen Teilstrom durch einen Kuehler zirkulieren zu lassen.

Da mit sinkendem Temperaturniveau der Festbunde im Gluehraum der Ausgleich ihrer Temperaturprofile immer laengere Zeitraeume erfordert, ergibt sich daraus, die Zeitabstaende zwischen den Spuelphasen mit fortschreitender Bundabkuehlung zu veraendern, vorzugsweise zu vergroessern.

Zur Gestaltung einer effektiven Verfahrensdurchfuehrung ist es erforderlich, die Intensitaet der Schutzgaszu-fuehrung in den Spuelphasen moeglichst hoch, aber auch variabel zu waehlen, da der gewuenschte Kuehleffekt indirekt proportional zur Dauer des vollstaendigen Austausches der Schutzgasatmosphaere im 3

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Gluehraum ist. Aus dem gleichen Grund sind andere Spuelphasen zu Kuehlbeginn als am Ende der Kuehlung einzustellen.

Weiterhin ist es erfindungsgemaess vorteilhaft, das waehrend der Spuelphasen aus dem Gluehraum austretende Schutzgas anderen Haubengluehoefen zuzufuehren, bei denen sich die Verfahrensdurchfueh-rung im Schritt c) befindet, so dass ein Schutzgasmehrbedarf vermieden wird. Zur Verhinderung des Eintrags unerwuenschter belagsbildender Komponenten des Walzmittels bzw. seiner Rueckstaende durch diese Schutzgasrueckfuehrung ist es moeglich, insbesondere in der ersten Phase der Bundabkuehlung das waehrend der Spuelphasen austretende Schutzgas nicht anderen Gluehoefen zuzufuehren.Das Ende dieser Phase wird durch die Unterschreitung einer vom jeweiligen Walzmittel abhaengigen Grenztemperatur fuer die heisseste Zone der Festbunde bestimmt.

Fuer die erfindungsgemaesse Verfahrensdurchfuehrung ist weiterhin wesentlich, dass das Ende des Verfahrensschrittes c) erreicht ist, wenn das Temperaturprofil in den Festbunden im Gluehraum soweit ausgeglichen ist, dass fuer die veraenderten Abkuehlbedingungen der Verfahrensschritte f) und g) die Ausbildung von Anlauffarben an der Bundaussenoberflaeche nicht mehr auftritt.

Dieses Temperaturprofil ist in komplexer Weise abhaengig von: - Gluehvorrichtung, - Stahlmarke, - Bundabmessungen sowie Anzahl der Festbunde im Gluehraum, - Durchfuehrung des Verfahrensschrittes e).

Die zeitabhaengige Variation des Schutzgasvolumenstroms im Verfahrensschritt e) haengt in analoger Weise von den konkreten Gluehbedingungen, wie - Gluehvorrichtung, - Stahlmarke,

Bundabmessungen sowie Anzahl der Festbunde im Gluehraum, - Schutzgaszusammensetzung und - Kuehlerleistung ab, so dass die off-line-Ermittlung der Abhaengigkeit "Zeitpunkt seit Kuehlbeginn/Schutzgasvolumenstrom" aus der Kenntnis des Verlaufs der Temperatur in den Festbunden im Gluehraum unter Beruecksichtigung vergangender Spuelphasen ermittelt werden kann.

Deshalb ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaessen Verfahrensdurchfuehrung, dass hierbei die Anwendung von messtechnischen Vorrichtungen zur Gewinnung von Prozessdaten aus dem Gluehraum nicht zwingend erforderlich ist, denn die Variation des Schutzgasvolumenstroms kann mit Hilfe der einmal ermittelten Zeitfunktion fuer die jeweilige Prozessfuehrung als Steuerung in unkomplizierter Weise ueber aeussere Stellglieder realisiert werden.

Ausfuehrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausfuehrungsbeispiel naeher erlaeutert werden. Dazu zeigt Fig. 1 Temperaturverlaeufe bei der Abkuehlung gegluehter Festbunde.

Dazu wurden folgende technischen Hauptparameter zugrunde gelegt: - Gluehplatzbelegung 3 Festbunde Bundaussendurchmesser 2 160 mm Bundinnendurchmesser 600 mm Bundhoehe 1 250 mm Banddicke 1 mm - Muffelinnendurchmesser 2 600 mm - Schutzgas N /H 95/5 Vol%

Auf die Angabe weiterer konstruktionsspezifischer Parameter wird verzichtet, da durch Veraenderung der Schutzgasbeaufschlagung waehrend der Kuehlphase die in Fig. 1 dargestellten Verhaeltnisse sowohl variiert als auch fuer andere Anlagenkonfigurationen reproduziert werden koennen.

Die in Fig. 1 dargestellten Temperaturverlaeufe beziehen sich auf die Oberflaechentemperatur am Aussendurchmesser des mittleren Bundes. Der Endpunkt der Kuehlung wird mit dem Unterschreiten von 120 C an der heissesten Stelle der Bundoeberflaeche im Stapel festgelegt, um Anlauffarben beim Ziehen der Muffel zu vermeiden. Die Kuehlung beginnt zunaechst passiv nach Entfernung der Heizhaube. Anschliessend wird ein Schutzgaskuehler zugeschaltet. Mit der zusaetzlichen Schutzgasbeaufschlagung 4

Claims (3)

1. AT 399 163 B unter Beruecksichtigung der sich bei der Abkuehlung einstellenden thermischen Triebkraefte wird einheitlich vor dem Unterschreiten von 400 C begonnen (Punkt Z in Fig. 1). Die sich daran anschliessenden Kurvenverlaeufe stellen dar: Kurve A - Temperaturverlauf ohne Schutzgasbeaufschlagung, Kurve B - Schutzgastemperatur nach Spuelphase jeweils auf (3 TSG + TFG)/4 abgesenkt, Kurve C - Schutzgastemperatur nach Spuelphase jeweils auf (TSG + TFG)/2 abgesenkt. TSG ... mittlere Schutzgastemperatur im Gluehraum vor Beginn der jeweiligen Spuelphase, TFG ... mittlere Temperatur des zur Spuelung benutzten frischen Schutzgases. Zur Gestaltung einer einfachen Zeitfolgesteuerung beginnen die einzelnen Spueiphasen zu jeder vollen Stunde nach Beginn der ersten Spuelphase und werden bei konstanter Volumentemperatur bei Erreichen der angegebenen Schutzgastemperatur im Gluehraum beendet. In den spuelfreien Zeiten werden bei Variante B und C auf die Teilstromkuehlung im Gegensatz zur Variante A verzichtet. Bezogen auf die gesamte Gluehzeit ergibt sich bei der dargestellten Anwendung der Erfindung fuer die Variante B eine Verkuerzung von 9,8 % bzw. fuer die Variante C von 15,2 %. Die Gestaltung eines oekonomischen Schutzgaseinsatzes ergibt sich aus der Wiederverwertbarkeit des waehrend der Spueiphasen aus dem Gluehraum austretenden Schutzgases fuer andere Gluehoefen. Zur Reinhaltung des Schutzgassystems wird unter Beruecksichtigung der Anfangstemperatur bei Beginn der ersten Spuelung das dabei aus dem Gluehraum austretende Schutzgas emittiert. Patentansprüche 1. Verfahren zur Erhoehung der Anlagenkapazitaet von Haubengluehoefen, welches nachfolgende Verfahrensschritte beinhaltet: a) Einbringen der Festbunde in die Gluehvorrichtung, b) Entfernen der Umgebungsatmosphaere aus dem Gluehraum, c) Erwaermung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphaere ueblicher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Erwaermung durch die zu diesem Zeitpunkt kaelteste Zone der Festbunde, d) Beibehaltung einer Temperatur der kaeltesten Zone der Festbunde, die mindestens gleich der Endtemperatur der Erwaermung gemaess Verfahrensschritt c) ist, waehrend einer vorgegebenen Mindestzeit, e) Abkuehlung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphaere ueblicher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Abkuehlung durch die zu diesem Zeitpunkt heisse-ste Zone der Festbunde, f) Ausbringen der Festbunde aus der Gluehvorrichtung, g) Abkuehlen der Festbunde unter Umgebungsbedingungen auf Umgebungstemperatur, gekennzeichnet dadurch, dass waehrend des Vefahrensschrittes e) eine Schutzgasbeaufschlagung des Gluehraumes in der Weise vorgenommen wird, dass, beginnend mit einer ersten Spuelphase (eintretender gleich austretender Schutzgasvolumenstrom), nach einer spuelfreien Zeit (austretender Schutzgasvolumenstrom = 0) mindestens eine weitere Spuelphase folgt, in spuelfreien Zeiten (austretender Schutzgasvolumenstrom = 0) ein Teilstrom des im Gluehraum umgewaelzten Schutzgases durch einen Kuehler zirkulieren kann.
2. 2. Verfahren gemaess Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zeitliche Dauer und/oder zeitlicher Abstand aufeinanderfolgender Spueiphasen mindestens einmal veraendert wird und/oder der Betrag des waehrend der Spuelphase in den Gluehraum eintretenden bzw. aus dem Gluehraum austretenden Schutzgasvolumenstroms mindestens einmal veraendert wird.
3. 3. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, daß der während der Spülphasen im Verfahrensschritt e aus dem Glühraum austretende Schutzgasvolumenstrom zur Beaufschlagung anderer Haubenglühöfen, vorzugsweise für Verfahrensschritt c , direkt dem jeweiligen Glühraum des betreffenden Haubenglühofens zugeführt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5