DE10016096C2 - Ofen zum Glühen von zu Coils gehaspelten Stahlbändern und Verfahren zum Glühen derselben - Google Patents

Ofen zum Glühen von zu Coils gehaspelten Stahlbändern und Verfahren zum Glühen derselben

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Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Glühen von zu Coils gehaspelten Stahlbändern oder -blechen, insbesondere zum Glühen von Elektroblech-Coils. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Glühen derartiger Coils.
Beispielsweise bei der Herstellung von kornorientierten Elektroblechen ist es erforderlich, eine Glühung bei hohen Temperaturen für eine lange Zeit durchzuführen. Im Fall der Elektroblech-Herstellung werden mit dieser am Ende des Herstellungsprozesses durchgeführten Glühbehandlung die geforderten magnetischen Eigenschaften eingestellt. Bei einer Glühdauer von beispielsweise einer Woche beträgt die Glühtemperatur dabei bis zu 1200°C.
Üblicherweise werden in den Glühöfen die Coils mit einer ihrer Stirnseiten auf jeweils sogenannte "Unterlegplatten" gestellt. Diese Unterlegplatten können aus Stahl oder feuerfestem Material bestehen.
Sofern mehrere Coils gleichzeitig geglüht werden, werden die auf den Unterlegplatten stehenden Coils zu Säulen gestapelt, wobei sie durch koaxial in das Auge des jeweiligen Coils gesteckte Stempel getragen werden. Anschließend wird eine Ofenhaube aufgesetzt und die Glühung in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt.
Die über eine lange Zeit erfolgende Glühung bei hohen Temperaturen führt zu einer Deformation derjenigen Bandkante, mit der die Coils auf der Unterlegplatte sitzen. Der von dieser als "Standkantenbeuligkeit", "bottom buckles", "edge wave" oder "buckling strain" bezeichneten Verformung betroffene Kantenbereich erfüllt in der Regel die von den Verarbeitern derartiger Bleche gestellten Anforderungen nicht und muß daher bei seiner Weiterverarbeitung abgetrennt werden. Dies bringt nicht nur große Mengen an verlorenem Saumschrott eines Produktes mit hoher Wertschöpfung mit sich, sondern schränkt aufgrund der Notwendigkeit des Abtrennens des verformten Kantenbereichs auch die maximal erreichbare Breite des erzeugten Blechs ein.
Zudem tritt eine starke Längswelligkeit der Bänder auf. Diese führt zu einer Beeinträchtigung der Verwendbarkeit von Elektroblechen. Elektrobleche, die Längswellen aufweisen, werden daher allenfalls der Qualitätsstufe Iia zugeordnet und können infolgedessen nur zu einem geringeren Preis vermarktet werden.
Es sind verschiedene Versuche zur Verringerung der im Zuge einer Langzeitglühung eintretenden Verformung der Coils unternommen worden. Des weiteren ist versucht worden, den Verformungen durch eine kontrollierte Einstellung der Zugspannungen während des Haspelns des Coils entgegenzuwirken (JP-A-04 131325). Ein weiterer Vorschlag bestand darin, durch Abstandshalter zwischen Coil und Unterlegplatte für eine bessere Ventilation des Heizgases zu sorgen (JP-A-07 070655). Schließlich ist versucht worden, durch einen um den gefährdeten Bereich gelegten Ring der Verformung vorzubeugen (JP-A-57 032331). Diese Versuche führten jedoch zu keiner ausreichenden Verminderung der Verformungen.
Alternativ zu einer direkten Beeinflussung der Coils ist zur Verminderung der Verformungsgefahr beim Hochtemperatur-Langzeitglühen vorgeschlagen worden, die Unterlegplatte mit einer gleichmäßig aufgetragenen Beschichtung aus feinpulvrigem oder feingranuliertem Chrom oder Bornitrid (JP-A-61 056249) oder feinpulvrigem Si-, Al- oder Mg-Oxid (JP-A-61 056250) zu versehen. Zudem ist es aus der JP 1-123032 A bekannt, beim Haubenglühen von kornorientierten Siliziumstählen die Coils auf eine aus Sand oder Keramikpulver gebildete dicke Schicht zu stellen, die auf einer Tragplatte des Ofens aufgetragen ist. Jede dieser Vorgehensweisen führt zwar zu einer feststellbaren Verringerung der Standkantenbeuligkeit. Alle aus dem Stand der Technik bekannten Methoden bringen jedoch hohe Kosten mit sich, da die feinpulvrige oder feingranulierte Schicht nach jedem Glühvorgang erneuert werden muß. Hinzu kommt, daß die feinen Partikel, aus denen die Schicht gebildet ist, in Mikrorisse eindringen können, die in der Oberfläche der Tragplatte vorhanden sind oder sich dort im Zuge der während des Glühprozesses langen thermischen Belastung bilden können. In diese Risse eindringende Partikel beschleunigen das Fortschreiten der Rißbildung, so daß die Tragplatten schon nach kurzer Einsatzdauer unbrauchbar werden.
Schließlich ist es aus der DE 38 09 594 C2 aus dem Bereich des allgemeinen Ofenbaus bekannt, als Glühbett für die zu glühenden Gegenstände eine lose Partikel- Schüttung zu verwenden. Der Vorteil einer solchen losen Schüttung soll dabei darin bestehen, daß die einzelnen Partikel sich frei gegeneinander bewegen können, so daß selbsttätig ein thermischer und mechanischer Ausgleich gewährleistet ist. Allerdings sind lose Schüttungen der in der DE 38 09 594 C2 empfohlenen Art in der Praxis nicht den hohen thermischen Belastungen gewachsen, die sich während des Hochtemperaturglühens von Elektroblech- Coils stellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ofen und ein Verfahren zum Langzeitglühen von zu Coils gehaspelten Stahlbändern, insbesondere solchen, die als kornorientierte Elektrobleche verarbeitet werden sollen, anzugeben, bei denen die Gefahr einer Kantenverformung der Coils wirksam und auf kostengünstige Weise über eine lange Einsatzdauer gemindert ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch einen Ofen zum Glühen von zu Coils gehaspelten Stahlbändern oder -blechen, insbesondere zum Glühen von Elektroblech-Coils, mit einer Unterlegplatte, auf welcher eine lose Schüttung hitzebeständiger Formkörper aufgebracht ist, auf der die Coils stehen, wobei erfindungsgemäß die Formkörper hohl sind und aus einem Keramikwerkstoff bestehen, gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zum Glühen von zu Coils gehaspelten Stahlbändern oder -blechen, bei dem die Coils auf eine lose Schüttung von hitzebeständigen Formkörpern aufgesetzt und darauf mit vertikal ausgerichteter Coilachse geglüht werden, besteht die Lösung der voranstehend genannten Aufgabe darin, daß die Coils auf Formkörper, die hohl sind und aus einem Keramikwerkstoff bestehen, aufgesetzt werden.
Die gemäß der Erfindung zwischen Unterlegplatte und Coil vorhandene Schüttung verhindert zum einen den direkten Kontakt zwischen Coil und Unterlegplatte. Da die einzelnen Formkörper der Schüttung lose an- und aufeinander liegen, ermöglicht die Schüttung das ungehinderte, vom Ausdehnungsverhalten der Unterlegplatte unbeeinflußte Ausdehnen des Coils auch im Bereich seiner auf der Schüttung aufstehenden Kante. Auf diese Weise wird verhindert, daß die zwischen Unterlegplatte und Coil andernfalls bestehende Reibung zum Aufbau von Zugspannungen im Kantenbereich des Coils und damit einhergehend zu dessen Ausbeulen führt. Diese Spannungen werden möglicherweise dadurch verursacht, daß sich die jeweilige Unterlegplatte wegen eines unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der Erwärmung schneller ausdehnt als der Kantenbereich des Coils.
Zum anderen ermöglicht die Schüttung dadurch, daß zwischen den einzelnen Formkörpern Freiräume vorhanden sind, den Durchtritt des im Ofen enthaltenen Gases durch die Schüttung. Auf diese Weise wird der Gasaustausch im Coil positiv beeinflußt.
Gleichzeitig wird dadurch, daß die Formkörper hohl sind, die Wirksamkeit der durch die Formkörper gebildeten Isolierung erhöht. Praktische Versuche haben ergeben, daß nur durch die Verwendung von Hohlkörpern zur Bildung der losen Schüttung eine wirksame Reduzierung der Eigenspannungen über die Coilhöhe erzielt werden kann.
Zudem hat sich herausgestellt, daß nur aus keramischem Werkstoff gebildete hohle Formkörper den durch das Coilgewicht ausgeübten Belastungen über die lange Dauer der Glühbehandlung gewachsen sind.
Schließlich besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, daß die aus eigenständigen, hitzebeständigen Formkörpern gebildete lose Schüttung bei einer Glühbehandlung nicht verloren geht, sondern mehrfach verwendet werden kann. Selbst dann, wenn einzelne der Formkörper im Zuge einer Glühbehandlung zerbrechen, muß die Schüttung nicht ersetzt werden, weil auch die Bruchstücke ihren Zweck in Verbindung mit den noch intakten Formkörpern erfüllen können.
Im Ergebnis führt die Erfindung dazu, daß die über eine lange Zeit geglühten, zu Coils gewickelten Stahlbänder oder -bleche bei verminderten Kosten eine deutlich geringere Standkantenbeuligkeit und eine ebenso deutlich verminderte Längswelligkeit aufweisen. So können in einem erfindungsgemäß ausgestalteten Ofen mit hoher Zuverlässigkeit Elektrobleche erzeugt werden, die höchsten Anforderungen (Ia-Qualitäten) genügen. Erst durch die erfindungsgemäße Verwendung hohler Formkörper aus keramischem Werkstoff wird die sichere, dauerhafte Abstützung von Coils in einem Glühofen über eine Vielzahl von Glühzyklen erreicht.
Besonders günstig ist es, wenn die Formkörper kugelförmig ausgebildet sind. Durch die Kugelform ist eine freie, durch sich verkantende Formkörper ungehinderte Bewegung der Schüttung gewährleistet, so daß auch eine Behinderung der Ausdehnung des Coils oder der Unterlegplatte sicher vermieden wird.
Als Keramikwerkstoff für die Herstellung der hohlen Formkörper eignen sich in besonderer Weise solche Werkstoffe, in denen Korund als hauptsächlicher Bestandteil enthalten ist. Derartiger Korund besteht im wesentlichen aus Alpha-Aluminiumoxid und weist einen sehr hohen Schmelzpunkt auf. Versuche zeigen, daß, anders als bei der Verwendung von Sand, kein Anbacken des Korunds am Coil auftritt.
Die Dicke der Schüttung sollte bis 100 mm betragen, damit sie das Gewicht des auf ihr lastenden Coils ohne die Gefahr eines Kontaktes zwischen Coil und Unterlegplatte sicher aufnehmen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegplatte eine Zwischenlage trägt, auf welcher die Schüttung aufgebracht ist. Diese Zwischenlage kann aus Keramik oder Metall bestehen. Ihr Zweck besteht darin, das Eindringen von Resten von zerbrochenen Formkörperteilen in Risse der Unterlegplatte zu verhindern. Derartige Risse können in der Unterlegplatte aufgrund der im Zuge einer mehrfachen Verwendung wechselnden Temperaturbelastungen entstehen. Indem verhindert wird, daß Fremdteile in diese Risse eindringen, kann einem vorzeitigen Verschleiß der Unterlegplatte vorgebeugt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf oder am Rand der Unterlegplatte eine Manschette angeordnet ist. Diese Manschette fast die Schüttung seitlich ein und verhindert auf diese Weise das Ausweichen der losen Schüttung aufgrund des auf ihr lastenden Gewichts der Coils.
Zweckmäßig ist es darüber hinaus, wenn in die Standfläche der Unterlegplatte eine Einsenkung eingeformt ist, in welcher die Schüttung ausgebracht ist. Eine solche Einsenkung verhindert einerseits, daß Formkörper der Schüttung im Ofen verstreut werden. Andererseits verhindern die die Einsenkungen umgebenden Wandungen, daß die Schüttung beim Aufsetzen des Coils seitlich auseinandergedrückt wird und das Coil auf die Unterlegplatte sackt. Günstig ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Übergang zwischen dem Rand und dem Boden der Einsenkung angeschrägt ist. Auf diese Weise wird eine seitliche Bewegung der Schüttung über den Rand der Einsenkung für den Fall ermöglicht, daß andernfalls eine freie Ausdehnung des Coils gegenüber der Unterlegplatte verhindert würde. Die angeschrägten Ränder der Einsenkung ermöglichen damit ein freies Gleiten der Schüttung auf der Unterlegplatte bei gleichzeitig ausreichendem seitlichen Halt im Moment des Aufsetzens des Coils.
Eine hinsichtlich der mehrfachen Verwendbarkeit der Unterlegplatten und damit die Wirtschaftlichkeit eines erfindungsgemäßen Ofens weiter verbessernde Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegplatte beidseitig nutzbar ist. In diesem Fall weist die Unterlegplatte sowohl auf ihrer Ober- als auch auf ihrer Unterseite eine Standfläche auf. Dabei ist die Unterlegplatte derart ausgebildet, daß die Schüttung auf einer der beiden Seiten alternativ aufgebracht werden kann. Auf diese Weise kann die Unterlegplatte nach Verschleiß der einen Standfläche gewendet und bis zum Verschleiß der zweiten Standfläche weiterbenutzt werden.
Eine weitere praxisgerechte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der losen Schüttung eine Folie aufgelegt ist. Auf dieser Folie steht das Coil, so daß ein direkter Kontakt zwischen dem Coil und den Formkörpern verhindert ist. Gleichzeitig wird durch die Folie die Beweglichkeit der Formkörper nicht eingeschränkt, da die Folie lediglich die lose Schüttung ohne seitliche Fixierung abdeckt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung und anhand einer Tabelle näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Glühofen mit darin eingesetzten Coils im Schnitt;
Fig. 2 eine Unterlegplatte mit aufgesetztem Coil in einem Schnitt;
Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Unterlegplatte in einem Schnitt.
Der Glühofen 1 weist eine Haube 2 auf, welche mittels eines nicht dargestellten Krans angehoben werden kann. In dem Glühofen 1 können zwei Coils C1, C2 übereinander gestapelt werden.
Die Coils C1, C2 stehen dabei jeweils auf einer Unterlegplatte 3, 4. Die Unterlegplatten 3, 4 können aus Stahl oder geeigneten Feuerfest-Materialien, wie Keramik oder Stein, hergestellt sein.
Die Unterlegplatten 3, 4 sind scheibenförmig ausgebildet und weisen jeweils auf ihrer Oberseite O und ihrer Unterseite U eine Standfläche 6, 6' auf. In die Standflächen 6, 6' ist jeweils eine Einsenkung 7, 7' eingeformt, deren Durchmesser abzüglich der Breite eines umlaufenden Randbereiches 8, 8' dem Durchmesser der Standflächen 6, 6' entspricht. Der Übergang 9, 9' zwischen dem Randbereich 8, 8' und dem jeweiligen Boden 10, 10' der Einsenkungen 7, 7' verläuft schräg abgeflacht, so daß die Einsenkungen 7, 7' im Querschnitt die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes aufweisen. Der Randbereich 8, 8', der Übergang 9, 9' und der Boden 10, 10' der jeweiligen Einsenkung 7, 7' sind mit einer Zwischenlage 11, 11' aus einem Keramikmaterial belegt. Im Zentrum der Einsenkungen 7, 7' ist jeweils eine scheibenförmige Erhebung 12, 12' ausgebildet. Die identische Ausbildung der Ober- und Unterseite der Unterlegplatten 3, 4 ermöglicht es, die Unterlegplatten 3, 4 beidseitig zu nutzen. Auf diese Weise können die Unterlegplatten 3, 4 beispielsweise nach Verschleiß ihrer einen Standfläche 6 gewendet und die jeweils andere Standfläche 6' bis zum endgültigen Verschleiß der jeweiligen Unterlegplatte 3, 4 genutzt werden.
Im in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist auf der Oberfläche der Erhebung 12, 12' ein Stempel 13 abgestützt, dessen Länge größer ist als das auf der Unterlegplatte 3, 4 jeweils abgesetzte Coil C1 bzw. C2.
In die Einsenkung 7 der Standfläche 6 ist dabei eine aus Formkörpern F gebildete Schüttung S ausgebracht, deren Dicke d ca. 20 mm beträgt. Die hohlen, kugelförmigen Förmkörper F sind aus Korund hergestellt, welches im wesentlichen aus Alpha-Aluminiumoxid in sehr feinen Kristallen besteht.
Zum Befüllen des Glühofens 1 wird auf die Schüttung S der ersten Unterlegplatte 3 das Coil C1 mit seiner einen Stirnfläche C1S aufgesetzt, so daß der von der Unterlegplatte 3 getragene Stempel 13 durch das Auge C1A des Coils C1 geführt ist. Anschließend wird die entsprechend vorbereitete Unterlegplatte 4, welche das auf ihre Schüttung S aufgesetzte Coil C2 trägt, auf den Stempel 13 gesetzt. Nach Schließen der Haube 2 wird der Glühofen 1 erwärmt und die Glühung bei Temperaturen von 1150°C bis 1200°C für eine Zeitdauer von beispielsweise einer Woche durchgeführt.
In der nachstehenden Tabelle ist der prozentuale Anteil des Saumschrotts an der Breite der Bleche, welcher bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise anfällt, mit dem Anteil des Saumschrotts an der Breite der Bleche verglichen worden, der bei herkömmlicher Vorgehensweise entsteht. Darüber hinaus ist der Längswellenanteil der jeweiligen Bleche nach deren Glühung in einem erfindungsgemäßen Glühofen dem Längswellenanteil gegenübergestellt worden, der bei der Glühung von Bändern derselben Zusammensetzung in einem herkömmlich ausgestalteten Ofen vorhanden ist.
Es sind fünf Versuchsglühungen durchgeführt worden. Für die Versuchsglühung wurden unterschiedliche Coils verwendet, welche aus unterschiedlichen Elektroblechen gehaspelt worden sind. Die betreffenden Elektrobleche wiesen die Zusammensetzung A, B, C bzw. D auf.
Für jede Versuchsglühung wurde jeweils eines der Coils in der erfindungsgemäßen Weise auf eine durch Formkörper F gebildete lose Schüttung S gesetzt. Das betreffende Coil wurde jeweils gleichzeitig mit fünf anderen aus Elektroblechen gleicher Zusammensetzung gehaspelten Coils geglüht, welche in herkömmlicher Weise auf einer mit feinem MgO-Pulver beschichteten Unterlegplatte abgestützt waren.
Der Vergleich zeigt, daß der Saumschrottanteil und der Längswellenanteil bei erfindungsgemäßer Abstützung des Coils auf einer losen Schüttung aus Formkörpern gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise beim Hochtemperatur- Langzeitglühen deutlich reduziert sind.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Glühofen
2
Haube
3
,
4
Unterlegplatte
6
,
6
' Standfläche
7
,
7
' Einsenkung
8
,
8
' Randbereich
9
,
9
' Übergang
10
,
10
' Boden
11
,
11
' Zwischenlage
12
,
12
' Erhebung
13
Stempel
C1, C2 Coils
C1S Stirnfläche des Coils C1
C1A Auge des Coils C1
d Dicke der Schüttung S
F Formkörper
O Oberseite
S Schüttung
U Unterseite

Claims (13)

1. Ofen zum Glühen von zu Coils (C1, C2) gehaspelten Stahlbändern oder -blechen, insbesondere zum Glühen von Elektroblech-Coils (C1, C2), mit einer Unterlegplatte (3, 4), auf welcher eine lose Schüttung (S) hitzebeständiger Formkörper (F) aufgebracht ist, auf der die Coils (C1, C2) stehen, wobei die Formkörper (F) hohl sind und aus einem Keramikwerkstoff bestehen.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (F) kugelförmig ausgebildet sind.
3. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbestandteil des Keramikwerkstoffs Korund ist.
4. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d) der Schüttung (S) bis zu 100 mm, insbesondere 10 bis 30 mm, beträgt.
5. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegplatte (3, 4) eine Zwischenlage (11) trägt, auf welcher die Schüttung (S) ausgebracht ist.
6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (11) aus Keramik besteht.
7. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (11) aus Metall besteht.
8. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder am Rand der Unterlegplatte (3, 4) eine Manschette angeordnet ist, die auf der dem Coil zugeordneten Seite vorsteht und die Schüttung umgibt.
9. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Standfläche der Unterlegplatte (3, 4) eine Einsenkung (7) eingebracht ist, in welcher die Schüttung (S) aufgebracht ist.
10. Ofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (9) zwischen dem Rand (8) und dem Boden (9) der Einsenkung (7) angeschrägt ist.
11. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlegplatte (3, 4) sowohl auf ihrer Ober- als auch auf ihrer Unterseite (10, 10') eine Standfläche aufweist.
12. Ofen nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der losen Schüttung (S) eine Folie ausgelegt ist.
13. Verfahren zum Glühen von zu Coils (C1, C2) gehaspelten Stahlbändern oder -blechen, bei dem die Coils (C1, C2) auf einer losen Schüttung (S) von hitzebeständigen, hohlen und aus einem Keramikwerkstoff bestehenden Formkörpern (F) aufgesetzt und darauf mit vertikal ausgerichteter Coilachse geglüht werden.
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