DE10141646C1

DE10141646C1 - Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE10141646C1
Application number: DE10141646A
Authority: DE
Inventors: Edgar Stengel
Original assignee: Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2021-08-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken (2) mit einer Erwärmungseinrichtung (3, 4), welche ein elektromagnetisches, die Erwärmung des Werkstücks (2) bewirkendes Feld erzeugt, und einer Fördereinrichtung, welche das Werkstück (2) mittels mindestens einer im Wirkungsbereich des von der Erwärmungseinrichtung (3, 4) erzeugten elektromagnetischen Feldes angeordneten Förderrolle (9) durch die Erwärmungseinrichtung (3, 4) bewegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, den apparattiven Aufwand zu vermindern und die Betriebskosten zu senken. Dies wird dadurch erreicht, daß mindestens die im Wirkungsbereich des elektromagnetischen Feldes liegenden Abschnitte (14) der Förderrolle (9) aus Keramikwerkstoff hergestellt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken mit einer Erwärmungseinrichtung, welche ein elektromagnetisches, die Erwärmung des Werkstücks bewirkendes Feld erzeugt, und einer Fördereinrichtung, welche das Werkstück mittels mindestens einer im Wirkungsbereich des von der Erwärmungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Feldes angeordneten Förderrolle durch die Erwärmungseinrichtung bewegt.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in sogenannten Gießwalzanlagen eingesetzt, in denen in einem kontinuierlich ablaufenden Prozeß ein Stahlband gegossen und anschließend zu einem Warmband gewalzt wird. Zur Homogenisierung der Temperaturverteilung vor dem Eintritt in das Warmwalzwerk durchläuft das gegossene Band dabei einen Durchlaufofen. In diesem Ofen wird das Band im Durchlauf so erwärmt, daß es mit über seinen Querschnitt gleichmäßig verteilter Temperatur in das Walzgerüst einläuft.

Eine besonders gleichmäßig und schnelle Erwärmung eines Werkstücks läßt sich durch den Einsatz von Induktionserwärmungseinrichtungen sicherstellen. Beim Durchlauf einer solchen Einrichtung wird in das jeweilige Werkstück ein elektromagnetisches Feld induziert, welches zu der Erwärmung führt. Dabei läßt sich die in das Werkstück eingebrachte Wärmemenge und ihre Verteilung durch Einstellung des induzierten Feldes mit hoher Präzision an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Daher eignen sich derartige Vorrichtungen insbesondere zur Erwärmung von kontinuierlich geförderten Stahlbändern oder -brammen, die innerhalb kurzer Zeit über ihren Querschnitt gleichmäßig erwärmt werden sollen.

Den Vorteilen der Verwendung von induktiv arbeitenden Erwärmungseinrichtungen steht der Nachteil gegenüber, daß nicht nur das sie jeweils durchlaufende Werkstück erwärmt wird, sondern auch alle anderen bewegten Bauelemente, die dem von der Erwärmungseinrichtung abgegebenen Feld ausgesetzt sind. Besonders betrifft dies die für das Fördern des Werkstücks benötigten Förderrollen. Diese Rollen werden dabei nicht nur durch die Wirkung des elektromagnetischen Feldes erwärmt, sondern auch durch das durch sie transportierte, ebenfalls warme Werkstück.

Diese thermische Doppelbelastung kann insbesondere bei der Erwärmung von gegossenem Stahlband, bei der das unmittelbar zuvor gegossene Band selbst schon mit hohen Temperaturen in die Erwärmungseinrichtung einläuft, zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Lebensdauer der Förderrollen führen. Aus diesem Grund werden die Förderrollen üblicherweise aus einem heißfesten Stahlmaterial gefertigt und an ein Kühlsystem angeschlossen, welches während des Erwärmungsbetriebes laufend große Mengen an Kühlwasser durch die Rollen fördert. Der finanzielle und apparative Aufwand für eine derartige Kühlung ist jedoch beträchtlich.

Bei dem in der DE 10 05 6847 A1 beschriebenen Warmwalzverfahren und Steckel-Walzwerksystem wird aus Effizienzgründen eine induktive Durchlaufheizung zur Steuerung der Bandtemperatur vorgeschlagen. Sobald die Ofenwickeleinrichtungen eingesetzt werden, dienen die Heizeinrichtungen dazu, an den der Luft ausgesetzten, nicht aufgewickelten vorderen und hinteren Teilen des Bandes durch Erwärmen die Temperatur auf gleichmäßigem, für den Walzvorgang benötigtem Niveau zu halten sowie auch dazu, bei Bedarf beim Band den Fettlösungszustand einzustellen.

Für den normalen Walzvorgang wird für den letzten Durchgang die Bandtemperatur auf oder unter 900 Grad Celsius gesenkt. Um jedoch die Abscheidungen erneut in den Fettlösungszustand zu bringen, sind Temperaturen von über 1000 Grad Celsius notwendig, die durch eine entsprechende Heizeinrichtung aufgebracht werden müssen. Dies bedeutet dauerhaft hohe thermische Belastungen für die dort eingesetzten Förderrollen.

Eine mögliche Förderrolle schlägt die DE 14 27 925 A vor. Dabei ist der Rollenkörper als Hohlrolle ausgebildet, bei der in die beiden Enden des einen Hohlzylinder darstellenden Mantels die die Rollenzapfen aufweisenden Deckel eingeschweißt sind.

Die einfach aufgebaute Rolle weist keine Kühlung auf, weshalb der apparative Aufwand gering einzustufen ist. Bei ihr stellt jedoch werkstoffbedingt die oben genannte thermische Doppelbelastung aus dem Kontakt mit dem heißen Stahlband und der Induktion elektromagnetisch erzeugter Erwärmung ein relevantes Problem dar.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Vorrichtung zum induktiven Durchlauferwärmen von Werkstücken zu schaffen, bei welcher der apparative Aufwand vermindert ist und die Betriebskosten gesenkt sind.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens die im Wirkungsbereich des elektromagnetischen Feldes liegenden Abschnitte der Förderrolle aus Keramikwerkstoff hergestellt sind.

Bei einer erfindungsgemäßen Erwärmungseinrichtung wird eine Erwärmung der Förderrolle infolge des von der Erwärmungseinrichtung abgegebenen elektromagnetischen Feldes dadurch vermieden, daß die Förderrolle mindestens im Bereich ihrer im Erwärmungsbetrieb dem elektromagnetischen Feld ausgesetzten Abschnitten aus einem keramischen Werkstoff bestehen. Derartige Keramikwerkstoffe sind einerseits nicht leitfähig, so daß es zu keiner Erwärmung durch das elektromagnetische Feld der Erwärmungseinrichtung kommt. Andererseits zeichnen sich keramische Werkstoffe durch besonders hohe Hitzebeständigkeit aus.

Letzteres führt dazu, daß der für die Kühlung der Förderrolle anfallende Aufwand gegenüber dem für die Kühlung von herkömmlichen, aus Stahl bestehenden Förderrollen erheblich gemindert werden kann. Bei Verwendung eines geeignet hitzebeständigen Werkstoffs kann auf eine Kühlung ganz verzichtet werden. Im Ergebnis sind so nicht nur die an die Kühleinrichtungen während des Erwärmungsbetriebes gestellten Anforderungen gesenkt, sondern auch die Kosten, die beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anfallen. Die auf diese Weise erzielte Kostensenkung gleicht die infolge der Verwendung der keramischen Werkstoffe gegebenenfalls höheren Herstellungskosten der Förderrolle bei weitem aus.

In Bezug auf das Ausdehnungsverhalten und die Herstellkosten ist es günstig, wenn die Förderrolle hülsenartig ausgebildet ist, wobei ihre Umfangswand vorzugsweise vollständig aus Keramikwerkstoff hergestellt ist. In diesem Fall ist die Förderrolle hohl ausgebildet, so daß einerseits die Menge an für die Herstellung der Rolle benötigtem Werkstoff reduziert ist. Andererseits erweist sich eine hohle Rolle in der Praxis als thermisch unempfindlicher als ein massiver Rollenkörper.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung bei solchen Vorrichtungen, bei denen mindestens zwei in Förderrichtung des Werkstücks beabstandet zueinander angeordnete Erwärmungseinrichtungen vorhanden sind, zwischen denen eine Förderrolle angeordnet ist. Bei einer solchen Vorrichtung ist die zwischen den Erwärmungsstationen angeordnete Rolle der Wirkung der Felder beider Einrichtungen ausgesetzt. Indem erfindungsgemäß eine hinsichtlich dieser Wirkung unempfindliche Rolle eingesetzt wird, kann selbst in einem solch kritischen Umfeld der Aufwand für die Kühlung auf das Minimum beschränkt werden, welches zur Abfuhr der vom Werkstück selbst abgegebenen Wärme erforderlich ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erwärmen eines gegossenen Stahlbandes in seitlicher, teilweise geschnittener Ansicht,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Schnitt entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie X-X.

Die Vorrichtung 1 zum induktiven Erwärmen eines gegossenen Stahlbands 2 weist eine in Förderrichtung F des Stahlbands 2 zuerst durchlaufene erste Erwärmungseinrichtung 3 und eine in Förderrichtung F gegenüber der ersten Erwärmungseinrichtung 3 beabstandet angeordnete zweite Erwärmungseinrichtung 4 auf. Jede der Erwärmungseinrichtungen 3, 4 ist mit einem oberhalb des Förderweges des Stahlbands 2 angeordneten Induktor 5, 6 ausgestattet. Ein zweiter Induktor 7, 8 ist jeweils unterhalb des Förderwegs des Stahlbands 2 positioniert.

Zwischen den Erwärmungseinrichtungen 3, 4 läuft das Stahlband 2 über eine Förderrolle 9, deren Drehachse 10 quer zur Förderrichtung F ausgerichtet ist. Die Förderrolle 9 wird über einen Antrieb 11 rotierend angetrieben und ist in wassergekühlten Lagern 12, 13 gelagert.

Die sich über mehr als die Breite des Förderweges des Stahlbandes erstreckende Umfangswand 14 der hülsenartig ausgebildeten, einen leeren Innenraum 15 aufweisenden Förderrolle 9 besteht aus einem Keramikwerkstoff. Dessen Temperaturbeständigkeit ist so beschaffen, daß er die vom im Förderbetrieb auf der Förderolle 9 aufliegenden Stahlband 2 abgegebene Wärme ohne die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes infolge einer übermäßigen Erwärmung aufnehmen kann. Eine direkte Kühlung der Förderolle 9 durch Kühlflüssigkeit ist nicht vorgesehen. Statt dessen ist die Wasserkühlung auf die Lager 12, 13, in denen die Förderrolle 9 drehbar gelagert ist, und den Antriebsstrang 16 beschränkt, über den die vom Antrieb 11 erzeugte Drehbewegung auf die Förderolle 9 übertragen wird.

BEZUGSZEICHEN

1

Vorrichtung zum induktiven Erwärmen

2

Stahlband

3

Erwärmungseinrichtung

4

Erwärmungseinrichtung

5

,

6

Induktoren

7

,

8

Induktoren

9

Förderrolle

10

Drehachse der Förderrolle

9

11

Antrieb der Förderolle

9

12

,

13

Lager

14

Umfangswand

15

Innenraum der Förderolle

9

16

Antriebsstrang
F Förderrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken (2) mit einer Erwärmungseinrichtung (3, 4), welche ein elektromagnetisches, die Erwärmung des Werkstücks (2) bewirkendes Feld erzeugt, und einer Fördereinrichtung, welche das Werkstück (2) mittels mindestens einer im Wirkungsbereich des von der Erwärmungseinrichtung (3, 4) erzeugten elektromagnetischen Feldes angeordneten Förderrolle (9), durch die Erwärmungseinrichtung (3, 4) bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die im Wirkungsbereich des elektromagnetischen Feldes liegenden Abschnitte (14) der Förderrolle (9) aus Keramikwerkstoff hergestellt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrolle (9) hülsenartig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand der Förderrolle (9) aus Keramikwerkstoff hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei in Förderrichtung (F) des Werkstücks (2) beabstandet zueinander angeordnete Erwärmungseinrichtungen (3, 4) aufweist, zwischen denen eine Förderrolle (9) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein gegossenes Stahlband (2), eine Stahl-Dünnbramme oder eine Stahl-Bramme ist.