DE102011050243A1

DE102011050243A1 - Vorrichtung und Verfahren zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts

Info

Publication number: DE102011050243A1
Application number: DE102011050243A
Authority: DE
Inventors: Marc Blumenau; Rudolf Schönenberg; Karsten Machalitza; Dipl.-Ing. Zeizinger Sabine; Michael Peters; Martin Norden
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-11-15
Also published as: JP2014514458A; WO2012152508A1; KR20140024918A; CA2834637C; CN103562419A; EP2707516A1; JP6198718B2; CA2834637A1; US20140203482A1; KR101885343B1; US9551046B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts (S). Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst dabei eine indirekt beheizte Glühofenkammer (1), eine Fördereinrichtung zum kontinuierlichen Fördern des Stahlflachprodukts (S) über einen von einem Eingang (5) der Glühofenkammer (1) zu einem Ausgang (6) der Glühofenkammer (1) führenden Förderweg (4) und eine Düsenanordnung (D1, D2) zum Einspeisen von in Bezug auf das Stahlflachprodukt (S) reaktivem Atmosphären-Gas in die Glühofenkammer (1). Um auf besonders wirtschaftliche, betriebsichere Weise eine gezielte, im Durchlauf erfolgende Behandlung des jeweiligen Stahlflachprodukts durchzuführen, sieht die Erfindung vor, dass eine erste Düsenanordnung (D1), aus der während der Behandlung ein Gasstrahl (G) austritt, der eine in Richtung des Eingangs (5) der Glühofenkammer (1) gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) überstreichende erste Gasströmung (G1) bewirkt, und eine zweite Düsenanordnung (D2) vorgesehen sind, aus der während der Behandlung ein Gasstrahl (G) austritt, der eine in Richtung des Ausgangs (6) der Glühofenkammer (1) gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) überstreichende zweite Gasströmung (G2) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts, mit einer indirekt beheizten Glühofenkammer, mit einer Fördereinrichtung zum kontinuierlichen Fördern des Stahlflachprodukts über einen von einem Eingang der Glühofenkammer zu einem Ausgang der Glühofenkammer führenden Förderweg und mit Düsenanordnungen zum Einspeisen von in Bezug auf das Stahlflachprodukt reaktivem Atmosphären-Gas in die Glühofenkammer.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln eines Stahlflachprodukts, bei dem das Stahlflachprodukt im kontinuierlichen Durchlauf durch eine indirekt beheizte Glühofenkammer von deren Eingang zu deren Ausgang gefördert wird, wobei in der Glühofenkammer eine in Bezug auf das Stahlflachprodukt reaktive Atmosphäre aufrechterhalten wird, die über Düsenanordnungen in die Glühofenkammer eingebracht wird.
Wenn hier von ”Stahlflachprodukten” die Rede ist, dann sind damit aus Stahl bestehende Walzerzeugnisse gemeint, die beispielsweise als Stahlband, Stahlblech oder daraus gewonnenen Zuschnitten vorliegen.
Unter anderem ist es aus der DE 25 22 485 A1 bekannt, dass durch eine Oxidation die Oberflächenreaktivität von Stahlbändern gezielt konditioniert werden kann. So lassen sich auch solche Stahlflachprodukte, die aufgrund der Zusammensetzung ihres Stahls im unbehandelten Zustand nicht mit der notwendigen Reproduzierbarkeit und Fehlerfreiheit beschichtet werden können, nach einer gezielten Oberflächenoxidation durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht belegen.
Zu den auf diesem Wege mit einer solchen vor Korrosion schützenden Schicht beschichtbaren Produkten gehören beispielsweise Bänder oder Bleche, die aus hochfesten Stählen, so genannten ”Advanced High Strength Steels” (AHSS), bestehen. Solche Stähle enthalten neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen typischerweise (in Gew.-%) C: 0,01–0,22%, Mn: 0,5–3,0%, Si: 0,2–3,0%, Al: 0,005–2,0%, Cr: bis zu 1,0%, Mo: bis zu 1,0%, Ti: bis zu 0,2%, V: bis zu 0,4%, Nb: bis zu 0,2%, Ni: bis zu 1,0%.
Aufgrund ihrer technischen Bedeutung sind viele Versuche gemacht worden, die für die Beschichtung mit dem metallischen Schutzüberzug erforderlichen Vorbehandlungsschritte mit den jeweils zur Verfügung stehenden Mitteln wirtschaftlich durchzuführen.
Eine anlagentechnologisch besondere Herausforderung stellte dabei das Voroxidieren von Stahlflachprodukten in indirekt beheizten Durchlauföfen, so genannten ”Radiant Tube Furnace” kurz ”RTF”, dar. Bei Öfen des RTF-Typs werden im Gegensatz zu Öfen, bei denen eine offene Flamme direkt gegen das zu behandelnde Stahlflachprodukt gerichtet und durch Veränderung des zur Verbrennung kommenden Gas-Luft-Gemisches das Oxidationspotential in der das Band im Ofen umgebenden Atmosphäre beeinflusst wird, keine gasbeheizten Brenner verwendet. Stattdessen erfolgt die Erwärmung des Stahlbands über Wärmestrahler, die längs des Förderwegs des Stahlflachprodukts durch die Glühofenkammer des jeweiligen Ofens angeordnet sind.
Um in der Praxis auch in einem indirekt beheizten Durchlaufofen die gewünschte Oxidation der Oberfläche des jeweils zu beschichtenden Stahlflachprodukts zu ermöglichen, ist in der DE 10 2004 059 566 B3 vorgeschlagen worden, die Glühung in einem RTF-Ofen in drei Schritten abzuwickeln. Der erste Glühschritt wird dabei so ausgeführt, dass eine Diffusion von wesentlichen Legierungsbestandteilen an die Oberfläche des Bandes weitestgehend verhindert wird. Im folgenden Schritt wird dann gezielt eine wirksame Eisenoxidschicht gebildet, die verhindert, dass bei der abschließend erhöhten Glühtemperatur weitere Legierungsbestandteile an die Oberfläche gelangen. So kann bei der nachfolgenden Glühbehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre eine Reineisenschicht entstehen, die für eine vollflächige und fest haftende Beschichtung aus Zink und/oder Aluminium sehr gut geeignet ist.
Das voranstehend beschriebene Verfahren setzt voraus, dass die Voroxidation innerhalb einer abgeschlossenen Reaktionskammer stattfindet, in welche z. B. O₂ als Oxidationsmittel eingespeist wird. Allgemein besteht hier bei Öfen des RTF-Typs das Problem, die Glühofenkammer, in der die Oxidation stattfinden soll, im Bereich ihres Ausgangs und Eingangs gegenüber der Umgebung bzw. einer im Anschluss durchlaufenen weiteren Glühkammer abzuschotten, in der eine andere Atmosphäre herrscht. Die Herausforderung besteht hierbei darin, die aneinander angrenzenden Kammern des Glühofens so gegeneinander abzugrenzen, dass die in den Kammern herrschenden unterschiedlichen Atmosphären nicht durch die jeweils andere Atmosphäre in einem über ein Toleranzvolumen hinausgehenden Maße verunreinigt werden. Soll in der Kammer, die sich an die Glühofenkammer, in der die Oxidation durchgeführt wird, anschließt, eine Reduktionsbehandlung durchgeführt werden, so muss sowohl das Entweichen des in die Oxidationskammer eingespeisten Oxidationsmittels in die Reduktionskammer als auch das Eindringen der reduktiven Atmosphäre von der Reduktionskammer in die Oxidationskammer verhindert werden. Andernfalls kann über unerwünschte Nebenreaktionen das Behandlungsergebnis und damit einhergehend das Ergebnis der nach der Glühbehandlung durchgeführten Beschichtung nachhaltig verschlechtert oder die Beherrschbarkeit der einzelnen Glühschritte erschwert werden. Beides schränkt die Prozessstabilität ein und kann einen Mehrverbrauch an Prozessgasen nach sich ziehen.
Aus der WO 2009/030823 A1 ist eine Möglichkeit der Einspeisung eines oxidativen Gasmediums mittels geschlitzter oder aufgebohrter Strahlrohre in einem Durchlaufofen nach RTF-Bauart bekannt.
In der JP 2003-342645 A ist zudem ein Beispiel dafür erläutert, wie eine abgeschlossene Oxidationszone in einem in Kammerbauweise ausgestalteten Glühofen verwirklicht werden kann. Unerwünschtes Verunreinigen der Reduktionsatmosphäre durch O₂ soll hier durch eine mechanische Abdichtung in Form von Abquetschrollen sowie durch einen Unterdruck innerhalb der Oxidationskammer vermieden werden. Diese Verfahren besitzen den Nachteil, dass unvermeidbar für die Reduktionsbehandlung benötigter Wasserstoff aus der Reduktionszone in den Oxidationsbereich eingezogen wird. Infolgedessen bildet sich in der Oxidationszone Wasser. Diese Reaktion bindet in der Oxidationszone vorhandenen Sauerstoff ab, welcher folglich nicht mehr für die eigentlich gewollte Oxidation der Stahlflachproduktoberfläche zur Verfügung steht. Eine gezielte Steuerung der Oxidation der Stahlflachproduktoberfläche ist somit im praktischen Gebrauch nur schwer zu regeln. Insbesondere erweist es sich als schwierig, bei Lastwechseln die Anlageleistung konstant zu halten. Benetzungsstörungen oder mangelnde Haftung durch den Schmelztauchüberzug können daraus resultieren. Hinzukommt, dass das Oxidationsmedium bei konventioneller Einspeisung mittels geschlitzter oder gelochter Strahlrohre nur einen schwachen Impuls besitzt und somit von der Gasströmung im Ofeninnenraum verschleppt werden kann, bevor es die Stahlflachproduktoberfläche erreicht.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit denen es auf wirtschaftliche, betriebsichere Weise möglich ist, eine gezielte, im Durchlauf erfolgende Behandlung des jeweiligen Stahlflachprodukts durchzuführen.
In Bezug auf die Vorrichtung ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass eine solche Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
Genauso ist die voranstehend genannte Aufgabe in Bezug auf das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass bei der im Durchlauf erfolgenden Behandlung eines Stahlflachprodukts die in Anspruch 11 angegebenen Arbeitsschritte absolviert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch eine geeignete Strömungsführung und Einstellung der Oxidationsatmosphäre im Inneren der Glühofenkammer eine Abdichtung der Kammer erzielt werden kann. Somit kann auf eine mechanische Abdichtung mittels Rollen oder ähnlichen Maßnahmen, wie eine Absaugung am Ein- oder Ausgang der Ofenkammer, verzichtet werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts umfasst zu diesem Zweck eine indirekt beheizte Glühofenkammer, durch die eine Fördereinrichtung zum kontinuierlichen Fördern des Stahlflachprodukts über einen von einem Eingang der Glühofenkammer zu einem Ausgang der Glühofenkammer führenden Förderweg führt.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Düsenanordnung zum Einspeisen von in Bezug auf das Stahlflachprodukt reaktivem Atmosphären-Gas in die Glühofenkammer auf.
Erfindungsgemäß ist eine erste Düsenanordnung, aus der während der Behandlung ein Gasstrahl austritt, der eine in Richtung des Eingangs der Glühofenkammer gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts überstreichende Gasströmung bewirkt, und eine zweite Düsenanordnung vorgesehen, aus der während der Behandlung ein Gasstrahl austritt, der eine in Richtung des Ausgangs der Glühofenkammer gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts überstreichende Gasströmung bewirkt.
Die in einem erfindungsgemäßen Ofen vorhandenen Düsenanordnungen sind somit so ausgebildet, dass sie innerhalb der Glühofenkammer einerseits eine Gasströmung, die gegen den Eingang der Glühofenkammer gerichtet ist, und andererseits eine Gasströmung erzeugen, die gegen den Ausgang der Glühofenkammer gerichtet ist. Entscheidend ist dabei, dass die Gasströmungen gleichzeitig so ausgerichtet, konzentriert und dimensioniert sind, dass ihre Strömungsenergie ausreicht, den Aus- oder Eingang zu erreichen und gleichzeitig das zu behandelnde Stahlflachprodukt zu überstreichen.
Dementsprechend werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Behandeln eines Stahlflachprodukts, bei dem das Stahlflachprodukt im kontinuierlichen Durchlauf durch eine indirekt beheizte Glühofenkammer von deren Eingang zu deren Ausgang gefördert wird, wobei in der Glühofenkammer eine in Bezug auf das Stahlflachprodukt reaktive Atmosphäre aufrechterhalten wird, die über Düsenanordnungen in die Glühofenkammer eingebracht wird, erfindungsgemäß mindestens folgende Arbeitsschritte absolviert:
Mit einer der Düsenanordnungen wird eine erste gegen den Eingang der Glühofenkammer gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts überstreichende Gasströmung und mit einer zweiten Düsenanordnung eine zweite gegen den Ausgang der Glühofenkammer gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts überstreichende Gasströmung erzeugt. Diese innerhalb der Glühofenkammer in zwei entgegengesetzte Richtungen strömenden Gasströmungen sind somit gegen die Umgebungsatmosphäre oder eine in einer sich an die Glühofenkammer anschließenden weiteren Kammer vorhandene Atmosphäre gerichtet, die an der Eingangs- oder Ausgangsöffnung der Glühofenkammer anstehen. Gleichzeitig sorgen die Gasströmungen für einen intensiven Kontakt zwischen dem zu behandelnden Stahlflachprodukt und der die gewünschte Reaktion am Stahlflachprodukt hervorrufenden Ofenatmosphäre.
Vorzugsweise wird die Einspeisung des die Atmosphäre in der Glühofenkammer bildenden Gases so vorgenommen, dass im Behandlungsbetrieb in der Glühofenkammer ein Überdruck von mindestens 0,001 bar gegenüber dem Umgebungsdruck aufrechterhalten ist. In Folge dieses Überdrucks ist das Eindringen von Umgebungsatmosphäre oder der Atmosphäre einer angrenzenden Kammer in die Glühofenkammer grundsätzlich erschwert. Zu diesem Zweck kann eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, die den Zustrom an Atmosphären-Gas zur Glühofenkammer in geeigneter Weise regelt, um den gewünschten Überdruck aufrechtzuerhalten. Der Überdruck in der Glühofenkammer gegenüber der Umgebung sollte dabei 100 mbar nicht überschreiten, da andernfalls die Gefahr besteht, dass zu große Mengen der Glühofenkammer-Atmosphäre durch den Ein- oder den Ausgang abströmen.
Grundsätzlich ist es denkbar, zur erfindungsgemäßen Erzeugung der Gasströmungen in der Glühofenkammer Düsenbalken mit einer oder mehreren Austrittsöffnungen, beispielsweise in Kombination mit Strömungsleiteinrichtungen, wie Leitblechen, zu positionieren, durch die die aus den Düsenbalken austretende Gasströmung in geeigneter Weise über das zu behandelnde Stahlflachprodukt in Richtung des ihm jeweils zugeordneten Ein- oder Ausgangs der Glühofenkammer geleitet wird.
Eine Ausgestaltung, die eine besonders präzise und gleichzeitig sowohl einfach an die jeweiligen räumlichen oder verfahrenstechnischen Erfordernisse anpassbare Führung der erfindungsgemäß in der Glühofenkammer erzeugten Gasströmungen ermöglicht, ergibt sich dann, wenn die Düsenanordnungen einzelne Düsen umfassen, die jeweils einen konzentrierten Gasstrahl ausbringen, der in Bezug auf die Laufrichtung des zu behandelnden Stahlflachprodukts unter jeweils einem bestimmten Anströmwinkel ausgerichtet ist. Mit Hilfe solcher individuellen Düsen können innerhalb der Glühofenkammer auf einfache Weise hoch turbulent strömende Gasströmungen erzeugt werden, die in intensivem Kontakt mit dem zu behandelnden Stahlflachprodukt kommen und so mit hoher Intensität die gewünschte Reaktion an den Oberflächen des Stahlflachprodukts bewirken.
Die Düsen der Düsenanordnungen können dabei in Bezug auf den Förderweg des Stahlflachprodukts jeweils individuell so einstellbar sein, dass eventuelle Strömungsverluste oder eine abnehmende Konzentration der sich in der Glühofenkammer ausbildenden Gasströmungen in Richtung des Ein- oder Ausgangs der Glühofenkammer durch einen entsprechenden im Verlauf der Strömung jeweils neu hinzutretenden Impuls des aus der jeweiligen Düse austretenden Gasstrahls ausgeglichen bzw. korrigiert werden. Hierzu können einerseits jeweils zwei oder mehr Düsen der jeweiligen Düsenanordnung längs des Förderwegs des zu behandelnden Stahlflachprodukts in geeigneten Abständen verteilt und andererseits die Anströmwinkel der aus den Düsen einer Düsenanordnung austretenden Gasstrahlen betragsmäßig im Bereich von 0° bis 90° variiert sein.
Besonders geeignet als Düsen für das Einbringen konzentrierter Gasstrahlen zwecks Erzeugung der erfindungsgemäß angestrebten Gasströmungen in die Glühofenkammer haben sich so genannte ”Jet-Rohre” erwiesen, wie sie beispielsweise in der DE 10 2004 047 985 A1 beschrieben sind.
Ein besonders intensiver Austausch zwischen der jeweiligen Gasströmung und dem zu behandelnden Stahlflachprodukt ergibt sich dann, wenn die Gasströmungen spiralförmig um das zu behandelnde Band umlaufen. Um eine solche spiralförmige, insbesondere hoch turbulent strömende Gasströmung zu erzeugen, kann es zweckmäßig sein, die Düsen mindestens einer der Düsenanordnungen so auszurichten, dass mindestens eine dieser Düsen einen Gasstrahl ausbringt, der in Richtung der Unterseite des zu behandelnden Stahlflachprodukts gerichtet ist, während mindestens eine andere Düse einer der Düsenanordnungen einen Gasstrahl ausbringt, der in Richtung der Oberseite des zu behandelnden Stahlflachprodukts gerichtet ist. Optimalerweise ist dabei eine an der einen Längsseite des Förderwegs zur Unterseite des zu behandelnden Stahlflachprodukts gerichtete Düse, deren Gasstrahl die Gasströmung unter das zu behandelnde Stahlflachprodukt lenkt, einer an der anderen Längsseite positionierten Düse zugeordnet, deren Gasstrahl auf die Oberseite des zu behandelnden Stahlflachprodukts gerichtet ist, um den Gasstrahl zur Oberseite des zu behandelnden Stahlflachprodukts zu lenken.
Unterstützt werden kann die Ausbildung der gewünschten spiralförmig das zu behandelnde Stahlflachprodukt umströmenden Gasströmungen zusätzlich dadurch, dass die Längsseitenflächen der Glühofenkammer im Querschnitt gesehen konkav gewölbt sind. An den konkav, insbesondere einer regelmäßigen Krümmung folgend eingewölbten Längsseitenflächen werden die auf die Längsseitenwände treffenden Gasströmungen bei minimierten Strömungsverlusten so abgelenkt, dass sich eine besonders gleichmäßige um das Stahlflachprodukt umlaufende Strömungswalze bildet.
Durch die Anordnung und Ausrichtung der Düsen der erfindungsgemäß vorgesehenen Düsenanordnungen kann zusätzlich der Ausgangspunkt bestimmt werden, von dem aus die jeweilige Gasströmung in Richtung des Eingangs oder Ausgangs der Glühofenkammer strömt. Abhängig von dem Druck der Atmosphäre, die am Ein- bzw. Ausgang jeweils ansteht, kann es dabei zweckmäßig sein, den Ursprung der Gasströmungen längs des Förderwegs des zu behandelnden Stahlflachprodukts in Richtung des Eingangs oder des Ausgangs zu verschieben. Eine regelungstechnisch besonders gut beherrschbare Konstellation ergibt sich dabei dann, wenn in Bezug auf die Längserstreckung der Glühofenkammer die zum Eingang gerichtete Gasströmung und die zum Ausgang gerichtete Gasströmung jeweils in der Mitte der Glühofenkammer ihren Ursprung haben.
Optimale Strömungsverhältnisse innerhalb der erfindungsgemäß ausgebildeten Glühofenkammer ergeben sich dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Düsenanordnungen jeweils austretenden Gasstrahlen 60–180 m/s beträgt.
Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung für sämtliche im Durchlauf erfolgenden Behandlungen von Stahlflachprodukten, bei denen durch den intensiven Kontakt des jeweils durch die indirekt beheizte Glühofenkammer geförderten Stahlflachprodukts mit einer gezielt vorgegebenen Ofenatmosphäre ein besonderer Zustand der Oberfläche des Stahlflachprodukts hergestellt werden soll.
Als besonders effektiv erweist sich der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dann, wenn sie mehrere Ofenkammern umfasst, die nacheinander vom zu behandelnden Stahlflachprodukt durchlaufen werden, wobei mindestens eine der Ofenkammern in der hier erläuterten erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in eine Linie zum Vorbereiten eines Stahlflachprodukts für ein Schmelztauchbeschichten eingebunden sein. Hierzu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung neben der in der hier erläuterten erfindungsgemäßen Weise mit Düsen versehenen Ofenkammer mindestens mit einer weiteren Ofenkammer kombiniert sein, in der das zu behandelnde Stahlflachprodukt eine weitere Behandlung unter einer Atmosphäre durchläuft, die sich von der Atmosphäre der erfindungsgemäß ausgebildeten erstgenannten Glühofenkammer unterscheidet.
Bevorzugt ist dabei die erfindungsgemäß ausgebildete Ofenkammer zwischen zwei Glühofenkammern angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Stahlflachprodukt in der der erfindungsgemäß ausgebildeten Glühofenkammer vorgelagerten Glühkammer zunächst auf eine für die Behandlung in der erfindungsgemäß ausgebildeten Glühofenkammer erforderliche Temperatur gebracht wird, anschließend durch die erfindungsgemäß ausgebildete Glühofenkammer geleitet wird und daraufhin in die der erfindungsgemäß ausgebildeten Glühofenkammer nachgelagerte weitere Glühofenkammer gelangt, wo es eine abschließende Behandlung erfährt.
Für die Vorbereitung eines Stahlflachprodukts für das Schmelztauchbeschichten kann es beispielsweise zweckmäßig sein, vor oder hinter der erfindungsgemäß ausgebildeten Ofenkammer eine weitere Kammer anzuordnen. Dabei kann beispielsweise die Oberfläche des Stahlflachprodukts für eine nachfolgende Schmelztauchbeschichtung mit einer metallischen Schutzschicht zunächst oxidiert und anschließend reduziert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in diesem Fall eine Behandlungslinie sein, in der das zu beschichtende Stahlband zunächst in der erfindungsgemäß mit Düsen bestückten ersten Glühofenkammer des indirekt beheizten Glühofens oxidiert und anschließend in einer unmittelbar an den Ausgang der zum Oxidieren verwendeten Glühofenkammer anschließenden zweiten Kammer des indirekt beheizten Glühofens einer Reduktionsbehandlung unterzogen wird. Genauso kann der erfindungsgemäß ausgebildeten Ofenkammer eine weitere Kammer vorgelagert sein, in der das Stahlflachprodukt zunächst unter einer reduzierend wirkenden Atmosphäre wärmebehandelt wird, um dann in der erfindungsgemäßen Kammer einer Oxidation und in einer daran anschließenden Ofenkammer wieder einer reduzierenden Wärmebehandlung unterzogen zu werden. Die Separation der Oxidationsatmosphäre in der erfindungsgemäß ausgebildeten Oxidationskammer von der Reduktionsatmosphäre in der vor- oder nachgelagerten Reduktionskammer erfolgt dabei jeweils durch die in der Oxidations-Glühofenkammer erfindungsgemäß erzeugte, gegen den Ausgang der Oxidations-Glühofenkammer strömende Gasströmung, unterstützt durch den in der Oxidations-Glühofenkammer ebenfalls erfindungsgemäß aufrechterhaltenen Überdruck.
Im Fall, dass die erfindungsgemäß ausgebildete Glühofenkammer zum Oxidieren des Stahlbands genutzt werden soll, sind die Düsen der erfindungsgemäß vorgesehenen Düsenanordnungen an eine N₂- und eine O₂-Versorgung angeschlossen. Der in die jeweilige Düse einströmende N₂- oder O₂-Gasstrom ist dabei vorteilhafterweise einstellbar, um die Zusammensetzung der in der Glühofenkammer erzeugten Atmosphäre gezielt einstellen zu können. Typischerweise besteht dabei der über in die Düsen der zum Oxidieren vorgesehenen, erfindungsgemäß ausgestatteten Glühofenkammer eingebrachte Gasstrahl aus einem N₂/O₂-Gemisch, das zum wesentlichen Teil aus N₂ mit einem O₂-Anteil von 0,01–20 Vol.-% besteht. Optimale Wirkungen ergeben sich dabei in der Praxis dann, wenn der Sauerstoff-Anteil des N₂/O₂-Gemischs 0,01–5 Vol.-% beträgt.
Die Reaktion des zu behandelnden Stahlflachprodukts mit der in der erfindungsgemäß ausgebildeten Glühofenkammer vorhandenen Atmosphäre kann dadurch unterstützt werden, dass die Temperatur des zu behandelnden Stahlflachprodukts beim Durchlauf durch die Glühofenkammer im Bereich von 450–950°C gehalten wird. Temperaturverluste des Stahlflachprodukts durch den Kontakt mit den aus den erfindungsgemäß vorgesehenen Düsenanordnungen ausströmenden Gasstrahlen können dabei dadurch verhindert werden, dass die Temperatur der in die Glühofenkammer eingebrachten Gasstrahlen 100–1050°C beträgt.
Mit der Erfindung steht somit eine Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts zur Verfügung, bei deren für die Praxis besonders wichtigen Ausgestaltung durch Verwendung von geeigneten, im Inneren der Glühofenkammer angebrachten Düsen, beispielsweise so genannter Jet-Rohre, ein Reaktionsmedium, z. B. ein Oxidationsmedium, wie O₂ oder ein N₂/O₂-Gemisch, so hoch turbulent aufgegeben wird, dass mindestens zwei auseinander laufende spiralförmige Gasströmungen entstehen. Diese spiralförmigen Strömungen umströmen das durch die Glühofenkammer laufende Stahlflachprodukt. Um die spiralförmige Strömung innerhalb der Glühofenkammer zu erzeugen, werden vorzugsweise drei oder mehr Düsenanordnungen in der Glühofenkammer verwendet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts in Draufsicht;
2 die Vorrichtung gemäß 1 in einem Schnitt entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie X-X.
Die Vorrichtung V zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln des als kalt- oder warmgewalzten Stahlband vorliegenden Stahlflachprodukts S umfasst eine erste Glühofenkammer 1, in der das Stahlflachprodukt S einer Oxidationsbehandlung unterzogen wird, eine unmittelbar vor der ersten Glühofenkammer 1 angeordnete zweite Glühkammer 2a und eine an die Glühofenkammer 1 angeschlossene zweite Glühofenkammer 2b. In den Glühofenkammern 2a, 2b wird das Stahlflachprodukt S einer Reduktionsbehandlung unterzogen. Die Glühofenkammern 1, 2a, 2b sind Teil eines indirekt beheizten Glühofens 3 des RTF-Typs, in dessen Mitte die Glühofenkammer 1 sitzt.
Das jeweils zu behandelnde Stahlflachprodukt S wird durch den Glühofen 3 in konventioneller Weise mittels einer der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellten Fördereinrichtung auf einem linear horizontal verlaufenden Förderweg 4 durch die Glühofenkammern 1, 2a, 2b transportiert und tritt dabei in Förderrichtung F von der Glühofenkammer 2a kommend über einen an der einen Stirnseite der Glühofenkammer 1 ausgebildeten Eingang 5 in die Glühofenkammer 1 ein. Über den an der gegenüberliegenden Stirnseite der Glühofenkammer 1 angeordneten Ausgang 6 verlässt das Stahlflachprodukt S die Glühofenkammer 1 wieder und tritt in die unmittelbar darauf folgende Kammer 2b des Glühofens 3 ein. Der Eingang 5 der Glühofenkammer 1 bildet so den Ausgang der ihr vorgelagerten Glühofenkammer 2a. Genauso bildet der Ausgang 6 der Glühofenkammer 1 gleichzeitig den Eingang der nachfolgend durchlaufenen Glühofenkammer 2b.
Die Innenflächen 7, 8 der Längswände 9, 10 der Glühofenkammer 1 sind von deren Innenraum her gesehen mit einer gleichmäßigen Krümmung konkav eingewölbt.
In der Glühofenkammer 1 sind in Förderrichtung F entlang des Förderwegs 4 verteilt Düsenanordnungen D1, D2 vorgesehen. Die erste Düsenanordnung D1 umfasst dabei sechs einzelne Düsen 11–16, während die zweite Düsenanordnung D2 fünf einzelne Düsen 17–21 umfasst.
Die Düsen 11–16 der Düsenanordnung D1 sind längs des Förderwegs 4 so positioniert, dass die erste Düse 11 in unmittelbarer Nachbarschaft des Eingangs 5, die sechste Düse 16 in unmittelbarer Nachbarschaft des Ausgangs 6 der Glühofenkammer 1 und die restlichen vier Düsen 12–15 in gleichmäßigen Abständen zueinander verteilt zwischen den Düsen 11 und 16 positioniert sind.
In vergleichbarer Weise sind die Düsen 17–21 der Düsenanordnung D2 auf der gegenüberliegenden Seite des Förderwegs 4 so positioniert, dass die erste Düse 17 benachbart zum Eingang 5, die fünfte Düse 21 benachbart zum Ausgang 6 der Glühofenkammer 1 und die restlichen drei Düsen 18–20 in gleichmäßigen Abständen zueinander verteilt zwischen den Düsen 17 und 21 positioniert sind. In Förderrichtung F betrachtet sitzen die Düsen 17–21 auf diese Weise jeweils in dem Abschnitt des Förderwegs, in dem zwischen zwei Düsen 11–16 der Düsenanordnung D1 jeweils ein Freiraum vorhanden ist.
Wie in 1 beispielhaft für die Düsen 17–21 der Düsenanordnung D2 gezeigt, sind die beispielsweise als Jet-Rohre bekannter Bauart ausgebildeten Düsen 11–21 jeweils an eine N₂-Versorgung 22 und eine O₂-Versorgung 23 angeschlossen. Der Zufluss an N₂ und O₂ zu den Düsen 11–21 und damit das als konzentrierter Gasstrahl G jeweils aus den Düsen 11–21 austretende Gasgemisch können dabei individuell für jede Düse 11–21 über Ventile 24, 25 eingestellt werden.
Genauso kann für jede Düse 11–21 sowohl der Anströmwinkel α, unter dem der von der jeweiligen Düse 11–21 abgegebene Gasstrahl G in Draufsicht gesehen (1) das zu behandelnde Stahlflachprodukt S anströmt, als auch der Anstellwinkel β, unter dem der Gasstrahl im Querschnitt gesehen (2) auf das Stahlflachprodukt S trifft, individuell eingestellt werden.
Der jeweils auf eine quer zur Förderrichtung F ausgerichtete Ebene bezogene Anströmwinkel α der Düsen 11–16 ist betragsmäßig im Winkelbereich von 30° bis 85° variiert, wobei die dem Eingang 5 zugeordnete Düse 11 unter einem Anströmwinkel α von ca. 30° in Richtung des Eingangs 5 und die dem Ausgang 6 zugeordnete Düse 16 in entgegengesetzter Richtung ebenfalls unter einem Anströmwinkel α von 30° in Richtung des Ausgangs 6 ausgerichtet ist. Ebenso sind die in Förderrichtung F auf die Düse 11 folgenden Düsen 12, 13 unter einem Anströmwinkel α in Richtung des Eingangs 5 gerichtet, wobei der Anströmwinkel α der Düse 12 größer als der Anströmwinkel α der Düse 11 und der Anströmwinkel α der Düse 13 mit ca. 85° wiederum größer als der Anströmwinkel α der Düse 12 ist. Die auf die Düse 13 in Förderrichtung F folgenden Düsen 14, 15 sind dagegen wie die Düse 16 in Richtung des Ausgangs 6 der Glühofenkammer 1 gerichtet. Dabei entspricht jeweils betragsmäßig der Anströmwinkel α der Düse 14 wieder dem Anströmwinkel α der Düse 13 und der Anströmwinkel α der Düse 15 dem Anströmwinkel α der Düse 12.
Der ebenfalls jeweils auf eine quer zur Förderrichtung F ausgerichtete Ebene bezogene Anströmwinkel α der Düsen 17–21 ist betragsmäßig im Winkelbereich von 0° bis 30° variiert, wobei die dem Eingang 5 zugeordnete Düse 17 unter einem Anströmwinkel α von ca. 30° in Richtung des Eingangs 5 und die dem Ausgang 6 zugeordnete Düse 21 in entgegengesetzter Richtung ebenfalls unter einem Anströmwinkel α von ca. 30° in Richtung des Ausgangs 6 ausgerichtet ist. Ebenso ist die in Förderrichtung F auf die Düse 17 folgende Düse 18 unter einem Anströmwinkel α in Richtung des Eingangs 5 gerichtet, wobei der Anströmwinkel α der Düse 18 größer als der Anströmwinkel α der Düse 17 ist. Die in Förderrichtung F vor der Düse 21 angeordnete Düse 20 ist betragsmäßig unter demselben Anströmwinkel α in Richtung des Ausgangs 6 gerichtet. Die in der Mitte der Düsenanordnung D2 angeordnete Düse 19 ist dagegen unter einem Anströmwinkel α von 0° zum Förderweg 4 ausgerichtet, so dass der aus dieser Düse 19 austretende Gasstrahl G das zu behandelnde Stahlflachprodukt S unter einem rechten Winkel trifft.
Gleichzeitig sind die Düsen 11–16 der Düsenanordnung D1 zur Unterseite US des Stahlflachprodukts S gerichtet und die Düsen 17–21 der Düsenanordnung D2 zur Oberseite OS des Stahlflachprodukts S gerichtet.
Durch diese Anordnung der Düsen 11–21 bilden die aus den Düsen 11–21 austretenden Gasstrahlen G gemeinsam zwei Gasströmungen G1, G2, von denen die eine Gasströmung G1 in Form einer das zu behandelnde Stahlflachprodukt S nach Art einer spiralförmig turbulent umlaufenden Strömungswalze in Richtung des Eingangs 5 und die andere Gasströmung G2 in gleicher Weise wie das zu behandelnde Stahlflachprodukt S nach Art einer in entgegengesetzter Richtung spiralförmig turbulent umlaufenden Strömungswalze auf den Ausgang 6 der Glühofenkammer 1 zuströmt.
Der Ursprung der Gasströmungen G1, G2 liegt dabei etwa in der Mitte der Länge des Förderwegs 4 im Bereich der Düse 19, deren quer zum Förderweg 4 ausgebrachter Gasstrahl G durch den von den Gasstrahlen G der gegenüberliegend angeordneten, in Richtung des Eingangs 5 bzw. des Ausgangs 6 gerichteten Düsen 13, 14 bewirkten Impuls in zwei in entgegengesetzte Richtungen strömende Teilströme geteilt wird, aus denen sich die Gasströmungen G1, G2 bilden.
Durch jeden der aus den Düsen 13, 18, 12, 17 und 11 austretenden Gasstrahlen G erhält die Gasströmung G1 einen neuen Impuls und zusätzlichen Volumenstrom, so dass ihr spiralförmig um den Förderweg 4 und das auf ihm transportierte Stahlflachprodukt S umlaufenden Verlauf mit hoher Konzentration bis zum Eingang 5 aufrechterhalten bleibt.
Genauso führen die aus den Düsen 14, 20, 15, 21 und 16 austretenden Gasstrahlen G der Gasströmung G2 neue Strömungsenergie und zusätzliches Volumen zu, so dass die ebenfalls spiralförmig um das den Förderweg 4 und das darauf transportierte Stahlflachprodukt S umlaufende Gasströmung G2 den Ausgang 6 der Glühofenkammer 1 mit hoher Strömungsenergie erreicht.
Der Gaszufluss zu der Glühofenkammer 1 wird insgesamt so geregelt, dass in der Glühofenkammer 1 laufend ein Überdruck von mindestens 0,001 bar gegenüber der Umgebungsatmosphäre U aufrechterhalten bleibt.
Eine effektive Abdichtung der Glühofenkammer 1 gegenüber der in der in Förderrichtung vor bzw. hinter der ersten Glühofenkammer 1 angeordneten Glühofenkammern 2a, 2b vorhandenen, jeweils H₂-haltigen Reduktionsatmosphäre R1, R2 wird zudem dadurch erreicht, dass insbesondere die aus den dem Eingang 5 nächst gelegenen Düsen 11, 17 ausgebrachten Gasstrahlen G die zum Eingang 5 drängende Reduktionsatmosphäre R1 der Glühofenkammer 2a und die aus den zum Ausgang 6 nächst drängenden Düsen 16, 21 ausgebrachten Gasstrahlen G die H₂-haltige Reduktionsgasatmosphäre R2 der Glühofenkammer 2b von der Glühofenkammer 1 wegdrängen. Darüber hinaus bilden die O₂-haltigen Gasstrahlen G der Düsen 16, 21 oder die aus dem Ausgang 6 ausströmende Gasströmung G2 durch Reaktion von H₂ und O₂ außerhalb der Glühofenkammer 1 gezielt H₂O, so dass auch in den jeweiligen Gasstrahl G oder die Gasströmung G2 gelangende jeweilige Reduktionsatmosphäre R1, R2 sicher am Eindringen in die Glühofenkammer 1 gehindert wird.
Bezugszeichenliste

1: Glühofenkammer (Oxidations-Glühofenkammer)
2a: in Förderrichtung F vor der Glühofenkammer 1 angeordnete Glühofenkammer (Reduktions-Glühofenkammer)
2b: in Förderrichtung F hinter der Glühofenkammer 1 angeordnete Glühofenkammer (Reduktions-Glühofenkammer)
3: Glühofen
4: linearer Förderweg durch die Glühofenkammern 1, 2
5: Eingang der Glühofenkammer 1
6: Ausgang der Glühofenkammer 1
7, 8: Innenflächen der Längswände 9, 10
9, 10: Längswände der Glühofenkammer 1
11–16: einzelne Düsen der Düsenanordnung D1
17–21: einzelne Düsen der Düsenanordnung D2
22: N₂-Versorgung
23: O₂-Versorgung
24, 25: Ventile
α: Anströmwinkel
β: Anstellwinkel
D1, D2: Düsenanordnungen
F: Förderrichtung des Stahlflachprodukts S
G: Gasstrahlen
G1, G2: Gasströmungen
OS: Oberseite des Stahlflachprodukts S
R1: Reduktionsatmosphäre der Glühofenkammer 2a
R2: Reduktionsatmosphäre der Glühofenkammer 2b
S: Stahlflachprodukt
U: Umgebungsatmosphäre
US: Unterseite des Stahlflachprodukts S
V: Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines als kalt- oder warmgewalztes Stahlband vorliegenden Stahlflachprodukts S

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2522485 A1 [0004]
DE 102004059566 B3 [0008]
WO 2009/030823 A1 [0010]
JP 2003-342645 A [0011]
DE 102004047985 A1 [0026]

Claims

Vorrichtung zum im Durchlauf erfolgenden Behandeln eines Stahlflachprodukts (S), mit einer indirekt beheizten Glühofenkammer (1), mit einer Fördereinrichtung (F) zum kontinuierlichen Fördern des Stahlflachprodukts (S) über einen von einem Eingang (5) der Glühofenkammer (1) zu einem Ausgang (6) der Glühofenkammer (1) führenden Förderweg (4) und mit Düsenanordnungen (D1, D2) zum Einspeisen von in Bezug auf das Stahlflachprodukt (S) reaktivem Atmosphären-Gas in die Glühofenkammer (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Düsenanordnung (D1), aus der während der Behandlung ein Gasstrahl (G) austritt, der eine in Richtung des Eingangs (5) der Glühofenkammer (1) gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) überstreichende erste Gasströmung (G1) bewirkt, und eine zweite Düsenanordnung (D2) vorgesehen sind, aus der während der Behandlung ein Gasstrahl (G) austritt, der eine in Richtung des Ausgangs (6) der Glühofenkammer (1) gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) überstreichende zweite Gasströmung (G2) bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die den Zustrom an Atmosphären-Gas zur Glühofenkammer (1) derart regelt, dass im Behandlungsbetrieb in der Glühofenkammer (1) ein Überdruck von mindestens 0,001 bar gegenüber dem Umgebungsdruck (U) aufrechterhalten ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnungen (D1, D2) jeweils mindestens eine einzelne Düse (11–16; 17–21) umfassen, die einen konzentrierten Gasstrahl (G) ausbringt, der in Bezug auf die Förderrichtung (F) des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) unter jeweils einem bestimmten Anströmwinkel (α) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmwinkel (α) der aus den Düsen (11–16; 17–21) einer Düsenanordnung (D1, D2) austretenden Gasstrahlen (G) im Bereich von 0° bis 90° variiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Düsen (11–16; 17–21) individuell einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Düsen (11–16) einer der Düsenanordnungen (D1) einen Gasstrahl (G) ausbringt, der in Richtung der Unterseite (US) des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) gerichtet ist, während mindestens eine andere Düse (17–21) einer der Düsenanordnungen (D2) einen Gasstrahl (G) ausbringt, der in Richtung der Oberseite (OS) des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (11–16; 17–21) der Düsenanordnungen (D1, D2) an eine N₂- und eine O₂-Versorgung (22, 23) angeschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in die jeweilige Düse (11–16; 17–21) einströmende N₂- oder O₂-Gasstrom einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsseitenflächen (7, 8) der Glühofenkammer (1) im Querschnitt gesehen konkav gewölbt sind.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühofenkammer (1) mit mindestens einer zweiten Glühofenkammer (2) verbunden ist, in der das zu behandelnde Stahlflachprodukt (S) eine weitere Behandlung unter einer Atmosphäre (R) durchläuft, die sich von der Atmosphäre der ersten Glühofenkammer (1) unterscheidet.
Verfahren zum Behandeln eines Stahlflachprodukts (S), bei dem das Stahlflachprodukt (S) im kontinuierlichen Durchlauf durch eine indirekt beheizte Glühofenkammer (1) von deren Eingang (5) zu deren Ausgang (6) gefördert wird, wobei in der Glühofenkammer (1) eine in Bezug auf das Stahlflachprodukt (S) reaktive Atmosphäre aufrechterhalten wird, die über Düsenanordnungen (D1, D2) in die Glühofenkammer (1) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer der Düsenanordnungen (D1, D2) eine erste gegen den Eingang (5) der Glühofenkammer (1) gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) überstreichende Gasströmung (G1) erzeugt wird und dass mit einer zweiten Düsenanordnung (D1, D2) eine zweite gegen den Ausgang (6) der Glühofenkammer (1) gerichtete, die Oberfläche des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) überstreichende Gasströmung (G2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Gasströmungen (G1, G2) spiralförmig um das zu behandelnde Stahlflachprodukt (S) umlaufen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Längserstreckung der Glühofenkammer (1) die zum Eingang (5) gerichtete Gasströmung (G1) und die zum Ausgang (6) gerichtete Gasströmung (G2) jeweils in der Mitte der Glühofenkammer (1) ihren Ursprung haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den Düsen (11–16; 17–21) der Düsenanordnungen (D1, D2) jeweils austretende Gasstrahl (G) ein N₂/O₂-Gemisch ist, dessen O₂-Anteil 0,01–20 Vol.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Düsenanordnungen (D1, D2) jeweils austretenden Gasstrahlen (G) 60–180 m/s beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zu behandelnden Stahlflachprodukts (S) 450–950°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der in die Glühofenkammer (1) eingebrachten Gasstrahlen (G) 100–1050°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass während der Behandlung in der Glühofenkammer (1) ein Überdruck der reaktiven Atmosphäre von mindestens 0,001 bar gegenüber dem Umgebungsdruck aufrechterhalten wird.