DE102012007292A1 - Method and treatment section for partially refining a metal product - Google Patents
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- C23C4/18—After-treatment
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Behandlungsstrecke (10) zum abschnittsweisen Veredeln eines Metallprodukts (1). Dabei wird ein erster Abschnitt (11) des Metallprodukts durch eine thermische Behandlungsstation (2) geführt, in der ein kontrolliertes Aufheizen des Metallprodukts zum Bedingen erwünschter Materialeigenschaften erfolgt. Weiterhin wird der erste Abschnitt (11) des Metallprodukts durch eine Oberflächenbehandlungsstation (3) geführt, in der ein Vergüten einer Oberfläche des Metallprodukts erfolgt. Zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der erste Abschnitt (11) des Metallprodukts in der thermischen Behandlungsstation (2) befindet, ist ein zweiter Abschnitt (12) des Metallprodukts in der Oberflächenbehandlungsstation (3).The present invention relates to a method and a treatment section (10) for partially refining a metal product (1). In this case, a first section (11) of the metal product is passed through a thermal treatment station (2) in which a controlled heating of the metal product takes place to condition desired material properties. Furthermore, the first portion (11) of the metal product is passed through a surface treatment station (3) in which a surface of the metal product is tempered. At a time when the first portion (11) of the metal product is in the thermal treatment station (2), there is a second portion (12) of the metal product in the surface treatment station (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Behandlungsstrecke, mit denen ein Metallprodukt abschnittsweise veredelt werden kann. Die Veredelung umfasst eine thermische Behandlung und eine Oberflächenbehandlung.The invention relates to a method and a treatment line, with which a metal product can be processed in sections. The finishing includes a thermal treatment and a surface treatment.
Stand der TechnikState of the art
Bei der Wärmebehandlung von Metallen (auch als deren „thermische Behandlung” bezeichnet) werden bestimmte Werkstoffeigenschaften dadurch erzeugt, dass das Metall gewissen Temperaturen oder Temperaturverläufen ausgesetzt wird. Verfahren der Wärmebehandlung sind beispielsweise das Glühen, das Härten oder das Anlassen, mit denen das Gefüge eines Metalls, also die Anordnung der enthaltenen Kristallite, gezielt beeinflusst werden kann. Eigenschaften wie Härtegrade, Zähigkeit, Kaltverformbarkeit oder Gefügehomogenität des Metalls können auf diese Weise planvoll hervorgerufen werden.In the heat treatment of metals (also referred to as their "thermal treatment"), certain material properties are produced by exposing the metal to certain temperatures or temperature gradients. Methods of heat treatment, for example, the annealing, curing or tempering, with which the structure of a metal, so the arrangement of the crystallites contained, can be selectively influenced. Properties such as hardness, toughness, cold workability or microstructural homogeneity of the metal can be brought about in a planned way.
Mit Hilfe direkter Flammbeheizung (englisch „direct flame impingement”, kurz DFI) kann die jeweils nötige Wärmeenergie zugeführt werden. In der europäischen Patentanmeldung
Bei der direkten Flammbeheizung sind sogenannte Oxyfuel-Brenner vorteilhaft, insbesondere weil sie bei hoher Wärmeeffizienz im Vergleich zur Verwendung von Luft als Verbrennungsgas relativ wenig Brenngas verbrauchen, weniger Abgase erzeugen und ein präziseres Arbeiten erlauben. Diese Brenner arbeiten mit einem Brenngas und einem Verbrennungsgas, das einen besonders hohen Sauerstoffanteil von über 21% aufweist.In the case of direct flame heating, so-called oxy-fuel burners are advantageous, in particular because they consume relatively little fuel gas at high heat efficiency compared with the use of air as combustion gas, generate less exhaust gases and permit more precise work. These burners work with a fuel gas and a combustion gas, which has a particularly high oxygen content of over 21%.
Neben der thermischen Behandlung und in einem hiervon getrennten Verarbeitungsschritt werden Metalle oft einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Beispielsweise kann die Oberfläche durch das Aufbringen einer Schicht, wie einer Zinkschicht, vergütet werden. In addition to the thermal treatment and in a separate processing step, metals are often subjected to a surface treatment. For example, the surface may be tempered by the application of a layer, such as a zinc layer.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgt diese Vergütung, nachdem das jeweilige Metall thermisch behandelt wurde. Das erhitzte Metall wird dazu zunächst abgekühlt und dann meist in ein anderes Werk transportiert, um dort weiter behandelt zu werden. Die Produktion von Metallprodukten, insbesondere von Metallbändern, -rollen oder -folien, die sowohl eine Wärmebehandlung als auch eine Oberflächenvergütung umfasst, ist deshalb aufwendig sowohl im Hinblick auf die Zeit als auch in Bezug auf den Energieaufwand und die erforderliche Logistik.According to the prior art, this compensation takes place after the respective metal has been thermally treated. The heated metal is first cooled and then usually transported to another plant to be further treated there. The production of metal products, in particular of metal strips, rolls or foils, which includes both a heat treatment and a surface treatment, is therefore expensive both in terms of time and in terms of energy consumption and the required logistics.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, die Produktion von Metallprodukten, insbesondere von Metallbändern, -rollen oder -folien, zu vereinfachen und zu beschleunigen.The present invention therefore has the task of simplifying and accelerating the production of metal products, in particular metal strips, rolls or foils.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Behandlungsstrecke entsprechend den unabhängigen Patentansprüchen für eine abschnittsweise Veredelung eines Metallprodukts vorgeschlagen.According to the invention, a method and a treatment section according to the independent patent claims for a section-wise refinement of a metal product are proposed.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein „Metallprodukt” Insbesondere jegliche Art von Metallband, eine Metallfolie, ein Metallrohr, ein Metalldraht, ein Metallseil oder ein anderes Metallstück mit oder ohne einem dreidimensionalen Profil sein. Das Metall kann beispielsweise Stahl, Aluminium oder Kupfer oder eine Metalllegierung sein.In particular, according to the present invention, a "metal product" may be any type of metal band, a metal foil, a metal tube, a metal wire, a metal cord or other metal piece with or without a three-dimensional profile. The metal may be, for example, steel, aluminum or copper or a metal alloy.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird elf erster Abschnitt eines Metallprodukts durch eine thermische Behandlungsstation geführt. Diese Station dient dazu, an ihr befindliche Abschnitte des Metallprodukts durch ein kontrolliertes Aufheizen in Bezug auf Werkstoffeigenschaften zu beeinflussen. Wie oben beschrieben können so beispielsweise gewünschte Härtegrade, Zähigkeit, Kaltverformbarkeit und/oder Gefügehomogenität des Metallprodukts in dem betreffenden Abschnitt entsprechend dem jeweiligen Bedarf erreicht werden.According to the method of the invention, eleven first section of a metal product is passed through a thermal treatment station. This station serves to influence sections of the metal product located at it by a controlled heating with respect to material properties. As described above, for example, desired degrees of hardness, toughness, cold workability and / or structural homogeneity of the metal product in the respective section can be achieved according to the particular need.
Das Verfahren umfasst weiterhin ein Durchführen des ersten Abschnitts des Metallprodukts durch eine Oberflächenbehandlungsstation. Diese ist dazu eingerichtet, die Oberfläche eines sich an ihr befindlichen Abschnitts des Metallprodukts zu vergüten. Die Oberfläche kann dabei beispielsweise mit Metall oder Kunststoff beschichtet werden.The method further comprises passing the first portion of the metal product through a surface treatment station. This is adapted to reimburse the surface of a portion of the metal product located thereon. The surface can be coated with metal or plastic, for example.
Im ersteren Fall kann das Beschichtungsmaterial dasselbe Metall sein wie das Metallprodukt, es kann aber auch ein anderes Metall sein.In the former case, the coating material may be the same metal as the metal product, but it may be another metal.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge befindet sich ein zweiter Abschnitt des Metallprodukts zu einem Zeitpunkt in der Oberflächenbehandlungsstation, zu dem der erste Abschnitt sich in der thermischen Behandlungsstation befindet. Die Bezeichnung als „zweiter” Abschnitt bezieht sich dabei nicht auf die Reihenfolge der Behandlung in dem Veredelungsverfahren. Vielmehr kann der zweite Abschnitt vor oder nach dem ersten Abschnitt die thermische Behandlungsstation durchlaufen.According to the method of the invention, a second portion of the metal product is at a time in the surface treatment station to which the first portion is located in the thermal processing station. The term "second" section does not refer to the order of treatment in the refining process. Rather, the second section can pass through the thermal treatment station before or after the first section.
Erfindungsgemäß erfolgt die Veredelung also, indem die jeweiligen Abschnitte des Metallprodukts die beiden genannten Stationen nacheinander ohne Unterbrechung des Verarbeitungsprozesses durchlaufen. Die zugehörigen Bearbeitungsschritte sind insofern in einen einzigen Prozess integriert, als das Metallprodukt als Ganzes nicht zuerst auf die eine und dann auf die andere Weise aufbereitet, sondern abschnittsweise nacheinander sowohl wärmebehandelt als auch oberflächenveredelt wird.According to the invention, the refining thus takes place in that the respective sections of the metal product pass through the two mentioned stations in succession without interrupting the processing process. The associated processing steps are integrated into a single process insofar as the metal product as a whole is not first processed in one way and then in the other, but is successively heat-treated and surface-treated in succession.
Insbesondere kann das Verfahren in einer einzigen Kammer ausgeführt werden.In particular, the method can be carried out in a single chamber.
Je nach den jeweiligen Anforderungen an das Zielprodukt kann das Durchführen des ersten Abschnitts durch die Oberflächenbehandlungsstation vor oder nach dem Durchführen des ersten Abschnitts durch die thermische Behandlungsstation erfolgen. In jedem Fall kann thermische Energie, die in der zuerst durchlaufenen Station eingebracht wird, an der folgenden Station weitergenutzt werden, wenn der erste Abschnitt (und mit ihm weitere, im Veredelungsprozess nachfolgende Abschnitte des Metallprodukts) in noch heißem oder zumindest warmer Zustand weitergeführt wird. Somit kann Energie eingespart werden.Depending on the respective requirements of the target product, the first section may be passed through the surface treatment station before or after the first section is passed through the thermal treatment station. In either case, thermal energy introduced in the first pass through station may continue to be used at the following station, when the first section (and with it further, downstream of the finishing process, portions of the metal product) continue to be in a hot or at least warm condition. Thus, energy can be saved.
Da jeder Abschnitt gleich nach Durchlaufen einer Station weiterverarbeitet werden kann, beispielsweise also nicht erst nach einem Abkühlen oder nachdem weitere Abschnitte des Metallprodukts an derselben Station behandelt wurden, können zudem der Zeit- und der logistische Aufwand bei der Veredelung reduziert werden. So kann der bisher für einen Transport erforderliche Abkühlungsprozess zwischen zwei Verarbeitungsschritten entfallen. Wird das Metallprodukt beispielsweise von einer Rolle abgespult, muss zudem nicht erst das ganze Metallprodukt einen ersten Veredelungsschritt durchlaufen und wieder aufgerollt werden, ehe ein zweiter Veredelungsschritt vorgenommen werden kann.Since each section can be processed immediately after passing through a station, for example, not after cooling or after further sections of the metal product have been treated at the same station, also the time and the logistical effort in the refining can be reduced. Thus, the previously required for a transport cooling process between two processing steps can be omitted. If, for example, the metal product is unwound from a roll, it is not only necessary for the entire metal product to undergo a first finishing step and to be rolled up again before a second finishing step can be carried out.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung offenbart.Preferred embodiments are disclosed in the subclaims and the description.
Das kontrollierte Aufheizen in der thermischen Behandlungsstation je nach Bedarf und je nach Metall auf Temperaturen zwischen etwa 100°C und etwa 1.000°C, insbesondere zwischen etwa 200°C und 500°C, weiter insbesondere auf 250 bis 300°C, erfolgt vorzugsweise durch direkte Flammbeheizung (DFI). Damit ist eine sehr präzise Einstellung der Erwärmungsbedingungen möglich. Da der Energieeintrag mittels DFI unter Verwendung von Oxyfuel-Brenner einen besonders hohen Wirkungsgrad hat, ist die Verwendung eines oder mehrerer solcher Oxyfuel-Brenner besonders vorteilhaft.The controlled heating in the thermal treatment station as needed and depending on the metal to temperatures between about 100 ° C and about 1000 ° C, in particular between about 200 ° C and 500 ° C, more preferably at 250 to 300 ° C, is preferably carried out by direct flame heating (DFI). This allows a very precise adjustment of the heating conditions. Since the energy input by means of DFI using oxyfuel burner has a particularly high efficiency, the use of one or more such oxyfuel burner is particularly advantageous.
Aus demselben Grund ist der Einsatz von einem oder mehreren Oxyfuel-Brenner/n beim Vergüten der Oberfläche durch thermisches Spritzen vorteilhaft. Erfolgt sowohl die thermische Behandlung als auch die Oberflächenvergütung unter Verwendung von Oxyfuel, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass zumindest teilweise eine gemeinsame Gasversorgung bereitgestellt werden und so der Anlagenaufbau simplifiziert und der Wartungsaufwand gemindert werden kann.For the same reason, it is advantageous to use one or more oxy-fuel burners when annealing the surface by thermal spraying. If both the thermal treatment and the surface treatment using oxyfuel, there is the additional advantage that at least partially a common gas supply can be provided, thus simplifying the system structure and the maintenance can be reduced.
Andere Möglichkeiten des Oberflächenvergütens sind thermisches Spritzen, wie das Einblasen des Beschichtungsmaterials in eine oder mehrere Plasmaflamme(n), Hochgeschwindigkeitsflamme(n) oder Laserstrahl(en). Alternativ kann Beschichtungsmaterial aufgedampft werden. Soll eine Kunststoffbeschichtung erzeugt werden, ist es vorteilhaft, wenn der erste Abschnitt des Metallprodukts zuerst die thermische Behandlungsstation und danach die Oberflächenbehandlungsstation durchläuft. Dann kann kaltes Kunststoffmaterial, beispielsweise in Form von Spänen, Pulver oder Granulat, auf die Oberfläche des noch von der thermischen Behandlung erhitzten ersten Abschnitts aufgebracht (z. B. aufgeblasen) werden.Other possibilities of surface coating are thermal spraying, such as blowing the coating material into one or more plasma flame (s), high-speed flame (s) or laser beam (s). Alternatively, coating material can be applied by vapor deposition. If a plastic coating is to be produced, it is advantageous if the first section of the metal product passes first through the thermal treatment station and then through the surface treatment station. Then cold plastic material, for example in the form of chips, powder or granules, may be applied (eg inflated) to the surface of the first section still heated by the thermal treatment.
Vorteilhaft ist es, wenn das Beschichtungsmaterial seitlich aufgebracht wird, beispielsweise also in horizontaler Richtung. Überschüssiges Pulver o. ä. fällt dann einfach ab. Ist das Metallprodukt ein Metallband oder eine Metallfolie, kann ein seitliches Aufbringen der Beschichtung mit einer vertikalen Führung der zu beschichtenden Oberfläche des Metallprodukts durch die thermische Behandlungsstation und die Oberflächenbehandlungsstation einhergehen. Dies bietet zudem den Vorteil, dass auch Staub von dem Metallprodukt hinabfällt. Sofern das Band oder die Folie von einer Rolle abgespult wird, ist in diesem Fall die Drehachse der Rolle also vorzugsweise vertikal.It is advantageous if the coating material is applied laterally, ie, for example, in the horizontal direction. Excess powder or the like then simply drops off. If the metal product is a metal strip or a metal foil, lateral application of the coating may be accompanied by vertical guidance of the surface of the metal product to be coated by the thermal treatment station and the surface treatment station. This also has the advantage that even dust from the metal product falls down. If the tape or the film is unwound from a roll, in this case the axis of rotation of the roll is therefore preferably vertical.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Abschnitt durch mindestens eine weitere thermische Behandlungsstation und/oder mindestens eine weitere Oberflächenbehandlungsstation geführt. Vorzugsweise durchläuft der Abschnitt dabei die jeweilige weitere Station, während gleichzeitig ein anderer Abschnitt eine andere Station durchläuft. Auf diese Weise können Zeit und Energie gespart werden, wenn verschiedene Arten der Wärmebehandlung, wie zum Beispiel ein Abschrecken und ein Anlassen, nacheinander an einem Abschnitt ausgeführt werden, wenn zeitgleich ein anderer Abschnitt an einer andere Station behandelt wird.In an advantageous embodiment, a section is led through at least one further thermal treatment station and / or at least one further surface treatment station. Preferably, the section thereby passes through the respective further station, while at the same time another section passes through another station. In this way, time and energy can be saved when various kinds of heat treatment, such as quenching and tempering, are successively performed on one section when simultaneously treating another section at another station.
Weiterhin kann ein Abschnitt des Metallprodukts gekühlt werden. Vorzugsweise erfolgt diese Kühlung gleichzeitig dazu, dass ein anderer Abschnitt des Metallprodukts durch die thermische Behandlungsstation oder durch die Oberflächenbehandlungsstation geführt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren einen Schritt des Abtrennens eines Abschnitts von dem Metallprodukt umfassen, ggf. gefolgt von einem Verpacken des abgetrennten Abschnitts. Auf diese Weise kann das Metallprodukt abschnittsweise wärme- und oberflächenbehandelt, ggf. gekühlt, abgetrennt und verpackt werden. Dabei braucht nur so viel von dem Metallprodukt veredelt zu werden, wie jeweils gerade benötigt wird, beispielsweise für eine Verpackungseinheit von einer vorgegebenen Anzahl von abgetrennten Abschnitten.Furthermore, a portion of the metal product can be cooled. At the same time, this cooling is preferably carried out at the same time that another section of the metal product is passed through the thermal treatment station or through the surface treatment station. Alternatively or additionally, the method may include a step of separating a portion of the metal product, optionally followed by packaging the severed portion. In this way, the metal product heat-treated and surface-treated in sections, optionally cooled, separated and packaged. It only needs to be refined as much of the metal product, as is currently required, for example, for a packaging unit of a predetermined number of separated sections.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Metallprodukt ein Metallband, eine Metallrolle oder eine Metallfolie, das/der direkt vom Walzprozess oder von einer Rolle zur Veredelung auf eine Behandlungsstrecke geführt wird.In an advantageous embodiment, the metal product is a metal strip, a metal roll or a metal foil, which is led directly from the rolling process or from a roll for refining on a treatment line.
Das Verfahren kann einen Schritt des Änderns der Anordnung der Stationen umfassen. So kann ein Teil des Metallprodukts zur Erzielung erster gewünschter Eigenschaften veredelt werden, dann beispielsweise die Reihenfolge der thermischen Behandlungsstation und der Oberflächenbehandlungsstation vertauscht und danach ein anderer Teil des Metallprodukts zur Erzielung zweiter gewünschter Eigenschaften veredelt werden.The method may include a step of changing the arrangement of the stations. Thus, a portion of the metal product may be refined to obtain the first desired properties, then, for example, the order of the thermal treatment station and the surface treatment station interchanged and then refining another portion of the metal product to achieve second desired properties.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Behandlungsstrecke zum Ausführen eines oder mehrerer der oben beschriebenen Verfahren. Die jeweiligen Behandlungsstationen sind dabei in Module gefasst. Mit den Modulen kann so die Behandlungsreihenfolge entsprechend den gewünschten Produkteigenschaften relativ leicht ausgetauscht werden.The invention further relates to a treatment line for carrying out one or more of the methods described above. The respective treatment stations are set in modules. With the modules so the treatment order can be relatively easily replaced according to the desired product properties.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt:The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings:
Entsprechend der in der
In der dargestellten Anordnung durchläuft jeder Abschnitt des Metallbandes
Anschließend wird jeder Abschnitt durch eine Oberflächenbehandlungsstation
Danach durchläuft ein Abschnitt des Metallbandes eine Kühlstation
Die thermische Behandlungsstation
Das Metallband
Die
Bei der dargestellten Oberflächenbehandlung werden bei der Verbrennung zugeführte Partikel
In der
Jeder Abschnitt des Metallprodukts durchläuft dabei nach seinem Abspulen von der Rolle
Auf diese Weise kann jeweils aus einer vorangegangenen Behandlung noch vorhandene Restwärme weiter genutzt werden. Zugleich können die jeweils gewünschten Materialeigenschaften durch die verschiedenen Behandlungsschritte erreicht werden.In this way, residual heat remaining from a previous treatment can be used in each case. At the same time, the respectively desired material properties can be achieved through the various treatment steps.
Die
Die jeweiligen Behandlungsstationen sind in Module gefasst, deren Reihenfolge leicht vertauscht werden kann. Auch Material von einer einzigen Rolle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Metallbandmetal band
- 2, 2A, 2B2, 2A, 2B
- thermische Behandlungsstationthermal treatment station
- 3, 3A, 3B3, 3A, 3B
- OberflächenbehandlungsstationSurface treatment station
- 44
- Kühlstationcooling station
- 55
- Station zum SchneidenStation for cutting
- 66
- DFI-VorrichtungDFI device
- 77
- thermische Spritzvorrichtungthermal spray device
- 99
- Rollerole
- 1010
- Behandlungsstrecketreatment section
- 1111
- Abschnittsection
- 1212
- Abschnittsection
- 1616
- Packstationpacking station
- 2121
- Flammeflame
- 2222
- Schichtlayer
- 2323
- Partikelparticle
- AA
- Rollenachseroller axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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