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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düseneinrichtung und ein Verfahren zur Behandlung eines Stahlflachproduktes.
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Solch eine Düseneinrichtung ist dafür vorgesehen, Gas oder ein Gasgemisch möglichst nah an ein Stahlflachprodukt zu befördern, damit das an das Stahlflachprodukt geförderte Gas oder Gasgemisch das Stahlflachprodukt, insbesondere dessen Oberfläche gezielt zu konditionieren, beispielsweise zu nitrieren bzw. aufzusticken oder aufzukohlen. Typischerweise liegt das Stahlflachprodukt als Laufband vor, das durch einen Durchlaufofen zur Wärmebehandlung gefördert wird. Durch die Behandlung, beispielsweise das Nitrieren bzw. Aufsticken oder das Aufkohlen lässt sich in vorteilhafter Weise die Festigkeit des den Durchlaufofen schließlich verlassenden Stahlflachprodukts erhöhen, ohne dabei dessen Dehnungsfähigkeit negativ zu beeinflussen.
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Die durch die Oberflächenkonditionierung bewirkte Qualitätsverbesserung am Stahlflachprodukt hängt dabei entscheidend von der Gaszufuhr und der Gaszusammensetzung über die Düseneinrichtung ab. Maßgebend dabei ist die Fähigkeit der Düseneinrichtung, das Stahlflachprodukt möglichst homogen mit dem Gas oder Gasgemisch zu „bestrahlen“ und wie groß der für die Oberflächenkonditionierung, beispielsweise das Nitrieren verantwortliche Teil des Gases oder des Gasgemisches ist, der bis an eine Oberfläche des Stahlflachprodukt gelangt. Üblicherweise bestehen die Düseneinrichtungen aus Rohren mit einer Austrittsöffnung an deren Ende das Gas oder das Gasgemisch austritt. Durch das einseitige Einspeisen in das Rohr entsteht letztendlich ein unerwünschtes Gefälle im Strömungsprofil entlang der Austrittsöffnung.
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Der Stand der Technik kennt als erfolgreiche Maßnahme zur Homogenisierung des Strömungsprofils des Gases oder Gasgemisches, das auf das Stahlflachprodukt trifft, aus der Druckschrift
DE 10 2011 056 823 A1 eine Öffnungsanordnung mit unterschiedlich dimensionierten Öffnungsgrößen. Dabei sind die einzelnen Öffnungsgrößen derart ausgestaltet, dass sie einem potenziellen Druckabfall entlang der Strömungsrichtung im Austrittsbereich entgegenwirken.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bereits bestehende Düseneinrichtungen zur Oberflächenkonditionierung eines Stahlflachprodukts weiter zu verbessern. Es wäre dabei besonders wünschenswert einen räumlich homogen auf das Stahlflachprodukt treffenden Gas- oder Gasgemisch-Strom zu realisieren, um damit die Qualität des schließlich gefertigten Stahlflachprodukts zu erhöhen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Düseneinrichtung zur Oberflächenkonditionierung bzw. Behandlung eines Stahlflachproduktes, wobei die Düseneinrichtung ein Außenrohr und ein innerhalb des Außenrohrs angeordnetes Innenrohr umfasst, wobei das Innenrohr eine Primäröffnung zum Einspeisen eines die Düseneinrichtung durchströmenden Gases in ein Außenrohr und das Außenrohr eine Sekundäröffnung zum Austreten des Gases aus der Düseneinrichtung in Richtung des Stahlflachproduktes aufweist, wobei die Primäröffnung und die Sekundäröffnung entlang einer Umlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich durch das versetzte Anordnen der Primäröffnung zur Sekundäröffnung ein räumlich homogen aus der Sekundäröffnung austretender Gasstrom realisieren, der das Stahlflachprodukt, vorzugsweise in seiner gesamten Breite, möglichst homogen „bestrahlt“. Insbesondere wird dabei ausgenutzt, dass sich durch die gewählte Geometrie die Aufenthaltszeit in der Düseneinrichtung gleichmäßig auf das Gas oder das Gasgemisch verteilt. Ohne die Konstruktion mit Innen- und Außenrohr würden andernfalls entlang einer Austrittsöffnung aufgrund einer einseitigen Einspeisung des Gases in die Düsenvorrichtung ein unerwünschtes graduelles Strömungsgeschwindigkeitsprofile ergeben. Zudem wird das Ausströmungsverhalten bei Düseneinrichtungen gemäß dem Stand der Technik durch die unterschiedlichen Temperaturen des Gases oder Gasgemischs derart beeinflusst, dass sich unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit entlang der Austrittsöffnung ergeben. Mit der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung lässt sich hingegen ein homogenes Strömungsprofil entlang der Sekundaröffnung, die die Funktion der Austrittsöffnung übernimmt, realisieren.
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Dabei ist die Umlaufrichtung im Wesentlichen durch den Umfang des Innenrohrs oder des Außenrohrs festgelegt. Insbesondere ist der Umfang des Außenrohrs bzw. des Innenrohrs durch eine entlang einer senkrecht zu einer Längsrichtung verlaufenden Schnittebene festgelegt, wobei die Längsrichtung im Wesentlichen durch den generellen Verlauf des Innenund Außenrohrs vorgegeben ist. Insbesondere verläuft eine Strömungsrichtung des durch die Düseneinrichtung durchströmenden Gases oder Gasgemisches im Wesentlichen bis zu der Primäröffnung parallel zur Längsrichtung und wird dann umgelenkt, beispielsweise um etwa 90°. Vorzugsweise weisen die Primäröffnung und die Sekundäröffnung Austrittsflächen auf, durch die das Gas oder das Gasgemisch durchgeführt wird, wenn es vom Innenrohr in das Außenrohr eingespeist wird bzw. aus dem Außenrohr austritt. Vorzugsweise ist die Austrittsfläche des Innenrohrs kleiner als die des Außenrohrs. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Austrittsfläche des Innenrohrs kreisförmig und die Austrittsöffnung des Außenrohrs schlitzartig ausgestaltet ist. Insbesondere weist das Außenrohr einen Schlitz mit einer Schlitzbreite auf, die kleiner ist als 8 mm, bevorzugt kleiner als 6 mm und besonders bevorzugt kleiner als 4 mm ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Primäröffnung und die Sekundärdüsenöffnung entlang der Umlaufrichtung im Wesentlichen um 90° bis 180° zueinander versetzt sind. Durch diese geometrische Ausgestaltung lässt sich für das aus der Sekundaröffnung tretende Gas ein besonders homogenes Profil der Strömungsgeschwindigkeit bewirken.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Primäröffnung und/oder die Sekundäröffnung ein Gasleitsystem zum Ausrichten einer Strömungsrichtung des Gasstroms aufweisen. Vorzugsweise ist das Gasleitsystem Teil der Sekundäröffnung und weist Ausläufer aus, die unter Bildung eines Austrittschlitzes schnabelartig ausgestaltet sind bzw. in Richtung des Gasstroms zusammenlaufen. Dadurch lässt sich der Gasstrom gezielt auf einen Bereich des Laufbandes richten bzw. fokussieren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Düseneinrichtung eine Mehrzahl an Primäröffnungen und/oder eine Mehrzahl an Sekundäröffnungen aufweist. Vorzugsweise umfasst die Düseneinrichtung mehrere Primäröffnungen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten am Innenrohr und jeweils in Umlaufrichtung um beispielsweise 90° zur Sekundäröffnung angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Primäröffnungen innerhalb eines Bereiches, der sich parallel zu Sekundäröffnung erstreckt, regelmäßig, vorzugsweise äquidistant, zu einander angeordnet. Insbesondere sind die Primäröffnungen in ihrer Position ausgerichtet an der Sekundäröffnung. Beispielsweise liegen die Primäröffnungen symmetrisch verteilt um einen ersten Mittelpunkt auf dem Innenrohr, der in derselben senkrecht zur Längserstreckung der Rohre verlaufenden Ebene liegt wie ein zweiter Mittelpunkt der Sekundäröffnung. Vorzugsweise gibt es mehr Primäröffnungen als Sekundäröffnungen. Insbesondere gibt es eine gerade Anzahl an Primäröffnungen, vorzugsweise vier Primäröffnungen, die immer paarweise entlang der Längserstreckung des Innenrohrs angeordnet sind und einander gegenüber liegen, (wobei sie jeweils in Umlaufrichtung um beispielsweise 90° zueinander versetzt zur Sekundäröffnung angeordnet sind). Durch das konstruktive Zusammensetzen von verschiedenen Primäröffnungen in dem Bereich, der durch die Sekundäröffnung aufgespannt wird, lässt sich vorteilig das Strömungsgeschwindigkeitsprofil entlang der Sekundäröffnung weiter verbessern.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass
- – die Primäröffnung im Bereich der Sekundäröffnung angeordnet ist und/oder
- – das Innenrohr und das Außenrohr koaxial angeordnet sind. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise dafür sorgen, dass möglichst alle Teile des Gases bzw. Gasgemischs dieselbe Wegstrecke in der Düseneinrichtung zurücklegen. Dies wirkt sich letztendlich positiv auf das Profil der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Sekundaröffnung aus.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Sekundäröffnung auf ein das Stahlflachprodukt umfassendes Laufband ausgerichtet ist, wobei die Sekundäröffnung weniger als 25 cm, bevorzugt weniger als 15 cm und besonders bevorzugt weniger als 10 cm von dem Laufband entfernt ist. Insbesondere bewegt sich das Laufband entlang einer Laufrichtung an der Düseneinrichtung vorbei und die Sekundäröffnung wird, vorzugsweise mit ihrem Gasleitsystem, so ausgerichtet, dass das austretende Gas oder Gasgemisch eine Strömungsrichtung aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zum Laufband verläuft. Durch die Reduktion des Abstandes lässt sich in vorteilhafter Weise der Anteil am Gas vergrößern, der es bis zu einer Oberfläche des Stahlflachprodukts schafft, um dort für das gewünschte Oberflächenkonditionierung, beispielsweise Nitrieren oder Aufkohlen zu sorgen. Umso höher dieser Anteil für das beispielsweise Nitrieren oder Aufkohlen ist, desto höher ist die Festigkeit, ohne die Dehnungsfähigkeit des gefertigten Stahlflachprodukts bedeutend zu beinträchtigen. Insbesondere ist es dann möglich, die Dicke der Stahlflachprodukte zu reduzieren, ohne Festigkeitsverluste befürchten zu müssen. Dadurch lässt sich schließlich Material bei der Herstellung eines aus dem Stahlflachprodukt gefertigten Produkts einsparen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sich die Sekundäröffnung im Wesentlichen über eine Breite des Laufbands erstreckt, wobei die Breite des Laufbandes sich im Wesentlichen entlang einer senkrecht zu einer Laufrichtung des Laufbandes verläuft. Durch das räumlich homogene Strömungsprofil lässt sich sicherstellen, dass das gefertigte Stahlflachprodukt entlang seiner Breite möglichst gleichmäßig oberflächenkonditioniert wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass es zu Festigkeitsschwankungen entlang der Breite des gefertigten Stahlflachprodukts kommt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das die Düseneinrichtung durchströmende Gas Ammoniak und ggf. Stickstoff und/oder ein Schutzgas umfasst. Durch die Verwendung von Stickstoff und/oder des Schutzgases wird in vorteilhafter Weise der Gasimpuls derart erhöht, dass eine von dem Laufband mitgeführte Grenzschicht durchbrochen werden kann und eine direkte Reaktion des Ammoniaks mit dem Laufband, d. h. dem Stahlflachprodukt, ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Düseneinrichtung einen statischen Mischer zum Mischen von Ammoniak mit ggf. Stickstoff und/oder einem Schutzgas aufweist, wobei ein Rohrsystem das Gas in das Innenrohr weiterleitet. Dadurch lässt sich in einfacher und unkomplizierter Weise ein homogenes Gasgemisch realisieren, um über die gesamte Breite der Sekundäröffnung ein konstantes Gasgemisch bereitzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Rohrsystem ein weiteres Innenrohr mit Gas versorgt, wobei das weitere Innenrohr eine weitere Primäröffnung zum Einleiten des Gases in ein das weitere Innenrohr zumindest teilweise ummantelnde weitere Außenrohr umfasst, wobei das Außenrohr eine Sekundäröffnung zum Austreten des Gases aus der Düseneinrichtung in Richtung des Stahlflachproduktes aufweist. Dabei ist es denkbar, dass das Laufband beispielsweise über Umlenkrollen derart gefördert wird, dass die weitere Sekundäröffnung an einer anderen Stelle einer Laufbandstrecke des Laufbands angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das aus der Sekundäröffnung austretende Gas eine erste Seite des Stahlflachproduktes oberflächenkonditioniert, wobei das aus der weiteren Sekundäröffnung austretende Gas eine zweite Seite des Strahlflachproduktes oberflächenkonditioniert. Dadurch lässt sich das Stahlflachprodukt in vorteilhafter Weise beidseitig oberflächenkonditionieren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Düseneinrichtung ein Zuführrohrsystem zum Zuführen von Ammoniak, Stickstoff und/oder Schutzgas zum statischen Mischer aufweist, wobei das Zuführrohrsystem jeweils Mittel zum Messen und Steuern des Volumenstroms
- – der einzelnen Gase und/oder
- – eines Gasgemischs aus Ammoniak, Stickstoff und/oder dem Schutzgas aufweist. Mit Hilfe der Mess- und Steuervorrichtungen lässt sich in vorteilhafter Weise die Menge und/oder die Zusammensetzung des Gases oder Gasgemisches steuern und an die optimalen Voraussetzungen für ein erfolgreiches Nitrieren anpassen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Düseneinrichtung in einem Durchlaufofen zur Wärmebehandlung des Stahlproduktes angeordnet ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Oberflächenkonditionierung eines Stahllaufbandes in einem Durchlaufofen zur Wärmebehandlung des Stahlproduktes mit einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung. Mit einer solchen Düseneinrichtung lässt sich ein Stahlflachprodukt realisieren, dessen Oberflächenkonditionierung im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten effektiver ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegende Erfindung ist es vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt das Gas oder Gasgemisch dem Innenrohr zugeführt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt das Gas oder das Gasgemisch durch die Primäröffnung in das Außenrohr eingeleitet wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt das Gas oder das Gasgemisch durch die Sekundäröffnung aus dem Außenrohr aus der Düseneinrichtung austritt und das Stahlflachprodukt oberflächenkonditioniert. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein Verfahren zur Verfügung stellen, bei dem aufgrund des effektiven beispielsweise Nitrierens oder Aufkohlens und der daraus folgenden erhöhten Festigkeit, dünnere Stahlflachprodukte herstellen kann. Die sich daraus ergebenden Materialersparnisse, vorzugsweise bei einer Massenproduktion eines Produkts aus dem Stahlflachprodukt, führen zu einer signifikanten Kostenersparnis in der Produktion.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die 1 zeigt eine Düseneinrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Düseneinrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 zeigt in zwei verschiedenen Draufsichten die Düseneinrichtung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 zeigt eine Schnittansicht die Düseneinrichtung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine Düseneinrichtung 10 zur Behandlung bzw. Oberflächenkonditionierung eines Stahlflachproduktes 3 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine solche Düseneinrichtung 10 ist vorzugsweise integraler Bestandteil eines Durchlaufofens, durch den das Stahlflachprodukt als Laufband 33, d. h. als Stahlband, durchtransportiert wird. Im Durchlaufofen erfährt das Stahlflachprodukt zur Materialverbesserung eine Wärmebehandlung, bei der dem Stahlflachprodukt ein Gas oder Gasgemisch beispielsweise zum Nitrieren zugeführt wird. Beispielsweise herrscht im Durchlaufofen mindestens die Rekristallisationstemperatur des Stahlflachproduktes. Durch das beispielsweise Nitrieren bzw. Aufsticken oder Aufkohlen lässt sich die Festigkeit des Stahlflachprodukts erhöhen, ohne dass seine Dehnungsfähigkeit wesentlich beeinflusst wird. Für gleichbleibende Festigkeitsanforderungen an ein gefertigtes Produkt lassen sich dann dünnere Stahlflachprodukte 3 realisieren. Die daraus resultierende Materialersparnis kann dann zu einer signifikanten Kostenersparnis führen.
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Entscheidend für die Qualitätsverbesserung durch die Oberflächenkonditionierung, beispielsweise das Nitrieren oder Aufkohlen ist die Art und Weise der Gaszufuhr zum Stahlflachprodukt 33, die im Wesentlichen festgelegt wird durch die Düseneinrichtung 10. Für die Düseneinrichtung 10 ist es hierbei vorgesehen, dass das durch die Düseneinrichtung 10 geleitete Gas zur Oberflächenkonditionierung beispielsweise Nitrieren zunächst einem Innenrohr 1 der Düseneinrichtung 10 zugeführt wird. Über eine Primäröffnung 11 im Innenrohr 1 verlässt das Gas das Innenrohr 1 und wird in ein Außenrohr 2, das das Innenrohr 1 zumindest teilweise ummantelt, eingespeist. Von dort aus verlässt das Gas dann die Düseneinrichtung 10 über eine Sekundäröffnung 12. Hierbei sind die Primäröffnung 11 und die Sekundäröffnung 12 entlang einer Umlaufrichtung, die im Wesentlichen durch den (entlang des Querschnitts verlaufenden) Umfang des Innenrohrs 1 bzw. des Außenrohrs 2 festgelegt ist, zueinander versetzt angeordnet. Insbesondere ist die Primäröffnung 11 gegenüber der Sekundäröffnung 12 um beispielsweise 90° versetzt. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass die Primäröffnung 11 und die Sekundäröffnung 12 in einem gemeinsamen Bereich der Düseneinrichtung 10 angeordnet sind. Insbesondere ist die Sekundäröffnung 12 in dem Teil des Außenrohrs 2 angeordnet, das die Primäröffnung 11 zumindest teilweise ummantelt. Dabei ist es weiterhin vorgesehen, dass die Sekundäröffnung 12 auf das Laufband 33, d. h. auf das Stahlflachprodukt, gerichtet ist. Durch die relative Anordnung der Primäröffnung 11 zur Sekundäröffnung 12 wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass – wie es ohne Innenrohr 1 zu erwarten wäre – das Gas aus der als Auslassöffnung dienenden Sekundäröffnung 12 unsymmetrisch herausströmt, das Gas entlang der Sekundäröffnung 12 und über eine Breite des Laufbands 33 unterschiedliche Temperaturen aufweist und sich schließlich unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten aus der Sekundäröffnung 12 ergeben. Stattdessen lässt sich durch eine Düseneinrichtung 10 mit der Primäröffnung 11 im Innenrohr 1 und der Sekundäröffnung 12 im Außenrohr 2 ein über die Sekundäröffnung 12 bzw. die Breite des Laufbandes 33 homogenes, d. h. gleichmäßiges und -förmiges Austrittsverhalten des Gases realisieren. Dadurch wird die Gaszufuhr von der Düseneinrichtung 10 zum Stahlflachprodukt 3 verbessert. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Sekundäröffnung 12 mindestens so breit ist wie die Breite des Laufbandes 33. Dabei ist die Sekundäröffnung 12 derart relativ zum Laufband ausgerichtet, dass ihre längste Seite im Wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung des Laufbandes 33 verläuft.
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Dabei ist es weiterhin vorgesehen, dass die Sekundäröffnung 12 ein Gasleitsystem 5 aufweist. Das Gasleitsystem 5 dient hierbei dem Ausrichten des aus der Sekundäröffnung 12 austretenden Gases bzw. Gasgemischs und damit dem gezielten Platzieren des aus der Düseneinrichtung 10 ausströmenden Gases auf dem Stahlflachprodukt. Das Gasleitsystem 5 weist vorzugsweise zwei aufeinander zulaufende Bereiche des Außenrohrs 2 auf, die eine schnabelartige Öffnung bilden. Ein Schlitz zwischen den beiden aufeinander zulaufenden Bereichen des Außenrohres bildet dabei die Sekundäröffnung 12. Weiterhin ist es vorgesehen, dass es neben dem Innenrohr 1 und dem Außenrohr 2 auch noch ein im Wesentlichen baugleiches weiteres Innenrohr 1‘ mit einer weiteren Primäröffnung 11‘ sowie ein weiteres Außenrohr 2‘ mit einer weiteren Sekundäröffnung 12‘ gibt. Mit Hilfe dieser zweiten Anordnung aus weiterer Sekundäröffnung 12‘ und weiterer Primäröffnung 11‘ ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Stahlflachprodukt auf einer ersten Seite mit einem aus der Sekundäröffnung 12 austretenden Gas beispielsweise zu nitrieren und auf einer zweiten Seite mit einem aus der weiteren Sekundäröffnung 12‘ tretendem Gas ebenfalls zu nitrieren, wodurch das Stahlflachprodukt in vorteilhafter Weise beidseitig beispielsweise nitriert wird. Für ein solch beidseitiges Nitrieren wird das Stahlflachprodukt vorzugsweise über Umlenkrollen 31 geführt, wobei die weitere Sekundäröffnung 12‘ und die Sekundäröffnung 12 entlang einer Förderrichtung des Stahlflachprodukts räumlich separiert sind.
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Weiterhin ist es dabei vorgesehen, dass dem Innenrohr 1 und/oder dem weiteren Innenrohr 1‘ das Gas über ein Rohrsystem 14 von einem statischen Mischer 18 das Gas zugeführt wird. Vorzugsweise wird im statischen Mischer 18 Ammoniak für das Nitrieren des Stahlflachprodukts mit einem Gasgemisch aus Stickstoff und/oder einem Schutzgas vermischt. Das Zusetzen des Stickstoffs und des Schutzgases verbessern das Nitrieren, indem sie für einen höheren Gasimpuls sorgen, mit dem wiederum eine von einer Laufbandoberfläche mitgeschleppte Grenzschicht durchbrochen werden kann. Dadurch lässt sich eine sofortige Reaktion des Stahlflachprodukts mit dem Ammoniak realisieren, was schließlich zu einem effektiveren Nitrieren führt und damit die Qualität des nitrierten Stahlflachprodukts weiter verbessert.
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Dabei ist es weiterhin vorgesehen, dass dem statischen Mischer 18 über ein Zuführrohrsystem 13 Ammoniak, Stickstoff und/oder ein Schutzgas zugeführt wird. Vorzugsweise umfasst das Schutzgas ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch. Für eine besonders kontrollierte Zufuhr der Gase ist es dabei vorgesehen, dass der Durchflussdurch Mittel zum Messen der Volumenstroms 17 bzw. Durchflussmesser überwacht wird. Insbesondere umfasst die Düseneinrichtung 10 auch Mittel zum Steuern des Volumenstroms und der Menge des jeweiligen Gases, die dem statischen Mischer zugeführt wird. Beispielsweise ist ein solches Mittel ein Ventil 16, das in das Zuführrohrsystem 13 integriert ist. Dadurch lässt sich eine Stoffzusammensetzung an der Sekundäröffnung 12 bzw. der weiteren Sekundäröffnung 12‘ in vorteilhafter Weise einfach und direkt an die für das jeweilige Nitrieren gewünschte Dosierung bzw. Zusammensetzung anpassen. Dabei ist es vorgesehen, dass die Düseneinrichtung 10 die Gase aus einem ersten Reservoir 21, z.B. für Ammoniak, und einem zweiten Reservoir 22, z.B. für Stickstoff, bezieht. Zur Sicherstellung, dass durch beide gezeigten Düseneinrichtungen ein identischer Volumenstrom fließt, ist die Rohrleitungsverlegung nach dem statischen Mischer identisch/symmetrisch gewählt. Somit sind die Druckverluste in beiden Zweigen identisch, um auf beiden Seiten des Laufbandes gleichartige Impulse zu erzielen. Alternativ können auch nicht dargestellte Regelungseinrichtungen installiert werden, um gleiche Impulse zu erhalten.
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In 2 ist in einer perspektivischen Ansicht einer Düseneinrichtung 10 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Während man in der linken Abbildung im Wesentlichen das Außenrohr 2 erkennt, ist das Außenrohr 2 auf der rechten Seite derart transparent dargestellt, dass man das Innenrohr 1 innerhalb des Außenrohrs 2 in der Abbildung erkennen kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Innenrohr 1 und das Außenrohr 2 koaxial angeordnet sind. Es ist aber auch in einer alternativen Ausführungsform vorstellbar, dass das Innenrohr 1 versetzt zu einer Zentralachse B innerhalb des Außenrohrs 2 angeordnet ist. Beispielsweise könnte das Innenrohr 1 in einem der Sekundäröffnung 12 gegenüberliegenden Bereich innerhalb des Außenrohrs 2 angeordnet sein. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Innenrohr 1 mit der Primäröffnung 11 und das Außenrohr 2 mit der Sekundäröffnung 12 am Ende ein Rohrsystem 14, in das einseitig das Gas bzw. Gasgemisch zugeführt wird, angeordnet ist. Dabei verlässt das Gas das Innenrohr 1 beispielsweise über vier Primäröffnungen bzw. weitere nicht dargestellte vorzugsweise symmetrisch angeordnete Primäröffnungen, die paarweise in einander gegenüberliegenden Bereichen des Innenrohrs 1 angeordnet sind. Die paarweise angeordneten Primäröffnungen 11 sind dabei in Umlaufrichtung jeweils um beispielsweise 90° zu der Sekundäröffnung 12 angeordnet. Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine aufsummierte bzw. integrale Austrittsfläche der Primäröffnungen 11 kleiner ist als eine Austrittsfläche der Sekundäröffnung 12. Als Austrittsfläche ist die Fläche, über die das Gas vom Innenrohr 1 in das Außenrohr 2 eingespeist wird, oder die Fläche, über die das Gas die Düseneinrichtung 10 verlässt, zu verstehen. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Strömungsrichtung des Gases oder Gasgemischs mit Hilfe des Gasleitsystems 5 gezielt auf das Stahlflachprodukt gerichtet wird. Dazu weist das Gasleitsystem 5 vorzugsweise zwei Ausläufer 23 des Außenrohrs 2 auf, deren Abstand zueinander entlang einer parallel zur Strömungsrichtung A des aus der Sekundäröffnung 2 austretenden Gases parallel verlaufenden Richtung verjüngen. Dabei können die Ausläufer 23 geradlinig oder geschwungen geformt sein.
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In 3 sind zwei verschiedenen Draufsichten auf die Düseneinrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der oberen Abbildung erkennt man die Austrittsfläche der Primäröffnungen 11 und in der unteren Abbildung die Sekundäröffnung 12 in der Draufsicht. Vorzugsweise sind die Primäröffnungen 11 bzw. die Primäröffnung 11 gegenüber der Sekundäröffnung (in Bezug zu einer von Außenrohr und Innenrohr festgelegten Längsrichtung) zentriert ausgerichtet. Dabei fällt die Projektion (in eine senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung) eines Mittelpunkts der Sekundäröffnung 12 im Wesentlichen auf einen zentral zwischen zwei Primäröffnungen 11 angeordneten Bereich des Innenrohrs 12. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Abstand zwischen zwei Primäröffnungen 11 entlang der Längsrichtung kleiner ist als die Erstreckung der Sekundäröffnung 12 entlang der Längsrichtung. Insbesondere erstreckt sich das Gasleitsystem 5 entlang der gesamten Erstreckung der Sekundaröffnung 12. Weiterhin ist es vorgesehen, dass durch die Anordnung der Primäröffnung 11 und der Sekundäröffnung 12 die Strömungsrichtung des Gases oder Gasgemischs im Wesentlichen um beispielsweise 90° umgelenkt wird.
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In 4 ist der Querschnitt der Düseneinrichtung 10 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es ist dabei vorgesehen, dass die Sekundäröffnung 12 zwischen zwei gedachten Ebenen 24 angeordnet ist, die jeweils mindestens eine Primäröffnung 11 umfassen. Vorzugsweise ist die Sekundäröffnung 12 zentral zwischen diesen beiden gedachten Ebenen angeordnet. Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Schlitzbreite 25 der Sekundäröffnung 12 durch die aufeinander zulaufenden Ausläufer 23 des Gasleitsystems 5 festgelegt wird. Vorzugsweise ist die Schlitzbreite 25 kleiner als die Erstreckung des Innenrohrs 1 entlang einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung. Insbesondere ist die Schlitzbreite 25 kleiner als 8 mm, bevorzugte kleiner als 6 mm und besonders bevorzugt kleiner als 4 mm. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Ausläufer 23 des Gasleitsystems 5 vorzugsweise zumindest teilweise aus demselben Material wie das Außenrohr 2 gefertigt sind. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Innenrohr 1 im Querschnitt (entlang einer senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Richtung) weniger als 45 %, bevorzugt weniger als 40% und besonders bevorzugt weniger als 35 % des durch den Außenrohr 2 festgelegten Bauraum füllt. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Innendurchmesser des Außenrohrs 2 weniger als 300 mm, bevorzugt weniger als 280 mm und besonders bevorzugt weniger als 260 mm und ein Innendurchmesser des Innenrohrs 1 weniger als 100 mm, bevorzugt weniger als 90 mm ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenrohr
- 1‘
- Weiteres Innenrohr
- 2
- Außenrohr
- 2‘
- Weiteres Außenrohr
- 3
- Stahlflachprodukt
- 5
- Gasleitsystem
- 10
- Düseneinrichtung
- 11
- Primäröffnung
- 11‘
- Weitere Primäröffnung
- 12
- Sekundäröffnung
- 12‘
- Weitere Sekundäröffnung
- 13
- Zuführrohrsystem
- 14
- Rohrsystem
- 16
- Ventil
- 17
- Mittel zum Messen des Volumenstroms
- 18
- statischer Mischer
- 21
- Erstes Reservoir
- 22
- Zweites Reservoir
- 23
- Ausläufer
- 24
- gedachte Ebenen
- 25
- Schlitzbreite
- 31
- Umlenkrolle
- 33
- Laufband/Stahlflachprodukt
- A
- Strömungsrichtung
- B
- Zentralachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011056823 A1 [0004]
